III. TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH XỬ LÝ, PHƢƠNG ÁN I
3.4.2. Tính tốn thiết kế bể aeroten xáo trộn hồn tồn
Đối với bể aeroten xáo trộn hồn tồn thì hàm lƣợng chất rắn lơ lửng đầu vào khơng quy định và nồng độ BOD5 cho phép dƣới 1000mg/l (theo điều 6.5.3 sách 20 TCN 51-84)
Bảng 35: Các thơng số đầu vào của bể aeroten
Chỉ số Đơn vị Giá trị Lƣu lƣợng m3/ngđ 600 BOD5 mg/l 320 BOD20 mg/l 470 COD mg/l 450 SS mg/l 189 4400 4100 28 00
Để tính tốn thiết kế bể aeroten cho hệ thống xử lý nƣớc thải của một cơ sở sản xuất thì cần cĩ cá số liệu thực nghiệm. Tuy nhiên trong điều kiện khơng cho phép thì các số liệu cĩ thể lấy theo giả thiết theo các tài liệu của một số nhà máy bia sẵn cĩ trong khu vực miền trung, và theo các số liệu nghiên cứu trong các sách tính tốn nƣớc thải.
a. Xác định lƣu lƣợng bùn tuần hồn cho bể aeroten
Q, X0 AEROTEN Q+Qth, X Bể Lắn g Q, Xr Qth, Xth Qb, Xth
Hình 12: Sơ đồ thiết lập cân bằng sinh khối quanh aeroten – Viết phƣơng trình cân bằng vật chất cho bể aeroten:
Trong đĩ:
Q×X 0 +Qth ×X
th =(Q +Qth )×X
Q : lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 600 m3/ngđ Qth : lƣu lƣợng bùn hoạt tính tuần hồn, m3/ngđ
X0 : nồng độ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi trong nƣớc thải dẫn vào bể aeroten, Xo = 189 mg/l.
Xth : nồng độ bùn hoạt tính tuần hồn, Xth = 10.000 mg/l. X : nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten,
X = 3000 mg/l.
Giá trị X0 thƣờng rất nhỏ so với X và Xth, do đĩ trong phƣơng trình cân bằng vật chất ở trên cĩ thể bỏ qua đại lƣợng Q×X0. Khi đĩ phƣơng trình cân bằng vật
chất sẽ cĩ dạng:
Qth ×X th =(Q +Qth )×
X
3000 10000− 3000=257m3 / ngđ
a = X ×=100% 3000 ×100% = 40% X th − X b. Xác định kích thƣớc bể – Xác định thể tích bể aeroten: 10000− 3000 θC × (Q +Qth ) ×Y ×(L a −L t ) 3 W Trong đĩ: X × (1+ kd × θC ) (m )
θc : thời gian lƣu bùn, θc = 5 ÷ 15ngày, chọn θc = 10 ngày. Q : lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 600 m3/ngđ
Qth : lƣu lƣợng bùn hoạt tính tần hồn, Qth = 257 m3/ngđ Y : hệ số sản lƣợng bùn, Y = 0,4÷0,8 mgVSS/mgBOD5
chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5
La : nồng độ BOD5 dẩn vào bể aeroten, La = 320 mg/l Lt : nồng độ BOD5 ra khỏi bể aeroten, Lt = 70 mg/l X : nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten,
X = 3000mg/L.
kd : Hằng số phân hủy nội bào, kd = 0,05ngày-1. ⇒W =10× (600+ 257) × 0,6× (320− 70) = 3000×(1+ 0,05×10) 290m3 – Diện tích mặt bằng bể: Trong đĩ: F = HW 1 = 290 =83m2 3,5
H1 : chiều cao cơng tác bể aeroten, chọn H1 = 3,5 m W : thể tích cơng tác bể aeroten, W = 290 m3
– Chọn số đơn nguyên bể n = 2, chiều rộng mổi bể b = 4m, vậy chiều dài bể aeroten là:
L = F =
2×b
83
– Chiều rộng tồn bộ bể aeroten:
– Tính tốn thời gian lƣu nƣớc trong bể:
t = W × 1 = 290 × 1 =8,1h
Trong đĩ:
Q + Qth 24 600+257 24
t : thời gian lƣu nƣớc trong bể aeroten, giờ W : thể tích cơng tác bể aeroten, W = 290 m3 Q : lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 600 m3/ngđ
Qth : lƣu lƣợng bùn hoạt tính tần hồn, Qth = 257 m3/ngđ c. Tính tốn lƣợng bùn dƣ sinh ra mổi ngày
– Hệ số sản lƣợng bùn quan sát tính theo cơng thức:
Y b = (1+ kY× θC)= 1+0,050,6×10 = 0,4mgVSS/ mgBOD
– Lƣợng sinh khối bùn gia tăng mỗi ngày:
Px = Trong đĩ: Yb × Q× (L a − L t ) = 103 0,4×600×(320− 70) 103 =60kg/ ngđ
La : nồng độ BOD5 dẩn vào bể aeroten, La = 320 mg/l Lt : nồng độ BOD5 ra khỏi bể aeroten, Lt = 70 mg/l
Giả sử hàm lƣợng chất rắn lơ lửng dể bay hơi (VSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lƣợng chất rắn lơ lửng, khi đĩ lƣợng tăng sinh khối bùn tổng cộng sẻ là:
Px 60 Px (SS) =
80% =
80% = 75kg/ngđ
– Khối lƣợng bùn thải bỏ mỗi ngày:
W b= P ( )− Q × SS ×10−3 =75−600×100×10−3 = 15kg/ ngđ
Trong đĩ:
x SS ngđ r
Wb : khối lƣợng bùn thải bỏ mổi ngày (kg/ngđ) SSr : lƣợng chất rắn lơ lửng cịn lại trong dịng ra,
SSr = 100mg/l – Xác định lƣu lƣợng bùn thải
Ta cĩ cơng thức:
Trong đĩ: θC = W ×X Qb × X + Qra×X ra W : thể tích bể aeroten, W = 290m3. X : nồng độ bùn hoạt tính ở bể aeroten, X = 3000mg/l. Xra : nồng độ bùn hoạt tính ra khỏi bể lắng, Xra = 80% × SSra = 80% × 100 = 80mg/l. Qb : lƣu lƣợng bùn thải (m3/ngđ)
Qra : lƣu lƣợng nƣớc thải đã xử lý ra khỏi bể lắng, Qra = Q = 600m3/ngđ.
θc : thời gian lƣu bùn, θc = 10 ngày. Từ cơng thức trên ta cĩ: Qb = W × X - θraC × Qra × X θC × X = 290× 3000− 10× 600× 80 10× 3000 = 13m3 / ngđ
d. Xác định lƣợng khơng khí cần thiết cung cấp cho aeroten
– Lƣu lƣợng khơng khí đi qua 1m3 nƣớc thải cần xử lý (lƣu lƣợng riêng của khơng khí):
Trong đĩ:
D = 2× L a
K × H= 2× 470 =19,2m3 / m3 nƣớc thải
14× 3,5
La : BOD20 của nƣớc thải vào bể aeroten, La = 470mg/l K : Hằng số sử dụng khơng khí: K = 14 ÷18g/m4 khi sử
dụng thiết bị khuyếch tán khí nhỏ mịn, chọn K = 16g/m4.
H : Chiều sâu cơng tác bể, H1 = 3,5m
– Thời gian thổi khí cần thiết vào bể aeroten chính bắng thời gian lƣu nƣớc trong bể:
– Xác định cƣờng độ nạp khí:
t l = t = 8h
I = D × H1
– Lƣợng khơng khí thổi vào bể aeroten trong một đơn vị thời gian:
V = Qh× D = 25×19,2 = 478m3 / h
– Chọn thiết bị sục khí bằng đĩa phân phối với lƣu lƣợng khơng khí qua đĩa:
d =11÷ 96l/phút, chọn
– Số lƣợng đĩa phân phối:
d = 80l/phút. N = V d 478×1000 = = 80×60 100đĩa Giả sử số lƣợng đĩa theo bề rộng:
Nb = 8đĩa/2bể = 4 đĩa/bể. Nhƣ vậy số lƣợng đĩa theo chiều dài bể:
N Nl = b =
100
=12đĩa
8
Khoảng cách giữa các đĩa theo chiều rộng bể:
B mb =
b
= 8 =1m 8
Khoảng cách giữa các đĩa theo chiều dài bể:
L ml =
l
=10 =0,833m 12
Chọn hiệu suất chuyển hĩa Oxy của thiết bị E = 9%, hệ số an tồn của máy nén khí f = 2.
– Lƣu lƣợng cần thiết của máy thổi khí tính theo cơng thức:
R =f V =2 478 =2,95m3 / s m E ×3600 0,09× 3600 – Ap lực của hệ thống nén khí: Hk = hd + hc + hf + Hct = 0,3 + 1,5 + 0,7 + 3,5 = 6 m Trong đĩ:
hd : tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống, hd = 0,3 m
hc : tổn thất cục bộ, hc = 1,5 m
hf : tổn thất qua thiết bị phân phối, hf = 0,7 m Hct : chiều sâu hữu ích của bể, Hct = 3,5m
N
N
– Ap lực khơng khí tính theo đơn vị at: P =10,33+ Hk 10,33 =10,33+ 6 =1,58at 10,33
– Cơng suất máy nén khí:
34400× (P0,29 −1)× R 34400×(1,580,29 −1)×2,95 N = Trong đĩ: m = 102×η 102× 0,8 = 177kW η : hiệu suất máy nén khí, η = 80%
Chọn 3 máy nén khí, mổi máy cơng suất 90kW, 2 máy hoạt động và một máy dự phịng.
e. Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ – Tỉ số F/M: F = L a = 470 =0,47kg / kg.ngày Trong đĩ: M t1 × X 0,33×3000
F/M : tỉ lệ BOD cĩ trong nƣớc thải và bùn hoạt tính (kgBOD/kgbùn.ngày)
La : hàm lƣợng BOD20 nƣớc thải đầu vào, La = 470 mg/L
t1 : thời gian lƣu nƣớc trong bể aeroten, t = 0,33ngày X : nồng độ bùn trong bể, X = 3000 mg/l – Tải trọng thể tích: × × L a Q ×10 3 = 470 600 10 3 = 1,23kgBOD/ m3.ngđ W 230
Cả hai giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép đối với aeroten xáo trộn hồn tồn nhƣ đã đề cập ở phía trƣớc: Tỷ số F/M trong khoảng: 0,2 ÷ 0,6 (kg/kg.ngày) và tải trọng thể tích trong khoảng: 0,8 ÷ 1,92 (kgBOD5/m3.ngày).