Nước thải SS BOD5COD N P
Nồng độ vào (mg/l) 149,63 615,6 738,72 200 120
Thời gian lưu nước tại bể điều hòa t = 4 − 8h. Ta chọn t = 4h.
Thể tích làm việc của bể điều hịa:
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 42 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
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 =
95,83
4 = 24 m
2
Kích thước bể điều hịa: L × B × H = 8m × 3m × 4,5m. Thể tích xây dựng của bể điều hịa:
Vt = 3 × 8 × 4,5 = 108 m3
Tính tốn hệ thống cấp khí cho bể điều hòa
Bảng4.2: Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa [3]
Dạng khuấy trộn Giá trị R Đơn vị
Khuấy trộn cơ khí 4 – 8 W/m3 thể tích bể
Tốc độ khí nén 10 – 15 lít/m3.phút (m3 thể tích bể)
Chọn khuấy trộn bể điều hịa bằng hệ thống nén khí: R = 12 l m⁄ 3. phút
Lượng khơng khí cần thiết:
Qkhí = Vt × R = 108 × 0,012 = 1.3 m3⁄phút = 78 m3⁄h
(CT 2/64/[4])
Trong đó:
- R: tốc độ khí nén. Chọn R = 12 l m⁄ 3. phút = 0,012 m3⁄m3. giờ [3]. - Vt: Thể tích xây dựng của bể điều hịa, Vt = 108 m3.
Bảng4.3: Các thông số cho thiết bị khuấy tán khí [3] Loại khuếch tán khí – cách bố trí Lưu lượng khí
Lít/phút.cái
Hiệu suất chuyển hóa oxy tiêu chuẩn ở độ
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 43 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Đĩa sứ – lưới 11 – 96 25 – 40
Chụp sứ – lưới 14 – 71 27 – 39
Bản sứ – lưới 57 – 142 26 – 33
Ống lastic xốp cứng bố trí:
Lưới 68 – 113 28 – 32
Hai phía theo chiều dài (dịng chảy xoắn hai
bên) 85 – 311 17 – 28
Một phía theo chiều dài (dịng chảy xoáy một
bên) 57 – 340 13 – 25
Ống lastic xốp mềm bố trí:
Lưới 28 – 198 26 – 36
Một phía theo chiều dài 57 – 298 19 – 37 Ống màng khoan lỗ:
Lưới 28 – 113 22 – 29
Một phía theo chiều dài 57 – 170 15 – 19 Khuếch tán khơng xốp (nonporous diffusers):
Hai phía theo chiều dài 93 – 283 12 – 23 Một phía theo chiều dài 283 – 990 9 – 12
Chọn ống khuếch tán khí lastic xốp mềm bố trí dưới dạng lưới theo chu vi thành có lưu lượng khí, có lưu lượng khí r = 120 lít/phút.
Số đĩa khuếch tán khí:
n = qkhí r =
78 × 1000
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 44 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Chọn số đĩa khuếch tán khí trong bể là 12 đĩa.
Với diện tích đáy bể 8m×3m, ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều dài bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 200mm.
Số ống nhánh được phân bố là: n =B − 2 × 0,5 1,5 + 1 = 3 − 2 × 0,5 1,5 + 1 = 3 (ống nhánh) Đường ống chính:
Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 10 − 15 m s⁄ [11]. Chọn v = 10 m/s.
dc = √4 × qkhí
π × vống = √
4 × 78
π × 10 × 3600 = 0,053 m ≈ 53 mm
Chọn ống thép không gỉ theo catalogue φ = 50 mm [2].
Kiểm tra vận tốc ống chính: vc = 4 × qkhí dc2 × π = 4 × 78 0,052 × π ∗ 3600 = 11 m/s Thỏa mãn v = 10 − 15 m/s. Đường kính ống nhánh:
Ống nhánh đặt vng góc với ống chính và chạy dọc theo chiều dài bể. Chọn ống nhánh dài 7 m, khoảng cách giữa các ống 1m, ống cách tường 0,5m.
Lưu lượng khí qua ống nhánh:
qnkhí =qkhí n = 78 7 × 3600 = 0,003 (m 3⁄ )s Đường kính ống khí nhánh:
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 45 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Dn = √4 × qkhí
n
π × vkhí = √
4 × 0,003
3,14 × 10 = 0,02 (m)
Chọn đường kính ống dẫn khí nhánh làm bằng thép mạ kẽm theo catalogue ∅ = 20 mm [2]. Tính lại vận tốc ống khí nhánh vn = qkhí n π × Dn2 4 = 0,003 3,14 × 0,022 4 ≈ 10 (m s)⁄ Thỏa mãn v = 10 − 15 m/s.
Tính tốn áp lực và cơng suất của hệ thống phân phối khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí:
Htt = hd + hc+ hf+ H = 0,4 + 0,5 + 9 = 4,9 m (125 [4])⁄
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 điều hịa, H = 9 m.
Áp lực khơng khí:
P =10,12 + Htt 10,12 =
10,12 + 9,9
10,12 = 2 (atm)(65/[4])
Công suất máy thổi khí:
Nk =34400 × (P 0,29− 1) × qkhí 102 × η = 34400 × (20,29− 1) × 0,022 102 × 0,8 = 2,06 𝑘𝑊(65/[4])
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 46 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Trong đó:
- P: áp lực chân không, P = 1,47 atm
- qkhí: lưu lượng khí, qkhí = 0,022 m3⁄s.
- η: hiệu suất máy thổi khí, η = 0,7 − 0,9. Chọn η = 0,8. Công suất thực tế: Nt = 1,5 × 2,06 = 3,1 kW = 4,16 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 = 1,5
Chọn máy thổi khí HeyWel RSS - 80 [5]:
- Cơng suất: 5HP.
- Xuất xứ: Taiwan.
Tính tốn đường ống dẫn nước
Với vận tốc nước thải tự chảy là v = 0,7 − 1,5 m s → v = 1,0 m s⁄ ⁄ [11]. Đường kính ống dẫn nước thải vào bể :
Lưu lượng nước thải đầu vào: Qhmax = 24 m3⁄h.
D = √ 4 × 𝑄𝑚𝑎𝑥
ℎ
𝜋 × 𝑣 × 3600 = 0,09m = 90 mm
Chọn ống dẫn nước thải theo catalogue là ống PVC có ∅ = 90 mm [1].
Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống:
v = 4 × Qmax
h
π × D2× 3600 =
4 × 24
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 47 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Nằm trong khoảng v = 0,7 -1,5m/s. Công suất bơm nước
N = Qs max × H × g × ρ 1000 × η = 6,7 × 10−3 × 6 × 9,81 × 1000 1000 × 0,8 = 0,5KW Trong đó:
- 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 = 6mH2O. Công suất thực của bơm:
Ntt = 1,2 × N = 1,5 × 0,5 = 0,75 kW = 1 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 = 1,5
Chọn bơm chìm hiệu MASTRA – MFC 1.5 có các thơng số sau: N= 1,5 kW =
2 Hp; Điện áp 220V.
Bảng 4.4: Tóm tắt thơng số tính tốn bể điều hịa
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Lưu lượng khơng khí cần Qkk m3/h 78
2 Chiều dài L m 8
3 Chiều rộng B m 3
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 48 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
5 Số đĩa khuếch tán khí n đĩa 11
6 Đường ống chính dc mm 50
7 Số ống nhánh n ống 7
8 Đường ống nhánh dn mm 20
9 Đường ống nước d mm 90
Bảng 4.5: Nồng độ các thông số dòng vào và dòng ra của bể điều hòa
SS BOD5COD N P Nồng độ vào (mg/l) 149,63 648 777,6 200 120 %H xử lý 0 5 5 0 0 Nồng độ đã khử (mg/l) 0 32,4 38,88 0 0 Nồng độ ra (mg/l) 149,63 615,6 738,72 200 120 4.1.2. Bể Anoxic Nhiệm vụ:
Nước thải từ bể điều hòa và nước tuần hồn sau bể sinh học hiếu khí Aerotank được bơm qua bể sinh học thiếu khí Anoxic theo hướng từ dưới lên. Bể sinh học này có nhiệm vụ khử Nitrogen. Các vi khuẩn hiện diện trên vật liệu. Vi sinh thiếu khí phát triển sinh khối trên vật liệu Plastic có bề mặt riêng lớn và ở dạng lơ lửng. Nước thải sau khi qua bể Anoxic sẽ tự chảy sang bể sinh học hiếu khí Aerotank để tiếp tục xử lý.
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 49 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
SS BOD5COD NO3-P
Nồng độ vào (mg/l) 149,63 87,48 104,98 144,14 92,03
Tính tốn thiết kế bể Anoxic với các thông số sau:
-Lưu lượng Q=230 m3/ngày
-Nồng độ NO3 vào = 200 mg/l
-Nồng độ bùn X=3500mg/l
Hiệu suất khử NO3-của bể là 80 %
Nồng độ NO3 dịng ra = 144,14 × 20% = 28,83 mg/l Tốc độ khử NO3- thành N2 NTN 200C*1,09T 20*(1 DO)0,1*1,0930 20*10,25 0,27/d 2 2 N2200C : tốc độ khử nitrát ở 200C , N 0C 01,/d 220 NT 2 : tốc độ khử NO3- thành N2
DO: hàm lượng oxy hồ tan trong vùng thiếu khí, DO = 0,25mg/l X : nồng độ bùn hoạt tính , X = 3500mg/l
Tỷ lệ vi sinh Nitrifier trong sinh khối tổng R
R=0,6 ?
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 50 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
IR = NOx
NOxr− 1 − R
Trong đó
NOx – nồng độ nitrat sinh ra trong bể hiếu khí.
NOxr – nồng độ nitrat trước khi qua bể anoxic, chọn NOxr = 10mg/l.
IR = NOx
NOxr− 1 − R =
115,31
10 − 1 − 0,6 = 9,931
Tổng lưu lượng vào bể anoxic:
Q(max) = (IR + R) × Qtbngày+ Qr = (9,931 + 0,6) × 230 + 223 = 2645,13 m3⁄ngày
Qr: lưu lượng tuần hoàn từ bể lắng (m3
/ngày) (lấy từ bể A) Thể tích vùng thiếu khí V =n(NO3−)Qdmax ρN2T∗X = 1∗(144,14−28,83)mg/l∗690𝑚3/d 0,27/d∗3500mg/l = 84,2 𝑚3 Trong đó: n: tỉ lệ khử NO3- thành khí N2, n =1 NO3- : lượng Nitrat đã bị khử (mg/l) Qdmax = Q + 2*Q = 230 + 2*230 = 690m3/ngày Chọn tỉ lệ tuần hoàn là 200% (200-400%)
Chọn chiều cao bể H=4m Diện tích bể F=V/H=84,2/4= 21,05m2 Chọn bể hình vng Cạnh a=21,050,5 = 4,6 (𝑚)
Tính tốn các thiết bị phụ
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 51 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 0,7 m/s (giới hạn 0,3 - 0,7 m/s) Lưu lượng nước thải : Q = 230 m3/ngày = 9,583 m3/h = 0,0027 m3/s Chọn loại ống dẫn nước thải là ống uPVC, đường kính của ống
D = √ 4Q v ×π= √
4 × 0,0027
0,7 ×π = 0,07m → Chọn ống nhựa uPVC Ø75 (Øtrong = 72,8) [10] Kiểm tra lại vận tốc nước chải trong ống :
v =4 × Q
πD2 = 4 × 0,0027
π× 0,07282 = 0,65m/s
Tính tốn bơm tuần hồn nước, ống dẫn từ bể Aerotank Anoxic.
Lưu lượng nước tuần hoàn từ cuối bể Aerotank về đầu bể thiếu khí Anoxic để khử Nitơ, chọn 200%:
Qr = 200% × Q = 200% × 9,583 = 19,166 (m3⁄h)
Thông số thiết kế thời gian lưu nước t = 1 - 3h [14]. Chọn t = 2h. Tính tốn ống dẫn nước tuần hồn thải từ bể Aerotank Anoxic.
Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 0,7 m/s (giới hạn 0,3 - 0,7 m/s) Lưu lượng nước thải : Q = 230 m3/ngày = 9,583m3/h = 0,0027 m3/s Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC, đường kính của ống
D = √ 4Q v ×π= √
4 × 0,0027
0,7 ×π = 0,07m → Chọn ống nhựa PVC Ø75 (Øtrong = 72,8) [10]
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 52 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
v = 4 × Q
πD2 = 4 × 0,0027
π× 0, 07282 = 0,65m/s
Công suất bơm nước:
Tổng hệ số ma sát cục bộ ∑ 𝜉𝑐𝑏 = 𝜉1+ 𝜉2+ 𝜉3+ 𝜉4+ 𝜉5+ 𝜉6 = 0,5 + 1 + 0,5 + 5.1,1 + 0,25 + 0,25 = 8 𝜉1 = 0,5: hệ số trở lực khi vào ống hút; 𝜉2 = 1: hệ số trở lực khi ra ống hút; 𝜉3 = 0,5: hệ số trở lực van một chiều; 𝜉4 = 1,1: hệ số trở lực khuyển cong 900; 𝜉5 = 0,25: hệ số đột mở ở bồn áp lực; 𝜉6 = 0,25: hệ số độ thu ở bình áp lực;
Những thông số này tra ở phụ lục 13- Q trình và thiết bị hố học (tập 10)
H: Cột áp của bơm, H = ∑ 𝜉𝑐𝑏 + H(bể) = 8 + 4,5 = 12,5mH2O. N = Q𝑡𝑏 s × H × g × ρ 1000 × η = 0,0027 × 12,5 × 9,81 × 1000 1000 × 0,8 = 0,41kW Trong đó:
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 = 12mH2O.
Công suất thực của bơm:
Ntt = 2 × N = 2 × 0,41 = 0,82 kW = 1,1 Hp
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 53 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
N < 1 → β = 1,5 − 2,2.
N > 1 → β = 1,2 − 1,5.
N = 5 − 50 → β = 1,1.
Chọn bơm chìm hiệu MASTRA có các thơng số sau N= 1,1 kW = 1,5 Hp; Điện áp 220V.
Bảng 4.7: Tóm tắt thơng số tính tốn bể Anoxic
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thể tích bể V m3 84,2
2 Chiều cao H m 4
3 Chiều dài = chiều rộng L = B m 4,6
4 Đường kính ống dẫn nước thải vào D mm Φ75
5 Đường kính ống dẫn nước thải ra D mm Φ75
6 Nbơm N Hp 1,1
Bảng 4.8: Nồng độ các thơng số dịng vào và dịng ra bể Anoxic
SS BOD5COD N P
Nồng độ vào (mg/l) 149.63 615.60 738.72 200.00 120.00
%H xử lý 0.00 10.00 10.00 80.00 20.00
Nồng độ đã khử (mg/l) 0.00 64.80 77.76 115.31 24.00
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 54 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
4.1.3. Bể Aerotank Nhiệm vụ:
Bể Aerotank là nơi diễn ra quá trình vi sinh vật lơ lửng bùn hoạt tính nhằm xử lý chất hữu cơ tồn tại trong nước thải. Nhờ lượng khí cung cấp vào bể, vi sinh vật hiếu khí sẽ phát triển và phân hủy chất ô nhiễm thành CO_2 và nước và một phần chuyển thành sinh khối lắng thứ cấp. Hiệu quả xử lý BOD, COD của bể Aerotank đạt từ 75 – 90%, phụ thuộc vào các yếu tố như : nhiệt độ, pH, nồng độ oxy, lượng bùn... .
Bảng4.9: Nồng độ các thơng số dịng vào
SS BOD5COD N P
Nồng độ vào (mg/l) 149.63 583.20 699.84 200 120
Các thông số thiết kế
Lưu lượng nước thải Q = 230 m3 /ngày Hàm lượng BOD5 ở đầu vào 583,2 mg/L Hàm lượng COD ở đầu vào 699,84 mg/L Hàm lượng SS : 149,63 mg/L
Nhiệt độ duy trì trong bể 300 C
Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn loại B
BOD ở đầu ra = 110 mg/L
Cặn lơ lửng ở đầu ra SSra ≤ 50 mg/L (thấp hơn tiêu chuẩn nguồn loại B) gồm có 65% là cặn có thể phân huỷ sinh học
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 55 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi ( nồng độ vi sinh vật ban đầu) X0 = 0
Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,7
MLSS MLVSS
= 0,7 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,3)
Nồng độ bùn hoạt tính tuần hồn ( tính theo chất rắn lơ lửng ) 10.000 mg/L Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì
trong bể Aerotank là : X = 3200 mg/L
Thời gian lưu của tế bào trong hệ thống c = 10 ngày
Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 ( BOD hoàn toàn) là 0,68 Hệ số phân huỷ nội bào kd = 0,013 ngày-1
Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số iữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ ) Y = 0,32
Tính tốn bể Aerotank
Xác định nồng độ BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra
GVHD: Th.S Trần Ngọc Bảo Luân 56 SVTH: Nguyễn Thị Tuấn Phương
Trong đó
Q , Qr, Qw , Qe : lưu lượng nước đầu vào , lưu lượng bùn tuần hoàn , lưu lượng bùn xã và lưu lượng nước đầu ra , m3/ngày
S0 , S : nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng , mg/L
X , Xr , Xc : nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank , nồng độ bùn tuần hoàn và