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:
Chọn m= 3 lỗ
Khoảng cách hay toạ độ của một lỗ bất kì trên ống phân phối so với trục quay của hệ thống tƣới xác định theo công thức sau:
Công thức xác định: m i D L t i . 2 (mm) Trong đó:
i là số thứ tự của lỗ cách tâm trục hệ thống tƣới
Bảng 4. 20 Bảng xác định vị trí các lỗ so với trục trung tâm Thông số m Dt Số thứ tự lỗ (i)
1 2 3
Đơn vị lỗ mm mm mm mm
Số vòng quay của hệ thống tƣới mỗi phút xác định theo công thức thực nghiệm: Công thức xác định: t D d m Q r 2 6 10 8 , 34 (vòng /phút) Trong đó: r: số vòng quay trong 1 phút.
d- là đƣờng kính của lỗ trên ống tƣới lấy không nhỏ hơn 10mm. Lấy d = 15 mm (mục 8.13.7, Nguồn [6])
Q2 là lƣu lƣợng bình quân một ống tƣới: có tất cả 2 ống Q2=Q1/2=2,9/2 = 1,45 (l/s)
Theo hƣớng dẫn của TCVN 7957:2008 thì áp lực ở thiết bị tƣới không nhỏ hơn 0,5m. Vậy ta chọn áp lực thiết kế là 0,5m.
Chiều cao xây dựng bể:
Hxd = hbv + H + hS + h = 0,5 + 3 + 0,1 + 0,5 = 4,6 m.
Trong đó:
hbv – Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 m
hS - Chiều dày sàn lọc (sàn đỡ vật liệu lọc): hS = 0,1 m
h - chiều cao không gian giữa sàn lọc và sàn bê tông bể : h = 0,5 m (Nguồn [6], nhỏ hơn 0,6m) Đƣờng kính ống dẫn nƣớc thải ra khỏi bể: √ √ Trong đó: n: số bể lọc công tác, n = 2. Chọn ống dẫn có Dr = 50 mm.
Kiểm tra lại vận tốc:
Bảng 4. 21 Các thông số thiết kế bể lọc sinh học cao tải
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều dài bể, L m 6 Chiều rộng bể, B m 4,2 Chiều cao, H m 4,6 Đƣờng kính hệ thống tƣới phản lực m 200 Đƣờng kính ống dẫn nƣớc ra mm 60 4.3.9. Bể lắng đứng 4.3.9.1: Nhiệm vụ
Hỗn hợp nƣớc và bùn hoạt tính từ bể Aerotank đƣợc đƣa liên lục sang bể lắng sinh học. Bể lắng có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nƣớc thải. Một phần sẽ tuần hoàn lại bể Anoxic để giữ ổn địng mật độ VSV tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ.
4.3.9.2: Tính toán
- Diện tích tiết diện ƣớt của ống trung tâm:
Trong đó
: vận tốc nƣớc trong ống trung tâm, lấy không >30 mm/s Chọn vtt=30mm/s Q: lƣu lƣợng nƣớc vào bể lắng,
- Diện tích tiết diện ƣớt của bể lắng: : vận tốc nƣớc thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s Chọn . - Diện tích bể lắng:
(Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phƣớc Dân, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình, NXB ĐHQG TPHCM, 2015, trang 276). - Đƣờng kính bể lắng: √ √ Chọn DL = 4 m - Đƣờng kính ống trung tâm: √ √
- Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng:
Trong đó:
+ t là thời gian lắng, t = 1,5 h
+ v: Tốc độ chuyển động của nƣớc thải trong bể lắng đứng, v = 0,0005 m/s - 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.
- Đƣờng kính tấm hắt lấy bằng 1,3 lần đƣờng kính miệng loe
- Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170 (Mục 7.6C TCVN 51-2008)
- Chiều cao từ mặt dƣới tấm hắt đế bề mặt lớp cặn là 0,3m (Mục 7.56C TCVN 51-2008)
- Phần đáy thu cặn của bể lắng đứng có dạng hình nón.
- Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phƣơng ngang không nhỏ hơn . Chọn
- Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng đƣợc xác định theo công thức:
( ) ( )
Chọn hn = 2,5m. Trong đó :
là chiều cao lớp trung hòa, m.
là chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể, m.
là đƣờng kính trong của bể lắng, .
là đƣờng kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,6 m.
là góc nghiêng của đáy bể lắng so với phƣơng ngang, lấy không nhỏ hơn 500
(Mục 7.56C TCVN 51-2008). Chọn = 600. - Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng là:
H = htt + hn + hbv = 2,7 + 2,9 + 0,3 = 5,9 m Trong đó hbv – chiều cao bảo vệ, hbv = 0,3 m.
- Khoảng cách giữa mép ngoài của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục đƣợc tính theo công thức:
(Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phƣớc Dân, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình, NXB ĐHQG TPHCM, 2015, trang 256).
Trong đó :
là tốc độ dòng nƣớc chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, ≤ 20 mm/s. Chọn = 15 mm/s = 0,015 m/s.
Thiết kế máng thu nƣớc
- Để thu nƣớc đã lắng, ta thiết kế hệ thống máng thu xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu đặt theo chu vi vàng trong của bể. Máng răng cƣa đƣợc gắn vào máng thu nƣớc (qua lớp đệm cao su) để điều chỉnh cao độ mép máng răng cửa là 5 mm. Chiều cao tổng cộng của máng răng cƣa 200 mm. Chiều dài máng răng cƣa bằng chiều dài máng thu nƣớc.
- Đƣờng kính máng thu để đảm bảo không gian thu nƣớc của máng tràn thì đƣờng kính đƣợc thiết kế bằng khoảng 80% đƣờng kính bể lắng (Bài giảng kỹ thuật xử lý nƣớc thải, Th.S Lâm Vĩnh Sơn)
Chọn
- Chiều dài máng thu nƣớc
- Bề rộng máng thu nƣớc:
- Tải trọng thu nƣớc trên 1m dài của máng
⁄
- Chọn chiều cao máng thu nƣớc Hm = 0,3 m. Tính toán máng răng cƣa
- Đƣờng kính máng răng cƣa bằng đƣờng kính trong máng thu: Drc = Dm = 2,8 m
- Chiều dài máng răng cƣa:
- Bề rộng răng cƣa: brc = 100 mm. - Bề rộng khe: bkhe = 100 mm.
- Khe taọ góc α = 900
- Chiều sâu khe = bkhe : 2 = 100 : 2 = 50 mm ( Tính theo thiết kế các công trình xử lý nƣớc thải của Tri h Xuân Lai).
- Chọn số khe trên 1m chiều dài máng răng cƣa là 5 khe. - Bề dày máng răng cƣa là 5mm.
- Tổng số khe
n = 5 x Lrc = 5 x 8,8 = 44 (khe) Kiểm tra lại thời gian lắng nƣớc:
- Thể tích phần lắng ( ) - Thời gian lắng - Thể tích phần chứa bùn: Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc thải ra
- Vì nƣớc thải tự chảy sang bể khử trùng nên chọn vận tốc nƣớc chảy trong ống