Tại bể Aerotank, các chất hữu cơ còn lại sẽ được tiếp tục phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí. Trong điều kiện hiếu khí, phản ứng oxy hóa có thể biểu diễn như sau:
CXHYOZN + (x + - - )O2 xCO2 + H2O + NO3 + H CXHYOZN + O2 + NH3 C5H7NO2 + H2O + CO2 + H C5H7NO2 + 5O2 CO2+ NH3 + 2H2O + H
NH3 + O2 HNO2 + O2HNO3
CXHYOZN là đặc trưng cho chất thải hữu cơ,C5H7NO2 là công thức cấu tạo của tế bào vi sinh.Các vi sinh vật tham gia phân hủy tồn tại dưới dạng bùn hoạt tính.Nếu quá trình oxy hóa kéo dài thì sau khi sử dụng hết những chất hữu cơ sẵn có là quá trình oxyhóa các tế bào vi sinh.
Các thông số thiết kế bể aerotank
❖ Hàm lượng BOD5vào Aeroten 407.19 (mg/l)
34 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
❖ Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số giữa tế bào tạo thành với lượng chất nền tiêu thụ );
Y=0,5mgVSS/mgBOD5
❖ Tỷ số = 0.8
❖ Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn : Xr = 8000mg/l
❖ Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aeroten : MLVSS = 3000mg/l
❖ Thời gian lưu bùn 10 ngày
❖ Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BODl : =0.68
❖ BOD5 đầu ra 60 mg/l
❖ Nước thải sau lắng II chứa 30mg/l căn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ phân huỷ sinh học .
BOD5hoà tan sau lắng II :
Tổng BOD5 = BOD5 hoà tan + BOD5 của căn lơ lửng BOD5 của căn lơ lửng đầu ra :
Hàm lượng căn dễ phân huỷ :0.65 x 30 = 19,5 (mg/l)
BODL của cặn lơ lửng dễ phân huỷ sinh học của nước thải sau lắng II: 19,5mg/l x (1,42 mgO 2 tiêu thụ /mg tế bào bị oxy hoá ) = 27,7(mg/L) BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng II:
BOD5 hoà tan của nước thải sau lắng II :
S = Tổng BOD5 – BOD5 cặn lơ lửng = 60 – 18,84 = 41,16 (mg/l) Hiệu quả làm sạch tính theo BOD5 hoà tan
35 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
Trong đó :
S0 : BOD5 nước thải vào bể Aeroten S: Nồng độ BOD5 sau lắng II
Tính thể tích bể Aerotank:
Thể tích bể Aerotank được tính từ: V= Trong đó:
V: thể tích bể Aerotank, m3
Q: lưu lượng nước đầu vào Q= 3000m3/ngày
Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số giữa tế bào tạo thành với lượng chất nền tiêu thụ Y=0,5 mgVSS/mgBOD5)
X: Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank: X= 3000mg/l kd: Hệ số phân hủy nội bào, kd=0,05 ngày-1
: Thời gian lưu bùn trong hệ thống,
V= =1220(m3)
Thời gian lưu nước của bể Aerotank
Chọn chiều cao hữu ích của bể : H = 5 m Chiều cao bảo vệ : Hbv= 0,5m
Chiều cao tổng cộng : Htc = H + Hbv = 5 +0,5= 5,5 (m) Diện tích bể:
36 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
Chiều rộng bể : B = 12 m Lượng bùn dư thải ra mỗi ngày : Hệ số sản lượng quan sát Yobs
Yobs = = = 0.333 (ngày) Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS:
Px = Yobs x Q x (BODvào – BODra)= 0.333 x 3000 x (407.19 – 60) x 10-3 = 346.84 (kg VSS/ngày)
Tổng lượng bùn tính theo SS:
Px(SS)= = =433.55 (kg SS/ngày) Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày :
Lượng bùn dư cần xử lý = Tổng lượng bùn-Lượng SS trôi ra khỏi bể lắng II Mdư(SS) = 433.55 – 3000 x 30 x 10-3= 343.55 (kg SS/ngày)
Lượng bùn dư có khả năng phân huỷ sinh học cần xử lí: Mdư(VSS) = 343.55 (kg SS/ngày) x 0.8 =274.84 (kg SS/ngày) Lưu lượng bùn dư cần xử lý :
Qw = Trong đó :
Qw: Lưu lượng bùn dư (m 3 /ngày)
X: Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aeroten : X = 3000 mgVSS/l Xr; Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn ; Xr = 8000mgSS/l = 6400mgVSS/l Xe : Hàm lượng cặn sinh học sau lắng II; Xe = 30mgSS/l = 24 mgVSS/l
Qw= = 45.93 (m3 /ngày)
37 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
Trong đó :
Xo : hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào , mg/l
Xu : Hàm lượng SS của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn , mg/l Qr: Lưu lượng bùn tuần hoàn , m3 /ngày
Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten: MLSS = = =3750 (mgs/l)
Nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đi vào Xo là không đáng kể, Xo = 0; và Qr =
= =0.88
Trong đó :
là hệ số tuần hoàn bùn; Lưu lượng bùn tuần hoàn :
Qr = =0.88 x 3000=2640(m3/ngày) Kiểm tra tải trọng thể tích :
LBOD= = =1 kgBOD/ngày
Trị số này vẫn nằm trong khoảng cho phép (LBOD= 0.8 1.9) Kiểm tra tỉ số F/M:
= = 0.01h-1=0.24ngày-1
Trị số này vẫn nằm trong khoảng cho phép ( F/M = 0,2 0,6) ngày-1
❖ Tính lượng oxy cần cung cấp cho bểAerotank dựa trên BOD20
Ta có BOD5 = 0,68BODL , khối lượng BODLtiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính là:
38 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
= =
Nhu cầu oxy cho quá trình
= [1.42(kg O2/kg VSS) x 346.84(kg VSS/ngày)= 1123(kg O2/ngày) Lượng oxy cần thiết trong thực tế:
= =
Trong đó:
Cd: Lấy nồng độ oxi cần duytrì trong bể ;lấy Cd=2mg/l
Hệ số điều chỉnh lượng oxi ngấm vào nước thải, = 0,7 ( theo “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải “ của TS.Trịnh Xuân Lai)
Nồng độ oxybão hoà trong nước sạch ở20oC : Cs20 = 9,08 mg/l Nồng độ oxybão hoà trong nước sạch ở25o
C : CSH = 8,22 mg/l
Hàm số điều chỉnh lực căng bề mặt theoham2 lượng muối đối với nước thải
= 1123 x ( = 2031 kg/ngày
Tính lượng không khí cần thiết để cung cấp vào bể: =
Trong đó:
OU : Công suất hoà tan oxy vào nước thảicủa thiết bị phân phối
Chọn dạng đĩa xốp, có màng phân phối dạng mịn, đường kính 170 mm, diện tích bề mặt F=0,02 m2
Cường độ thổi khí 200 L/phút đĩa = 12 m3 /giờ OU = Ou x h
39 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
Ou: Công suất hoà tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gO2/m3 không khí; Tra bảng 7.1 trang 112, (theo “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải “ của TS.Trịnh Xuân Lai); ta có: Ou = 7 g O2 / m3 .m
Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h = 4m (lấy gần đúng bằng chiều sâu bể) => OU = Ou x h = 7 g O2 / m3 .m x 4m =28 g O2 / m3
f: hệ số an toàn ,chọn f = 1,5
x1,5 = 108803 (m3/ngày)=75557 (l/ngày)=1,25 (m3/s) Số đĩa cần phân phối trong bể
Chọn N = 390 đĩa
Từ ống chính chia thành 15 ống nhánh trên mỗi ống nhánh có 26 đầu phân phối.
Theo chiều dài của bể là 15m ta bố trí như sau: khoảng cách giữa 2 ống nhánh ngoài cùng với thành bể là 0,5m;khoảng cách giữa 2 ống nhánh là1m.
Trên mỗi ốngnhánh bố trí đầu phân phối: khoảng cách giữa 2 đầu phân phối ngoài cùng đến thành bể là 0,45 và khoảng cách giữa 2 đầu phân phối khí là 0,81
Trụ đỡ : đặt xen kẽ .
Kích thước trụ đỡ là : D x R x C = 0,25 m x 0,2 m x 0,25m. * Tính toán máy thổi khí:
Áp lực cần thiết của máy thổi khí tính theo mét cột nước:
h1 : Tổn thất trong hệthốngống vận chuyển; h1 = 0,5m
hd : Tổn thất qua đĩa phun , thường không quá 0,5; chọn hd = 0,5m H :Độ sâu ngập nước của miệngvòi phun H = 4m
Hm = 0,5 + 0,5 + 4 = 5 m
40 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
Pm =
Công suất máy nén khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt: Pm =
Trong đó:
Pm : Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW G: Trọng lượng của dòng không khí , kg/s G = Qkk x = 1,25 x 1,3 = 1,625 kg/s R : hằng số khí, R = 8,314 KJ/K.mol 0K
T1 : Nhiệt độ tuyệt đối của khôngkhíđầu vào T1 = 273 + 25 = 298 0K P1 : áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1 = 1 atm
P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 = Pm + 1=0,5 +1=1,5 atm n =
29,7: hệ số chuyển đổi
e: hiệu suất của máy, chọn e= 0,7 Vậy: Pm = * Tính toán đường ống dẫn khí D= = Trong đó : Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính ,chọn Vkhí = 15 m/s Lưu lượng khí cần cung cấp , Qk = 1,25 m3 /s
41 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
Từ ống chính chia thành 15 ống nhánh; lưu lượng khí trên cácống nhánh :
Qn= (m3/s)
Vận tốc khí qua mỗi ống nhánh V’khí=20 m/s Đường kính ống nhánh
d =
Kiểm tra lại vận tốc
Vận tốc khí trong ống chính Vkhí=
Vận tốc khí trong ống nhánh V’khí=
* Tính toán đường ống dẫn nước thảivào bể
Chọn vận tốc nước thải trongống: v= 0,7 m/s ( giớihạn 0,3 – 0,7 m/s )
Chọn loại ống dẫn nước thải là ống HDPE (Công ty Nhựa Bình Minh), đường kính của ống
D =
Tính lại vận tốc nước chảy trong ống: V =
*Chọn máy bơm nước thải vào bể Aerotank Lưu lương bơm : Q= 3000 m3/ngày = 0,0347 m3/s Cột áp bơm:H = 8m
42 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
n :hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn n =0,8 *TÍnh toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn:
Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qr= 2640 m3/ngày = 0,03 m3/s
Vận tốc bùnchảy trong ống trong điều kiện có bơm là 1 – 2 m/s Chọn vận tốc bùn trong ống v=1 m/s
D=
*Bơm tuần hoàn bùn Cột áp bơm: H=8m Công suất bơm N =
n :hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn n =0,8 : trọng lượng riêng của bùn,
*Bơm bùn dư đến bể nén bùn:
Lưu lượng bơm Qw=45,93 m3/ngày =0,00053 m3/s Công suất bơm
N =
n :hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn n =0,8 *Tính toán đường dẫn bùn dư:
Chọn vận tốc bùn trong ống v= 1 m/s D =
43 | h t t p : / / v i e t q u i z . v n – V I E T Q U I Z . v n
Thông số Đơn vị Giá trị
Chiều cao m 5,5 Chiều rộng m 12 Chiều dài m 18,5 BOD vào mg/l 407,19 BOD ra mg/l 60 Lưu lượng m3/h 125
Lượng không khí cung cấp vào bể
m3/s 1,25
Số đĩa phân phối khí Cái 390
Đường kính ống dẫn khí * Ống dẫn khí chính * Ống dẫn khí nhánh mm mm 330 80 Lưu lượng bùn tuần hoàn m3/h 2640 Đường kính ống dẫn bùn tuần
hoàn
mm 200
Đường kính ống dẫn nước thải vào
mm 260
Thời gian lưu nước h 9,76