Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị
Chiều dài (L) mm 58000
Chiều rộng (B) mm 3000
Chiều cao xây dựng (H) mm 4000
Chiều cao hữu ích mm 3500
Thời gian lưu nước h 1,5
Đường kính ống nước thải ra mm 75
Đường ống tuần hoàn nước thải từ Aerotank về anoxic
mm 90
Công suất máy khuấy kW 0,4
4.1.6 Bể Aerotank
Nhiệm vụ:
Bể xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính lơ lửng là cơng trình đơn vị quyết định hiệu quả xử lý của hệ thống vì phần lớn những chất gây ơ nhiễm trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng.
Bể sinh học hiếu khí có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất hữu cơ hịa tan có khả năng phân hủy sinh học nhờ q trình vi sinh vật lơ lửng hiếu khí.
Cặn hữu cơ, a = 75%
Độ tro z = 0,3 (Mục 2/67/[6])
Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu bể, X0 = 0.
Nồng độ bùn hoạt tính, X = 2500 – 4000 mg/l, chọn X = 3000 mg/l.
Lượng bùn hoạt tính tuần hồn là nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng, Xr = 8000 mg/l Chế độ xáo trộn hoàn toàn.
Thời gian lưu bùn trong cơng trình, θc = 5 – 15 ngày, chọn θc = 12 ngày. Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày -1.
Hệ số sản lượng bùn Y = 0,4 – 0,8 mg VSS/mg BOD5, chọn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5.
Hàm lượng bùn tuần hoàn Xr =8000 mg/l
Hệ sớ tuần hồn bùn:
Phương trình cân bằng vật chất đối với bể Aerotank:
(𝑄+𝑄𝑡).𝑋=𝑄.𝑋0+𝑄𝑡.𝑋𝑡
Trong đó:
+Q: Lưu lượng nước thải vào bể, Q = 300 m3/ngày; +Qt: Lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/ngày;
+X: Nồng độ VSS trong bể, X = 3000 mg/l;
+X0: Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể, X0 = 0; +Xt : Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xt = 8000 mg/l.
Chia 2 vế phương trình cho Q, đặt a = Qt/Q là tỷ số tuần hoàn bùn:
𝑋+𝑎.𝑋=𝑎.𝑋𝑡
Suy ra: 𝑎= 𝑋
𝑋𝑡−𝑋 = 3000
8000−3000=0,6
Lưu lượng bùn tuần hồn:
Ta có: a = Qt/Q
Suy ra: 𝑄𝑡=𝑎.𝑄=0,6×300= 180 m3/ngày Tổng lưu lượng vào bể:
Hàm lượng BOD5 đầu vào = hàm lượng BOD5 đầu ra của bể Anoxic, BOD5 vào = 213,75 mg/l. Kích thước bể Aerotank Thể tích bể: 𝑉= θ𝑐×𝑄𝑡ổ𝑛𝑔×(𝑆0−S) X(1+K𝑑×θ𝑐) =12×480×0,6×(213,75−42,75) 3000×(1+0,06×12) = 114,5 m3 (CT 5-21/66/[6]) Trong đó: V: thể tích bể Aerotank, (m3);
Q: lưu lượng nước thải đầu vào, Q = 480 m3/ngđ;
Y: hệ số sản lượng bùn, Y = 0,6 mgVSS/mgBOD;
S0: hàm lượng BOD5 đầu vào, S0 = 213,75 mg/l;
S: hàm lượng BOD5 nước thải đầu ra, S = 42,75 mg/l;
X: nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi được duy trì trong bể Aerotank, X = 3000 mg/l
Kd: hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1
θc: thời gian lưu bùn trong cơng trình, θc= 12 ngày.
Chiều cao xây dựng bể:
𝐻=𝐻𝑖+𝐻𝑏𝑣= 3,5+0,5= 4 m
Trong đó:
+Hi: Chiều cao hữu ích, chọn Hi = 3,5 m; (Bảng 9.11/433/[1]) +H: Chiều cao bảo vệ, chọn Hbv = 0,5 m.
Diện tích mặt bằng bể: 𝐹= 𝑉/𝐻𝑖 = 114,5/3,5= 32,7 𝑚2 Chọn tỉ số B : H = 1:1 (Mục 7.130/69/[10]) vậy chiều rộng bể B = 3,5 m. Chiều dài bể L = 9,4 m Thể tích thực của bể: 𝑉𝑡 =𝐿×𝐵×𝐻= 9,4×3,5×3,5= 115,15 m3
Tính tốn lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày:
Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo cơng thức: 𝑌𝑏 = Y
1+θ𝑐.K𝑑 = 0,6
1+12×0,06= 0,348 (CT 5-24/67/[6]) Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5:
𝑃𝑥= 𝑄𝑡ổ𝑛𝑔×(𝑆0−𝑆) ×𝑌𝑏×10−3 =480×(213,75−42,75)×0,348×10−3 = 28,6 kg/ngày Tổng lượng cặn (sinh khối) sinh ra trong 1 ngày theo SS:
𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆
𝑀𝑉𝑆𝑆 = 0,8 MLSS = 0,8
𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆
Vậy 𝑃1𝑥= 28,6
0,8 = 22,3 kg/ngày Lượng cặn dư xả ra hằng ngày:
𝑃𝑥ả=𝑃1𝑥−𝑃𝑟𝑎
Với: 𝑃𝑟𝑎 = S𝑟𝑎× 𝑄𝑡ổ𝑛𝑔 = 26,3×10−3×480 = 12,62 kg/ngày
⇒𝑃𝑥ả= 28,6 – 12,62 = 15,98 kg/ngày
Lưu lượng bùn xả (nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng)
𝑄𝑥ả=V𝑡.X−Q𝑟𝑎.X𝑟𝑎.θ𝑐
X𝑇.θ𝑐 =115,15×3000−480×19,725×12
6400×12 = 3,02 m3/ngày
Trong đó:
+XT: Nồng độ bùn hoạt tính trong dịng tuần hồn (khơng cặn tro), XT = 0,8×Xr= 0,8×8000=6400 (mg/l);
+Xra: Nồng độ VSS ra khỏi bể lắng: 𝑋𝑟𝑎= 𝑆𝑟𝑎.𝑎= 26,3×0,75 = 19,725 mg/l
Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank:
Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M:
𝐹/𝑀=𝑆0
θ.X = 213,75
0,25×3000 =0,285 kgBOD5/kg MLVSS.ngày (CT 5-22/67/[6])
F/M = 0,285 nằm trong giới hạn cho phép đối với bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn (F/M = 0,2 – 0,6 kg BOD5/kg MLVSS.ngày)
Tải trọng thể tích:
𝐿𝑎=𝑆0.𝑄𝑡ổ𝑛𝑔
𝑉 .10−3=213,75×480
115,15 ×10−3= 0,89 kgBOD5/m3.ngày
La = 0,89 nằm trong giới hạn cho phép đối với Aerotank xáo trộn hoàn toàn: La = 0,8 – 1,9 kg BOD/m3.ngày (T504/[1])
Tính lượng oxy cần thiết:
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện chuẩn (không cần xử lý Nito)
𝑂𝐶0=𝑄𝑡ổ𝑛𝑔.(S0−S)
1000.f −1,42.𝑃𝑥 (CT 6-15/105/[6]) =480×(213,75−42,75)
1000×0,55 −1,42×28,6 = 108,6 kgO2/ngày
Trong đó:
f: Hằng số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD20, thường f= 0,45-0,68, chọn f= BOD5/BOD20 = 0,55;
1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD;
Px : Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày: Px= 28,6 kg/ngày.
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:
𝑂𝐶𝑡=𝑂𝐶0. 𝐶𝑠 𝐶𝑠−𝐶. 1 1,024𝑇−20 .1 𝛼 (CT 6-16/106/[6]) = 108,6× 9,08 9,08−2× 1 1,02425−20× 1 0,7= 176,7 kg/ngày Trong đó:
Cs: Nồng độ oxy bão hịa trong nước ở 200C, Cs ≈ 9,08 (mg/l);
C: Nồng độ oxy cần duy trì trong bể, C = 1,5 – 2 mg/l, chọn C = 2 mg/l;
T: Nhiệt độ nước thải, T = 250C;
α : Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt), α = 0,6 – 0,94, chọn α = 0,7.
Lượng khơng khí cần thiết:
𝑄khí = 𝑂𝐶𝑡
𝑂𝑈. 𝑓𝑎 = 176,7
24,5×10−3× 1,5 = 10818,4 m3/ngày (CT 6-17/107/[6]) Trong đó:
fa : hệ số an toàn, fa = 1,5 – 2, chọn fa = 1,5
OU: cơng suất hịa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1m3 khơng khí;
Với: 𝑂𝑈=𝑂𝑢.ℎ
Trong đó:
h: độ ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h = 3,5 m. → 𝑂𝑈=7×3,5 =24,5 gO2/m3
Tính áp lực máy nén:
Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén:
Hd = h𝑑 + h𝑐 + h𝑓 + H Trong đó:
hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, (m);
hc: tồn thất cục bộ (m);
Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4 m.
hf: tổn thất qua thiết bị phân phối (m), hf không quá 0,5 m;
H: chiều sâu hữu ích của bể, H = 3,5 m.
Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hd = 0,4 + 0,5 + 3,5 = 4,4 m
Áp lực khơng khí là:
𝑝 =10,33+𝐻𝑑
10,33 = 10,33+4,4
10,33 = 1,43 atm
Cơng suất máy nén khí:
𝑁𝑛=34400.(𝑝0,29−1).𝑝𝑘
102.𝑛 = 34400×(1,520,29−1)×7,8
102×0,75×60 = 7,54 kW
Trong đó:
qk: Lưu lượng khơng khí: 𝑞𝑘=𝑄𝑘/86400= 0,13 𝑚3/𝑠 = 7,8 𝑚3/phút
n: Hiệu suất máy nén khí, chọn n = 0,75.
Chọn 2 máy thổi khí Tohin HC-1001s hoạt động luân phiên nhau, với các thông số kỹ thuật: Q= 5,41 m3/s, N = 7,5 kW.
Bớ trí hệ thớng sục khí:
Khí được phân phối trực tiếp vào nước bằng hệ thống phân phối dạng đĩa thô của hãng SSI.
Đường kính đĩa, D = 270 (mm).
Đĩa thơ có lưu lượng r = 0 – 12 (m3/h.cái), chọn r = 10 (m3/h.cái) = 2,75x10-3
m3/s.cái.
Diện tích bề mặt hoạt động: 0,0375 m2.
Khớp nối được làm từ PVC, kích thước 57×57 mm, cao 32mm. Đường kính ngồi 38mm.
Số đĩa phân phối trong bể là:
𝑁 = 𝑄𝑘ℎí
𝑄đĩ𝑎 = 0,13
2,75×10−3 = 47,27 đĩa
Chọn số lượng đĩa: N = 48 đĩa chia làm 1 ống khí chính và 4 ống khí nhánh khoảng cách giữa các ống khí nhánh là 0,7m. Mỗi ống khí nhánh có 12 đĩa khoảng cách giữa các đĩa là 0,8m và cách tường 0,3m
Đường kính ớng chính dẫn khí:
𝐷=√4.𝑄𝑘ℎí
𝜋.𝑉 = √4×0,13
𝜋×10 = 0,12 m
Chọn ống dẫn khí chính là ống thép mạ kẽm Hịa Phát với đường kính trong 118,45mm; dày = 6,55 mm; DN = 125mm
Trong đó:
Qk: lưu lượng khơng khí, (m3/s), Qkhí = 0,13 m3/s
V: tốc độ chuyển động của khơng khí trong mạng lưới trong ống phân phối, V = 10 – 40 m/s, chọn V = 10 m/s (Mục 6.39/32/[10])
Kiểm tra lại vận tốc: V = 4×𝑄𝑘
𝜋×𝐷2= 4×0,13
𝜋×0,118452 ≈ 11,8 𝑚/𝑠
Thỏa mãn yêu cầu v từ 10 – 40 m/s
Đường kính ớng nhánh dẫn khí: 𝐷n=√4× 𝑄𝑘ℎí 4 𝜋×𝑉 = √0,13 𝜋×10 = 0,06 m
Chọn ống dẫn khí nhánh là thép mạ kẽm Hịa Phát với đường kính trong là 59,84 mm; dày = 5,16mm; DN = 65mm.
Kiểm tra lại vận tốc: V = 4×
𝑄𝑘 4
𝜋×𝐷2= 0,13
𝜋×0,059842 ≈ 11,56 𝑚/𝑠 (Thỏa mãn yêu cầu v từ 10 – 40 m/s)
𝐷𝑣 = √4×𝑄𝑡
𝜋×𝑣 = √ 4×480
𝜋×1,5×86400= 0,07 m
Trong đó:
+ v: Vận tốc nước chảy trong ống (từ 0,75 – 1,5 m/s). Chọn v = 1,5 m/s (Mục
3.24/11/[10]).
Chọn ống dẫn nước thải là ống nhựa u-PVC Tiền Phong, có đường kính trong là 73,1mm; dày 1,9mm; DN = 75mm
Kiểm tra lại vận tốc: V = 4×𝑄𝑡
𝜋×𝐷2= 4×480
86400×𝜋×0,07312≈ 1,32 𝑚/𝑠 (Thỏa mãn yêu cầu v từ 0,75 – 1,5 m/s )
Bảng thông số thiết kế bể Aerotank: