Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều cao tổng cộng , H m 7,5
Chiều dài đơn nguyên, L m 5
Chiều rộng bể, B m 3,5
Thời gian lƣu nƣớc h 6,3
Đƣờng kính ống chính vào mm 96
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc ra mm 96
Đƣờng kính ống thu khí mm 17
Thể tích khí mêtan m3 288,5
4.2.6. BỂ ANOXIC
4.2.6.1: Nhiệm vụ: Xử lí Nito
4.2.5.2: Tính tốn
Hằng số động học vi sinh dị dƣỡng tại 20oC ( Lê Văn Cát, Xử lí nƣớc thải giàu hợp chất nitơ và photpho, NXB KHTN và CN HN, 2007, bảng 9.6, trang275).
Ys= 0,6g SKHH/g BOD ks= 5d-1
kp,s= 0,06d-1 Ks= 60mg/l
Hằng số động học vi sinh tự dƣỡng tại 20oC( Lê Văn Cát, Xử lí nƣớc thải giàu hợp chất nitơ và photpho, NXB KHTN và CN HN, 2007, bảng 9.6, trang275).
YN= 0,15g SKHH/g BOD NH4+ -N kN= 3d-1
kp,N= 0,05d-1 KN= 0,74mg/l
Giai đoạn oxy hóa
Tính tốc độ phát triển cực đại của vi sinh Nitrosomonas:
[ ] [ ] Trong đó:
DO: Nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc, DO=2mg/l KDO: Hăng số bão hòa của oxy, KDO= 1mg/l T: Nhiệt độ nƣớc thải, T= 20 oC
Tính thời gian lƣu tế bào tối thiểu cho q trình oxy hóa( hiếu khí)
Trong đó:
µm: Tốc độ phát triển cực đạicủa vi sinh Nitrosomonas, µm= 0,5d-1 No: Nồng độ Nito đầu vào, No= 63mg/l
Kp,N: Hệ số phân hủy nội bào ở 20oC, Kp,N= 0,05d-1 Thời gian lƣu tế bào:
θc= θc,t× A× P= 1,6×1,1×1,5= 2,6 ngày Trong đó:
A: Hệ số an tồn, A=1,2÷2,0, chọn A=1,5 P: Yếu tố giao động mức ơ nhiễm, P= 1,1÷1,2, chọn P=1,1
Ƣớc tính thời gian lƣu tế bào của cả hệ: θs= F× θc= 1,56×2,6= 4,1 ngày Trong đó:
F: Hệ số đặc trƣng do sự đóng góp của giai đoạn xử lí hiếu khí, nó làm tăng thời gian lƣu tế bào của hệ xử lí. Đối với phần lớn hệ xử lí dinh dƣỡng F có giá trị trong khoảng 1,4÷2. Hệ số f đƣợc tính:
Trong đó:
Z: Phần thể tích( tỉ lệ) cử bể hiếu khí trong khối phản ứng tổng thể của hệ. Nồng độ BOD hòa tan sau xử lí:
( ) ( ) Trong đó: Ks: Hằng số bán vận tốc, Ks= 60 mgBOD/l kp,s: Hệ số phân hủy nội bào ở 20oC, kp,s= 0,06d-1 θs: Thời gian lƣu tế bào của cả hệ, θs= 4,1 ngày ks: Tốc độ tăng trƣởng riêng ở 20oC, ks= 5d-1
Ys: Hiệu suất tăng trƣởng tế bào, Ys= 0,6g SKHH/g NH4+
Tính nồng độ amoni sau xử lí hiếu khí với giả thuyết là tồn bộ khí Nitơ đầu vào đều có khả năng đƣợc oxy hóa thành nitrat:
( ) ( ) Trong đó: KN: Hăng số bán vận tốc ở 20o C, KN= 0,74mg/l kp,N: Hệ số phân hủy nội bào ở 20oC, kp,N= 0,05d-1
YN: Hiệu suất tăng trƣởng tế bào( sinh vật tự dƣỡng), YN= 0,15 kN: Hằng số bán vận tốc ở 20oC, kN=3d-1
Lƣợng Nito do vi sinh vật hấp thụ chỉ tính cho loại si sinh dị dƣỡng, bỏ qua loại tự dƣỡng vì tỉ lệ của chúng trong tổng sinh khối thấp, giả thiết là hàm lƣợng nito trong tế bào chiếm 12%.
Trong đó:
So: Nồng độ BOD đầu vào, So= 257mg/l S: Nồng đọp BOD đầu ra, S=232mg/l
Xe: Nồng độ vi sinh sau lắng hữu hiệu chiếm 50% của tổng lấy bằng 0,5mg/l FN: Tỉ lệ hàm lƣợng nito trong sinh khối hữu hiệu (5÷12), chọn FN= 12% Lƣợng hợp chất Nito cần đƣợc oxy hóa NO:
NO= Tổng Nito- N- Nsk= 63- 21- 1,5= 40,5mg/l
Giai đoạn khử nitrat
-Tính tốn nồng độ nitrat sau khi xử lí:
Nồng độ nitrat sau khi xử lí và tốc độ quay vòng hỗn hợp bùn- nƣớc và bùn về bể xử lí thiếu khí Anoxic Trong đó: : Nồng độ nitrat đầu ra Q: Lƣu lƣợng nƣớc thải cần xử lí, Q= 500m3 /ngày Q1: Lƣu lƣợng quay vòng của bùn, Q1= 300m3/ngày
Q2: Lƣu lƣợng hổn hợp bùn nƣớc từ bể Aerotank về bể thiếu khí. Tỉ lệ hồi lƣu nƣớc bùn 200%÷400%, chọn Q2= 200%Q
Cột B QCVN11:2015/BTNMT nên chọn tỉ lệ 200% là hợp lí.
-Hàm lượng nitrat cần loại bỏ trong giai đoạn xử lí thiếu khí:
Lƣợng oxy hịa tan (DO) tƣơng đƣơng với nitrat từ vòng quay hỗn hợp bùn- nƣớc, nồng độ oxy từ vịng quay bùn bỏ qua:
Trong đó:
DO: Nồng độ oxy hịa tan bể hiếu khí, DO=2mg/l Q2: Tốc độ quay vòng hỗn hợp bùn- nƣớc
Lƣợng nitrat cần khử trong bể thiếu khí:
M( )= (Q1+Q2)× [ ] = (300+ 2×500)×11,25= 14625g.ngày-1 Nồng độ sau xử lí chính bằng nồng độ nitrat quay vịng về bể hiếu khí ( 11,25mg/l) Lƣợng nitrat cần xử lí chính là tổng các lƣợng nitrat và oxy tƣơng đƣơng nitrat:
TM( )= 700+ 14625= 15325 g.ngày-1 Lƣợng bùn sinh ra cần thải bỏ: [ ] [ ] Tính tốn kích thƣớc bể
Lƣợng nƣớc tuần hoàn từ cuối bể Aerotank về đầu bể thiếu khí để khử Nito chọn 200%, Qth= 200%×Qtb.h= 2×20,8= 41,6 m3/h
Thông số thiết kế bể HRT= 1,5-2h [17], chọn t= 1,5h
Thể tích bể Anoxic: W= (Qtb.h+ Qth)×t= (20,8+ 41,6)×1,5= 93,6 m3/ngày Chọn chiều cao hữu ích của bể: h= 3,5m; chiều cao bảo vệ của bể, hbv= 0,5m Vậy tổng chiều cao của bể: H= h+ hbv = 3,5+ 0,5= 4m
Diện tích hữu ích của bể:
Chọn chiều dài× rộng=B×L= 4×6m. Thể tích xây dựng bể: V= B×L×H=4×6×4= 96 m3 Kiểm tra thời gian lƣu nƣớc trong bể:
Tính tốn máy khuấy chìm:
Năng lƣợng khuấy trộn cần thiết: (4 ÷ 10) W/1m3
nƣớc thải. Chọn là 10 W/m3. Thể tích nƣớc thải trong bể anoxic: VTK = 96 m3
Nhƣ vậy năng lƣợng khuấy trộn cần thiết: N = 96 × 10 = 96W = 0,96kW
Chọn 1 máy khuấy chìm hãng Shinmaywa SM cơng suất 1kW Đường ống dẫn nước thải:
Chọn vận tốc nƣớc chảy sang bể aerotank: v = 2 m/s.
- Đƣờng kính ống dẫn nƣớc: 60mm 0,06m 2 3,14 3600 24 500 4 v π 4 D Q
Chọn 2 ống nhựa PVC Tiền Phong60mm.
- Kiểm tra lại vận tốc trong đƣờng ống: 04 , 2 6400 8 2 0,06 3,14 500 4 6400 8 2 D π Qmax 4 v
m/s (thỏa điều kiện v =
2÷2,5m/s)
Bảng 4. 7 Thơng số thiết kế bể thiếu khí
STT Thơng số Đơn vị Số liệu thiết kế
1 Chiều dài, L m 6
2 Chiều rộng, B m 4
3 Chiều cao, H m 4
4 Thời gian lƣu nƣớc giờ 1,5
4.2.7. Bể sinh học hiếu khí AEROTANK
4.2.7.1: Nhiệm vụ
Xử lí thành phần các chất hữu cơ và nitrat hóa.
4.2.7.2: Tính tốn
Bảng 4. 8 Các thơng số tính tốn bể Aerotank
Nông độ BOD5 đầu vào S0 = 232 mg/l
Tỉ số MLVSS:MLSS 0,8
Lƣu lƣợng nƣớc thải Q = 500m3/ngày
Hàm lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong bể Aerotank
MLVSS= X= 3000 mg/l (MLVSS chọn bằng 2800 – 4000 mg/l)
Hàm lƣợng bùn tuần hoàn Cu= 8000 mg/l (nồng độ bùn tuần hoàn
thƣờng 8000 – 12000 mg/l)
Thời gian lƣu bùn tuần hồn = 10 ngày (5-15 ngày) Hiệu suất xử lí BOD trong nƣớc thải đầu ra 85%
Hàm lƣợng vi sinh đầu vào X0 = 0
Hệ số sản lƣợng Y = 0,5 mg bùn/ mg BOD5 bị tiêu thụ bởi vi
sinh (Y thƣờng dao động 0,4 – 0.8)
Hệ số phân hủy nội bào Kd = 0,06 ngày
BOD5:BODL 0,68
BOD5 đầu ra sau lắng II 35mg/l
Chọn chiều cao hữu ích 4,5m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m. Vậy Htc = 5 m Chọn tỉ số W : H = 1:1. Vậy chiều rộng bể là 4,5 m
Nƣớc thải đầu ra sau lắng II chứa 24,3mg/l chất rắn sinh học, trong đó 80% là chất dễ bay hơi và 60% là chất có thể phân hủy sinh học
Tính nồng độ BOD5 hịa tan trong nƣớc ở đầu ra theo quan hệ: BOD5(ra) = BODht + BODss
Trong đó:
BODss là BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra sau lắng II BODht là BOD5 hòa tan trong nƣớc đầu ra
Hàm lƣợng cặn sinh học dễ phân hủy= 60%× 24,3= 14,6 mg/l
BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học trong đầu ra sau lắng II:
BODL= 14,6mg/l×1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa= 20,7mg/l BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra sau lắng II:
BODss= 20,7× 0,68= 14mg/l BOD5 hòa tan trong nƣớc đầu ra:
BODht= 35-14= 21 mg/l Thể tích bể Aerotank: Trong đó:
ɵc: là thời gian lƣu bùn. Q: là lƣu lƣợng nƣớc thải. Y: là hệ số sản lƣợng tế bào.
So: là nồng độ BOD5 đầu vào bể aerotank. S: là nồng độ BOD5 hòa tan sau lắng 2. X: là hàm lƣợng tế bào chất trong bể. Kd: là hệ số phân hủy nội bào.
Chiều dài bể L =
= 5,4m, chọn chiều dài 5,4m
Thể tích thực của bể: V = L m3
Thời gian lƣu nƣớc trong bể :
= =
24 = 5,3 giờ.
Hệ số tạo bùn từ BOD5 :
Lƣợng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5
Px = Yb×Q×(S0-S)×10-3 = 0,3125 500×(232 - 35)×10-3 = 30,8(kg/ngày)
Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày theo SS
Pxl = = = 38,5 (kg/ngày) Lƣợng bùn xả ra hằng ngày Qw Trong đó : V: Thể tích bể Aerotank V= 110m3
X: Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể. X= 3000 mgSS/L
c: Thời gian lƣu bùn c = 10 ngày Q: Lƣu lƣợng nƣớc vào bể.Q = 500 m3
/ngày
Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu của hệ thống Xe=0,85 SSra=0,835=28mg/L
Tỉ lệ bùn tuần hoàn dựa trên phƣơng trình cân bằng sinh khối:
Trong đó:
: Hàm lƣợng cặn lơ lửng đầu vào,mg/l Q: Lƣu lƣợng vào bể, m3
/ngày Qr: Lƣu lƣợng bùn tuần hoàn, m3
/ngày
:Hàm lƣợng SS của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn, chọn = 8000mg/l X: Hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể aerotank ,mgMLSS/l
X= MLVSS/0,8 = 3000 (mgVSS/l)/0,8= 3750mgSS/l
Giả sử Qr= Chia hai vế cho Q, biểu thức trên có thể triển khai nhƣ sau:
Vậy lƣu lƣợng bùn tuần hoàn:
Qr=α
Kiểm tra chỉ số F/M và tải trọng thể tích của bể
Tỷ số F/M:
=
=
= 0,39ngày-1
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép ( F/M = 0,2 – 0,6 ngày-1 ) Tải trọng thể tích của bể Aerotank:
L = =
= 1,13( kgBOD5/m3.ngày )
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép ( L = 0,8 – 1,92 kgBOD5/m3.ngày )
Tính lƣợng oxy cần thiết cung cấp cho bể Aerorank dựa trên BOD20
-Lƣợng oxy lý thuyết cần cung cấp theo điều kiện chuẩn OCo = – 1,42.Px
Với: f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68 OCo =
– 1,42 30,8 = 101 (kgO2/ngđ) -Lƣợng oxy cần thiết trong điều kiện thực
OCt = OCo (
)
Trong đó:
Cs20: nồng độ oxy bão hòa trong nƣớc ở 20oC, Cs20 = 9,08 mg/l
CL: lƣợng oxy hịa tan cần duy trì trong bể, CL = 2 mg/l (CL = 1,5 ÷ 2 mg/L theo tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)
Csh: nồng độ oxy bão hòa trong nƣớc sạch ứng với nhiệt độ 30oC ( nhiệt độ duy trì trong bể ), Csh = 7,94 mg/l
:hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lƣợng muối. Đối với nƣớc thải =1
: hệ số điều chỉnh lƣợng oxy ngấm vào nƣớc thải do ảnh hƣởng của hàm lƣợng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thống, hình dạng và kích thƣớc bể có giá trị từ 0,6 ÷2,4). Chọn = 0,7
OCt = 101
Lƣợng khơng khí cần thiết cung cấp cho q trình nitrat hóa
Qkk =
× f Trong đó:
OCt: lƣợng oxy thực tế sử dụng cho bể, OCt = 174 kgO2/ ngày
OU: cơng suất hịa tan oxy vào nƣớc thải của thiết bị phân phối.
OU = Ou.h với:
h: chiều sâu ngập nƣớc của thiết bị phân phối. Chọn độ sâu ngập nƣớc của thiết bị phân phối ( xem nhƣ gần sát đáy ) và chiều cao của giá đỡ không đáng kể h = 4m Ou: lƣợng oxy hòa tan vào 1m3
nƣớc thải của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn ở chiều sâu 1m. Chọn Ou = 7 gO2/m3.m
Chọn thiết bị phân phối loại đĩa xốp có màng phân phối khí dạng bọt mịn, đƣờng kính đĩa 270mm, diện tích bề mặt đĩa Fđĩa = 0,02m2 . Cƣờng độ khí: 200 l/phút.
OU = Ou.h = 7 4 = 28 (gO2/m3)
f: hệ số an toàn ( f = 1,5 ÷ 2 tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai), chọn f = 1,5
Qkk =
.f =
1,5 = 9321 (m3/ngày) = 388 (m3/giờ) = 0,1 (m3/s)
Tính tốn máy thổi khí:
- Lƣu lƣợng khí cần cung cấp cho bể: Qk= 388m3/giờ= 6,5m3/phút - Cơng suất máy thổi khí:
Trong đó: P là áp lực khí nén, Pa
Mà Hd là áp lực cần thiết đƣợc xác định bởi công thức sau: Hd= hd+ hc+ hf+H. Trong đó;
hd là tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m hc là tổn thất cục bồ của ống phân phối khí, m
tổn thất hd+hc khơng vƣợt qua 0,4m. chọn hd+ hc= 0,4m
hf là tổn thất qua thiết bị phân phối, không vƣợt qua 0,5m. chọn hf=0,5m H là chiều cao hữu ích của bể, H= 4,5m
η là hiệu suất của máy bơm, η= 0,8( Trịnh Xuân Lai 2000)
Chọn máy thổi khí LongTech LT80 với các thong số kỹ thuật: Q= 3,75m3/phút, N= 6,4KW, số vòng quay 1150 vòng/phút.
Số đĩa cần phân phối trong bể là:
N =
= 35 (đĩa) Chọn N = 35 đĩa
Cách bố trí đầu phân phối khí
Từ ống chính chia thành 5 ống nhánh trên mỗi ống nhánh có 7 đầu phân phối.
Tính tốn đƣờng ống dẫn khí Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính, chọn Vkhí = 12 m/s Lƣu lƣợng khí cần cung cấp, Qk = 0,03 m3/s Đƣờng kính ống phân phối chính D = √ = √ = 0,056 m Chọn ống thép 56 mm
Từ ống chính ta phân làm 5 ống nhánh cung cấp khí cho bể, QƠN=0,006 m/s Lƣu lƣợng khí qua mỗi ống nhánh
Đƣờng kính ống nhánh d = √ =√ = 0,028 m Chọn loại ống thép 28 Tính tốn đƣờng ống dẫn nƣớc thải
Chọn vận tốc nƣớc thải trong ống : v = 0,5 m/s ( giới hạn 0,5 – 1 m/s) Lƣu lƣợng nƣớc thải: Q = 500 m3
Chọn loại ống dẫn nƣớc thải là ống PVC, đƣờng kính của ống D = √
= √
= 0,12m Chọn ống PVC 120mm
Tính tốn đƣờng ống dẫn tuần hồn vào bể Anoxic
D = √
= √
= 0,1 m Chọn ống PVC 100mm
Chọn vận tốc bùn chảy trong ống : v = 0,7 m/s
Bảng 4. 9 Các thông số thiết kế bể Aerotank
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều cao,H m 5
Chiều rộng, B m 4,5
Chiều dài,L m 5,4
Thời gian lƣu nƣớc, t h 5,3
Đƣờng kính ống dẫn khí chính mm 56
Số ống nhánh nhánh 5
Đƣờng kính ống dẫn khí nhánh mm 28
Số đĩa trên mỗi ống nhánh đĩa 7
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc vào mm 60
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc thải ra mm 120
4.2.8. Bể lắng đợt 2
4.2.8.1: Nhiệm vụ
Sau khi qua bể thiếu khí, hiếu khí hầu hết chất hữu cơ trong nƣớc thải đã đƣợc xử lý. Tuy nhiên, nồng độ chất rắn lơ lửng trong nƣớc thải vẫn cịn, do đó chất rắn lơ lửng sẽ đƣợc loại bỏ ở bể lắng đợt 2.
4.2.8.2: Tính tốn
Thời gian lắng ứng với Qr+ Qtb và thời gian xử lí sinh học t= 1h ( sau bể Aerotank làm sạch khơng hồn tồn), (Bảng 35, điều 8.5.8[8])
Thể tích bể lắng 2 đƣợc tính nhƣ sau:
Diện tích tiết diện ƣớt của ống lắng trung tâm đƣợc tính theo cơng thức:
( Nguồn: [4] trang 276) Trong đó:
vtt: tốc độ chuyển động của nƣớc thải trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30mm ( Theo điều 6.5.9c [8] ). Nên chọn vtt= 15mm/s= 0,015m/s
Diện tích tiết diện ƣớt của bể lắng đứng:
Trong đó:
v: tốc độ chuyển động của nƣớc thải trong bể lắng đứng. Chọn v= 0,0005m/s
(Điều 6.5.6 [8])
Chọn số bể lắng đứng là n= 1 bể Diện tích tổng cộng của bể lắng đứng:
Kiểm tra tải trọng rắn: (CT 8-24/688/[15]
34 , 5 10 24 22 3000 ) 440 500 ( ) 1 ( 3 A MLSS Q R SLR kgMLSS/m2 .h Tải lƣợng nằm trong giới hạn 4 – 6kg/m2.h. (Bảng 8-7/687/[15])
Đƣờng kính của bể lắng: √ √ Đƣờng kính ống trung tâm: