Đề tài Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải bột ngọt công suất 2300 m3/ ngày đêm

iều hòa: Vđh(lt) = Vmax – Vmin = 355,6 – (-35,2) = 390,8m3 Vđh(lt) = 390,8m3 - Thể tích thực tế bể điều hòa: Vđh(tt) = (1,1 ÷ 1,2)Vđh(lt) = 1,1.390,8 = 430m3 Vđh(tt) = 430m3 Hình 3: Biểu đồ đường cong tích lũy 2). Kích thước bể điều hòa: Chọn bể có dạng hình chữ nhật: Chọn: Chiều cao lớp nước lớn nhất: hmaxÎ(2,5 ÷ 5)m. Chọn hmax = 4,5m Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3m Thể tích tích lũy bơm Thể tích tích lũy vào TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO www.vinawater.org Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 17 of 54 - Chiều cao tổng cộng bể điều hòa: H = hmax + hbv = 4,5 + 0,3 = 4,8m H = 4,8m - Diện tích mặt cắt ngang bể: 2)tt(dh m90 8,4 430 H V A === A = 90m2 Chọn chiều dài, chiều rộng của bể: L = 10m W = 9m - Kích thước bể điều hòa: L x W x H = 10m x 9m x 4,8m 3). Hiệu quả của bể điều hòa đối với tải lượng BOD5: Dựa vào kết quả phân tích biểu đồ đường cong tích lũy hoặc bảng thể tích tích lũy theo giờ, ta thấy thời điểm bể cạn nhất là 7h. Thời điểm tính toán bắt đầu từ 8h. - Thể tích nước trong bể điều hòa ở giờ thứ i: Vi = Vi-1 + Vin(i) – Vout(i) (1) Trong đó: - Vi: Thể tích nước trong bể điều hòa ở gìơ đang xét (i). - Vi-1: Thể tích nước trong bể điều hòa ở gìơ trước đó (i-1). - Vin(i): Lượng nước vào bể ở giờ đang xét (i). - Vout(i): Lượng nước bơm ra bể ở giờ đang xét (i). Giả sử khối nước trong bể điều hòa được xáo trộn hoàn toàn. - Hàm lượng BOD5 trung bình bơm ra khỏi bể ở giờ thứ i : 1iiin 1i1iiiniin iout VV SVSV S - -- + + = )( )()( )( .. (2) Trong đó: - Sout(i): Hàm lượng BOD5 trung bình của dòng ra ở giờ đang xét (i). - Sin(i): Hàm lượng BOD5 trung bình của dòng vào ở giờ đang xét (i). - Vi-1: Thể tích nước trong bể điều hòa ở giớ trước đó (i-1). - Vin(i): Lượng nước vào bể ở giờ đang xét (i). - Tải lượng BOD5 của dòng vào ở giờ thứ i: vaoiih vao iBOD BODQL .)()( = (3) TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 18 of 54 - Tải lượng BOD5 của dòng ra ở giờ thứ i: raib ra iBOD BODQL .)( = (4) Trong đó: - vao iBODL )( : Tải lượng BOD5 vào bể giờ thứ i. - ra iBODL )( : Tải lượng BOD5 ra bể giờ thứ i. - Qh(i): Lưu lượng nước thải vào giờ thứ i. - Qb: Lưu lượng bơm ra khỏi bể giờ thứ i. - vaoiBOD : Hàm lượng BOD5 vào bể ở giờ thứ i. ( ))i(invaoi SBOD = - raiBOD : Hàm lượng BOD5 ra khỏi bể ở giờ thứ i. ( ))i(outrai SBOD = Từ các công thức (1),(2),(3),(4) ta tính thử các thông số trên tại giờ thứ 8 (do thời điểm tính toán bắt đầu từ 8h) và giờ thứ 9. + Thể tích nước vào trong bể điều hòa lúc 8h: V8 = V7 + Vin(8) - Vout(8) = 0 + 180 – 95,8 = 84,2m3 + Thể tích nước vào trong bể điều hòa lúc 9h: V9 = V8 + Vin(9) - Vout(9) = 84,2 + 190 – 95,8 = 178,4m3 + Hàm lượng BOD5 trung bình bơm ra khỏi bể điều hòa lúc 8h: l/mg1460 0180 1020.01460.180 VV S.VS.V S 7)8(in 77)8(in)8(in )8(out =+ + = + + = + Hàm lượng BOD5 trung bình bơm ra khỏi bể điều hòa lúc 9h: l/mg1505 2,84190 1460.2,841525.190 VV S.VS.V S 8)9(in 88)9(in)9(in )9(out =+ + = + + = + Tải lượng BOD5 ở dòng vào lúc 8h: h/kgBOD8,26210.1460.10.180BOD.QL 5 63vao 8)8(h vao )8(BOD === - + Tải lượng BOD5 ở dòng vào lúc 9h: h/kgBOD75,28910.1525.10.190BOD.QL 5 63vao 9)9(h vao )9(BOD === - + Tải lượng BOD5 ở dòng ra vào lúc 8h: h/kgBOD87,13910.1460.10.8,95BOD.QL 5 63ra 8b ra )8(BOD === - + Tải lượng BOD5 ở dòng ra vào lúc 9h: h/kgBOD18,14410.1505.10.8,95BOD.QL 5 63ra 9b ra )9(BOD === - TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 19 of 54 (Ghi chú: Lúc 7h bể cạn nước nhất, nên thể tích nước trong bể điều hòa lúc đó V7 = 0). Từ các công thức (1),(2),(3),(4) và cách tính tương tự như trên ta lập bảng “tính toán hàm lượng BOD5 trung bình và tải lượng BOD5 trước và sau bể điều hòa” như bảng 5. Bảng 5: Tính toán hàm lượng BOD5 trung bình và tải lượng BOD5 trước và sau bể điều hòa Giờ (h) Lưu lượng vào Qh(i) (m3) Thể tích nước trong bể (m3) BOD5 vào (mg/l) BOD5 ra (mg/l) Tải lượng BOD5 trước điều hòa (kgBOD5/h) Tải lượng BOD5 sau điều hòa (kgBOD5/h) 8 180 84.2 1460 1460 262.8 139.87 9 190 178.4 1525 1505.04 289.75 144.18 10 150 232.6 1420 1477.04 213 141.50 11 100 236.8 1325 1391.44 132.5 133.30 12 82 223 920 1220.83 75.44 116.96 13 90 217.2 900 914.25 81 87.59 14 100 221.4 885 895.27 88.5 85.77 15 165 290.6 820 857.24 135.3 82.12 16 126 320.8 1200 934.93 151.2 89.57 17 114 339 1026 1154.38 116.96 110.59 18 120 363.2 870 985.22 104.4 94.38 19 110 377.4 730 837.46 80.3 80.23 20 105 386.6 725 728.91 76.13 69.83 21 100 390.8 895 759.94 89.5 72.80 22 91 386 740 865.72 67.34 82.94 23 90 380.2 610 715.42 54.9 68.54 24 72 355.6 520 595.67 37.44 57.06 1 50 310.6 515 519.38 25.75 49.76 2 40 254.8 540 517.85 21.6 49.61 3 40 199 610 549.50 24.4 52.64 4 40 143.2 650 616.69 26 59.08 5 30 77.4 732 664.20 21.96 63.63 6 45 26.6 850 775.38 38.25 74.28 7 70 0 1020 973.19 71.4 93.23 TB 95,8 900 913.123 95.25 87.48 4). So sánh lưu lượng và tải lượng của nước thải trước và sau bể điều hòa: Ta lập “Biểu đồ lưu lượng trước và sau bể” như hình 4 để so sánh lưu lượng nước thải trước và sau bể điều hòa, và “Biểu đồ tải lượng BOD5 trước và sau bể” như hình 5 để so sánh tải lượng BOD5 của nước thải trước và sau bể điều hòa. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 20 of 54 Hình 4: Biểu đồ lưu lượng trước và sau bể Hình 5: Biểu đồ tải lượng BOD5 trước và sau bể TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 21 of 54 5). Công suất máy bơm: kW26,3 3600.8,0.1000 10.81,9.997.8,95 .1000 H.g..Q N bbb ==h r = Nb = 3,26kW - Công suất bơm thực tế: Ntt = 1,2Nb = 1,2.3,26 = 3,912kW Ntt = 3,912kW = 5,126Hp Trong đó: - Các hệ số ρ, g, η tính như phần “Hầm bơm tiếp nhận”. - Hb: Cột áp bơm, Hb Î (8 ÷ 10)m. Chọn Hb = 10m 6). Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa bằng khí nén: - Lượng không khí cần thiết: h/m35974,3.8,95a.QL 3tbhkhi === Lkhí = 359m3/h = 0,1m3/s Trong đó: - a: Lưu lượng không khí cấp cho bể điều hòa. Chọn a = 3,74 m3 khí/m3 nước thải - tbhQ : Lưu lượng nước thải trung bình giờ. tb hQ = 95,8m 3/h Chọn hệ thống ống cấp khí bằng PVC có đục lỗ, bao gồm 3 ống đặt dọc theo chiều dài bể (10m), các ống cách nhau 2,5m. - Lưu lượng khí trong mỗi ống: h/m120 3 359 3 Lq 3khiong === qống = 120m3/h - Đường kính ống dẫn khí: mm65m065,0 3600.10. 120.4 3600.v. q.4 d ong ong ong ==p = p = dống = 65mm Trong đó: - vống: Vận tốc khí trong ống, vống Î (10 ÷ 15)m/s. Chọn vống = 10m/s Chọn ống θống = 65mm, đường kính các lỗ: dlỗ = (2 ÷ 5)mm. Chọn dlỗ = 3mm Vận tốc khí qua lỗ: vlỗ Î (5 ÷ 20)m/s. Chọn vlỗ = 15m/s. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 22 of 54 - Lưu lượng khí qua 1 lỗ: h/m382,03600. 4 003,0..15 4 d. .vq 3 22 lo lolo = p = p = qlỗ = 0,382m3/h - Số lỗ trên một ống: 315 382,0 120 q q N lo ong lo === lỗ Nlỗ = 315 lỗ - Số lỗ trên 1m dài: 5,31 10 315 L N n lolo === lỗ/m nlỗ = 32lỗ/m 7). Công suất máy nén khí: - Áp lực và công suất của hệ thống nén khí: Hct = hd + hc + hr + H Trong đó: hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m). hc: Tổn thất cục bộ (m). hr: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). H: Chiều sâu hữu ích của bể tức độ sâu ngập nước của miệng vòi phun, H = 4m. Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m. Chọn hd + hc = 0,4m Tổn thất hf thường không vượt quá 0,5m. Chọn hf = 0,5m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hct = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9m Hct = 4,9m - Áp lực máy nén khí của máy thổi khí là: at474,1 33,10 9,433,10P =+= P = 1,474at TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 23 of 54 - Công suất của máy nén khí: [ ] kW05,51474,1. 8,0.283,0.7,29 293.314,8.12,01 P P .n.7,29 T.R.GN 283,0 283,0 1 21kk =-= ú ú û ù ê ê ë é -÷÷ ø ö çç è æ h = N = 5,05kW = 6,73Hp Với: Gkk: khối lượng của dòng không khí: G = Lkk . ρkk = 0,1.1,2 = 0,12kg/s Gkk = 0,12kg/s ρkk: khối lượng riêng của không khí ở 200C, ρkk = 1,2kg/m3 R: hằng số của khí, R = 8,314 KJ/K.mol 0K T1: nhiệt độ đầu vào của không khí, T1 = 2930K P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1at P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 = 1,474at n: 283,0 395,1 1395,1 k 1kn =-=-= n = 0,283 k: hằng số đối với không khí, k = 1,395 η: hiệu suất của máy, chọn η = 80% c). Thông số thiết kế: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều cao bể m 4,8 2 Chiều rộng bể m 9 3 Chiều dài bể m 10 4 Công suất bơm Hp 5,126 5 Công suất máy nén Hp 6,73 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 24 of 54 IV) Bể lắng đợt 1 a) Nhiệm vụ: Loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lí trước đó. Ở đây, các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất có tỷ trọng nhỏ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước và sẽ được thiết bị gạt cặn tập trung đến hố ga đặt ở bên ngoài bể. Hàm lượng chất lơ lửng sau bể lắng 1 cần đạt ≤ 150mg/l trước khi đưa vào các công trình xử lí sinh học. b) Tính toán: h/m8,95Q 3htb = → /m230024.5,95Q 3ng tb == ngày Chọn bể lắng đợt 1 dạng tròn, nước thải vào từ tâm và thu nước theo chu vi bể (bể lắng ly tâm). 1). Diện tích bề mặt lắng: Tải trọng bề mặt: LA Î (32 ÷ 48) m3/m2.ngày → Chọn LA= 40 m3/m2.ngày - Diện tích bề mặt lắng: 2 A ng tb m5,57 40 2300 L Q A === A = 57,5m2 2). Đường kính bể lắng: m6,85,57.4A4D = p = p = D = 8,6m 3). Đường kính ống trung tâm: Ta có: dtt Î (15 ÷ 20%)D → Chọn 20%D nên: dtt = 20%D = 0,2.8,6 = 1.72m dtt = 1,72m 4). Chiều cao bể lắng : Chiều sâu hữu ích bể lắng: H Î (3 ÷ 4,6)m → Chọn H = 3,7m Chiều cao lớp trung hòa: hth = 0,2m Chiều cao lớp bùn lắng: hb = 0,7m Chiều cao lớp an toàn: hat = 0,3m TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 25 of 54 ® Chiều cao tổng cộng: Htc = 3,7+0,2+0,7+0,3 = 4,9m Htc = 4,9m 5). Chiều cao ống trung tâm: htt Î (55 ÷ 65%)H → Chọn 60%H nên: htt = 60%H = 0,6.3,7 = 2,22m htt = 2,22m 6). Kiểm tra lại thời gian lưu nước bể lắng: - Thể tích phần lắng: 32222 m2,2067,3).72,16,8( 4 h)dD( 4 V =-p=-p= V = 206,2m3 - Thời gian lưu nước: h2,2 8,95 2,206 Q VHRT h tb ===q= > 1,5h (thỏa) HRT = θ = 2,2h 7). Tải trọng máng tràn: ng.m/m2,85 6,8. 2300 D Q L 3 ng tb S =p = p = < 500 m3/m.ngày (thỏa) LS = 85,2m3/m.ngày 8). Độ dốc đáy bể: i Î (4 ÷ 10)% → Chọn i = 10% i = 10% 9). Chọn chiều cao và đường kính các ống phân phối: - Đường kính ống loe: dloe = 1,35.dtt = 1,35.1,72 = 2,322m dloe = 2,322m - Đường kính ống chắn: dchắn = 1,3.dloe = 1,3.2,322 = 3,02m dchắn = 3,02m - Chiều cao ống loe: hloe Î (0,2 ÷ 0,5)m → Chọn hloe = 0,3m hloe = 0,3m - Chiều cao ống chắn: hchắn Î (0,2 ÷ 0,5)m → Chọn hchắn = 0,3m hchắn = 0,3m TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 26 of 54 10). Hiệu quả lắng cặn lơ lửng và khử BOD5: Theo công thức thực nghiệm của các nhà khoa học Mỹ: q q .ba R + = Trong đó: R: Hiệu quả khử BOD5 hoặc SS biểu thị bằng (%). θ : Thời gian lưu nước (h). a,b: Hằng số thực nghiệm. a) Hiệu quả lắng cặn lơ lửng SS: Với SS ta có: a = 0,0075h ; b = 0,014 → %44,57 2,2.014,00075,0 2,2R SS =+ = RSS = 57,44% b) Hiệu quả khử BOD5: Với BOD5 ta có: a = 0,018h ; b = 0,02 → %5,35 2,2.02,0018,0 2,2R 5BOD = + = %5,35R 5BOD = c). Thông số thiết kế: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều cao tổng m 4,9 2 Đường kính m 8,6 3 Chiều cao cột nước m 4,6 4 Độ dốc đáy bể % 10 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 27 of 54 V) Bể trung hòa a) Nhiệm vụ: Dùng năng lượng cánh khuấy tạo ra dòng chảy rối để trộn đều nước thải với các hóa chất cho vào để điều chỉnh pH nước thải nằm trong khoảng thích hợp (pH = 6,5 ÷ 7,5) và cung cấp thêm dinh dưỡng cho hoạt động của vi sinh vật. b) Tính toán: Ống dẫn nước thải vào ở đáy bể, dung dịch sút NaOH cho vào ngay cửa ống dẫn vào bể, nước đi từ dưới lên tràn qua ống thu nước ở phía kia cùa thành bể để dẫn sang Aerotank. - Chọn thời gian khuấy trộn: tkt = 60s - Chọn cường độ khuấy trộn: G = 800s-1 - Nhiệt độ nước: tn = 200C 1). Thể tích bể trộn: 3kt tb h m6,160.3600 8,95t.QV === V = 1,6m3 Chọn bể trộn tròn. 2). Kích thước bể: Chọn: - Chiều cao hữu ích: Hhi = 2m - Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3m - Chiều cao tổng cộng: Htc = Hhi + hbv = 2 + 0,3 = 2,3m Htc = 2,3m - Đường kính bể: m1 2. 6,1.4 H. V.4D = p = p = D = 1m 3). Kích thước tấm chắn: Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước. - Chiều cao tấm chắn: Hch = 1,8m - Chiều rộng tấm chắn: Wch = 0,1.D = 0,1.1 = 0,1m Wch = 0,1m TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 28 of 54 4). Thông số máy khuấy : Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng góc 450 hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên. - Chọn: Đường kính máy khuấy: Dkh = 0,35m Chiều rộng cánh khuấy: Wkh = 0,07m Chiều dài cánh khuấy: Lkh = 0,09m Hiệu suất động cơ: η = 0,7 - Máy khuấy đặt cách đáy 1 đoạn: h = 0,35m - Năng lượng cần truyền vào nước: P = G2.V.μ = 8002.1,6.0,001 = 1,024kW P = 1,024kW - Công suất động cơ: kW47,1 7,0 024,1PN == h = N = 1,47kW = 1,96Hp - Số vòng quay: 65,5 35,0.1000.08,1 024,1 D..K Pn 3 1 5 3 1 5 kh =÷ ø ö ç è æ=÷÷ ø ö çç è æ r = vòng/s n = 5,65vòng/s = 339vòng/phút Trong đó: μ: Độ nhớt động lực của nước, μ = 0,001Pa.s ρ: Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000kg/m3 K: Hệ số hiệu chỉnh, K = 1,08 Phải có hộp giảm tốc cho động cơ. - Đường kính ống dẫn nước ra và dẫn nước vào lấy như sau: dra = dvào = 300mm TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 29 of 54 5). Tính lượng sút NaOH sử dụng để trung hòa: - Do pH của dung dịch nước thải đầu vào là 4 (pH = 4) nên l/mol10C 4M H -= + - Số mol H+ có trong lưu lượng dòng vào: /mol16,0 60 1000.8,95.10Q.CN 4tbhMH H === - + + phút /mol16,0N H =+ phút - Phương trình phản ứng: NaOH + H+ → Na+ + H2O 1 1 0,16 0,16 - Dựa vào phương trình ta có số mol NaOH cần dùng là: nNaOH = 0,16mol/phút - Chọn dung dịch NaOH vào có nồng độ: M1l/mol1C NaOHM == - Lượng NaOH cần dùng: /L16,0 1 16,0 C n V NaOHM NaOH NaOH === phút VNaOH = 0,16L/phút = 230,4L/ngày c). Thông số thiết kế: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều cao tổng bể m 2,3 2 Đường kính m 1 3 Chiều cao tấm chắn m 1,8 4 Chiều rộng tấm chắn m 0,1 5 Công suất máy khuấy Hp 1,96 6 Số vòng quay vòng/s 5,65 7 Lượng NaOH sử dụng L/ngày 230,4 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO www.vinawater.org Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 30 of 54 VI) Bể bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn - Bể Aerotank a) Nhiệm vụ: Bể Aerotank được sử dụng khá phổ biến trong các quá trình xử lí sinh học hiếu khí, tức là quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan không lắng được nhờ các vi sinh vật hiếu khí có sử dụng Oxy hòa tan. Tùy thuộc vào thành phần nước thải cụ thể, các chất dinh dưỡng, chủ yếu là N và P sẽ được bổ sung để gia tăng khả năng phân hủy sinh học của vi sinh vật. Nước thải chứa 1 lượng lớn chất hữu cơ, do đó chúng được đưa vào bể Aerotank để vi sinh vật phân hủy chúng thành các chất vô cơ như: CO2, H2O... và tạo thành sinh khối mới, góp phần làm giảm COD và BOD của nước thải. b) Tính toán: 1). Các thông số tính toán: - BOD5 trung bình sau bể điều hòa là: 913,123mgO2/L. - Hàm lượng BOD5 vào Aerotank (ra bể lắng đợt I): S0 = 913,123.(1 – 0,355) = 589mgO2/L S0 = 589mgO2/L Theo kết quả thực nghiệm ta tìm được các “thông số động học” như sau: - Hệ số bán vận tốc: KS = 50mg/L - Hàm lượng cơ chất: Y = 0,5mgVSS/mgBOD5 - Hệ số phân hủy: kd = 0,05ngày-1 Có thể áp dụng các điều kiện sau cho tính toán quá trình bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn: a) Hàm lượng vi sinh, chất hữu cơ có trong bùn: MLVSS:MLSS = 0,75. b) Hàm lượng bùn tuần hoàn: Xu = 12000mgSS/l. c) Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank: MLVSS = 3500mg/l. d)Thời gian lưu bùn trung bình: θc = 10ngày. e) Tỉ số BOD5 so với BODL (BOD cuối cùng): BOD5:BODL= 0,68. f) BOD5 sau lắng II đạt tiêu chuẩn loại A, còn lại là: 20mgO2/l. g) Nước thải sau lắng II chứa 20mgSS/L cặn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ phân hủy sinh học. h) Tỉ số BOD5:N:P = 900 : 55 : 15 = 100 : 6,1 :1,6 nên chất dinh dưỡng đa lượng đủ cho vi sinh phát triển. Giả sử các chất dinh dưỡng vi lượng cũng đủ cho sinh trưởng tế bào. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 31 of 54 2). Xác định BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ sau đây: 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: VSS = 0,65.20 = 13mg/L VSS = 13mg/L - BODL của cặn lơ lững dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng II: BODL = 13.1,42 = 18,46mgO2/L BODL = 18,46mgO2/L - BOD5 của cặn lơ lững của nước thải sau bể lắng II: BOD5 = 18,46.0,68 = 12,55mgO2/L BOD5 = 12,55mgO2/L - BOD5 hòa tan của nước thải sau bể lắng II: 20 = C + 12,55 → C = 7,45mgO2/L BOD5 hòa tan = 7,45mgO2/L 3). Hiệu quả xử lí BOD5 của bể Aerotank: %6,96100. 589 20589100. S SSE 0 0 BOD5 = - = - = %6,96E 5BOD = 4). Tính thể tích và các kích thước bể Aerotank: - Thể tích bể: 3 cd 0c r m1480)10.055,01.(3500 )45,7589.(6,0.2300.10 ).k1.(X )SS.(Y.Q.V = + - = q+ -q = Vr = 1480m3 Chia thành 2 đơn nguyên: V1 = V2 = 1480 : 2 = 740m3 - Chọn chiều cao hữu ích: H = 4m - Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3m - Chiều cao tổng: Htc = H + hbv = 4 + 0,3 = 4,3m. Htc = 4,3m - Chọn tỉ số: rộng : cao = W : H = 2 : 1. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 32 of 54 - Chiều rộng bể là: W = 2.H = 2.4 = 8m. W = 8m - Chiều dài bể là: .m23 8.4 740 W.H VL 1 === L = 23m - Kích thước bể: L x W x Htc = 23m x 8m x 4,3m 5). Thời gian lưu nước của bể Aerotank: h44,1524. 2300 1480 Q VHRT ===q= HRT = θ = 15,44h 6). Tính lượng bùn dư thải ra mỗi ngày: - Hệ số sản lượng quan sát: 5 cd obs mgBOD/mgVSS387,010.055,01 6,0 .k1 YY = + = q+ = Yobs = 0,387mgVSS/mgBOD5 - Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS: Px(VSS) = Yobs.Q.(BOD0 – BOD5 hòa tan) = 0,387.2300.(589 – 7,45).10-3 Px(VSS) = 518kgVSS/ngày - Lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS: /kgSS691 75,0 518 75,0 P P )VSS(x)SS(x === ngày Px(SS) = 691kgSS/ngày Hình 6 :Sơ đồ làm việc của hệ thống Bể lắng Bể Aerotank Qe, S, Xe Q, S0, Xo Qr, Xr, S Qw,Xr TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 33 of 54 - Lượng bùn dư cần xử lí mỗi ngày: Lượng bùn dư cần xử lí = Tổng lượng bùn - Lượng SS trôi ra khỏi lắng II Mdư(SS) = 691 – 2300.20.10-3 = 645kgSS/ngày Mdư(SS) = 645kgSS/ngày - Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lí: Mdư(VSS) = Mdư(SS).0,75 = 645.0,75 = 484kgVSS/ngày Mdư(VSS) = 484kgVSS/ngày Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn CSS = 1,2% và khối lượng riêng là ρ = 1012kg/m3. - Lưu lượng bùn dư cần xử lí: /m11,53 012,0.1012 645 C. M Q 3 SS )SS(du w ==r = ngày Qw = 53,11m3/ngày Có thể tính theo công thức sau: )75,0.20).(Q2300(75,0.12000.Q 3500.148010 X)QQ(X.Q X.V wwedurw r c -+ =Þ -+ =q → Qw = 53,81m3/ngày 7). Tính lưu lượng bùn tuần hoàn: - Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerorank: MLSS= MLVSS : 0,75 = 3500 : 0,75 = 4667mgSS/L MLSS = 4667mgSS/L Già sử X0 = 0 và Qr = αQ. Hệ số tuần hoàn: 630= 4667-12000 4667 = - =a , XX X u α = 0,63 - Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qr = αQ = 0,63.2300 = 1449m3/ngày = 60,4m3/h Qr = 60,4m3/h TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 34 of 54 8). Kiểm tra tải trọng thể tích: .m/kgBOD92,0 10.1480 589.2300 V S.QL 353 r 0 BOD5 === - ngày Î (0,8 ÷ 1,9) (thỏa). .m/kgBOD92,0L 35BOD5 = ngày 9). Kiểm tra tỉ số F/M: 26,0 3500. 24 44,15 589 X. SM/F 0 == q = ngày-1 Î(0,2 ÷ 0,6)ngày-1 (thỏa). F/M = 0,26ngày-1 10). Tính lượng khí cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính: Chọn: - Hiệu suất chuyển hóa O2 của thiết bị khuyếch tán khí: E = 9%. - Hệ số an toàn để tính công suất thực của máy thổi khí: (1,2 ÷ 2,5) → f = 2. - Lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính: /kgBOD1967 68,0 10).45,7589.(2300 68,0 )SS.(Q M L 3 0 BODL = - = - = - ngày /kgBOD1967M LBODL = ngày - Nhu cầu O2 cho quá trình: /kgO44,1231518.42,11967P.42,1MM 2)VSS(xBODO L2 =-=-= ngày /kgO44,1231M 2O2 = ngày Không khí chứa 23,2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng của không khí 1,2kg/m3 (ở 200C). - Lượng không khí lí thuyết cho quá trình: /m3,4423 2,1.232,0 44,1231 2,1.232,0 M M 3Okk 2 === ngày Mkk = 4423,3m3/ngày - Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn: .m/L6,23 1440.1480.09,0 1000.3,4423 V.E Mq 3 r kk kk === phút Î(20 ÷ 40L/m 3.phút) (thỏa) qkk = 23,6L/m3.phút TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 35 of 54 Như vậy lượng khí cấp cho quá trình bùn hoạt tính cũng đủ cho nhu cầu xáo trộn hoàn toàn. 11). Tính toán cho máy thổi khí và hệ thống nén khí: - Lưu lượng khí cần thiết của máy thổi khí: /m26,68 1440.09,0 3,4423.2 E M.fQ 3kkkk === phút Qkk = 68,26m3/phút = 1,14m3/s - Áp lực và công suất của hệ thống nén khí: Hct = hd + hc + hr + H Trong đó: hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m). hc: Tổn thất cục bộ (m). hr: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). H: Chiều sâu hữu ích của bể tức độ sâu