Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải - Xử lý nước thải bắng phương pháp sinh học

xác định động học (nhắc lại ảnh hưởng của phân huỷ nội bào) Æ rt’= -Yrd – Kd.X Æ Tốc độ tăng trưởng riêng thực: μ’ = μm. SKs + S - Kd Æ Tốc độ tăng sinh khối: yb = rt' rd b. Lập các mô hình tính toán bể Aerotank, PƯ hiếu khí + Mô hình mô phỏng hồ (hình vẽ) + Thiết lập CT tính toán các thông số động học 9 K, Ks - Ta có: rd = μm.X.S Y(Ks + S) = K.X.S Ks + S (Đặt K = μm Y ) (theo 5) A Lắng II Bùn dư B.htínhh Ngăn phục hồi A.1 Lắng II (1) Xả sự cố A.2 Lắng II (2) Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 117 - Mặc khác rd (Tỷ lệ lượng chất nền mất trong một đơn vị thời gian : hệ số phân hủy nội bào): rd = QV SSSS T S −=−=Δ Δ 00 θ (6) Từ 5 và 6 Æ K.X.SKs + S = θ SS −0 Hay SS X −0 θ = KS SK s + Hoặc SS X −0 θ = KSK K s 11. + - Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa Xθ/ (S0 – S) và 1/S Từ đó ta có : y= ax + b ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ =⇒= =⇒= ⇒ KaKa K K b K K b S S . 11 9 Kd và Y − Xo: lượng bùn hoạt tính trong nước thải. − So: chất nền trong nước thải. − Qv: lưu lượng nước thải vào. − QT: lưu lượng bùn. − X: nồng độ bùn sau khi hoà trộn. − S: nồng độ còn lại sau khi ra khỏi bể (nồng độ chất nền). − Qr: lượng nước sau khi ra nguồn − Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng (ra khỏi bể ) − XT: bùn hoạt tính lắng xuống tuần − θ: thời gian lưu nước. − θc: tuổi bùn (thời gian lưu bùn). − dxdt : tốc độ thay đổi nồng độ bùn hoạt tính. − V: thể tích bể. − rt’: tốc độ tăng trưởng thực của bùn hoạt tính trong thời gian. Æ Các PT cân bằng: Lượng bùn trong bể = Lượng bùn đi vào – Lượng bùn xả ra + Lượng bùn tăng lên trong bể sau thời gian lưu nước. Æ dxdt .V = Qv.Xo – (Qxả.XT + Qr.Xr) + V(rt’) Giải phương trình vi phân trên khi : X0 = 0 , ổn định ; dx/dt = 0; rt’= -Yrd – Kd.X Ta được Qxả.XT + Qr.Xr V.X = Y rd X - Kd (Trong đó : X XQXQ rrTxa + : lượng bùn thực XthựcÆ nghĩa là Cθ 1 = V X thuc Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 118 Do đó: Cθ 1 = Y rd X - Kd (*) Mặc khác : rd = QV SSSS T S −=−=Δ Δ 00 θ thế vào * ta được : Cθ 1 = dKX SS Y −−θ )( 0 - Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa thông số (S0 - S)/ (θ.X) và 1/θc Từ đó ta có dạng: y = ax + b Æ Kd = b Y = a + Thiết lập công thức tính thể tích bể Aerotank Cách 1 Từ phương trình Cθ 1 = dKX SSY −−θ )( 0 Kết hợp : θ 1= V Q Ta được : Cθ 1 = dKVX SSYQ −− )( 0 Æ V = Q.Y.(So - S)θc X(1 + Kd. θc) Cách 2 + rd: Tốc độ sử dụng chất nền rd = - Qv V (So – S) = - So - S θ + Đặt: ρ = rdX : Tốc độ sử dụng chất nền tính cho 1 đơn vị khối lượng (g) bùn hoạt tính/đơn vị thời gian. ρ = rdX = Q V So - S X Æ V = Q(So - S) ρX Ngoài ra:  Chỉ số quan trọng: lượng chất nền/khối lượng bùn hoạt tính ( FM ). Với: + F: food Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 119 + M: microorganism ratio Æ FM = So θX - Lưu ý: khi chọn lựa các thông số cần lưu ý:  So ≤ 100: X ≤ 1500 mg/l  So = 100-150: X ≤1000 mg/l  So = 150-200: X ≤ 2800 mg/l  So > 200: X = 2800-4000 mg/l  Độ tro: Z = 0,3 c. Tính toán thiết kế + Các thông số đầu vào QNT, So, f = BOD5 COD , t, Sra, CODra, SS, Xo, % cặn HC(= a), X, Z, Xtuần hoàn, Y, θc + Xác định hiệu quả xử lý: - Lượng cặn HC trong nước thải ra khỏi bể lắng: a.BOD5 ra = b. - Lượng cặn HC theo COD: 1,42.b.(1 –z) = c (1,42: mg O2 sdụng/md TBào phân huỷ) - Lượng BOD5 trong cặn ra khỏi bể: f.c = d - Lượng BOD5 hoà tan khỏi bể lắng: c = BOD5 cho phép – d  Hiệu quả xử lý theo COD: E = CODvào - (CODra - c) CODvào  Hiệu quả xử lý theo BOD5: E = BOD5 vào - d BOD5 vào  Hiệu quả xử lý BOD toàn bộ E = BODvào - BODra BODvào + Thể tích bể V = Q.Y.(So - S)θc X(1 + Kd. θc) (m 3) + Thời gian lưu nước θ = VQ + Lượng bùn HC lơ lửng khi sử dụng BOD5: - Tốc độ tăng trưởng của bùn: Yb = dc xK Y θ+1 (1/ngày) - Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong ngày: Px = Yb.Q.(So - S) (kg/ngày) - Tổng lượng cặn lưu lượng sinh ra (tổng bùn dư): Px1 = Px 1 - z - Lượng cặn dư hằng ngày xả ra: Pxả = Px1 – Pra (Pra = Q.SSra.10-3) - Lưu lượng xả bùn: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 120 Qxả = V.X - Qr.Xr. θc XT.θc Với: + Qr = Qv + XT = (1-z)Xbùn + Xr = (1-z).c (mg/l) + Thời gian tích luỹ cặn (tuần hoàn toàn bộ) không xả cặn ban đầu T = V.Xb Px (ngày) ( Tthực = (3-4)T) + Sau khi hệ thống hoạt động ổn định thì lượng bùn HC xả ra hằng ngày B = Qxả.Xb (kg/ngày) - Cặn bay hơi: B’ = (1-z).B. - Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể: B’’ = Qr.Xr - Tổng cặn HC sinh ra: B’ + B’’ = Px + Xác định lưu lượng tuần hoàn: Qr QT Qr = X XT - X Giải ra tìm QT + Tỷ lệ F/M F/M = So θ.X + Lượng khí cần thiết - Lượng oxy cần thiết: OCo = Q(So - S) 1000.f - 1.42Px + 4.57(No - N) 1000 (kg/ngày) Với: + No: tổng nitơ ban đầu (sau khi bổ sung dinh dưỡng) + N: tổng nitơ ra (5-6 mg/l) - Lượng oxy thực tế: OCt = OCo + Cs Cs + C . 1 1.024(T - 20) . 1 α (kg/ngày) Với: + Cs: oxy bão hoà trong nước (9,08 mg/l). + C: lượng oxy cần duy trì trong bể (2-3 mg/l) + α: 0,6-0,94. + OCTB = OCt/24 (kg/h) + OCt max = 1,5.OCt TB + OCt min = 0,8.OCt TB + Tính lượng không khí cần thiết: Ok = OCt OU fan toàn (f = 1,5) Với: + OU: công suất hoà tan thiết bị: OU = Ou.h Trong đó: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 121  Ou: phụ thuộc hệ thống phân phối khí (g O2/m3.m)  h: độ ngập nước (< hbể) Ok thực tế = 2Ok + Áp lực khí máy nén Hd = hd + hc + hf + H Với:  hd: do ma sát.  hf: qua thiết bị phân phối (<= 0,5 m).  hc: tổn thất cục bộ ống (hd + hc <= 0,4 m).  H: chiều cao hữu ích của bể. + Áp lực khí: p = 10.33 + Hd 10.33 (atm) + Công suất máy nén: N = 34400(P0.29 -1).q 102.η Với:  q: tính chất khí (cường độ máy):1.18 + Chọn kích thước, bố trí phân phối khí Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 122 Ví dụ áp dụng 1 :  Lưu lượng nước thải : 1500m3/ngày đêm.  Lượng BOD5 đầu vào (sau xử lý keo tụ ) (giảm 60%) : )/(2,305 100 40763 lmgx =  Tỷ lệ BOD5/COD = 305,2/460 = 0,66  Nhiệt độ nước thải t=300C  Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn BOD ≤ 50mg/l (30 mg/l).  Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn COD U 100 mg/l (70 mg/l).  Hàm lượng cặn lơ lửng 50 mg/l gồm 65% là cặn hửu cơ.  Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể X0=0. Thông số vận hành như sau : 1. Nồngđộ bùn hoạt tính trong bể : X=3000 mg/l (cặn bay hơi). 2. Độ tro của cặn Z=0,3-nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt 2 và cũng là nồng độ cặn tuần hoàn 10.000mg/l. 3. Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong công trình cθ =10 ngày. 4. Chế độ xáo trộn hoàn toàn. 5. Giá trị của thông số động học : Y = 0,46. 6. Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là : 0,3 (70% lượng cặn bay hơi) 7. Nước thải điều chỉnh sao cho : - BOD5 : N : P = 100 : 5 :1 a. Xác định hiệu quả xử lý : Lượng cặn hữu cơ trong nước ra khỏi bể lắng (phần cặn sinh học dễ bị phân hủy là) : 65% x 50 = 32,5 mg/l Lượng cặn hửu cơ tính theo COD : 1.42 x 32.5 x 0.7 = 32.305 (mg/l) Lượng BOD5 có trong cặn ra khỏi bể lắng : 0,66 x 32,305 = 21.3213 (mg/l) Lượng BOD5 hòa tan ra khỏi bể lắng bằng tổng BOD5 cho phép ở đầu ra trừ lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng : 30 – 21.3213 = 8.6787(mg/l) Hiệu quả xử lý COD : %8,91 460 32,305) - (70 -460 ==E Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 123 %15,97100 2,305 6787,82,305 =−= xE Hiệu quả xử lý BOD toàn bộ. %2.90100 2,305 302,305 =−= xE b.Thể tích bể Aerotank tính theo công thức ta có : Thời gian nước lưu lại trong bể : ( ) ( )ngayhx Q V 284,082,624 1500 25,426 ====θ c.Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi khử BOD5 đến 97,15% : Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức: 2875,0 06,0101 46,0 1 =+=+= xkx YY dc b θ Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày: Px = Yb x Q (So-S) = 0,2875 x 1500 x (305,2 – 8,6787) =127874,8106 g = 127,875 (kg/ngày). Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn z = 0,3 ( )ngaykg Z P P xx /68,1827,0 875,127 11 ==−= . Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi Pxã = Px1 – Q x 50 x 10-3 =182,68 – 1500 x 50 x 10-3 =107,68 (kg/ngày) Tính lưu lượng xã bùn Qxã theo công thức: rrTxa XxQXxQ XxV +=θ (Giáo trình tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Suy ra: ( )ngaym x xxx xX XxQXxVQ CCT xaxar xa /4.13393.137000 1075.221500300025.426 3==−=−= θθ θ )(25,426 4800 97,2045996 )1006,01(3000 )6787,82,305(1046,0500.1 )1( )( 30 m x xxx xKX SSxYxQV cd c ==+ −=+ −= θ θ Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 124 Trong đó:  V :Thể tích =426,25(m3)  QR =QV =1500 (m3/ngày)  X =3000 (mg/l)  θc =10 ngày  Xt = 0.7 x 10.000 =7000 (mg/l)  Xr =32.5 x 0.7 =22075 (0,7 là tỉ lệ lượng cặn bay hơi trong tổng số cặn hửu cơ , cặn không tro). d.Thời gian tích lũy cặn (Tuần hoàn toàn bộ) không xã cặn ban đầu: ngayx P XxVT x 33.33 8106.127874 1000025.426 === Thực tế sẽ dài hơn 3-4 lần vì khi nồng độ bùn chưa đủ trong hiệu qủa xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và lượng bùn sinh ra ít hơn Px e. Sau khi hệ thống hoạt động ổn định thì lượng bùn hữu cơ xã ra hằng ngày: B = Qxã x 10.000 g/m3=13,4 x 10.000=134000 g/ngày =134 kg/ngày. Trong đó cặn bay hơi: B’ = 0,7 x134 = 93,8 kg Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể QR x XR B”= 1500 x 22.75 x 10-3= 34,125 (kg/ngày) Tổng cặn hửu cơ sinh ra: B’ + B” = 93,8 + 34,125 = 127,925 kg = 128 kg = Px . f. Xác định lưu lượng tuần hoàn :QT . Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị: X =3000 mg/l Ta có: 75,0 30007000 3000 =−=−= XX X Q Q TV T QT =0,75x 1500 = 1125 (m3/ngày) g. Tỷ số F/M: ( ) ngaybunmg mgBOD lmgx lBODmg Xx S M F . 358,0 /3000284,0 /2,305 50 ===θ h. Tính lượng khí cần thiết: Tính lượng ôxy cần thiết theo công thức: ( ) ( )( )ngaykgNNP f SSQ OC Ox O O /1000 57,4 42,1 1000 −+−−= Trong đó:  Q = 1500 m3/ ngày  So = 305,2 mg/l .  S = 8,6787 mg/l  No= Tổng hàm lượng N đầu vào :15,26 (mg/l) (sau khi bổ sung dinh dưỡng)  N = Tổng hàm lượng đầu ra : 5 (mg/l) (tiêu chuẩn là 6 mg/l).  PX = 127,875 (mg/ ngày)  f =BOD/COD =0,66 Vậy: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 125 ( ) ( ) ( )ngaykgx x OCO /4.4921000 526.1557,4875.12742,1 66.01000 6787.82.3051500 =−+−−= Lượng ôxy thực tế cần theo công thức: ( )ngaykgxx CC CxOCOC T s s ot / 1 024.1 1 )20( α−−= Trong đó :  Cs: Lượng ôxy bão hòa trong nước 9.08 mg/l.  C: Lượng ôxy cần duy trì trong bể 2 mg/l.  α: hệ số từ 0.6 – 0.94 . Chọn 0.7. Vậy ( )ngaykgxxxOCt /4.7137.0 1 024.1 1 208.9 08.94.492 )2030( =−= − OCttrung bình = 29.7 (kg O2/h). OCtmax = 29.7 x 1.5 = 44.55 (kgO2/h). OCtmin = 29.7 x 0.8 = 23.97 (kg O2/h). i. Tính lượng không khí cần thiết. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, tra bảng 7.1 ( Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Ta có Ou = 7gO2/m3.m. Bể sâu h1 = 3.5 m; độ ngập nước h = 3m Công suất hòa tan thiết bị. OU = Ou x h = 7 x 3 = 21 gO2/m3. Lượng không khí cần thiết . )./(59.0)/(509575.1 1021 4.713 33 3 smngaymxx fx OU OCO tk ==== − Trong đó:  OCt : Lượng ôxy thực tế cần.  OU : Công suất hòa tan thiết bị.  f : Hệ số an toàn. Chọn 1.5. Qktb = 2123.2 m3/h. Qkmax = 1.5 x 3184.8 m3/h. Qkmin = 0.8 x 1698.56 m3/h. Lượng không khí cần thiết để chọn máy nén khí : 2 x 0,59 = 1.18 (m3/s). k. Tính áp lực khí máy nén: Vận tốc khí thoát ra khỏi khe hở :5-10 m/s. Ap lực cần thiết cho hệ thống ống khí nén xác định theo công thức : Hd = hd + hc + hf + H. Trong đó :  hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn (m).  hc : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m).  hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). Giá trị này không vượt quá 0.5m.  H: chiều cao hữu ích của bể. 3m. Tổng tổn thất hd và hc không vượt quá 0.4 m. Vậy áp lực cần thiết là : Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 126 Hd = 0.4 + 0.5 + 3 = 3.9 m. Ap lực không khí : ( ) .38.1 33.10 33.10 amtHP d =+= Công suất máy nén : ( ) ( ) )(27.41 8.0102 18.1138.134400 102 134400 29.029.0 KW x xx nx qxPxN =−=−= Số ống phân phối D100 dài 1m tính theo cường độ cho phép q của mỗi ống : ).(4.147 36006 108.3184 3 max max max ongx x q QNq === ).(157 36003 1056.1698 3 min min min ongx x q QNq === l. Chọn kích thước bể và ống phân phối khí. Ống phân phối khí bố trí dọc thành bể. Chiều rộng một hành lang: B = h = 3 m. Chiều dài hành lang. ).(6.31 5.43 25.426 1 m xbxh V b FL ==== Trong bể bố trí 3 hành lang. Do đó kích thước bể là : D x R = 16 x 9. Dòng chảy trong bể là dòng chảy điều, chiều dài giàn ống xương cá: L = 2 x (16 – 3 ) = 26 m. Khoảng cánh giữa các ống trong hệ phân phối : ).(165.0 157 26 min m N Ll q === 3000 3000 3000 16000 3000 Cấp khí Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 127 Cường độ thổi gió: )./(55.119 25.426 50957 23 ngaymmq == Chỉ tiêu gió: ).1/(56.114 10)6787.82.305(1500 50957 10)( 5 3 33 kgBODkhimxxxSSxQ Oa o k =−=−= −− Ví dụ áp dụng 2 .Tính Bể Aerotank với các thông số thiết kế: + Lưu lượng nước thải: Qtb-ngđ = 150 (m3/ngàyđêm) + Nhiệt độ nước thải: t = 25oC + Hàm lượng BOD5 đầu vào = hàm lượng BOD5 đầu ra của bể lắng I So = 637 (mg/l) + Hàm lượng COD đầu vào = hàm lượng COD đầu ra của bể lắng I. CODvào = 1160 (mg/l) + Cặn lơ lửng: SSvào = 230 (mg/l) Đầu ra: Nước thải sau xử lý đạt TCVN 6980 - 2001 + BOD5 đầu ra = S < 40 (mg/l), Chọn BOD5 đầu ra = 20 (mg/l) + COD đầu ra < 70 (mg/l), chọn COD ra = 50 (mg/l) + Cặn lơ lửng: SSra < 50 (mg/l), Chọn SSra = 30 (mg/l) - Các thông số vận hành: + Cặn hữu cơ, a = 75%. + 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, Xo= 0. + Nồng độ bùn hoạt tính, X = 2500 ÷ 4000 mg/l, chọn X = 3000 (mg/l) + Lượng bùn hoạt tính tuàn hoàn là nồng độ cặn lắn 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, Kd = 0.06 ngày-1 + Hệ số sản lượng bùn Y = 0,4 ÷ 0,8 mg VSS/mg BOD5, chọn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5 1. Xác định hiệu quả xử lý - Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 : %86,96%100 637 20637 =×−=E - Hiệu quả xử lý COD: %69,95%100 1160 501160 =×−=E 2. Kích thước bể Aerotank - Thể tích bể: V= * * ( ) * (1 * ) c o d c Q Y S S X K θ θ − + = )10*06,01(*3000 )20637(*10*6,0*150 + − ≈ 116 (m3) Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải: Q = 150 (m3/ngàyđêm) Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 128 Y: Hệ số sản lượng bùn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5 S0: Hàm lượng BOD5 nước thải đầu vào, S0 = 637 (mg/l) S: Hàm lượng BOD5 nước thải đầu ra, S = 40 (mg/l) X: Nồng độ bùn hoạt 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 = V Hi = 3 116 = 38,67≈ 39 (m2) - Chọn chiều rộng bể: B = 5 (m) - Chiều dài bể: D = 7,8 (m) - Thể tích thực của bể: Vt = D * B * H = 7,8 * 5 * 3,5 = 136,5 (m3) 3. Thời gian lưu nước: θ = ngay tbQ V = 150 116 = 0,773 ngày = 18,55 (h) 4. Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày - Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức: 375,0 06,0*101 6,0 *1 =+=+= dcb K YY θ - Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5: Px = Q 3*( )* 150*(637 20)*0,375*10o bS S Y −− = − = 34,7 (kg/ngàyđêm) - Tổng lượng cặn sinh ra trong 1 ngày: 1 34, 7 49, 6 1 1 0, 3 x x PP z = = =− − (kg/ngày) - Lượng cặn dư xả ra hàng ngày: raxxa PPP −= 1 Với: Pra = SSra * Q = 30 * 10-3 * 150 = 4,5 (kg/ngày) → Pxả = 49,6 – 4,5 = 45,1 (kg/ngày) - Lưu lượng bùn xả (nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng) Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 129 Qxả = * * * 116 * 3000 150 * 22, 5 *10 5, 6 * 5600 *10 ra ra c T c V X Q X X θ θ − −= = (m3/ngày) Trong đó: XT: Nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn (cặn không tro), XT = (1 - 0,3) * 8000 = 5600 (mg/l) Xra: Nồng độ VSS ra khỏi bể lắng: Xra = SSra * a = 30 * 0,75 = 22,5 (mg/l) 5. Hệ số tuần hoàn bùn: Hình 4.7: Sơ đồ làm việc bể Aerotank Phương trình cân bằng vật chất đối với bể aeroten: (Q + Qt) * X = Q * X0 + Qt * Xt Trong đó: Q : Lưu lượng nước thải vào bể, Q = 150 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 = tQ Q là tỷ số tuần hoàn bùn: X + α * X = α * Xt Suy ra: α = XX X t − = 30008000 3000 − = 0,6 - Lưu lượng bùn tuần hoàn: Ta có: α = tQ Q Suy ra: Qt = α*Q = 0,6 * 150 = 90 m3/ngày 6. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể aeroten: - Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M: F/M = X S o *θ = 3000*75,0 637 = 0,28 kg BOD5/kg MLVSS.ngày F/M = 0,28 nằm trong giới hạn cho phép đối với bể Aeroten xáo trộn hoàn toàn: F/M = 0,2 – 0,6 kg BOD5/kg MLVSS.ngày Bể lắng Q,X0 Bể AEROTANK Qt, Xt (Q +Qt), X Qx,Xt Q,Xr Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 130 - Tải trọng thể tích: La = *oS Q V *10-3 = 116 150*637 *10-3 = 0,8237 kg BOD/ m3.ngày La = 0,8237 nằm trong giới hạn cho phép đối với aeroten xáo trộn hoàn toàn: La = 0,8÷1,9 kg BOD/m3.ngày (Theo tài liệu Thoát nước của PGS, TS. Hoàng Văn Huệ). 7. Tính lượng ôxy cần thiết: - Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện chuẩn (không cần xử lý Nitơ) ( ) 7,34*42,1 55,0*1000 )20637(*150*42,1 *1000 * −−=−−= xoo Pf SSQ OC = 118,998 ≈ 119 (kgO2/ngđ) Trong đó: f: Hằng số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD20, 55,0 20 5 = BOD BOD 1,42- Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD Px: Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày: Px = 33,6 (kg/ngđ) - Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện thực tế: 20 1 1* ( ) * * 1, 024 s t o T s COC OC C C α−= − Trong đó: CS: Nồng độ ôxy bão hòa trong nước ở 20oC, CS ≈ 9,08 (mg/l) C: Nồng độ ôxy cần duy trì trong bể, C = 1,5÷2 (mg/l) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải- Trịnh Xuân Lai) Chọn C = 2 (mg/l) T = 25oC, nhiệt độ nước thải α : Hệ số điều chỉnh lượng ôxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng của hàm lựơng cặn, chất hoạt động bề mặt), α = 0,6÷ 0,94, chọn α = 0,7 25 20 9, 08 1 1119 * ( ) * * 193, 64 9, 08 2 1, 024 0, 7t O C −= =− (kg/ngày) - Lượng không khí cần thiết: Qkhí = a OU t f OC × 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 ôxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam ôxy 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). Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 131 Bảng : Công suất hòa tan ôxy vào nước của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình Điều kiện thí nghiệm Ou=grO2/m3.m Ou grO2/m3.m Nước sạch T=20oC 12 10 Nước thải T=20oC,α =0,8 8,5 7 → 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) → Qkhí = 7,98795,1* 10*6,19 64,193 3 =− (m3/ngày) 8. Tính áp lực máy nén: - Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén: Hd = hd + hc + hf + H Trong đó: hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, (m) 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 hf 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 = )(38,1 33,10 9,333,10 33,10 33,10 atmH ct =+=+ - Công suất máy nén khí: N = )(02,5 75,0102 114,0)138,1(34400 102 )1(34400 29,029,0 KW n qp k =× ×−×=× ×−× Trong đó: qk: lưu lượng không khí: qk = 114,0 86400 =kQ (m3/s) n: Hiệu suất máy nén khí, chọn n = 0,75 9. Bố trí hệ thống sục khí: Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 4 ống nhánh với chiều dài mỗi ống là 7,8 m, đặt cách nhau 1 m - Đường kính ống chính dẫn khí: 4 * 4 * 0,114 0,12 * 3,14 *10 khiQD Vπ= = = (m) = 120 (mm) →D= φ 120 (mm) Trong đó: V: tốc độ chuyển động của không khí trong mạng lưới trong ống phân phối, V=10÷ 15 (m/s), chọn V = 10 (m/s) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải- Ts.Trịnh Xuân Lai) - Đường kính ống nhánh dẫn khí: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 132 Dn = 10*14,3*4 114,0*4 14,3*10*4 *4 =kkq = 60 (mm) → Chọn Dn =φ 60 (mm) - Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170 (mm), diện tích bề mặt F = 0,02(m2), cường độ khí 200l/phút.đĩa = 3,3(l/s) - Số đĩa phân phối trong bể là: 3 0,114 34, 55 3, 3 3, 3 *10 kh iQN −= = = đĩa → Chọn: Số lượng đĩa: N = 36 đĩa - Số lượng đĩa là 36 cái, chia làm 4 hàng, mỗi hàng 9 đĩa phân bố cách sàn bể 0,2 m và mỗi tâm đĩa cách nhau 0,78 m - Ñöôøng kính oáng daãn buøn tuaàn hoaøn Db = 4 * 4 * 90 0, 0297 0, 03 * 3,14 *1, 5 * 86400 th b Q vπ = = ≈ m Chọn Db = φ 34 Qth: Lưu lượng bùn tuần hoàn Qth = 90 (m3/ngđ) Vb: Vân tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện bơm, Vb = 1 – 2 m/s Chọn Vb = 1,5 m/s Các thông số thiết kế bể Aerotank Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 133 φ70 φ20 Bu loâng M20 MAËT BAÈNG B LAN CAN OÁNG SAÉT TRAÙNG KEÕM ±0.00 OÁNG PVC Φ42 DAÃN NÖÔÙC THAÛI VAØO BEÅ SAØN COÂNG TAÙC MAËT CAÉT A-A B OÁNG PVC Φ60 DAÃN NÖÔÙC THAÛI SANG BEÅ LAÉNG MAËT CAÉT B-B LÔÙP ÑAÁT TÖÏ NHIEÂN BEÂTOÂNG MAÙC 200 LÔÙP VÖÕA TRAÙT LÔÙP CHOÁNG THAÁM +4000 La 30x3 mm CHI TIEÁT 1: Goái ñôõ chöõ I baèng beâ toâng TL: 1:10 CHI TIEÁT ÑAÀU PHAÂN PHOÁI KHÍ TL: 1: 2 BAÛN VEÕ CHI TIEÁT BEÅ AEROTEN COÂNG SUAÁT 400 M /NGAØY3 1000200 200 1000 60 00 48 00 500 1000 1000 1000 500 I I 25 0 45 0 Bu loâng M20 200 30 0 SV thieát keá TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH KHOA MOÂI TRÖÔØNG Tæ leä : 1: 50 Soá baûn veõ: 3 Baûn veõ soá: 3 NHT: 18/6/2001 1 TL: 1:50 OÁNG SAÉT TRAÙNG KEÕMΦ60 NBV: 23/6/2001 STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Chiều dài bể (L) 7,8 (m) 2 Chiều rộng bể (B) 5 (m) 3 Chiều cao bể (H) 3,5 (m) 4 Thời gian lưu nước (θ ) 18,55 giờ 5 Thời gian lưu bùn ( Cθ ) 10 ngày 6 Đường kính ống dẫn khí chính 120 mm 7 Đường kính ống dẫn khí nhánh 60 mm 8 Công suất máy nén khí 5,02 KW/h 9 Số lượng đĩa 36 Đĩa 4.2.3. Bể lắng 2 Có nhiệm vụ lắng trong nước sau khi xử lý sinh học. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 134 9 PT cân bằng: G = (Q + Qt)Co = S.VPL.CL G = (Q + Qt)Co = S.VPL.CTR Æ S = (Q + Qt)CoCtVt Gọi α là hệ số tuần hoàn: Qt = α.Q Do đó: S = Q(1 + α).Co Ct.VL  TÍNH TOÁN BỂ LẮNG II: 1/ Diện tích mặt bằng của bể lắng II: S >= Q(1 + α).Co Ct.VL Với: + Q: lưu lượng nước thải (m3/h). + α: hệ số tuần hoàn, lấy α = 0,6-0,8 + Co: nồng độ bùn hoạt tính trong bể sinh học. Co = β.X (β ~ 0,8) + Ct: nồng độ bùn trong vòng tuần hoàn (7000-15000 mg/l) + VL: vận tốc lắng của mặt phân chia L. VL = Vmax.e-KCL.10-6 (m/h) Với: - Vmax = 7 m/h - K = 600 (khi 50 < SVI <150) và đây là thông số phải sử dụng. 2/ Diện tích buồng trung tâm fB = 10% S 3/ Tổng diện tích bể F = S + fB 4/ Thường xây dựng dạng bể tròn (li tâm) (Q + Qt)Co C = 0 CL Vp = VL + Vt Vp = Vt L T QtCt Q + Vt = Qt S : do tuần hoàn + VL: vận tốc lắng của hạt. + Nồng độ hạt tại các mặt cắt L và T là CL, CT. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trang 135 π xFD 4= 5/ Đường kính buồng phân phối π Bxfd 4= ( d = 25%D) 6/ Kiểm tra lại fB, S 7/ Tải trọng thuỷ lực a = Q S (m 3/m2.ngày) 8/ Vận tốc đi lên của nước trong bể V = a 24 (m/h) 9/ Máng đặt vòng ngoài có Dmáng = 80% D 10/ Chiều dài máng thu nước L = πDmáng 11/ Tải trọng chiều dài máng aL = Q L 12/ Tải trọng bùn b = Q(1 + α)Co 2