STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Đường kính bể D m 1,92
2 Chiều cao tổng cộng của bể Htc m 4,81
3 Đường kính ống dẫn bùn Db mm 21
4 Đường kính nước tách bùn về bể thu gom Dtn mm 21
4.11 Máy ép bùn
Nhiệm vụ: Máy làm khô cặn bằng lọc ép băng tải, thực hiện quá trình làm ráo phần
lớn nước trong bùn sau khi đã qua bể thu bùn. Độ ẩm giảm xuống 70 - 80% với mục đích:
- Giảm khối lượng vận chuyển ra bãi thải.
- Giảm thể tích nước có thể ngấm vào nước ngầm ở bãi chôn lấp. - Chọn thiết bị lọc ép dây đai.
- Giảm thể tích bùn, tách nước ra khỏi bùn đã nén ở bể nén bùn phía trước, để dễ dàng vận chuyển, chơn lấp hơn và giảm thể tích nước có thể ngấm ở bãi chôn lấp.
- Tăng hàm lượng của cặn từ 4% lên 18%.
- Máp ép bùn được lắp đặt cùng hệ trích ly polymer để đông tụ và tách nước trong bùn.
- Bùn được bơm vào ngăn khuấy trộn cùng polymer để ổn định bùn rồi đi qua hệ thống băng tải ép bùn loại nước (gồm tách nước dưới tác dụng của trọng lực và của lực ép dây đai nhờ truyền động cơ khí).
Tính tốn
Lưu lượng bùn sau khi nén đến máy ép bùn Qbn = 0,72 m3/ngày = 0,03 m3/h. Giả sử lượng bùn sau khi nén có C = 50 kg/m3, lượng cặn đưa đến máy ép bùn là:
Q = C × Qb = 50 × 0,03 = 1,5 (kg/h) = 36 (kg/ngày)
(507/[2]) Máy làm việc 8 giờ/ngày, 5 ngày/tuần, khi đó lượng căn đưa đến máy trong 1 tuần là:
36 × 7 = 252 (kg) Lượng cặn đưa đến máy trong 1 giờ:
G = 252
5 × 8 = 6,3(kg h)⁄
Tải trọng cặn trên 1m rộng của băng tải dao động trong khoảng 90 ÷ 680 kg/m chiều rộng băng. Chọn băng tải có cơng suất 100 kg/m rộng giờ.
Chiều rộng băng tải:
𝑏 = 𝐺 100 =
6,3
100 = 0,063(𝑚)
Công suất: 0,8 - 2,3 m3/h. Bề rộng băng tải: 500 mm. Xuất xứ: Đài Loan.
Đơn giá: 450.000.000 VNĐ.
4.2 TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH Ở PHƯƠNG ÁN 2 4.2.1 Bể điều hòa khuấy trộn
Bảng 4.23 Nồng độ các thơng số dịng vào bể điều hịa khấy trộn
Bể điều hòa khuấy trộn SS BOD5 N P
Nồng độ vào (mg/l) 148,3 355,4 69,3 12,6
%H xử lý 0 5 0 0
Nồng độ đã khử (mg/l) 0 17,8 0 0
Nồng độ ra (mg/l) 148,3 337,6 69,3 12,6
Thời gian lưu nước tại bể điều hòa t = 4 − 8h. Ta chọn t = 4h. Thể tích làm việc của bể điều hịa:
V = Qhmax × t = 122 × 4 = 488 m3 Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hịa: H = 4 m.
Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m.
Chiều cao xây dựng Hxd = H + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 m. Diện tích bể điều hịa:
F = V H =
488
4 = 122 m
2
Kích thước bể điều hịa: L × B × H = 12,5m × 10m × 4,5m. Thể tích xây dựng của bể điều hịa:
Vt = 12,5 × 10 × 4,5 = 562,5 m3
Với vận tốc nước thải tự chảy là v = 0,7 − 1,5 m s → v = 1,5 m s⁄ ⁄ [10]. Lưu lượng nước thải đầu vào: Qmaxh = 122 (m3⁄h) = 33,96 × 10−3(𝑚3⁄ . 𝑠) Đường kính ống dẫn nước thải ra khỏi bể :
Dra = √4 × Qmax
h
π × v = √
4 × 122
π × 1,5 × 3600= 0,17m = 170 mm Chọn ống dẫn nước thải ra bể là ống uPVC có đường kính D = 180mm. [12] Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống:
v = 4 × Qmax h π × D2× 3600= 4 × 122 π × 0,182× 3600= 1,33 (m s)⁄ Nằm trong khoảng v = 0,7 -1,5m/s. Tính tốn chọn máy bơm
Cơng suất bơm:
N = Q × H × g × ρ 1000 × η =
0,034 × 10 × 9,81 × 1000
1000 × 0,8 = 4,2KW Trong đó:
- Q: năng suất bơm, Q = Qhmax = 122(m3⁄h) = 0,034(𝑚3⁄𝑠) - η: Hiệu suất của máy bơm, 𝜂 = 0,7 − 0,9. Chọn η = 0,8. - ρ: Khối lượng riêng của nước. ρ = 1000kg/m3.
- H: Cột áp của bơm, H = 10mH2O. Công suất thực của bơm:
Ntt = 1,2 × N = 1,2 × 4,2 = 5,04 kW = 6,8 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 = 1,2
- Công suất: 5,5 kW. - Cột áp: 22 m.
- Lưu lượng: 1,78 m3/ phút. - Xuất xứ: Nhật Bản.
- Đơn giá: 27.289.000 VNĐ.
- Bố trí hai máy bơm hoạt động luân phiên nhau, một công tác, một dự phịng.
Tính tốn máy khuấy
Năng lượng khuấy từ khoảng 4 -8 W/1m3 thể tích bể (Bảng 9.7/[4]). Chọn năng lượng khuấy bằng 5W/m3 thể tích bể.
Cơng suất máy khuấy:
N = W × 5 = 562,5 × 5 = 2812,5W = 2,8125 Kw Chọn máy khuấy: Máy khuấy trộn chìm EVERGUSH EFM-20T. [18]
Cơng suất: 3 KW. Xuất xứ: Đài Loan. Lưu lượng: 6,8 m3/phút. Đơn giá: 34.675.000 VNĐ.
Bố trí 4 máy khuấy trộn chìm đặt ở 4 góc tường.
Bảng 4.24 Tóm tắt thơng số tính tốn của bể điều hịa khuấy trộn
STT Thơng 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 hịa Wt m3 562,5
5 Cơng suất của máy bơm chìm N kW 5,5
6 Cơng 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.
Ngồi 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 Quá 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 hòa 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 hòa 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)