STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước h 5,2
2 Chiều dài m 3,56
3 Chiều rộng m 3
4 Chiều cao xây dựng m 3,8
5 Thể tích bể xây dựng m3 40.58
HIệu quả xử lý
Thông số Hiệu suất xử lý Đầu vào Đầu ra
BOD5 10% 180 mg/l 162,75 mg/l
COD 10% 333 mg/l 299.7 mg/l
NH4+ 80% 23.75 mg/l 21.375 mg/l
3.4.6. Bể hiếu khí (Aerotank)
Các thông số vận hành: + Cặn hữu cơ a = 75% + Độ tro z = 0,3
+ Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào Xo =0
+ Nồng độ bùn hoạt tính X = 2500 – 4000 mg/l, chọn X= 3000 mg/l + Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68
+ Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn là XT = 8000 mg/l + Chế độ xáo trộn hoàn toàn
+ Thời gian lưu bùn trong bể Aerotank là θ = 5 – 15 ngày, chọn θ = 10 ngày + Hệ số phân hủy nội bào Kd = 0,02 – 0,1 ngày-1, Chọn Kd = 0,06 ngày-1
+ Hệ số sản lượng bùn tối đa (tỷ số giữa lượng tế bào được tạo thành với lượng cơ chất bị tiêu thụ) Y = 0,4 − 0,8 mgVSS
mgBOD5, chọn Y = 0,6 mgVSS
mgBOD5 + Thành phần dinh dưỡng theo tỉ lệ BOD : N : P=100:5:1
Lượng BOD5 cần khử là: 162,75 – 30= 132,75 mg/l Lượng nito cần khử là: 𝑁 =21.375
100 = 0,21375 mg/l Lượng nito dư là: 25,27 – 0,21375 = 25,0562 mg/l
Nước thải đầu vào đã đủ dinh dưỡng và pH thích hợp điều kiện xử lý sinh học. Chọn thiết bị xử lý sinh học h.0iếu khí nước thải là loại bể aerotank thông khí `theo phương pháp thông thường có thành phần bùn hoạt tính
- Xác định nồng độ BOD5 hoà tan trong nước thải đầu ra tính theo công thức: BOD5 đầu ra = BOD5 hoà tan đi ra bể lắng + BOD5 có trong cặn lơ lửng đầu ra Ta có phương trình:
C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 160
1 1,42
Lượng cặn hữu cơ tính theo COD: 1,42 x 19,5 x 0,7 = 19,39 mg/l. Lượng BOD5 có trong cặn ra khỏi bể lắng: 36,92 x 0,68 = 25,1 mg/l
Lượng BOD5 hoà tan ra khởi bể lắng thứ cấp bằng tổng BOD5 cho phép ở đầu ra trừ đi lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng: S = 30 – 25,1 = 4,9 mg/l
( Theo Gíao trình tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải của Trịnh Xuân Lai )
Hiệu quả xử lý theo BOD5 hoà tan
𝐸𝐻𝑇 = So− S
So × 100% =
162.75 − 4,9
162.75 × 100% = 96,9%
Hiệu quả xử lý COD
ETC = So− 30
So . 100% =
299.7 − 30
299.7 . 100% = 90%
Tính toán kích thước hữu ích của bể (với thời gian lưu nước trong bể t = 3,16 h)
V = Qmaxh × t = 10.5 x 3,16 = 49,39 m3
Chọn V = 49,5 m3
Trong đó:
So: là lượng BOD5 đầu vào
S: là lượng BOD5 hoà tan vào trong nước thải
θc: là thời gian lưu bùn hoạt tính trong công trinh θc = 10 ngày Y: là hệ số tải lượng bùn Y=0,6mg VSS/mgBOD5
X: là nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn X=3000 mgVSS/l Kd: hệ số phân huỷ nội bào, Kd = 0,06 ngày-1
Chiều cao hữu ích của bể từ 2÷6 → chọn h = 3,4m Chiều cao bảo vệ: Hbv= 0,4m
Chiều cao xây dựng bể là: H = h + Hbv = 3,4+0,4 = 3,8m Diện tích mặt bằng bể là: 𝐹 =V
h = 49,5
Chọn chiều dài bể L = 6 m, chiều rộng B = 3m
Thể tích thực của bể là: Vt = L x B x H = 6 x 3 x 3,8 = 57m3
Thể tích bùn xả hằng ngày của mỗi bể là
θc = VX
QxaXT+QrXr→Qxả = VX−Qr.Xr.θc
θc.XT Trong đó:
θc: là thời gian lưu bùn hoạt tính trong công trinh θc = 10 ngày V: thể tích bể Aerotank, m3
X: nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank, X = 3000 mg/l
Qxả: lưu lượng bùn thải bỏ, m3/ngày
Qr: lưu lượng nước thải sau xử lý (nước ra khổi lắng thứ cấp), coi như thất thoát nước theo bùn là không đáng để Qr = QTB = 150 m3/ngày
Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng, mg/l. Sinh khối của bùn hoạt tính được tính bằng khối lượng chất lơ lửng bay hơi trong tổng hàm lượng bùn nên:
Xr = 18,2 mg/l
XT: Nồng độ bùn hoạt tính ở đáy bể lắng thứ cấp cũng chính là nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, tính theo VSS:
XT = (1-z) . Xc = 0,7.10000=7000 mg/l
→Qxả = 57 x 3000−150 x 18,2 x 10
100 x7000 = 0,18 m3/ngày
Tính toán lượng bùn thải bỏ hàng ngày - Hệ số bùn từ BOD5: Yobs = Y
1 +Kd+ θc = 0,6
1+0,06.10 = 0,375
Lượng bùn sinh ra mỗi ngày do khử BOD5 (tính theo VSS) Px = Yobs.Q.(So-S).10-3
(Nguồn Trình Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB xây dựng Hà Nội, 2009)
→ Px = 0,375 x 100 x (162.75-4,9) x 10-3 = 5.9 kg/ngày
- Lượng tăng sinh khối tổng cộng mỗi ngày tính theo MLSS (lượng cặn lơ lửng sinh ra theo đọ tro của cặn):
𝑃𝑥𝑙 = Px
1−Z = 5.9
1−0,3 = 8.4 kg/ngày
Lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày sau ra khi hệ thống hoạt động ổn định
𝐵 = Qxả × 𝑋𝑐 = 0,18 x 10000 = 1800 g/ngày = 1,8 kg/ngày
Trong đó cặn bay hơi: B’ = (1 – z) x B = (1-0,3) x 1,8 = 1,26 kg/ngày Cặn bay hơi trong nước đã xử lý ra khỏi bể lắng:
𝐵" = Qr × Xr = 100 x 18,2 = 2730 g/ngày.đêm = 2,73 kg/ngày đêm
Tổng cặn hữu cơ sinh ra: B’ + B’’ = 1,26 + 2,73 = 4 kg/ngày.đêm Hệ sô tuần hoàn
Xác định tỷ số tuần hoàn bằng cách viết phương trình cân bằng vật chất đối với bể Aerotank. Phương trình cân bằng vật chất cho bể Aerotank:
QTBXo + QTXT = (QTB+QT).X
Trong đó:
QTB: lưu lượng nước thải, QTB= 100 m3/ngày. QT: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn
Xo: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào Aerotank, mg/l. Giá trí Xo thường rất nhỏ so với X và XT, do đó trong chương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng Xo
X: nồng độ VSS trong bể Aerotank, X = 3000 mg/l XT: nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn: XT = 7000 mg/l - Khi đó phương trình cân bằng vật chất có dạng:
QT.XT = (QTB+QT).X Mà 𝛼 = QT QTB = X XT−X = 3000 7000−3000 = 0,75 𝑄𝑇 = α × 100 = 0,75 x 100 = 75 m3/ngày
Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng hữu cơ: Tỷ lệ BOD5 trong nước thải và bùn hoạt tính:
F
M = QTB.So
V.X = 100.162,75
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép thiết kế bề khuấy trộn hoàn chỉnh là 0,21÷1 (BOD5/bùn hoạt tính) - Tải trọng thể tích: La = Q.So V = 100.162,75.10−3 57 = 1,01 (kgBOD5/m3.ngày)
Giá trị nằm trong khoảng cho phép thiết kế bể khuấy trộn hoàn chỉnh là 0,8÷ 1,9 (gBOD5/bùn hoạt tính)
Tính toán hệ thống cấp khí cho bể Aerotank - Lượng không khí cho mỗi bể Aerotank
Lượng oxi cần thiết cho quá trình khử các hợp chất chứa cacbon (CBOD)
𝑂𝐶𝑜 =Q. (So− S)
f. 1000 − 1,42 × 𝑃𝑥 +
4,75 × 𝑄 × (𝑁0 − 𝑁)
1000
Trong đó:
OCo: lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng 20ºC
QTB: lưu lượng nước thải, QTB=100 m3/ngày
So: hàm lượng BOD5 của nước thải đầu vào So= 162,75 mg/l S: hàm lượng BOD5 của nước thải đầu ra, S = 4,9 mg/l f: hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD, f = 0,79 Px: phần tế bào dư xả ra theo bùn dư, Px = 5.9 kg/ngày No: tổng hàm lượng nito đầu vào, No = 25,27 mg/l N: tổng hàm lượng nito đầu ra là N = 25,0562 mg/l
Thiếu oxy sẽ cản trở quá trình phát triển của VSV, làm cho các VS dạng sợi phát triển làm giảm khả năng lắng cũng như chất lượng của bùn hoạt tính. Do dó, nồng độ oxy duy trì ở mức 1,5 ÷ 4 mg/l (giá trị thường dùng là 2 mg/l) trong bể Aerotank. Nếu DO≥4 mg/l thì không những không làm tăng hiệu quả xử lý của bể mà còn tăng đáng kể giá thành của việc sục khí.
𝑂𝐶𝑜 =100×(162,75−4,9)
0,79x1000 − 1,42 × 5.9 +4,75×100×(25,27−25,0562)
1000 = 35,76
kg/ngày
Lượng oxy cần thiết để duy trì lượng DO = 2 mg/l, trong điều kiện nhiệt độ 26
Trong bể Aerotank: 𝑂𝐶𝑡 = 𝑂𝐶𝑜 × ( Cs20 β.Csh−Cd) × 1 1,024T−20× 1 α Trong đó:
β: hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường lấy β = 1
Csh: nồng độ oxy bão hoà trong nước sạch ứng với nhiệt độ TºC và độ cao so với mặt nước biển tại nhà máy xử lý. Thiết kế ở nhiệt độ T=25ºC, Csh=8,09 mg/l
Cs20: nồng độ oxy bão hoà trong nước sạch ở 20ºC, Cs20 = 9,08 mg/l
Cd: nồng độ oxy cần duy trì trong công trình, Cd = 1,5 ÷ 2, chọn Cd = 2 mg/l
α: hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng kích thước bể,
α = 0,75
→ OCT = 41,96. 9,08
1.8,09−2 . 1
1,02425−20 . 1
0,75 = 73,73 (kgO2/ngày)
Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, công suất hoà tan oxy vào nước theo