Nồng độ bùn trong bể
Tỷ số MLVSS:MLSS 0,8
Hàm lượng bùn hoạt tính sinh ra trong bể Aerotank
MLVSS = 3000 mg/l (MLVSS chọn bằng 2800 – 4000 mg/l)
Hàm lượng bùn tuần hoàn 4000 – 12000 mg/l Thời gian lưu bùn tuần hoàn 5 – 15 ngày
Hàm lượng BOD20 trong nước thải đầu ra 65% Hàm lượng vi sinh đầu vào 0
Hệ số sản lượng 0,4 – 0,8
Hệ số phân hủy nội bào 0,06 ngày-1
BOD5:BODL 0,68
Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra
Nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra:
BOD5ra = BOD5 hòa tan trong nước đầu ra + BOD5 của chất lơ lửng đầu ra BOD5 của chất lơ lửng đầu ra tính như sau:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là: 0,65 × 30 = 19,5 mg/l
BOD hồn tồn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là: 19,5 × 1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa = 27,69 mg/l BOD5 của chất rắn lơ lửng ở đầu ra = 27,69 × 0,68 = 18,83 mg/l. BOD5 hịa tan trong nước ở đầu ra xác định như sau:
50 mg/l = BOD5 hòa tan + 18,83 mg/l → BOD5 hòa tan = 31,17 mg/l. Xác định thể tích bể Aerotank:
Thể tích Aerotank được tính theo cơng thức sau:
𝑊 =𝜃𝑐 × 𝑄 × 𝑌 × (𝑆0− 𝑆) 𝑋 × (1 + 𝐾𝑑𝜃𝑐) = 10 × 400 × 0,6 × (278 − 31,17) 3000 × (1 + 0,05 × 10) = 132 𝑚 3 Trong đó: W: Thể tích bể Aerotank, m3
𝜃𝑐 : Thời gian lưu bùn, 𝜃𝑐 = 5 – 15 ngày, chọn 𝜃𝑐 = 10 ngày.
Q: Lưu lượng nước thải, Q = 400 m3/ngày.
Y: Hệ số sản lượng bùn, đây là thông số động học được xác định bằng thực nghiệm.
Y = 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5. Chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5.
S0: BOD5 của nước thải dẫn vào bể Aerotank, S0 = 278 mg/l.
S: BOD5 hòa tan của nước thải ra khỏi bể Aerotank, S = 31,17 mg/l.
X: Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính, X = 3000 mg/l.
Kd: Hệ số phân hủy nội bào, đây cũng là một thông số động học được xác định bằng thực nghiệm. Kd = 0,05 ngày-1.
Xác định kích thước của bể aerotank:
Diện tích của aerotank trên mặt bằng:
𝐹 = 𝑉 𝐻=
132
4,5 = 29,3 𝑚 2
Trong đó: H – Chiều cao hữu ích của bể aerotank, H = 4,5 m. Tổng chiều dài các hành lang của aerotank:
𝐿 =𝐹 𝐵 =
29,3
5 = 5,86 𝑚. 𝐿à𝑚 𝑡𝑟ị𝑛 𝐿 = 6 𝑚
Trong đó B: chiều rộng của aerotank, chọn B = 4 m.
Chiều cao xây dựng của bể Aerotank: Hxd = 4,5 + 0,5 = 5 m
Vậy bể Aerotank có kích thước như sau: L × B × H = 6 × 5 × 5 = 150 m3 Xác định thời gian lưu nước của bể aerotank:
𝜃 =𝑊 𝑄 =
132
400= 0,33 𝑛𝑔à𝑦 = 7,92 ℎ
Tính tốn lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
𝑌𝑜𝑏𝑠 = 𝑌 1 + 𝐾𝑑𝜃𝑐 =
0,6
1 + 0,05 × 10= 0,4
Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS:
𝑃𝑥 =𝑌𝑜𝑏𝑠 × 𝑄 × (𝑆0− 𝑆) 103 𝑔/𝑘𝑔 =
0,4 × 400 × (278 − 31,17)
103 = 39,5 𝑘𝑔/𝑛𝑔à𝑦
Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS:
𝑃𝑥(𝑠𝑠) = 𝑃𝑥 0,8=
39,5
0,8 = 49,375 𝑘𝑔/𝑛𝑔à𝑦
Lượng bùn thải bỏ mỗi ngày = Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS – Hàm lượng chất lơ lửng cịn lại trong dòng ra
𝑃𝑥ả = 𝑃𝑥𝑙 − 𝑄 × 𝑆𝑆𝑟𝑎× 10−3 = 49,375 − 400 × 30 × 10−3= 37,375 𝑘𝑔/𝑛𝑔à𝑦
Xác định lưu lượng bùn thải:
Giả sử bùn dử được xả bỏ (dẫn đến bể chứa bùn) từ đường ống bùn tuần hoàn, Qra = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong bùn đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS). Khi đó lưu lượng bùn dư thải bỏ được tính tốn xuất phát từ cơng thức:
𝜃𝑐 = 𝑊𝑋 𝑄𝑏𝑋 + 𝑄𝑟𝑎𝑋𝑟𝑎
Trong đó:
W: Thể tích aerotank, W = 108 m3.
X: Nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể aerotank, X = 3000 mg/l.
Xra: Nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, Xra = 0,8 × 30 = 24 mg/l.
Qb: Lưu lượng bùn thải, m3.
Qra: Lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng đợt II, Qra = Q = 400 m3/ngày đêm. Từ đó ta tính được: 𝑄𝑏 =𝑊𝑋 − 𝜃𝑐𝑄𝑟𝑎𝑋𝑟𝑎 𝜃𝑐𝑋 = 132 × 3000 − 10 × 400 × 24 10 × 3000 = 10 𝑚 3/𝑛𝑔à𝑦 đê𝑚 Xác định tỷ số tuần hoàn: 𝑄𝑡ℎ𝑋𝑡ℎ= (𝑄 + 𝑄𝑡ℎ)𝑋
Gọi α là tỷ số tuần hoàn
𝛼 =𝑄𝑡ℎ 𝑄 𝑇𝑎 đượ𝑐: 𝛼𝑋𝑡ℎ = 𝑋 + 𝛼𝑋 ℎ𝑎𝑦 𝛼 = 𝑋 𝑋𝑡ℎ− 𝑋 = 3000 8000 − 3000= 0,6
Lưu lượng bùn tuần hoàn là: Qth = 0,6 × 400 = 240 m3/ngày = 10 m3/h Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ:
Tỷ số F/M xác định theo công thức sau đây:
𝐹 𝑀 = 𝑆0 𝜃𝑋= 278 0,33 × 3000= 0,28 𝑛𝑔à𝑦 −1(𝑡ℎỏ𝑎𝐹 𝑀 = 0,2 − 0,6𝑛𝑔à𝑦 −1) Tải trọng thể tích bằng:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm. 𝑆0× 𝑄 × 10−3 𝑊 = 278 × 400 × 10−3 132 ≈ 0,842 𝑘𝑔𝐵𝑂𝐷5 𝑚3 . 𝑛𝑔à𝑦( ∈ 0,8 − 1,92𝑘𝑔𝐵𝑂𝐷5 𝑚3 . 𝑛𝑔à𝑦)
Xác định lượng oxy cung cấp cho bể aerotank
Lượng oxy cần thiết cho quá trình khử các hợp chất chứa Cacbon (CBOD)
𝑂𝐶0 =𝑄 × (𝑆0− 𝑆)10 −3 𝑓 − 1,42𝑃𝑥= 400 × (278 − 31,17) × 10−3 0,68 − 1,42 × 39,5 = 89,1 𝑘𝑔 𝑛𝑔à𝑦 Trong đó:
Q: Lưu lượng nước thải, Q = 400 m3/ngày
f : Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang BODL
Px: Phần tế bào dư xả ra theo bùn dư, Px = 39,5 kg/ngày Lượng oxy thực tế cần theo cơng thức:
𝑂𝐶𝑡 = 𝑂𝐶0× 𝐶𝑠 𝐶𝑠− 𝐶× 1 1,024(𝑇−20)×1 𝛼 ( 𝑘𝑔 𝑛𝑔à𝑦) Trong đó:
Cs: Lượng oxy bão hịa trong nước, Cs = 9,08 mg/l
C: Lượng oxy cần duy trì trong bể, C = 2 mg/l
α: Hệ số từ 0,6 – 0,94. Chọn 0,7. Vậy 𝑂𝐶𝑡 = 89,1 × 9,08 9,08 − 2× 1 1,024(30−20) × 1 0,7= 128,775( 𝑘𝑔 𝑛𝑔à𝑦)
Tính thể tích khơng khí theo u cầu
Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 9%, hệ số an tồn khi sử dụng trong thiết kế thực tế là SF = 1,5.
Lượng khơng khí u cầu theo lý thuyết (giả sử khơng khí chứa 23,2% O2 theo trọng lượng và theo trọng lượng riêng của khơng khí ở 200C là 0,0118 kN/m3 = 1,18 kg/m3).
𝑀𝑘𝑘 = 𝑀𝑂2
23,2% × 1,18=
89,1
23,2% × 1,18= 325,467 𝑚
3/𝑛𝑔à𝑦
Lượng khơng khí u cầu với hiệu quả vận chuyển 9% sẽ bằng:
325,467
0,09 = 3616,3 𝑚
3/𝑛𝑔à𝑦 = 2,51 𝑚3/𝑝ℎú𝑡
Lượng khơng khí cần cung cấp cho máy thổi khí:
𝑄𝑘𝑘 = 𝑆𝐹 ×𝑀𝑘𝑘 𝑂𝑈 × 𝑓 = 1,5 × 325,467 0,09 × 1 1440= 3,76 𝑚3/𝑝ℎú𝑡 = 0,06 𝑚3/𝑠 Lượng đĩa thổi khí trong bể aerotank:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Chọn đĩa phân phối khí tinh AFD 270, diện tích hoạt động bề mặt là 0,0375 m2. Lưu lượng riêng phân phối khí của đĩa Ω = 5 m3/h [30].
𝑁 =𝑄𝑘𝑘 𝛺 =
226
5 = 45,2 đĩ𝑎
Vậy chọn số đĩa thỗi khí là 45 đĩa. Bố trí thành 5 hàng dọc theo chiều dài bể, mỗi hàng 9 đĩa.
Trong đó: Qkk: Là thể tích khơng khí.
Áp lực cần thiết của hệ thống ống nén khí được xác định theo công thức:
𝐻𝑠 = ℎ𝑑+ ℎ𝑐+ ℎ𝑟+ 𝐻
Trong đó:
hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m.
hc: Tổn thất cục bộ, m.
hr: Tổn thất qua thiết bị phân phối, m.
H: Chiều sâu hữu ích của bể, H = 4,5 m.
Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m, tổn thất hr không qúa 0,5 m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là:
𝐻𝑠 = 0,4 + 0,5 + 4,5 = 5,4 𝑚
Áp lực khơng khí sẽ là:
𝑝 = (𝐻𝑠+ 10,33
10,33 ) = 1,52 𝑎𝑡
Cơng suất máy thổi khí tính theo cơng thức:
𝑁𝐾 = 34400 × (𝑝 0,29− 1) × 𝑄𝑘𝑘 102 × 𝜂 = 34400 × (1,520,29− 1) × 0,14 102 × 0,8 = 7,62 𝑘𝑊 = 10,36 𝐻𝑝
Chọn 2 máy thổi khí Longtech Motor Enertech model LT – 080 có cơng suất 10Hp, 1 làm việc, 1 dự phịng. Tính hệ thống phân phối khí: Ống dẫn khí chính: 𝐷𝑘ℎí = √4 × 𝑄𝑘ℎí 𝜋 × 𝑣𝑘ℎí = √ 4 × 0,06 3,14 × 15 = 0,07 𝑚 = 70 𝑚𝑚 Chọn ống dẫn khí chính làm bằng thép Ø80 có đường kính ngồi Ø 88,9. Trong đó: v – vận tốc khí trong ống chính, v = 10 – 15m/s, chọn v = 15 m/s Ống dẫn khí nhánnh 𝑑𝑘ℎí 𝑛ℎá𝑛ℎ = √4 × 𝑄𝑘ℎí/5 𝜋 × 𝑣𝑘ℎí = √ 4 × 0, 3,14 × 15 = 0,032 𝑚 = 32 𝑚𝑚 Chọn ống dẫn khí nhánh làm bằng thép Ø32 có đường kính ngồi là Ø 42,2.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Tính ống dẫn nước thải ra
Chọn vận tốc nước chảy trong ống v = 0,7 m/s Đường kính ống dẫn nước thải ra là
Dống dẫn nước ra = √4×𝑄
𝜋×𝑣 = √𝜋×0,7×36004×16,67 = 0,09 m
Chọn ống nhựa PVC Ø90 mm.
Bảng 4.10: Thông số thiết kế bể Aerotank
STT Thông số Giá trị Đơn vị
1 Chiều dài 6 m 2 Chiều rộng 5 m 3 Chiều cao 5 m 4 Thể tích 150 m3 4.1.8. Bể lắng đứng đợt 2 Chọn bể lắng đứng để thiết kế bể lắng đợt 2. Tính kích thước của bể lắng đứng đợt 2
Diện tích tiết diện ướt ống trung tâm của bể lắng đứng đợt II tính tốn theo cơng thức:
𝑓 =𝑄𝑡𝑡 𝑣𝑡𝑡 = 0,0046 0,03 = 0,15 𝑚 2 Trong đó:
Qtt: Lưu lượng tính toán, Qtt = Qtb = 16,67 m3/h = 0,0046 m3/s
Vtt: Tốc độ dòng chảy trong ống trung tâm, vtt = 30 mm/s hay 0,03 m/s (Điều 7.56/[16])
Diện tích tiết diện ướt của phần lắng của bể được tính theo cơng thức:
𝐹0 =𝑄𝑡𝑡 𝑣𝑡𝑡 =
0,0046
0,0005= 9,2 𝑚 2
Trong đó:Vtt: Tốc độ chảy trong bể lắng đứng, vtt = 0,5 mm/s hay 0,0005 m/s (Điều 7.56/[16]) Diện tích tổng cộng của bể lắng đứng đợt II sẽ là: 𝐹 = 𝐹0+ 𝑓 = 9,2 + 0,15 = 9,35 𝑚2 Đường kính của bể lắng 𝐷 = √4 × 𝐹 𝜋 = √ 4 × 9,35 3,14 = 3,45 𝑚 Chọn đường kính của bể lắng đứng đợt II là 3,5 m Đường kính của ống trung tâm:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
𝑑 = √4 × 𝑓 𝜋 = √
4 × 0,15
3,14 = 0,43 𝑚
Chọn đường kính ống trung tâm là 0,5 m Chiều sâu lớp nước trong bể lắng đợt II:
ℎ = 𝑣2× 𝑡 = 0,0005 × 1,5 × 3600 = 2,7 𝑚
Trong đó: t: Thời gian lắng của bể lắng đứng đợt II, t = 1,5h (Điều 7.49/[16]) Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng đợt II xác định theo công thức:
ℎ𝑛 = ℎ2+ ℎ3 = (𝐷 − 𝑑𝑛 2 ) 𝑡𝑔 ∝= ( 3,5 − 0,6 2 ) 𝑡𝑔60 = 2,25 𝑚 Làm trịn 2,3 m Trong đó:
h2: Chiều cao lớp trung hòa, m.
h3: Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể, m.
D: Đường kính trong của bể lắng, D = 3,5 m.
dn: đường kính nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,6 m.
α: Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 500. (Điều 7.56/[13]). Chọn α = 600.
Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính tốn của vùng lắng và bằng 2,7 m. Đường kính ống loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm:
d1 = h1 = 1,35 × d = 1,35 × 0,5 = 0,675 m. Làm trịn 0,7 m
Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe và bằng 0,7 × 1,3 = 0,9 m. Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt với mặt phẳng ngang là 170.
Chiều cao từ mặt dưới của tấm hắt đến bề mặt lớp cặn là 0,3 m.
Khoảng cách giữa mép ngoài cùng miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục được tính theo cơng thức:
𝐿 = 𝑄𝑡𝑏
𝜋 × 𝑣𝑘× (𝐷 + 𝑑)=
16,67
3600 × 3,14 × 0,02 × (3,5 + 0,5) = 0,02 𝑚
Trong đó: vk – tốc độ dòng chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk ≤ 20 mm/s. Chọn vk = 20 mm/s = 0,02 m/s.
Chiều cao tổng cộng của bể lắng: H = hct + hn + hbv = 2,7 + 2,3 + 0,5 = 5,5 m. Với hbv là khoảng cách từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,5 m.
Tính máng thu nước
Vận tốc nước chảy trong máng: v = 0,6 – 0,7 m/s. Chọn v = 0,6 m/s Diện tích mặt cắt ướt của máng
𝐴 = 𝑄 𝑣𝑚 =
400
0,6 × 86400= 0,007 𝑚 2
Máng bằng bê tơng cốt thép có chiều dày b = 0,1 m = 100 mm, có lắp thêm máng răng cưa thép khơng gỉ.
Đường kính máng thu thiết kế bằng khoảng 80% đường kính bể lắng dmáng = 80% × D = 0,8 × 3,5 = 2,8 m
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Chiều dài máng thu: L = π × dmáng = 3,14 × 2, = 8,8 m Tải trọng thu nước trên 1 m dài của máng:
𝐴 = 𝑄 𝐿 = 400 8,8 = 45,45 𝑚3 𝑚 . 𝑛𝑔à𝑦 Máng răng cưa:
Máng răng cưa được nối với máng thu nước bằng bulong M10 qua khe dich chuyển. Khe dịch chuyển có đường kính 10 mm, bu lơng được bắt cách mép dưới máng răng cưa 100 mm và cách đáy chữ V 100 mm. Hai khe dịch chuyển cách nhau 0,5 m. Chọn máng răng cưa bằng tấm thép khơng gỉ, có bề dày 5 mm.
Chiều cao tổng cộng của máng răng cưa là 250 mm. Chiều dài máng răng cưa bằng chiều dài máng thu nước.
Chọn máng răng cưa xẻ khe thu nước chữ V, góc 900 để điều chỉnh độ cao mép máng. Chiều cao khe chữ V là 50 mm.
Bề rộng mỗi khe 100 mm.
Chọn 5 răng cưa trên 1 m chiều dài.
Chiều dài đoạn vát đỉnh răng cưa là 50 mm Tổng số khe chữ V trên máng răng cưa:
𝑁 = 𝐿 × 5 = 8,8 × 5 = 44 𝑘ℎ𝑒
Lượng nước qua 1 khe
𝑞 =𝑄 𝑁 = 400 44 = 9,09 𝑚3 𝑘ℎ𝑒. 𝑛𝑔à𝑦 Tính ống dẫn nước thải, ống dẫn bùn
Chọn vận tốc nước chảy trong ống v = 0,7 m/s Lưu lượng nước thải 16,67 m3/h
Đường kính ống: 𝐷𝑟𝑎 = √4 × 𝑄 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 16,67 𝜋 × 0,7 × 3600= 0,09 𝑚 = 90 𝑚𝑚 Chọn ống nhựa PVC có đường kính D = 90 mm
Chọn đường kính ống dẫn nước nước thải vào bể lắng 2 bằng đường kính ống dẫn nước thải ra bể aerotank bằng 90 mm.
Ống dẫn bùn:
Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qth = 10 m3/h
Đường kính ống dẫn bùn tuần tuần hồn từ bể lắng II về bể Anoxic là:
𝐷ố𝑛𝑔 𝑑ẫ𝑛 𝑏ù𝑛 𝑡𝑢ầ𝑛 ℎ𝑜à𝑛= √4 × 𝑄 𝜋 × 𝑣 = √
4 × 10
𝜋 × 0,7 × 3600= 0,07 𝑚 = 70 𝑚𝑚
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Bơm bùn tuần hoàn về bể aerotank
Lưu lượng bơm: Qth = 240 m3/ngày đêm = 10 m3/h = 0,0027 m3/s Cột áp của bơm: H = 10mH2O
Công suất của bơm:
N = 𝑄𝑡ℎ × 𝜌 ×𝑔 ×𝐻
1000 × 𝜂 =
0,0027 × 1053 ×9,81 ×10
1000 × 0,8 = 0,34 kW
Trong đó:
η: Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn η = 0,8
ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3
H: Cột áp của bơm. Chọn H = 10 m Công suất bơm thực tế:
𝑁𝑡𝑡 = 𝑁 × 𝛽 = 0,34 × 2,2 = 0,748 𝑘𝑊
(Nguồn: CT II.191/trang 439/[6])
Trong đó: β: Hệ số dự trữ
Với N < 1 kW → β = 1,5 – 2,2. Chọn β = 2,2 (Nguồn: bảng II.33/trang 440/[11]) Chọn 1 máy bơm bùn đặt cạn Ebara Model DWO 150 – 1,1KW/3P sản xuất tại Italia,