Thông số Giá trị
Tải trọng bề mặt phần lắng (m3/m2.ngày) khi:
+ Xử lý chất hữu cơ hòa tan + Xử lý nước thải có cặn lơ lửng
+ Đối với bùn dạng bông (chưa tạo hạt)
72 24 ÷ 30
12
Chiều cao bể, m:
+ Nước thải đậm đặc (COD ≥ 3000 mg/l) 5 ÷ 7 hoặc ≥ 10 m
Phểu tác khí – cặn:
+ Vách nghiên phểu thu khí
+ Diện tích bề mặt khe hở giữa các phểu thu khí + Chiều cao phểu thu khí
+ Đoạn nhơ ra của tấm hướng dịng nằm bên dưới khe hở
45 ÷ 60° ≥ 15 ÷ 20% diện tích
bề mặt bể 1,5 ÷ 2m 10 ÷ 20 cm
Thời gian lưu bùn, ngày 35 ÷ 100 ngày
(Nguồn: Bảng 10-9/ 45/[29])
Bảng 3.10 Tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt và bùn bông ở các hàm lượng COD vào tỷ lệ chất không tan khác nhau
Nồng độ nước thải, mgCOD/L
Tỷ lệ COD khơng hịa
tan, %
Tải trọng thể tích ở 30°C, kg COD/m3.ngày Bùn bông (không khử SS) Bùn hạt Bùn hạt (Khử SS) ≤ 2000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 2 ÷ 4 2 ÷ 4 8 ÷ 12 8 ÷ 14 2 ÷ 4 2 ÷ 4 2000 ÷ 6000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 3 ÷ 5 4 ÷ 8 4 ÷ 8 12 ÷ 18 12 ÷ 24 3 ÷ 5 2 ÷ 6 2 ÷ 6 6000 ÷ 9000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 4 ÷ 6 5 ÷ 7 6 ÷ 8 15 ÷ 20 15 ÷ 24 4 ÷ 6 3 ÷ 7 3 ÷ 8 9000 ÷ 18000 10 ÷ 30 5 ÷ 8 15 ÷ 24 4 ÷ 6 (Nguồn: Bảng 10-10/ 456/ [29])
Dựa vào thông số từ sách Xử lý nước thải đô thị vào công nghiệp (Trang 455/[29])
Thực nghiệm trên mơ hình pilot rút ra được kết quả:
- Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân hủy kỵ khí từ q trình xử lý nước thải sinh hoạt bể với hàm lượng 30 kgSS/m3 .
- Tỉ lệ MLVS/MLSS của bùn trong bể UASB = 0,75. - Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu có TS = 7%, - Y = 0,04gVSS/gCOD, kd = 0,025 ngày-1 ,θ = 60 ngày.
- Tải trọng COD hằng ngày: Lo = 6 kg COD/m3.ngày, Lo = 4 ÷ 8 kg COD/m3.ngày. (Nguồn: trang 459/ [11])
Tính tốn kích thước bể
Lượng COD cần khử trong 1 ngày:
G = Q × (CODv – CODr) × 10-3 = 5000 × (2436,7 – 609,2) × 10-3 = 9137,5 kg/ngày
(Nguồn: Trang 459/[29])
Thể tích bể gồm 2 phần chính:
- Phần thể tích mà các hạt cặn lơ lửng sau khi tách khí đi vào hay thể tích phần lắng;
- Phần thể tích khí mà ở đó diễn ra q trình phân hủy chất hữu cơ hay thể tích phần xử lý kỵ khí.
Thể tích phần xử lý kị khí của bể: 𝑉 =𝑄×(𝑆𝑣−𝑆𝑟)
𝐿𝑜 = 𝐺
𝐿𝑜 (Nguồn: Trang 197/[13]) Trong đó: 𝐿𝑜: Tải trọng hữu cơ thể tích (kgCOD/m3.ngày) Chọn tải trọng thể tích hữu cơ là Lo = 6 kgCOD/m3.ngày
𝑉 = 𝐺 𝐿𝑜 =
9137,5
6 = 1522,9 𝑚
3
Để cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng trong bể phải giữ trong khoảng 0,6 – 0,9 m/h. Chọn v = 0,8 m/h. (Nguồn: Trang 193/[29])
Diện tích bề mặt cần thiết của bể: 𝐹 =𝑄
𝑣 = 5000
24×0,8= 260,42 (𝑚2) (Nguồn: Trang
457/[29])
Chọn F = 264,5 m2
Kiểm tra lại vận tốc: v = Q/F = 208,33/264,5 ≈ 0,8 m/h (Thỏa 0,6 – 0,9 m/h) Chọn 02 đơn ngun, bể có kích thước L× 𝐵 = 11,5𝑚 × 11,5𝑚
Chiều cao phần xử lý yếm khí
𝐻1 =𝑉 𝐹 =
1522,9
269,5 = (𝑚) ≈ 6𝑚
Chiều cao xây dựng bể
𝐻 = 𝐻1+ 𝐻2+ 𝐻3 Trong đó:
- H2: chiều cao vùng lắng. Để đảm bảo khơng gian an tồn cho bùn lắng xuống phía dưới thì chiều cao vùng lắng phải lớn hơn 1,0 m. H2 = 2 m
- H3: chiều cao dự trữ. H3 = 0,5 m
Vậy: 𝐻 = 𝐻1+ 𝐻2+ 𝐻3 = 6 + 2 + 0,5 = 8,5 (𝑚)
Thể tích làm việc của bể
𝑉𝑙𝑣 = (𝐻1+ 𝐻2) × 𝐹 = (6 + 2) × 11,5 × 11,5 = 1058 (𝑚3)
Vậy thể tích xây dựng của bể: 𝑉𝑡 = 𝐵 × 𝐿 × 𝐻 = 11,5 × 11,5 × 8,5 = 1124,125 𝑚3
Thời gian lưu nước trong bể
𝑡 = 𝑉𝑙𝑣 𝑄 =
1058
208,33 = 5,08 ℎ
Thỏa mãn trong khoảng 5 – 10h (Nguồn: Bảng 5.4/111/[4])
Tính ngăn lắng
Trong bể thiết kế 2 ngăn lắng. Nước đi vào ngăn lắng sẽ được tách bằng các tấm chắn khí. Tấm chắn đặt nghiêng một góc α (với 𝛼 ≥ 55°). Chọn α = 600.
Vì khi đặt ống thu khí cần phải trừ đi khoảng đặt ống và cũng nhằm mục đích tạo nắp bê tơng cho việc giữ các tấm chắn khí.
Bể với 2 ngăn lắng gồm 8 tấm chắn khí và 4 tấm hướng dịng.
Bể được chia làm 2 ngăn chiều rộng mỗi ngăn: b = B/2=11,5/2= 5,75 m Gọi Hlắng: chiều cao toàn bộ ngăn lắng.
Ta có:
tan (60) =Hlắng+ H3 b/2 Chiều cao ngăn lắng:
Hlắng = b × tan60°
2 − H3 =
5,75 × tan60°
2 − 0,5 = 4,5 (m)
Khi thiết kế bể UASB tổng chiều cao ngăn lắng Hlắng (kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao bảo vệ chiếm trên 30% tổng chiều cao bể.
Kiểm tra lại:
𝐻𝑙ắ𝑛𝑔+𝐻3
H × 100% =4,5+0,5
8,5 × 100% = 58,8% ≥ 30% chiều cao bể thỏa yêu cầu. Thời gian lưu nước trong ngăn lắng, thời gian này phải lớn hơn 1h.
t=𝐹×(Hlắng− H3)
𝑄 =132,25×(4,5−0.5)
208,33 = 2,5 ℎ > 1ℎ
Tính tốn khe hở
Khoảng cách giữa các tấm chắn khí và giữa tấm chắn khí và tấm hướng dịng là như nhau: bkhe.
Vận tốc nước qua khe vào ngăn lắng, v = 9 – 10 m/h.
Tổng diện tích các khe hở chiếm từ 15 – 20% diện tích của bể Chọn Fkhe = 15% Fbể.
Diện tích 1 khe hở: 𝐹𝑘ℎ𝑒 = 0,15×𝐹𝑏ể
𝑛 =0,15×132,25
8 = 2,5 (𝑚2) Với n: số khe hở n = 8
Chiều dài khe bằng chiều rộng bể: lkhe = B = 11,5 m Bề rộng một khe hở: 𝑏𝑘ℎ𝑒 =𝐹𝑘ℎ𝑒 𝐵 = 2,5 11,5 = 0,22 (𝑚) Tính tốn tấm chắn khí và hướng dịng Tấm chắn khí dưới: Chiều dài: l1 = B = 11,5 m Chiều rộng: 𝑏1 =𝐻𝑙ắ𝑛𝑔−𝐻2 sin 60° = 4,5−2 sin 60° = 1,8 (𝑚) Hình 3. 5 Tấm chắn khí và hướng dịng UASB. Tấm chắn khí trên:
Đoạn xếp mí của hai tấm chắn khí lấy bằng 0,3 m. Chiều dài : l2 = B = 11,5 m
Chiều rộng: b2= 0,3 + 𝐻2+𝐻3−ℎ
𝑠𝑖𝑛600 = 0,3 + 2+0,5−0,11
𝑠𝑖𝑛600 = 3 (m) Với: h= 𝑏𝑘ℎ𝑒× sin(900− 600) = 0,22 × 𝑠𝑖𝑛300 = 0,11 (m) Tấm hướng dịng:
Tấm hướng dịng đặt nghiêng một góc 60o so với phương ngang cách tấm chắn khí dưới 150 mm.
Chiều dài tấm hướng dòng là: lhd = B = 11,5 m.
Góc đỉnh tấm hướng dịng: 𝜃 = 180 − 2 × 60° = 60° Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí dưới: 𝐿 = 2𝑋
Với 𝑋 = 𝐵𝑘ℎ𝑒
sin 60° = 0,22
sin 60° = 0,25 (𝑚) Vậy L = 2 × 0,25 = 0,5m
Tấm hướng dịng có chức năng chặn bùn đi lên phần xử lý yếm khí lên phần lắng nên độ rộng đáy D giữa hai tấm hướng dòng phải lớn hơn L.
Đoạn nhơ ra của tấm hướng dịng nằm bên dưới khe hở từ 10 – 20 cm. Chọn mỗi bên nhô ra 20 cm. (Nguồn: Bảng 10.9/ 232/[3])
Vậy: 𝐷 = 𝐿 + 0,2 × 2 = 0,5 + 0,2 × 2 = 0,9 𝑚 Chiều rộng tấm hướng dòng: bhd= 𝐷/2
sin (600)= 0,9/2
𝑠𝑖𝑛600 = 0,5 (m)
Tính máng thu nước
Máng thu nước được thiết kế một máng thu đặt giữa bể chạy dọc theo chiều rộng bể.
𝑄𝑚á𝑛𝑔 = 𝑄
24 × 3600 =
5000
24 × 3600 = 0,06(𝑚 𝑠⁄ )
Máng tiết diện hình chữ nhật, vận tốc chảy trong máng dao động từ 0,6 – 0,7 m/s. Chọn vận tốc trong máng là 0,6m/s.
Diện tích mặt cắt ướt của máng: 𝐴 =𝑄𝑚á𝑛𝑔
𝑉𝑚á𝑛𝑔 = 0,06
0,6 = 0,1 (𝑚
2) Bề rộng b của máng lấy bằng 2 lần chiều cao máng. A = hướt × b = 0,5× (h×2) = 1×h
h=√A 1=√
0,1
Vậy chiều cao máng h = 320 mm .
Bề rộng của máng là b = 2×h = 2×320 = 640 mm.
Chiều dài máng thì bằng chiều rộng bể UASB và bằng 11,5 m.
Máng răng cưa
Chiều cao 1 răng cưa : 50 mm Dài đoạn vác đỉnh răng cưa : 40 mm Chiều cao cả thanh cưa : 260 mm Khe dịch chuyển cách nhau : 450 mm Bề rộng khe : 100 mm
Độ dốc : 150 mm
Đường kính máng răng cưa bằng đường kính trong máng thu: Drc = Dm = 5,6 (m)
Chiều dài máng răng cưa: Lrc = π × Drc = π × 5,6 = 18 (m) Tổng số khe:
- Chọn số khe trên 1m chiều dài máng răng cưa là 10 khe. ([6]) - Bề rộng răng cưa: brc = 50 mm.
- Bề rộng khe: bk = 100mm. - Khe tạo góc α = 90o.
- Chiều sâu khe bk
2 = 100
2 = 50mm
Hệ thống phân phối nước vào bể
Vận tốc nước thải lưu thơng trong ống v = 1,2 ÷ 2, chọn v = 1,8 m/s. Đường kính ống dẫn nước thải chính:
𝐷 = √4 × 𝑄𝑡𝑏
𝑠
𝜋 × 𝑣 = √
4 × 0,06
𝜋 × 1,8 = 0,2𝑚
Chọn ống dẫn nước thải ra làm bằng ống uPVC ∅ = 200 mm.[12]
Vận tốc thực của nước thải trong ống: 𝑣 = 4 × 𝑄
𝜋 × 𝐷2 =4 × 0,06
𝜋 × 0,22 = 1,9/𝑠 → Thỏa v = 1,2 ÷ 2m/s
Đối với bể UASB sử dụng bùn hoạt tính khi tải trọng xử lý a > 4kgCOD/m3.ngđ thì từ 2m2 diện tích bề mặt bể trở lên ta bố trí một vị trí phân phối nước. Chọn 6 m2 trở lên có 1 vị trí phân phối nước.
Số đầu phân phối nước là: 𝑛 = 𝐹
6 =
132,25
6 ≈ 22
Chọn 24 đầu phân phối. Bố trí 6 ống nhánh phân phối nước vào bể, đặt cách đáy 1m. Đường kính ống nhánh: 𝐷𝑛 = √4 × 𝑄𝑛 𝑣 × 𝜋 = √ 4 × 0,06 𝜋 × 1,8 × 6= 0,08 (m) Vậy chọn ống nhựa u.PVC có đường kính ống chính ∅ = 90 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
v =4×𝑄𝑛ℎá𝑛ℎ 𝜋×𝑑𝑛2 = 4× 0,06 6 π×0,092 = 1,5 (m/s) → Thỏa v = 1,2 ÷ 2m/s
Lưu lượng qua lỗ phân phối: 𝑄𝑝ℎâ𝑛 𝑝ℎố𝑖 = 𝑄𝑛
24 × 6=
0,06
24 × 6 = 0, 0004 (𝑚
3⁄ ) 𝑠 Đường kính lỗ phân phối:
𝑑𝑙ỗ = √4 × 𝑄𝑝ℎâ𝑛 𝑝ℎố𝑖 π × 𝑉𝑝ℎâ𝑛 𝑝ℎố𝑖 = √
4 × 0,0004
π × 1,5 = 0,018 (𝑚) Chọn dlỗ = 18mm
Trong đó: vận tốc nước qua lỗ phân phối: vphân phối = 1,5 (m/s). Kiểm tra lại vận tốc nước chảy qua lỗ:
𝑉 = 4 × 𝑄𝑙ỗ 𝜋 × 𝑑𝑙ỗ2 =
4 × 0,0004
𝜋 × 0,0182 ≈ 1,6 (𝑡ℎỏ𝑎)
Nước từ bể trung gian được đưa vào bể UASB theo đường ống chính, phân phối đều ra 6 ống nhánh nhờ hệ thống van. Các ống nhánh này đặt vng góc với chiều dài bể. Mỗi ống cách nhau 0,4m, riêng 2 ống sát ngồi cùng đặt cách tường 0,8m tính từ tâm ống.
Tính lượng khí sinh ra:
Lưu lượng khí sinh ra khi loại bỏ 1 kg COD là 0,5 m3:
Qkhí = 0,5 m3/kgCOD × G = 0,5× 9137,5 = 4568,75 (m3/ngày) Trong đó thành phần CH4 chiếm 70% tổng lượng khí sinh ra:
QCH4 = 0,7 × 4568,75 = 3198,125 (m3/ngày) Đường kính ống thu khí: Vận tốc khí trong ống từ 10 – 15 m/s. Chọn vận tốc khí trong ống 10 m/s. Lắp ống dẫn khí trên thành bể D khí= √4×𝑄𝑘ℎí𝜋×𝑉 𝑘ℎí = √ 4×3198,75 3,14×10×24×3600 = 0,068 (m) Chọn đường kính ống dẫn khí chính là thép ống đúc DN65 (∅ = 73 mm)
Lượng bùn sinh ra và ống thu bùn
Lượng bùn sinh ra:
Lượng bùn nuôi cấy ban đầu vào bể (TS = 5%): 𝑀𝑏 =Css× Vr TS = 30 kgSS/m3× 761,46 m3 0,05 × 1 tấn 1000 kg = 456,9 (tấn) Trong đó: - Css: hàm lượng bùn trong bể, Css = 30 kgSS/m3. - Vr: thể tích ngăn phản ứng.
- TS: hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu. Hàm lượng COD của nước thải sau khi xử lý kỵ khí:
COD = (1 – ECOD) x CODvào = (1 – 0,75) x 2436,7 = 609,2 (mg/L) Hàm lượng BOD của nước thải sau khi xử lý kỵ khí:
BOD5r = (1 – EBOD) x BODvào = (1 – 0,8) x 1364,6 = 272,9 (mg/L) Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày:
𝑃𝑥 =𝛾 × [(𝑆0− 𝑆) × 𝑄] 1 + 𝐾𝑑× 𝜃𝑐 =
0,04 × [(2436,7 − 609,2) × 5000] 1 + (0,025 × 60) × 1000 = 243,5 (kgVS/ngày)
Tính lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày: 𝑄𝑤 = 𝑃𝑥
0,75 × 𝐶𝑠𝑠 =
243,5
0,75 × 30= 10,8 (𝑚
Khối lượng bùn sinh ra trong một ngày:
Mbùn = 0,1 x G = 0,1 × 3197,5 = 319,75 (kg bùn/ngày) Theo quy phạm: 1m3 bùn tương đương 260 kgVSS [12].
Thể tích bùn sinh ra trong một ngày: Vbùn=𝑀𝑏ù𝑛
𝑃 =319,75
260 = 1,2 (m3/ngày) Chọn thời gian lưu bùn là 2 tháng (t = 35 – 100 ngày, [29])
Lượng bùn sinh ra trong 2 tháng: Vb2 tháng = Vbùn x 60 = 1,2 x 60 = 72 (m3)
Tính tốn ống dẫn bùn và bơm bùn
Bơm bùn 2 tháng 1 lần. Thời gian xả bùn là 3 giờ. Lưu lượng bùn xả trong 1h: 𝑄𝑏 =Vbùn
2 tháng
3 =72
3 = 24 (𝑚3⁄ )ℎ
Bố trí 3 ống thu bùn dọc theo chiều dài bể, đặt dưới ống phân phối nước. Trong đó: Vận tốc bùn trong ống v = 0,3 – 0,7 m/s. Chọn v = 0,3 m/s Diện tích ống thu bùn: 𝐹𝑏ù𝑛 = 𝑄𝑏 3 × 𝑣𝑏ù𝑛 = 24 3 × 0,3 × 3600= 0,0074𝑚 2 Đường kính ống thu bùn: 𝐷𝑏ù𝑛 = √4 × 𝐹𝑏ù𝑛 𝜋 = √ 4 × 0,0074 𝜋 = 0,1𝑚 Chọn ống thu bùn ra làm bằng ống uPVC ∅ = 140 mm [24] Vậy vận tốc thực của bùn trong ống:
𝑣 = 4 × 𝑄𝑏 𝜋 × 𝐷𝑏2 =
4 × 24
𝜋 × 3600 × 0,142 = 0,4 𝑚/𝑠 Công suất của bơm:
𝑁 = 𝑄 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻 1000 × Ƞ =
0,0067 × 1053 × 9,81 × 11,5
1000 × 0,8 = 0,99 𝑘𝑊 ≈ 1𝑘𝑊
(Nguồn: CT II.189/ trang 439/ [21])
Trong đó:
- 𝜌: Khối lượng riêng của bùn, 𝜌 = 1053 kg/m
- Ƞ: Hiệu suất bơm, Ƞ = 80%
- H: Trở lực
Với:
- h1: Chiều cao cột nước, h1 = 8,5 m
- h2: tổn thất cục bộ qua các chổ nối, tổn thất qua lớp bùn (qui phạm 2 – 3 m.H2O), chọn h2 = 3m
Công suất thực tế của bơm:
𝑁𝑡𝑡 = 𝛽 × 𝑁 = 1,5 × 1 = 1,5 𝑘𝑊
(Nguồn: CT II.191/ trang 439/ [21])
- Ntt: Công suất thực tế của bơm. - 𝛽: Hệ số an tồn cơng suất
- Chọn 𝛽 như sau: (Nguồn: Bảng II.33/trang 440/ [21]) N < 1 kW → 𝛽 = 2 ÷ 1,5
N = 1 ÷ 5 kW → 𝛽 = 1,5 ÷ 1,2 N = 5 ÷ 50 kW → 𝛽 = 1,2 ÷ 1,15 N > 50 kW → 𝛽 = 1,1
𝛽 = 1,5
Chọn bơm bùn NTP model HSF2100-15.5 205 [37]. Bố trí 2 bơm hoạt động thay phiên nhau.
- Model: HSF2100-15.5 205
- Công suất: 7.5 HP
- Xuất xứ: Đài Loan
- Cột áp: 23 m
- Lưu lượng cao nhất: 1250 l/p
Hình 3.9 Máy bơm NTP.