1.6.1. Nhiệm vụ
Xử lý các chất hữu cơ trong nước thải bằng quá trình vi sinh hiếu khí.
1.6.2. Tính toán
Vật liệu đệm là giá thể vi sinh dạng tổ ong với các thông số:
Diện tích bề mặt:110 (m2/m3) Khoảng trồng bề mặt: 99,2%
Độ dày 0,35 (mm), 32 (lớp/m3) Trọng lượng 6,5 – 7 (Kg/m3)
Kích thước L x B x H = 100 x 50 x 6,25(cm) Chất liệu PVC
Nhãn hiệu KaiShing Xuất xứ: taiwan
Chiều cao lớp vật liệu đệm là 1m, đặt ngập hoàn toàn trong nước cách thành bể 1m Các thông số tính toán cơ bản cho Aerotank
- Thời gian lưu bùn = 5-15 (ngày) - Tỉ số F/M: 0,2 – 0,6 (kg/kg.ngày)
- Tải trọng thể tích: 0,8 – 1,92 (kg BOD/m3.ngày) - Nồng độ MLSS: 2500 – 4000 (mg/l)
- Tỷ số thể tích lưu lượng giờ:
- Tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính:
- BOD5 : BOD20 = 0,68 - MLVSS : MLSS = 0,8
Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải cần đạt sau xử lý: Cs = 69,6 (mg/l), gồm có 60% là cặn có thể phân hủy sinh học.
Nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra tính theo công thức sau:
BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể lắng + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra.
Lượng cặn có thể phân hủy sinh học: 0,6 69,6 = 41,76 (mg/l).
BODL của cặn lơ lửng của nước thải đầu ra:
41,76 × (1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào) = 59,3 (mg/L) Giả sử tỉ lệ BOD5/BODL là 0,68
BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải đầu ra:
BOD5 = BODL × 0,68 = 59,3 x 0,68 = 40,324 (mg/L) BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng:
69,6 = S + 40,324 S = 29,276 (mg/l) Hiệu quả xử lý BOD5 của ngăn hiếu khí:
Tính kích thước bể
Thể tích bể Aerotank được xác định theo công thức:
Trong đó:
V: Thể tích bể Aerotank, (m3)
c: Thời gian lưu bùn. Chọn c= 15 (ngày) Q: lưu lượng nước thải vào bể, Q = 150 (m3/ngđ)
Y = 0,6 (mgVSS)/mgBOD5: Hệ số sản lượng bùn, Y = 0,4 - 0,8mg/mgBOD5. S0: BOD5 vào bể Aerotank, S0 = 195 (mg/L)
S: BOD5 ra khỏi bể Aerotank, S = 29,25 (mg/L) kd = 0,04 ngày-1: Hệ số phân hủy nội bào.
X = 3000 (mg/l): Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính Thời gian lưu nước trong bể
Lượng bùn xả ra hàng ngày Qw từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn cặn
= 0,33 (m3/ngày) Với Cra là nồng độ chất bay hơi ở đầu ra hệ thống
Cra = 0,8 x SSra = 69,6 x 0,8 = 55,68 Chiều cao hữu ích của bể Aerotank :H1 = 4
Chiều cao bảo vệ Hbv = 0,3 (m)
Vậy chiều cao tổng cộng của bể Aerotank H = H1 + Hbv = 4 + 0,3 = 4,3 (m)
Diện tích bề mặt bể :
Chọn:
o Số đơn nguyên bể n = 1 o Chiều dài bể B = 5 (m) Chiều rộng của bể aerotank là :
Vậy xây dựng bể aerotank có kích thước như sau:
Tính lượng cặn dư thải ra mỗi ngày sau khi nhà máy hoạt động ổn định Hệ số sản lượng quan sát Yobs tính theo phương trình
Lượng bùn hoạt tính sinh ra mỗi ngày theo VSS:
Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày:
Ta biết:
Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi
Mdư = Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày – Lượng SS trôi ra khỏi bể lắng 2 Mdư(SS) = Px(SS) – SSr xQ = 13,31 – (69,6 x 150 x 10-3)= 2,87 (kgSS/ngày) Lượng bùn cặn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý.
Mdư(VSS) = 0,7 x 2,87 = 2 (kgSS/ngày).
Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn 0,7% và khối lượng riêng là 1,008 (kg/l)
Vậy lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:
Tỉ lệ bùn tuần hoàn
Tỉ lệ bùn tuần hoàn dựa trên phương trình cân bằng sinh khối QXo + QrXr = (Q + Qr)X (*) Trong đó
Xo: hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào,(mg/l)
Q: lưu lượng bùn vào bể, (m3/ngày) Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn,(m3/ngày)
Xr: hàm lượng SS của bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn, (mg/l) Xr = 8000 (mg/l) X: hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank, (mgMLSS/l)
Xo: hàm lượng VSS trong nước thải vào bể Aerotank Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aerotank:
MLSS = MLVSS/0,8 = 3000 (mgVSS/L)/0,8 = 3750 (mgSS/L) Giả sử Xo = 0, Qr = Q
Chia 2 vế phương trình (*) cho Q ta được:
0,251 Trong đó: là hệ số tuần hoàn
Vậy lưu lượng bùn tuần hoàn
Qr = x Q = 0,88 x 150 (m3/ngđ) = 132 (m3/ngày) = 5,5 (m3/h)
Kiểm tra tải trọng thể tích LBOD và tỉ số F/M:
Tải trọng thể tích
Trị số này nằm dưới cho phép là: 0,8 – 1,92(kg/BOD5/m3.ngày) Tỉ số F/M
Trị số này nằm trong khoảng cho phép: F/M = 0,2 – 0,6 (ngày-1)
Tính lượng khí cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính.
Giả sử BOD5 = 0,68 BODL, khối lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính là:
Nhu cầu oxy cho quá trình
Lượng oxy thực tế cần dùng cho bể:
Trong đó
CS : nồng độ bão hòa của oxy trong nước ở nhiệt độ làm việc, CS = 9,08 (mg/l) (khoảng 30oC)
CL : lượng oxy hòa tan cần duy trì trong bể, CL = 2 (mg/l) (Trang498, Xử lý nước thải công nghiệp và đô thị - Tính toán thiết kế công trình, GS.TS. Lâm Minh Triết)
Trong không khí, oxy chiếm 21% thể tích, giả sử rằng trọng lượng riêng của không khí là 1,2 (kg/m3), vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình là:
Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn
Với E = 9%: hiệu suất chuyển hóa oxygen của thiết bị khuếch tán khí Lượng không khí cần thiết cho máy thổi khí
Tính toán hệ thống sục khí:
Hệ thống phân phối khí được bố trí trên thành bể rồi chạy dọc theo thành bể xuống đáy bể với các ống nhánh song song chiều ngang bể
Ống chính được đặt trên thành bể với lưu lượng khí thổi vào Qc = 0,03(m3/s)
Chọn 3 ống nhánh, khoảng cách giữa 2 ống nhánh liên tiếp là 0,6(m). Lưu lượng vào mỗi ống nhánh liên tiếp là Qn = Qc/3 = 0,03/3 = 0,01(m3/s)
Chọn hệ thống khuyếch tán khí bằng đĩa sứ bố trí đều trên diện tích bể.
Chọn đĩa phân phối khí AFD350, đường kính đĩa 12 inch = 304,8 (mm), diện tích bề mặt đĩa Fđĩa = 0,073 (m2), lưu lượng khí r = 4,2 – 8,3 (m3/h). Chọn r = 8 (m3/h) = 0,0022 (m3/s). Vậy số đĩa phân phối khí trên 1 ống nhánh là 5 đĩa
Đường kính ống phân phối khí
- Tốc độ khí trong ống dẫn v = 10 – 15 (m/s) (Trịnh Xuân Lai, 2000.
Trang 107) Chọn v = 11(m/s)
- Đường kính ống dẫn khí chính cung cấp cho bể √
√
- Đường kính ống nhánh √
√
Tính toán máy nén khí cho bể bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn:
Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo công thức Hct = Hd + Hcb + Hf + H
Trong đó:
Hd : tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài ống dẫn.
Hcb : tổn thất áp lực cục bộ.
Hf : tổn thất qua thiết bị phân phối.
H : chiều sâu hữu ích của bể.
Tổn thất Hd và Hcb thường không vượt quá 0,4, tổn thất Hf không quá 0,5(m) Do đó, áp lực cần thiết sẽ là: Hct = 0,4 + 0,5 + 3 = 3,9 (m)
Áp lực không khí sẽ là:
Công suất máy nén khí tính theo công thức:
Với : là hiệu suất máy khí nén, chọn = 70% (quy phạm từ 0,7 – 0,9) Chọn 2 máy nén khí (một dự phòng) hoạt động luân phiên
Model: SL 050 (50) do Korea fluied machinery sản xuất Lưu lượng khuấy 0,72 (m3/min)
Công suất 1,48 (kW), (2Hp).