Bể aeroten

a. Chức năng

Là thiết bị chủ yếu để xử lý COD, BOD trong dòng thải bằng hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí. Ngoài ra, nó còn có tác dụng giảm một số tác nhân ô nhiễm khác trong dòng thải như TS, các muối SO₄2-

cung cấp lượng oxy cần thiết cho quá trình hoạt động của các vi sinh vật, đồng thời ngăn ngừa việc lắng bùn trong bể - tránh xảy ra sự phân hủy yếm khí gây ảnh hưởng đến quá trình. Sản phẩm phân hủy sinh học là khí CO₂, H₂O và bùn hoạt hóa (sinh khối).

b. Tính toán

Nước thải sau xử lý ở bể lắng đợt I được dẫn đến công trình xử lý sinh học aeroten – Qúa trình bùn hoạt tính vi sinh vật lơ lửng.

Tính toán thiết kế aeroren căn cứ vào các yếu tố sau đây: Thành phần và tính chất của nước thải;

Nhu cầu oxy cần cho quá trình oxy hóa sinh học; Mức độ xử lý nước thải;

Hiệu quả sử dụng không khí. Nội dung tính toán aeroten gồm các phần sau:

Xác định lượng không khí cần thiết cung cấp cho aeroten; Chọn kiểu bể và xác định kích thước bể;

Chọn kiểu và tính toán thiết bị khuyếch tán không khí.

Khi thiết kế công trình xử lý sinh học áp dụng quá trình bùn hoạt tính ta phải xem xét các yếu sau:

Kiểu bể bùn hoạt tính (chảy nút, xáo trộn hoàn toàn, chảy tầng…); Tải trọng tiêu chuẩn;

Lượng bùn sinh ra;

Nhu cầu oxy cung cấp và phương thức cung cấp; Nhu cầu chất dinh dưỡng;

Kiểm soát các vi sinh vật dạng sợi; Tính chất nước thải sau xử lý.

Giả sử hàm lượng BOD₅ sau lắng đợt I giảm 20%. Vậy hàm lượng BOD₅ vào aeroten là:

S_o = 860mg/L (1 - 0.2) = 688 mg/L

K_s = 50mg/L; Y = 0.5mgVSS/mgBOD₅; K_d = 0.05 ngày^-1

Trong cách tính này, chọn aeroten kiểu xáo trộn hoàn toàn để tính toán thiết kế. Các thông số cơ bản tính toán aeroten kiểu xáo trộn hoàn toàn (Lâm Minh Triết (chủ biên), xử lí nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình).

Lưu lượng trung bình ngày đêm, Q = 1000 m3/ngđ;

Tỉ lệ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi và chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp bùn và nước thải (MLVSS: MLSS) là 0.8;

Hàm lượng bùn tuần hoàn: C_u = 8000 mgSS/L;

Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten: MLVSS = 3000 mg/L; Thời gian lưu bùn trung bình: c ¹⁰ng^ày;

Nước thải dệt nhuộm cần thiết bổ sung dinh dưỡng theo tỷ số BOD: N: P tối thiểu bằng 100: 5: 1;

Nước thải sau lắng II chứa 22 mg/L cặn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ phân hủy sinh học;

BOD₅ = 0.68 BOD_L;

BOD₅ sau lắng II còn lại là 50 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 Xác định BOD₅ của cặn lơ lửng ở đầu ra:

Hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy:

0.65 22 mg/L = 14.3 mg/L

BOD_L của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng II:

14.3 mg/L 1.42 (mgO₂ tiêu thụ / mg tế bào oxy hóa) = 20.3 mg/L

BOD₅ của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng II: 20.3 mg/L 0.68 = 14 mg/L

BOD₅ hòa tan của nước thải sau lắng II: 50 = C + 14

Hiệu quả xử lý BOD₅ của bể aeroten: 100 ^{688 50} 100 93% 688 O O S S E S  Tính toán hóa chất

Bể chứa Urê (10%) và bơm châm dung dịch Urê

Trong xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính tỷ lệ BOD: N = 100: 5, do đó với BOD_đầuvào= 860mg/L, lượng N cần thiết là:

43 100

860 5

N mg/L

Phân tử lượng của urê (H₂N-CO-NH₂) = 60 Khối lượng phân tử N₂ = 2 14 = 28.

Tỉ lệ khối lượng:

60 28

Urê N

Lượng Urê cần thiết 92.1 28

43 60

mg/L

Lưu lượng nước thải trung bình cần xử lý, Q = 1000m3/ngđ Lượng Urê tiêu thụ 92.1

1000 1000 1 . 92 kg/ngày

Nồng độ dung dịch Urê sử dụng = 10% hay 100kg/m3

Lưu lượng dung dịch Urê cung cấp 0.921 100

1 . 92

m³/ngđ Thời gian lưu dung dịch = 1 ngày

Thể tích bể yêu cầu = 0.921 m3

Chọn 2 máy bơm châm Urê (1 vận hành, 1 dự phòng) Bể chứa H₃PO₄ và bơm châm H₃PO₄

Tỷ lệ BOD: P = 100:1, do vậy với BOD_đầuvào=860mg/L: Lượng P cần thiết là P 8.6 100 860 1 mg/L Sử dụng H₃PO₄ làm tác nhân cung cấp P. Khối lượng phân tử của H₃PO₄ = 98 Khối lượng nguyên tử P = 31

Tỉ lệ khối lượng: 98 31 4 3PO H P Lượng H₃PO₄ cần thiết 27.18 31 6 . 8 98 mg/L

Lưu lượng trung bình của nước thải cần xử lý: Q = 1000m3/ngđ Lượng H₃PO₄ tiêu thụ 27.18 1000 1000 18 . 27 kg/ngày Nồng độ H₃PO₄ sử dụng = 85% = 850 kg/m³ Dung dịch H₃PO₄ cung cấp 0.032 / 850 / 18 . 27 3 m kg ngày kg m³/ngđ hay 32 L/ngày

Thời gian lưu = 2 ngày

Chọn: 2 máy bơm châm H₃PO₄ (1 vận hành, 1 dự phòng).

 Xác định thể tích bể aeroten

Thể tích aeroten được tính theo công thức sau:

3 ( ) 10 1000 0.5 (688 36) 724.4 (1 ) 3000 (1 0.05 10) C O d C Q Y S S V m X K Trong đó: V: thể tích bể aeroten, m3 ;

Q: lưu lượng nước thải đầu vào, Q = 1000 m³/ngđ; Y: hệ số sản lượng bùn, Y = 0.5 mgVSS/mgBOD₅; S_O: BOD₅ của nước thải vào bể aeroten, S_O = 688 mg/L; S: nồng độ BOD₅ sau lắng II, S = 36 mg/L;

X: nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể aeroten, X = 3000 mg/L;

K_d: hệ số phân hủy nội bào, K_d =0.05 ngày^-1; _C= 10 ngày;

Chọn kích thước bể:

- Chiều cao hữu ích, H = 4m;

- Chiều cao bảo vệ, H_bv = 0.5m.

Vậy chiều cao tổng cộng của bể: H_tc = H + H_bv = 4 + 0.5 = 4.5m Chia bể làm 2 ngăn, kích thước mỗi bể:

L B H = 11.5 7 4.5 Thời gian lưu nước của bể:

⁷²⁵ 24 17.4 1000

V

h Q

 Lượng bùn phải xả ra mỗi ngày:

Hệ số sản lượng quan sát tính theo công thức:

^0.5 0.333 1 1 0.05 10 obs d c Y Y K

Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS:

3 3 ( ) 0.333 1000 (688 36) 218 / ày 10 / 10 obs O X Y Q S S P kgVSS ng g kg

Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS:

_{( )} ²¹⁸ 273 / ày 0.8 0.8 X X SS P P kgSS ng

Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:

Lượng bùn dư cần xử lý = Tổng lượng bùn – Lượng SS trôi ra khỏi lắng II M_dư(SS) = 273 kgSS/ngày – 1000 m³/ngày 22g/m³ 10^-3kg/g = 251kgSS/ngày

Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý: M_dư(VSS) = 251 0.8 = 200.8 kgVSS/ngày

 Xác định lưu lượng bùn thải:

Giả sử bùn dư được xả bỏ từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn, Q_ra = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS). Khi đó lưu lượng bùn dư được thải bỏ tính theo công thức: ra ra b C X Q X Q X V Trong đó: V: thể tích aeroten, V = 725 m³;

X: nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể aeroten, X = 3000mg/L; X : nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, X = 0.8 22mg/L = 17.6mg/L;

Q_b: lưu lượng bùn thải, m3

;

Q_ra: lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng đợt II, Q_ra = Q = 1000m³/ngđ. Từ đó tính được: 3 725 3000 (10 1000 17.6) 67 / 10 3000 C ra ra b C V X Q X Q m ngđ X  Tính hệ số tuần hoàn

Phương trình cân bằng vật chất cho bể aeroten: QX_o + Q_thX_th = (Q + Q_th)X

Trong đó:

Q: lưu lượng nước thải, m³;

Qth: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn, m3/ngđ;

X_o: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào aeroten, mg/L; X: nồng độ VSS ở bể aeroten;

X_th: nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, X_th = 8000mg/L.

Giá trị X_o thường rất nhỏ so với X và X_th, do đó trong phương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng QX_o. Khi đó phương trình cân bằng vật chất sẽ có dạng:

Q_th.X_th = (Q + Q_th).X

Chia 2 vế của phương trình này cho Q và đặt tỉ số Q_th/Q = ( được gọi là tỉ số tuần hoàn), ta được:

.X_th = X + .X Hay 0.6 3000 8000 3000 X X X th

 Xác định lượng oxy cấp cho aeroten theo NOS₂₀:

Khối lượng NOS₂₀ cần xử lý mỗi ngày là:

) 68 . 0 36 688 ( G 1000 10^-3 = 636 kg/ngày Tính lượng oxy yêu cầu theo công thức:

Tính thể tích không khí theo yêu cầu:

Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn ki sử dụng trong thiết kế thực tế là 2.

Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết (giả sử không khí chứa 23.2% O₂ theo trọng lượng và trọng lượng riêng của không khí ở 20o

C là 0.0118 kN/m³ = 1.18 kg/m³) là: 1191 232 . 0 18 . 1 326 m³/ngày

Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển 8% sẽ bằng:

14888 08 . 0 1191 m³/ngày = 10m³/phút

Lượng không khí thiết kế để chọn máy nén thổi khí sẽ là: 10 2 = 20 m³/phút = 0.33 m³/s

Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ:

Tỷ số F/M xác định theo công thức sau đây:

688 0.3 (17.4 / 24 / ) 3000 / O S F M X h h ngày mg L ngày^-1

Giá trị này nằm trong khoảng cho phép (F/M = 0.2 0.6 ngày-1

) Tải trọng thể tích của bể aeroten:

91 . 0 756 1000 10 688 ³ V Q S L O kgBOD₅/m³ngày