Thông số Đơn vị Giá trị Trung bình
K gbs/COD/gVSS.ngày 2 – 10 5 Ks mg/l.BOD mg/l.bsBOD 25 – 100 10 - 60 60 40 Y mgVSS/mg.BOD mgVSS/mg.bsBOD 0,4 – 0,8 0,3 – 0,6 0,6 0,4 Kd mgVSS/gVSS.ngày 0,06 – 0,15 0,1
Xác định nồng độ BOD5 của nước thải đầu vào và đầu ra Aerotank
Tổng BOD5 = BOD5hòa tan + BOD5cặn lơ lửng
BOD5 của cặn lơ lửng, phần có khả năng dễ phân hủy sinh học trong nước thải sau bể lắng II
34,8 x 0,68 = 23,66 mg/l
BOD có hồn tồn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra 23,66 x 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 33,6 mg/l
BOD5 của chất rắn lơ lửng đầu ra 33,6 x 0,68 = 22,8 mg/l
BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng
BOD5hòa tan = Tổng BOD5 - BOD5cặn lơ lửng = 34,8 – 22,8 = 12 mg/l
Xác định hiệu quả xử lý
Hiệu quả xử lý BOD5 của bể Aerotank: 𝐸 = 231,9 − 12
231,9 ∗ 100 = 95% Hiệu quả xử lý tổng cộng của bể Aerotank:
𝐸 =231,9 − 34,8
231,9 ∗ 100 = 85%
Xác định hệ số tăng trưởng của VSV Nitrate hóa (CT7-93/713/[29])
𝜇𝑁 = (𝜇𝑁𝑚𝑎𝑥 × 𝑁 𝐾𝑁 + 𝑁 ) ( 𝐷𝑂 𝐾𝑜2+ 𝐷𝑂) − 𝑘𝑑𝑛 = (1,05 × 31,7 0,96 + 31,7) ( 2 1 + 2) − 0,097 𝜇𝑁 = 0,58 ngày−1 Trong đó: - T = 25oC - 𝜇𝑁𝑚𝑎𝑥,20 = 0.2 ngày-1 ở 20oC; 𝜇𝑁𝑚𝑎𝑥,25 = 0,75 x 1,0725-20 = 1,05 g/g.ngày - KN,25 = 0,74 x 1,05325-20 = 0,96 g/m3 - Kdn,25 = 0,08 x 1,0425-20 =0,097 g/m3 - KO = 1 mgO2/l
- N nồng độ Nito đầu ra, N = 12,89 mg/l; giá trị theo bảng hiệu suất. - DO nồng độ Oxy hòa tan trong nước thải DO = 2 mg/l
Thời gian lưu cặn lý thuyết (CT 7-71/713/[29]) 𝑆𝑅𝑇 = 1
𝜇𝑁 = 1
0,58= 1,72 𝑛𝑔à𝑦 Thời gian lưu cặn thiết kế (CT8-15/714/[29])
𝐹𝑆 =𝑇𝑁𝑚𝑎𝑥
Lượng sinh khối được sinh ra (CT 8-15/714/[29]) 𝑃𝑥,𝑏𝑖𝑜 =𝑄. 𝑌. (𝑆𝑜 − 𝑆) 1 + 𝑘𝑑. 𝑆𝑅𝑇 + 𝑓𝑑. 𝑘𝑑. 𝑄. 𝑌. (𝑆𝑜 − 𝑆). 𝑆𝑅𝑇 1 + 𝑘𝑑. 𝑆𝑅𝑇 + 𝑄. 𝑌𝑛. 𝑁𝑂𝑥 1 + 𝑘𝑛. 𝑆𝑅𝑇 𝑃𝑥,𝑏𝑖𝑜 =5000 × 0,6 × (231,9 − 34,8) × 10 −3 1 + (0,03 × 2,58) +0,15 × 0,03 × 5000 × 2,58 × (231,9 − 34,8). 10 −3 1 + (0,03 × 2,58) +5000 × 0,12 × 17,7 × 10 −3 1 + (0,08 × 2,58) 𝑃𝑥,𝑏𝑖𝑜 = 548,8 + 10,6 + 8,8 = 568,2 kgVSS/ngày Trong đó:
- Hiệu suất chuyển hóa Nitrate 80%; NOx = 0,8 x 22,17 = 17,7 g/m3
- SRT: thời gian lưu bùn; SRT = 2,58 ngày
- Q: Lưu lượng trung bình ngày; 𝑄𝑡𝑏𝑛𝑔à𝑦= 5000 m3/ngày - Y: hệ số sản lượng bùn, Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5 - kd = 0,06 ngày-1
- So: lượng BOD5 của nước thải vào bể Aerotank; So = 231,9 mg/l - S: lượng BOD5 hòa tan của nước thải đầu ra; S = 34,8mg/l - fd: hệ số lấy từ bảng 8-10/704/[29]
- Yn, kdn: hệ số lấy từ bảng 8-11/705/20]
- Ne : Nồng độ Nito đầu ra (lấy theo hiệu suất xử lý hoặc dựa vào QCVN)
Lượng Nito oxy hóa thành Nitrate
NOx = TNK – Ne – 0,12.Px/Q = 22,17 – 12,89 – 0,12 x 568,2/5000 = 9,3 g/m3
Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày (điều kiện khử BOD và Nitrate hóa)
Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày theo MLVSS (CT 8-15/715/[29]) :
PX,VSS = PX,bio + Q + nbVSS = 568,2 + 5000 x 29,36 x 10-3 = 715 kg/ngày 𝑛𝑏𝑉𝑆𝑆 = (1 − 𝐵𝑂𝐷5
𝐵𝑂𝐷20) × 𝑆𝑆 = (1 − 0,68) × 114,7 × 0,8 = 29,36 𝑔/𝑚3
Lượng MLVSS:
(XVSS).(V) = PX,VSS . SRT = 715 x 2,58 = 1844,7 kg
Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày theo MLSS (CT 8-16/715/[29]): 𝑃𝑋,𝑇𝑆𝑆 = (𝑃,ữ 0,8) + ( ì 𝑛𝑏𝑉𝑆𝑆) + (𝑄 × (𝑆𝑆 − 𝑉𝑆𝑆)
= (568,2 ÷ 0,8) + (5000 × 29,36 × 10−3) + (5000 × (114,7 − 29,36) × 10−3
𝑃𝑋,𝑇𝑆𝑆 = 1283,75𝑘𝑔/𝑛𝑔à𝑦
(XTSS).(V) = PX,TSS . SRT = 1283,75 x 2,58 = 3312,075 kg
Lượng bùn dư cần thải bỏ mỗi ngày:
Mdư = PX,TSS - Pra = 1283,75 – 229,5 = 1054,25 kg/ngày
Với Pra = 𝑄𝑡𝑏𝑛𝑔à𝑦 × 𝑆𝑆𝑟𝑎× 10−3 = 5000 × 45,9 × 10−3 = 229,5 𝑘𝑔/𝑛𝑔à𝑦
Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý :
Mdư,VSS = 1054,25 x 0,8 = 834,4 kg/ngày
Lượng chất lơ lửng thu mỗi ngày. Chọn hiệu suất xử lý SS là 60% : 𝑀 = 231,9 𝑚𝑔𝐶𝑂𝐷/𝑙 × 0,6 × 5000 × 10−3 = 695,7 𝑘𝑔𝑆𝑆/𝑛𝑔à𝑦 Kích thước bể Aerotank Thể tích bể Aerotank: 𝑉 =(XTSS). (V) 𝑀𝐿𝑆𝑆 = 3312,075 3000 × 10 3 = 1104 (𝑚3) Trong đó: X : nồng độ bùn hoạt tính. X = 3000mg/l
Kiểm tra thời gian lưu nước: 𝑡 = 𝑉
𝑄 = 1104
5000 = 0,22 𝑛𝑔à𝑦 ≈ 5,28 ℎ Diện tích của Aerotank trên mặt bằng:
𝐹 = 𝑉 𝐻 =
1104
4 = 276 𝑚
2
Trong đó: H: chiều cao cơng tác của bể Aerotank, H = 4 m. Chiều cao bảo vệ : hbv = 0,5 (m)
Chiều cao xây dựng bể : H = h + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 m
Kích thước bể : L x B x H = 22,7m x 11,2m x 4,5m
Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng thể tích (Nguồn: Trang716/[29])
Tỉ số F/M 𝐹 𝑀= 𝑄 × 𝑆0 𝑋 × 𝑉 = 5000 × 231,9 3000 × 1104 = 0,35 ngày −1
Trị số này nằm trong khoảng: F/M = (0,2- 0,6)ngày-1
Tải trọng thể tích 𝐿 = 𝑄 ∗ 𝑆0 𝑉 = 5000 ∗ 231,9 1104 × 10 −3= 1,05 𝑘𝑔𝐵𝑂𝐷5/𝑚3. 𝑛𝑔à𝑦
Xác định lưu lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày
Qb =W × X − Qra× Xra× θc X × θc = 1104 × 3000 − 5000 × 29,36 × 10 3000 × 10 = 61,47 (m3⁄ngày đêm) Trong đó:
- Qra: lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng, Qra = Q = 5000 m3⁄ngày đêm. - Xra: nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, Xra = 29,36 mg l⁄. Xác định tỷ số tuần hoàn R = X Xth-X= 3000 8000-3000= 0,6 ∈ [0,25 - 1] Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hồn:
Qth= Q.R = 5000.0,6 = 3000 m3/ngày
Xác định lượng Oxy cấp cho bể Aerotank theo BOD5
Lượng Oxy cần thiết cho q trình BOD và Nitrate hóa (CT 8-17/717/[29]) MO2 = Q.(So – S).10-3 – (1,42.Px,bio) + 4,33.Q.NOx.10-3
= 5000.(231,9 – 12).10-3 - (1,42 x 568,2) + 4,33.5000.9,3.10-3
MO2 = 1099,5 – 806,844 + 201,345 = 494 kg/ngày. Tính thế tích khơng khí theo u cầu
Giả sử rằng khơng khí có 23,2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng khơng khí là 1,2kg/m3. Vậy lượng khơng khí lý thuyết cho q trình là:
𝑀𝑘𝑘 = 𝑀𝑂2
0,232∗1,2= 494
0,232∗1,2 = 1774 𝑚3/𝑛𝑔à𝑦 Lượng khơng khí khi thiết kế để chọn máy thổi khí
𝑄𝑘𝑘 = 𝑓 ∗𝑀𝑘𝑘
𝐸 = 2 ∗1774
0,08 = 44350 𝑚3
𝑛𝑔à𝑦= 30,8 𝑚3/𝑝ℎú𝑡 Trong đó:
- E: Hiệu suất chuyển hoá oxy của thiết bị khuyết tán. Chọn E = 8% - f: hệ số an toàn. Chọn f = 2
Tính tốn hệ thống phân phối khí
Chọn thiết bị phân phối khí: Đĩa phân phối khí OXYFLEX MT300 - 12 inch [27] - Kích thước: 345/300mm.
- Lưu lượng thiết kế: 0 – 10 m3/h - Lưu lượng cao nhất: 0 - 20 m3/h - Diện tích hoạt động bề mặt: 0.07m2
- Ren ngoài 27mm hoặc 34mm Số đĩa phân phối trong bể là: 𝑛 = 𝑄𝑘𝑘
16 =1848
16 = 116 đĩ𝑎 → Chọn số đĩa khuếch tán khí trong bể là 120 đĩa.
Tính tốn, lựa chọn máy thổi khí và hệ thống đường ống phân phối khí vào bể
Áp lực và cơng suất của hệ thống nén khí: Hct = hd + hc + hs + H = 0,4 + 0,5 + 4,0 = 4,9 m Trong đó:
- hd, hc: tổn thất áp lực theo chiều dài và tổn thất cục bộ, thường thì hd , hc khơng vượt quá 0,4m và chọn hd + hc = 0,4 m
- hs: tổn thất áp lực qua ống phân phối khí (khơng vượt q 0,5m), chọn hs = 0,5 m - H: chiều cao bể, H = 4 m. Áp lực khơng khí sẽ là: 𝑃 =10,33 + 𝐻𝑐𝑡 10,33 = 10,33 + 4,9 10,33 = 1,474 𝑎𝑡 Cơng suất máy thổi khí:
Nk =34400 × (P 0,29− 1) × Qk 102 × η = 34400 × (1,570,29− 1) × 0,513 102 × 0,8 = 30,5 𝑘𝑊 Trong đó:
- P: áp lực chân không, P = 1,57 atm
- Qk: lưu lượng khí tổng hợp, 𝑄k = 0,513 m3⁄s.
- η: hiệu suất máy thổi khí, η = 0,7 − 0,9. Chọn η = 0,8. Cơng suất thực tế của máy thổi khí:
Ntt = 𝑁𝑘 × β = 30,2 × 1,2 = 36,24 kW Trong đó: 𝛽: Hệ số dự trữ (Bảng II.33/440/[10]) 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 Chọn 𝛽 = 1,2
Chọn máy thổi khí Longtech model LT-125. Bố trí 02 máy thổi khí hoạt động thay phiên nhau (01 cơng tác, 01 dự phịng).
- Model: LT-125 - Cơng suất: 40 Hp - Xuất xứ: Taiwan
- Lưu lượng hoạt động thổi khí 0,1 ~ 120 m3/h
Hình 3.10 Máy thổi khí LONGTECH model LT-125. [7]
Tính tốn đường ống dẫn khí chính:
Vận tốc trong ống khí dẫn khi được duy trì trong khoảng 9 – 15 m/s → chọn v = 12 m/s. (Nguồn: Bảng 9-9/ trang 423/ [11])
Lưu lượng khí trong ống chính: 𝑄𝑐 = 𝑄𝑘𝑘 = 30,8 (m3⁄phút) = 0,513 (𝑚3/𝑠) Đường kính ống dẫn khí chính: 𝐷𝑐 = √4 × 𝑄𝑐 𝜋 × 𝑣𝑐 = √ 4 × 0,513 𝜋 × 12 = 0,23 𝑚 Chọn đường kính ống dẫn khí chính là thép ống đúc DN250 (∅ = 273,1 mm)
Kiểm tra lại vận tốc ống khí chính: vn = Qk π × dn2 4 = 0,513 π × 0,27312 4 = 9 m s⁄ → thỏa v = 9 − 15 m/s.
- Bố trí 15 ống nhánh dọc theo chiều dài bể, tâm ống cách 2 mép tường 850mm. Khoảng cách giữa các ống nhánh là 1,5m.
- Trên mỗi ống nhánh bố trí 8 đĩa phân phối khí, mỗi đĩa cách nhau 1,4m; 2 đĩa ngoài cùng, tâm mỗi đĩa cách tường 700mm.
Đường kính ống khí nhánh: dn = √4 × Qk π × vkhí = √ 4 × 0,513 π × 12 × 15 = 0,06 m Chọn đường kính ống dẫn khí nhánh là thép ống đúc DN50 (∅ = 60,3 mm). [8]
Kiểm tra lại vận tốc ống khí nhánh: vn = Qk π × dn2 4 = 0,513 15 π × 0,06032 4 = 11,9 m s⁄ → thỏa v = 9 − 15 m/s.
Để đảm bảo quá trình xử lý một cách triệt để N có trong nước thải địi hỏi phải tuần hồn nước trở lại bể Anoxic.
Qth = IR.Q = 3 x 208,33 = 625 m3/h Trong đó:
- Q: Lưu lượng trung bình ngày; 𝑄𝑡𝑏ℎ = 208,33 m3/h - IR: tỷ số tuần hoàn nước; IR = 3.
Bơm nước thải tuần hoàn:
Trở lực 𝐻 = ℎ1+ ℎ2 = 4 + 3 = 7 𝑚𝐻2𝑂 Trong đó:
ℎ1 = 4 𝑚: chiều cao bể
ℎ2 = 3 𝑚: Tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn, lấy trong khoảng 2 – 3 mH2O
Chọn bơm HCP model 80AFU22.2L với thông số:
- Công suất: 3 HP
- Điện áp: 3 pha, 38-V-50Hz
- Cột áp: H = 7 m
- Lưu lượng: Q = 30 m3/h
- Xuất xứ: Đài Loan
- Đường họng hút: 80 mm. Chọn ống nhựa uPVC có Ø 90 mm. Đường ống dẫn nước ra:
Lưu lượng nước thải ra khỏi bể Aerotank hay vào bể lắng 2: 𝑄𝑟𝑎 = 𝑄 + 𝑄𝑏𝑡ℎ = 0,06 + 0,036 = 0,096 (𝑚3/𝑠) Đường kính ống dẫn nước thải ra bể Aerotank:
𝐷 = √4 × 𝑄𝑟𝑎 𝜋 × 𝑣 = √
4 × 0,096
𝜋 × 1 = 0,35 (𝑚) = 350 (𝑚𝑚)
Vận tốc nước thải trong ống v = 1 m/s. v = 1 – 2 m/s. Chọn ống nhựa u.PVC Ø400 mm. [12]