Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho thành phố có khoảng 100000 người

.5 Các thông số thiết kế Bể lắng cát STT Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng m3/s 0,635 2 Thời gian lưu nước s 75 3 Thể tích 1 ngăn m3 15,66 4 Chiều cao lớp nước m 1 5 Chiều rộng của 1 ngăn m 0,87 6 Chiều dài của 1 ngăn m 18 7 Độ dốc i - 0,2 8 Chiều cao xây dựng bể m 1,5 9 Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát m3 4,28 10 Chiều ngang tổng cộng của bể lắng cát m 2,6 11 Diện tích bể lắng ngang: m2 46,4 Bảng 4.6 Các thông số thiết kế Sân phơi cát Cơ sở tính toán Thông số thiết kế Kích thước sân phơi Kích thước 1 ngăn Ống thu nước rỉ từ rác Ntt = 214215 người Chiều cao H = 1 m Chiều cao 1 m Có 4 đường ống a = 0,02 l/người.ngđ Chiều dài 22 m Chiều dài 11 m d1 = 100 mm F = 391 m2 Chiều rộng 18 m Chiều rộng 9 m Cách thành chắn 3 m Chia thành 4 ngăn Độ dốc i = 0,01 Độ dốc i = 0,003 Chiều cao lớp cát là 4m/năm Tường thành chắn dày 500 mm Bố trí 2 đường ống thu nước rĩ từ cát Khoan lỗ có đường kính lỗ là d2 = 5 mm 4.4 Bể điều hòa Giờ Q mạng luới % Q qbơm % Qbơm qvào qra qtích lũy 0 – 1 586.2 1.5 1629.636 4.17% -1043.44 7855.08 1 – 2 586.2 1.5 1629.636 4.17% -1043.44 -1043.44 2 – 3 586.2 1.5 1629.636 4.17% -1043.44 -1043.44 3 – 4 586.2 1.5 1629.636 4.17% -1043.44 -1043.44 4 – 5 977 2.5 1629.636 4.17% -652.636 -652.636 5 – 6 1367.8 3.5 1629.636 4.17% -261.836 0 6 – 7 1758.6 4.5 1629.636 4.17% 128.964 128.964 7 – 8 2149.4 5.5 1629.636 4.17% 519.764 648.728 8 – 9 2442.5 6.25 1629.636 4.17% 812.864 1461.592 9 – 10 2442.5 6.25 1629.636 4.17% 812.864 2274.456 10 – 11 2129.86 5.45 1629.636 4.17% 500.224 3087.32 11 – 12 2442.5 6.25 1629.636 4.17% 812.864 3900.184 12 - 13 1954 5 1629.636 4.17% 324.364 4713.048 13 - 14 1954 5 1629.636 4.17% 324.364 5525.912 14 - 15 2149.4 5.5 1629.636 4.17% 519.764 6338.776 15 - 16 2344.8 6 1629.636 4.17% 715.164 7151.64 16 - 17 2344.8 6 1629.636 4.17% 715.164 7964.504 17 - 18 2149.4 5.5 1629.636 4.17% 519.764 8777.368 18 - 19 1954 5 1629.636 4.17% 324.364 9590.232 19 - 20 1758.6 4.5 1629.636 4.17% 128.964 10403.1 20 - 21 1875.84 4.8 1629.636 4.17% 246.204 11215.96 21 - 22 1172.4 3 1629.636 4.17% -457.236 10758.72 22 - 23 781.6 2 1629.636 4.17% -848.036 9910.688 23 - 24 586.2 1.5 1598.372 4.09% -1012.17 8898.516 TC 100 Thể tích bể biều hòa: VĐH = 11215,96 + | -1043,44 | = 12259,4 (m3) Lớp nước đệm trong bể điều hòa: Vđ = 10%VĐH = 10% 12259,4= 1225,94 (m3) Thể tích bể điều hòa: V = VĐH + Vđ = 12259,4+1225,94 = 13485,34 (m3) Thiết kế 2 bể điều hòa: V1b = = 6742,67 m3 = 6743 (m3) Diện tích bề mặt mỗi bể: (m2) Ta thiết kế bể điều hòa hình chữ nhật, chiều rộng dài và cao mỗi bể là: Chọn chiều cao bể là 6 m Chiều cao xây dựng Hxd = H + 0,5 = 6,5 (m) Chiều dài bể là 38 m Chiều rộng bể là 30 m Thời gian lưu nước trong bể điều hòa : = 5,9 (giờ) Bể điều hòa, sử dụng máy khuấy để xáo trộn nước thải, tránh hiện tượng lắng cặn, phân hủy kị khí, sinh mùi. Bể lắp đặt 2 máy khuấy. Công suất máy khuấy : (kW) : năng lượng khuấy trộn cần thiết. = 0,008 kW/m3. (Quy phạm 0,004 – 0,008) Nước từ bể điều hòa, cho tự chảy sang bể lắng đợt 1, sử dụng van điều chỉnh lưu lượng để đảm bảo, khi mực nước trong bê điều hòa thay đổi thì lượng nước đi vào bể lắng 1 vẫn giữ nguyên, không dao động Bảng 4.8 Các thông số thiết kế bể điều hòa STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng thiết kế m3/ngđ 39080 2 Thể tích mỗi bể điều hòa m3 6743 3 Diện tích bề mặt mỗi bể m2 1124 4 Chiều cao lớp nước đệm m 1 5 Chiều cao thiết kế m 6,5 6 Chiều rộng bể m 30 7 Chiều dài bể m 38 8 Thời gian lưu nước của bể h 5,9 9 Công suất cánh khuấy kW 26,972 4.5 Tính toán thiết kế bể lắng đợt 1 (bể lắng ngang) Vùng lắng Q = 0,635 m3/s , hiệu quả lắng R = 53%. U0 = 0,55 mm/s (Quy phạm từ 0,83 – 2,5 m/h hay 0,22 – 0,7 mm/s ,Lai 2004). Hàm lượng cặn lơ lửng SS = 300 mg/l Diện tích vùng lắng : (m2) Chọn: Chiều rộng của bể: B = 9 (m) Chiều cao vùng lắng : H = 3 (m) (H = 1,5 – 5 m, TCXD 51-2008) Chiều dài của bể : (m) > 15 ( Lai, 2004) Bán kính thủy lực : (m) Vận tốc nước chảy trong bể: (m/s) = 11,7 (mm/s) < 16,3 (mm/s) Kiểm tra hệ số Re, Fr: > 20000 Để giảm trị số của chuẩn số Re và tăng giá trị của Fr, ta giữ nguyên chiều rộng bể B = 9 m nhưng đặt thêm 1 vách chịu lực, chia bể ra thành 2 ngăn, mỗi ngăn có có chiều rộng B’ = 4,5 m, với vận tốc dòng chảy không đổi = 11,7 mm/s Bán kính thủy lực : (m) Kiểm tra hệ số Re, Fr: < 20000 Độ dốc đáy bể 0,01 (Quy phạm 0,01 – 0,02) dốc về phía mương xả cặn. Chiều cao xây dựng: Hxd = H + h1 + h2 +0,5 = 3 + 0,4 + 0,4 + 0,5 = 4,3 (m) h1: chiều cao lớp trung hòa, h1= 0,4 m (Triết, 2008) h2: chiều cao phần chứ cặn, h2=0,4 m (Triết, 2008) 0,5 : chiều cao phần bảo vệ. Với E = 53% thì hàm lượng chất lắng lo lửng trôi theo nước thải ra khỏi bể lắng đợt 1: (mg/l) Độ dốc của đáy bể i=0,01 (độ dốc của đáy bể không nhỏ hơn 0,005, TCXD 51-2008) Thời gian lưu nước trong bể lắng: (giờ) Vùng phân phối nước vào Đặt tấm phân phối cách cửa đưa nước vào là l = 1,5 m (Quy phạm từ 1,5 ÷ 2,5 m). Hàng lỗ cuối cùng của vách phân phối cao hơn mức cặn 0,3 m. Diện tích công tác vách phân phối: ( m2) Lưu lượng qua 1 ngăn: (m3/s) Tổng diện tích lỗ ở vách ngăn phân phối nước: (m2) = 0,3 m/s (quy phạm 0,2-0,3 m/s, Dung 2005) Đường kính của 1 lỗ: (quy phạm = 0,05 – 0,15 m, Dung 2005) (m2) Số lỗ trên vách ngăn phân phối nước: ( lỗ ) Ở vách ngăn phân phối bố trí thành 15 hàng dọc và 18 hàng ngang. Khoảng cách giữa trục lỗ theo hàng dọc là (3 – 0,3) : 15 = 0,18 m Khoảng cách giữa các trục lỗ theo hàng ngang là 4,5: 18 = 0,25m Phù hợp với quy phạm khoảng cách giữa tâm các lỗ là từ 0,25 ÷ 0,45 m ( Diệu, 2008 ) Máng thu nước Chọn tải trọng máng thu a = 3 (l/s.m) = 3.10-3 (m3/s.m) (Quy phạm 2 – 3 l/s.m) Tổng chiều dài mép máng thu trong 1 bể ngăn: L = = (m) L = 53 m > = = 19,27 (m) → thỏa Mỗi bể đặt 6 máng thu nước, chiều dài 1 máng: L = 17,67 (m). Thiết kế máng có chiều rộng b = 0,5 m Khoảng cách giữa các tâm máng: 1,5 m Khoảng cách giữa tâm máng với tường: 0,75 m Sử dụng máng tràn hình chữ V, góc đáy 90o, chiều cao hình chữ V là 6 cm, đáy chữ V là 12 cm, khoảng cách giữa các đỉnh lá 20cm, cứ mỗi mét chiều dài có 5 khe chữ V. Lưu lượng qua khe chữ V: qo = = 0,6.10-3 (m3/s) qo = 1,4 h = 0,045 m = 4,5 cm < 5 cm đạt yêu cầu Vận tốc giới hạn trong vùng lắng: = 0,062 (m/s) Trong đó k = 0,05 đối với nước thải sinh hoạt g: gia tốc trọng trường = 9,8 m/s2 d: đường kính tương đương của hạt cặn (m), d = 10-4 (m) f: hệ số ma sát phục thuộc vào đặc tính bề mặt hạt và Re, f = 0,02 (f = 0,02 – 0,03, Diệu 2008) Vận tốc nước chảy trong vùng lắng với Qmax: (m/s) < VH Chọn tốc độ trong máng thu vm = 0,6 m/s (quy phạm vm = 0,6 – 0,8 m/s, Dung, 2005) Lưu lượng nước vào một máng: (m3/s) Tiết diện của 1 máng thu: (m2) Chiều sâu của máng: (m) Vận tốc nước chảy vào máng: (m/s) < VH Kiểm tra tải trọng máng tràn: (l/s.m) = 2,9 (m3/s.m) ; (thỏa điều kiện 1 – 3 m3/s.m) Vùng xả cặn Lượng cặn được giữ lại trong bể lắng: M = mv – mr = 300 – 141 = 159 (mg/l) Thể tích vùng chứa cặn: W = = = 27,26 (m3) T: thời gian thu cặn giữa 2 lần xả. T = 3 giờ Q: lưu lượng nước vào. Q = 1143 m3/h mv: Lượng cặn đi vào bể lắng. mv = 300 mg/l mr: Lượng cặn ra khỏi bể lắng. mr = 141 mg/l : nồng độ cặn đã nén sau 3 giờ. = 20.000 mg/l Thiết kế vùng chứa cặn có chiều cao h = 1m, chiều rộng b = 9 m, chiều dài l = 3 m Bảng 4.9 Các thông số thiết kế bể lắng đợt 1 Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị Kích thước bể lắng Lưu lượng nước thải m3/s 0,635 Vận tốc lắng của hạt mm/s 0,55 Diện tích vùng lắng  m2 577,3 Chiều rộng của bể m 9 Chiều cao vùng lắng m 3 Chiều dài của bể  m 64,14 Vận tốc nước chảy trong bể mm/s 11,7 Chiều cao xây dựng m 4,3 Thời gian lưu nước trong bể lắng h 1,51 Vách phân phối Diện tích công tác vách phân phối: m2 24,3 Lưu lượng qua 1 ngăn m3/s 0,159 Tổng diện tích lỗ ở vách ngăn phân phối nước m2 0,53 Đường kính của 1 lỗ m 0,05 Số lỗ trên vách ngăn phân phối nước lỗ 270 Mương thu nước Tải trọng thu nước l/s.m 3 Chiều dài 1 máng thu m 17,67 Lưu lượng qua khe chữ V m3/s 0,6.10-3 Lưu lượng nước vào một máng m3/s 0,053 Tiết diện của máng thu m2 0,088 Chiều sâu của máng: m 0,176 Vùng chứa cặn Lượng cặn được giữ lại trong bể lắng mg/l 159 Thể tích vùng chứa cặn m3 27,26 Chiều cao vùng chứa cặn m 1 Chiều rộng m 9 Chiều dài m 3 Tthời gian thu cặn giữa 2 lần xả h 3 4.6 Tính toán thiết kế bể UASB Q = 39080 m3/ngđ S0 = 2200mg/l = 2,2 kg/m3 4.6.1 Tính thể tích và kích thước bể UASB Vn = Chọn Lorg = 7 kgsCOD/m3.ngđ Vn = Lượng COD cần khử mỗi ngày: 39080 (kgCOD/ngđ) Thể tích tổng cộng phần chứa nước của bể: VL= Diện tích bề mặt bể UASB: A = ( chọn v=1.5m/h) A = Trong trường hợp Q tăng đột ngột và gấp 1,5 lần so với Q đã cho V=≈ (2,25m/h) vẫn thỏa mãn khoảng vận tốc thích hợp với bể UASB Chiều cao của lớp nước trong thiết bị được tính theo công thức sau: HL= Chọn bể hình tròn: D=38m Ta thấy kích thước bể quá lớn nên ta chia ra làm 8 bể,mỗi bể có D=4,75m ≈ 4,8m Diện tích 1 bể =18m2 Chiều cao bể: HT = HL + H Theo tiêu chuẩn chụp thu khí từ 2,5 (m): HT = 13,3 + 2,5 = 15,8 (m) 4.6.2 Xác định thời gian lưu nước, chiều cao phần chứa nước của bể UASB Ở Việt Nam t0 260C thì thời gian lưu nước là 6 8h với UASB HRT = Ở Việt Nam nhiệt độ >260C thì thời gian lưu nước là 6 8h là phù hợp yêu cầu đề ra. Nhưng ở dây thời gian lưu nước là 8,9h là bảo đảm tính an toàn cho hệ thống. 4.6.3 Xác định thời gian lưu bùn QXe = Px.vss Q = 39080 m3/ngđ ; Xe = 210g/m3 Do SS = 300 VSS = 0,7= 210g/m3 S0 : tổng lượng CODin có khả năng phân hủy sinh học. Giả sử rằng 50% pCOD và VSS bị phân hủy, 90% SO4 trong nước thải bị phân hủy sinh học và nồng độ VSS trong nước thải xử lý đạt 210g/m3 S0 = sCOD + 50% pCOD = sCOD + 50% (COD – sCOD) = 2200 + 50% (2500 – 2200) = 2350g/m3 S là COD hòa tan trong dòng ra: S = (1 – 0,9) Tính nbVSS = 0,5 Y = 0,1 gVSS/gCOD Kđ = 0,03 ngđ Fd = 0,15ngđ nguồn metcalf and eddy 2003 Ks = 360 Vậy thời gian lưu bùn của bể là 28 ngày đêm. Kiểm tra lại các giá trị SRT: Do ở nhiệt độ t0 = 300C thì KS= 360mg/l Ta có : → S = 90 mg/l Tỉ lệ sCOD còn lại sau xử lý: 10% Chấp nhận giá trị SRT=50ngày 4.6.4 Xác định VSS SRT= Qw : lưu lượng xả bùn Xr : VSS trong đường xả bùn Vì bùn xả theo nước sau xử lý SRT = 4.6.5 Tốc độ sinh khí CH4 CH4 + 2 O2 CO2 + 2H2O 1mol 2×32gO2 Ở đktc (00C,1atm): Ở đktc (30oC,1atm): Lượng COD bị phân hủy: COD = bCOD - CODe = 2350 – 220 = 2130 (g/m3) Lượng COD bị tiêu thụ trong quá trình khử SO42- Nếu sử dụng CH3OH như chất cho electron: 119 SO42- +167CH3OH +10CO2 + 3NH4+ +3HCO3- 178H+ =3C5H7O2N +60HS- + 331H2 Nếu là chất hữu cơ trong nước thải: 0,67 (gCOD/gSO ) (số thực nghiệm) → CODsulfate removal =0,9×9mg/l ×0,67=5,43g/m3 Lượng COD được chuyển hóa thành CH4: CODCH4 =(2130-5,43) (g/m3) × 39.080 (m3/ngđ) = 83.028.195,6 (g/ngđ) Tốc độ phát sinh khí CH4: 4.6.6 Năng lượng thu được từ CH4 Khối lượng riêng của CH4 ở 35oc = 0,6346 (g/l) Khối lượng riêng của CH4 ở 30oc là : 0,6364 (g/l) x Năng lượng sinh ra từ CH4: 2200 × 0,647 × 50,1 (kj/g) = 71.312,34 4.6.7 Nhu cầu độ kiềm CH4 chiếm 70% tổng lượng khí sinh ra,vậy CO2 chiếm 30% tổng lượng khí sinh ra.độ kiềm cần thiết là 1600mg/l(tra bảng) Độ kiềm cần bổ sung: 1600 – 600=1000mg CaCO3/l 4.6.8 Thiết kế bể UASB Tính máng thu nước Máng thu nước được đặt dọc theo thành bể.chọn chiều rộng máng bm=0,2m Tốc độ trong máng: vm=0,8 m/s (quy phạm 0,6-0,8m/s) Tiết diện của máng thu: fm= Chiều sâu của máng: hm= Máng thu răng cưa có dạng hình chữ V, tạo thành 1 góc 900. Chiều cao hình chữ V là 5cm, đáy hình chữ V là 10cm. Chu vi của máng: 2R=2(2,2)=13,8 (m) Số khe trên máng: (khe) Lưu lượng qua 1 khe chữ V là: (m3/s) mà h= 0,038 (m)=3,8cm < 5cm đạt yêu cầu Lượng khí sinh ra và ống thu khí trong 1 bể Lượng khí sinh ra: 0,4 (m3/kgCOD) (metcajf &eddy) Qkhí = 0,4 × 7737,84 (kgCOD/ngđ) = 3095,13 (m3/ngđ) = 35,82 (l/s) Theo metcajf &eddy,lượng khí metan chiếm 60-70%.chọn 70% Lượng khí metan: 3095,13×70%=2166,58 m3/ngd Tính ống thu khí Chọn vận tốc khí trong ống vkhí=10m/s Đường kính ống dẫn khí: =Fống= Dống==0,068m = 68 mm Tính lượng bùn sinh ra và ống xả bùn của 1 bể Lượng bùn sinh ra trong bể: 0,05-0,1Gvss/gCOD (metcajf &eddy) Chọn 0,08 (gSS/gCOD) × 7737,84 (kgCOD/ngđ) = 619,02 (kgVSS/ngđ) Ta có 1m3 bùn tương đương 260 kgVSS (lâm minh triết) Vậy thể tích bùn sinh ra trong 1 ngày của bể: Vbùn==2,38(m3/ngđ) Lượng bùn sinh ra trong 1 tháng: 30×2,38=71,42 m3/tháng Chiều cao lớp bùn trong 1 tháng: hbùn==0,65m Thể tích bùn sinh ra trong 3 tháng: Vbùn=71,42×3=214,2(m3) Chọn thời gian xả bùn là 3h Lưu lượng bùn xả là : =71,4(m3/ngd) Với lưu lượng 714 (m3/ngđ) = 19,8(l/s) Ta tra bảng thủy lực cống và mương,tìm được đường kính ống xả là 300mm,độ dốc 0,04%,vận tốc trong ống 0,2m/s. Hệ thống phân phối nước trong bể Với dạng bùn hạt có tải trọng 7kgCOD/m3 thì diện tích cần thiết để lắp đường ống phân phối nước thải vào bể UASB >2m2 (metcajf &eddy) Số đầu phân phối vào là 4: Vận tốc trong ống vào bể (1,5-2,5m/s) Chọn Vchính=2m/s Đường kính ống: D== 0,19m Sử dụng ống có đường kính ngoài là 190mm Vận tốc trong ống nhánh (1 – 3m/s) ; Chọn v = 2m/s Lưu lượng vào mỗi ống nhánh: Qnhánh= 3/ngđ) Đường kính ống nhánh: Dnhánh==0,09m Tính toán chụp thu khí Với Chọn diện tích bề mặt phần khe hở là 10% diện tích bể. Vậy diện tích phần chụp thu khí bằng 90% diện tích bể: Đường kính chụp: → Dchụp = 4,5m Vậy chiều rộng của khe hở: Ta đặt tấm chắn khí nghiêng 1 góc 450 Chiều dài tấm chụp : Chiều cao của vách hướng hình côn 0,25m Chọn góc nghiêng của côn 600 Chiều cao chụp thu khí: Thông số thiết kế bể UASB Stt Thông số Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng m3/ngđ 39080 2 Diện tích bề mặt bể UASB m2 1086 3 Chiều cao lớp nước (HL) m 13,3 4 Chiều cao bể (HT) m 15,8 5 Đường kính bể m 38 6 Đường kính 1 bể nhỏ (8 bể nhỏ) m 4,8 7 Thời gian lưu nước Giờ 8,9 8 Thời gian lưu bùn ngày 50 9 Tiết diện máng thu m2 0,07 10 Chiều sâu máng thu m 0,35 11 Chiều cao hình chữ V cm 5 12 Khoảng cách 2 đầu chữ V cm 10 13 Chu vi máng m 13,8 14 Lưu lượng qua 1 khe m3/s 0,0004 15 Số khe trên máng - 138 16 Chiều cao lớp nước trong khe m 3,8 17 Lượng khí sinh ra l/s 35,82 18 Lượng bùn sinh ra 1 ngày m3/ngd 2,38 19 Đường kính ống dẫn khí mm 68 20 Đường kính ống phân phối nước mm 190 21 Đường kính ống nhánh(4) mm 90 22 Đường kính chụp thu khí m 4,5 23 Chiều rộng khe hở giữa côn và chụp m 0,15 24 Chiều dài chụp thu khí m 3,2 25 Chiều cao vách hướng hình côn m 0,25 26 Chiều cao giữa đầu côn và tấm chắn khí của chụp m 0,09 27 Chiều cao chụp thu khí m 2,3 4.7 Tính toán thiết kế bể thổi khí 4.7.1 Điều kiện thiết kế và giả thiết 1. Sử dụng hệ thống khuếch tán khí có hiệu quả truyền oxy trong nước sạch bằng 35%. 2. Độ sâu của lớp nước trong bể thổi khí là 4 m. 3. Khí được giải phóng ra ở vị trí cách đáy bể 0,5 m. 4. Nồng độ DO trong bể thổi khí là 2 g/m3. 5. Cao độ của vị trí xây dựng hệ thống là 500 m. 6. Hệ số α trong bể thổi khí là 0,5 đối với trường họp chỉ khử BOD, hệ số β = 0,95 cho cả hai điều kiện và hệ số làm tắt hệ thống khuếch tán khí là 0,9. 7. Sử dụng các thông số động học trong các bảng 5 – 4, 5 – 5 (Diệu, 2008) µmn = 0,75 g VSS/g VSS.ngđ; kdn = 0,08 g VSS/g VSS.ngđ; kd = 0,12 g VSS/g VSS.ngđ; µm = 6 g VSS/g VSS.ngđ; Ko = 0,5 g/m3. 8. Thiết kế MLSS = 2000 g/m3, có thể chọn giá trị trong khoảng 2000 g/m3 – 3000 g/m3. 9. Thời gian lưu bùn trong trường họp chỉ khử BOD là 5 ngày. 4.7.2 Các thông số sử dụng trong thiết kế Thiết kế 4 bể thổi khí Q1b = 0,159 (m3/s) = 572,4 (m3/h) SSv = 141(mg/l) CODv = 220 (mg/l) Nồng độ bùn duy trì trong bể X = 2000 mg/l (Quy phạm 1000 – 3000 mg/l) Thời gian lưu bùn: = 10 ngày. (Quy phạm 5 – 15 ngày) Tỉ số F/M: 0,2 – 0,6 (kg/kg.ngày) Tải trọng: 0,32 – 0,64 (kgBOD5/m3.ngày) Tỷ lệ tuần hoàn nước: 0,25 – 1 Tỷ số BOD5 /BODht (COD) = 0,68 (BOD5 /BODht (COD) = 0,45 – 0,68, Lai, 2009) Hàm lượng chất rắn lơ lưởng sau xử lý: không vượt quá 22 mg/l (Triết, 2008) BOD hoàn toàn sau xử lý: không vượt quá 15 – 20 mg/l (Triết, 2008) Xác định nồng độ BOD5 của nước thải đầu vào và đầu ra của bể thổi khí: BOD5 vào = 0,68 CODvào = 0,68 220 = 149,6 (mg/l) Giả sử hệ thống bể thổi khí xử lý hiệu quả đạt 90%: BOD5 ra = 0,1 149,6 = 14,96 (mg/l) Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong trong nước ở đầu ra BOD5 ra = BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra + BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra BOD5 của chất lơ lửng trong nước thải đầu ra tính như sau: Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là: (Giả sử hàm lượng cặn lơ lưởng sau xử lý là 20 mg/l trong đó 60% hàm lượng cặn lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học) 0,60 20 = 12 (mg/l) BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là: 0,60 20 1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa = 17,04 mg/l BOD5 của chất rắn lơ lửng ở đầu ra là: 0,68 17,04 = 11,59 (mg/l) BOD5 hòa tan trong nước ở đầu ra xác định như sau: BOD5 ra = 14,96 – 11,59 = 3,37 (mg/l) Bảng 4.10 Các thông số đặc tính nước thải STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 pH - 6 2 Alk - 600 3 SS mg/l 300 4 VSS mg/l 210 5 Ca2+ mg/l 200 6 CODtc mg/l 2500 7 sCOD mg/l 2200 8 SO42- mg/l 9 9 Coliform MPN/100 ml 2 x 105 Thể tích bể thổi khí: = 7792,7(m3) : Thời gian lưu bùn. = 10 ngày Q: Lưu lượng trung bình ngày. Q = 39080 m3/ngđ Y: Hệ số sản sinh bùn. Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5. (quy phạm 0,4 – 0,8 mg VSS/mg BOD5) La: BOD5 của nước thải đầu vào. La = 149,6 mg/l Lt: BOD5 hòa tan của nước thải sau khi ra khỏi bể thổi khí. Lt = 3,37 mg/l X: nồng độ vi sinh vật duy trì trong bể. X = 2000 mg/l Kd: Hệ số phân hủy nội bào. Kd = 0,12. Chọn xây dựng 4 bể với thể tích mỗi bể là 1340 m3. Diện tích mỗi bể: (m2) Chọn H = 4 m, chiều cao xây dựng là 4,5 m, trong đó chiều cao an toàn là 0,5 m. Chiều rộng của mỗi bể: B = 20 m; chiều dài mỗi bể: L = 24,5 m. Lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày: = 0,273 (mgVSS/mg BOD5) Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: = 1560,1 kg/ngày Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS: = 1950,125 kg/ngày Lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày = Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLVSS – Hàm lượng chất lơ lửng còn lại trong dòng ra = 1950,125 – ( 39080 x 20 x 10-3) = 1168,525 kg/ngày Xác định lượng bùn thải Giả sử bùn dư được xả bỏ từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn. Qra = Q và hàm lượng VSS trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng SS. Lượng bùn dư thải bỏ: = 505,71 m3/ngđ V: Thể tích bể. V = 5357,5 m3 X: Nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính. X = 2000 mg/l Xra: Nồng độ VSS ra trong hỗn hợp bùn hoạt tính. Xra = 0,7 20 = 14 mg/l Q: Lưu lượng trung bình ngày (m3/ngđ) Qra: Lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng. Qra = Q : Thời gian lưu bùn. = 10 ngày Xác định tỷ số tuần hoàn Cân bằng vật chất trong bể thổi khí: QXo + QthXth = (Q + Qth)X Q: Lưu lượng nước thải.Q = 39080 m3/ngđ Qth: Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn Xo: Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể thổi khí. Xo 0 mg/l X: Nồng độ VSS duy trì trong bể thổi khí, X = 2000 mg/l Xth : Nồng độ VSS có trong bùn tuần hoàn, Xth = 8000 mg/l (Xth trong khoảng 4000 – 12.000 mg/l) QthXth = (Q + Qth)X = 0,33 = 33 % → thỏa (Quy phạm 0,25 – 1, Lai , 2009) Thời gian lưu nước trong bể: = 0,19 ngày = 4,79 (giờ) Lượng oxy cần cung cấp cho bể Khối lượng BOD hoàn toàn cần xử lý mỗi ngày: = 8403,92 (kg/ngày) Q: Lưu lượng. Q = 39080 m3/ngđ So: BOD đưa vào bể thổi khí. So = 149,6 mg/l S: BOD ra khỏi bể thổi khí. S = 3,37 mg/l f: tỷ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD. f = 0,68. Lượng oxy yêu cầu: = 8403,92 – ( 1,422143) = 5360,86 (kg/ngày) Px: Bùn dư sinh ra hằng ngày. Px = 2143 kg/ngày 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD Giả sử hiệu quả vận chuyển của thiết bị thổi khí: 8%, hệ số an toàn: 2 (giả sử không khí cấp chứa 23,2 % O2 theo trọng lượng). Khối lượng riêng của không khí ở 250C: 1,18 kg/m3. Lượng không khí yêu cầu: = 19582,33 (m3/ngđ) Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả 8%: = 244779,1 (m3/ngày) = 170 (m3/phút) Lượng không khí thiết kế cho máy nén khí: 170 2 = 340 m3/phút 5,67 (m3/s) Cung cấp khí bằng 4 máy nén khí (có 2 bơm dự phòng): Q1b = 1,42 (m3/s) Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo cộng thức: Hct = hd + hc + hf + H Trong đó: hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m) hc: Tổn thất cục bộ (m) hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m) H: Chiều sau hữu ích của bể, H = 4 (m) Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4 m, tổn thất hf không vượt quá 0,5 m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hct = hd + hc + hf + H = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 (m) Áp lực không khí là: (atm) Công suất 1 máy nén khí tính theo công thức: = 67 (kW) Chọn vận tốc trong ống dẫn khí v = 20 m/s (Quy phạm Vtối ưu = 15 – 20 m/s, Lai 2008) Diện tích tiết diện của ống thổi khí chính: (m2) Chọn ống thổi khí nhựa chịu được sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất. Đường kính ống dẫn khí chính: (m) Chọn D = 300 mm. Kiểm tra lại vận tốc trong ống: = 20,08 m/s ; tối ưu 15 – 20 m/s) Theo chiều dài bể chia thành 2 dãy ống chính, khoảng cách giữa các ống chính là 10 m. Các ống nhánh thổi khí đặt cách nhau 0,5 m. Chọn đường kính ống nhánh 100 mm. Tổng số ống nhánh trong một dãy: (ống) Lượng khí đi qua một ống nhánh: (m3/s) 1,07 (m3/phút) Trên các ống nhánh đặt các đĩa thổi khí có đường kính 0,3 m, khoảng cách giữa các tâm đĩa là 0,5 m, chọn kích thước lỗ 0,1 mm (thường 0,1 mm) (Lai, 2008). Các ống nhánh đặt cách tường 1 cm. Chiều dài mỗi ống nhánh: (m) Số đĩa trên một ống nhánh: (đĩa) Lưu lượng khí qua một đĩa: (m3/phút) Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng hữu cơ Tỷ số F/M: = 0,4 (mgBOD/mg bùn.ngày) (Quy phạm 0,2 – 0,6) Tải trọng thể tích: = 0,8 (kgBOD/m3.ngày) (Quy phạm 0,8 – 1,9) Bảng 4.11 Các thông số thiết kế bể thổi khí STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Thể tích bể m3 7792,7 2 Thởi gian lưu bùn ngày 10 3 BOD5 của nước thải đầu vào mg/l 149,6 4 BOD5 hòa tan ra khỏi bể mg/l 3,37 5 Nồng độ vi sinh vật duy trì trong bể mg/l 2000 6 Số bể thổi khí bể 4 7 Diện tích mỗi bể m3 487 8 Chiều rộng bể m 20 9 Chiều dài bể m 24,5 10 Chiều cao lớp nước m 4 11 Lượng bùn dư thải mỗi ngày kg/ngày 1168,525 12 Px kg/ngày 1560,1 13 Px (ss) kg/ngày 1950,125 14 Yobs mgVSS/mg BOD5 0,273 15 Lưu lượng bùn dư thải bỏ m3/ngđ 505,71 16 Nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính, X mg/l 2000 17 Tỷ số tuần hoàn % 33 18 Lượng oxy cần cung cấp cho bể kg/ngày 5360,86 19 Lượng không khí thiết kế cho máy nén khí m3/phút 340 20 Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén m 4,9 21 Công suất 1 máy nén khí kW 67 22 Diện tích tiết diện của ống thổi khí chính m2 0,071 23 Đường kính ống dẫn khí chính m 0,3 24 Số ống chính ống 4 25 Số ống nhánh 1 dãy ống 36 26 Lượng khí qua 1 ống m3/phút 0,6 27 Đường kính đĩa thổi khí m 0,3 28 Kích thước lỗ mm 0,1 29 Chiều dài mỗi ống nhánh m 4,95 30 Số đĩa trên 1 ống nhánh đĩa 10 31 Lưu lượng khí qua một đĩa m3/phút 0,06 32 F/S mgBOD/mg bùn. Ngày 0,4 33 Tải trọng thể tích kgBOD/m3.ngày 0,8 4.8 Tính toán thiết kế bể lắng đợt 2 4.8.1 Diện tích của bể lắng Diện tích mặt thoáng của bể lắng (tính luôn phần phân phối trung tâm): (m2) Trong đó L = 30 m3/m2.ngđ, là tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình (Triết và cộng sự, 2008). Chọn 4 bể lắng làm việc song song. Diện tích mỗi bể lắng: (m2) Đường kính bể mỗi bể lắng: (m) 21 (m) ; (thường từ 6 – 40m; Lai, 2008) Kiểm tra tải trọng thủy lực: (m3/m2.ngđ) (thỏa) Quy phạm từ 16,4 – 32,8 (m3/m2.ngđ) (Lai, 2008) Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể: (m/h) Kiểm tra tải trọng chất rắn: Tải trọng chất rắn A: diện tích bể lắng = (m2) R: tỷ số tuần hoàn Tải trọng chất rắn 3,12 (kg MLSS/m2.h) Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính bằng 0,8 đường kính bể. (m) Chiều dài máng thu nước: (m) Kiểm tra lại tải trọng máng tràn: (m3/m.ngđ) < 500 (m3/m.ngđ) 4.8.2 Xác định chiều cao bể Chọn chiều cao bể 4 m. Thể tích bể lắng đợt 2: (m3) Chiều cao dự trữ trên mặt thoáng h1 = 0,3 m. Chiều cao cột nước trong bể 3,7 m. Chiều cao phần nước trong: h2 = 1,5 m Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 2% về tâm. (m) Chiều cao chứa bùn phần hình trụ: (m) Thể tích phần chứa bùn: (m3) Chọn nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn Ct = 8.000 g/m3. Nồng độ cặn tại mặt phân chia phân giới giữa vùng lắng trong và vùng nén cặn (Lai, 2008) (g/m3) Nồng độ bùn trung bình trong bể: (g/m3) = 6 kg/m3 Lượng bùn