b: khe hở giữa các thanh chắn
4.5. Bể điều hòa:
Bể điều hịa có nhiệm vụ điều hịa nước thải về lưu lượng và nồng độ, giúp làm giảm kích thước và tạo chế độ làm việc ổn định cho các cơng trình phía sau , tránh hiện tượng q tải.
- Thời gian lưu nước của bể điều hoà chọn là t = 4h - Thể tích hữu ích của bể điều hồ được tính như sau :
Vđh = Qtbh t 62.5m3 /h4h 250m3
- Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hồ h = 4.5m - Chọn chiều cao bảo vệ của bể điều hoà hbv= 0.5m
Chiều cao xây dựng của bể điều hoà là : H = h + hbv = 4.5 + 0.5 = 5 m -
Diện tích bề mặt bể điều hồ :
Vdh 250
50m2 F = B x L =
h 5
Chọn B = 6.5 m , L = 8 m
Thể tích xây dựng của bể điều hoà : B x L x H = 6.5 x 8 x 5 = 260 m3
Tính tốn hệ thống cấp khí cho bể điều hồ :
Lượng khơng khí cần thiết :
Lkhí Qtbh a 62.53.74 233.75m3/h Trong đó :
Qtbh : lưu lượng nước thải trung bình theo giờ a : lưu lượng khơng khí
cấp cho bể điều hồ , a 3.74m3khí/m3nước thải (nguồn : W.Wesley
Enkenfelder,Industrial WaterPollution Control, 1989)
Chọn hệ thống cấp khí bằng ống PVC có đục lỗ , bao gồm 5 ống đặt dọc theo chiều dài bể (12.5m) các ống cách nhau 2m , 2 ống đặt sát tường .
Lưu lượng khí trong mỗi ống :
Lkhi 233.75 46.75m3 /h qống = 5 5 Đường kính ống dẫn khí : 4qong 446.75 dống = 0.041m 41mm vong 3600 103600 Trong đó : vống : vận tốc khí trong ống dẫn khí chính vống = 10-15 m/s , chọn vống = 10m/s Chọn ống có Ф40mm
Lưu lượng khí qua 1 lỗ :
qlỗ = vlo dlo2 3600 15 0.0052 3600 1.06m3 /h
4 4
Trong đó : vlo : vận tốc khí qua lỗ , vlo = 5-20m/s , chọn vlo = 15m/s dlo : đường kính các lỗ , dlo = 2- 5mm , chọn dlo = 5mm Số lỗ trên một ống :
qong 46.75
N = 44.1 lỗ Chọn N = 44 lỗ qlo 1.06
Số lỗ trên 1m dài ống :
n = 3.83 Chọn n = 4 lỗ
Vậy ta có thơng số thiết kế của bể điều hồ :
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều dài bể Chiều rộng bể Chiều cao bể m m m 8 6.5 5 4.6. Bể UASB: ________________________________________________________________________
Khi qua các cơng trình xử lý trước đó hàm lượng COD giảm từ 20-40% , chọn hiệu quả xử lý COD tại các cơng trình trước đó là 30%.
Qtb = 1500 (m3/ngày)
Tóm tắt thơng số đầu vào UASB
BOD5 1012,5 (mg/L) Tổng Nitơ 23,5 (mg/L) COD 1645 (mg/L) Tổng Photpho 8,5 (mg/L) SS 131,1 (mg/L) Nhiệt độ 25-30 0C
Bảng tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt và bùn bông ở các hàm lượng COD và tỉ lệ chất không tan khác nhau.
Nồng độ nước thải
Tỉ lệ COD không tan
Tải trọng thể tích ở 300C, (KgCOD/m3.ngày) Bùn bơng Bùn hạt (không Bùn hạt (khử (mgCOD/L) (%) khử SS) SS) 2000 10-30 30-60 2-4 2-4 8-12 8-12 2-4 2-4 2000-6000 10-30 30-60 60-100 3-5 4-8 4-8 12-18 12-18 3-5 2-6 2-6 6000-9000 10-30 30-60 4-6 5-7 15-20 15-24 4-6 3-7
(Nguồn: Xử lý nước thải đơ thị và cơng nghiệp-Lâm Minh Triết)
Tính tốn kích thước
Việc tính tốn kích thước bể phản ứng kị khí UASB phụ thuộc các thơng số “tải trọng hữu cơ thể tích”, “vận tốc nước dâng trong bể” và” lưu lượng vào” theo các công thức sau:
Trong đó:
v vận tốc nước dâng trong bể UASB (m/s)
Q lưu lượng (m3/h)
Vn thể tích hữu ích (m3)
VL thể tích thực phần phản ứng (m3)
S0 Nồng độ COD vào (kgCOD/m3)
E hệ số hiệu quả, là tỉ số giữa thể tích hữu ích trên thể tích thực phần phản ứng. Bể UASB làm việc trong điều kiện SS 150 (mg/L). Kiểm sốt q trình bùn yếm khí trong bể UASB ở dạng hạt. Tra bảng ta có Lorg S0 = 8 (kgCOD/m3.ngày) = 0.8387 (kgCOD/m3) Chọn E = 0,8
Chọn hiệu suất UASB là H = 75 (%) Nồng độ COD đầu ra : S = S0 ( 1- H ) = 0.8387 ( 1- 75% ) Thể tích hữu ích: = 0.211 (kgCOD/m3) =(m3) Thể tích thực: =158.7/0.8=196.9 chọn 200 (m3)
Chọn vận tốc nước dâng v =1,1 (m/s) . ( Nguồn : Wastewater Engineering
Treatment and Reuse Metcalf & Eddy )
Diện tích mặt cắt ngang của bể: m2
Chọn xây dựng bể có dạng trụ vng có cạnh là a
a = 8.7 (m)
Chiều cao phần phản ứng trong bể: = 2.7 (m)
Mỗi phễu thu khí có chiều cao là 2 m bao gồm chiều cao bảo vệ chọn bằng 0,5 m và chiều cao mực nước trong phần lắng là 1,5 m.
Tổng chiều cao của bể UASB là:
H = 2.7 + 1,5 + 0,5 = 4.7 (m) Thể tích cơng tác
Vct = HctA = (2.7 + 1,5) x 8,72 = 318 (m3) Thể tích xây dựng
V = HA = 4.7 x 8.72 = 355.7 (m3) Thời gian lưu nước:
= 318/83.33 = 3.82 h
Thời gian lưu bùn trong bể UASB khoảng (60-100) ngày tùy theo tính chất chất hữu cơ trong nước thải. Do nước thải nhà máy bia là loại dễ phân hủy nên chọn thời gian lưu bùn thấp.
________________________________________________________________________
Thời gian lưu bùn:
T = 60 (ngày)
Bảng tóm tắt kết quả tính tốn sơ bộ bể UASB
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Số lượng bể - Bể 1
Chiều cao bể H m 4.7
Cạnh a m 8.7
Thể tích xây dựng V m3 355.7
Thời gian lưu nước t h 3.82
Thời gian lưu bùn T ngày 60
Tính tốn chi tiết:
Nước thải sau phản ứng kị khí vào ngăn lắng. Ngăn lắng được cấu tạo bởi các tấm phẳng cố định trong bể với góc nghiêng (45-60 0), có tác dụng tách hai pha nước và khí. Chọn góc đặt tấm chắn khí là 590.
Tổng diện tích các khe hẹp (Ftongkhe) chiếm 15-20% diện tích mặt cắt bể (A) ( theo sách “ Giáo trình Cơng nghệ xử lý nước thải” Trần Văn Nhân-Ngô Thị Nga). Ftongkhe = (0,15-0,2) A
Chọn
Ftongkhe = 0,16A = 0,16 x 9.62 = 14.7 (m2)
Tổng số khe của bể là 8, vậy diện tích một khe là : FKhe = Ftongkhe/8 = 14.7/8= 1.8375 (m2)
Bề rộng khe = (tiết diện khe)/(chiều dài khe) (chọn chẵn) bk = 1.8375/9,6 =0,19 (m)
Ghi chú: 1-tấm chắn khí 1 2-tấm chắn khí 2 3-khe hẹp 4-tấm hướng dịng Chọn chiều cao tấm chắn khí 1 là : h1 = 1,3 (m) Chọn chiều cao tấm chắn khí 2 là : h2 = 1 (m) Góc hợp bởi hai cánh so với phương ngang là 590
Chiều rộng tấm chắn khí 1 : b1 = 1300/sin59 = 1516,62 (mm) Lấy b1 = 1520 (mm) Chiều rộng tấm chắn khí 2 : b2 = 1000/sin59 = 1166,63 (mm) Lấy: b2 = 1170 (mm) Khoảng cách 2y giữa 2 tấm chắn khí là: 2y = 2bk/sin59 = 2x190/sin59 = 443,3 (mm) Ta chọn góc hợp bởi 2 tấm hướng dòng là 600.
Chọn khoảng cách D sao cho lớn hơn 2y, D = 500 (mm) Vậy bề rộng tấm hướng dòng là: bhd = 500 (mm)
Khoảng cách từ thành bể UASB đến vị trí mép trên của tấm chắn khí b1 kí hiệu là X. X = a/4 – (chiều cao phễu thu)/ tag(59o)
= 9600/4 –2000/tag(59o) = 1198,2 (mm) Chọn X = 1200 (mm)
Bảng tóm tắt thơng số tính tốn phần thu khí:
Thơng số Kí hiệu Giá trị
(mm)
Chiều cao tấm chắn khí 1 h1 1300
Chiều cao tấm chắn khí 2 h2 1000
________________________________________________________________________
SVTH : MAI PHẠM THUÝ QUỲNH 38
h1h2 h2 hbv b1 b2 bk X 2 X X D 2 0 0 0 y 59o 4 3 1 2
Chiều cao bảo vệ hbv 500
Bề rộng tấm chắn khí 1 b1 1520
Bề rộng tấm chắn khí 2 b2 1170
Bề rộng khe hẹp bk 190
Khoảng cách đáy giữa 2 tấm hướng dòng D 500 Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí bên dưới 2y 443,3 Khoảng cách từ thành bể đến vị trí mép trên
của tấm chắn khí b1
X 1200
Tính tốn lượng khí sinh ra và ống thu khí:
Năng suất sinh khí vào khoảng (0,5-0,55) (m3/kgCODloại bỏngày) (Nguồn :trang 112 ”Giáo trình xử lí nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp bằng phương pháp sinh học” – PGS.TS Nguyễn Văn Phước)
Chọn lượng khí sinh ra trên mỗi kg COD bị khử trong một ngày: p = 0,5 (m3/kgCODloại bỏngày).
Tổng lượng khí sinh ra trong bể là: (hỗn hợp khí)
Vkhí = p(S0 - S)Q = 0,5x(1,645–0,412)x1500 = 924,75 (m3/ngày) Thể tích khí metan sinh ra chiếm khoảng 65% hỗn hợp khí.
Vmetan = 924,75 x 0,65 = 601,09 (m3/ngày)
Tính ống thu khí:
Tốc độ khí đi trong ống khoảng v = 10 (m/s)
Đường kính ống dẫn khí:
Dkhi 4Qkhi 4924,75 0,0369 (m) 243600vkhi 24360010
Chọn ống dẫn khí HDPE loại PN-16 : Φ = 40 mm (Sản phẩm của cơng ty cổ phần nhựa Bình Minh)
Tính lượng bùn sinh ra và ống thu bùn
Lượng bùn sinh ra trong bể UASB hay hệ số sản lượng tế bào có giá trị trong khoảng (0,05-0,10)kgVSS/KgCODloaibo (Theo Wastewater Engineering Treatment and Reuse-Metcaft & Eddy)
Chọn hệ số sản lượng tế bào
Y = 0,07 (kgVSS/kgCODloạibỏ) Lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày :
Mb = YxQ(S0-S) = 0,07x1500x(1,645 – 0,412)
Theo sách “ Anaerobic Sewage Treatment” (Adrianus C.van Haandel and Gatze Lettinga, trang 91) thì một m3 bùn tương ứng 260 kgVSS. Thể tích bùn sinh ra
mỗi ngày: Sau 2 tháng xả bùn một lần. Chọn thời gian xả bùn là 3h. Lưu lượng bùn xả : Qbun = 30/3 = 10 (m3/h) Bùn xả ra nhờ áp lực thủy tĩnh thông qua 2 ống inox Φ90 (Φtrong = 80), đặt cách đáy bể 1,5 m. Lưu lượng bùn xả trên mỗi ống:
Qxảbùn = 10/2 = 5 (m3/h) Vận tốc chảy của bùn trong ống:
2Qbun 25 0,15(m/s)
vbun 2 3600(8010 3 )2
Do bể có 2 ống, ta bố trí sao cho mỗi ống cách thành bể một khoảng bằng 2 (m)
Tính hệ thống phân phối nước và máng thu nước
Số điểm phân phối nước trong bể cần được bố trí theo diện tích của bể khoảng từ (25) m2/đầu.
Chọn số đầu phân phối là 16 đầu, vậy diện tích ơ vng phân phối của mỗi đầu là: Sphanphoi = 57,76/16 = 3,61 (m2) (2-5m2/đầu) Cạnh phân
phối:
aphanphoi = 1,9 (m)
Khoảng cách giữa 2 điểm phân phối cũng chính là cạnh phân phối.
Nước từ bể điều hoà được bơm vào bể UASB theo đường ống chính, phân phối đều ra các ống nhánh nhờ hệ thống van và đồng hồ đo lưu lượng đặt trên từng ống. Mỗi nhánh có 4 đầu phân phối. Ống phân phối đặt cách bể 0,5 m. Chọn hệ thống phân phối là ống đục lỗ.
Ta dùng máy bơm để bơm nước thải vào bể UASB. Với lưu lượng là Qchính = 1500 m3/ngày.
Vận tốc nước trong ống chính nằm trong khoảng (1,5-2,5) m/s Chọn vchính = 2 m/s.
Đường kính ống chính:
4Qchinh 41500 24 3600 0,105 (m)
Dchinh
________________________________________________________________________
SVTH : MAI PHẠM THUÝ QUỲNH 40
M 129,47 Qbun bun 0,5 260 Thể tích bùn sinh ra trong một tháng: (m3/ngày) Vbun = 0,5 x 30 = 15 Thời gian lưu bùn đã chọn ở trên là
(m3) T = 60 (ngày) = 2
Thể tích bùn sinh ra trong 2 tháng
(tháng) Vbun = 15x2 = 30 (m3)
vchinh 2
Chọn ống chính là ống inox có đường kính là: Φ = 100 (mm)
Vận tốc nước đi trong 4 ống nhánh là (2-3) m/s. Chọn vnhánh = 2 m/s, lưu lượng qua các ống nhánh là: Qnhánh = Qchính/4 = 1500/4 = 375 (m3/ngày) Đường kính ống nhánh là: 4Qnhanh 4375 24 3600 0,052 (m) Dnhanh vnhanh 2 Sử dụng ống nhánh là ống inox có Φ = 60(mm) Máng thu nƣớc:
Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng , thiết kế 2 máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều dài của bể.
Máng thu nước được làm bằng thép khơng rỉ có kích thước như sau: Chiều dài máng: L = 9.6 m
Chiều ngang máng: b =0.3m Bề dày : h = 0.15m
Chọn độ dốc mán: d= 5mm Chọn độ dốc máng I = 2%
Máng răng cưa cũng được làm bằng thép không rỉ, máng xẻ khe chữ V, góc đáy 900. Chiều cao hình chữ V là 5 (cm), đáy chữ V là 10 (cm), mỗi mét dài có 5 khe chữ V, khoảng cách giữa các đỉnh là 20 (cm). Chiều cao máng răng cưa là 25 (cm) bao gồm cả chiều cao bắt vít. Có 4 máng răng cưa, đặt vào 2 máng thu nước (mỗi máng thu nước có 2 máng răng cưa). Chiểu cao tổng cộng máng thu và máng răng cưa đầu bể là 250 (mm).
Độ cao cuối bể là: Hcb = 9600 x 2% + 250 = 442 (mm) Chọn lại độ cao cuối bể là Hcb = 440 (mm) Vậy độ dốc vẫn xấp xỉ I = 2 %
Tải trọng máng thu nước (Lưu lượng chảy qua 1 m dài máng thu trong một ngày) =104 (m3/m.ngay) =1.2 (l/m.ngay)
.
Lấy mẫu
Lấy mẫu là để kiểm tra tính chất, chất lượng bùn, hệ vi sinh theo chiều cao của bể; kiểm tra nồng độ kiềm, độ dinh dưỡng của bể… Việc lấy mẫu bùn theo chiều cao và kiểm tra định kỳ là công việc rất cần thiết nhằm đảm bảo hiệu quả xử lý của bể như thiêt kế.
Dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu.Với các mẫu thu được ở cùng một van, ta có thể ước đốn lượng bùn ở độ cao đặt van tương ứng. Dựa vào kết quả đo đạc và quan sát chất lượng bùn, từ đó có những điều chỉnh thích hợp giúp hệ thống vận hành ở chế độ tốt nhất.
Trong điều kiện ổn định, tải trọng của bùn gần như khơng đổi, do đó mật độ bùn tăng lên đều đặn. Việc lấy mẫu nên thực hiện đều đặn hàng ngày.
Khi mở van, cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được lượng bùn đặc trưng giống trong bể, vì nếu mở lớn q thì nước sẽ thốt ra nhiều hơn. Thể tích lấy mẫu thường lấy là 500÷1000ml.
Bể cao 7,2m, có thể đặt dọc theo chiều cao của bể 2 van lấy mẫu, các van đặt cách nhau 0,75m.
Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng 27.
Tính bơm từ bể trung gian 1 đến bể UASB
Lưu lượng cần bơm vào Q = 62,5 (m3/h) Cột áp của bơm:
H = ∆Z + ∑h (mH2O) Trong đó:
∆Z khoảng cách từ mặt nước bể diều hoà đến mặt nước bể UASB. Lấy ∆Z = 5,5 mH2O (dựa vào cao trình của hai bể).
∑h :Tổng tổn thất của bơm, bao gồm tổn thất cục bộ, tổn thất dọc đường ống, tổn thất qua lớp bùn lơ lửng trong bể UASB.
________________________________________________________________________
∑h = 7mH2O.
H = 5,5 + 7 = 12,5 (mH2O)
Cơng suất máy bơm tính theo cơng thức sau: N QHng
(Kw) 1000
Trong đó:
Q lưu lượng trung bình cần bơm đi (m3/s) ρ khối lượng riêng chất lỏng được bơm (kg/m3) g gia tốc trọng trường g=9,81 (m/s2)
Hiệu suất máy bơm chọn = 80%
H cột áp (m)
QHng 62,512,510009,81
N 2,66
1000 10000,83600 N = 2,66 (kw) = 3,57 (HP)
Vậy chọn bơm ly tâm cơng suất 4 (HP) Tính tốn dịng sản phẩm đầu ra của UASB
Hiệu suất khử COD 75% CODra = 412 (mg/l) Hiệu suất khử BOD 80% BODra = 202,5 (mg/l) Tỉ lệ COD:N:P là 350:5:1
Lượng CODkhử = 1233 (mg/l) Lượng TNK tiêu thụ là: 17,61 (mg/l) Lượng P tiêu thụ là : 3,52 (mg/l) Bảng tóm tắt:
Đầu vào UASB (mg/l) Đầu ra UASB (mg/l)
COD 1645 412
BOD 1012,5 202,5
T_N 23,5 5,89