III. TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH XỬ LÝ, PHƢƠNG ÁN I
3.3.Bể UASB
3.3.1. Cơ sở chọn phương án
Xử lý sinh học bằng vi sinh vật yếm khí là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vơ cơ cĩ trong nƣớc thải trong mơi trƣờng khơng cĩ oxy. Quy trình này đƣợc áp dụng để xử lý ổn định cặn và xử lý nƣớc thải cơng nghiệp cĩ nồng độ BOD, COD cao (≥ 500 mg/l) áp dụng quy trình xử lý hai bậc, bậc một xử lý yếm khí, bậc hai xử lý hiếu khí.
3.3.2. Tính tốn thiết kế bể UASB
Bảng 32: các thơng số thiết kế bể UASB
Chỉ số Đơn vị Giá trị
Lƣu lƣợng m3/ngđ 600
BOD5 mg/l 1282
COD mg/l 1650
SS mg/l 630
Yêu cầu sau bể UASB: CODr ≤ 500 mg/l để đƣa qua quy trình xử lý hiếu khí tiếp theo, chọn CODr = 450 mg/l.
– Hiệu quả làm sạch cần đạt của bể UASB:
Trong đĩ:
E = CODv − CODr
CODv =1650− 450 =73% 1650
CODv : nồng độ COD dẩn vào bể UASB, CODv = 1650 mg/l. CODr : nồng độ COD dẩn ra khỏi bể UASB, CODr = 450mg/l. – Lƣợng COD cần khử 1 ngày:
G = Qngđ× (CODv−COD )×10−3 =600× (1650−450)×10−3 =720kg/ngày
Tải trọng khử COD hàng ngày (lấy theo bảng 12-1 sách Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải TS. Trịnh Xuân Lai):
a = 8 kgCOD/m3.ngày – Dung tích phần xử lý yếm khí:
G Vk =
a = 7208 =90m3
Tốc độ nƣớc đi lên trong bể: 0,6 ÷0,9 m / h chọn v = 0,8 m/h
– Diện tích mặt bằng bể cần thiết: F = Qtbh v = 25 =31,3 m2 0,8 Trong đĩ:
Qtbh : lƣu lƣợng nƣớc thải dẩn vào bể UASB tính theo giờ, Qtbh = 25 m3/h.
v : vận tốc đi lên của nƣớc trong bể, v = 0,8 m/s – Chiều cao phần xử lý yếm khí:
H = Vk 1 F = 90 31,4 =2,9m – Chọn chiều cao vùng lắng: – Chọn chiều cao phần dự trữ:
– Chiều cao xây dựng bể UASB:
H2 = 1,2 m
H3 = 0,3 m.
H = H1 + H2 + H3 = 2,9 + 1,2 + 0,3 = 4,4 m – Thể tích tồn bộ bể UASB:
Vt = H × F = 4,4 × 31,4 = 138 m3 – Kiểm tra thời gian lƣu nƣớc trong bể:
F ×(H − H ) 31,4×(4,4 −0,3) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
t = 3 =
Qtbh =5,1giờ
25
Kích thƣớc bể UASB: ta cĩ diện tích mặt bằng bể F = 31,4 m2, chọn chiều dài của bể L = 6 m vậy chiều rộng của bể B = 5,2 m.
F = B× L = 5,2m × 6m =
31,4m2
Tính tốn phần máng lắng cặn: chọn gĩc nghiêng của máng lắng nghiêng một gĩc α = 500 so với tƣờng của bể UASB
– Bể đƣợc chia làm 2 ngăn lắng, chiều rộng mỗi máng:
b = B =5,2 = 2,6m 2 2
– Chiều cao phần máng lắng:
L
– Kiểm tra chiều cao ngăn lắng: tỷ số giửa chiều cao máng lắng so với chiều cao xây dựng bể phải ≥ 30% HC ≥ 30% H ⇔ 1,6 =35,6% ≥ 30% 4,4
Nhƣ vậy chiều cao phần máng lắng đảm bảo chiều cao thiết kế.
– Kiểm tra thời gian lƣu nƣớc trong ngăn lắng, thời gian lƣu nƣớc trong ngăn lắng phải đảm bảo ≥ 1giờ
Kiểm tra thời gian lƣu:
V F×(H − H )
31,4×(1,6 −0,3)
t = l = L 3 = = 1,6giờ
Trong đĩ:
Qgiờ Qgiờ 25
tl : thời gian lƣu nƣớc trong ngăn lắng, (giờ) Vl : thể tích ngăn lắng, Vl = F × (H1 + H3)
Qgiờ : lƣu lƣợng nƣớc thải theo giờ, Qgiờ = 25 m3/h F : diện tích mặt bằng bể, F = 31,4 m2
HL : chiều cao ngăn lắng, HL = 1,6 m H3 : chiều cao phần bảo vệ, H3 = 0,3 m
Nhƣ vậy thời gian lắng trong máng lắng đảm bảo yêu cầu thiết kế. Tính tốn tấm chắn khí và tấm hƣớng dịng
– Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí: vận tốc nƣớc chảy qua khe vào ngăn lắng nằm trong khoảng 9 ÷ 10 m/h, chọn v = 10 m/h Ta cĩ: v = Qh ΣSkhe = 25 4× 6× bk = 10m / h Trong đĩ: ⇒ bk = 25 4× 6×10 = 0,104m
bk : khoảng cách giửa hai tấm chắn khí, m
∑Skhe = 4 × L × bk (m2)
3.3.3. Tính tốn lượng khí mêtan sinh ra
– Lƣợng khí sinh ra khi phân huỷ 1 kg COD là: m = 0,5 m3/kg COD – Vậy lƣu lƣợng khí sinh ra trong một ngày là:
Qkhí = m × G = 0,5 × 720 = 360 m3/ngđ Trong đĩ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
G : lƣợng COD kgử mổi ngày, G = 720 kgCOD/ngđ
Trong tổng tồn bộ thể tích khí sinh ra thì khí CH4 chiếm 75% thể tích, nhƣ vậy lƣợng khí mêtan do bể UASB sinh ra trong ngày là:
QCH = Qkhí× 75% = 360× 75% = 270m3/ngđ
3.3.4. Tính tốn dàn ống phân phối nước vào
Phân phối nƣớc vào bể UASB bằng dàn ống xƣơng cá. Sơ đồ bố trí ống đƣợc thể hiện trên hình 6
Chọn vận tốc nƣớc trong ống chính vc = 1 m/s, vận tốc nƣớc trong ống nhánh vn = 1 m/s, vận tốc trong ống xƣơng cá vx = 1 m/s, đƣờng kính lổ phân phối dl = 15 mm. Tra bảng tính tốn lƣu lƣợng ta cĩ:
– Đƣờng kính ống phân phối chính: Dc = 100 mm. – Đƣờng kính ống nhánh: Dn = 60 mm.
– Đƣờng kính ống xƣơng cá d = 27 mm.
3.3.5. Tính tốn lượng bùn sinh ra
– Lƣợng sinh khối hình thành mỗi ngày:
Px =Y[(COD −COD )Q ]= 1+ kdθc 0,04[(1650− 450)600] 1+0,025×60 ×10−3 =11,6kgVS/ ngđ Trong đĩ: Y : hệ số sản lƣợng bùn, Y = 0,04gVSS/gCOD = 0,04kgK/S/kgCOD
CODv : nồng độ COD dẩn vào bể UASB, CODv = 1650 mg/l. CODr : nồng độ COD dẩn ra khỏi bể UASB, CODr = 450 mg/l Qngđ : lƣu lƣợng nƣớc thải, Qngđ = 600 m3/ngđ
kd : hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,025ngay-1 θc : thời gian lƣu bùn trong bể, θc = 60 ngày
4
– Lƣợng bùn bơm ra mỗi ngày: Trong đĩ: Wb = Px CSS=11,6 =0,23m3 / ngđ 50 CSS : nồng độ bùn trong bể UASB, Css = 50kg/m3. Bảng 33: nồng độ các chất vào và ra khỏi bể UASB
Chỉ số Đơn vị Giá trị Hiệu suất khử
chất bẩn(%)
Dịng vào Dịng ra
BOD5 mg/l 1282 320 75
COD mg/l 1650 450 73
SS mg/l 630 189 70
3.3.6. Cấu tạo bể UASB
Bảng 34: Các thơng số cấu tạo bể UASB
Thơng số Đơn vị Giá trị
α độ 50 HL m 1,6 H4 m 2,8 B m 5,2 L m 6 bk m 0,208 H1 m 2,9 H2 m 1,2 H3 m 0,3 H m 4,4
MẶT BẰNG BỂUASB A A 6000 Hình 9: Mặt bằng bể UASB MẶT CẮT A-A B 6000 B Hình 10: Mặt cắt A-A bể UASB 52 00 4400 4100 28 00
MẶT CẮT B-B
5420
3.4. Bể Aeroten
Hình 11: Mặt cắt B-B bể UASB (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.4.1. Cơ sở lựa chọn phương án
Nƣớc thải sau khi qua các cơng trình xử lý cơ học và sinh học bậc I nồng độ của các chất bẩn vẩn cịn khá cao vì vậy nếu áp dụng bể aeroten cổ điển thơng thƣờng để xử lý sẻ khơng đảm bảo tiêu chuẩn áp dụng và khơng đạt hiệu quả cao. Aeroten xáo trộn hồn tồn là một giải pháp khá thơng dụng vì phƣơng pháp này cho phép nồng độ BOD5 vào bể ≤ 1000 mg/l mà hiệu suất xử lý của cơng trình vẩn đảm bảo yêu cầu.
3.4.2. Tính tốn thiết kế bể aeroten xáo trộn hồn tồn
Đối với bể aeroten xáo trộn hồn tồn thì hàm lƣợng chất rắn lơ lửng đầu vào khơng quy định và nồng độ BOD5 cho phép dƣới 1000mg/l (theo điều 6.5.3 sách 20 TCN 51-84)
Bảng 35: Các thơng số đầu vào của bể aeroten
Chỉ số Đơn vị Giá trị Lƣu lƣợng m3/ngđ 600 BOD5 mg/l 320 BOD20 mg/l 470 COD mg/l 450 SS mg/l 189 4400 4100 28 00
Để tính tốn thiết kế bể aeroten cho hệ thống xử lý nƣớc thải của một cơ sở sản xuất thì cần cĩ cá số liệu thực nghiệm. Tuy nhiên trong điều kiện khơng cho phép thì các số liệu cĩ thể lấy theo giả thiết theo các tài liệu của một số nhà máy bia sẵn cĩ trong khu vực miền trung, và theo các số liệu nghiên cứu trong các sách tính tốn nƣớc thải.
a. Xác định lƣu lƣợng bùn tuần hồn cho bể aeroten
Q, X0 AEROTEN Q+Qth, X Bể Lắn g Q, Xr Qth, Xth Qb, Xth
Hình 12: Sơ đồ thiết lập cân bằng sinh khối quanh aeroten – Viết phƣơng trình cân bằng vật chất cho bể aeroten:
Trong đĩ:
Q×X 0 +Qth ×X
th =(Q +Qth )×X
Q : lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 600 m3/ngđ Qth : lƣu lƣợng bùn hoạt tính tuần hồn, m3/ngđ
X0 : nồng độ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi trong nƣớc thải dẫn vào bể aeroten, Xo = 189 mg/l.
Xth : nồng độ bùn hoạt tính tuần hồn, Xth = 10.000 mg/l. X : nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten,
X = 3000 mg/l.
Giá trị X0 thƣờng rất nhỏ so với X và Xth, do đĩ trong phƣơng trình cân bằng vật chất ở trên cĩ thể bỏ qua đại lƣợng Q×X0. Khi đĩ phƣơng trình cân bằng vật
chất sẽ cĩ dạng:
Qth ×X th =(Q +Qth )×
X
3000 10000− 3000=257m3 / ngđ
a = X ×=100% 3000 ×100% = 40% X th − X b. Xác định kích thƣớc bể – Xác định thể tích bể aeroten: 10000− 3000 θC × (Q +Qth ) ×Y ×(L a −L t ) 3 W Trong đĩ: X × (1+ kd × θC ) (m )
θc : thời gian lƣu bùn, θc = 5 ÷ 15ngày, chọn θc = 10 ngày. Q : lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 600 m3/ngđ
Qth : lƣu lƣợng bùn hoạt tính tần hồn, Qth = 257 m3/ngđ Y : hệ số sản lƣợng bùn, Y = 0,4÷0,8 mgVSS/mgBOD5
chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5
La : nồng độ BOD5 dẩn vào bể aeroten, La = 320 mg/l Lt : nồng độ BOD5 ra khỏi bể aeroten, Lt = 70 mg/l X : nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten,
X = 3000mg/L.
kd : Hằng số phân hủy nội bào, kd = 0,05ngày-1. ⇒W =10× (600+ 257) × 0,6× (320− 70) = 3000×(1+ 0,05×10) 290m3 – Diện tích mặt bằng bể: Trong đĩ: F = HW 1 = 290 =83m2 3,5
H1 : chiều cao cơng tác bể aeroten, chọn H1 = 3,5 m W : thể tích cơng tác bể aeroten, W = 290 m3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
– Chọn số đơn nguyên bể n = 2, chiều rộng mổi bể b = 4m, vậy chiều dài bể aeroten là:
L = F =
2×b
83
– Chiều rộng tồn bộ bể aeroten:
– Tính tốn thời gian lƣu nƣớc trong bể:
t = W × 1 = 290 × 1 =8,1h
Trong đĩ:
Q + Qth 24 600+257 24
t : thời gian lƣu nƣớc trong bể aeroten, giờ W : thể tích cơng tác bể aeroten, W = 290 m3 Q : lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 600 m3/ngđ
Qth : lƣu lƣợng bùn hoạt tính tần hồn, Qth = 257 m3/ngđ c. Tính tốn lƣợng bùn dƣ sinh ra mổi ngày
– Hệ số sản lƣợng bùn quan sát tính theo cơng thức:
Y b = (1+ kY× θC)= 1+0,050,6×10 = 0,4mgVSS/ mgBOD
– Lƣợng sinh khối bùn gia tăng mỗi ngày:
Px = Trong đĩ: Yb × Q× (L a − L t ) = 103 0,4×600×(320− 70) 103 =60kg/ ngđ
La : nồng độ BOD5 dẩn vào bể aeroten, La = 320 mg/l Lt : nồng độ BOD5 ra khỏi bể aeroten, Lt = 70 mg/l
Giả sử hàm lƣợng chất rắn lơ lửng dể bay hơi (VSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lƣợng chất rắn lơ lửng, khi đĩ lƣợng tăng sinh khối bùn tổng cộng sẻ là:
Px 60 Px (SS) =
80% =
80% = 75kg/ngđ
– Khối lƣợng bùn thải bỏ mỗi ngày:
W b= P ( )− Q × SS ×10−3 =75−600×100×10−3 = 15kg/ ngđ
Trong đĩ:
x SS ngđ r
Wb : khối lƣợng bùn thải bỏ mổi ngày (kg/ngđ) SSr : lƣợng chất rắn lơ lửng cịn lại trong dịng ra,
SSr = 100mg/l – Xác định lƣu lƣợng bùn thải
Ta cĩ cơng thức:
Trong đĩ: θC = W ×X Qb × X + Qra×X ra W : thể tích bể aeroten, W = 290m3. X : nồng độ bùn hoạt tính ở bể aeroten, X = 3000mg/l. Xra : nồng độ bùn hoạt tính ra khỏi bể lắng, Xra = 80% × SSra = 80% × 100 = 80mg/l. Qb : lƣu lƣợng bùn thải (m3/ngđ)
Qra : lƣu lƣợng nƣớc thải đã xử lý ra khỏi bể lắng, Qra = Q = 600m3/ngđ.
θc : thời gian lƣu bùn, θc = 10 ngày. Từ cơng thức trên ta cĩ: Qb = W × X - θraC × Qra × X θC × X = 290× 3000− 10× 600× 80 10× 3000 = 13m3 / ngđ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
d. Xác định lƣợng khơng khí cần thiết cung cấp cho aeroten
– Lƣu lƣợng khơng khí đi qua 1m3 nƣớc thải cần xử lý (lƣu lƣợng riêng của khơng khí):
Trong đĩ:
D = 2× L a
K × H= 2× 470 =19,2m3 / m3 nƣớc thải
14× 3,5
La : BOD20 của nƣớc thải vào bể aeroten, La = 470mg/l K : Hằng số sử dụng khơng khí: K = 14 ÷18g/m4 khi sử
dụng thiết bị khuyếch tán khí nhỏ mịn, chọn K = 16g/m4.
H : Chiều sâu cơng tác bể, H1 = 3,5m
– Thời gian thổi khí cần thiết vào bể aeroten chính bắng thời gian lƣu nƣớc trong bể:
– Xác định cƣờng độ nạp khí:
t l = t = 8h
I = D × H1
– Lƣợng khơng khí thổi vào bể aeroten trong một đơn vị thời gian:
V = Qh× D = 25×19,2 = 478m3 / h
– Chọn thiết bị sục khí bằng đĩa phân phối với lƣu lƣợng khơng khí qua đĩa:
d =11÷ 96l/phút, chọn
– Số lƣợng đĩa phân phối:
d = 80l/phút. N = V d 478×1000 = = 80×60 100đĩa Giả sử số lƣợng đĩa theo bề rộng:
Nb = 8đĩa/2bể = 4 đĩa/bể. Nhƣ vậy số lƣợng đĩa theo chiều dài bể:
N Nl = b =
100
=12đĩa
8
Khoảng cách giữa các đĩa theo chiều rộng bể:
B mb =
b
= 8 =1m 8
Khoảng cách giữa các đĩa theo chiều dài bể:
L ml = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
l
=10 =0,833m 12
Chọn hiệu suất chuyển hĩa Oxy của thiết bị E = 9%, hệ số an tồn của máy nén khí f = 2.
– Lƣu lƣợng cần thiết của máy thổi khí tính theo cơng thức:
R =f V =2 478 =2,95m3 / s m E ×3600 0,09× 3600 – Ap lực của hệ thống nén khí: Hk = hd + hc + hf + Hct = 0,3 + 1,5 + 0,7 + 3,5 = 6 m Trong đĩ:
hd : tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống, hd = 0,3 m
hc : tổn thất cục bộ, hc = 1,5 m
hf : tổn thất qua thiết bị phân phối, hf = 0,7 m Hct : chiều sâu hữu ích của bể, Hct = 3,5m
N
N
– Ap lực khơng khí tính theo đơn vị at: P =10,33+ Hk 10,33 =10,33+ 6 =1,58at 10,33
– Cơng suất máy nén khí:
34400× (P0,29 −1)× R 34400×(1,580,29 −1)×2,95 N = Trong đĩ: m = 102×η 102× 0,8 = 177kW η : hiệu suất máy nén khí, η = 80%
Chọn 3 máy nén khí, mổi máy cơng suất 90kW, 2 máy hoạt động và một máy dự phịng.
e. Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ – Tỉ số F/M: F = L a = 470 =0,47kg / kg.ngày Trong đĩ: M t1 × X 0,33×3000
F/M : tỉ lệ BOD cĩ trong nƣớc thải và bùn hoạt tính (kgBOD/kgbùn.ngày)
La : hàm lƣợng BOD20 nƣớc thải đầu vào, La = 470 mg/L
t1 : thời gian lƣu nƣớc trong bể aeroten, t = 0,33ngày X : nồng độ bùn trong bể, X = 3000 mg/l – Tải trọng thể tích: × × L a Q ×10 3 = 470 600 10 3 = 1,23kgBOD/ m3.ngđ W 230
Cả hai giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép đối với aeroten xáo trộn hồn tồn nhƣ đã đề cập ở phía trƣớc: Tỷ số F/M trong khoảng: 0,2 ÷ 0,6 (kg/kg.ngày) và tải trọng thể tích trong khoảng: 0,8 ÷ 1,92 (kgBOD5/m3.ngày).
3.4.3. Cấu tạo bể aeroten
Bảng 36: Các thơng số cấu tạo bể aeroten
Thơng số Đơn vị Giá trị
B m 8 b m 4 L m 10 H1 m 3,5 H m 4 N đĩa 161 Nl đĩa 10 Nb đĩa 8 ml m 1 mb m 0,833 B Ống dẩn khí nén