CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO THỊ XÃ DĨ AN, TỈNH BÌNH DƯƠNG
3.5 Tính toán thiết kế các công trình đơn vị
3.5.4 Bể SBR cải tiến
❖ Nhiệm vụ
Loại bỏ các thành phần ô nhiễm (BOD, COD, nitơ và photpho) nhờ vào hoạt động của vi sinh vật, thông qua các giai đoạn: phản ứng, lắng và sục khí.
Xử lý bùn thải, cung cấp oxy cho nước thải, hạn chế mùi hôi của nước thải. Hệ thống thổi khí giúp nước thải hòa trộn đều với bùn hoạt tính.
Có thể hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn sợi thông qua việc điều chỉnh tỉ số F/M và thời gian sục khí trong quá trình làm đầy.
Hiệu quả xử lý của bể SBR cải tiến: TSS đầu ra, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao.
/ngày.đêm”
Nhà đầu vào Bể SBR cải tiến Bể khử trùng UV
❖ Vị trí
❖ Tính toán
Đây là công trình tính toán công suất giai đoạn 1 với Q = 20.000m3/ngày.đêm
✓ Tính toán ống nhánh phân phối nước thải cho từng bể SBR cải tiến Vận tốc dòng nước trong ống là: v = 0,7 -1,5 m/s, chọn v = 1,0 m/s Lưu lượng nước thải Q = 1000m3/mẻ = 0,058 m3/s
Đường kính ống phân phối nước cho từng bể:
𝐷𝑝ℎâ𝑛 𝑝ℎố𝑖 = √4 × Q
π × v = √4 × 0,058
π × 1,0 = 0,27m = 270 mm
Chọn ống nhánh phân phối nước thải cho từng bể SBR cải tiến làm bằng Inox- 316 có đường kính D=300 mm.
• Các thông số đầu vào của bể:
- Công suất thiết kế: Q = 20.000 m3/ngày. đêm - Hàm lượng BOD5 = 140,22 mg/l
- Hàm lượng COD = 201,65 mg/l - Hàm lượng TSS = 145,35 mg/l - MLVSS = 85 mg/l
- Tổng N khi vào bể: TNK = 40 mg/l
• Các thông số thiết kế:
- Nồng độ bùn hoạt tính ở đầu vào của bể: 𝑋 = 4500 𝑚𝑔/𝑙 - Thời gian lưu bùn (tuổi của bùn) θc = 10 − 30 ngày.
- Tỷ số F/M = 0,05 – 0,3 ngày-1
- Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể MLSS = 2000 – 5000 mg/l - Độ tro của cặn: Z = 0,3
- Chỉ số thể tích bùn: SVI = 120 ml/g - BOD5 = 0,65 COD
- Tỷ số MLVSS/MLSS = 0,80
- Độ kiềm HCO-3, CO3- đủ làm dung dịch đệm để duy trì pH = 7,2 - Hàm lượng oxy hòa tan DO trong bể: 2,0 mg/l
- Tỷ trọng cặn = 1,02
- Nồng độ cặn lắng trung bình dưới đáy bể: XS= 10000 mg/l
- Chất lơ lửng trong nước thải đầu ra chứa 20 mg/l cặn sinh học và 65%
chất có khả năng phân hủy sinh học.
/ngày.đêm”
✓ Xác định bCOD, VSSv và nbVSS
Hàm lượng COD có khả năng phân hủy sinh học được tính bằng:
𝑏𝐶𝑂𝐷 = 1,6 × 𝐵𝑂𝐷5 = 1,6 × 140,22 = 224,35 𝑚𝑔/𝑙
(Nguồn:[12], trang 725) Hàm lượng VSS đầu vào: 𝑉𝑆𝑆𝑣 = 0,8 × 𝑇𝑆𝑆 = 0,8 × 145,35 = 116,28 𝑚𝑔/𝑙 Hàm lượng nbVSS không có khả năng phân hủy sinh học:
𝑛𝑏𝑣𝑠𝑠 = (1 − 0,69) × 116,28 = 36,05 𝑚𝑔/𝑙 Trong đó:
+ 0,69 là 69% cặn có thể phân hủy.
Hàm lượng chất lơ lửng không có khả năng phân hủy sinh học:
𝑛𝑇𝑆𝑆 = 𝑇𝑆𝑆 − 𝑉𝑆𝑆 = 145,35 − 116,28 = 29,07 𝑚𝑔/𝑙
(Nguồn:[12], trang 725)
✓ Xác định chu kỳ vận hành bể
Tổng thời gian hoạt động của 1 chu kỳ:
𝑇 = 𝑡𝐹 + 𝑡𝐴+ 𝑡𝑆 + 𝑡𝐷+ (𝑡1) Trong đó:
+ tF: thời gian làm đầy (h), 𝑡𝐹 = 0 ( vì đây là bể SBR cải tiến nên không có thời gian làm đầy)
+ tA: thời gian phản ứng, tA = 2,8h + tS: thời gian lắng, tS= 1h
+ tD: thời gian tháo nước, tD = 1h + t1: thời gian chờ, t1 = 0
→ T = 2,8 + 1 + 1 = 4,8h Số chu kỳ hoạt động của 1 đơn nguyên trong 1 ngày:
𝑛 =24ℎ
𝑇 = 24ℎ
4,8ℎ= 5 𝑐ℎ𝑢 𝑘ỳ Tổng số chu kỳ của cả 4 đơn nguyên trong 1 ngày:
N = 4 × 5 = 20 chu kỳ Thể tích làm đầy cho mỗi chu kỳ:
𝑉𝐹 =𝑄
𝑁 =20000
20 = 1000 𝑚3 (Nguồn:[12], trang 725)
/ngày.đêm”
Bảng 3.16 Chọn thời gian phản ứng của bể SBR cải tiến Giai đoạn
phản ứng Khuấy Sục khí
Sục khí
Sục
khí Khuấy Sục khí
Sục khí
Thời gian, t (phút) 24 24 24 24 24 24 24
✓ Xác định kích thước bể SBR - Tính thể tích bể SBR, VT
- Chiều cao xây dựng bể SBR, HXD. - Diện tích mặt bằng bể SBR.
Thể tích bể SBR được tính dựa vào phương trình cân bằng vật chất: Tổng hàm lượng SS đầu vào bằng tổng hàm lượng SS sau lắng.
𝑉𝑇 . 𝑋 = 𝑉𝑆 . 𝑋𝑆 Trong đó:
+ VT: thể tích của 1 bể, (m3)
+ X: hàm lượng MLSS đầu vào (g/m3), chọn XMLSS = 4500 mg/l
(Nguồn:[12], trang 703) + VS: thể tích bùn lắng sau rút nước, (m3)
+ XS: hàm lượng MLSS trong bùn lắng, (mg/l) 𝑋𝑆 =103𝑚𝑔/𝑔 . 103𝑚𝑙 𝑙⁄
𝑆𝑉𝐼 =103. 103
120 = 8333,33 𝑚𝑔/𝑙
(Nguồn:[12], trang 726) Trong đó:
+ SVI: chỉ số thể tích bùn, SVI = 100 − 120 ml/g
+ 103mg/g, 103ml l⁄: hệ số biến đổi để kết quả đầu ra, (g/m3).
Gọi K1 là tỷ lệ giữa thể tích bùn lắng và thể tích của bể SBR cải tiến, K1 sẽ là:
𝐾1 = 𝑉𝑆 𝑉𝑇 = 𝑋
𝑋𝑆 = 4500
8333,33= 0,54
(Nguồn:[12], trang 727) Để đảm bảo hàm lượng chất lơ lửng SS không trôi theo trong giai đoạn rút nước cần tính thêm 20% thể tích bể khi đó tỉ lệ Vb
VT sẽ là:
𝐾2 =1,2 × 𝑉𝑆
𝑉𝑇 = 1,2 × 0,54 = 0,648
(Nguồn:[12], trang 727)
/ngày.đêm”
Trong đó: K2: tỷ số giữa thể tích bùn lắng sau rút nước và thể tích bể SBR cải tiến có tính thêm 20% thể tích bể.
Ta có: 𝑉𝐹+ 𝑉𝑆 = 𝑉𝑇 𝑣à 𝑉𝐹
𝑉𝑇+𝑉𝑆
𝑉𝑇 = 1 𝑉𝐹
𝑉𝑇 = 1 −𝑉𝑆
𝑉𝑇 = 1 − 0,648 = 0,352 Chọn VF
VT = 0,50
Thể tích bể SBR cải tiến được xác định:
𝑉𝑇 = 𝑉𝐹
0,352 = 1000
0,352 = 2840 𝑚3
(Nguồn:[12], trang 723) Chọn:
+ Chiều cao của bể: H = 6,5 m + Chiều cao bảo bệ: hbv = 0,5 m
Chiều cao xây dựng bể: Hxd = H + hbv = 6,5 + 0,5 = 7,0 m Diện tích mặt bằng bể SBR cải tiến: 𝐹 =𝑉𝑇
𝐻 =2840
6,5 = 437 𝑚2 Thiết kế bể có kích thước: 𝐿 × 𝐵 × 𝐻 = 30 × 15 × 7,0 𝑚 Chọn số bể SBR cải tiến gồm 4 bể.
✓ Thời gian lưu nước trong bể
Thời gian lưu nước tổng cộng của 4 bể SBR:
𝜃 = 𝑛 × 𝑉𝑇 × 24
𝑄 =4 × 2840 × 24
20000 = 14,0ℎ
(Nguồn:[12], trang 727)
Vậy thời gian lưu nước trong bể thỏa điều kiện từ 12-50h.
✓ Kiểm tra lại thời gian lưu bùn SRT Tổng lượng bùn sinh ra trong 1 bể:
(𝑃𝑋,𝑇𝑆𝑆)𝑆𝑅𝑇 =VT × 𝑋𝑀𝐿𝑆𝑆 = 2840 × 4500 = 12780000 (𝑔/𝑏ể) (𝑃𝑋,𝑇𝑆𝑆)𝑆𝑅𝑇 = 𝑄 × 𝑌(𝑆0− 𝑆)𝑆𝑅𝑇
(1 + 𝑘𝑑𝑆𝑅𝑇) × 0,85+ 𝑄 × (𝑛𝑏𝑉𝑆𝑆) × 𝑆𝑅𝑇 +𝑄 × 𝑌𝑛(𝑁𝑂𝑥)𝑆𝑅𝑇 (1 + 𝑘𝑑𝑆𝑅𝑇)0,85 +𝑓𝑑 × 𝑘𝑑× 𝑄𝑌(𝑆0− 𝑆)𝑆𝑅𝑇2
(1 + 𝑘𝑑𝑆𝑅𝑇)0,85 + 𝑄 × (𝑇𝑆𝑆0 − 𝑉𝑆𝑆0)𝑆𝑅𝑇
(Nguồn:[12], trang 727)
/ngày.đêm”
Trong đó:
SRT: thời gian lưu bùn, (ngày)
Q: lưu lượng trung bình ứng với mỗi bể, Q = 5000 m3/ngđ
nbVSS: hàm lượng VSS không phân hủy sinh học, nbVSS = 36,05 mg/l
Y: hệ số sản lượng bùn, Y = 0,4 gVSS/g. bCOD
S0: nồng độ cơ chất của nước thải dẫn vào bể, S0 = bCOD = 224,35mg/l
S: nồng độ cơ chất của nước thải ra khỏi bể.
Giả sử S0− S ≈ S0, với mong muốn lượng cơ chất (bCOD) trong dòng vào được xử lý toàn bộ, nghĩa là hiệu suất đạt cao nhất có thể.
kd: hệ số phân hủy nội bào, là thông số động học xác định bằng thực nghiệm.
𝑘𝑑,𝑇 = 𝑘20× 𝜃𝑇−20 = 0,12 𝑔𝑉𝑆𝑆. 𝑛𝑔à𝑦 × (1,04)30−20
= 0,178 g VSS/g VSS. ngày
(Nguồn:[12], trang 728) kdn,T = k20× θT−20 = 0,08 gVSS
g VSS. ngày × (1,04)30−20
= 0,118 g VSS/g VSS. ngày
(Nguồn:[12], trang 728) Yn = 0,12 g VSS/g NOx
fd: tỷ lệ vụn tế bào, fd = 0,15 g/g
NOx = 80% × TKN = 0,8 × 40 = 32𝑚𝑔/𝑙
𝑛𝑇𝑆𝑆 = 𝑇𝑆𝑆 − 𝑉𝑆𝑆 = 145,35 − 116,28 = 29,07𝑚𝑔/𝑙 12780000 = 5000 × 0,4 × 224,35(𝑆𝑅𝑇)
[1 + 0,178(𝑆𝑅𝑇)] × 0,85 + 5000 × 36,05(𝑆𝑅𝑇) + 5000 × 0,12 × 32(𝑆𝑅𝑇)
[1 + 0,178(𝑆𝑅𝑇)] × 0,85
+0,15 × 0,178 × 5000 × 0,4 × 224,35(𝑆𝑅𝑇)2
[1 + 0,178(𝑆𝑅𝑇)] × 0,85 + 5000 × 29,07(𝑆𝑅𝑇)
SRT = 26 ngày
✓ Xác định nồng độ MLVSS
Hàm lượng tăng sinh khối trong bể SBR tính theo MLVSS:
(𝑃𝑋,𝑉𝑆𝑆)𝑆𝑅𝑇 = 𝑉𝑇. 𝑋𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆
/ngày.đêm”
(𝑃𝑋,𝑉𝑆𝑆)𝑆𝑅𝑇 =𝑄 × 𝑌(𝑆0 − 𝑆) × 𝑆𝑅𝑇
(1 + 𝑘𝑑 × 𝑆𝑅𝑇) + 𝑄 × (𝑛𝑏𝑉𝑆𝑆) × 𝑆𝑅𝑇 +𝑄 × 𝑌𝑛(𝑁𝑂𝑥) × 𝑆𝑅𝑇
(1 + 𝑘𝑑𝑛. 𝑆𝑅𝑇) +𝑓𝑑× 𝑘𝑑× 𝑄 × 𝑌(𝑆0− 𝑆) × 𝑆𝑅𝑇2 (1 + 𝑘𝑑𝑛 × 𝑆𝑅𝑇)
(Nguồn:[12], trang 728) (𝑃𝑋,𝑉𝑆𝑆)𝑆𝑅𝑇 =5000 × 0,4 × 224,35 × 26
(1 + 0,178 × 26) + 5000 × 36,05 × 26 +5000 × 0,12 × 32 × 26
(1 + 0,118 × 26)
+0,15 × 0,178 × 5000 × 0,4 × 224,35 × 262 (1 + 0,118 × 26)
(𝑃𝑋,𝑉𝑆𝑆)𝑆𝑅𝑇 = 𝑉𝑇. 𝑋𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 = 8873714 (𝑚3/𝑔. 𝑚3)
→ 𝑋𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 =(𝑃𝑋,𝑉𝑆𝑆)𝑆𝑅𝑇
𝑉𝑇 =8873714
2840 = 3126 (𝑔/𝑚3) 𝑋𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆
𝑋𝑀𝐿𝑆𝑆 =3126
4500= 0,695
(Nguồn:[12], trang 729)
✓ Tính lượng 𝐍 − 𝐍𝐇𝟒+ bị oxy hóa thành 𝐍𝐎−𝐱
𝑁𝑂𝑥 = 𝑇𝐾𝑁 − 𝑁𝑒 − (0,12𝑃𝑋.𝑏𝑖𝑜)/Q
(Nguồn:[12], trang 729) Trong đó:
+ NOx: lượng NH4-N đã oxy hóa thành nitrat.
+ TKN0: lượng nito ban đầu, TKN0 = 40 mg/l.
+ Ne: nồng độ NH4-N đầu ra, Ne = 5,0 mg/l.
+ Px,bio: hàm lượng chất rắn dễ phân hủy sinh học.
+ Q là lưu lượng trung bình ngày ứng với mỗi bể, Q = 5000 m3/ngày.
𝑃𝑋.𝑏𝑖𝑜 = 𝑄 × 𝑌(𝑆0− 𝑆)
1 + 𝑘𝑑× (𝑆𝑅𝑇)+ 𝑄 × 𝑌𝑛(𝑁𝑂𝑥)
1 + 𝑘𝑑𝑛× (𝑆𝑅𝑇)+𝑓𝑑 × 𝑘𝑑× 𝑄 × 𝑌(𝑆0− 𝑆)(𝑆𝑅𝑇) 1 + 𝑘𝑑× (𝑆𝑅𝑇)
(Nguồn:[12], trang 729) 𝑃𝑋.𝑏𝑖𝑜 =5000 × 0,4 × 224,35
1 + 0,178 × 26 +5000 × 0,12 × 32 1 + 0,118 × 26
+0,15 × 0,178 × 5000 × 0,4 × 224,35 × 26 1 + 0,178 × 26
= 139792,17 𝑔/𝑛𝑔à𝑦
/ngày.đêm”
Giả sử lượng N − NH4+ đã bị oxy hóa hoàn toàn và lượng NOx− tạo thành:
𝑁𝑂𝑥 = 𝑇𝐾𝑁 − 𝑁𝑒 − (0,12𝑃𝑋.𝑏𝑖𝑜)/𝑄
(Nguồn:[12], trang 730)
𝑁𝑂𝑥 = 40 − 5 − (0,12 × 139792,17)/5000 = 36,1 𝑔/𝑚3
✓ Xác định lượng Nitơ bị oxy hóa
NOx− = 37,82 = N − NH4+ trong dòng nước thải vào bể
Lượng N − NH4 cần nitrat hóa trong nước thải vào bể trong 1 mẻ:
𝑉𝐹(𝑁𝑂𝑥−) = 1000 × 37,82 = 37820 𝑔
(Nguồn:[12], trang 730) Lượng N − NH4 còn lại trước khi vào giai đoạn làm đầy = Ne. VS
𝑁𝑒 = 5 (𝑔/𝑚3) 𝑁 − 𝑁𝐻4+
𝑉𝑆(𝑁𝑒) = 𝑁𝑒(𝑉 − 𝑉𝐹) = 5 × (2840 − 1000) = 9200 𝑔
(Nguồn:[12], trang 730) Tổng lượng N − NH4+ cần oxy hóa trong mỗi mẻ:
𝑇 = 37820 + 9200 = 47020 𝑔
(Nguồn:[12], trang 730) Nồng độ ban đầu N − NH4+: 𝑁0 = 𝑇
𝑉𝑇 =47020
2840 = 16,56𝑔/𝑚3
(Nguồn:[12], trang 730)
❖ Kiểm tra thời gian sục khí để loại bỏ Nito đạt tiêu chuẩn đầu ra Amoni, BOD5
▪ Tính toán điều kiện khử Nito
Bảng 3.17 Thông số động học của quá trình nitrat hóa bùn hoạt tính ở 200 C Chỉ số Đơn vị Khoảng giá trị Giá trị điển hình
μmn gVSS/gVSS.d 0,2 – 0,9 0,75
Kn G bCOD/m3 0,5 -1 0,74
Yn Gg VSS/g bCOD 0,1 – 0,15 0,12
kdn Gg VSS/g VSSd 0,05 – 0,15 0,08
K0 - 0,4 – 0,6 0,5
(Nguồn:[12], trang 705) 𝐾𝑛𝑙𝑛𝑁0
𝑁𝑡 + (𝑁0− 𝑁𝑡) = 𝑋𝑛(𝜇𝑚𝑛
𝑌𝑛 ) ( 𝐷𝑂
𝐾0+𝐷𝑂) 𝑡 , (1) (Nguồn:[12], trang 730)
/ngày.đêm”
Trong đó:
+ Kn: hằng số bán vận tốc.
+ μmn: tốc độ sinh trưởng đặc trưng cực đại của vi khuẩn.
+ K0: hằng số ức chế oxy, K0 = 0,5 g/m3. + DO: nồng độ oxy hòa tan, DO = 2 g/m3. + Nt: nồng độ N đầu ra, Nt = Ne = 5 mg/l.
Nồng độ vi khuẩn nitrat hóa:
𝑋𝑛 = 𝑄(𝑌𝑛)(𝑁𝑂𝑥)𝑆𝑅𝑇
[1 + (𝑘𝑑)(𝑆𝑅𝑇)]𝑉𝑇 =5000 × 0,12 × 36,1 × 26
[1 + 0,08 × 26] × 2840 = 67,38𝑔/𝑚3 (Nguồn:[12], trang 730) Thế Xn vào phương trình (1) => t = 0,048 ngày = 1,15 giờ
▪ Tính toán theo điều kiện khử BOD5
Bảng 3.18 Thông số động học quá trình bùn hoạt tính vi khuẩn dị dưỡng ở 200C
Chỉ số Tên gọi Đơn vị Giá trị Giá trị
tiêu biểu μm
Ks
Y Kd
fd
Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại Hằng số bán vận tốc Hiệu suất tăng trưởng tế bào
Hệ số phân hủy nội bào Tỉ lệ vụn tế bào
gVSS/gVSS.d gbCOD/m3 gVSS/g bCOD g VSS/gVSS.d
-
0,3-13,2 5,0-40,0 0,30-0,50 0,06-0,20 0,08-0,20
6,0 20,0 0,40 0,12 0,15 (Nguồn:[12], trang 704) Xác định tốc độ oxy hóa BOD5 mg/l cho 1 mg/l bùn hoạt tính trong 1 ngày.
1
𝜃𝑐 = 𝑌𝜌 − 𝐾𝑑 Ta có:
Tuổi bùn 𝜃𝑐 = 26 ngày 𝜌 = 1
𝑌(1
𝜃𝑐 + 𝐾𝑑) = 1 0,4(1
26+ 0,12) = 0,39 𝑚𝑔𝑁𝐻4/𝑚𝑔 𝑏ù𝑛 𝑛𝑔à𝑦 Thời gian cần thiết để khử BOD5:
𝜃𝑐 = 𝑆0− 𝑆
𝜌 × 𝑋𝑁 = 224,35
0,4 × 4500 = 0,12 𝑛𝑔à𝑦 = 2,8ℎ
(Nguồn:[12], trang 733)
/ngày.đêm”
✓ Tải trọng hữu cơ và F/M 𝐹
𝑀= 𝑘𝑔 𝐵𝑂𝐵
𝑘𝑔 𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 =𝑄 × 𝑆0
𝑋 × 𝑉 = 20000 × 224,35
4 × 3126 × 2840 = 0,1 𝑔/𝑔. 𝑛𝑔đ
(Nguồn:[12], trang 733) Trị số này nằm trong khoảng cho phép: F/M = 0,04 – 0,1 (ngày -1 )
✓ Tải lượng thể tích BOD 𝐿𝑂𝑟𝑔 = 𝑘𝑔 𝐵𝑂𝐵
𝑚3/𝑛𝑔đ =𝑄 × 𝑆0
𝑉 = 20000 × 224,35
4 × 2840 × 5000 = 0,08 𝑘𝑔/𝑚3. 𝑛𝑔đ
(Nguồn:[12], trang 733)
✓ Tính toán nhu cầu oxi cho 1 bể SBR
𝑅0 = 𝑄(𝑆0− 𝑆) − 1,42𝑃𝑋.𝑏𝑖𝑜 + 4,33𝑄(𝑁𝑂𝑥)
(Nguồn:[12], trang 731) 𝑅0 = 5000 × (224,35 × 10−3) − 1,42 × 139,79 + 4,33 × 5000 × (36,1 × 10−3) 𝑅0 = 1122 − 198,5 + 781,6 = 1705,1 𝑘𝑔/𝑚ẻ = 1705,1𝑘𝑔/2,8ℎ = 608,96 𝑘𝑔/ℎ
Thời gian làm đầy 𝑡𝐹 = 0 (vì đây là bể SBR cải tiến nước vào liên tục nên không tính tới pha làm đầy).
✓ Tính thể tích không khí cần cung cấp
Trong không khí, oxy chiếm 23,2% thể tích. Giả sử trọng lượng riêng của không khí là 1,2kg/m3. Vậy lượng không khí yêu cầu cho quá trình:
𝑄𝑘𝑘 = 𝑅0
0,232 × 1,2 × 39%× 𝑓 Trong đó:
Qkk: lượng không khí cần thiết, m3/h.
f: hệ số an toàn, chọn f =2.
Lượng không khí thiết kế để chọn máy thổi khí:
𝑄𝑘𝑘 = 608,96
0,232 × 1,2 × 39%× 2 = 11217,2 𝑚3/ℎ = 3,12 𝑚3/𝑠
✓ Tính toán đĩa thổi khí Chọn đĩa thổi khí hãng: EDI Thông số đĩa thổi khí:
+ Kiểu: Đĩa (Disc), bọt mịn (Fine bubble) + Lưu lượng thiết kế: 0 - 9,5 m3/h
/ngày.đêm”
+ Diện tích bề mặt hoạt động: F = 0,038 m2 + Đường kính tổng cộng: = 273 mm
+ Màng: màng của đĩa EDI được làm gia công bằng vật liệu EPDM.
+ Kích thước: 9-12 inch (1 inch = 25,4 mm).
Hình 3.10 Đĩa phân phối khí.
Lưu lượng thổi khí trong 1 bể: Qk = 11217,2 m3/h Số đĩa phân phối trong 1 bể:
𝑛 = 𝑄𝑘
7,8=11217,2
7,8 = 1438 đĩ𝑎 Chọn số đĩa phân phối trong bể là 1450 đĩa.
✓ Tính toán máy thổi khí cho bể SBR cải tiến
Lưu lượng không khí: Qk = 11217,2 m3/h = 1,1 m3/s
Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí: Hct = hd + hc + hf + h
(Nguồn:[1], trang 151) Trong đó :
+ hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, (m) + hc: Tổn thất cục bộ, (m)
+ hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, (m) hf 0,5m. Chọn hf = 0,5 m + h : chiều sâu hữu ích của bể SBR, H = 6,5 m
Hct = 0,3 + 0,3 + 0,4 + 6,5 = 7,5 m Áp lực không khí:
𝑃 =10,33 + 𝐻𝑐𝑡
10,33 =10,33 + 7,5
10,33 = 1,7 𝑎𝑡
(Nguồn:[1], trang 151)
/ngày.đêm”
Công suất máy thổi khí:
𝑁 =34400 × (𝑃0,29− 1) × 𝑄 102 × 𝜂
(Nguồn:[1], trang 151) Trong đó:
+ Q: Lưu lượng không khí cung cấp, (m3/s)
+ 𝜂: Hiệu suất của máy thổi khí, 𝜂 = 0,7 - 0,9. Chọn 𝜂 = 0,85 + P: Áp suất của không khí ra, 760 mmHg = 10,33 mH2O (m)
𝑁 =34400 × (1,70,29− 1) × 0,96
102 × 0,85 = 72 𝑘𝑊
Chọn 5 máy thổi khí hãng: AERZEN GM L-G5/DN 150 (overpressure) Trong đó 4 máy hoạt động và 1 máy dự phòng.
Thông số máy thổi khí:
+ Lưu lượng: 2610 m3/h + Công suất: 75 kW + Tiếng ồn: 75 dB(A)
+ Chiều rộng: 1500 mm, Chiều cao: 1900 mm
✓ Tính toán đường ống dẫn khí trong bể
Hệ thống phân khối khí từ máy thổi khí chạy dọc thành bể (trên hành lang công tác) rồi phân phối đều xuống dưới đáy bể. Ống phân phối khí chính đuợc đặt theo chiều rộng bể, các ống nhánh bố trí song song với chiều dài bể. Theo chiều rộng bể, bố trí tâm 2 đĩa cách nhau 0,6 m và cách vách bể 0,6 m. Theo chiều dài bố trí tâm 2 đĩa cách nhau 0,5 m và cách vách 0,5 m.
Số ống nhánh:
nnhánh = chiều rộng bể − 0,5 × 2
khoảng cách giữa các tâm đĩa theo chiều rộng+ 1
=15 − 0,5 × 2
0,60 + 1 = 24 nhánh Số lượng đĩa trên 1 nhánh:
Nđĩa = chiều dài bể − 0,5 × 2
khoảng cách giữa các tâm đĩa theo chiều dài+ 1 = 59 đĩa Chọn 58 đĩa cho 1 nhánh ( trừ khoảng tường đục lỗ của ngăn tiền phản ứng) Số đĩa tổng cộng của 1 bể: 25 × 58 = 1450 đĩa
Số đĩa tổng cộng của 4 bể: 1450 × 4 = 5800 đĩa
/ngày.đêm”
✓ Tính toán đường kính ống phân phối khí
▪ Tính ống dẫn khí chính
Lưu lượng khí trong ống chính: 𝑄𝑘 = 11217,2 𝑚3/ℎ = 3,12 𝑚3/𝑠
Vận tốc khí đi trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng v = 15 ÷ 20 m/s, chọn vkhí = 20 m/s.
Đường kính ống dẫn khí chính:
𝐷𝑐 = √4 × 𝑄𝑘𝑘
𝜋 × 𝑣 = √4 × 3,12
𝜋 × 20 = 0,45 𝑚
Chọn ống khí chính làm bằng Inox-316 có đường kính D=450 mm.
▪ Tính ống dẫn khí nhánh Lưu lượng khí vào ống nhánh:
𝑞𝑘𝑘𝑛 =𝑄𝑘𝑘
25 =3,12
25 = 0,125 𝑚3/ℎ Đường kính ống dẫn khí nhánh:
𝑑𝑛 = √4 × 𝑞𝑘𝑘𝑛
𝜋 × 𝑣𝑘𝑘 = √4 × 0,125
𝜋 × 18 = 0,094 𝑚 Chọn vận tốc khí trong ống nhánh v = 18 m/s.
Chọn ống khí nhánh làm bằng nhựa uPVC có đường kính D=100 mm.
✓ Tính toán dung lượng Decant Thời gian rút nước t = 1h Chiều cao đặt Decanter:
ℎ𝐷𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟 = 0,3 × 𝐻 = 0,3 × 6,5 + 0,5 = 2,45𝑚 , chọn ℎ𝐷𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟 = 2,5 𝑚 (Nguồn:[12], trang 727) Tốc độ rút nước: 𝑉𝐹
𝑡 = 1000
1 = 1000 m3/h
(Nguồn:[12], trang 731) Vị trí đặt Decanter: ở cuối bể.
/ngày.đêm”
Bảng 3.19 Thông số thiết bị Decanter thu nước
Hệ thống rút nước Decanter được sử dụng theo thiết kế của hãng: JORSUN Chọn decanter: MRD1000
Hình 3.11 Thiết bị Decanter.
Thông số Decanter:
+ Lưu lượng: 1000 m3/h + Công suất: 0,75 k
+ Chiều dài Decanter: 8,2 m
+ Đường kính ống thu nước: 700 mm
/ngày.đêm”
✓ Tính toán thiết bị khuấy Năng lượng khuấy trộn:
P = à ì 𝐺2 ì 𝑉𝑇 = 0,8937 ì 10−3ì 502 ì 2840 = 6345,27 𝑊 Trong đó:
+ P: Nhu cầu năng lượng, (W)
+ G: Gradien vận tốc (s-1), chọn G = 50 (s-1)
+ à: Độ nhớt động học của nước (N.s/m2). Đối với nước ở 250C cú à = 0,8937×10-3 (N.s/m2) (Nguồn: trang 94 –Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1)
Công suất máy trộn:
𝑃𝑚 =𝑃
𝜂 =6345,27
0,7 = 9064,67𝑊 = 9,1 𝑘𝑊
Trong đó: 𝜂: hiệu suất (khả năng truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy), thường 𝜂 = 0,6-0,8. Chọn 𝜂 = 0,7.
Chọn thiết bị khuấy hãng: FLYGT
Hình 3.12 Máy khuấy trộn chìm thân ngang.
Thông số máy khuấy:
+ Chọn máy khuấy M-4660 + Công suất: 7,5 – 11,2 kW + Đường kính cánh quạt: 0,58 m
✓ Tính toán lượng bùn sinh ra 𝑃𝑋.𝐼𝑆𝑆 =(𝑉). 𝑀𝐿𝑆𝑆
𝑆𝑅𝑇 =4 × 5000 × 4500
26 = 3461,5 𝑘𝑔/𝑛𝑔à𝑦
(Nguồn:[12], trang 732)
/ngày.đêm”
✓ Xác định lượng bùn thải dư hàng ngày xả vào công trình xử lý bùn Giả sử lượng bùn có trọng lương riêng: ρ = 1,02 kg/m2
Lượng bùn sinh ra từ quá trình, tính theo VSS:
𝑃𝑥, 𝑏𝑖𝑜 = 139792,17 𝑔/𝑛𝑔à𝑦 = 27,96 𝑘𝑔/𝑚ẻ Lượng bùn sinh ra từ quá trình, tính theo TSS:
𝑃𝑋,𝑆𝑆 =𝑀𝐿𝑆𝑆
𝑆𝑅𝑇 =1000 × 3500
26 × 103 = 134,6 𝑘𝑔/𝑚ẻ
(Nguồn:[12], trang 732) Lượng bùn cần xả ra trong sau 1 mẻ:
𝐺𝑥ả = 134,6 + 145,35 × 0,2 × 1000 × 10−3 = 163,67 𝑘𝑔/𝑚ẻ Thể tích bùn cần xả ra sau 1 mẻ (với tỷ trọng cặn bằng 1,02):
𝑉𝑥ả =𝐺𝑥ả× 1000
𝑋𝑠× 1,02 =163,67 × 1000
10000 × 1,02 = 16,05 𝑚3/𝑚ẻ
✓ Đường kính ống dẫn bùn ra khỏi bể
Thể tích bùn cần xả ra sau 1 mẻ (với tỷ trọng cặn bằng 1,02) : Vxả = 16,05 m3 Chọn xả bùn không liên tục, thời gian xả bùn cho mỗi chu kì là 20 phút.
Lưu lượng bùn xả trong mỗi chu kì hoạt động:
𝑄 =𝑉𝑥ả
𝑡 =16,05
20 = 0,8 𝑚3/𝑝ℎú𝑡 = 0,01 𝑚3/𝑠 Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 0,7 m/s.
Đường kính ống xả bùn:
𝐷𝑏ù𝑛 = √4 × 𝑄𝑏ù𝑛
𝜋 × 𝑣 = √4 × 0,018
𝜋 × 0,7 = 0,1 𝑚 Vậy ống xã bùn làm bằng Inox-316 có đường kính D=100 mm.
✓ Tính toán máy bơm bùn
Bùn cặn tập trung dưới đáy bể, cặn bơm hút ra và xả vào bể chứa bùn.
Công suất máy bơm:
𝑁 =𝑄𝑏ù𝑛 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻𝑏ù𝑛
1000 × 𝜂 =0,018 × 1053 × 9,81 × 10
1000 × 0,8 = 2,32 𝑘𝑊 Trong đó:
+ Qbùn: lưu lượng bùn ra, m3/s
/ngày.đêm”
+ : Hiệu suất chung của bơm từ 0,8 – 0,9; chọn = 0,8 + ρ : Khối lượng riêng của bùn 1053 kg/m3
+ Hb : cột áp bơm, chọn Hb = 10 m Chọn 4 máy bơm bùn có cùng công suất.
✓ Tính toán đường kính ống thu nước mỗi bể dẫn nước ra mương UV Vận tốc dòng nước trong ống là: v = 0,7 -1,5 m/s, chọn v = 1 m/s
Lưu lượng nước thải: Q = 1000 m3/mẻ (của toàn giai đoạn) = 0,058 m3/s Đường kính ống dẫn nước: D = √4×Q
π×v= √4×0,058
π×1,0 = 0,27 m = 270 mm
Chọn ống dẫn nước thải qua mương UV bằng Inox-316 có đường kính D = 300mm.
Bảng 3.20 Thông số thiết kế bể SBR cải tiến
Tên Thông Số Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Kích thước bể
Số đơn nguyên bể SBR cải tiến N 4 bể
Chiều dài bể L 30 mét
Chiều rộng bể B 15 mét
Chiều cao hữu ích bể H 6,5 mét
Thể tích bể VT 2840 m3
Thời gian hoạt động của 1 chu kỳ T 4,8 giờ
Thời gian lưu nước trong bể θ 14,0 giờ
Thời gian lưu bùn SRT 26 ngày
Hệ thống phân phối khí
Đĩa phân phối khí N 1450 Đĩa/bể
Đường kính ống khí chính Dc 450 mm
Đường kính ống nhánh dn 100 mm
Khoảng cách giữa các đĩa thổi khí
trên ống nhánh dđĩa 0,60 mm
Số ống nhánh nnhánh 24 ống
Số đĩa trên 1 đường ống Nđĩa 59 đĩa
Bùn
Khối lượng bùn cần thải bỏ sau 1
chu kỳ Vbùn dư 16,05 m3
Thời gian bơm bùn T 20 phút
Lưu lượng bùn xả trong một chu kỳ
hoạt động Qbùn 0,01 m3/s
Đường kính ống xả bùn Dbùn 100 mm
Số máy bơm bùn - 4 máy
/ngày.đêm”
Bể SBR cải tiến Bể khử trùng UV Hồ hoàn thiện
✓ Tính toán đường kính ống chính dẫn nước ra mương UV Vận tốc dòng nước trong ống là: v = 0,7 -1,5m/s, chọn v = 1 m/s
Lưu lượng nước thải: Q = 3000 m3/mẻ (của toàn giai đoạn) = 0,17 m3/s Đường kính ống dẫn nước thải:
D = √4 × Q
π × v = √4 × 0,17
π × 1,0 = 0,47 m = 470 mm
Chọn ống nước thải chính làm bằng Inox-316 có đường kính D=500 mm.