STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước trong bể điều hòa t h 4
2
Kích thước bể
Chiều dài L m 12,5
Chiều rộng B m 10
Chiều cao hữu ích H m 4
3 Đường kính ống dẫn nước thải ra D mm 180
4 Thể tích xây dựng của bể điều hòa Wt m3 562,5
5 Cơng suất của máy bơm chìm N kW 5,5
6 Công suất của máy khuấy chìm Nk kW 3
4.2.2 Bể MBBR
Nhiệm vụ: Ngoài nhiệm vụ xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải, thì trong bể sinh học hiếu khí dính bám lơ lửng cịn xảy ra q trình Nitrate hóa và Denitrate, giúp loại bỏ các hợp chất nito, photpho trong nước thải, do đó khơng cần sử dụng bể Anoxic. Vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu lọc gồm 3 loại: lớp ngoài cùng là vi sinh vật hiếu khí, tiếp là lớp vi sinh vật thiếu khí, lớp trong cùng là vi sinh vật kị khí. Trong nước thải sinh hoạt, nito chủ yếu tồn tại ở dạng amoniac, hợp chất nito hữu cơ. Vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa hợp chất nito về dạng Nitrit, Nitrat. Tiếp tục vi sinh vật thiếu khí và kị khí sẽ sử dụng các hợp chất hữu cơ trong nước thải làm chất oxy hóa để khử nitrate, nitrite về dạng khí N2 bay lên. Mặt khác q trình nito một phần cịn được thực hiện tại bể lắng sinh học. Vì vậy hiệu quả xử lý hợp chất nito, photpho trong nước thải sinh hoạt của cơng trình này rất tốt.
Ngoài ra, để tăng cường khả năng xử lý nito của bể sinh học thiếu khí người ta thêm vào bể giá thể MBBR.Thể tích của vật liệu MBBR so với thể tích bể được điều chỉnh theo tỷ lệ phù hợp, thường là <50% thể tích bể. Bảng 4.25 Nồng độ các thơng số dịng vào MBBR Bể MBBR SS BOD5 NH3 NO3 P Q trình thiếu khí Nồng độ vào (mg/l) 148,3 337,6 - 46,8 12,6 %H xử lý 0 10 - 80 5 Nồng độ đã khử (mg/l) 0 33,8 - 44 0,63
Nồng độ ra (mg/l) 148,3 303,8 - 11 11,97 Q trình hiếu khí Nồng độ vào (mg/l) 148,3 303,8 69,3 55 11 11,97 %H xử lý 0 85 0 85 0 0 Nồng độ đã khử (mg/l) 0 258,2 14,3 46,8 0 2,9 Nồng độ ra (mg/l) 148,3 45,6 55 8,2 11 9,1 Tính tốn
- Lưu lượng nước thải: Q = 1500 m3/ngày. - Hàm lượng SS đầu vào: 148,3 mg/l.
- Hàm lượng BOD5 đầu vào S0 = 337,6 mg/l. - Nhiệt độ duy trì trong bể 25 – 300C.
- Hàm lượng BOD đầu ra = 45,6 mg/l.
- Cặn lơ lửng đầu ra SSra = 51,9 mg/l gồm 65% là cặn có thể phân hủy sinh học. - Hệ số sản lượng tế bào: Y = 0,75 kgTSS/ kgBOD.
- Hệ số sản lượng quan sát : Yobs = 0,25 gVSS/gBOD. - Hàm lượng vi sinh của màng vi sinh vật VS = 70%.
- Chọn vật liệu màng MBBR sử dụng là polyethylene HDPE-PE05 dạng K3 [23] - Khối lượng riêng: 95 kg/m3
- Tỷ trọng lắng thủy lực: 0,5 – 0,8 m/h. - Diện tích bề mặt giá thể: 584 m2/m3. - Đơn giá: 4.750.000 đồng.
- Tải trọng hữu cơ Lv = 1,2 kgBOD5/m3.ngày (1 - 1,4 kgBOD5/m3.ngày). - Tỷ trọng lắng thủy lực: 0,5 - 0,8 m/h.
(Theo [7] và bảng 9-15-Chương 9/955/Activated Sludge with Fixed Film Packing)
Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra
Phương trình cân bằng vật chất
BOD5 đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể MBBR + BOD5 chứa trọng lượng cặn lơ lửng đầu ra Trong đó:
+ BOD5 hịa tan trong bể MBBR là S, mg/l.
Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra: 0,65 × 51,9 = 33,7 (mg l⁄ )
Lượng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lượng cặn có thể phân hủy sinh học: 33,7 × 1,42(mgO2⁄mg tế bào) = 47,9 (mg l)⁄
Là lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng. Q trình tính tốn dựa theo phương trình phản ứng:
C5H7O2N + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/l 160 mg/l
1 mg/l → 1,42 mg/l Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5:
BOD5 = BOD20 0,68 = 47,9 0,68 = 32,6 mg/l Vậy: 45,6 (mg/l) = S + 32,6 (mg/l) S = BOD5(S) = 13 (mg/l) Kích thước bể MBBR Thể tích nước trong bể MBBR: Vn =Se− S × Qngày tb LV = (337,6− 13) × 10−3× 1500 1,2 = 405,8(m 3) Thể tích bể MBBR: VMBBR = Vn+ Vgt Chọn Vgt = 25% VMBBR Vgt = 25%Vn =101,5 (m3). → VMBBR = Vn+ Vgt = 405,8 + 101,5 = 507,3 (m3) Thời gian lưu nước trong bể:
θ =Vn Q =
405,8
1500 = 0,27 ngày = 6,5 giờ Chọn chiều cao của bể là h = 4 m.
Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m.
Chiều cao xây dựng của bể là H = 4 + 0,5 = 4,5 m. Diện tích của bể: A = V H= 507,3 4 = 126,8 (m 2) Kích thước xây dựng bể MBBR: L × B × H = 13m × 10m × 4,5m Thể tích xây dựng bể MBBR: L × B × H = 13 × 10 × 4,5 = 585(m3)
Tính lượng bùn thải bỏ hằng ngày
Lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo VSS: Px = Yobs× Q × S0− S =0,25kgVSS
kgBOD × 1500 × (337,6− 13) × 10
−3
= 121,7 (kgVSS ngày) Tổng lượng bùn sinh ra theo SS:
MSS =121,7
0,8 = 152,13 (kgSS ngày) ⁄
Giả sử nồng độ bùn ra khỏi bể lắng sau bể MBBR là Cbùn =1,5% khối lượng riêng của bùn là 1,053 kg/l. Vậy lưu lượng bùn cần xử lý:
Qbùn = MSS
0,015 × 1053 kg m⁄ 3 =
152,13 kgSS ngày⁄
0,015 × 1053 kg m⁄ 3 = 9,63 (m
3⁄ngày)
Hiệu quả xử lý của bể MBBR:
E =S0 - S
S0 × 100 %=
337,6 - 13
337,6 × 100% = 96,1 %
Tính tốn đường ống dẫn nước ra khỏi bể MBBR
Lưu lượng: Qtbs = 0,0174 (m3⁄ . s)
Nước thải chảy sang bể lắng với vận tốc nước chảy trong ống là v = 0,8 m/s, với v = (0,5 - 1 m/s.) [10]
D = √4 × Qs
tb
v × π = √
4 × 0,0174 m3/s
0,8 × π = 0,17 (m) = 170 (mm)
Chọn ống dẫn nước thải ra làm bằng nhựa uPVC có đường kính D = 180mm [12] Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
v = 4 × Qs tb π × D2 =4 × 0,0174 m 3/s π × 0,182 = 0,68 (m s)⁄ →Thỏa v = 0,5 - 1 m/s.
Xác định lượng khơng khí cấp và số lượng thiết bị khuếch tán khí
Lượng oxy cần thiết để khử BOD: OCO =Q × (S0− S) f − 1,42 × Px(VSS) + 4,57 × Q × (N0− N) × 10−3 OC0 =1500 × (337,6− 13) 0,68 × 1000 − 1,42 × 129,8 + 4,57 × 1500 × (46,8-8,2)×10−3 = 796,3(kgO2⁄ngày) (CT 6.15/105/[15]) Trong đó:
- Q: lưu lượng nước thải trung bình, Q = 100m3/ngày. - S0: hàm lượng BOD5 đầu vào, S0 = 337,6 mg/l. - S: hàm lượng BOD5 đầu ra, S = 13 mg/l.
- Px: lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày theo MLVSS, Px = 129,8 kg/ngày.
- f: hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay, f trong khoảng (0,45 – 0,68), chọn f = 0,68 .
Lượng oxy thực tế cần cung cấp cho bể OCt = OC0× CS20 β × Csh− CL × 1 1,024T−20×1 α OCt = 796,3 × 9,08 1 × (7,94 − 2)× 1 1,02430−20× 1 0,9= 1066,9 (kgO2⁄ngày) (CT 6.16/106/[15]) Trong đó
- CS20 :nồng độ bão hịa oxy trong nước sạch ở nhiệt độ 200C, Cs20 = 9,08 mg/l. - Csh : nồng độ bão hòa oxy trong nước ở nhiệt độ 300C, Csh = 7,94 mg/l.
- β: hệ số hiệu chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối đối với nước thải thường lấy bằng 1.
- α: hệ số lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn ,chất hoạt động bề mặt loại thiết bị làm thống, hình dạng và kích thước bể có giá trị từ 0,6 - 0,96 lấy bằng 0,9.
- CL : lượng oxy hịa tan cầng duy trì trong bể, khi xử lý nước thải lấy CL = 1,5 – 2 mg/l, chọn CL = 2 mg/l.
Lượng oxy cần thiết để cung cấp vào bể: Qkk1 =OCt OU × f ′ = 1066,9 28 gO2m3× 10−3× 1,5 = 57155,4 (m3⁄ngày) = 2381,5 (m3⁄h) Trong đó - f’ là hệ số an toàn, chọn f’ =1,5.
- OCt: lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể, OCt = 1066,9 kgO2⁄ngày. - OU: cơng suất hịa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối.
- OU = Ou × h = 7 × 4 = 28 gO2/m3 khơng khí Ta có Ou = 7 g O2/m3 (Bảng 7.1/ 112/[6])
Lượng oxy cần thiết để khử nitơ
Phương trình phản ứng khử Nitơ
𝑁𝐻4 + 1,731𝑂2+ 1,96𝐻𝐶𝑂3− → 0,038𝐶5𝐻702𝑁 + 0,962𝑁𝑂3−+ 1,077𝐻2𝑂 + 1,796𝐻2𝐶𝑂3
18mg/l 55,392mg/l
46,8mg/l → 144,02mg/l
Lượng oxy cần thiết để chuyển hóa amoni thành nitrat:
OCN = 1500 m3⁄ngày × 144,02 mg/l × 10−3kg g = 216,03 (kgO⁄ 2⁄ngày) Lượng oxy cần thiết cung cấp vào bể là:
Qkk2= OCN OU × f =
216,03 kgO2⁄ngày
28 gO2m3× 10−3kgO2/gO2× 2 = 15430,7(m3⁄ngày) = 642,9 (m3⁄h) Vậy lượng oxy cần thiết cung cấp vào bể MBBR:
Qkk = Qkk1+ Qkk2 = 2381,5 + 642,9 = 3024,4 (m3⁄h) = 0,84 (m3⁄s) Kiểm tra lưu lượng khơng khí cấp cho bể là
q =3024,4 m
3 O2⁄h × 24 h 1500 m3⁄ngày
= 48,4 (m3O2⁄m3nước thải) > 10(m3O2⁄m3nước thải) (thỏa) Chọn thiết bị phân phối khí dạng đĩa SSI AFD 350 với lưu lượng khí r = 0 - 20 m3/h = 0 – 333,33 lít/phút Chọn r =18 m3/h = 300 lít/ phút. [19] Số đĩa khuếch tán khí: n = Qkk r = 3024,4 18 = 168,02 (đĩa )
Chọn 170 đĩa thổi khí SSI AFD 350. Xuất xứ: USA. Đơn giá: 442.000 đồng
[19]
Tính tốn đường ống dẫn khí chính
Với lưu lượng Qkk = 3024,4 (m3⁄h) = 0,84 (m3⁄s).
Chọn vận tốc dịng khí trong ống dẫn chính là 15 (m/s), v = (10 – 20 m/s). [10] Đường kính ống dẫn khí chính: Dc = √ 4 × Qkk π × v = √ 4 × 0,84 π × 15 = 0,27 (m) Chọn ống khí chính là ống thép mạ kẽm có đường kính D = 270 mm[13] Vận tốc của khí trong ống: vc = 4 × 𝑄𝑘𝑘 π × 𝐷𝑐 = 4 × 0,84 π × 0,272 = 14,7 (m/s) →Thỏa v = 10 - 20m/s.
Ống nhánh đặt vng góc với ống chính và cho chạy dọc theo chiều dài bể. Chọn ống nhánh dài 10 m, khoảng cách giữa các ống 1,0 m, ống cách tường 0,5m.
Số ống nhánh: Chọn số ống nhánh dẫn khí là Nnhánh = 10. Số đĩa trên một ống nhánh: mn = Số đĩa Số ống nhánh = 170 10 = 17 (đĩa) Khoảng cách giữa các đĩa trên ống:
l = B
mn+ 1 = 10
17 + 1 = 0,56 (m) Lưu lượng khí qua ống nhánh:
qkkn = Qkk Nnhánh=0,84 10 = 0,084 (m 3⁄s) Đường kính ống dẫn khí nhánh: Dn=√4 × qkk n π × vống=√ 4 × 0,084 π × 15 = 0,084 (m) Chọn ống dẫn khí nhánh làm bằng thép mạ kẽm có đường kính Dn = 90mm [13] Kiểm tra vận tốc ống nhánh: v = 4 ×qkk n Dn2 × π = 4 × 0,084 0,092 × π = 13,2 (m/s) →Thỏa v = 10 - 20 m/s. Tính tốn máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí:
Htt= hd+ hc + hf + H = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 m Trong đó:
- hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, m. - hc: tổn thất áp lực cục bộ, hd + hc ≤ 0,4m Chọn hd + hc= 0,4 m. - hf: tổn thất qua thiết bị phân phối, hf ≤ 0,5m Chọn hf = 0,5 m. - H: chiều cao hữu ích của bể sinh học hiếu khí aerotank , H = 4 m.
Áp lực khơng khí: P =10,33 + Htt 10,33 = 10,33 + 4,9 10,33 = 1,47 (atm) (Mục 9/151/[14]) Cơng suất máy thổi khí
Nk=34400 × (P 0,29- 1) × Qkhí 102 × η = 34400 × ( 1,470,29-1 ) × 0,84 102 × 0,8 = 41,9 kW (Mục 9/151/[14]) Trong đó:
- P: áp lực chân khơng, P = 1,47 atm. - Qkhí: lưu lượng khí, Qkhí= 0,8 m3⁄s.
- η: hiệu suất máy thổi khí, η = 0,7-0,9. Chọn η = 0,8. Cơng suất thực tế Nt = 1,1 × 41,9 = 46,09 kW = 61,7 Hp Trong đó: β: Hệ số dự trữ - N < 1 → β = 1,5-2,2. - N > 1 → β = 1,2-1,5. - N = 5-50 → β =1,1. Chọn β = 1,1.
Chọn máy thổi khí: Máy thổi khí Tsurumi TRS2-200 [18]
Công suất: 9 - 55 kW.
Lưu lượng: 20,56 – 43 m3/phút. Cột áp: 1 – 6 mH2O.
Xuất xứ: Nhật Bản.
Đơn giá: 159.170.000 VNĐ.
Bảng 4.26 Tóm tắt thơng số tính tốn bể MBBR
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước T giờ 6,5
2 Kích thước bể Chiều dài L mm 13000
Chiều rộng B mm 10000
Chiều cao xây dựng Hxd mm 4500
3 Thể tích xây dựng bể W m3 585
4 Số đĩa phân phối trong bể n cái 162
5 Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 270
6 Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn mm 90
7 Số đĩa trên một ống nhánh mn cái 17
8 Khoảng cách giữa các đĩa trên ống l mm 0,56
9 Số ống nhánh N cái 10
10 Đường kính ống dẫn nước thải ra Dr mm 180
11 Cơng suất máy thổi khí Nk kW 55
4.2.3 Bể khử trùng
Bể khử trùng được tính tốn tương tự phương án 1. Thay thế hóa chất Clo bằng hóa chất Javel.
Dùng Clorator: thiết bị chứa NaOCl lỏng được châm trực tiếp vào bể khử trùng thông qua hệ thống điều khiển.
Lượng NaOCl cần dùng cho khử trùng: Lượng NaOCl là C = 4mg/l. (Bảng 10.15/471/[4])
Lượng NaOCl pha trong 1 ngày:
G = Q × a × t = 1500 × 4 × 1 = 6000(g ngày) = 6(kg ngày)⁄ ⁄ Trong đó:
- Q: lưu lượng nước thải, Q = 1500 m3/ngày.
- a: liều lượng NaOCl, a = 4 mg/l = 0,004 g/l. - t: thời gian pha, t = 24 h = 1 ngày.
Khối lượng NaOCl trong 1 giờ:
G’ = Q × a = 62,5 m3/h × 4 g/m3 = 250 (g/h) Liều lượng NaOCl cho vào bể khử trùng trong 1 giờ:
Chọn nồng độ NaOCl, C = 10% → b = 10 × C = 10 × 10% = 100 (g/l) q = G ′ b = 250 100 = 2,5(l h) = 0,042(l phút)⁄ ⁄
Chọn bơm piston màng, biết rằng nút điều chỉnh lưu lượng theo mức vạch 0%.lít/ph ứng với 0% v CSmax 20lít/ph ứng với 100%.
Nút điều chỉnh bơm = q CSmax=
0,042
20 = 0,002(%)
Vặn nút điều chỉnh lưu ở mức 0,002.
Chọn bơm: Máy bơm định lượng OBL M23PPSV. [18] Công suất: 250W.
Áp lực: 12 bar. Lưu lượng: 23 l/giờ. Xuất xứ: Ý.
Đơn giá: 11.560.000 VNĐ.
Bố trí hai máy bơm hoạt động luân phiên nhau, một cơng tác, một dự phịng. Thể tích thùng:
V =G b =
6000
Vậy chọn 1 thùng nhựa đứng Tân Á Đại Thành có dung tích 300l làm thùng hịa trộn. Đơn giá: 1.020.000VNĐ.
Cách pha NaOCl: Cân 6,4 kg NaOCl cho vào thùng pha. Cho nước vào bình định mức tới 64 lít thì ngừng, dùng gậy nhựa hay gỗ khuấy đều trong 1 phút để bột tan sau đó cho vào bồn chứa hóa chất.
Điều chỉnh bơm định lượng: Dung dịch NaOCl được bơm vào hệ thống khử trùng online với lưu lượng chỉ định.
Tính tốn bể tiếp xúc
Thời gian tiếp xúc t = 30 phút tính cả thời gian nước thải chảy từ bể tiếp xúc đến miệng xả vào nguồn tiếp nhận. (Mục 7.195/76/[10])
Thể tích bể tiếp xúc: V = Qhtb× t = 62,5 ×30 60= 31,3(m 3) Trong đó: - h tb
Q : Lưu lượng trung bình, Qtbh= 62,5 m3/h. - t: Thời gian lưu nước trong bể, t = 30 phút. Chọn chiều hữu ích của bể, H = 2,0m.
Chọn chiều bảo vệ của bể, hbv = 0,5m.
Chiều cao xây dựng bể: Hxd = H + hbv = 2,0 + 0,5 = 2,5 (m) Diện tích bề mặt bể: F = V H = 31,3 2 = 15,7(m 2) Chọn kích thước bể: L × B = 8m × 2m
Vậy thể tích xây dựng của bể: Vt = B × L × Hxd = 8 × 2 × 2,5 = 40(m3)
Chọn bể tiếp xúc có 3 ngăn, để đảm bảo cho sự tiếp xúc giữa hoá chất và nước thải là đồng đều, trong bể tiếp xúc khử trùng, ta xây thêm các vách ngăn để tạo sự khuấy trộn trong ngăn.
Chọn khoảng cách mỗi vách ngăn là 0,1 m.