4.2.7.1: Nhiệm vụ
Xử lí thành phần các chất hữu cơ và nitrat hóa.
4.2.7.2: Tính toán
Bảng 4. 8 Các thông số tính toán bể Aerotank
Nông độ BOD5 đầu vào S0 = 232 mg/l
Tỉ số MLVSS:MLSS 0,8
Lƣu lƣợng nƣớc thải Q = 500m3/ngày
Hàm lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong bể Aerotank
MLVSS= X= 3000 mg/l (MLVSS chọn bằng 2800 – 4000 mg/l)
Hàm lƣợng bùn tuần hoàn Cu= 8000 mg/l (nồng độ bùn tuần hoàn
thƣờng 8000 – 12000 mg/l)
Thời gian lƣu bùn tuần hoàn = 10 ngày (5-15 ngày) Hiệu suất xử lí BOD trong nƣớc thải đầu ra 85%
Hàm lƣợng vi sinh đầu vào X0 = 0
Hệ số sản lƣợng Y = 0,5 mg bùn/ mg BOD5 bị tiêu thụ bởi vi
sinh (Y thƣờng dao động 0,4 – 0.8)
Hệ số phân hủy nội bào Kd = 0,06 ngày
BOD5:BODL 0,68
BOD5 đầu ra sau lắng II 35mg/l
Chọn chiều cao hữu ích 4,5m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m. Vậy Htc = 5 m Chọn tỉ số W : H = 1:1. Vậy chiều rộng bể là 4,5 m
Nƣớc thải đầu ra sau lắng II chứa 24,3mg/l chất rắn sinh học, trong đó 80% là chất dễ bay hơi và 60% là chất có thể phân hủy sinh học
Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong nƣớc ở đầu ra theo quan hệ: BOD5(ra) = BODht + BODss
Trong đó:
BODss là BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra sau lắng II BODht là BOD5 hòa tan trong nƣớc đầu ra
Hàm lƣợng cặn sinh học dễ phân hủy= 60%× 24,3= 14,6 mg/l
BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học trong đầu ra sau lắng II:
BODL= 14,6mg/l×1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa= 20,7mg/l BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra sau lắng II:
BODss= 20,7× 0,68= 14mg/l BOD5 hòa tan trong nƣớc đầu ra:
BODht= 35-14= 21 mg/l Thể tích bể Aerotank: Trong đó:
ɵc: là thời gian lƣu bùn. Q: là lƣu lƣợng nƣớc thải. Y: là hệ số sản lƣợng tế bào.
So: là nồng độ BOD5 đầu vào bể aerotank. S: là nồng độ BOD5 hòa tan sau lắng 2. X: là hàm lƣợng tế bào chất trong bể. Kd: là hệ số phân hủy nội bào.
Chiều dài bể L =
= 5,4m, chọn chiều dài 5,4m
Thể tích thực của bể: V = L m3
Thời gian lƣu nƣớc trong bể :
= =
24 = 5,3 giờ.
Hệ số tạo bùn từ BOD5 :
Lƣợng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5
Px = Yb×Q×(S0-S)×10-3 = 0,3125 500×(232 - 35)×10-3 = 30,8(kg/ngày)
Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày theo SS
Pxl = = = 38,5 (kg/ngày) Lƣợng bùn xả ra hằng ngày Qw Trong đó : V: Thể tích bể Aerotank V= 110m3
X: Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể. X= 3000 mgSS/L
c: Thời gian lƣu bùn c = 10 ngày Q: Lƣu lƣợng nƣớc vào bể.Q = 500 m3
/ngày
Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu của hệ thống Xe=0,85 SSra=0,835=28mg/L
Tỉ lệ bùn tuần hoàn dựa trên phƣơng trình cân bằng sinh khối:
Trong đó:
: Hàm lƣợng cặn lơ lửng đầu vào,mg/l Q: Lƣu lƣợng vào bể, m3
/ngày Qr: Lƣu lƣợng bùn tuần hoàn, m3
/ngày
:Hàm lƣợng SS của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn, chọn = 8000mg/l X: Hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể aerotank ,mgMLSS/l
X= MLVSS/0,8 = 3000 (mgVSS/l)/0,8= 3750mgSS/l
Giả sử Qr= Chia hai vế cho Q, biểu thức trên có thể triển khai nhƣ sau:
Vậy lƣu lƣợng bùn tuần hoàn:
Qr=α
Kiểm tra chỉ số F/M và tải trọng thể tích của bể
Tỷ số F/M:
=
=
= 0,39ngày-1
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép ( F/M = 0,2 – 0,6 ngày-1 ) Tải trọng thể tích của bể Aerotank:
L = =
= 1,13( kgBOD5/m3.ngày )
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép ( L = 0,8 – 1,92 kgBOD5/m3.ngày )
Tính lƣợng oxy cần thiết cung cấp cho bể Aerorank dựa trên BOD20
-Lƣợng oxy lý thuyết cần cung cấp theo điều kiện chuẩn OCo = – 1,42.Px
Với: f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68 OCo =
– 1,42 30,8 = 101 (kgO2/ngđ) -Lƣợng oxy cần thiết trong điều kiện thực
OCt = OCo (
)
Trong đó:
Cs20: nồng độ oxy bão hòa trong nƣớc ở 20oC, Cs20 = 9,08 mg/l
CL: lƣợng oxy hòa tan cần duy trì trong bể, CL = 2 mg/l (CL = 1,5 ÷ 2 mg/L theo tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)
Csh: nồng độ oxy bão hòa trong nƣớc sạch ứng với nhiệt độ 30oC ( nhiệt độ duy trì trong bể ), Csh = 7,94 mg/l
:hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lƣợng muối. Đối với nƣớc thải =1
: hệ số điều chỉnh lƣợng oxy ngấm vào nƣớc thải do ảnh hƣởng của hàm lƣợng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dạng và kích thƣớc bể có giá trị từ 0,6 ÷2,4). Chọn = 0,7
OCt = 101
Lƣợng không khí cần thiết cung cấp cho quá trình nitrat hóa
Qkk =
× f Trong đó:
OCt: lƣợng oxy thực tế sử dụng cho bể, OCt = 174 kgO2/ ngày
OU: công suất hòa tan oxy vào nƣớc thải của thiết bị phân phối.
OU = Ou.h với:
h: chiều sâu ngập nƣớc của thiết bị phân phối. Chọn độ sâu ngập nƣớc của thiết bị phân phối ( xem nhƣ gần sát đáy ) và chiều cao của giá đỡ không đáng kể h = 4m Ou: lƣợng oxy hòa tan vào 1m3
nƣớc thải của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn ở chiều sâu 1m. Chọn Ou = 7 gO2/m3.m
Chọn thiết bị phân phối loại đĩa xốp có màng phân phối khí dạng bọt mịn, đƣờng kính đĩa 270mm, diện tích bề mặt đĩa Fđĩa = 0,02m2 . Cƣờng độ khí: 200 l/phút.
OU = Ou.h = 7 4 = 28 (gO2/m3)
f: hệ số an toàn ( f = 1,5 ÷ 2 tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai), chọn f = 1,5
Qkk =
.f =
1,5 = 9321 (m3/ngày) = 388 (m3/giờ) = 0,1 (m3/s)
Tính toán máy thổi khí:
- Lƣu lƣợng khí cần cung cấp cho bể: Qk= 388m3/giờ= 6,5m3/phút - Công suất máy thổi khí:
Trong đó: P là áp lực khí nén, Pa
Mà Hd là áp lực cần thiết đƣợc xác định bởi công thức sau: Hd= hd+ hc+ hf+H. Trong đó;
hd là tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m hc là tổn thất cục bồ của ống phân phối khí, m
tổn thất hd+hc không vƣợt qua 0,4m. chọn hd+ hc= 0,4m
hf là tổn thất qua thiết bị phân phối, không vƣợt qua 0,5m. chọn hf=0,5m H là chiều cao hữu ích của bể, H= 4,5m
η là hiệu suất của máy bơm, η= 0,8( Trịnh Xuân Lai 2000)
Chọn máy thổi khí LongTech LT80 với các thong số kỹ thuật: Q= 3,75m3/phút, N= 6,4KW, số vòng quay 1150 vòng/phút.
Số đĩa cần phân phối trong bể là:
N =
= 35 (đĩa) Chọn N = 35 đĩa
Cách bố trí đầu phân phối khí
Từ ống chính chia thành 5 ống nhánh trên mỗi ống nhánh có 7 đầu phân phối.
Tính toán đƣờng ống dẫn khí Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính, chọn Vkhí = 12 m/s Lƣu lƣợng khí cần cung cấp, Qk = 0,03 m3/s Đƣờng kính ống phân phối chính D = √ = √ = 0,056 m Chọn ống thép 56 mm
Từ ống chính ta phân làm 5 ống nhánh cung cấp khí cho bể, QÔN=0,006 m/s Lƣu lƣợng khí qua mỗi ống nhánh
Đƣờng kính ống nhánh d = √ =√ = 0,028 m Chọn loại ống thép 28 Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc thải
Chọn vận tốc nƣớc thải trong ống : v = 0,5 m/s ( giới hạn 0,5 – 1 m/s) Lƣu lƣợng nƣớc thải: Q = 500 m3
Chọn loại ống dẫn nƣớc thải là ống PVC, đƣờng kính của ống D = √
= √
= 0,12m Chọn ống PVC 120mm
Tính toán đƣờng ống dẫn tuần hoàn vào bể Anoxic
D = √
= √
= 0,1 m Chọn ống PVC 100mm
Chọn vận tốc bùn chảy trong ống : v = 0,7 m/s
Bảng 4. 9 Các thông số thiết kế bể Aerotank
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều cao,H m 5
Chiều rộng, B m 4,5
Chiều dài,L m 5,4
Thời gian lƣu nƣớc, t h 5,3
Đƣờng kính ống dẫn khí chính mm 56
Số ống nhánh nhánh 5
Đƣờng kính ống dẫn khí nhánh mm 28
Số đĩa trên mỗi ống nhánh đĩa 7
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc vào mm 60
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc thải ra mm 120
4.2.8. Bể lắng đợt 2
4.2.8.1: Nhiệm vụ
Sau khi qua bể thiếu khí, hiếu khí hầu hết chất hữu cơ trong nƣớc thải đã đƣợc xử lý. Tuy nhiên, nồng độ chất rắn lơ lửng trong nƣớc thải vẫn còn, do đó chất rắn lơ lửng sẽ đƣợc loại bỏ ở bể lắng đợt 2.
4.2.8.2: Tính toán
Thời gian lắng ứng với Qr+ Qtb và thời gian xử lí sinh học t= 1h ( sau bể Aerotank làm sạch không hoàn toàn), (Bảng 35, điều 8.5.8[8])
Thể tích bể lắng 2 đƣợc tính nhƣ sau:
Diện tích tiết diện ƣớt của ống lắng trung tâm đƣợc tính theo công thức:
( Nguồn: [4] trang 276) Trong đó:
vtt: tốc độ chuyển động của nƣớc thải trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30mm ( Theo điều 6.5.9c [8] ). Nên chọn vtt= 15mm/s= 0,015m/s
Diện tích tiết diện ƣớt của bể lắng đứng:
Trong đó:
v: tốc độ chuyển động của nƣớc thải trong bể lắng đứng. Chọn v= 0,0005m/s
(Điều 6.5.6 [8])
Chọn số bể lắng đứng là n= 1 bể Diện tích tổng cộng của bể lắng đứng:
Kiểm tra tải trọng rắn: (CT 8-24/688/[15]
34 , 5 10 24 22 3000 ) 440 500 ( ) 1 ( 3 A MLSS Q R SLR kgMLSS/m2 .h Tải lƣợng nằm trong giới hạn 4 – 6kg/m2.h. (Bảng 8-7/687/[15])
Đƣờng kính của bể lắng: √ √ Đƣờng kính ống trung tâm: √ √ Chọn D= 900m
Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: htt= v×t= 0,5×2×3600×10-3= 3,6m
( nằm trong khoảng cho phép 2,7-3,8m, điều 6.5.9c [8])
Chọn chiều cao bảo vệ hbv= 0,5m
Chiều cao ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của bể lắng: Hống= htt= 3,6m Chiều cao phần hình nón của bể:
Chọn hn= 2,5m ( Nguồn: [4]trang 255)
Trong đó:
h2: Chiều cao lớp trung hòa, m
h3: Chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể, m D: Đƣờng kính của bể lắng, D= 4,5m
dn: Đƣờng kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn= 0,7m
α: góc nghiêng của đáy bể lắng so với phƣơng ngang, lấy không nhỏ hơn 500 (Điều 6.5.9 [8] )
Đƣờng kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đƣờng kính ống trung tâm (Điều 6.5.9c [8] )
dloe= hloe= 1,35× 1= 1,35m
Đƣờng kính tấm hắt lấy bằng 1,3 đƣờng kính miệng loe. Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o
(Điều 6.5.9c [8] )
dhắt= 1,3× dloe= 1,3× 1,35= 1,76m
Khoảng cách từ mép ngoài cùng miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục đƣợc tính theo công thức:
( Nguồn: [4]trang 256) Trong đó: = 0,013 m3/s
vk: là vận tốc nƣớc chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk ≤ 20 mm/s. Chọn vk= 15mm/s= 0,015m/s
Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:
H= htt+ hn+ hbv= 3,6 2,5+0,5= 6,6m Diện tích vùng lắng của bể:
Slắng= F-f= 21,3- 0,7= 20,6 m2 Tải trọng thủy lực lên bể:
Vận tốc đi lên của dòng nƣớc vào bể:
Máng thu nƣớc
Dùng hệ thống máng vòng bố trí vòng theo chu vi và nằm bên trong bể thu nƣớc đã lắng.
Chọn máng thu nƣớc ta có:
Bề rộng của máng thu nƣớc: bmáng= 0,3m Chiều cao của máng thu nƣớc: hmáng= 0,3m Vận tốc nƣớc chảy trong máng: Trong đó: Q: lƣu lƣợng m3 /h N: số bể lắng
fm: diện tích mặt cắt ngang của máng thu nƣớc fm= bm× hm= 0,3× 0,3= 0,09m2
Để đảm bảo việc thu hồi nƣớc trên toàn bộ chiều dài máng, phía ngoài thành máng bố trí gắn thêm các tấm điều chỉnh chiều cao mép máng đƣợc làm bằng thép không gỉ:
- Tấm điều chỉnh đƣợc xẻ theo chữ V
- Chọn máng răng cƣa có góc đáy 90o
- Chiều cao khe: 75mm
- Bề rộng khe: 150mm
- Bề rộng rang: 100mm
- Chiều cao máng răng cƣa: 300mm.
Tính toán lƣợng bùn:
Lƣợng bùn thải ra hằng ngày từ đáy bể lắng theo dòng tuần hoàn bằng lƣu lƣợng bùn dƣ cần thải bỏ ở bể Aerotank: Vb1= Qw= 5,6 m3/ngày
Trong đó:
Vb: lƣợng bùn sinh ra trong bể lắng 2 ρ: khối lƣợng riêng của bùn= 1008 kg/m3
Sb: tỷ trọng bùn= 1,03
Ps: nồng độ tính theo trọng lƣợng%; Ps= 0,5÷1,5%. Chọn Ps= 1%
( Nguồn: [4]bảng 14.1 trang 218)
Với hiệu suất bể lắng: 70%
Vậy khối lƣợng bùn sinh ra hằng ngày ở bể lắng 2 là:
M2= 0,7× M1= 0,7× 58,14= 40,7 kg/ngày Thể tích bùn sinh ra hằng ngày ở bể lắng 2 là: Trong đó:
M2: khối lƣợng bùn sinh ra ở bể lắng 2, M2= 217 kg/ngày ρ: khối lƣợng riêng của bùn= 1008 kg/m3
Sb: tỷ trọng của bùn= 1,03
Ps: nồng độ tính theo trọng lƣợng%; Ps= 0,5÷1,5%. Chọn Ps= 1%
( Nguồn: [4]bảng 14.1 trang 218)
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc
√ √ Chọn ống nhựa PVC Bình Minh Ø90 Trong đó: Q: lƣu lƣợng nƣớc thải
v: vận tốc nƣớc thải tự chảy trong ống: v= 0,7÷1,5m/s ( Nguồn: [8], mục 2.4.1)
Tính đƣờng ống dẫn bùn tuần hoàn và xả bùn dƣ:
vb: vận tốc bùn đi trong ống đẩy của bơm từ vb= 1,5÷2,5m/s, chọn vb= 2m/s
(Nguồn:[9] trang 143)
Lƣu lƣợng bùn tuần hoàn: Qr= 440 m3/ngày= 0,005m3/s Lƣu lƣợng bùn dƣ: Qw2= 4 m3/ngày Đƣờng kính ống dẫn bùn tuần hoàn và xả bùn dƣ: √ √ Chọn ống nhựa PVC Bình Minh Ø70
Tính toán bơm bùn tuần hoàn
Lƣu lƣợng bùn tuần hoàn: Qr= 440 m3/ngày= 0,005m3/s Lƣu lƣợng bùn dƣ: Qw2= 4 m3/ngày
Cột áp bơm: H=10m Công suất của bơm:
Trong đó:
Năng suất của bơm liên tục trong 16h: ( Qr+ Qw2)
H: cột áp của bơm, H=10m ∆P= H= h1+h2 h1: chiều cao cột nƣớc, h1= 7m
h2: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn,…lấy trong khoảng từ 2÷3 mH2O. Chọn h2= 3 mH2O
Trở lực H= 7+3= 10 mH2O
ρ: Khối lƣợng riêng của bùn, ρ= 1020 kg/m3
(Nguồn: [9] trang 46) g: gia tốc trộng trƣờng, lấy g= 9,81 m/s2
η: hiệu suất của bơm. Lấy η= 0,8 ( thƣờng η= 0,72÷0,93) Công suất thực tế của bơm:
N’= 1,2× N= 1,2× 0,9= 1,08kW= 1,4HP
Chọn 2 bơm chìm hút bùn HSF2100-17.5 205 có công suất 10HP, lƣu lƣợng 90 m3
/h, cột áp tối đa H= 24m. Một bơm hoạt động, một bơm dự phòng.
Bảng 4. 10 Các thông số thiết kế bể lắng đợt II
Thông số Đơn vị Giá trị
Đƣờng kính bể lắng II m 5
Thời gian lƣu nƣớc, t Giờ 2
Đƣờng kính ống trung tâm, Dtt mm 900
Chiều cao ống trung tâm, htt m 3,6
Chiều cao tổng cộng của bể, H m 6,6
Đƣờng kính ống xả bùn dƣ, d bùn mm 70
Đƣờng kính ống tuần hoàn bùn, d mm 70
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc ra, D mm 90