hữu cơ)
Bể xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính lơ lửng là cơng trình đơn vị quyết định hiệu quả xử lý của hệ thống vì phần lớn những chất gây ơ nhiễm trong nước thải. Các vi khuẩn hiện diện trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng. Các vi sinh hiếu khí sẽ tiếp nhận ơxy và chuyển hố chất hữu cơ thành thức ăn. Trong mơi trường hiếu khí (nhờ O2
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
sục vào), vi sinh hiếu khí tiêu thụ các chất hữu cơ để phát triển, tăng sinh khối và làm giảm tải lượng ơ nhiễm trong nước thải xuống mức thấp nhất.
Nước sau khi ra khỏi cơng trình đơn vị này, hàm lượng COD và BOD giảm 80- 95%. Nước thải sau khi oxi hĩa các hợp chất hữu cơ & chuyển hĩa Amoni thành Nitrate sẽ được tuần hồn 150-200% về bể Anoxic để khử Nitrogen.
Nước thải sau khi qua bể Aerotank sẽ tự chảy qua bể lắng bùn sinh học.
Mơ tả quá trình Nitrate (nitrification)
Quá trình nitrate hĩa là quá trình oxy hĩa hợp chất chứa nitrogen, đầu tiên là ammonium được chuyển thành nitrite sau đĩ nitrite được oxy hĩa thành nitrate. Quá trình nitrate hĩa diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 chủng loại vi sinh vật tự dưỡng
Nitrosomonas và Nitrobacter
Bước 1: Ammonium được chuyển thành nitrite được thực hiện bởi lồi
Nitrosomonas:
NH4+ + 1,5 O2 → NO2- + 2 H+ + H2O (1)
Bước 2: Nitrite được chuyển thành nitrate được thực hiện bởi lồi Nitrobacter: NO2- +0,5 O2 → NO3- (2)
- Phương trình phản ứng (1) và (2) tạo ra năng lượng. Theo Painter (1970), năng lượng tạo ra từ quá trình oxy hố ammonium khoảng 66 ÷ 84 kcal/mole ammonia và từ oxy hố nitrite khoảng 17,5 kcal/mole nitrite. Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng năng lượng này cho sự sinh trưởng của tế bào và duy trì sự sống. Tổng hợp 2 phản ứng được viết lại như sau:
NH4+ + 2 O2 → NO3- + 2 H+ + H2O (3)
- Từ phương trình (3), lượng O2 tiêu thụ là 4,57 g/g NH4+-N bị oxy hĩa, trong đĩ 3,43g/g sử dụng cho tạo nitrite và 1.14g/g sử dụng cho tạo nitrate, 2 đương lượng ion H+ tạo ra khi oxy hĩa 1 mole ammonium, ion H+ trở lại phản ứng với 2 đương lượng ion bicarbonate trong nước thải. Kết quả là 7,14g độ kiềm CaCO3 bị tiêu thụ/g NH4+-N bị oxy hĩa.
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
- Phương trình (3) sẽ thay đổi chút ít khi quá trình tổng hợp sinh khối được xem xét đến, nhu cầu oxy sẽ ít hơn 4,57g do oxy cịn nhận được từ sự cố định CO2 , một số ammonium và bicarbonate đi vào trong tế bào.
- Cùng với năng lượng đạt được, ion ammonium được tiêu thụ vào trong tế bào. Phản ứng tạo sinh khối được viết như sau:
4 CO2 + HCO3- + NH4 + H2O → C5H7O2N + 5 O2
+ Theo U.S.EPA Nitrogen Control Manual (1975): tồn bộ phản ứng oxy hĩa và tổng hợp sinh khối được viết như sau:
NH4+ + 1,83 O2 +1,98 HCO3- → 0,021C5H7O2N + 0,98 NO3- + 1,041 H2O +1,88 H2CO3
Nhu cầu O2 là 4,2 g/g NH4+ -N bị oxy hĩa.
+ Theo Gujer và Jenkins (1974): tồn bộ phản ứng oxy hĩa và tổng hợp sinh khối được viết như sau:
1,02 NH4+ + 1,89 O2 +2,02 HCO3- → 0,021C5H7O2N + NO3- + 1,06 H2O +1,92 H2CO3
- Nhu cầu O2 giảm xuống cịn 4,3 gO2/g NH4+ bị oxy hĩa, độ kiềm tiêu thụ tăng lên 7,2 g/g NH4+ bị oxy hĩa.
Tính tốn bể sinh học Arotank (xáo trộn hồn tồn)
Nồng độ bùn hoạt tính trong bể: X = 3.000 mg/l. Độ tro của cặn Z = 0,2
Nồng độ bùn hoạt tính ở đáy bể lắng đợt 2 là 7.000 mg/l.
Thời gian lưu bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong cơng trình SRT = ngày Giá trị của thơng số động học: Y = 0,6.
Q = 450 m3/ngày.
S0 = 427,5 mg/l. Hàm lượng BOD5 đầu vào bể Aerotank S = 30 mg/l. BOD5 ra Aerotank
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
N0 = tổng lượng Amoni đầu vào = 100 mg/l. N = tổng lượng Amoni đầu ra = 5 mg/l.
Thể tích bể Aerotank tính theo cơng thức:
Chọn chiều cao hữu ích của bể hc = 4,5m Chọn chiều bảo vệ của bể hbv = 0,5m
Diện tích bể
Chọn chiều dài của bể: W = 6.0m
Chiều rộng của bể: , chọn 9,4m
Kích thước bể: L x W x H= 9,4m x 6,0m x 5,0m
Thời gian lưu nước HRT=
Kiểm tra tỉ số ngày-1 (Tỉ số F/M nằm trong giới hạn 0,2-
0,6 kg/kg.ngày theo Metcalf and Eddy, 2003)
Kiểm tra tải trọng thể tích
TBOD5 Kg BOD5/m3.ngày
(Tải trọng BOD5 nằm trong giới hạn 0,8-1,92 Kg BOD5/m3.ngày, theo MetCalf and Eddy, 2003)
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày:
Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS:
Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:
Hàm lượng SS sau bể lắng 2, chọn X xả =20mg/l
Lượng bùn dư cần xử lý = tổng lượng bùn – lượng SS trơi ra khỏi bể lắng 2
Xác định lưu lượng tuần hồn: QT
Để nồng độ bùn vi sinh trong bể luơn giữ giá trị: X = 3.000 mg/l. Ta cĩ:
QT = 0,75 x 20 = 15 m3/h
Tính lưu lượng xả bùn Qxả theo cơng thức:
Suy ra:
Thời gian xả bùn dư
phút r r T xã X Q X Q X V * * * + = θ
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Lượng BOD5 cần xử lý mỗi ngày
Chọn tỉ số f = BOD/COD = 0,7.
kg/ngày
Tính lượng Oxy cần thiết
Tính lượng khí cần thiết theo cơng thức:
Vậy:
Giả sử hiệu quả chuyển đổi oxy của máy thổi khí là 8%, khơng khí chứa 23,2%O2 theo trọng lượng và trọng lượng riêng của khơng khí ở 200C là 1,18kg/m3
Chọn hệ số an tồn K = 1,5 Lượng khí cần thiết:
.
Chọn 2 máy thổi khí hoạt động luân phiên, máy cĩ lưu lượng Qkt=8,38m3/phút, N=11kw, H=5m.
Chọn đĩa phân phối khí cĩ đường kính 12 inches, lưu lượng khí qua đĩa: chọn
8m3/h. Số lượng đĩa trong bể là đĩa
- Hiệu quả xử lý BOD của bể Aerotank
Mương thu
nước Sàn công tác Bộ truyền động
Máng răngcưa Vành chặn bọt nổi Cánh gạt bọt Ống thu nước saulắng Ống trung tâm phân phối nước
Ngăn thu bọtnổi Ống thu bùn
Cánh gạt bùn Ống dẫn nướcvào
Đáy và tường bể beton
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
- Hiệu quả xử lý oxy hĩa Amoni của bể Aerotank - Hiệu quả xử lý Nitơ của bể Aerotank
Nra = 28,75 – [(427,5 – 30) x 5/100] = 8,9 mg/l - Hiệu quả xử lý Photphos của bể Aerotank
Photphora = 9,6– [(427,5 – 30)/100] = 5,65 mg/l
2.3.6. Bể lắng 2 (bể lắng li tâm )
Nhiệm vụ: lắng các bơng bùn vi sinh từ quá trình sinh học và tách các bơng bùn này ra khỏi nước thải đồng thời tuần hồn và bổ sung bùn hoạt tính về bể sinh học Aerotank.
Nước thải từ bể sinh học hiếu khí Aerotank được dẫn vào ống phân phối trung tâm của bể lắng. Nước thải sau khi ra khỏi ống phân phối trung tâm được phân phối đều trên tồn bộ mặt diện tích ngang ở đáy ống phân phối trung tâm. Ống phân phối trung tâm được thiết kế sao cho nước khi ra khỏi ống và đi lên với vận tốc chậm nhất (trong trạng thái tĩnh), khi đĩ các bơng cặn hình thành cĩ tỉ trọng đủ lớn thắng được vận tốc của dịng nước thải đi lên sẽ lắng xuống đáy bể lắng. Nước thải ra khỏi bể lắng cĩ nồng độ COD, BOD giảm 70-80% (hiệu quả lắng đạt 70-80%). Bùn lắng ở đáy bể sẽ được cầu gạt bùn, gạt tập trung bùn về tâm bể lắng và được bơm tuần hồn về bể Aerotank. Định kỳ lượng bùn dư sẽ được dẫn về bể nén bùn.
Nước thải sau khi lắng các bơng bùn sẽ chảy tràn qua máng thu nước và được dẫn qua bể khử trùng.
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Hình 2.2. Cấu tạo bể lắng.
Tính tốn bể lắng 2
Diện tích bề mặt lắng
LA: Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày)
Qvào: Là lưu lượng vào bể lắng;
Qvào = Q + Qth = Q + 0,75Q = 450 + (0,75 x 450) = 787,5 m3/ngày) Thơng số thiết kế:
Tải trọng bề mặt LA = 20-50 m3/m2.ngày (Metcalf and Eddy, 2003) Chọn: LA = 35 (m3/m2ngày)
→
Chọn bể lắng hình Vuơng,Chiều dài cạnh bể lắng , chọn 4,8m
Chọn chiều cao hữu ích của bể hc = 4,0m Chọn chiều bảo vệ của bể hbv = 0,5m Chiều cao phần thu bùn hbùn = 0,5m
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Ls nằm trong tiêu chuẩn thiết kế là 100-150kgSS/m2ngày(Metcalf and Eddy, 2003)
Kích thước bể: L x W x H= 4,8m x 4,8m x 5,0m Đường kính ống lắng trung tâm: d = 12% x D Với D là chiều dài = chiều rộng của bể lắng 2
Vậy đường kính ống lắng trung tâm: d = 4,8 x 12% = 0,576 (m); chọn d = 0,6m
Kiểm tra thời gian lưu nước:
2.3.7. Bể khử trùng
Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học cịn chứa khoảng 105 – 106 vi khuẩn trong 100ml, hầu hết các loại vi khuẩn này tồn tại trong nước thải khơng phải là vi trùng gây bệnh, nhưng cũng khơng loại trừ một số lồi vi khuẩn cĩ khả năng gây bệnh.
Khi cho Chlorine vào nước, dưới tác dụng chảy rối do cấu tạo vách ngăn của bể và Chlorine là cĩ tính oxi hĩa mạnh sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong của tế bào vi sinh vật làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.
- Nước thải sau khi qua hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn xả: QCVN 24 – 2009/BTNMT (cột A)
Tính tốn bể khử trùng
Chọn thời tiếp xúc của bể khử trùng t = 15 phút = 0,25h
Thể tích bể điều hịa:
Chọn chiều cao hữu ích của bể hc = 2,0m Chọn chiều bảo vệ của bể hbv = 0,5m
Diện tích bể
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Chiều dài của bể: , chọn L = 3,0m
Kích thước bể: L x W x H = 3,0m x 1,0m x 2,5m
2.3.8. Bể chứa bùn
- Tiếp nhận lượng bùn từ đáy bể lắng 2, tại đây bùn sẽ được bơm tuần hồn về đầu bể sinh học Hiếu khí để bổ sung bùn vi sinh cho quá trình sinh học. Đồng thời lượng bùn sinh học dư sẽ được bơm về bể nén bùn trước khi bơm qua máy ép bùn.
Kích thước bể: L x W x H = 1,6m x 1,0m x 2,5m
2.3.9. Bể nén bùn
Tập trung lượng bùn sinh ra từ quá trình sinh học nhằm loại bỏ một lượng nước trước khi bơm qua máy ép bùn. Phần nước sau khi tách bùn sẽ được tuần hồn trở lại bể điều hịa để tiếp tục xử lý.
Tính tốn bể nén bùn
Lượng cặn từ bể sinh học: 78,125 kgSS/ngày
Lượng cặn lơ lửng đầu vào trong 1 ngày 0,095 (kg/m3) x 450 (m3/ngàyđêm) = 42,75 (kg/ngàyđêm).
Vậy tổng lượng cặn là: 78,125 + 42,75 = 120,9 (kg/ngàyđêm). Tải trọng bề mặt: LSS = 25 kg/m2ngày.
Diện tích bề mặt:
Chọn chiều dài bể nén bùn L = 2,5m
Chiều rộng của bể: , chọn 2,0m
Chọn chiều cao hữu ích của bể hc = 4,5m Chọn chiều bảo vệ của bể hbv = 0,5m
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Chiều cao phần lắng là 2,5m; chiều cao phần chứa bùn là 2,0m
Kích thước bể: L x W x H= 2,5m x 2,0m x 5,0m
2.3.10. Máy ép bùn
Máy ép bùn được sử dụng để ép ráo bùn trước khi được đơn vị thu gom đến thu gom thải bỏ đúng theo quy định.
Bùn dư từ bể nén bùn sẻ được bơm bùn bơm lên máy ép bùn đồng thời hĩa chất trợ keo tụ (Polymer) được bơm định lượng bơm vào để tăng độ kết dính của bùn, tăng hiệu quả ép của máy.
Bố trí 1 máy ép bùn băng tải cĩ cơng suất 2m3/h (kiểu băng đơi), chiều rộng băng tải 500mm, tốc động băng tải từ 2-8m/phút.
Bùn sau khi ép sẽ được đưa vào bao chứa và định kỳ cơng ty sẽ ký hợp đồng với đơn vị cĩ chức năng thu gom xử lý.
2.4. TIÊU CHÍ THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ HỆ THỐNG XỬ LÝ
Hệ thống được thiết kế:
Theo cơng suất: 450 m3/ngày.đêm. khả năng vượt tải k = 1,1 – 1,2. Hệ thống xử lý hoạt động tự động hoặc bán tự động:
Chất lượng nước sau xử lý ổn định, đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột A, Kq=1,1, Kf=1,0:
Cơng nghệ xử lý ít tốn mặt bằng:
Vốn đầu tư khơng quá lớn nhưng đạt hiệu quả cao: Chi phí vận hành thấp:
Hệ thống hoạt động ổn định, vận hành và bảo trì bảo dưỡng dễ dàng: Bố trí thiết kế kiến trúc đảm bảo mỹ quan, hài hịa với cảnh quan chung.
2.5. CÁC HẠNG MỤC XÂY DỰNG CƠ BẢNBảng 2.5.1. Bể thu gom Bảng 2.5.1. Bể thu gom
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Dài 3,3 m
Rộng 2,0 m
Chiều cao thiết kế 5,0 m
Chiều cao mực nước 3,2 m
Dung tích thiết kế 21 m3
Vật liệu BTCT M250
Số lượng 01 bể
Thiết bị đính kèm:
- Bơm nước thỉa thả chìm: 02 cái - Phao báo mực nước: 01 bộ
Bảng 2.5.2. Bể điều hịa
Chức năng Điều hịa lưu lượng, nồng độ
Dài 7,0 m
Rộng 6,0 m
Chiều cao thiết kế 5,0 m
Chiều cao mực nước 4,7 m
Dung tích thiết kế 210 m3
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Số lượng 01 bể
Thiết bị đính kèm:
- bơm nước thải thả chìm: 02 cái - phao báo mực nước: 01 bộ - bơm khuấy trộn: 02 bộ
Bảng 2.5.3.Bể sinh học thiếu khí Anoxic
Chức năng Ơxy hĩa chất hữu cơ đồng thời khử
Nitrogen
Dài 6,0 m
Rộng 5,0 m
Chiều cao thiết kế 6,5 m
Chiều cao mực nước 6,0 m
Dung tích thiết kế 195 m3
Vật liệu BTCT M250
Số lượng 01 bể
Thiết bị đính kèm:
- Vật liệu đệm MT041: 120 m3
- Hệ thống đường ống phân phối nước: 01 bộ
2.5.4. Bể sinh học hiếu khí Aerotank
Chức năng Chuyển hĩa chất lơ lửng, ơxy hĩa chất
hữu cơ đồng thời Ơxy hĩa Amonium
Dài 9,4 m
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Chiều cao thiết kế 5,0 m
Chiều cao mực nước 4,5 m
Dung tích thiết kế 282 m3
Vật liệu BTCT M250
Số lượng 01 bể
Thiết bị đính kèm:
- Đĩa phân phối khí: 01 bộ
- Máy thổi khí hoạt động luân phiên cho bể lọc sinh học: 02 bộ - Bơm nước thải tuần hồn: 02 bộ
2.5.5. Bể lắng 2
Chức năng Tách bơng bùn từ bể xử lý sinh học ra
khỏi nước thải bằng quá trình lắng trọng lực
Dài 4,8 m
Rộng 4,8 m
Chiều cao thiết kế 5,0 m
Chiều cao mực nước 4,0m
Dung tích thiết kế 92 m3
Vật liệu BTCT M250
Số lượng 01 bể
Thiết bị đính kèm:
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
- máng thu nước và chắn bọt: 01 cái - cầu gạt bùn: 01 bộ
- moteur giảm tốc: 01 bộ
2.5.6. Bể khử trùng
Chức năng Khử trùng nước thải
Dài 3,0 m
Rộng 1,0 m
Chiều cao thiết kế 2,5 m
Chiều cao mức nước 2,0 m
Dung tích thiết kế 6 m3
Vật liệu BTCT M250
Số lượng 01bể
Thiết bị đính kèm:
- Bơm định lượng hĩa chất: 01 bộ - Bồn pha hĩa chất: 01 bộ
2.5.7. Bể tách bùn
Chức năng Tiếp nhận lượng bùn sinh ra từ bể lắng
2
Dài 1,6 m
Rộng 1,0 m
Chiều cao thiết kế 2,5 m
Chiều cao mức nước 2,0 m
Dung tích thiết kế 3 m3
Khĩa luận tốt nghiệp SVTH: NGUYỄN ĐẠI TRUNG
Số lượng 01bể
Thiết bị đính kèm:
- bơm bùn thải: 02 bộ
2.5.8. Bể nén bùn
Chức năng Tiếp nhận bùn thải từ bể lắng 2
Dài 2,5 m
Rộng 2,0 m
Chiều cao thiết kế 5,0 m
Chiều cao mực nước 4,5 m
Dung tích thiết kế 25 m3 Vật liệu BTCT M250 Số lượng 01 bể Thiết bị đính kèm: - bơm bùn thải: 01 bộ - máy ép bùn: 01 bộ - bơm rửa: 01 bộ - máy nén khí: 01 bộ
- bơm định lượng hĩa chất: 01 bộ