Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Chiều dài bể L m 7,5
Chiều rộng bể B m 3,5
Chiều cao làm việc bể Hic m 3,5
Chiều cao xây dựng bể H m 4
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc thải ra khỏi bể Anoxic D mm 200 Đƣờng kính ống dẫn bùn tuần hoàn từ bể lắng II về bể Anoxic D mm 60 Đƣờng ống dẫn nƣớc tuần hoàn từ bể Aerotank sang Anoxic
D mm 90
4.1.6. Bể Aerotank
Nhiệm vụ:
Bể sinh học hiếu khí Aerotank có nhiệm vụ loại bỏ các chất ơ nhiễm hữu cơ h a tan có khả năng phân hủy sinh học nhờ quá trình vi sinh vật lơ lửng hiếu khí. Nƣớc thải sau khi qua bể Aerotank, hàm lƣợng BOD5, COD giảm khoảng 75% - 90%, phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ pH, nồng độ oxy, nhiệt độ, lƣợng bùn,… Tại bể đƣợc đặt bơm chìm để tuần hồn lƣợng nitrat về bể anoxic để thực hiện quá trình khử nitrat giúp khả năng xử lý nitơ đạt hiệu quả cao nhất
Tính tốn:
Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình ngày: Qtbngày = 530 (m3/ngày.đêm) Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình giờ: Qtbh
= 22,08 (m3/h) Hàm lƣợng BOD5 trong nƣớc thải đầu vào: S0 = 201,5 mg/l.
Hàm lƣợng BOD5 ra khỏi bể Aerotank (Sau bể lắng sinh học): Sra = 27,2 mg/l. Nhiệt độ nƣớc thải: t = 250C
Giả sử rằng chất lơ lửng trong nƣớc thải đầu ra là chất rắn sinh học (bùn hoạt tính), trong đó có 80% là chất dễ bay hơi và 65% là chất có thể phân hủy sinh học.
Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nƣớc thải đầu ra:
Tổng BOD5 = BOD5 h a tan trong nƣớc đầu ra + BOD5 của cặn lơ lửng đầu ra. (Trang 495/[4]) Trong đó:
BOD5(SS) ở đầu ra (Theo SS): Sra = 27,2 mg/l. BOD5(S) h a tan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/l.
BOD5(ra) chứa trong lƣợng cặn lơ lửng ở đầu ra đƣợc xác định nhƣ sau: Lƣợng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra:
SSph = 0,65 x TSSr = 0,65 x 27,2 = 17,7 mg/l
(Trang 495/[4]) Lƣợng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lƣợng cặn có thể phân hủy sinh học:
BOD20 = SSph (mg/l) x 1,42 (
) = 17,7 x 1,42 = 25,1 mg/l
Đồng thời, lƣợng oxy cần cung cấp này chính là giá trị của phản ứng. Q trình tính tốn dựa theo phƣơng trình phản ứng :
C5H7O2N + 5O2 => 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lƣợng 113mg 160mg
1mg 1,42mg
Chuyển đổi từ giá trị BODL sang BOD5: tỉ lệ BOD5: BOD20 = 0,68 BOD5(ra) = BOD20 × 0,68 = 25,1 × 0,68 = 17,1 (mg/l)
(Trang 495/[4]) BOD5(SS) = BOD5(S) + BOD5(ra)
=> S = BOD5(S) = BOD5(SS) - BOD5(ra) = 27,2 – 17,1 = 10,1 (mg/l)
Bảng 4.8 Các thơng số tính tốn bể Aerotank
Tỉ số f = MLVSS : MLSS 0,8
Hàm lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong bể Aerotank – X
X = MLVSS = 3000 (mg/l)
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Tồn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
Hàm lƣợng bùn tuần hoàn
= 8.000 (mgVSS/l)
(hàm lƣợng bùn tuần hoàn thƣờng là 8.000 – 12.000 mg/l)
Thời gian lƣu bùn trung bình trong bể
Aerotank = 10 ngày ( = 5 – 15 ngày)
Hàm lƣợng trong nƣớc thải đầu ra 65%
Hàm lƣợng vi sinh đầu vào = 0
Hệ số sản lƣợng Y = 0,6 mg bùn/mg bị tiêu thụ bởi vi sinh (Y thƣờng từ 0,4 – 0,8) Hệ số phân hủy nội bào = 0,06 (0,02 – 0,1)
(Bảng 4.1/10/[20])
Hiệu quả xử lý của bể Aerotank theo BOD5 (theo SS) hòa tan :
E = =
x 100% = 95%
(Trang 501/[4])
Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng cộng:
E = = x 100% = 87% (Trang 501/[4]) Xác định thể tích bể Aerotank : V = = 126,8 m 3 (Trang 501/[4]) Trong đó:
ϴc: Thời gian lƣu bùn 10 (ngày) Q: Lƣu lƣợng nƣớc thải
Y: Hệ số sản lƣợng tế bào, đây là một thông số động học xác định bằng thực nghiệm. Ở trên ta đã chọn Y = 0,6 mgVSS/mg
X: Hàm lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong bể Aerotank (mg/l), chọn X = 3000 mg/l : Hệ số phân hủy nội bào, đây cũng là thông số động học đƣợc xác định bằng thực nghiệm. Chọn
: Nồng độ BOD5 của nƣớc thải dẫn vào bể aerotank, So = 201,5 mg/l S: Nồng độ BOD5 h a tan của nƣớc thải ra bể aerotank, S = 10,1 mg/l
Thời gian lƣu nƣớc trong bể Aerotank: HRT = ϴ =
=
= 5,8 giờ (Thỏa từ 4 – 8h)
Chiều cao tổng cộng của bể:
Hxd = H + hbv = 3,5 + 0,5 = 4 m Trong đó:
H: Chiều cao hữu ích bể, chọn H = 3,5 m hbv: Chiều cao bảo vệ bể, chọn hbv = 0,5 m
Diện tích mặt bằng bể:
F = =
= 36,2 m
2
Kích thƣớc bể Aerotank: L x B x H = 7,5 m x 5,4 m x 4 m Tính tốn lƣợng bùn dƣ thải ra mỗi ngày
Hệ số sản lƣợng quan sát: Yobs = = = 0,4 (Trang 501/[4])
Lƣợng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: PX(VSS) = = = 40,6 kg/ngày (Trang 501/[4])
Tổng lƣợng cặn lơ lửng sinh ra trong một ngày:
= 0,8 => MLSS = => PX(SS) = = = 50,75 kgSS/ngày
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
Pxả = PX(SS) – Pra = PX(SS) - Qtbngày x Sra x 10-3 = 40,6 – 530 x 27,2 x 10-3 = 26,2 kgSS/ngày
Lƣợng bùn xả thải ra khỏi thiết bị từ đáy bể lắng:
Qw = = = 3 m 3 /ngày Trong đó: V: Thể tích bể Aerotank, V = 126,8 m3 ϴc: Thời gian lƣu bùn, ϴc = 10 ngày
X: Hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể, X = 3000 mgVSS/l Xra: Nồng độ sinh khối đầu ra hệ thống, Xra = 27,2 mg/l Qw: Lƣu lƣợng bùn thải
Q: Lƣu lƣợng nƣớc ra, Qra = Q = 530 m3/ngày đêm
Lƣợng bùn tuần hoàn:
Lập cân bằng vật chất cho bể Aerotank:
(Trang 497/[4])
Hình 4.5 Sơ đồ làm việc của hệ thống. [4]
Trong đó:
Q: Lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 530 m3/ngày Qr: Lƣu lƣợng bùn hoạt tính tuần hồn
Xo:Hàm lƣợng cặn lơ lửng đầu vào bể Aerotank
X: Hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể Aerotank, X = 3000 mg/l Aerotank 𝑄𝑤 𝑋𝑟 𝑄𝑟 𝑋𝑟 B ể lắ ng 𝑄 𝑋𝑜 𝑄 𝑄𝑟 𝑋 𝑄𝑟𝑎 𝑋𝑟𝑎
Xr: Hàm lƣợng của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn, Xr = 8000 mg/l Giá trị thƣờng rất nhỏ nên coi nhƣ .
Khi đó, phƣơng trình cân bằng vật chất có dạng: (Q + Qr) x X = Qr x Xr (1)
Chia hai vế phƣơng trình (1) cho và đặt tỷ số = α, (α đƣợc gọi là hệ số tuần hoàn), ta đƣợc: X + α x X = α x Xr Hay: α = = = 0,6 (Trang 498/[4])
Lƣu lƣợng bùn tuần hoàn:
Qr = α x Q = 0,6 x 530 = 318 m3/ngàyđêm
Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank
Tải trọng thể tích LBOD: LBOD = = = 0,84 (CT 7.67/679/[22]) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số khi thiết kế bể (
). Tỉ số F/M: = = = 0,28 (ngày -1) (CT 4.129/[4]) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số khi thiết kế bể (
).
Tính tốn hệ thống cấp khí
Nhu cầu oxy cho quá trình làm sạch BOD, oxy hóa amoni NH4+ thành NO3-, khử NO3-:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hòa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
OCo = – 1,42 x Px(VSS) + 4,57 x Q x (N0 – N) x 10 -3 = – 1,42 x 40,6 + = 220,05 kg/ngày (CT 6.15/105/[9]) Trong đó:
Q: Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình, Q = 530 m3
/ngày So: Hàm lƣợng BOD5 đầu vào, So = 201,5 mg/l S: Hàm lƣợng BOD5 đầu ra, S = 10,1mg/l
Px: Lƣợng sinh khối sinh ra mỗi ngày theo MLVSS, Px =40,6 kg/ngày
f: Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20, f = 0,45 – 0,68, chọn f = 0,68
Lƣợng oxy thực tế cần dùng cho bể OCt = OCo x ( ) x = 220,05 x ( ) x = 316 kg/ngày (CT 6.16/106/[9]) Trong đó:
OCo: Lƣợng oxy cần thiết, OCo = 220,05 kgO2/ngày
C20: Nồng độ oxy bão h a trong nƣớc ở 20˚C, C20 = 9,08 mg/l C25: Nồng độ oxy bão h a trong nƣớc ở 25˚C, C20 = 8,24 mg/l
Cd: Nồng độ oxy cần duy trì trong bể, Cd = 1,5 – 3 mg/l. Chọn Cd = 2 mg/l
α: Hệ số điều chỉnh lƣợng oxy ngấm trong nƣớc thải do ảnh hƣởng của hàm lƣợng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, trong khoảng (0,6 – 0,94),
chọn = 0,9.
β: Hệ số hiệu chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lƣợng muối, đối với nƣớc thải = 1.
Cơng suất hịa tan của thiết bị thổi khí
OU = Ou x h = 7 x 3,5 = 24,5 grO2/m3.m
(CT 7.3/112/[9]) Trong đó:
Ou: Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, Ou = 7 grO2/m3.m (Bảng 7-1/112/[9]) h: Độ sâu ngập nƣớc, h = 3,5 m
Lƣợng khơng khí cần thiết cho quá trình: Qkk = x f = x 1,5 = 806,1 m 3 /h = 13,43 m3/p = 0,22 m3/s Trong đó: OCt: Lƣợng oxy thực tế cần dùng cho bể
OU: Cơng suất hịa tan của thiết bị, OU = 24,5 grO2/m3.m
Tính tốn máy thổi khí:
Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén đƣợc xác định theo cơng thức:
= 0,4 + 0,5 + 3,5 = 4,4 m
Trong đó:
hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đƣờng ống dẫn, m
hc: Tổn thất cục bộ của ống phân phối khí, hd + hc 0,4m. Chọn hd + hc = 0,4m hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, hf 0,5m. Chọn hf = 0,5m
H: Chiều cao hữu ích của bể, H = 3,5 m.
Áp lực khí nén sẽ là: (Trang 65/[20])
Cơng suất máy thổi khí:
(Trang 65/[20]) Trong đó: P: Áp lực khơng khí, P = 1,43 atm Qkk: Lƣu lƣợng khí, Qkk = 0,3 m3/s
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương công suất 530 m3/ngày.đêm
Công suất thực tế của bơm:
Ntt = N x β = 13,8 x 1,1 = 15,18 kW Trong đó: β: Hệ số dự trữ N < 1 => β = 1,5 – 2,2 N > 1 => β = 1,2 – 2,5 N = 5 – 20 => β = 1,1 Chọn β = 1,1
Bố trí 2 máy thổi khí hoạt động luân phiên nhau theo timer một công tác, một dự ph ng. (Theo phụ lục 5)
MÁY THỔI KHÍ LONGTECH LT125
Lƣu lƣợng: 0,1 - 120 m3/p Cột áp (H): 0 – 8 mH2O Công suất: 25 HP
Điện áp: 380V/3pha/50Hz
Hình 4.6 Máy thổi khí Longtech LT125. [23] Tính tốn hệ thống phân phối khí Tính tốn hệ thống phân phối khí
ĐĨA PHÂN PHỐI KHÍ TINH SSI AFD350
Kiểu: Đĩa, Bọt mịn
Chọn lƣu lƣợng thiết kế: 20 m3/h Đƣờng kính: 350 mm
Đầu nối: ren 20 mm Màng: EDPM Khung: Nhựa P.P
Số đĩa khuếch tán khí:
Chọn số đĩa khí trong bể Aerotank n = 40 cái. Chia thành 8 ống nhánh, mỗi ống nhánh 5 đĩa. Ta đặt các ống phân phối chính theo chiều dài bể và các ống nhánh vng góc với chiều dài.
Khoảng cách giữa các ống phân phối nhánh:
N = + 1 = + 1 = 8 ống nhánh => a = 1 m
Trong đó:
L: Chiều dài bể Aerotank, L = 7,5 m
b: Khoảng cách của 2 ống cách tƣờng, chọn b = 0,25 m
Khoảng cách giữa các đĩa phân phối trên ống nhánh:
lđĩa = = = 1 m Trong đó: B: Chiều rộng bể Aerotank, B = 5,4 m c: Khoảng cách của 2 ống cách tƣờng, chọn c = 0,7 m n: Số đĩa trên mỗi ống nhánh, n = 5 đĩa.
Đƣờng kính ống dẫn khí chính
dc = √
= √
= 0,15 mm
Trong đó:
Qkk: Lƣu lƣợng khí trong ống chính bằng tổng lƣợng khí từ bể điều h a và Aerotank: = 0,3 m3/s vống: Vận tốc khí trong ống dẫn khí, từ 10 – 15 m/s. Chọn vống = 15 m/s => Chọn ống thép Hòa Phát, DN150 (Theo phụ lục 4) Đƣờng kính ống dẫn khí nhánh D = √ = √ = 0,049 mm
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
=> Chọn ống thép Hịa Phát, DN50 dẫn khí ở trên bề mặt (Theo phụ lục 4)
=> Chọn ống nhựa Tiền Phong, 60 dày 2,3mm dẫn khí ở trong bể (Theo phụ lục 1)
Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống:
v =
=
= 14,28 m/s
=> Nằm trong khoảng v = 10 – 15 m/s.
Tính tốn đƣờng ống dẫn nƣớc thải ra khỏi bể Aerotank
Vận tốc nƣớc thải đi trong ống: v = 0,7 m/s (v = 0,7 – 1,5 m/s) Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình: Qtb = 22,08 m3/h = 0,006 m3/s Lƣu lƣợng nƣớc tuần hoàn: QIR = 38,2 m3/h = 0,01 m3/s
Lƣu lƣợng nƣớc thải ra khỏi bể Aerotank:
Q = QIR + Q = 0,01 + 0,006 = 0,016 m3/s
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc thải ra: D = √
= √ = 0,17 m
=> Chọn ống nhựa Tiền Phong, uPVC 180 dày 6,9 mm (Theo phụ lục 1)
Kiểm tra lại vận tốc nƣớc trong ống:
v =
=
= 0,73 m/s
=> Nằm trong khoảng v = 0,7 – 1,5 m/s.
Bảng 4.9 Các thông số thiết kế bể Aerotank
Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Chiều dài bể L m 7,5
Chiều rộng bể B m 5,4
Chiều cao hữu ích bể Hic m 3,5
Chiều cao xây dựng bể H m 4
Số đĩa khuếch tán khí N đĩa 40
Đƣờng kính ống dẫn khí chính D mm 150
4.1.7. Bể lắng đứng
Nhiệm vụ:
Bể lắng đứng có nhiệm vụ loại bỏ các thành phần bùn sinh học khỏi nƣớc thải bằng lắng trọng lực.
Tính tốn:
Bể lắng đứng có cấu tạo chia làm 2 phần:
- Phần thân là vùng lắng có dạng hình trụ với tiết diện ngang của vùng lắng là hình vng.
- Phần đáy là vùng nén cặn có dạng hình nón với tiết diện ngang là hình trịn Lƣu lƣợng bùn tuần hoàn: Qr = 318 m3/ngày = 13,25 m3/h
Lƣu lƣợng bùn thải bỏ: Qw = 3 m3/ngày = 0,13 m3/h
Lƣu lƣợng nƣớc lớn nhất: Qmaxh = 1279,4 m3/ngày= 53,3 m3/h
Lƣu lƣợng nƣớc trung bình: Qtbngày = 530 m3/ngày.đêm = 22,08 m3/h
Bảng 4.10 Bảng các thơng số chọn tải trọng xử lí bể lắng Loại cơng trình xử lí Loại cơng trình xử lí sinh học Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Tải trọng chất rắn (kg/m2.h) Chiều cao công tác (m) Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất Bùn hoạt tính khuếch tán bằng oxy khơng khí 16,3 – 32,6 40,7 – 48,8 3,9 – 5,9 9,8 3,7 – 6,1 Bùn hoạt tính khuếch tán bằng oxy nguyên chất 16,3 – 32,6 40,7 – 48,8 4,9 – 6,8 3,7 – 6,1 Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho bùn hoạt tính này là 22 m3/m2.ngày và tải trọng chất rắn là 5.0 kg/m2.h.
Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
Trong đó
Qtb.ngđ: Lƣu lƣợng ngày trung bình, m3/ngày.
: tải trọng bể mặt, m3/m2.ngày, chọn 22 m3/m2.ngày (Bảng TK-5/155/[4])
Diện tích mặt thống của bể lắng trên mặt bằng ứng với lƣu lƣợng lớn nhất tính theo cơng thức: = 29,07 m 2 (Trang 154/[4]) Trong đó:
L2: Tải trọng thiết kế ứng với lƣu lƣợng lớn nhất ngày, L2 = 44 m3/m2.ngày (lấy theo bảng 4.16).
Diện tích mặt thống của bề trên mặt thoáng ứng với tải trọng chất rắn lớn nhất:
= = 23 m 2 (Trang 155/[4]) Trong đó: : Lƣu lƣợng lớn nhất giờ, 53,3 m3/h. Qthbh: Lƣu lƣợng tuần hoàn bùn, Qthbh = 22,08 m3/h.
X: Nồng độ VSS trong nƣớc thải vào bể lắng, X = 3000 mg/l.. : Tải trọng chất rắn, kg/m2.h, chọn 9,8 kg/m2.h
Diện tích mặt thống của bể lắng trên mặt bằng ứng với lƣu lƣợng lớn nhất sẽ là giá trị lớn nhất trong 3 số giá trị của F1, F2 và F3 ở trên. Nhƣ vậy, diện tích thiết kế mặt
thống F = 29,07 m2.
Kích thƣớc của bể lắng đứng:
B = √ √
Kích thƣớc của ống trung tâm: