4.3.5. Bể tuyển nổi
4.3.5.1: Nhiệm vụ
Xử lí dầu mỡ và các chất hữu cơ hòa tan và cặn lơ lửng
4.3.5.2: Tính toán
Tính toán bể tuyển nổi có thể đƣợc tiến hành theo các thông số trong Bảng 10.8, phần thứ 3 giáo trình Xử lí nước thải công nghiệp GS.TS. Lâm Minh Triết
Bảng 4. 17 Các thông số tính toán bể tuyển nổi
Thông số Đơn vị Khoảng giá trị
A/S ml/mg 0,03-0,05 Ck mg/ml 0oC 29,2 10oC 22,8 20oC 18,7 30oC 15,7 Tỷ số bảo hòa, f - 0,5-0,8
Áp suất, P atm 30-60 psi= 2,1-4,2 atm
Thời gian lƣu nƣớc, t Bể tuyển nổi, phút 20-60
Bồn áp lực, phút 0,5-3
Chiều cao lớp nƣớc m 1-3
Hiệu suất xử lí TSS % 60-80
Tải trọng bề mặt m3/m2.ngày 20-325
* Ở tỉ số khí/chất rắn A/S= 0,03mg khí/mg chất rắn đạt hiệu quả tối ƣu * Độ hòa tan của không khí sa= 16,4 ml/l
* Tỉ số bảo hòa f= 0,5
* Ở tải trọng bề mặt tuyển nổi 48m3/m2.ngày đạt hiệu quả khử cặn lơ lửng 60%, dầu mỡ đạt 92%
* Hàm lƣợng COD qua lƣới chắc rác và tuyển nổi giảm 10% và BOD giảm 10%
Áp suất yêu cầu cho cột áp lực:
Vậy P= 2,56 atm= 259 KPa= 26,4m cột nƣớc Trong đó:
A/S= Tỉ số khí/chất rắn, mg khí/mg chất rắn
f= phần khí hòa tan ở áp suất P, thông thƣờng f= 0,5 P= áp suất, KPa
Sa= Hàm lƣợng bùn, mg/l sa= Độ hòa tan của khí, ml/l
Thể tích cột áp lực:
W= Qtb.h T= 20,8m3/h 0,03h= 0,6m3 Trong đó:
Qtb.h= Lƣu lƣợng nƣớc trung bình trong 1 giờ T= thời gian lƣu nƣớc. T= 2 phút= 0,03h Chọn chiều cao cột áp lực H= 2m
Đường kính cột áp lực:
√ √
Chọn:
Bể tuyển nổi hình chữ nhật
Chiều sâu phần tuyển nổi. ha= 2m Chiều sâu phần lắng bùn. Hb= 0,7m Chiều cao bảo vệ. hbv= 0,5m
Chiều cao tồng cộng của bể tuyển nổi
H= ha+ hb+ hbv= 2+ 0,7+ 0,5= 3,2m
Chọn thời gian lƣu nƣớc trong bể: t= 40 phút
Thể tích bể tuyển nổi:
Diện tích bể tuyển nổi:
Chọn L×B= 3×1,5
Vậy thông số thiết kế bể L×B×H= 3×1,5×3,2 Kiểm tra lại thời gian lƣu nƣớc:
Lƣu lƣợng khó cần: Trong đó:
Lƣợng khí dung để bảo hòa thƣờng là 70%
S: là lƣợng cặn lấy ra trong 1 phút, tính bằng gam
Vậy
Chọn máy bơm với Q= 9l/phút, p= 280,5kPa
Tính toán máy bơm cho bồn áp lực
Áp suất cần thiết là p= 2,56 amt≈ 26mH2O
Đối với máy bơm cho bồn áp lực thì chiều cao cột áp H≥ 50m. Chọn H=50m Lƣu lƣợng bơm tuần hoàn:
Công suất bơm:
Trong đó:
ρ là khối lƣợng riêng của nƣớc. ρ=1000 kg/m3
H là cột áp của bơm, mH2O
Công suất thực của máy bơm:
Trong đó:
N< 1 → β= 1,5-2,2 N=1-5 → β= 1,2-1,5 N=5-50 → β= 1,1 Vậy chọn 1 máy bơm có N= 6Hp
Chọn máng tràn có chiều rộng 0,3m Đƣờng kính máng tràn: Tải trọng máng tràn: Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc Chọn vận tốc chảy trong ống : v= 1m/s Lƣu lƣợng nƣớc thải: Đƣờng kính ống chính là: √ √ Chọn ống nhựa Bình Minh D=90mm Đƣờng kính ống tuần hoàn là: √ √ Chọn ống thép không rỉ D=50mm Tính toán ống dẫn bùn
Hiệu suất bể tuyển nổi khử TSS là 60%. Giả sử 20% cặn lơ lửng không tuyển nổi đƣợc sẽ lắng xuống đáy bể tạo thành bùn cặn.
Cặn tƣơi thƣờng có hàm lƣợng chất rắn là TSv= 3,4%, khối lƣợng riêng của cặn tƣơi là ρ=1,0072kg/l
Dung tích bùn tƣơi cần xử lí mỗi ngày:
Chọn vận tốc bùn chảy trong ống bùn: v=1m/s
Chọn thời gian rút bùn là 10 phút, sau mỗi ngày rút bùn 1 lần Đƣờng kính ống thu bùn: √ √ Chọn ống thép không rỉ đƣờng kính D=70mm
Đƣờng ống dẫn ván nổi; chọn đƣờng ống dẫn ván nổi về bể chứa ván nổi bằng ống dẫn cặn lắng d= 70mm
Bảng 4. 18 Thông số thiết kế bể tuyển nổi
Tên thông số Đơn vị Giá trị
Chiều cao bể tổng cộng H m 3,2
Chiều dài bể, L m 3
Chiều rộng bể,B m 1,5
Thời gian lƣu nƣớc trong bể, t phút 40
Đƣờng kính ống chính mm 90
Đƣờng kính ống tuần hoàn mm 50
4.3.6. Bể trung gian
4.3.6.1: Nhiệm vụ
Bể trung gian trong trƣờng hợp này chức năng của nó tƣơng tự hầm bơm. Giúp lƣu trữ ổn định lƣu lƣợng trƣớc khi bơm vào công trình xử lí phía sau. Hệ thống bơm của bể trung gian tƣơng tự hệ thống bơm của bể điều hòa.
4.3.6.2: Tính toán Thể tích bể trung gian: Vb = Qhmax . t = 45×20 phút× 1h 60 phút = 15 m 3 Trong đó :
t: Thời gian lƣu nƣớc, t = 10 - 30 phút, chọn t = 20 phút. Kích thƣớc hầm tiếp nhận
Chọn chiều sâu hữu ích h1 = 2,5 m. Chọn chiều cao bảo vệ h2 = 0,5 m.
Chiều cao tổng cộng :
H = h1 + h2 = 2,5 + 0,5 = 3 m. Diện tích bể trung gian
S = V h1 = 15 3 = 5m 2 . Chọn kích thƣớc bể : B x L = 2x 3m Thể tích xây dựng thực tế : B x L x H = 2 x 3 x 3 = 18 m3. Đƣờng kính ống dẫn nƣớc thải sang bể tuyển nổi.
D = √4. Q
v . π = √40,6 0,0125 π = 0,16 m. Chọn ống PVC 160. Trong đó:
v: vận tốc nƣớc chảy trong ống : v = 0,6 m/s ( Giới hạn 0,3 – 0,7 m/s). Kiểm tra lại vận tốc nƣớc chảy trong ống
v = 4. Q π. D2 =
4 0,0125
Tính bơm
Công suất bơm
N = Qmax . H. ρ . g 1000 . η =
0,0125 6 1000 9,81
1000 0,8 = 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 = 1000 kg/m3
.
P = H = h1 + h2 = 3 +3 = 5 mH2O. Chọn H = 6 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 (kW).
Chọn 2 bơm chìm có công suất nhƣ nhau (2 máy hoạt động lƣu phiên). Chọn bơm chìm Model 100BZ43.7 – 3,7KW/50Hz hãng Tsurumi – Nhật Bản.
Bảng 4. 19 Các thông số thiết kế và kích thƣớc bể trung gian
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều dài bể (L) m 3
Chiều rộng bể (B) m 2
Chiều cao bể (h1) m 3
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc thải ra (D) mm 160
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc vào bể mm 110
4.3.8. Bể lọc sinh học cao tải
4.3.8.1: Nhiệm vụ
Bể lọc sinh học cao tải là một hệ thống xử lý hiếu khí sử dụng các vi sinh vật sinh trƣởng bám dính trên lớp vật liệu lọc để phân huỷ các chất hữu cơ và loại bỏ nitơ ra khỏi nƣớc thải.
4.3.8.2: Tính toán
Thông số:
Lƣu lƣợng đầu vào nƣớc thải: s tb
Q = 0,0058 (m3/s) Lƣợng BOD5 đầu vào bể lọc sinh học: 244 (mg/l) Lƣợng BOD5 sau lắng II còn lại: 48,8 mg/l
Tổng nitơ = 64,3 mg/l Tổng photpho = 11,87 mg/l
Tổng chất rắn lơ lửng sau lắng II = 32mg/l Nhiệt độ nƣớc thải 250C .
BOD5: BODL= 0,68
Hệ số sản lƣợng tối đa ( tỷ số giữa tế bào đƣợc tạo thành với lƣợng chất nền đƣợc tiêu thụ): chọn Y = 0,6 (mgVSS/mgBOD5). (Nguồn [3]).
Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong nƣớc ở đầu ra theo quan hệ:
BOD5(ra) = BOD5 hòa tan trong nƣớc đầu ra + BOD5 của chất lơ lửng đầu ra
(Giả sử chất lơ lửng trong nƣớc thải sau lắng II chứa 32mg/l chất rắn, trong đó 60% là chất có thể phân hủy sinh học).
Hàm lƣợng cặn sinh học dễ phân hủy= 60%× 32= 19,2 mg/l BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học trong đầu ra sau lắng II:
BODL= 19,2mg/l×1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa= 27mg/l BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra sau lắng II:
BODss= 27× 0,68= 18mg/l BOD5 hòa tan trong nƣớc đầu ra: BODht= 48,8-18= 38,8mg/l
Xác định hệ số hoạt động của bể :
Trong đó:
La: lƣợng BOD5 trƣớc khi vào bể lọc sinh học Lt: lƣợng BOD5 cần đạt sau xử lý tại bể.
Vì chọn K=5,25 theo Bảng 44, điều 8.15.3[6] ta chọn đƣợc các thong số sau Tải trọng thủy lực q0= 20 m3/m2.ngày
Chiều cao công tác của bể lọc H= 3m Lƣu lƣợng không khí đơn vị B lấy 8-12 m3
/m3 nƣớc. Chọn B= 8 m3/m3 nƣớc Tính giá trị:
: Lƣợng BOD5 của hỗn hợp nƣớc thải chƣa xử lí và nƣớc tuần hoàn
th
hh a
L L nên không cần thực hiện tuần hoàn. Diện tích bể lọc sinh học cao tải :
Trong đó:
Q: Lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 500 (m3/ngày).
q :Tải trọng thủy lực lên bề mặt bể lọc chọn q = 20 (m3/m2.ngđ). Chọn L×B= 6×4,2m
Chiều cao công tác chọn H = 3 (m). Chọn chiều cao bảo vệ Hbv= 0,5m
Vậy chiều cao tổng cộng xây dựng bể Hxd= H+ Hbv = 3,5m Thể tích tổng cộng của bể lọc tính theo công thức :
W = H x F = 3,5 x 25 = 87,5 (m3).
Trong đó:
H : chiều cao lớp vật liệu lọc trong bể, H = 3 - 4m, chọn H = 3m. (mục 8.15.2, trang 81, Nguồn [6]).
Thời gian lƣu nƣớc trong bể:
Vật liệu lọc và cỡ hạt của vật liệu lọc lấy theo điều 8.13.6, Nguồn [6]. Cỡ hạt vật liệu lọc (đá dăm) đƣợc chọn 40 ÷ 70mm, đƣợc bố trí theo chiều cao bể. Lớp vật liệu đỡ bên dƣới cũng chọn loại đá dăm nhƣng có kích thƣớc lớn hơn, vào khoảng 70 ÷ 100mm. Chiều dày của lớp vật liệu đỡ lấy bằng 0,2m.
Xác định tốc độ tăng trƣởng riêng của vi sinh vật Nitrat hóa (theo công thức 7 – 93, Wastewater Engineering Treatment and Reuse’’, Metcalf & Eddy ( Fourth Edition)): , n m n dn n o N DO k K N K DO
Tìm tốc độ tăng trƣởng tối đa của vi sinh vật Nitrat hóa (µn,m) ở 250C:
0 25 20 , .25 0, 75 1, 07 1, 052( / . ) n m C g g ng Tìm hằng số bán tốc độ (Kn) ở 250C: 0 25 20 3 .25 0, 74 1, 053 0,958( / ). n C K g m
Tìm hệ số phân rã nội sinh đối với sinh vật Nitrat hóa (kdn) ở 250C:
0 25 20 .25 0, 08 1, 04 0, 097( / . ) dn C k g g ng Ta có, Nồng độ NH4-N ở dòng ra: Ne = 1(mg/l); DO = 2(mg/l); K0 = 0,5(mg/l) 1, 052 1 2 0, 097 0,33( / . ). 0,958 1 0,5 2 n g g ng
Xác định thời gian lƣu bùn
Thời gian lƣu bùn lý thuyết (theo CT 7-37 trong bảng 8-5):
Thời gian lƣu bùn thiết kế (theo CT 7-71):
Ta lấy hệ số an toàn FS = TKN lớn nhất/TKN trung bình = 1,5. Thời gian lƣu bùn thiết kế = FSx Tlt= 1,5 x 3,03 = 4,54 ngày.
Xác định sinh khối tạo ra (theo CT 8-15 phần A, B, C): [ ] [ ] [ ] Trong đó:
Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình: Q = 500 (m3
/ngđ) Hệ số sản lƣợng tối đa :Y = 0,6 (mgVSS/mgBOD5) Nồng độ BOD đầu vào: S0 = 244(gBOD/m3)
Nồng độ BOD đầu ra: S = 38,8 (gBOD/m3)
0 25 20 .25 0,12 1, 04 0,146( / . ) d C k g g ng 0 25 20 .25 6 (1, 07) 8, 42( / . ). m C g g ng Hằng số: fd 0,15 Hệ số sản lƣợng: Yn = 0,12 (gVSS/gNOx) (theo bảng 8-11). Giả thiết NOx = 80%× Nito = 80%x 64,3 = 51,4(mg/l).
[ ] [ ] [ ]
Xác định lƣợng Nitơ bị oxy hóa thành Nitrat. Sử dụng công thức cân bằng Nitơ (CT 8 – 18):
Xác định nồng độ và khối lƣợng VSS và TSS trong bể thổi khí:
Tính nồng độ VSS, TSS trong bể : Sử dụng công thức 8-15 phần A, B, C, D:
Sử dụng công thức 8-15 phần A, B, C, D, E: Tính lƣợng VSS, TSS trong bể(CT7-54 và 7-55 trong bảng 8-5): Khối lƣợng MLVSS: XVSS×V= Px,VSS× Ttk= 44× 4,54= 199,76 kg Khối lƣợng MLSS: XTSS×V= Px,TSS× Ttk= 75× 4,54= 340,5 kg Xác định MLVSS:
Tỷ lệ cặn lơ lửng bay hơi = kgMLVSS/kgMLSS = 199,76/340,5 = 0,6 MLVSS = 0,6 x 3500 = 2100 (mg/l). Xác định F/M và tải lƣợng thể tích BOD Xác định F/M (CT 7-60): Xác định lƣợng BOD (CT 7-61): Xác định các tỷ số liên quan đến TSS và VSS:
Lƣợng BOD loại bỏ: Q×(S0 – S) = 500×(244 – 38,8) = 103 kg/ngày.
Kiểm tra hiệu quả xử lý Nito và Photpho
Tỷ lệ dinh dƣỡng đảm bảo cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí là 100BOD5 : 5N : 1P Ứng với lƣợng BOD bị xử lý nhƣ trên cần lƣợng Nito để tổng hợp tế bào
Tƣơng tự ứng với lƣợng BOD bị xử lý cần lƣợng Photpho để tổng hợp tế bào
Dựa vào số liệu trên cho thấy nồng độ N (64,3 mg/l) và P (11,87 mg/l) trong nƣớc thải đã đủ lƣợng N và P cho quá trình tổng hợp tế bào. Do đó, không cần bổ sung bổ sung lƣợng N và P.
Tính lƣợng bùn dƣ thải ra mỗi ngày Hệ số sản lƣợng tạo cặn từ BOD5
Lƣợng bùn dƣ sinh ra mỗi ngày do khử BOD5 (sinh khối) Px = Yb×Q× (S0-S)×10-3 (kg/ngày).
= 0,26×500×(244-38,8) ×10-3 = 27 (kgVSS/ngày). Tổng lƣợng bùn sinh ra theo độ tro của cặn (Z = 0,25)
Px(ss) = 27/0,72= 35 (kgSS/ngày). Lƣợng cặn dƣ cần xử lý mỗi ngày (xả bỏ):
Pxả = 35- 500×12×10-3 = 29 (kg/ngày).
Giả sử hàm lƣợng bùn lắng ở đáy bể lắng có hàm lƣợng chất rắn 0,8% và khối lƣợng riêng là 1,008kg/l. Vậy lƣợng bùn dƣ cần xử lý là:
Qdƣ = 29/(0,008x1,008) = 3559 (l/ngày) = 3,6 (m3/ngày) = 0,15 (m3/h).
Chọn phƣơng pháp thông gió nhân tạo phục vụ cho quá trình oxy hóa sinh học ở bể lọc sinh học cao tải. Thành bể lọc xây kín. Dùng quạt gió dẫn khí vào khoảng không gian giữa sàn lọc và sàn bể với áp lực 100mm cột nƣớc. Ở ống dẫn ra khỏi bể bố trí van thủy lực với chiều sâu 200mm.
Lƣợng không khí cần thiết cung cấp cho bể lọc sinh học cao tải đƣợc tính theo công thức : Trong đó:
A: lƣợng không khí cần thiết cung cấp cho bể lọc sinh học cao tải (m3
/h). Qtb: lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình ngày Qtb = 500 (m3/ngđ).
K1 : hệ số dự trữ, K1=2 ÷ 3. Lấy K1=2.
Từ kết quả tính toán trên chọn loại quạt gió với các đặc trƣng sau: Áp lực công tác : H = 10m cột nƣớc.
Lƣợng không khí cần thiết : A = 484 m3
/h = 0,13 m3/s
Chọn 02 quạt gió KOMASU KM25-1S cho 2 bể. Công suất mỗi quạt bằng 1270m3/h/220V/50Hz.
Tính toán hệ thống tƣới phản lực :
Khi chọn hệ thống tƣới phản lực thì theo mục 8.13.7, TCVN 7957:2008 nhƣ sau: Số lƣợng và đƣờng kính các ống phân phối xác định theo tính toán với điều kiện tốc độ nƣớc chảy ở đầu ống từ 0,5 ÷ 1,0m/s.
Số lƣợng và đƣờng kính lỗ trong các ống phân phối xác định theo tính toán với điều kiện vận tốc nƣớc qua lỗ không dƣới 0,5m/s, đƣờng kính lỗ không nhỏ hơn 10mm.
Áp lực tại lỗ phun trong hệ thống tƣới không nhỏ hơn 0,5m.
Vị trí đặt các ống phân phối đặt cao hơn bề mặt lớp vật liệu lọc 0,2m. Lƣu lƣợng tính toán của nƣớc thải trên một bể lọc sinh học cao tải :
Trong đó :
Qstb : lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình giây, Qstb = 0,0058(m3/s); n: số lƣợng bể lọc sinh học cao tải, n = 2.
Đƣờng kính của hệ thống tƣới phản lực lấy bằng:
Chọn 4 ống phân phối trong hệ thống tƣới phản lực, đƣờng kính của mỗi ống đƣợc tính theo công thức : √ √ Trong đó:
n1: số ống phân phối trong hệ thống tƣới phản lực, n1 = 2. v: vận tốc nƣớc chảy ở đầu ống, v = 1,0(m).
Q1: lƣu lƣợng tính toán Q1=0,0029(m3/s).
Chọn D0=60mm =0,06 m. Khi đó vận tốc nƣớc thực tế tại các đầu ống sẽ là :
Giá trị này thỏa mãn điều kiện 0,5 0,871,0 (mục 8.13.7, Nguồn [6]) nên chấp nhận đƣợc:
Số lỗ trên mỗi nhánh ống phân phối đƣợc tính theo công thức: