4.2.4.1: Nhiệm vụ
Nhiệm vụ của bể lắng đợt 1 là loại bỏ cặn lơ lửng trong nƣớc thải trƣớc khi đƣa nƣớc thải vào công trình xử lý sinh học.
4.2.4.2: Tính toán
Nguồn: Trang 253, giáo trình Xử lí nước thải đô thị và công nghiệp Lâm Minh Triết
Diện tích tiết diện ƣớt của ống trung tâm:
Trong đó:
lƣu lƣợng tính toán lớn nhất theo giây
v : tốc độ chuyển động của nƣớc thải trong ống trung tâm, vtt =30mm/s hay 0,03 m/s. (Điều 7.56c/49 [8])
Diện tích tiết diện ƣớt bể lắng đứng
Trong đó:
lƣu lƣợng tính toán lớn nhất theo giây
v: tốc độ chuyển động của nƣớc trong bể lắng đứng v= 0,5 – 0,8mm. Chọn v=0,0005m/s Chọn 1 bể lắng đứng có diện tích mặt bằng: Trong đó n : số bể lắng đứng, n = 1. Đƣờng kính của bể lắng: √ √ Đƣờng kính ống trung tâm: √ √ Chọn ống trung tâm Ø700mm
Trong đó: f1: diện tích tiết diện ống trung tâm của 1 bể f1=f : n = 0,4 m2 Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng:
Trong đó
t : thời gian lắng, t = 1,5h
v: vận tốc chuyển động của nƣớc trong bể lắng đứng, v= 0,0008m/s Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng xác định theo công thức:
( ) ( )
Trong đó:
h2: chiều cao lớp trung hòa
h3: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể, m D: đƣờng kính trong của bể lắng, D=6m
dn: đƣờng kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn=0,6m
góc ngang của đáy bể lắng so với phƣơng ngang, chọn =500
Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 4,5m. đƣờng kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,5 đƣờng kính ống trung tâm.:
Dloe=h1=1,35 d=1,5 0,7= 1,05m Đƣờng kính tấm chắn lấy bằng 1,3 đƣờng kính miệng loe và bằng
Dtấm chắn= Dloe 1,3=0,3 1,3=0,4m
Có miệng phễu và tấm hắt cố định ở phía dƣới. Đƣờng kính và chiều cao của phễu lấy bằng 1,5 đƣờng kính ống trung tâm:
dph = hph = 1,5 d = 1,5 0,7 = 1,05 m Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hất so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170.
Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hất theo mặt phẳng qua trục đƣợc tính theo công thức:
Trong đó
vk : tốc độ dòng nƣớc chảy qua khe hở giữa miệng ống loe ống trung tâm và bề mặt tấm hất, vk 20mm/s. Chọn vk = 20mm/s = 0,02m/s.
Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là:
Tính toán hệ thống máng thu nƣớc và ống dẫn
Để thu nƣớc đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nƣớc đặt theo chu vi vành trong của bể, đƣờng kính ngoài của máng chính là đƣờng kính trong của bể.
Đƣờng kính máng thu:
Dmáng = 80% × D = 80% × 5,0 = 4 m Chiều dài máng thu nƣớc:
Lmáng = π Dmáng = 3,14 4 = 13 m Tải trọng thu nƣớc trên 1m dài của máng:
) . / ( 2 , 1 17 83 , 20 3 h m m L Q a máng L
Thiết kế máng thu có gắn thêm máng răng cƣa để phân phối nƣớc đều vào máng thu nƣớc. Chọn máng răng cƣa xẻ khe chữ V, góc 900
đặt xung quanh máng thu nƣớc có các thông số nhƣ sau:
Máng thu bằng inox dày 1 mm Chiều sâu toàn bộ máng là 310 mm Độ dài vát đỉnh răng cƣa là 50 mm Chiều sâu khe là 50 mm
Chiều rộng giữa 2 khe kề nhau là 100 mm
Tính toán lượng bùn sinh ra:
- Lƣợng bùn sinh ra do SS
⁄
Giả sử khối lƣợng riêng của bùn là: 1,03 kg/l , độ ẩm 98%
- Thể tích bùn trong 1 ngày:
⁄
Tính toán bơm bùn:
- Mỗi ngày bơm bùn 2 lần.
H: cột áp toàn phần của bơm = Hbể + 0,3 + = 6,3 (m) (với ,
)
Công suất của bơm:
06 , 0 3600 8 , 0 1000 81 , 9 1008 3 , 6 8 , 2 1000 g H Q N bùn kW
Trong đó: Q là lƣu lƣợng bùn cần bơm, Q = 2,8m3
/ngày; là hiệu suất chung của bơm, = 0,8;
là khối lƣợng riêng của bùn, 1008 kg/m3; g là gia tốc trọng trƣờng, g = 9,81 m/s2
H là cột áp của bơm, chọn H = 6,3m.
Công suất bơm bằng 1,2 lần công suất tính toán: N'1,20,060,07kW = 0,09HP
Nên chọn máy bơm bùn EVERGUSH CP-2.37 xuất xứ Đài Loan có công suất 1kW, cột áp 4-13m.
Tính toán đường ống dẫn nước vào bể
√ √
Chọn ống nhựa PVC Tiền Phong với mm
Tính toán đường ống bùn ra khỏi bể lắng I
√ √
Với v: vận tốc của đƣờng ống dẫn bùn nằm trong khoảng 0,3m/s 0,5m/s. Chọn v = 0,3m/s.
Chọn ống nhựa PVC Tiền Phong với mm
Tính toán đường ống dẫn nước từ bể lắng qua bể UASB
√ √
V: vận tốc của đƣờng ống dẫn bùn nằm trong khoảng 0,5 0,6m/s. Chọn v = 0,6 Chọn ống PVC Tiền Phong = 110mm
Bảng 4. 5 Các thông số thiết kế bể lắng đứng đợt 1
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều cao bể, H m 8,2 Đƣờng kính bể lắng m 6 Đƣờng kính ống trung tâm, D mm 90 Đƣờng kính ống dẫn nƣớc ra, Dr mm 110 Đƣờng kính ống dẫn bùn ra, Db mm 9 Đƣờng kính máng thu nƣớc m 4 Đƣờng kính miệng loe mm 0,3 Đƣờng kính tấm chắn mm 0,4 4.2.5. Bể UASB 4.2.5.1: Nhiệm vụ
Làm giảm đáng kể hàm lƣợng COD, BOD trong nƣớc thải bằng cách sử dụng lớp cặn lơ lửng( có chứa rất nhiều vi sinh vật yếm khí) trong dịch lên men nhờ hệ thống nƣớc thải chảy từ dƣới lên.
4.2.5.2: Tính toán
Các thông số đầu vào của bể UASB:
= 500 m3/ngày
= 20,8 m3/h COD = 1539 mg/l BOD = 1026 mg/l SS = 81 mg/l
Hiệu quả xử lý COD, BOD của UASB là 75% Lƣợng COD cần khử mỗi ngày:
G = Q x (0,75 x COD vào) = 500 x 0,75 x 1539 = 577 (kgCOD/ngày)
Tải trọng khử của COD, quy phạm từ 4-18 kgCOD/ m3.ngày. chọn a = 8 kgCOD/ m3.ngày
Thể tích bể gồm 2 phần chính:
- Phân thể tích mà các hạt cặn lơ lửng sau khi tách khí đi vào hay thể tích phần lắng.
- Phần thể tích mà ở đó diễn ra qua trình phân hủy chất hữu cơ và thể tích phần xử lý kị khí. Kích thƣớc bể Diện tích bề mặt phần lắng: 2 2 3 3 5 , 17 . / 12 / 500 m ngày m m ngày m L Q A A
LA: là tải trọng bề mặt phần lắng khi xử lí chất hữu cơ hòa tan bảng 10.9 Các thông số thiết kế cho bể UASB (sách Xử lí nước thải đô thị và khu công nghiệp, Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, Trang 459, 2015)
Thể tích ngăn phản ứng bể UASB: 3 3 3 3 96 1000 1 . / 8 / 1539 / 500 m g kg ngày m kgCOD m COD ngày m L C Q V COD o r Chiều cao phần phản ứng: m A V H r 5,5 5 , 17 96
Giả sử chều cao phễu thu khí hp = 1,5m; chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m. Chiều cao tổng cộng bể UASB
Htc = H + hp + hbv = 1,5 + 5,5 + 0,5 = 7,5m. Với diện tích = 17,5 m2, chiều cao tổng cộng 7,5 m
Ta chọn:
Chiều dài bể L = 5 m Chiều rộng bể R = 3,5 m
Thời gian lƣu nƣớc trong bể ( ) (Slide Bài giảng môn học Xử lý nƣớc thải công nghiệp – PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm)
Thời gian lƣu nƣớc trong bể UASB =
=
x 24 = 6,3giờ
- Lƣợng COD sau xử lí:
Hiệu quả xử lý của UASB là COD , BOD 75% (Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân -2002)
CODra = (1– ECOD) CODvào = (1 – 0.75) 1539 = 385(mg/l) Lƣợng BOD sau xử lí
BOD ra = (1 – E BOD ) BOD vào = ( 1 – 0.75) 1026 = 257 (mg/l) Lƣợng COD cần khử trong ngày
G = (COD vào –COD ra ) 500 10 -3 = (1539– 385) 500 10-3 = 577(kg COD/ngày)
Tấm chắn khí và tấm hƣớng dòng Tấm hƣớng dòng
Chọn khe hở giữa tấm chắn khí và tấm hƣớng dòng là nhƣ nhau.Tổng diện tích các khe hở chiếm 15 – 20% tổng diện tích bể
Chọn Fkhe = 0,15 Fbể
Trong bể UASA, ta bố trí 2 tấm hƣớng dòng và 2 tấm chắn khí và các tấm này đặt song song với nhau.
Trong ngăn có 4 khe hở, diện tích mỗi khe:
Fkhe = = 0,65 m2 Bề rộng mỗi khe hở:
Rkhe = = = 0,216 m = 216 mm Khoảng cách giữa các khe hở
l =
= 0,2 m
Chọn khe hở giữa các tấm chắn bằng nhau, rkhe = 216 mm
Chiều dài tấm hƣớng dòng lhd = B = 3m, khoảng cách từ đỉnh tam giác hƣớng dòng đến tấm chắn:
d =
=
Đoạn nhô ra của tấm hƣớng dòng nằm bên dƣới khe hở từ 10 -20 cm. Chọn mỗi bên nhô ra 15 cm.
Chiều rộng của tấm hƣớng dòng là:D = (2d) + (2 x 150) = 2 x 282 + 2 x 150 = 864 mm Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí: L = 4 x X = 4 x 139 = 555 mm
Với X = 216 x cos 50 = 139 mm
Tấm hƣớng dòng có chắc năng chặn bùn đi lên phần xử lý yếm khí lên phần lắng nên độ rộng đáy D giữa hai tấm hƣớng dòng phải lớn hơn L.
Tính toán ống phân phối nƣớc vào bể UASB
Vận tốc nƣớc chảy vào ống dao động từ 0,8 – 2 m/s. Chọn vống= 0,8 m/s Đƣờng kính ống chính: DÔC = √ = √ = 0,096 m Vậy chọn ống nhựa có dƣờng kính là 96mm Từ ống chính, chia thành 2 ống nhỏ
Nƣớc từ bể lắng đợt 1 đƣợc bơm qua bể UASB theo đƣờng ống chính, phân phối đều ra 2 ống nhánh,. Mỗi ống nhánh phân phối 2 vị trí phân phối nƣớc.
Đƣờng kính ống nhánh DÔN = √
= √
= 0,034 m Vậy chọn ống nhánh có đƣờng kính là 34mm
Tính toán ống dẫn nƣớc sang bể Anoxic
Vận tốc nƣớc chảy vào ống dao động từ 0,8 – 2 m/s. Chọn vống= 0,8 m/s DÔC = √
= √
= 0,096 m Vậy chọn ống nhựa có dƣờng kính là 96mm
Tính lƣợng khí metan sinh ra và ống thu khí
Lƣợng khí sinh ra trong bể tƣơng đƣơng 0,5 m3
/kg.COD Thể tích khí sinh ra trong ngày
vkhí = 0,5 x 577 = 288,5 (m3/ngày) Lƣợng khí sinh ra trong bể tƣơng đƣơng 0,35 m3
/kg.COD vkhí = 0,35 x 577 = 202 (m3/ngày)
Trong đó:
G: lƣợng COD cần khử trong ngày, G = 577 kg.COD/ngày
Đƣờng ống thu khí Vận tốc khí dao động từ 10 – 15 m/s. Chọn v= 10 m/s Đƣờng kính ống khí chính: Dkhí = √ = √ = 0,017 m Chọn ống thép 17 Tính toán lƣợng bùn sinh ra
Lƣợng bùn sinh ra trong bể tƣơng đƣơng 0,05 – 0,1 kgVSS/ngày Khối lƣợng bùn sinh ra trong 1 ngày:
Mbùn= 0,1 x G = 0,1 x 577 = 57,7 kgVSS/ngày
Theo quy phạm 1m3 bùn tƣơng đƣơng 260 kgVSS (Xử lý nƣớc thải đô thị và công nghiệp của Lâm Minh Triết)
Thể tích bùn sinh ra trong 1 ngày: Vbùn =
=
= 0,22 m3/ngày Thể tích bùn sinh ra trong 1 tháng:
Vbùn.tháng = 0,22 x 30 = 6,6 m3 Chiều cao bùn trong 1 tháng:
hbùn = =
= 0,37 m
Thời gian xả bùn: 1 – 3 tháng/lần, chọn chu kì xả bùn 2 tháng/lần Thể tích bùn sinh ra trong 1 chu kì xả:
Vbùn = 0,22 x 60 = 13,2 m3 Chọn thời gian xả bùn 2h
Lƣu lƣợng bùn xả ra
Qbùn = = 6,6 m3
Bố trí ống thu bùn, các ống này đặt vuông góc với chiều dài bể Vận tốc bùn trong ống chọn vbùn = 0,5 m/s
Diện tích ống xả cặn: Fbùn = = 0,0018m2 Đƣờng kính ống xả bùn D = √ = √ = 0,048 m Chọn ống nhựa PVC có 48mm
Công suất bơm bùn
N =
=
= 1,1(KW).
Trong đó:
η: Hiệu suất chung của bơm, η = 0,72 – 0,93, chọn η = 0,8. ρ: Khối lƣợng riêng của nƣớc, ρ = 1008 kg/m3
. P = 4,4 mH2O. Chọn H = 5 mH2O.
h: Chiều cao cột nƣớc trong bể, h1= 3 m.
h2: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn, lấy trong khoảng 2 - 3 mH2O.
Công suất thực của bơm lấy bằng 110% công suất tính toán Ntt = 1,1×1,1 = 1,21 (KW).
Chọn 2 bơm chìm có công suất nhƣ nhau (2 máy hoạt động lƣu phiên). Chọn bơm chìm hút bùn HSF250-1.3726.
Máng thu nƣớc
Bề rộng máng chọn 0,3m
Máng tràn gồm nhiều răng cƣa hình chữ V Lƣu lƣợng qua mỗi răng của hình chữ V
Q =
tg √
Trong đó: H: chiều cao cột nƣớc trên đỉnh, chọn H = 0,025 m Cd = 0,56 +
: hệ số lƣu lƣợng »»» Q = 1,8 x 10-4 m3/s Số răng cƣu trên máng:
n =
Chọn n = 10 răng
Nhƣ vậy 2 bên máng thu nƣớc mỗi bên 5 răng.
Ta chọn kích thƣớc máng thu nƣớc răng cƣa nhƣ sau:
- Chiều cao một răng cƣa 150mm
- Khoảng cách hai đỉnh răng của 600mm
- Tổng khoảng cách của một răng cƣa 300mm
- Chiều cao máng răng cƣa 350mm
- Chiều rộng máng 300mm
- Chiều cao máng h= 325 m
- Bề dày máng 5mm
Bảng 4. 6 Các thông số thiết kế bể UASB
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều cao tổng cộng , H m 7,5
Chiều dài đơn nguyên, L m 5
Chiều rộng bể, B m 3,5
Thời gian lƣu nƣớc h 6,3
Đƣờng kính ống chính vào mm 96
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc ra mm 96
Đƣờng kính ống thu khí mm 17
Thể tích khí mêtan m3 288,5
4.2.6. BỂ ANOXIC
4.2.6.1: Nhiệm vụ: Xử lí Nito
4.2.5.2: Tính toán
Hằng số động học vi sinh dị dƣỡng tại 20oC ( Lê Văn Cát, Xử lí nƣớc thải giàu hợp chất nitơ và photpho, NXB KHTN và CN HN, 2007, bảng 9.6, trang275).
Ys= 0,6g SKHH/g BOD ks= 5d-1
kp,s= 0,06d-1 Ks= 60mg/l
Hằng số động học vi sinh tự dƣỡng tại 20oC( Lê Văn Cát, Xử lí nƣớc thải giàu hợp chất nitơ và photpho, NXB KHTN và CN HN, 2007, bảng 9.6, trang275).
YN= 0,15g SKHH/g BOD NH4+ -N kN= 3d-1
kp,N= 0,05d-1 KN= 0,74mg/l
Giai đoạn oxy hóa
Tính tốc độ phát triển cực đại của vi sinh Nitrosomonas:
[ ] [ ] Trong đó:
DO: Nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc, DO=2mg/l KDO: Hăng số bão hòa của oxy, KDO= 1mg/l T: Nhiệt độ nƣớc thải, T= 20 oC
Tính thời gian lƣu tế bào tối thiểu cho quá trình oxy hóa( hiếu khí)
Trong đó:
µm: Tốc độ phát triển cực đạicủa vi sinh Nitrosomonas, µm= 0,5d-1 No: Nồng độ Nito đầu vào, No= 63mg/l
Kp,N: Hệ số phân hủy nội bào ở 20oC, Kp,N= 0,05d-1 Thời gian lƣu tế bào:
θc= θc,t× A× P= 1,6×1,1×1,5= 2,6 ngày Trong đó:
A: Hệ số an toàn, A=1,2÷2,0, chọn A=1,5 P: Yếu tố giao động mức ô nhiễm, P= 1,1÷1,2, chọn P=1,1
Ƣớc tính thời gian lƣu tế bào của cả hệ: θs= F× θc= 1,56×2,6= 4,1 ngày Trong đó:
F: Hệ số đặc trƣng do sự đóng góp của giai đoạn xử lí hiếu khí, nó làm tăng thời gian lƣu tế bào của hệ xử lí. Đối với phần lớn hệ xử lí dinh dƣỡng F có giá trị trong khoảng 1,4÷2. Hệ số f đƣợc tính:
Trong đó:
Z: Phần thể tích( tỉ lệ) cử bể hiếu khí trong khối phản ứng tổng thể của hệ. Nồng độ BOD hòa tan sau xử lí:
( ) ( ) Trong đó: Ks: Hằng số bán vận tốc, Ks= 60 mgBOD/l kp,s: Hệ số phân hủy nội bào ở 20oC, kp,s= 0,06d-1 θs: Thời gian lƣu tế bào của cả hệ, θs= 4,1 ngày ks: Tốc độ tăng trƣởng riêng ở 20oC, ks= 5d-1
Ys: Hiệu suất tăng trƣởng tế bào, Ys= 0,6g SKHH/g NH4+
Tính nồng độ amoni sau xử lí hiếu khí với giả thuyết là toàn bộ khí Nitơ đầu vào đều có khả năng đƣợc oxy hóa thành nitrat:
( ) ( ) Trong đó: KN: Hăng số bán vận tốc ở 20o C, KN= 0,74mg/l kp,N: Hệ số phân hủy nội bào ở 20oC, kp,N= 0,05d-1
YN: Hiệu suất tăng trƣởng tế bào( sinh vật tự dƣỡng), YN= 0,15