TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.3 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ .1 Song chắn rác
4.3.7 Beồ Aerotank a. Nhieọm vuù
Tại bể AEROTANK, các chất hữu cơ còn lại sẽ được tiếp tục phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí. Trong điều kiện hiếu khí, phản ứng oxy hóa có thể biểu diễn nhử sau:
CxHyOzN + (x + 4y - 3z - 43)O2 VSV xCO2 + y2-3H2O + NO3 + ∆H CxHyOzN + O2 + NH3 VSV C5H7NO2 + H2O + CO2 + ∆H
C5H7NO2 + 5 O2 VSV CO2 + NH3 + 2H2O + ∆H NH3 + O2 VSV HNO2 + O2 HNO3
CxHyOzN là đặc trưng cho chất thải hữu cơ, C5H7NO2 là công thức cấu tạo của tế bào vi sinh. Các vi sinh vật tham gia phân hủy tồn tại dưới dạng bùn hoạt tính.
Sơ đồ làm việc của bể Aerotank
Nước thải được đưa vào bể Aerotank để tiến hành xử lý sinh học. Sau thời gian lưu nước nhất định, nước được đưa sang bể lắng II để lắng các bông bùn hoạt tính.
Một phần bùn được tuần hoàn trở lại bể Aerotank, phần bùn dư được xả ra ngoài.
Q, So
Beồ Aerotank Qe, Xe, S
Qr, Xr, S
Qw, Xr
laộng IIBeồ
Hình 5.4 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank và bể lắng 2.
b. Tính toán
Lưu lượng: Q= 800 m3/ngđ BOD (vào) = 332mg/l
Cặn lơ lửng đầu ra 50 mg/l gồm có 60% là cặn hữu cơ có thể phân hủy.
Thời gian lưu của bùn hoạt tính θc= 10 ngày Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng X = 2800 mg/l.
Độ tro bùn hoạt tính Z = 0,2 (80% là bùn hoạt tính).
Hệ số sản lượng bùn Y = 0,55 mgVSS/mgBOD.
Hệ số phân hủy nội bào Kd = 0,05 ngày-1.
Tải trọng chất hữu cơ: 0,4 ÷1,2kg BOD5/m3.ngày.
Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn : Ct =10000 mg/l.
Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong nước đầu ra:
Nồng độ cặn hữu cơ có thể bị phân hủy:
a = 0,6 x 50 = 30
1 mg SS khi bị ôxy hóa hoàn toàn tiêu tốn 1,42 mgO2. Vậy nhu cầu ôxy hóa cặn nhử sau:
b = 30x 1,42 =42,6mg/l
Lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra (chuyển đổi từ BOD20 sang BOD5):
c = 42,6 x 0,68 = 30mg/l
Lượng BOD5 hòa tan còn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng:
S = 50 – 30=20 (mg/l)
Hiệu quả làm sạch
E = o o
S S) (S -
= - 20 332 (332 )
= 94%
Theồ tớch beồ Aerotank:
V = X.Q.Y(1+K(S. S))
c d
o c
θ - θ
Trong đó:
V : theồ tớch beồ Aerotank, (m3).
Q : lưu lượng nước thải đầu vào, Q = 800 m3/ngđ.
Y : hệ số sản lượng bùn, Y = 0,55 mgVSS/mgBOD.
So – S : 332 – 20 = 312 mg/l.
X : nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi được duy trì trong bể Aerotank, X = 28000 mg/l.
kd = 0,05 ngày-1.
θc = 10 ngày.
Vậy:
V = ( )
) 10 05 , 0 1 ( 2800
20 332 55 , 0 800 10
ì +
−
ì
ì = 327(m3)
Chọn kích thước bể:
- Chiều dàiL = 12,8 - Chiều rộng B = 6 m - Chieàu cao H = 4,5 m - Chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 m Thể tích thực của bể V = 384 m3
Tính lượng cặn dư phải xả ra hằng ngày sau khi công ty hoạt động ổn ủũnh
Hệ số tạo cặn từ BOD5: Yb =
c d. K 1
Y
+ θ = 1 0,05 x 0+ 0,55 1 = 0,367 Lượng bùn hoạt tính ra do khử BOD5:
Px = Yb.Q (So – S).10-3 = 0,367x 800 (332 – 20).10-3 = 91,6 (kg/ngủ)
Tổng cặn lơ lửng sinh ra do độ tro của cặn (Z = 0,2):
Pxl = 1P -0x,3 =191−0,6,3 = 114,5 (kg/ngủ) Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi:
Pxả = Pxl - Q. (SS)ra = 114,5 – 800 x 50.10-3 = 74,5 (kg/ngđ) Lượng bùn xả ra hằng ngày Qw từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn bùn:
θc=
e e t w
r
X . Q + X . Q
.X V
⇒Qw =
. c t
. c e e r
X X . Q - .X V
θ θ
= 8.10
10 . 10 . 40 . 800 10
. 2800 .
327 −3 − −3 = 7,44(m3/ngủ) Trong đó:
Vr : theồ tớch beồ Aerotank.
X : nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng.
Xt : nồng độ chất rắn lơ lửng có trong bùn hoạt tính tuần hoàn.
Xt = 10000 x 0,8 = 8000 mg/l = 8 kg/m3
Qe : lượng nước ra khỏi bể lắng II (xem lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là không đáng kể nên Qra = Q = 800m3/ngđ).
Xe : nồng độ chất rắn lơ lửng ở đầu ra của hệ thống.
Hệ số tuần hoàn α bỏ qua lượng bùn hoạt tính tăng lên trong bể:
(Q + Qt) X = Qt.Xt
⇒Qt = X - X Q.X
t
=8000 2800 2800 . 800
− = 430,77m3/ngủ = 17,95(m3/h)
⇒ α = Q Qt =
800 77 ,
430 =0,22
Thời gian lưu nước trong bể Aerotank:
= Q V
= 0,408ngày 9,79h 800
327 = =
Tính lượng ôxy cần thiết cung cấp cho bể Aerotank:
Lượng ôxy lý thuyết cần cung cấp theo điều kiện chuẩn OCo = o 1,42.Px
f S) - (S
Q -
Với:
f : hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68
OCo=800ì(3320,68−20).10−3 −1,42ì103,944= 63,056(kgO2/ngủ) Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện thực
OCt = OCo x βCC -C x1,0241(T 20) xα1 L
sh S20
−
Trong đó:
Cs20 : nồng độ ôxy bão hòa trong nước ở 20oC, Cs20 = 9,08 mg/l;
CL : lượng ôxy hòa tan cần duy trì trong bể, CL = 2 mg/l;
Csh : nồng độ ôxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ 26oC (nhiệt độ duy trì trong bể), Csh = 8,09 mg/l;
β :hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối. Đối với nước thải, β =1;
α : hệ số điều chỉnh lượng ôxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dạng và kích thước bể có giá trị từ 0,6 ÷ 2,4. Chọn α = 0,8.
T : nhiệt độ nước thải, T= 26oC
OCt =263,056 1 89,,0908 2ì1,0241( 20) ì01,8 =426,31
−
ì ì T− (kgO2/ngủ)
Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank:
F/M = S.Xo
θ = 0,22332.2800 = 0,54 (mgBOD/mgbuứn.ngủ)
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép thiết kế bể khuấy trộn hoàn chỉnh là 0,2 ÷1 .
Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong 1 ngày:
X .
S - So
ρ= θ =0,332408.−280020 = 0,27 (mg/mg.ngủ) Tải trọng thể tích bể:
L = SoV.Q =
384 800 10
.
332 −3ì = 0,69 (kgBOD5/m3.ngủ) Lượng không khí cần thiết cung cấp cho bể:
Qkk = OU OCt
.f Trong đó:
OCt : lượng ôxy thực tế cần sử dụng cho bể
OU : công suất hòa tan ôxy vào nước thải của thiết bị phân phối.
OU = Ou.h với:
h : chiều sâu ngập nước của thiết bị phân phối. Chọn độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối (xem như gần sát đáy) và chiều cao của giá đỡ không đáng kể
h = 4m.
Ou : lượng ôxy hòa tan vào 1m3 nước thải của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn ở chiều sâu 1m. Chọn Ou = 7 gO2/m3.m(Tra bảng 7.1 sách tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải _Trịnh Xuân Lai)
Chọn thiết bị phân phối loại đĩa xốp có màng phân phối khí dạng bọt mịn, đường kính đĩa 170mm, diện tích bề mặt đĩa Fđĩa = 0,02m2 . Cường độ khí: 200l/phút
~12m3/h.ủúa.
⇒ OU = Ou.h = 7 x 4,5 = 31,5 (gO2/m3) f : hệ số an toàn, chọn f = 1,5
Vậy:
Qkk = OCOUt .f = 31,5.10 3
31 , 426
− x 1,5 = 20300(m3/ngủ) Số đĩa cần phân phối trong bể là:
N = 1220300ì24= = 70,4(ủúa) Chọn N = 72 đĩa
Cách bố trí đầu phân phối khí
Từ ống chính chia thành 4 ống nhánh trên mỗi ống nhánh có 18 đầu phân phối.
Theo chiều dài của bể là 12,8m ta bố trí như sau: khoảng cách giữa 2 ống nhánh ngoài cùng với thành bể là 0,75m; khoảng cách giữa 2 ống nhánh là 1,5m
Trên mỗi ống nhánh bố trí đầu phân phối: khoảng cách giữa đầu phân phối ngoài cùng đến thành bể là 0,450 m và khoảng cách giữa 2 đầu phân phối khí là 0,7m.
Trụ đỡ: đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ một.
Kích thước trụ đỡ là : D x R x C = 0,2 m x 0,2 m x 0,2 m.
Tính toán máy thổi khí Aùp lực cần thiết của máy thổi khí:
Hm = h1 + hd + H Trong đó :
h1: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển h1 = 0,5m hd : Toồn thaỏt qua ủúa phun , hd = 0,5m
H : Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun H = 4,5m
⇒Hm = 0,5 + 0,5 + 4,5 = 5,5m Chọn Hm = 5,5m = 0,55atm
Aùp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe:
Pm = 10Hm,12 = 105,,125 = 0,54 atm Naêng suaát yeâu caàu:
Qkk = 20300 m3/ngủ = 0,23 m3/s
Công suất máy thổi khí:
Pmáy = 29GRT,7ne1
−
1
283 , 0
1 2
p p
Trong đó :
Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW G : Trọng lượng của dòng không khí , kg/s G = Qkk ì ρkhớ = 0,23 ì 1,3 = 0,299 kg/s
R : haèng soá khí , R = 8,314 KJ/K.mol 0K
T1 : Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 0K P1 : áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm
P2 : áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 =Pm + 1=0,54 +1=1,54 atm
n = KK−1 = 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí ) 29,7 : hệ số chuyển đổi
e : Hiệu suất của máy , chọn e= 0,7
⇒Pmáy = 029,299,7..08,,283314..0298,7 1,154 1
283 , 0
−
= 12 kW
Chọn 2 mấy 12kW luoõn phieõn hoạt ủộng.
Tính toán đường ống dẫn khí
Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính , chọn Vkhí = 15 m/s Lưu lượng khí cần cung cấp , Qk = 0,23 m3/s
Đường kính ống phân phối chính:
D= π
khi k
V Q 4 =
14 , 3 15
23 , 0 4
ì
ì = 0,14 m
Chọn ống sắt tráng kẽm Φ 140
Từ ống chính ta phân làm 4 ống nhánh cung cấp khí cho bể Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh:
Q’k= 31 Qk
= 4 23 ,
0 = 0,058m3/s Vận tốc khí qua mỗi ống nhánh v’khí = 20 m/s
Đường kính ống nhánh:
d = π
khi k
v Q '
' 4 =
14 , 3 . 20
043 , 0 .
4 = 0,058 m
Chọn loại ống sắt tráng kẽm Φ60
Kiểm tra lại vận tốc Vận tốc khí trong ống chính:
Vkhí = 4 2 D Qk
π =3,14.0,42
23 , 0 .
4 = 15,33 m/s Vận tốc khí trong ống nhánh:
v’khí = 4 '2 d Qk
π = 3,14.0,062
058 , 0 .
4 = 21,1m/s
Tính toán đường ống dẫn nước thải vào bể
Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 1 m/s ( giới hạn 0,5 – 1 m/s ) Lưu lượng nước thải : Q = 800 m3/ngày = 0,0092 m3/s-
Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC , đường kính của ống D = vπ
Q 4 =
14 , 3 . 9 , 0
0092 , 0 .
4 = 0,11 m
Chọn ống PVC Φ114
Tính lại vận tốc nước chảy trong ống:
v= 4. 2 D
Q
π =3,14.0,12
0092 , 0 .
4 = 0,97 m/s
Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn
Lưu lượng bùn tuần hoàn Qr = 430,77m3/ngày = 0,0049 m/s.
Vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện có bơm là 1 – 2 m/s
Chọn vận tốc bùn trong ống v=1 m/s D = vπ
Q
4 = 41.0.,30049,14 = 0,079 m Chọn ống Φ =90
Bảng 4.8 Các thông số thiết kế bể aroten
STT Teõn thoõng soỏ ẹụn vũ Soỏ lieọu thieỏt keỏ
1 Số lượng Công trình 1
2 Chiều dài bể m 12,8
3 Chiều cao rộng bể m 6
4 Chieàu cao beồ m 4,5
5 Chiều cao bảo vệ m 0,5
6 Thể tích thực m3 384
4.3.8 Beồ laộng II