Đồ án Thiết kế hệ thống xử lí nước thải bệnh viện chợ Rẫy, thành phố Hồ Chí Minh công suất 2000 m3

trong máu, mủ, dịch, đờm, phân của người bệnh Các loại hóa chất độc hại từ cơ thể và chế phẩm điều trị Theo kết quả phân tích của các cơ quan chức năng, 80% nước thải từ bệnh viện là nước thải bình thường (tương tự nước thải sinh hoạt) chỉ có 20% là những chất thải nguy hại bao gồm chất thải nhiễm khuẩn từ các bệnh nhân, các sản phẩm của máu, các mẫu chẩn đoán bị hủy, hóa chất phát sinh từ trong quá trình giải phẫu, lọc máu, hút máu, bảo quản các mẫu xét nghiệm, khử khuẩn. Với 20% chất thải nguy hại này cũng đủ để các vi trùng gây bệnh lây lan ra môi trường xung quanh. Đặc biệt, nếu các loại thuốc điều trị bệnh ung thư hoặc các sản phẩm chuyển hóa của chúng… không được xử lý‎ đúng mà đã xả thải ra bên ngoài sẽ có khả năng gây quái thai, ung thư cho những người tiếp xúc với chúng. Đặc điểm phân biệt nước thải bệnh viện và nước thải sinh hoạt Thông qua nhiều phân tích và đánh giá, người ta rút ra những kết luận về đặc điểm khác biệt của nước thải bệnh viện với nước thải sinh hoạt như sau: Lượng chất bẩn gây ô nhiễm trên một giường bệnh lớn hơn 2-3 lần lượng chất bẩn gây ô nhiễm tính trên một đầu người. Ở cùng một tiêu chuẩn sử dụng nước thì nước thải bệnh viện có nồng độ cao hơn nhiều. Sự hình thành nước thải bệnh viện trong một ngày và ở những ngày riêng biệt của tuần là không đều (hệ số không điều hòa K=3). Thành phần của nước thải bệnh viện dao động trong ngày do chế độ làm việc của bệnh viện không đều. Trong nước thải bệnh viện, ngoài những chất bẩn thông thường như trong nước thải sinh hoạt, còn chứa những chất bẩn hữu cơ và khoáng đặc biệt (thuốc men, chất tẩy rửa, đồng vị phóng xạ…) còn có một lượng lớn vi khuẩn gây bệnh có khả năng lây lan cao, gây nhiều bệnh truyền nhiễm nguy hiểm. Vấn đề đặt ra là làm sao để kiểm soát các tác nhân nguy hiểm trong nước thải bệnh viện. Để xử lý triệt để mầm mống vi trùng gây bệnh có mặt trong nước thải bệnh viện thì nước thải sau khi qua song chắn rác phải được khử trùng rồi mới đi xử lý tại các công trình tiếp theo. Tuy nhiên, việc làm này là hết sức khó khăn thậm chí là chưa thể thực hiện được, vì nếu khử trùng bằng hóa chất thì đòi hỏi lượng hóa chất phải vừa đủ, không được phép dư, nếu không sẽ ảnh hưởng đến công trình phía sau, nếu khử trùng bằng tia UV thì không đòi hỏi hóa chất, nhưng chi phí cho việc khử trùng rất tốn kém. Nên hầu như người ta đã bỏ qua bước khử trùng lúc đầu mà chỉ sau khi xử lý xong mới khử trùng. Tổng quan về một số công trình xử lý nước thải bệnh viện Song chắn rác Song chắn rác được đặt trước hố thu gom nước thải nhằm chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng sợi như cỏ, rác, cành cây,…được gọi chung là rác. Các tạp chất này nếu không được loại bỏ sẽ gây tắc nghẽn đường ống, hư hỏng bơm, làm ảnh hưởng đến các công trình sau. Rác tại song chắn rác được vớt ra ngoài bằng phương pháp thủ công. Sau đó công ty vệ sinh môi trường sẽ đến thu gom. Hầm tiếp nhận Nước thải sau khi qua song chắn rác được tập trung tại hầm tiếp nhận, nhằm đảm bảo lưu lượng cho bơm hoạt động, giảm diện tích đào sâu không hữu ích cho bể điều hòa. Bể điều hòa Bể điều hòa có chức năng điều chỉnh lưu lượng nước thải ổn định trước khi đưa đến các công trình xử lý phía sau. Bể điều hòa được lắp đặt hệ thống phân phối khí nhằm giảm bớt một phần nồng độ các chất ô nhiễm, đồng thời tránh hiện tượng phân hủy yếm khí gây mùi hôi. Sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thải sẽ gây ảnh hưởng xấu đến hiệu quả xử lý các công trình phía sau. Đặc biệt là các công trình xử lý sinh học, chế độ làm việc của hệ thống sẽ không ổn định nếu lưu lượng và chất lượng nước thường xuyên thay đổi. Hơn nữa, hàm lượng chất bẩn trong nước thải lúc tăng, lúc giảm sẽ làm giảm hiệu suất xử lý của hệ thống. Đối với các công trình xử lý hóa học khi lưu lượng và nồng độ nước thải thay đổi thì phải tăng hoặc giảm nồng độ, liều lượng hóa chất châm vào. Điều này rất khó thực hiện khi điều kiện tự động hóa chưa cho phép. Bể lắng đứng Bể lắng đứng được thiết kế để loại bỏ bằng trọng lực các hạt cặn có trong nước theo dòng chảy liên tục vào bể và ra bể. Tại bể lắng một phần SS đã được loại bỏ nhằm giảm tải lượng cho các công trình xử lý tiếp theo. Bể aerotank Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, gió được cấp liên tục vào để bể trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cung cấp oxy cho vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ có trong nước thải. Sau đó nước được dẫn qua bể lắng đợt 2 để lắng bông bùn, và từ đây tuần hoàn một phần bùn trở lại bể bể sinh hoc nhằm duy trì nồng độ bùn cần thiết trong bể sinh học. Ưu điểm: Sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải. Hiệu suất cao: 85-95%, khoảng 98% cặn lơ lửng được loại bỏ. Không sinh mùi. Nhược điểm: Nhu cầu dinh dưỡng cao. Bùn sinh ra nhiều, phải tuần hoàn bùn. Phải có bể lắng đợt 2 Đòi hỏi trình độ vận hành cao. Bể hoạt động gián đoạn (SBR) SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xẩy ra trong SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, có điểm khác là tất cả các quá trình xẩy ra trong cùng một bể lần lượt theo từng bước: (1) làm đầy; (2) phản ứng; (3) lắng; (4) xả cạn; (5) ngưng. Bản chất của quá trình là xử lý sinh học từng mẻ. Hệ thống SBR bao gồm đưa nước thải vào bể phản ứng và tạo các điều kiện cần thiết như môi trường thiếu khí, kị khí, hiếu khí để cho vi sinh vật tăng sinh khối, hấp thụ và tiêu hóa các chất thải hữu cơ trong nước thải. Chất hữu cơ (C, N, P) từ dạng hòa tan sẽ chuyển hóa vào sinh khối vi sinh vật. Khi lớp sinh khối này lắng kết xuống sẽ còn lại nước trong đã tách chất ô nhiễm, chu kì xử lý lại tiếp thục cho một mẻ xử lý mới. Đặc trưng của SBR Cho phép thiết kế hệ đơn giản với các bước xử lý cơ bản theo quy trình từng mẻ. Khoảng thời gian cho mỗi chu kì có thể điều chỉnh được và là một quy trình có thể điều chỉnh tự động bằng PLC. Hiệu quả xử lý có độ tin cậy cao và độ linh hoạt. Ưu điểm Không cần bể lắng và bể lọc đợt 2 nên tiết kiệm được diện tích và chi phí xây dựng. Tải lượng xử lý BOD/COD của SBR cao hơn bể Aerotank. Xử lý được nước thải có hàm lượng nito cao. Quy trình xử lý đơn giản. Quy trình ổn định, vì sinh khối được thích nghi với khoảng DO lớn và sự tập trung chất nền, những cú sốc về tải trọng BOD ít hoặc không tác động đến quy trình. Hiệu quả xử lý cao. Hệ thống SBR linh động có thể xử lý nhiều loại nước thải khác nhau với nhiều thành phần và tải trọng. Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng các thiết bị (ít thiết bị) mà không cần phải tháo cạn bể. Nhược điểm Nếu nước thải có hàm lượng COD đầu vào cao thì không đảm bảo chất lượng nước đầu ra theo tiêu chuẩn. Hệ thống hoạt động theo mẻ nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau. Công suất xử lý thấp (do hoạt động theo mẻ) Bể trung gian Chứa nước thải đã được xử lý sau bể SBR. Đảm bảo lưu lượng xử lý cho bể khử trùng. Bể khử trùng Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa rất nhiều vi khuẩn. Nếu xả nước thải ra nguồn nước thì khả năng truyền bệnh sẽ rất lớn, do đó phải có biện pháp khử trùng nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Phần 2: ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Thành phần và tính chất nước thải bệnh viện Thông số Đơn vị NTBV TCVN 7382-2004 Mức 1 Mức 2 pH - 7 6,5-8,5 6,5-8,5 SS mg/l 150 50 100 COD mg/l 500 - - BOD5(200C) mg/l 300 20 30 Tổng Nito mg/l 38 30 30 Tổng Photpho mg/l 3,5 4 6 Tổng coliform MPN/100ml 8,5×106 1000 5000 Sơ đồ công nghệ: NTBV Song Chắn Rác Bể Điều Hòa Bể SBR Máy Thổi Khí Bể Nén Bùn Máy Ép Bùn Xử lý bùn Nước ép bùn Hầm Tiếp Nhận Máy thổi khí Bể Trung Gian Thải ra cống Đạt tiêu chuẩn 7382 – 2004 mức I Bể Khử Trùng Chlorine Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nước thải từ các khoa của bệnh viện theo mạng lưới thoát nước riêng, nước chảy theo mương dẫn vào hầm tiếp nhận có đặt song chắn rác, ở đây nước thải sẽ được loại bỏ các chất hữu cơ hoặc những chất có kích thước lớn như bao ni lông, ống chích, bông băng, vải vụn, …nhằm tránh gây tắc nghẽn các công trình phía sau. Sau đó nước thải được bơm vào bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ, tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định và giảm kích thước các công trình đơn vị tiếp sau. Trong bể điều hòa có bố trí hệ thống thổi khí nhằm xáo trộn hoàn toàn nước thải không cho cặn lắng trong bể đồng thời cung cấp O2 để giảm một phần BOD. Nước thải tiếp tục được đưa qua bể SBR. Tại bể SBR nước được xử lý triệt để nhờ quy trình gián đoạn: làm đầy, phản ứng, lắng, xả cạn, ngưng. Sau đó, nước được dẫn qua bể trung gian để giữ nước lại đảm bảo lưu lượng và sự ổn định cho bể khử trùng. Sau đó, nước được dẫn qua bể khử trùng để loại các vi sinh vật gây bệnh trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. Bùn thải của quá trình dùng bể nén bùn và máy ép bùn để ép nước sau đó đem đi xử lý. PHẦN III: TÍNH TOÁN SƠ BỘ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ Lưu lượng nước thải 2000m3/ ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ: Lưu lượng trung bình giây: Hệ số không điều hòa chung Qtb,s(l/s) 5 15 30 50 100 200 300 500 800 1250 Kch 3,0 2,5 2,0 1,8 1,6 1,4 1,35 1,25 1,2 1,15 (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang 99_TS.Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân) Với lưu lượng trung bình giây là 23,15(l/s) chọn Kch= 2,2 Lưu lượng lớn nhất giờ: Lưu lượng lớn nhất giây: Tính toán song chắn rác Thiết kế SCR làm sạch bằng thủ công, chế tạo từ thép không gỉ. Ta có các thông số thiết kế song chắn rác như sau: Thông số SCR với biện pháp lấy rác thủ công Kích thước SCR Chiều rộng (mm) Chiều sâu (mm) 5,08 ÷ 15,24 25,4 ÷ 38,1 Khoảng cách giữa hai song chắn (mm) 25,4 ÷ 50,8 Độ dốc đặt thanh song chắn so với phương thẳng đứng, (độ) 30 ÷ 45 Vận tốc dòng chảy trong mương dẫn phía trước SCR (m/s) 0,3048 ÷ 0,60906 Tổn thất áp lực cho phép (mm) 152,4 (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang 118 - TS.Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân) Kích thước mương dẫn trước SCR: Mương dẫn nước thải hình chữ nhật, có độ dốc i = 0,0008 (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang111 - TS.Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân) Chọn tốc độ dòng chảy trong mương: Vm = 0,6 (m/s) Góc nghiêng của SCR α = 600 (Công nghệ xử lý nước thải, trang 240 - Nguyễn Đức Lượng_ Nguyễn Thị Thùy Dung) Chọn kích thước mương: Bm × Hm = 0,3m × 0,5m Chiều cao lớp nước trong mương: Kích thước SCR Chọn kích thước của song chắn rác: rộng×dày = b × h = 8 mm × 25mm Chọn khoảng cách giữa 2 thanh chắn: w = 25mm Số khe hở của song chắn: Trong đó: K0: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, K0 = 1,05 V: vận tốc nước chảy qua song chắn: V = 0,8 m/s w: khoảng cách giữa 2 thanh chắn: w = 25 mm h: chiều cao lớp nước trong mương, h = 0,283 m Chọn n = 10 khe hở, 9 thanh Tính bề rộng của SCR: Chọn bề rộng SCR, Bsc = 350 mm Như vậy khoảng hở giữa hai thanh w = 27,8mm Vận tốc nước chảy qua song chắn rác: Thử lại vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn rác Kích thước mương đặt SCR: Chiều sâu xây dựng mương chứa SCR Trong đó: Độ đầy của nước thải trong mương dẫn, h = 0,283(m) hs: tổn thất áp lực của SCR, hs = 0,014(m) hbv: chiều cao bảo vệ phía trên mặt nước của song chắn, hbv = 0,3(m) Chọn Hm = 0,6 (m) Do SCR nằm nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc 600 nên chiều cao của song chắn rác là: Chọn hscr= 0,7(m) Chiều dài SCR Chọn Lscr = 0,35(m) Chiều dài phần mở rộng trước SCR Trong đó: Bsc: chiều rộng của SCR, Bsc= 400 (mm) Bm: chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi SCR, Bm = 300mm α: góc mở rộng của buồng đặt SCR, chọn α = 200 Chiều dài phần thu hẹp sau SCR Chiều dài xây dựng của phần mương lắp đặt SCR Chọn L = 1,3 (m) Trong đó: Ls là khoảng cách giữa phần thu hẹp và phần mở rộng phía trước và sau SCR, chọn Ls = 800 (mm) Tổn thất áp lực qua SCR: Trong đó: Vsc: vận tốc nước qua song chắn rác Vm: vận tốc nước trong mương: vm = 0,515 (m/s) g: gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s2) thỏa điều kiện. Giả sử hàm lượng SS trong nước thải sau khi ra khỏi SCR giảm 4% Hàm lượng cặn lơ lửng(SS) còn lại: Bảng các thông số thiết kế SCR STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Tốc độ dòng chảy trong mương m/s 0,515 2 Bề rộng thanh mm 8 2 Bề dày thanh mm 25 3 Bề rộng khe mm 27,8 4 Số khe hở Khe 10 5 Chiều rộng song chắn m 350 6 Góc nghiêng đặt song chắn so với phương ngang Độ 60 7 Tổn thất áp lực sau SCR mm 14 Tính toán hầm tiếp nhận Thể tích hầm bơm tiếp nhận Chọn Vb = 42 m3 Trong đó: t: thời gian lưu nước, t = 10 ÷ 30(phút), chọn t = 30 (phút). (trang 412 xử lý NTDT&CN TS.Lâm Minh Triết). Chọn thời gian lưu nước như vậy để đề phòng trường hợp lưu lượng ít dẫn đến cháy bơm hoặc thời gian lưu ít hơn 30 phút để tránh hiện tượng yếm khí gây ra mùi hôi ở nước thải. Chọn chiều sâu hữu ích h = 3 m Chiều cao bảo vệ hbv = 0,3m Chiều cao của bể: Diện tích bể: Chọn kích thước bể: L × W = 4 × 3,5 = 14 (m2) Tính toán bể điều hòa Tính toán kích thước bể Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 10 h Thể tích bể điều hòa Chọn kích thước bể: a × a = 13 × 13 = 169 (m2) Chiều cao làm việc của bể là Xây dựng bể bằng bê tông cốt thép, bề dày thành 300 mm, chọn chiều cao bảo bệ hbv = 0,57 m. Vậy thể tích xây dựng của bể điều hòa Thể tích làm việc của mỗi bể: Tính toán lượng khí cần thiết để xáo trộn nước thải Khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí, lượng khí cần thiết cho khuấy trộn. Trong đó: R: tốc độ nén khí, lấy theo bảng sau, chọn R = 12 (l/m3.phut) = 0,012(m3/m3.phut) Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị Khuấy trộn cơ khí 4 ÷ 8 w/m3 thể tích bể Tốc độ khí nén 10 ÷ 15 l/m3.phút (m3thể tích bể) (Nguồn: bảng 9-7 trang 418 XLNT đô thị và công nghiệp_TS.Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân) Thiết bị khuếch tán khí được chọn theo bảng 9-8 trang 419 Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp_TS. Lâm Minh Triết_Nguyễn Thanh Hùng_Nguyễn Phước Dân. Chọn ống khuếch tán khí plastic xốp cứng bố trí theo dạng lưới có lưu lượng khí 100 lit/phút, (68 ÷ 113 lit/phút.cái) Số ống khuếch tán khí: Giả sử hiệu quả khử BOD, COD ở bể điều hòa khoảng 10% Hàm lượng BOD còn lại: Hàm lượng COD còn lại: Tính toán bể SBR Ta có các thông số đầu vào bể SBR như sau: Đại lượng Giá trị Đơn vị BOD COD TSS TKN 270 450 144 38 mg/l mg/l mg/l mg/l Các thông số lựa chọn Giá trị Đơn vị Số lượng bể SVI Nhiệt độ nước 2 100 250C - Các chỉ số động học cho bùn hoạt tính ở 200 Chỉ số Tên gọi Đơn vị Giá trị Giá trị tiêu biểu μm Ks Y Kd fd Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại Hằng số bán vận tốc Hiệu suất tăng trưởng tế bào Hệ số phân hủy nội bào Tỉ lệ vụn tế bào gVSS/gVSS.d gbCOD/m3 gVSS/g bCOD g VSS/gVSS.d - 0,3-13,2 5,0-40,0 0,30-0,50 0,06-0,20 0,08-0,20 6,0 20,0 0,40 0,12 0,15 Các chỉ số động học vi sinh nitrobacteria Chỉ số Tên gọi Đơn vị Giá trị Giá trị tiêu biểu μmn Kn Yn Kdn K0 Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại Hằng số bán vận tốc Hiệu suất tăng trưởng tế bào Hệ số phân hủy nội bào Hệ số sử dụng cơ chất max gVSS/gVSS.d gbCOD/m3 gVSS/gbCOD g VSS/gVSS.d g/m3 0,20-0,90 0,50-1,00 0,10-0,15 0,05-0,15 0,40-0,60 0,75 0,74 0,12 0,08 0,50 Tính toán các thông số cần thiết cho quá trình thiết kế: Tổng chất rắn lơ lửng trong dòng vào: Hàm lượng chất rắn lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học trong dòng vào: Ta có tỉ số → ta chọn tỉ số Hàm lượng chất rắn lơ lửng không có khả năng phân hủy sinh học trong dòng vào: Ta có → ta chọn tỉ số Hàm lượng chất rắn trơ trong dòng vào: Tổng hàm lượng COD trong dòng vào: Hàm lượng COD có khả năng phân hủy sinh học (bCOD): Hàm lượng COD không có khả năng phân hủy sinh học (nbCOD): Xác định chu kì vận hành của bể SBR Với lưu lượng nước thải 2000 m3/d ,dự trù thiết kế 2 bể SBR làm việc mỗi ngày 3 chu kì, thời gian làm việc của 2 bể lệch nhau 4h. Thời gian 1 bể làm việc như sau: TC : tổng thời gian hoàn thành 1 mẻ tF: thời gian lấp đầy nước vào bể (h) tA: thời gian sục khí hay thời gian phản ứng (h) tS: thời gian lắng (h) tD: thời gian rút nước ra khỏi bể (h) tI: thời gian rút bùn hay thời gian chờ (h) thông thường chiếm 5% tổng thời gian hoàn thành một mẻ. Nhưng đối với bể SBR thì thời gian lưu bùn khá lâu nên có thể bỏ qua thời gian rút bùn (tI = 0h) đồng thời tăng thời gian sục khí để hiệu quả xử lý được cao hơn. Số chu kì một bể hoạt động trong một ngày Số chu kì hai bể hoạt động trong một ngày Thể tích phần nước lấp đầy của một chu kì Xác định kích thước bể SBR Ta có: Trong điều kiện rút nước lý tưởng ta có tổng khối lượng bùn lúc phản ứng bằng khối lượng bùn lúc lắng. Ta có phương trình sau: Trong đó: VT : thể tích của một bể (m3) X: nồng độ MLSS được duy trì trong bể (g/m3) VS: thể tích phần chứa bùn sau khi rút nước (m3) XS: nồng độ MLSS trong phần chứa bùn lắng (g/m3) Mặt khác ta có: Chọn nồng độ bùn luôn duy trì trong bể là XMLSS = X = 3500 (g/m3) Để đảm bảo bùn không bị cuốn theo dòng nước trong giai đoạn hút nước ra ta phải thêm 20% theo thể tích cho phần chứa bùn. Ta có: Chọn VT = 576 (m3) Với thể tích bể VT = 576 (m3), xây dựng bể hình vuông có diện tích bề mặt là Chiều cao của bể Chiều cao bảo vệ của bể được chọn hbv = 0,74 (m) Chiều cao xây dựng của bể là: Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép với bề dày thành bằng 0,3 (m) Kích thước xây dựng của bể: Xác định thời gian lưu nước của bể SBR Xác định thời gian lưu bùn Tổng lượng bùn sinh ra trong suốt quá trình lưu bùn: Trong đó: PX,TSS: lượng bùn sinh ra mỗi ngày (bao gồm cả rắn trơ) (kgTSS/ng) θC: Thời gian lưu bùn (ngày) VT: Thể tích tổng cộng 1 bể SBR (m3) XMLSS Nồng độ cặn lơ lửng của bùn hoạt tính (bao gồm cả vô cơ và hữu cơ) (g/m3) Ta có lượng bùn sinh ra mỗi ngày bao gồm: A - Sinh khối vi khuẩn tiêu thụ COD B - Sinh khối vi khuẩn tiêu thụ Nitrogen C - Vi khuẩn chết D - Cặn không phân hủy sinh học E - Cặn trơ Trong đó: Giả sử giá trị S0 – S ≈ S0. Với mong muốn lượng cơ chất (bCOD) trong dòng vào được xử lý được là toàn bộ cũng có nghĩa là hiệu suất sẽ đạt cao nhất có thể. NOx = 0,8(TNK) = 0,8×38 = 30,4 (mg/l) Q: lưu lượng trung bình ngày đối với mỗi bể (m3/d) Q = 2000/2 = 1000 (m3/d) Y :hiệu suất tăng trưởng tế bào của vi khuẩn tiêu thụ COD Y = 0,4 (mgVSS/mgbCOD) Yn: hiệu suất tăng trưởng tế bào của vi khuẩn tiêu thụ NOx Yn = 0,12 (mgVSS/mgNOx) S0: nồng độ cơ chất (bCOD) dòng vào của nước thải (g/m3) S: nồng độ cơ chất (bCOD) dòng ra của nước thải (g/m3) Kd : hệ số phân hủy nội bào của vi khuẩn tiêu thụ bCOD Kdn: hệ số phân hủy nội bào của vi khuẩn tiêu thụ NOx fd: tỉ lệ vụn tế bào, fd = 0,15 Tính toán các giá trị A, B, C, D, E ta được bảng số liệu sau: Đại lượng Giá trị Đơn vị Thành phần Giá trị nbVSS 17,28 mg/l A S0 - S 432 mg/l Q 1000 m3 B iTSS 4,32 g/m3 NOx 30,4 mg/l C Y 0,4 gVSS/g bCOD kd,25 0,168 g/g.d D Yn 0,12 gVSS/g NOx kdn,25 0,112 g/g.d E fd 0,15 g/g Vậy chọn thời gian lưu bùn θc = 17 (d) Xác định nồng độ MLVSS Mà: Tỉ số Xác định lượng NH4-N được oxy hóa thành NOX Dựa vào phương trình cân bằng nitrogen ta có: Vì vậy ta suy ra: Kiểm tra lại độ nitrat hóa xem NH4-N có bị khử tới mức 0,5 g/m3 trong vòng 3,2h cung cấp khí: Ta có: NOX = 29,7 (g/m3) = NH4-N trong dòng thải có thể được oxy hóa Lượng NH4-N được oxy hóa trong mỗi chu kì làm đầy của 1 bể: VF(NOX) = 334 (m3/chu kì) × 29,7 (g/m3) = 9919,8 (g/chu kì) NH4-N còn lại trước khi làm đầy = VS(Ne) Trong đó: Ne = 0,5g/m3 NH4-N →VS(Ne) = Ne(VT – VF) = 0,5(g/m3) × (576 – 334)m3 = 121 (g) Tổng N có thể được oxy hóa trong một chu kì: VF(NOX) + VS(Ne) = 9919,8 + 121 = 10040,8 (g) Nồng độ ban đầu trong bể: Xác định thời gian phản ứng Thời gian phản ứng sau khi làm đầy để đạt được nồng độ NH4-N đầu ra như mong muốn được tính toán theo công thức sau. Trong đó: N0: hàm lượng nito trong bể phản ứng (đã được pha loãng) (mg/l) N0 = 17,43 (g/m3) Nt: hàm lượng nito trong dòng ra (sau xử lý) (mg/l) Nt = Ne =0,5 (g/m3) Yn: Sản lượng tế bào vi khuẩn nito (gVSS/gCOD) Yn = 0,12 (gVSS/gNH4-N) DO: Hàm lượng oxy hòa tan (mg/l) Chọn DO = 2 (g/m3) θc : thời gian lưu bùn (ngày) θc =17 (d) μmn,25: Tốc độ tăng trưởng cực đại của sinh khối vi khuẩn nito Kn,25: hằng số bán vận tốc của vi khuẩn tiêu thụ NOx ở 250C Xác định lượng oxy cần thiết cho một bể SBR Một ngày có 3 chu kì hoạt động vậy thời gian sục khí cho một ngày là: Lượng oxy cần cung cấp cho 1 bể trong 1 giờ Xác định lượng bùn sinh ra của 1 bể/ngày (MLSS = XTSS) Hàm lượng bCOD được xử lý Hàm lượng BOD được xử lý mỗi ngày Xác định tỉ số F/M và tải trọng thể tích BOD (Lorg) của hệ thống SBR Xác định hiệu suất quan sát được (sản lượng sinh khối) Thống kê các thông số thiết kế cơ bản của SBR Thông số Đơn vị Giá trị Số bể Bể 2 Diện tích m2 576 Cạnh m 11,3 Chiều cao m 5,5 Thời gian của chu kì h 8 Thời gian lưu bùn ngày 17 Thời gian lưu nước h 13,8 MLSS g/m3 3500 MLVSS g/m3 2436,3 F/M g/g.ngay 0,62 Lượng bùn sinh ra mỗi ngày kg 2016 Lượng không khí cung cấp trong 1h m3/h 264,89 Tỉ số MLVSS/MLSS 0,7 Xác định thiết bị sục khí cho bể SBR Ta có lượng oxy cần cung cấp trong 1h là 13,5 (g/s). Lựa chọn thiết bị sục khí cho bể SBR là loại thiết bị sục khí bề mặt kiểu tuabin vận tốc lớn đặt trên phao nổi. Tuabin gồm cánh bơm có tốc độ quay lớn gắn với trục quay thẳng đứng của động cơ, phía dưới có một đoạn ống hút. Toàn bộ thiết bị đặt trên phao nổi hình tròn làm bằng thép không rỉ hoặc bằng composit có sợi thủy tinh tăng cường. Khi làm việc bơm hút nước từ dưới bể đẩy dọc theo trục có tấm hướng dòng hình xoắn ốc làm tung nước ra xung quanh. Đường kinh phao từ 1 ÷ 3,5m. Theo bảng 7-7. Công suất hòa tan oxy của tuabin phao trang 129, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS. Trịnh Xuân Lai với công suất hòa tan oxi là 17,2 g/s thì công suất tuabin khoảng 40 kW. Như vậy với lượng oxi cần cung cấp cho bể SBR là 13,5 g/s ta chọn 2 máy loại sục khí bề mặt của hãng AQUAS (cho 2 bể).Với các thông số được lựa chọn như sau: Loại Công suất motor(KW) A(mm) B(mm) C(mm) D(mm) Khối lượng(kg) AER-AS 4500-24 45 3000 2000 1600 2000 790 Thiết kế hệ thống rút nước tĩnh (Decanter) Thể tích nước cần rút bằng thể tích làm đầy bể Ta có VF = 334 (m3) Thời gian rút nước tD = 1,2 (h) Tốc độ rút nước = Hệ thống rút nước tĩnh Decanter được sử dụng theo thiết kế của hãng Aqua. Đây là loại decanter hoạt động nhờ hệ thống 2 phao, 1 cố định và 1 di động. Sơ đồ hoạt động như sau: Phao cố định giữ cho hệ thống luôn ổn định tại vị trí mặt nước trước và sau khi rút nước. Phao di động hoạt động theo nguyên tắc tàu ngầm, nó đóng vai trò là van đóng mở miệng hút. Khi van ở trạng thái đóng, khoang chứa của phao đầy khí, vì thế nó nổi lên và khớp với miệng phao cố định. Khi van ở trạng thái mở, không khí trong khoang chứa của phao bị hút ra ngoài làm nước tràn vào đầy khoang. Khi đó nó chìm xuống, tách ra khỏi phao cố định. Nước từ bên ngoài tràn vào miệng ống hút. Khi tới giới hạn mặt nước - bùn, phao cảnh báo bên ngoài truyền tín hiệu về tủ điều khiển. Khí được thổi vào đầy khoang chứa làm phao di động đóng lại. 1 Phao cố định 4 Van xả khí2 Phao di động 5 Khớp mềm3 Phao cao su 6 Ống thu nước Vị trí đặt decanter: Thể tích bùn lắng: Lượng nước hút ra khỏi bể: VF = 334 (m3) Chiều cao lớp nước trong bể: Vậy đặt Decanter ở độ cao cách đáy 2 (m) để không bơm lẫn bùn vào. Tính toán ống dẫn nước vào bể SBR Lượng nước vào bể: VF = 334 (m3) Thời gian đưa nước vào bể tF = 2h Lưu lượng nước vào: Chọn vận tốc bơm nước vào là: 2 (m/s) Đường kính ống dẫn nước vào: Chọn D = 175 (mm) Tính toán bơm bùn Bùn cặn tập trung dưới đáy bể. Cặn được bơm hút ra và xả vào bể chứa bùn. Lượng bùn sinh ra sau 17 ngày: 2016 (kg) Chỉ số thể tích bùn SVI = 100 (ml/g) Khối lượng riêng bùn, ρ = 1053 (kg/m3) Thể tích bùn ra: Chọn thời gian hút bùn ra: t = 5 phút = 300 (s) Lưu lượng bùn ra: Công suất máy bơm: Trong đó: Qbun: lưu lượng bùn ra, (m3/s) Hb: cột áp bơm, chọn Hb = 10 (m) ρ : khối lượng riêng bùn, ρ = 1053 (kg/m3) η: hiệu suất bơm, η = 0,8 Công suất thực tế của bơm là: Chọn 2 máy bơm EBARA model 32 – 125/0,25 có công suất mỗi máy 2Hp hoạt động luân phiên. Thiết kế bể trung gian Ta có 2 bể SBR hoạt động luân phiên mỗi bể hoạt động cách nhau 4h cho nên sau 4h ta có lượng nước được hút ra là 334 m3. Để đảm bảo lượng nước chứa trong bể trung gian để cung cấp cho bễ khử trùng làm việc liên tục ta chọn thời gian lưu nước cho bể trung gian t = 5h. Thể tích của bể trung gian là: Chọn chiều cao bể trung gian h = 5,5 m. Diện tích bể trung gian: Diện tích bề mặt = 8 (m) × 9,5 (m) Tính toán bể khử trùng Chọn khử trùng nước thải bằng clo. Chọn thời gian tiếp xúc khử trùng là 30 phút = 0,5 h. Với thể tích nước mỗi mẻ là 334 m3, mỗi mẻ cách nhau 4h. Thể tích bể khử trùng Chọn chiều cao bể khử trùng là 1 m Diện tích 41,75 (m2) = 5 (m) × 8,5 (m) Chia chiều dài bể làm 8 ngăn cho nước chảy theo hình ziczac, để làm tăng đoạn đường nước chảy. Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải: Trong đó: Ya