SS BOD5 COD N P
Nồng độ vào (mg/l) 149.63 615.60 738.72 200.00 120.00
%H xử lý 0.00 10.00 10.00 80.00 20.00
Nồng độ đã khử (mg/l) 0.00 64.80 77.76 115.31 24.00
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 54 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
4.1.3. Bể Aerotank Nhiệm vụ:
Bể Aerotank là nơi diễn ra quá trình vi sinh vật lơ lửng bùn hoạt tính nhằm xử lý chất hữu cơ tồn tại trong nước thải. Nhờ lượng khí cung cấp vào bể, vi sinh vật hiếu khí sẽ phát triển và phân hủy chất ơ nhiễm thành CO_2 và nước và một phần chuyển thành sinh khối lắng thứ cấp. Hiệu quả xử lý BOD, COD của bể Aerotank đạt từ 75 – 90%, phụ thuộc vào các yếu tố như : nhiệt độ, pH, nồng độ oxy, lượng bùn... .
Bảng4.9: Nồng độ các thơng số dịng vào
SS BOD5 COD N P
Nồng độ vào (mg/l) 149.63 583.20 699.84 200 120
Các thơng số thiết kế
Lưu lượng nước thải Q = 230 m3 /ngày Hàm lượng BOD5 ở đầu vào 583,2 mg/L Hàm lượng COD ở đầu vào 699,84 mg/L Hàm lượng SS : 149,63 mg/L
Nhiệt độ duy trì trong bể 300 C
Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn loại B
BOD ở đầu ra = 110 mg/L
Cặn lơ lửng ở đầu ra SSra ≤ 50 mg/L (thấp hơn tiêu chuẩn nguồn loại B)
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 55 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Nước thải khi vào bể Aerotank cĩ hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi ( nồng độ vi sinh vật ban đầu) X0 = 0
Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) cĩ trong nước thải là 0,7
MLSS MLVSS
= 0,7 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,3)
Nồng độ bùn hoạt tính tuần hồn ( tính theo chất rắn lơ lửng ) 10.000 mg/L Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì
trong bể Aerotank là : X = 3200 mg/L
Thời gian lưu của tế bào trong hệ thống c = 10 ngày
Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 ( BOD hồn tồn) là 0,68 Hệ số phân huỷ nội bào kd = 0,013 ngày-1
Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số iữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ ) Y = 0,32
Tính tốn bể Aerotank
Xác định nồng độ BOD5 hồ tan trong nước thải ở đầu ra
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 56 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Trong đĩ
Q , Qr, Qw , Qe : lưu lượng nước đầu vào , lưu lượng bùn tuần hồn , lưu lượng bùn xã và lưu lượng nước đầu ra , m3/ngày
S0 , S : nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng , mg/L
X , Xr , Xc : nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank , nồng độ bùn tuần hồn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng II , mg/L
- Phương trình cân bằng vật chất:
BOD5 ở đầu ra = BOD5 hồ tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra
Trong đĩ :
BOD5 ở đầu ra : 110 mg/L
BOD5 hịatan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/L
BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác định như sau :
Lượng cặn cĩ thể phân huỷ sinh học cĩ trong cặn lơ lửng ở đầu ra : 0,65 110 = 71,5 mg/L Bể lắng Aerotank Qr , Xr , S Qe, S,Xe Q,S0 Qw , Xr
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 57 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Lượng oxy cần cung cấp để oxy hố hết lượng cặn cĩ thể phân huỷ sinh học là : 32,5 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 101,53 mg/L . Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng
Q trình tính tốn dựa theo phương trình phản ứng: C5H7O2N + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/L 160 mg/L
1 mg/L 1,42 mg/L
Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5
BOD5 = BOD20 0,68 = 101,53 0,68 = 69,04mg/L Vậy :
110 (mg/L) = S + 69,04 (mg/L) S = 40,96 mg/L
Tính hiệu quả xử lý
- Tính hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hồ tan:
E = 0 0 S S S 100 = 149,63−40,96 149,63 100 = 72,63%
- Hiệu quả xử lý của tồn bộ sơ đồ
E0 = 583,20−110 583,20 100 = 81,13% - Thể tích bể Aerotank V = ) 1 ( ) ( 0 c d c k X S S QY (CT 6.3/90/[5]) Trong đĩ :
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 58 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
V: Thể tích bể Aerotank , m3
Q: Lưu lượng nước đầu vào Q = 230 m3/ngày Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,32
S0 – S = 583,20 − 40,96 = 542,24 mg/L
X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank , X= 3200 mg/L kd: 0,013 ngày-1
c = 10 ngày
V =230 × 0,32 × 10 × 542,24
3500 × (1 + 0,013 × 10) = 101 m
3
Thời gian lưu nước trong bể
=
Q V
= 101
230 10,5 giờ
Lượng bùn phải xã ra mỗi ngày
- Tính hệ số tạo bùn từ BOD5 Yobs = d cK Y 1 = 013 , 0 10 1 32 , 0 = 0,28 ( Mục 5/144/[2]) - Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 (tính theo MLVSS)
Px (VSS) = Yobs Q (S0 – S ) = 0,28 230 542,24 10-3= 35 kg/ngày
(Mục 5/145/[2]) - Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 59 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Ta biết MLSS MLVSS = 0,7 MLSS = 7 , 0 MLVSS (Mục 5/145/[2]) Px (SS) = 7 , 0 VSS Px = 35 0,7 = 50 kg
- Lượng cặn dư hằng ngày phải xã đi
Pxả = Pxl – Q 110 10-3 = 50 – 23011010-3
= 24,7 kg/ngày
(Mục 5/145/[2]) - Tính lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần hồn bùn
c = e e wX Q X Q VX Qw = c e e e X X Q VX (CT 6.6/93/[2]) Trong đĩ V: Thể tích bể Aerotank V= 101 m3
X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank X= 3200 mg/L c : Thời gian lưu bùn c = 10 ngày
Qe : Lưu lượng nước đưa ra ngồi từ bể lắng đợt II ( lượng nước thải ra khỏi hệ thống ). Xem như lượng nước thất thốt do tuần hồn bùn là khơng đáng kể nên Qe = Q = 230 m3/ngày
Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống Xe=0,7 SSra = 0,7 50 = 35 mg/L
Xr : Nồng độ chất rắn bay hơi cĩ trong bùn hoạt tính tuần hồn Xr = 0,7 10.000 = 7.000 mg/L
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 60 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Qw = 101×3200−230×35×10
7000×10 = 3,5 m3/ngày
Tính hệ số tuần hồn () từ phương trình cân bằng vật chất viết cho bể lắng II ( xem như lượng chất hữu cơ bay hơi ở đầu ra của hệ thống là khơng đáng kể)
Ta cĩ: X(Q+Qr) = XrQr + XrQw Qr = X X Q X XQ r w r Qr = 3500×230−7000×3,5 7000−3500 = 223 m3/ngày Vậy ta cĩ: = Q Qr = 223 230 = 0,97
Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD20
- Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn
OC0 =Q(S0− S)
f − 1,42Px + 4,57Q(N0− N) × 10
−3
(CT 6.15/105/[5]) Với f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 , f= 0,68
OC0 =230 × (583,20 − 40,96)
0,68 × 1000 − 1,42 × 35 + 4,57 × 230 × (144,14 − 28,83) × 10−3 = 255 kgO2/𝑛𝑔à𝑦
- Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể OCt = OC0 L s s C C C Trong đĩ
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 61 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Cs : Nồng độ bão hồ oxy trong nước ở nhiệt độ làm việc Cs = 9,08 mg/L
CL : Lượng oxy hồ tan cần duy trì trong bể CL = 2 mg/L
OCt = 255 2 08 , 9 08 , 9 = 327,03 kgO2/ngày
Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể :
Chỉ số F/M M F = X S 0 = 583,2 0,44×3500 = 0,4 (mgBOD5/mg VSS ngày)
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thơng số thiết kế bể (0,2-0,6 ) - Tải trọng thể tích của bể Aerotank
L= V Q S0 = 583,2×230×10 −3 101 = 1,33 (kgBOD5/m3ngày)
Giá trị này trong khoảng thơng số cho phép khi thiết kế bể (0,8 -19) - Tính lượng khơng khí cần thiết để cung cấp vào bể
Qkk =
OU OCt
f Trong đĩ
OCt : Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể : OCt = 327,03 (kgO2/ngày)
OU : Cơng suất hồ tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối Chọn dạng đĩa xốp , đường kính 170 mm , diện tích bề mặt F=0,02 m2
Cường độ thổi khí 200 L/phút đĩa
Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h = 4m ( lấy gần đúng bằng chiều sâu bể) Tra bảng 7.1 trang 112 “ Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải_Trịnh Xuân
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 62 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
OU = Ou h = 7 4 = 28 g O2/m3 f: hệ số an tồn , chọn f = 1,5
Qkk = 327,03
28×10−3 1,5 = 17519.46 (m3/ngày) = 12166,3 (L/phút) - Số đĩa cần phân phối trong bể
N = ) . / ( 200 ) / ( dia phut L phut L Qkk = 12166,3 200 60 đĩa
Phân phối đĩa (như bể điều hịa thổi khí)
Kích thước bể Aerotank
Thể tích bể Vb = 101 m3
Chiều sâu chứa nước của bể h = 4 m Chiều dài bể L = 6 m
Chiều rộng bể B = 4,2m
Chiều cao dự trử trên mặt nước hdt 0,5m
Chiều cao tổng cộng của bể H = h+ hdt = 4 + 0,5 = 4,5m
Vậy bể Aerotank cĩ kích thước như sau L B H = 6 4,2 4,5 m
Tính tốn các thiết bị phụ
Phân phối đĩa thổi khí
Từ ống chính chia thành 4 ống nhánh trên mỗi ống nhánh cĩ 4 đầu phân phối.
Số đĩa trên một ống nhánh:
mn = Số đĩa
Số ống nhánh = 60
4 = 15 (đĩa)
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 63 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
l = L
mn+ 1 = 5
15 + 1 = 0,3125 (m)
Trụ đỡ: đặt ở dưới mỗi đĩa từng trụ một.
Kich thước trụ đỡ là: D x R x C = 0,2m x 0,2 m x 0,3m Tính tốn máy thổi khí:
Áp lực cần thiết của máy thổi khí: Hm = h1 + hd + H Trong đĩ:
h1: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển, h1 = 0,5m. hd: Tổn thất qua đĩa phun, hd = 0,5m.
H: Độ sâu ngập nước của miệng vịi phun, H = 4m. Hm = 0,5 + 0,5 + 4 = 5m = 0,5atm Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe:
Pm = Hm 10,12 =
0,5
10,12= 0,0494
Năng suất yêu cầu:
Qkk = 12166,3 (m3/ngày) = 507 (m3/h) = 0,14 (m3/s) Cơng suất máy thổi khí:
Pmáy = GRT1 29,7ne[( P2 P1) 0,283 − 1]
(𝐶𝑇 6 − 20, Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đơ thị & cơng nghiệp - Tính tốn thiết kế
cơng trình)
Trong đĩ:
Pmáy: Cơng suất yêu cầu của máy nén khí, kW G: Trọng lượng của dịng khơng khí, kg/s G = Qkk × dkhí = 0,14 × 1,3 = 0,182 kg/s R: hằng số khí, R = 8,314 KJ/K.mol0K
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 64 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
P1: Áp suất tuyệt đối của khơng khi đầu vào P1 = 1 atm P2: Áp suất tuyệt đối của khơng khi đầu vào
P2 = Pm + 1 = 0,0494 + 1 = 1,05atm
n =K − 1
K = 0,283 (K = 1,395 đối với khơng khí)
29,7: Hệ số chuyển đổi
e: Hiệu suất của máy, chọn e = 0,7
Vậy: Pmáy =0,182 × 8,314 × 298 29,7 × 0,283 × 0,7 [( 1,05 1 ) 0,283 − 1] = 1,065 kW ≈ 1,43Hp
Chọn máy thổi khí HeyWel RSS-40
Cơng suất : 2 HP Xuất xứ Taiwan
Tính tốn đường ống dẫn khí:
Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính, chọn Vkhí = 15m/s
Lưu lượng khí cần cung cấp, Qkk = 0,14 m3/s → Q’kk = 0,14/6 = 0,023 m3/s Đường kính ống phân phối chính:
D = √ 4Qkk Vkk×π= √
4 × 0,14
15 ×π = 0,1m → Chọn ống sắt tráng kẽm Ø110
Kiểm tra vận tốc trong ống chính :
Vkhi =4 × Qkk
πd2 = 4 × 0,14
π× 0, 05772 = 17,8 m/s
Từ ống chính ta phân làm 6 ống nhánh cung cấp khí cho bể. Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh V’khí = 20 m/s
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 65 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
d = √ 4Q′kk
V′kk×π= √
4 × 0,023
20 ×π = 0,04m → Chọn ống thép mạ kẽm Ø40
Kiểm tra vận tốc trong ống nhánh :
V′khi =4 × Q′kk
πd2 =4 × 0,023
π× 0,042 = 18,3m/s
Tính tốn đường ống dẫn nước thải vào bể :
Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 0,7 m/s (giới hạn 0,3 - 0,7 m/s) Lưu lượng nước thải : Q = 230 m3/ngày = 9,583 m3/h = 0,0027 m3/s Chọn loại ống dẫn nước thải là ống uPVC, đường kính của ống
D = √ 4Q v ×π= √
4 × 0,0027
0,7 ×π = 0,07m → Chọn ống nhựa uPVC Ø75 (Øtrong = 72,8)
Kiểm tra lại vận tốc nước chải trong ống :
v =4 × Q
πD2 = 4 × 0,0023
π× 0, 07282 = 0,702m/s
Tính tốn đường ống dẫn bùn tuần hồn:
Lưu lượng bùn tuần hồn, Qr = 223 m3/ngày = 0,0026 m3/s
Vận tốc bùn chảy trong ống với điều kiện cĩ bơm là 1 – 2 m/s, chọn v = 1 m/s
D = √ 4Q v ×π= √ 4 × 0,0026 1 ×π = 0,0575m → Chọn ống uPVC Ø60 (Øtrong = 57,7) Bơm bùn tuần hồn:
Lưu lượng bơm: Q’r = 223 m3/ngày = 9,3 m3/h = 0,0026 m3/s Cơng suất bơm bùn:
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 66 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
∑ 𝜉𝑐𝑏 = 𝜉1+ 𝜉2 + 𝜉3+ 𝜉4+ 𝜉5+ 𝜉6 = 0,5 + 1 + 0,5 + 4.1,1 + 0,25 + 0,25 = 6,9 𝜉1 = 0,5: hệ số trở lực khi vào ống hút; 𝜉2 = 1: hệ số trở lực khi ra ống hút; 𝜉3 = 0,5: hệ số trở lực van một chiều; 𝜉4 = 1,1: hệ số trở lực khuyển cong 900; 𝜉5 = 0,25: hệ số đột mở ở bồn áp lực; 𝜉6 = 0,25: hệ số độ thu ở bình áp lực;
Những thơng số này tra ở phụ lục 13- Quá trình và thiết bị hố học (tập 10)
H: Cột áp của bơm, H = ∑ 𝜉𝑐𝑏 + H(bể) = 6,9 + 4,5 = 11,4mH2O. N = Q𝑡𝑏 s × H × g × ρ 1000 × η = 0,0027 × 11,4 × 9,81 × 1000 1000 × 0,8 = 0,377kW Trong đĩ:
η: Hiệu suất của máy bơm, 𝜂 = 0,7 − 0,9. Chọn η = 0,8. ρ: Khối lượng riêng của nước. ρ = 1000kg/m3.
H: Cột áp của bơm, H = 11,4mH2O.
Cơng suất thực của bơm:
Ntt = 2 × N = 2 × 0,377 = 0,754 kW = 1,01 Hp Trong đĩ: β: Hệ số dự trữ N < 1 → β = 1,5 − 2,2. N > 1 → β = 1,2 − 1,5. N = 5 − 50 → β = 1,1. Chọn β = 2,0
Chọn bơm cạn hút bùn hiệu Pentax CM 32-160C cĩ N= 1,5 kW = 2 Hp; Điện áp 380V.
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 67 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Lưu lượng bơm: Qw = 3,5 m3/ngày = 0,15 m3/h = 0,0000405 m3/s Cơng suất bơm bùn:
Tổng hệ số ma sát cục bộ ∑ 𝜉𝑐𝑏 = 𝜉1+ 𝜉2 + 𝜉3+ 𝜉4+ 𝜉5+ 𝜉6 = 0,5 + 1 + 0,5 + 4.1,1 + 0,25 + 0,25 = 6,9 𝜉1 = 0,5: hệ số trở lực khi vào ống hút; 𝜉2 = 1: hệ số trở lực khi ra ống hút; 𝜉3 = 0,5: hệ số trở lực van một chiều; 𝜉4 = 1,1: hệ số trở lực khuyển cong 900; 𝜉5 = 0,25: hệ số đột mở ở bồn áp lực; 𝜉6 = 0,25: hệ số độ thu ở bình áp lực;
Những thơng số này tra ở phụ lục 13- Quá trình và thiết bị hố học (tập 10)
H: Cột áp của bơm, H = ∑ 𝜉𝑐𝑏 + H(bể) = 6,9 + 4,5 = 11,4mH2O. N = Q𝑡𝑏 s × H × g × ρ 1000 × η = 0,0000405 × 11,4 × 9,81 × 1000 1000 × 0,8 = 5,66 × 10 −3KW
Trong đĩ: η: Hiệu suất của máy bơm, 𝜂 = 0,7 − 0,9. Chọn η = 0,8.
ρ: Khối lượng riêng của nước. ρ = 1000kg/m3.
H: Cột áp của bơm, H = 11,4mH2O.
Cơng suất thực của bơm:
Ntt = 2 × N = 2 × 5,66 × 10−3 = 0,0113 kW = 0,015 Hp Trong đĩ: β: Hệ số dự trữ N < 1 → β = 1,5 − 2,2.