Thơng số
Đơn vị Giá trị
Chiều cao hữu ích m 3,0 – 4,6
Chiều cao bảo vệ m 0,3 – 0,6
Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí
m 0,45 – 0,75
Tỉ số rộng : sâu (B:H) 1,0 : 1 – 2,2 : 1
( Nguồn: Trang 433 – Xử lý nước thải đơ thị và cơng nghiệp – Tính tốn thiết kế cơng trình – Lâm Minhh Triết, Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Hùng)
Kích thước bể Aerotank
Thể tích bể Vb = 438 m3 Diện tích bể: F= 𝑉𝑉𝐻𝐻 =438
4,5 = 97,33 m2
Chiều cao chứa nước của bể h = 4,5 m Chiều rộng bể B = 5 m
Tỉ số rộng : sâu = B : H = 2:1 = 1,42 ( Đạt kích thước điển hình) Suy ra, L= 10 m ; B= 9 m
Chiều cao dự trữ trên mặt nước hbv = 0,5m
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Vậy bể Aerotank có kích thước như sau:L × B × H = 10× 9 × 5 m Thể tích thực của bể Aerotank: Wt = 9× 10 × 5 = 450 m3
Lượng bùn phải xã ra mỗi ngày
Hệ số sản lượng quan sát: Yobs = d cK Y θ + 1 = 0,5 1+0,05𝑥𝑥10 = 0,08
Lượng bùn phải thải bỏ mỗi ngày:
Px (VSS) = Yobs× Q × (S0 – S )
= 0,08 × 1400 × (260 – 9,68) × 10-3= 28,04 kg/ngày Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày ( tính theo SS)
Ta biết: MLSS MLVSS = 0,7 ⇒ MLSS = 7 , 0 MLVSS Px (SS) = ( ) 7 , 0 VSS Px = 28,04 0,7 = 40,06 kg/ngày
Lượng bùn dư hằng ngày phải xã đi
Pxả = Px(SS) – Pra = 40,06 – (1400 x 26 x 10-3) = 36,6 kgSS/ngày Với Pra = Q × Cra× 10-3 = 1400× 26 × 10-3
Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý: Pdư(vss)= 36,6 x 0,8 = 29,28 (kgSS/ngày)
Tính lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn bùn
θc = e e wXQX Q VX + ⇒ Qw = 𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑉𝑉𝑡𝑡𝑥𝑥𝜃𝜃𝜃𝜃 Trong đó V: Thể tích bể Aerotank V= 438 m3
X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank X= 3200 mg/L
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Qe : Lưu lượng nước đưa ra ngoài từ bể lắng đợt II ( lượng nước thải ra khỏi hệ thống ). Xem như lượng nước thất thốt do tuần hồn bùn là khơng đáng kể nên Qe = Q = 1400 m3/ngày.đêm
⇒ Qw = 438𝑥𝑥3200
10𝑥𝑥10.000 = 14,02m3/ngày
Tính hệ số tuần hồn bùn
Tính hệ số tuần hồn (α) từ phương trình cân bằng vật chất viết cho bể lắng II ( xem như lượng chất hữu cơ bay hơi ở đầu ra của hệ thống là khơng đáng kể)
Ta có:
X(Q+Qr) = XrQr + XrQw Trong đó:
Q: lưu lượng nước thải trong bể, Q = 1400m3/ngày.đêm Qr: Lưu lượng bùn tuần hồn hoạt tính, m3/ngày
Xr: Nồng độ chất rắn trong bùn tuần hoàn, Xr = 10000mg/l X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank, X = 3200 mgVSS/l Qw: Lượng bùn xã ra hằng ngày ⇒ Qr = X X Q X XQ r w r − − Qr = 3200𝑥𝑥1400−10.000𝑥𝑥2,4 10.000−3200 = 655,3 m3/ngày Vậy ta có: α = Q Qr =655,3 1400 = 0,47 (α = 0,25 – 1) Lưu lượng bùn tuần hoàn:
Qt = Q x α = 1400 x 0,47 = 658 m3/ngày Kiểm tra tải trọng thể tích và tỷ số F/M:
Tỷ số thức ăn – vi sinh vật (F/M): 𝐹𝐹 𝑀𝑀 = 𝑄𝑄𝑆𝑆𝑀𝑀 𝑉𝑉𝑥𝑥𝑉𝑉𝑣𝑣 = 1400𝑥𝑥260 438𝑥𝑥3200 = 0,26 kg/kg.ngày ( 𝐹𝐹 𝑀𝑀 = 0,2 – 0,5 kg/kg.ngày) Tải trọng thể tích:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Lorg = 𝑄𝑄𝑆𝑆𝑀𝑀
𝑉𝑉 x 10-3=
1400𝑥𝑥260
438 x 10-3 = 0,83 kgBOD5/m3.ngày (Lorg = 0,8 – 1,92
kgBOD5/m3.ngày).
(TLTK: Bài giảng kỹ thuật xử lý nước thải Cơng nghiệp, PGS.TS Lê Hồng Nghiêm)
Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD20
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn OC0 = f S S Q( 0− ) - 1,42Px
Với f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 , f= 0,68
OC0 =1400𝑥𝑥( 260−9,68)
0,68𝑥𝑥1000 - 1,42 × 40,06 = 424,88 kgO2/ngày
- Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể OCt = OC0 L s s C C C − Trong đó
Cs : Nồng độ bão hoà oxy trong nước ở nhiệt độ làm việc Cs = 9,08 mg/L CL : Lượng oxy hồ tan cần duy trì trong bể CL = 2 mg/L
OCt = 424,88× 9,08
09,08−2 = 545 kgO2/ngày
Tính lượng khơng khí cần thiết để cung cấp vào bể
Qkk =
OU OCt
× f Trong đó
OCt : Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể : OCt = 545 (kgO2/ngày) OU : Cơng suất hồ tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối
Chọn dạng đĩa xốp , đường kính 170 mm , diện tích bề mặt F = 0,023 m2 Cường độ thổi khí 200 L/phút đĩa
Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h = 4m ( lấy gần đúng bằng chiều sâu bể)
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Tra bảng 7.1 trang 112 “ Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải_Trịnh Xuân Lai” ta có OU = 7 gO2/ m3.m
OU = OU × h = 7× 4 = 28 g O2/m3 f: hệ số an toàn , chọn f = 2
Qkk =545
0,09 𝑥𝑥 2 = 12.111 (m3/ngày) = 505 (m3/h) = 0,14m3/s
Tính tốn thiết bị phân phối khí
Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng xốp, đường kính D = 273 mm, cường độ thổi khí bằng 6 m3/h
Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều cao hữu ích của bể H = 3,5m ( đặt sát đáy). Diện tích bề mặt đĩa: F = 𝜋𝜋𝑥𝑥𝐷𝐷2 4 = 𝜋𝜋𝑥𝑥0,2732 4 = 0,059 m 2 Số đĩa phân phối trong bể:
n = 𝑄𝑄𝑘𝑘𝑘𝑘 6 = 0,14𝑥𝑥103 3,33 = 42 đĩa Tính tốn đường ống phân phối khí: Đường ống dẫn khí chính:
Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 10−15 m s⁄
Chọn v = 15 m/s. dc = �π4 × q × vkhí ống = �4 × 0,14π × 15 = 0,1 m≈ 100 mm Chọn ống thép mạ kẽm Hòa Phát D = 115mm Kiểm tra vận tốc ống chính: vc = 4 × qd khí c 2 × π = 4 × 0,14 0,062 × π = 13,5 m/s
⇒ Thỏa mãn v = 10 −15 m/s. (Nguồn: Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Với diện tích đáy bể là 10 m x 9 m ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều rộng bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 20cm.
Ống nhánh đặt vng góc với ống chính và chạy dọc theo chiều dài bể. Chọn ống nhánh dài 4 m, khoảng cách giữa các ống 1 m, ống cách tường 0,5m. Mỗi đĩa cách nhau 0,6 m và cách tường 0,25 m. Trụ đỡ đặt giữa 2 đĩa kế tiếp nhau trên 1 nhánh ống, kích thước trụ đỡ: B x L x H = 0,2 m x 0,2 m x 0,2 m.
Số ống nhánh:
n = 8 ống
Lưu lượng khí qua ống nhánh:
qkhín =qkhí n = 0,14 8 = 0,0175 (m3⁄s) Đường kính ống khí nhánh: dn =�4 × qπ× vnkhí khí =�4 × 0,0175 3,14 × 15 = 0,04 (m) Chọn đường kính ống dẫn khí nhánh làm bằng thép mạ kẽm Hịa Phát ∅ = 30mm. Tính lại vận tốc ống khí nhánh vn =π4𝑥𝑥× Dqnkhí n 2 =3,14 4x0,0175𝑥𝑥0,042 = 13,93 (m s)⁄
⇒Thỏa mãn v = 10 −15 m/s. (Nguồn: Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xn Lai)
Tính tốn áp lực và công 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 + 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. ℎ𝑓𝑓: 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 = 4 m. Áp lực khơng khí:
P =10,33 + Htt
10,33 =
10,33 + 4,9
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm Chọn máy thổi khí HeyWel RSS - 80 [5]: Đơn giá: 20.480.000vnđ Công suất: 11HP. Xuất xứ: Taiwan.
Bố trí hai máy thổi khí hoạt động ln phiên nhau, một cơng tác, một dự phịng.
Tính tốn đường ống dẫn nước
Với vận tốc nước thải tự chảy là v = 0,7−1,5 m s ⁄ → v = 1 m s⁄ .
Đường kính ống dẫn nước thải vào bể
Lưu lượng nước thải Q = 1400 m3/ngày = 0,016 m3/s Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qt = 658 m3/ngày = 0,18 m3/s Lưu lượng nước thải ra khỏi bể Aerotank:
Qra = Q + Qt = 1400 + 658 = 2058 m3/ngày = 0,02 m3/s Đường kính ống dẫn nước thải:
Dra =�4 × Qraπ× v =�4 × 0,02
3,14 × 1 = 0,16 (m)
Chọn ống dẫn nước thải bằng nhựa PVC ∅160
Công suất bơmnước
N = Qtbs × H × g × 1000 × η ρ= 0,02 × 6 × 9,81 × 10001000 × 0,8 = 1,5KW
Trong đó:
η: Hiệu suất của máy bơm, 𝜂𝜂 = 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 = 1,2 × 1,5 = 1,8 kW Trong đó:𝛽𝛽: 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 Tính tốn đường ống dẫn bùn tuần hoàn
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Chọn vận tốc bùn trong ống v = 0,6 m/s (v = 0,3 – 0,7 m/s) Đường kính ống dẫn bùn tuần hồn:
Dbùn =�4 × Qt π× v = � 4 × 0,008 3,14 × 0,5 = 0,14 (m) Chọn ống dẫn bùn là nhựa PVC ∅150
Bảng 3.15 Tóm tắt thơng số tính tốn của bể Aerotank
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vịGiá trị
1 Thể tích bể V m3 440 2 Chiều dài bể L m 22 3 Chiều rộng bể B m 5 4 Chiều cao bể H m 4 5 Ống khí chính dc mm 100 6 Ống khí nhánh dn mm 40 7 Ống nước ra Dra mm 160
8 Ống dẫn bùn tuần hoàn Dtuần hoàn mm 140
4.5.8. Bể lắng đứng II
Tính tốn kích thước bể
Tải trọng bề mặt thích hợp là 16 m3/m2.ngày. Tải trọng chất rắn là 4 kg/m2.h (Bảng 11.11/499/[5])
Diện tích bề mặt theo tải trọng chất rắn là: 𝐴𝐴𝑠𝑠 =𝑄𝑄×𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀
𝑆𝑆 =4 × 1000 × 0,8 = 63,8058,33 × 3500 𝑚𝑚2
Qt: lưu lượng tính tốn trung bình,Q=58,33 m3/h=0,016 m3/s; Chọn n = 1 bể lắng đứng .
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Đường kính của bể:
D = �4𝑥𝑥𝐴𝐴𝑠𝑠𝜋𝜋 = �4𝑥𝑥63𝜋𝜋,80 = 9,02 m = 9m − Đường kính của ống trung tâm:
𝑑𝑑 = 20% ×𝐷𝐷= 20% × 9 = 1,8m
− Chiều cao tính tốn của vùng lắng trong bể lắng đứng được tính theo cơng thức: ℎ𝑡𝑡𝑡𝑡 =𝑣𝑣×𝑡𝑡= 0,0005 × 1,5 × 3600 = 2,7𝑚𝑚
Trong đó:
v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s. Chọn v = 0,0005 m/s [12]
t – Thời gian lắng, t = 1,5 – 2,5h. Chọn t = 1,5h
− Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định theo công thức : ℎ𝑡𝑡 =ℎ2+ℎ3 =�𝐷𝐷 − 𝑑𝑑𝑡𝑡
2 �×𝑡𝑡𝑘𝑘𝑡𝑡 =�
9−0,4
2 �×𝑡𝑡𝑘𝑘50° = 5,12 𝑚𝑚
Trong đó:
h2: Chiều cao lớp trung hịa, m;
h3: Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể, m; D: Đường kính trong của bể lắng, D = 9 m;
dn: Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,4 m;
𝑡𝑡: Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 50° (Điều 7.56/[7])
− Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính tốn của vùng lắng và bằng 2,7m.
− Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm:
𝑑𝑑𝑙𝑙 = 1,35 ×𝑑𝑑 = 1,35 × 1,8 = 2,43𝑚𝑚 − Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
− Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17°. (Điều 7.56/[3]).
− Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục được tính theo cơng thức:
𝑀𝑀 =𝑣𝑣 4 ×𝑄𝑄𝑠𝑠𝑡𝑡𝑏𝑏
𝑘𝑘 ×𝜋𝜋× (𝐷𝐷+𝑑𝑑𝑡𝑡) =
4 × 0,016
0,01 × 3,14 × (9 + 0,4) = 0,22 (𝑚𝑚)
Trong đó:
vk: Tốc độ dòng chảy nước qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk≤ 20 mm/s. Chọn vk = 10 mm/s = 0,01 m/s.
− Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là: H = htt + hn + hbv = 2,7 + 5,12 + 0,5 = 8,32 (m) Trong đó:
hbv: Khoảng cách từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,5 m.
− Để thu nước đã lắng, hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính của máng chính là đường kính trong của bể.
− Đường kính máng thu: Dmáng = 80% đường kính bể 𝐷𝐷𝑣𝑣á𝑡𝑡𝑔𝑔 = 0,8 × 9 = 7,2 𝑚𝑚 − Chiều dài máng thu nước:
𝑀𝑀 =𝜋𝜋×𝐷𝐷𝑣𝑣á𝑡𝑡𝑔𝑔 = 3,14 × 7,2 = 22,6𝑚𝑚 .
− Chiều rộng máng thu nước:
𝑟𝑟𝑣𝑣 =𝐷𝐷 − 𝐷𝐷2 𝑣𝑣 = 0,9(𝑚𝑚)
− Chọn chiều cao của máng thu nước: hm = 0,2m − Tải trọng thu nước trên một mét dài máng:
𝑞𝑞 = 𝑄𝑄
𝑙𝑙𝑣𝑣 =0,016
22,6 = 0,0007(𝑚𝑚3/𝑚𝑚.𝑠𝑠)
Chọn máng thu nước có: Để đảm bảo cho việc thu đều nước trên toàn bộ chiều dài máng, phía ngồi thành máng bố trí các tấm điều chỉnh chiều cao mép máng được làm bằng thép không gỉ. Tấm điều chỉnh được xẻ khe hình chữ V (máng răng cưa).
Chọn máng răng cưa có:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Bề rộng khe: 100mm. Bề rộng răng: 100mm. Chiều cao khe: hkhe = 50mm.
Đường kính máng răng cưa: drăng = dmáng = 7,2m. Chiều dài máng răng cưa: lrăng = lmáng = 22,6m. − Số răng trên 1m máng thu nước:
𝑛𝑛 =1𝑎𝑎 =0,2 = 51
a: Khoảng cách giữa các tim răng. A = 0,2 m Tính tốn đường ống dẫn nước thải
- Tính đường ống dẫn nước thải:
Đường kính ống dẫn nước thải vào lấy bằng đường kính ống dẫn nước ra từ bể MBBR Dv = 50 mm.
Chọn vận tốc nước thải trong ống là v = 1 ,5 m/s ( v= 1 – 2 m/s) - Đường kính ống dẫn nước thải ra:
𝐷𝐷𝑡𝑡 =�4 × Qπ× v =tb𝑡𝑡𝑔𝑔đ �4 × 0,016 3,14 × 1,5 = 0,12 m Chọn ống nhựa HDPE ∅ = 120mm. Tính đường ống dẫn bùn Chọn vận tốc bùn trong ống: v = 0,6 m/s ( v = 0,3 – 0,7 m/s) Qb : lưu lượng bùn cần xử lý 𝑄𝑄𝑏𝑏 =0,008 × 1,008 =𝑃𝑃𝑉𝑉,𝑇𝑇𝑆𝑆𝑆𝑆 0,008 × 1,008 = 81262,24655,3 𝑙𝑙/𝑛𝑛𝑘𝑘à𝑦𝑦 = 81,2𝑚𝑚3/𝑛𝑛𝑘𝑘à𝑦𝑦 − Thể tích bùn: V = 81,2 (m3/ngày) × 1 ngày = 7,53 m3
Chọn thời gian lưu bùn là 1 ngày
− Dùng bơm hút bùn trong 45 phút − Lưu lượng bơm
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm Vận tốc trong ống thu bùn, chọn v = 0,6m/s − Đường kính ống dẫn bùn: 𝐷𝐷ố𝑡𝑡𝑔𝑔 =�4 ×𝜋𝜋×𝑄𝑄𝑣𝑣𝑏𝑏ù𝑡𝑡 ố𝑡𝑡𝑔𝑔 =� 4 × 81,2 𝜋𝜋× 0,6 × 60 = 1,6𝑚𝑚 Chọn ống dẫn bùn là ống HDPE ∅160𝑚𝑚𝑚𝑚 Chọn cột áp của bơm , H = 5m