Tại bể Aerotank, các chất hữu cơ còn lại sẽ được tiếp tục phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí.
Hiệu quả xử lý của bể Aerotank đạt tử 75÷95% và phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, pH, nồng độ xy, lượng bùn,… Nước thải sau khi qua bể Aerotank các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học bị loại hoàn toàn.
Tính toán bể Aerotank
Các thông số:
Lưu lượng nước thải trung bình trong một ngày đêm: 600m3/ngày đêm Hàm lượng BOD5 trong nước thải dẫn vào Aerotank: La= 213,41 mg/l Hàm lượng chất lơ lững trong nước thải dẫn vào Aerotank: C= 219,97 mg/l Hàm lượng COD trong nước thải dẫn vào Aeroank: 342 mg/l
Hàm lượng BOD5 trong nước thải cần đạt sau xử lý: Lt = 30 mg/l Hàm lượng chất lơ lững trong nước thải cần đạt sau xử lý: 50 mg/l
Hàm lượng COD trong nước thải cần đạt sau xử lý: 50 mg/l (gồm 65% là cặn hữu cơ) Tỷ số f= BOD5/COD = 213,41/ 342 = 0,62
Nhiệt độ nước thải 250C
Chọn bể Aerotank kiểu xáo trộn hoàn toàn để thiết kế. Các thông số cơ bản tính toán Aerotank kiểu xáo trộn hoàn toàn.
Các thông số vận hành:
Độ tro z= 0,3 (Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể, X0=0
Nồng độ bùn hoạt tính, X=2500÷4000 mg/l, chọn X= 3000 (mg/l)
Lượng bùn hoạt tính tuần hoàn là nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng 2, XT = 8000 (mg/l) Chế độ xáo trộn hoàn toàn
Thời gian lưu bùn trong công trình, θc = 5÷15 ngày, chọn θc= 10 ngày
Hệ số phân hủy nội bào, đây cũng là thông số động học được xác định bằng thực nghiệm.Khi thiếu số liệu thực nghiệm có thể lấy Kd = 0,06 ngày-1 (đối với nước thải sinh hoạt)
Hệ số sản lượng bùn Y = 0,4÷0,8 mg VSS/mg BOD5, chọn Y=0,6 mg VSS/ mg BOD5
Xác định hiệu quả xử lý:
Hiệu quả xử lý tính theo BOD5: E = = 85,9 (%)
Hiệu quả xử lý COD: E = = 85,4 (%)
Kích thước bể Aerotank
Thể tích bể:
V = = = 137,56 (m3) Trong đó:
Q: Lưu lượng nước thải, Q=600 (m3/ngày)
Y: Hệ số sản lượng bùn, Y=0,6 (mg VSS/ mg BOD5) S0: Hàm lượng BOD5 nước thải đầu vào, S0= 213,41 (mg/l) S: Hàm lượng BOD5 nước thải đầu ra, S=30 (mg/l)
X: Nồng độ bùn hoat tính, X=3000 (mg/l) Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd= 0,06 (ngày-1)
θc: Thời gian lưu bùn trong công trình, θc=10 (ngày)
Chọn chiều cao bể:
H= Hi + Hbv= 3 +0,5 =3,5 (m) Trong đó:
Hi: Chiều cao hữu ích, chọn Hi= 3 (m) Hbv: Chiều cao bảo vệ, chọn Hbv= 0,5 (m)
Diện tích mặt bằng bể: F= = = 45,85 ≈ 46 (m2) Chọn chiều rộng bể: B= 5 (m) Chiều dài bể: 8 (m) Thể tích thực của bể: Vt= L×B×H = 8×5×3,5 = 140 (m3)
Thời gian lưu nước:
θ = = = 0,229 (ngày) =5,5 (h)
Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày
Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức:
Yb= = = 0,375
Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5:
Px = Q×(S0- S)×Yb = 600×( 213,41-30)×0,375×10-3 = 41,3 (kg/ngày đêm)
Tổng lượng cặn sinh ra trong một ngày:
P1x = = = 59 (kg/ngày)
Lượng cặn dư xã ra hàng ngày:
Pxa = P1x - Pra = 59-30 = 29 (kg/ngày) Với: Pra = SSra×Q = 50×10-3×600 = 30 (kg/ngày)
Qxã = = = 3,35 (m3/ngày) Trong đó:
XT: Nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn (cặn không tro) Với: Xt×(1-0,3) = 8000×0,7 = 5600 (mg/l)
Xra: Nồng độ VSS ra khỏi bể lắng
Với Xra = SSra×a = 50×0,75 = 37,5 (mg/l)
Hệ số tuần hoàn bùn:
Hình 3.2 Sơ đồ làm việc bể Aerotank Phương trình cân bằng vật chất đối với bể Aerotank:
(Q + Qt) ×X = Q×X0 + Qt×Xt
Trong đó:
Q: Lưu lượng nước thải vào bể, Q= 600 (m3/ ngày) Qt: Lưu lượng bùn tuần hoàn,(m3/ ngày)
X: Nồng độ VSS trong bể, X=3000 (mg/l)
X0: Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể, X0= 0 Xt: Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xt = 8000 (mg/l)
Chia 2 vế phương trình cho Q, đặt α = là tỷ số tuần hoàn bùn: X+α×X = α×Xt
α = = = 0,6
Lưu lượng bùn tuần hoàn:
Ta có: α =
Suy ra : Qt = α×Q = 0,6 × 600 = 360 (m3/ngày)
Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank:
Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M:
F/M = = = 0,31 (kg BOD5/ kg MLVSS.ngày)
Với F/M= 0,31 nằm trong giới hạn cho phép đối với bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn: F/M= 0,2÷0,6 (kg BOD5 / kg MLVSS.ngày)
Tải trọng thể tích:
La= ×10-3 = ×10-3 = 0,93 (kg BOD/ m3.ngày)
La = 0,93 nằm trong giới hạn cho phép đối với Aerotank xáo trộn hoàn toàn: La= 0,8÷1,9 (kg BOD/m3.ngày) ( Theo tài liệu Thoát nước của PGS,TS Hoàng Văn Huệ).
Tính lượng Oxy cần thiết:
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện chuẩn ( không cần xử lý Nitơ)
OC0 = = = 141,437 (kg O2/ngđ) Trong đó:
f: hằng số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD20 , = 0,55 1,42 : Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD
Px: Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày, Px= 41,3 (kg/ngđ)
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:
OCt = OC0× Trong đó:
Cs: Nồng độ oxy bão hòa trong nước ở 200C, Cs ≈9,08 (mg/l)
C: Nồng độ oxy cần duy trì trong bể, C=1,5÷2 (mg.l) (Tính toán thiết kế các công trình
T=250C, nhiệt độ nước thải
α: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt), α=0,6÷0,94, chọn α= 0,7
OCt = 141,437× = 230,15 (kg/ngày)
Lượng không khí cần thiết:
Qkhí = Trong đó:
fa: Hệ số an toàn, fa=1,5÷2, chọn fa= 1,5 ( Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)
OU: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1m3 không khí, OU= Ou×h
Với Ou : phụ thuộc hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ và mịn,(
tra bảng 7-1 sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai).
Bảng 3.6 : Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn
Điều kiện thí nghiệm Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình Ou=gO2/ m3.m Ou=gO2/ m3.m
Nướ sạch T=200C 12 10
Nước thải T=200C, α=0,8 8,5 7
Suy ra: Ou =7 (gO2/ m3.m)
h: Độ ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h=2,8 (m) OU =7×2,8=19,6 (gO2/ m3.m)
Vậy ta có: Qkhí = = 17 613,5 (m3/ngày)
Tính áp lực máy nén:
Áp lực cần thiết cho hệ thông ống nén: Hd= hd+hc+hf+ H
Trong đó:
hc: Tổn thất cục bộ, (m)
Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4 (m)
hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m), tổn thất không quá 0,5 (m) H: Chiều sâu hữu ích của bể, H=3 (m)
Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hd= 0,4+0,5+ 3= 3,9 (m)
Áp lực không khí là:
P= = =1,38 (atm)
Công suất máy nén khí:
N= = = 8,98 (kW) Trong đó:
qk: Lưu lượng không khí: qk== =0,204 (m3/s) n: Hiệu suất máy nén khí, chọn n=0,75
Chọn máy nén khí có công suất 9,5HP
Bố trí hệ thống sục khí:
Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 4 ống nhánh với chiều dài 7,5m, đặt cách nhau 1m:
Đường kính ống chính dẫn khí:
D = = = 0,16 (m) =160 (mm) Trong đó:
V: tốc độ chuyển động của không khí trong mạng lưới trong ống phân phối, v=10÷15 9m/s), chọn v=10(m/s) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải –
Trịnh Xuân Lai)
Đường kính ống nhánh dẫn khí:
D= = =0,066 (m) Chọn Dn= 70 (mm)
Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170 (mm), diện tích bề mặt F= 0,02(m2), cường độ không khí 200l/phút.đĩa =3,3 (l/s)
Số đĩa phân phối trong bể là:
N= = = 60 (đĩa)
Số lượng đĩa là 60, chia làm 4 hàng, mỗi hàng 15 đĩa phân bố cách sàn 0,2 (m) và mỗi tâm đĩa cách nhau 0,5(m).
Ống dẫn nước thải sang bể lắng đứng:
Nước thải được bơm sang bể điều hòa nhờ một bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là 2 (m/s).
Tiết diện ướt của ống: A = = = 0,012 (m2)
Đường kính ống dẫn nước thải ra:
D = = = 0,12 (m) , chọn D=120 (mm)
Bảng 3.7 Tóm tắt các thông số bể Aerotank
STT Tên thông số Đơn vị Số lượng
1 Chiều dài bể (L) m 8
2 Chiều rộng bể (B) m 5
3 Chiều cao bể (H) m 3,5
4 Thời gian lưu nước (θ) Giờ 5,5
5 Thời gian lưu bùn (θc) ngày 10
6 Đường kính ống chính dẫn khí mm 160
7 Đường kính ống nhánh dẫn khí Mm 70
8 Công suất máy nén khí HP 9,5
9 Số lượng đĩa Đĩa 60