Bể Aerotank được sử dụng phổ biến trong các quá trình xử lý hiếu khí . Mục đích của quá trình nay la dựa vao hoạt động sống va sinh sản của vi sinh vật để ổn định chất hữu cơ lam keo tụ các hạt cặn lơ lửng không lắng được . Tùy thuộc vao thanh phần nước thải cụ thể , Nitơ va Photpho sẽ được bổ sung để gia tăng khả năng phân hủy của vi sinh vật
Các điều kiện , yêu cầu va các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lý : + Cung cấp oxy đủ va liên tục cho bể sao cho lượng DO ra khỏi bể lắng II không nhỏ
hơn 2mg/L
+ Nếu có nhiều chất bẩn trong nước thải sẽ phá hủy chế độ sống bình thường của vi sinh vật trong nước thải , gây “ quá tải “ va nếu có nhiều sẽ gây “ sốc “ vi sinh vật Vì vậy nếu nước thải có nhiều chất bẩn cần phải được pha loãng trước khi xử lý
+ Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho quá trình sinh hóa diễn ra bình thường cần nằm trong giới hạn cho phép: N, P, K, Ca, S, P,...Có thể chọn theo tỷ lệ
sau: BODtoan phần : N : P = 100 : 5 : 1 hay COD : N : P = 150 : 5 : 1
Hình 2 : bể Aerotank
3.3.2 Tính toán cụ thể
Thông số tính toán : ( sách Xử lý nước thải công nghiệp và đô thi của GS Lâm Minh Triết )
Lưu lượng nước thải đầu vao : Q = 600m3/ngay BOD5 trung bình đầu vao bể Aerotank = 244mg/L
Ks = 50mg/L ; Y = 0.5 mgVSS/mgBOD ; k = 0.05 ngay-1
Chọn aerotank kiểu xáo trộn hoan toan để tính toán thiết kế. Các thông số cơ bản tính toán :
1> Tỉ số MLVSS : MLSS = Xv/X = 0.8
2> Ham lượng bùn tuần hoan Cu = Xr = 8000 mgSS/L
3> Ham lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank Xv =MLVSS = 3000mg/L 4> Thời gian lưu bùn trung bình : = 10 ngay
5> Nước thải chăn nuôi có chứa đầy đủ lượng chất dinh dưỡng nitơ , photpho va các chất dinh dưỡng khác .
6> Nước thải sau lắng II chứa Xe = 25 mg/L cặn sinh học , trong đó có 65% cặn dễ phân hủy sinh học
7> BOD5 : BODL = 0.68
8> BOD5 sau lắng II còn lại la S = 20 mgO2/l
9> Dựa vao tỉ số BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 va thanh phần N va P của nước thải để
kết luận chất dinh dưỡng đa lượng đủ cho vi sinh phát triển
Ta có lượng BOD5 la 244mg/l , Nitơ la 76mg/L va Photpho la 16 mg/L Lượng Nitơ cần la : N = = 12.2 mg/L
Lượng Photpho cần la : P = = 0.16 mg/L
Do trong nước thải đem xử lý có 1 lượng N va P lớn nên : Lượng Nitơ còn dư : 41 – 12.2 = 28.8 mg/L
Lượng Photpho còn dư : 9 – 0.16 = 8.84 mg /L
Xác định BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ sau :
Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng - Ham lượng BOD5 của cặn lơ lửng ở đầu ra :
> Ham lượng cặn sinh học dễ phân hủy : Xv của cặn đầu ra chiếm khoảng 65 – 80
%Xe
0.65 * 25 mg/L = 16.3 mg/L
> BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng II :
16.3 mg/L * ( 1.42 mg O2 tiêu thụ / mg tế bao bị oxy hóa ) = 23 mg/l
> BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng II : 23mg/L * 0.68 = 16 mg/L
BOD5 của nước thải sau lắng II : 20 = C + 16 => C = 4 mg/L Hiệu quả xử lý BOD5 của bể Aerotank : = = 98%
Tính thể tích bể:
Thể tích bể Aerotank được tính theo công thức sau:
X = Trong đó:
θc : thời gian lưu bùn (ngay), θc = 10 ngay
Q: lưu lượng nước thải (m3/ngay), Q = 600 m3/ngay Y: hệ số sản lượng tế bao, Y = 0,6
S0: BOD5 nước thải vao bể Aerotank (mg/L), BOD5 = 244 (mg/L) S: nồng độ BOD5 sau lắng II (mg/L)
Chọn:
Xv: ham lượng tế bao chất (vi sinh vật) trong bể (mgVSS/L), Xv = 3000 mgVSS/L Kd: hẹ số phân hủy nội bao (ngay-1), kd = 0.1
Thay θ vaò phương trình trên, xác định được thể tích bể Aerotank:
Vr = = = 134.5 (m3)
Thời gian lưu nước của bể:
HTR = = = 5.4 (h)
Chọn chiều cao hữu ích H = 4.5m, chiều cao bảo vệ hbv = 0.5m. Vậy chiều cao tổng cộng:
Htc = 4.5 + 0.5 = 5 (m)
Chọn tỉ số W:H = 1:1, vậy chiều rộng bể la: W = 5 (m) Chiều dai bể L:
L = = = 6 (m)
Tính lượng bùn dư thải bỏ ra mỗi ngày:
Hệ số sản lượng quan sát (Yobs) tính theo phương trình:
Yobs = = = 0.3 (mg/mg)
Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngay theo VSS:
Px = Yobs×Q×(BOD0 – BOD) = 0.3×600×(244 – 20)×10-3 = 40.32 kgVSS/ngay Tổng lượng bùn dư sinh ra mỗi ngay theo SS:
Px(ss) = = 50.4 kgSS/ngay
Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngay:
Lượng bùn dư cần xử lý = tổng lượng bùn – lượng SS trôi ra khỏi lắng II Mdư(ss) = Px(ss) – Q.SSra = 50.4 – (600×25)×10-3 = 35.4kgSS/ngay
Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý:
Mdư(ss) = 35.4×0.8 = 28.32 kgVSS/ngay
Giả sử ham lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có ham lượng chất rắn 0.8% va khối lượng riêng la 1.008kg/lít. Vậy lưu lượng bùn dư cần xử lý:
Qdư = = 3512 (lít/ngay) = 3.2(m3/ngay) Ham lượng bùn hoạt tính trong bể aerotank:
X = MLSS = MLVSS/0.8 = 3000/0.8 = 3750
Giả sử X0 = 0 va Qr = α.Q, chia hai vế cho Q, biểu thức trên có thể triển khai như sau:
α= = = = 0.88 trong đó:
α: hệ số tuần hoan, α = Qr/q vậy lưu lượng bùn tuần hoan:
Qr = α.Q = 0.88×600 = 528 m3/ngay = 22 m3/h Kiểm tra tải trọng thể tích LBOD và tỉ số F/M Tải trọng thể tích:
LBOD = = = 1.08 (kgBOD5/m3.ngay) nằm trong khoảng từ 0.8-1.92 Tỉ số F/M:
F/M = = = 0.3 (kgBOD/kgVSS.ngay) nằm trong khoảng 0.2 ÷ 0.6 Tính lượng khí cần thiết:
Tính lương khí cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính, biết rằng hiệu suất chuyển hóa oxygen của thiết bị khuếch tán khí la E = 9%, hệ số an toan f = 2.0 để tính công suất thiết kế thực tế của máy thổi khí.
Giả sử BOD5 = 0.68BODL, vậy khối lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính la:
MBODL = = = 197.5 kgBODL/ngay Nhu cầu oxy cho quá trình:
MO2 = MBODL – 1.42×Px(vss) = 197.5 – 1.42×40.32 = 140 kgO2/ngay
Không khí có 23.2% trọng lượng O2 va khối lượng riêng không khí 1.20 kg/m3. Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình la:
Mkk = = = 502 m3/ngay = 0.005m3/phút
Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoan toan:
q = = = 29 L/m3.phút є [20 – 40 L/m3.phút]
lươu lượng khí cần thiết của máy thổi khí:
Qkk = f× = 2× = 7.8 m3/phút
Tính hệ thống phân phối khí
Chọn đĩa phân phối khí dạng đĩa xốp đường kính 170mm, diện tích bề mặt F = 0,02m2. Lưu lượng riêng phân phối khí của đĩa thổi khí = 150 – 200 l/phút, chọn = 200 l/phút.
Lượng đĩa thổi khí trong bể aerotank:
N = = 40(đĩa)
Để thuận lợi cho việc bố trí ta chọn số đĩa thổi khí la 42 đĩa.
Phân phối đĩa thanh hang 6 hang theo chiều dai bể, mỗi hang 7 đĩa.
Lưu lượng không khí cần để khử 1kg BOD5: Lưu lượng khí cấp cho 1m3 nước thải:
C = (m3/m3)
Lưu lượng không khí cần để khử 1kg BOD5:
= = = 83.6(m3khí/kgBOD5)
Trong đó: Q : lưu lượng nước thải.
Qkk : thể tích không khí.
So : BOD5 trong nước thải đầu vao S : BOD5 trong nước thải đầu ra Tính toán ống dẫn nước thải và ống dẫn bùn tuần hoàn : + Ống dẫn nước thải vao :
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống : v =0.7m/s Đường kính ống dẫn : D = (m) = 112(mm)
Chọn ống nhựa PVC d= 112(mm) + Ống dẫn nước thải ra :
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7m/s
Lưu lượng nước thải : Q + Qr = 600 + 528 =1128(m3/ngay) Đường kính ống : D = 0.15(m) = 150(mm)
Chọn ống nhựa PVC d = 150(mm) + Ống dẫn bùn tuần hoan :
Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 1m/s Lưu lượng tuần hoan : Qr = 528m3/ngay Đường kính ống dẫn : D = 0.08(m) = 80(mm) Chọn ống nhựa PVC d = 80(mm)
Tính toán máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén khí được xác định theo công thức:
Htc = hd + hc + hf + H = 0,4 + 0,5 + 4.5 = 5.4 (m) Trong đó:
hd, hc: tổn thất áp lực dọc theo chiều dai ống va tổn thất cục bộ tại các điểm uốn , khúc quanh (m), Tổng tổn thất hd va hc không vượt quá 0,4m.
hf : tổn thất qua các đĩa phân phối (m), giá trị nay không vượt quá 0.5m.
H : chiều cao hữu ích của bể aerotank, H = 4,5m.
Công suất máy thổi khí tính theo công thức sau:
0,283 2 1
. . 1
29,7. . G R T P
P n η P
= ÷ −
Trong đó:
+ P: Công suất yêu cầu của máy (KW) + G: trọng lượng dòng khí(Kg/s)
G = Qk . pkhí = 0.13 x 1,29 = 0,17 (Kg/s) +R: hằng số khí. R = 8,314 (KJ/K.mol.oK ) + T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào:
T1= 273 + 25 = 298 oK
+ P1 : áp lực tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1at
+ P2: áp lực tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 =Htc + 1at = 1,44 at
+ ( k = 1,395 đới vi không khí).
+ 29,7: hệ số chuyển đổi.
+ : hiệu suất của máy nén khí, = 0,7 – 0,9, chọn = 0,8.
Vậy công suất của máy nén khí là:
= 6.8(kW)
Chọn 2 máy thổi khí công suất 6.8kW, một hoạt động, một dự phòng.
Tổng hợp tính toán bể aerotank
Thông số Giá trị
Thể tích bể: dai x rộng x cao 6m x 5m x 5m Lưu lượng bùn thải Qw (m3/ngay) 84.38
Tỷ số tuần hoan bùn, 0,88
Lưu lượng bùn tuần hoan, Qr(m3/ngay) 528
Thời gian lưu nước, (h) 5.4
Lượng không khí cần, Qkk(m3/ngay) 11231 Số đĩa sứ khuyếch tán khí, N (đĩa) 42 Đường kính ống dẫn khí chính, D(mm) 112 Đường kính ống dẫn khí nhánh, d(mm) 40
Công suất máy cấp khí, (kW) 6.8