Đồ án Thiết kế trạm xử lí nước thải tập trung khu công nghiệp Phú Tài-Tỉnh Bình Định

ất motor,HP Chiều dài trống quay,m Đường kính trống,m 5 ¸ 25 400 ¸ 1200 0,2 ¸ 1,2 1,2 ¸ 2,1 - - - 5 ¸ 25 600 ¸ 4600 0,25 ¸ 1,5 0,8 ¸ 1,4 0,5 ¸ 3,0 1,2 ¸ 3,7 0,9 ¸ 1,5 (Nguồn : Xử lí nước thải đô thị và khu công nghiệp -Lâm Minh Triết,Nguyễn Thanh Hùng,Nguyễn Phước Dân) Bảng 4.5 : ‘‘Catalogue về lưới chắn tinh của hãng PRO - Equipment” A (mm) 300 600 1000 1500 2000 B (mm) 1300 1300 1200 1200 1150 C (mm) 370 670 1070 1570 2070 Qmax(l/s) 7,0 16,7 32,0 38,9 47,2 G ( kg) 130 170 230 290 370 Chọn lưới cố định dạng lõm có kích thước mắt lưới d = 0,5mm Hiệu quả xử lý cặn lơ lửng E = 15% Với Qmax = 172 m3/h = 47,8 l/s QTB = 125 m3/h = 34,7 l/s Ta chọn 2 lưới cố định có kích thước như sau: A = 1500mm , B = 1200 mm , C = 1570 mm Tải trọng làm việc thực tế : LAtt = = 1050 L/phút.m2 Hàm lượng cặn lơ lửng sau khi qua song chắn rác C = (1 - 0,15)x 288 mgSS/l =245 mgSS/l Hiệu quả xử lý BOD5 là 10%, hàm lượng BOD5 còn lại BOD5 = 250 (1- 10%) = 225 mg/l Hiệu quả xử lý COD là 10%, hàm lượng COD còn lại là: COD = 600 ( 1- 10%) = 540 mg/l Bể điều hòa Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống thu gom chảy về nhà máy xử lý thường xuyên dao động theo giờ và theo ngày, do đó bể điều hòa có tác dụng duy trì dòng chảy gần như không đổi, khắc phục những vấn đề vận hành do dự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý. Thời gian lưu nước của bể điều hòa chọn là t = 4h (Nguồn:Tính toán thiết kế các công trình xử lí nước thải -Trịnh Xuân Lai) Thể tích hữu ích của bể điều hòa được tính như sau: Vđh = Qhmax. t = 172 x 4 = 688 m3 Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hoà h = 5m Chiều cao bảo vệ của bể điều hoà là hbv = 0,5 m Þ Chiều cao xây dựng của bể điều hòa là: H = h + hbv = 5 + 0,5 = 5,5 m F = B x L = Chọn B = 10 m , L = 12,5 m Thể tích xây dựng bể điều hòa: B xLxH = 10x 12,5 x 5,5 Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa: Lượng không khí cần thiết: Lkhí = Qhmax x a Với : Qhmax : lưu lượng nước thải trung bình giờ, Qhmax = 172 m3/h a :lưu lượng không khí cấp cho bể điều hòa, a=3,74 m3khí/m3 nước thải (Nguồn : Tính toán thiết kế các công trình xử lí nước thải - Trịnh Xuân Lai) Þ Lkhí = 125 x 3,74 = 467,5 m3/h Chọn hệ thống cấp khí bằng ống PVC có đục lỗ, bao gồm 5 ống đặt dọc theo chiều dài bể ( 12,5 m), các ống cách nhau 2 m, 2 ống đặt sát tường. Hai ống một dòng tuần hoàn đặt sát bể có lưu lượng bằng ½ lưu lượng khí của các ống hai dòng tuần hoàn đặt giữa bể, nên ta xem hai ống như là một ống có lưu lượng là q. vậy ta có 4 ống cấp khí. Lưu lượng khí của mỗi ống tạo hai dòng tuần hoàn là : q2 = = 116,75 m3/h Cường độ sục khí của ống tạo hai dòng tuần hoàn là: q = = 9,34 m3/h.m Lưu lượng khí của ống tạo một dòng tuần hoàn là: q1 = = 58,375 m3/h Cường độ sục khí của ống tạo hai dòng tuần hoàn là: q = = 4,67 m3/h.m vận tốc khí qua lỗ : vlỗ = 5 ¸ 20 m/s (TCXD – 51 – 84) Bảng 4.6 : ‘‘ Đường kính theo vận tốc khí trong ống ’’ Đường kính, mm Vận tốc, m/s 25 – 75 (1 -3”) 100 – 250 (4 – 10”) 300 – 610 (12 – 24”) 760 – 1500 (30 – 60”) 6 – 9 9 – 15 14 – 20 19 - 33 (Nguồn : Tính toán thiết kế các công trình xử lí nước thải - Trịnh Xuân Lai) Chọn vận tốc qua ống là 8 m/s Đường kính ống dẫn khí trong bể điều hòa : ống tạo 1 dòng tuần hoàn: d1 = = 0,051 m Þ chọn f50mm ống tạo 2 dòng tuần hoàn: d2 = = 0,072 m Þ chọn f76 mm Tính lại vận tốc trong ống; v1 = m/s v2 = m/s Vận tốc trong ống thoả mãn nằm trong khoảng 6 ¸ 9 m/s Chọn vận tốc qua đường ống chính với Lkhí = 467,5 m3/h là v = 12m/s Đường kính của ống chính là: D = = 0,117 m Chọn D = 110 mm Tính lại vận tốc trong ống chính: v = m/s vận tốc thỏa mãn nằm trong khoảng 9 ¸ 15 m/s Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 54-84 Các lỗ trên ống phải đặt cách nhau 3 ¸6 cm Þ chọn 5cm Số lỗ trên ống n= = 250 lỗ Lưu lượng khí qua lỗ tạo hai dòng tuần hoàn: qlỗ = 0,467 m3/h Lưu lượng khí qua lỗ tạo một dòng tuần hoàn: qlỗ = 0,233 m3/h Đường kính lỗ d = 3mm = 0,003 m Vận tốc khí qua lỗ ống tạo hai dòng tuần hoàn: vlỗ = = 18,35m/s Vận tốc khí qua lỗ ống tạo một dòng tuần hoàn: vlỗ = = 9,156 m/s Vận tốc khí qua lỗ nằm trong tiêu chuẩn cho phép 5 – 20 m/s Ống được đặt trên giá đỡ ở độ cao 10 cm so với đáy Hàm lượng BOD5 qua bể điều hoà giảm 10% BOD5 = 225(1 – 15%) = 191,3 mg/l COD = 540 (1 – 15%) = 459 mg/l Máy thổi khí Công suất máy thổi khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt: (kW) Trong đó: W : khối lượng không khí mà hệ thống cung cấp trong 1 giây (kg/s) W = Q x r Với: Q: Lưu lượng không khí Q = 467,5 m3/h = 0,13 m3/s r : khối lượng riêng của không khí, r = 1,2 kg/m3 Þ W = 0,13 m3/s x 1,2 kg/m3 = 0,156 kg/s R : hằng số khí lý tưởng, R = 8,314 KJ/KmoloK T1 : nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, T1 = 273 + 25= 298K p1 : áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, p1 = 1 atm p2 : áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra: p2 = pm + 1 = = atm Với: pm : áp lực của máy thổi khí tính theo atmotphe, (atm) Hd : áp lực cần thiết cho hệ thống thổi khí : Hd = (hd + hc) + hf + H = 0,4 + 0,5 + 4,9 = 5,8 m - hd, hc : tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn và tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh, (m). Tổng tổn thất do hd và hc không quá 0,4m. - hf : tổn thất qua các lỗ phân phối, không vượt quá 0,5m - H : độ ngập sâu của ống sục khí. H = 4,9 m. n = = 0,283 (K = 1,395 đối với không khí) 29,7 : hệ số chuyển đổi. e : hiệu suất của máy thổi khí , chọn e = 0,8 Vậy công suất của máy thổi khí là: 7,86 (kW) = 5,86 (HP) Sử dụng 3 máy thổi khí công suất 4 kW , 2 máy hoạt độngHiên tục, 1 máy dự phòng (phụ lục 7) Bảng 4.7 : “Thông số xây dựng bể điều hòa” Tên thông số Đơn vị Số liệu Chiều dài (L) m 12,5 Chiều rộng (B) m 10 Chiều cao tổng cộng (H) m 4 Lưu lượng không khí sục vào bể (Qkk) m3/h 467,5 Cường độ sục khí (q) m3/h.mdài 9,34 Đường kính ống sục khí chính (D) mm 110 Đường kính ống sục khí nhánh (d) mm 50 Đường kính ống sục khí nhánh (d) mm 76 Đường kính lỗ sục khí (d) mm 3 Số lỗ trên ống lỗ 250 Khoảng cách giữa các lỗ mm 50 Bể trộn ( chất keo tụ) Hòa trộn phèn vào nước thải , đồng thời trong bể có thiết bị khuấy trộn nhằm tăng cường hiệu quả của quá trình. Thông số thiết kế bể trộn nhanh trong xử lý nước thải Thời gian lưu nước t = 5 – 20 s (Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải -Trịnh Xuân Lai) Gradient vận tốc G = 250 – 1500 s-1 Chọn t = 10 s G = 520 s-1 Thể tích bể trộn : V = QhTB x t = 125 x 10/60 = 20,8 m3 Bể trộn hình vuông với tỉ lệ H:B = 1,5:1 Chọn chiều cao bể trộn là tr= 3,6 m F = B x L = = 5,78 m2 Þ B = L = 2,41 m Tính lại thể tích bể: V = B x L x H = 2,45 x 2,45 x 3,6 = 21,6 m3 Tính công suất cánh khuấy Dùng máy khuấy chân vịt ba cánh, nghiêng góc 45°C hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên trên. Năng lượng truyền vào nước: P = G2Vm Trong đó: G: giadient vận tốc, G = 520 s-1 V: thể tích bể, V = 21,3 m3 m : độ nhớt động lực học của nước, ứng với t=25°C, m = 0,9.10-3 Ns/m2 Þ P = 5202 x 21,3 x 0,9.10-3 = 5184 J/s = 5,2 kW Hiệu suất động cơ h = 0,8 Þ Công suất động cơ là: 5,2 : 0,8 = 6,5 kW = 8,7 Hp Dựa vào catalogue về cánh khuấy ( phụ lục 9), chọn máy APM – 500 Hoá chất dùng cho quá trình keo tụ Ta sử dụng PAC làm chất keo tụ . Tính chất: PAC có công thức tổng quát là  [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong đó m <=10, n<= 5). PAC thương mại ở dạng bột thô màu vàng nhạt hoặc vàng đậm, dễ tan trong nước và kèm tỏa nhiệt,dung dịch trong suốt, có tác dụng khá mạnh về tính hút thấm Bảng 4.8 : “Liều lượng chất keo tụ ứng với các liều lượng khác nhau của các tạp chất nước thải ’’ Nồng độ tạp chất trong nước thải (mg/l) Liều lượng chất keo tụ khan (mg/l) Từ 1 đến 100 101 – 200 201 – 400 401 – 600 601 – 800 801 – 1000 1001 – 1400 1401 – 1800 1801 – 2200 2201 -2500 25 – 35 30 – 45 40 – 60 45 – 70 55 – 80 60 – 90 65 – 105 75 – 115 80 – 125 90 -130 CNguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải -Trịnh Xuân Lai) Nồng độ tạp chất trong nước thải là : 245 mg/l Liều lượng chất keo tụ khan cần là: C = 44,4 mg/l Hàm lượng chất keo tụ cần trong 1 ngày là: M = Q x C = 3000 m3/ngày x 44,4 g/m3 x 10-3kg/g = 133,3 kg/ngày Dung dịch cung cấp = = 0,29 m3/ngày = 12 l/h Thời gian lưu dung dịch PAC : t = 10 ngày Thể tích bồn yêu cầu: V = 0,29 m3/ngày x 10 ngày = 2,9 m3 Chọn loại bồn có thể tích V = 3 m3 Bảng 4.9: “ Thông số xây dựng bể trộn chất keo tụ” Thông số Đơn vị Số liệu Chiều dài (L) m 2,45 Chiều rộng (B) m 2,45 Chiều cao (H) m 3,6 Bể phản ứng ( tạo bông) Là nơi diễn ra quá trính keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi để các chất keo tụ tiếp xúc với cặn bẩn làm tăng khối lượng riêng các hạt cặn bẩn. Bể có tác dụng bổ trợ tốt hơn cho các công trình xử lý tiếp theo đặc biệt là bể lắng 1 và bể Aerotank Ta thiết kế bể phản ứng vách ngăn. Thời gian lưu nước trong bể phản ứng t = 20 phút Thể tích hữu ích của bể là : Vpư = QhTB .t = 125x = 41,67 m3 Chiều sâu lớp nước trong bể chọn là H = 0,6 m Diện tích mặt thoáng của bể phản ứng là: Fpư = = 69,45 m3 Bảng 4.10: ‘‘Thông số thiết kế bể phản ứng vách ngăn’’ STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 2 3 4 Thời gian lưu nước Nước đục Nước có màu hoặc độ đục thấp Tốc độ dòng nước trong bể Khoảng cách các vách đều nhau Khoảng cách các vách khác nhau · Đầu bể · Cuối bể Số vách ngăn Tỉ số dài:rộng (L/B) Phút Phút m/s m/s m/s vách 20 30 – 35 0,2 – 0,3 0,3 0,1 8 – 10 ³ 10:1 (Nguồn : Xử lí nước thải đô thị và khu công nghiệp -Lâm Minh Triết,Nguyễn Thanh Hùng,Nguyễn Phước Dân Để đảm bạo bông cặn tạo thành ở cuối bể ta xây dựng bể có vận tốc giảm dẩn từ 0,3 m/s ở đầu bể và 0,1 m/s ở cuối bể Chiều rộng bể ở ngăn đầu tiên ứng với H = 0,6 m v = 0,3 m/s QhTB = 125 m3/h Þ b = =0,193 m  Tương tự ta tính với 8 ngăn lưu nước được kết quả như sau: Lưu lượng,m3/h Chiều cao mực nước, m Chiều rộng ngăn , m Vận tốc nước trong ngăn, m/s QhTB =125 H = 0,6 0,2 0,3 QhTB =125 H = 0,6 0,25 0,23 QhTB =125 H = 0,6 0,3 0,19 QhTB =125 H = 0,6 0,35 0,17 QhTB =125 H = 0,6 0,4 0,15 QhTB =125 H = 0,6 0,45 0,13 QhTB =125 H = 0,6 0,5 0,12 QhTB =125 H = 0,6 0,55 0,1 B =Sb = 0,2 + 0,25 + 0,3 + 0,35 + 0,4 + 0,45 + 0,5 + 0,55 =3 m Chiều dài bể: L = = 23,15 m Kiểm tra tỉ số L:B = 23,15 : 0,55 > 10:1 Þ Kích thước đạt yêu cầu Chiều dài mỗi vách ngăn là l = = 2,89 » 2,9 m Tổn thấp áp lực cần thiết qua tổng các vách ngăn: H = Trong đó : G : cường độ khuấy trộn cần chọn (s-1), G = 50 s-1 n : độ nhớt động học (m2/s), n = 0,91.10-6 m2/s V : thể tích bể ( m3), V = 41,67m3 g : gia tốc trọng trường ( g = 9,81 m/s2) QsTB : lưu lượng ( QsTB = 0,0347 m3/s) H = = 0,278 m Tổn thất áp lực cục bộ tại các chỗ ngoặt được tính theo công thức: Hcb = 0,15v2 Với v : vận tốc nước qua chổ ngoặt = vận tốc trong ngăn Hcb = 0,15x (0,32 +0,232 + 0,192 +0,172 + 0,152 +0,132 +0,122 +0,12) = 0,041 m Tổng tổn tất trong bể phản ứng vách ngăn là H = 0,278 + 0,041 = 0,319 m Bảng 4.11: “Thông số xây dựng bể phản ứng” Thông số Đơn vị Số liệu Chiều dài (L) m 2.9 Chiều rộng (B) m 3 Chiều cao (H) m 2 Sồ vách ngăn - 8 Bể lắng I Giữ lại phần cặn lơ lững (SS) có trong nước thải, các bông cặn lớn được tạo ra từ bể phản ứng sẽ được lắng ở đây, bể lắng I sẽ làm giảm tải lượng chất rắn cho công trình xử lý sinh học phía sau. Ta chọn bể lắng li để tâm thiết kế - Thể tích tổng cộng của bể lắng đợt I WI = (m3) Trong đó: : lưu lượng trung bình giờ của nước thải, = 125m3/h. t : Thời gian lắng được xác định bằng thực nghiệm về động học lắng. Trường hợp không tiến hành thí nghiệm được, thời gian lắng t đối với bể lắng đợt 1 lấy bằng t = 1,5 h. - Chiều sâu vùng lắng Hl =1,55 m, chọn Hl = 3.0 m. Tỷ lệ giữa đường kính và chiều sâu vùng lắng (đối với nước thải sản xuất) lấy khoảng (6 30), (Điều 6.5.9 TCXD 51-84). - Diện tích bề mặt bể F1 = m2 - Đường kính của bể D = (m) -Đường kính ống trung tâm d=20%D= 20% x 11= 2 m -Chiều cao ống trung tâm h= 60%H=0,6 x 3= 1,8 m - Chiều cao của bể lắng ly tâm HXD = h + hbv + hc + hth = 3,0 + 0,5 + 1,5+ 0,3 = 5 (m). Trong đó: hbv : Khoảng cách từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,5m h: Chiều cao công tác của bể lắng, h = 3,0m. hc: Chiều cao lớp cặn, hc = 1,5 m. hth:Chiều cao lớp nước trung hoà, hth = 0,3m Thời gian xả cặn, t = 2 h(TCXD 51-84) Tải trọng máng tràn: LS = 86,9 m3/m.ngày Giá trị này nằm trong khoảng cho phép LS < 500 m3/m.ngày Đường kính và chiều dài máng thu nước: Đường kính máng thu nước: Dmáng= 0,8Dbể = 0,811 = 8,8m Trong đó: Dmáng : ở các bể lắng đứng, máng thu nước đặt ở vị trí cách tâm từ 0.75 - 0.8 đường kính bể. Máng được làm bằng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ. Chiều dài máng thu nước: L=pDmáng = 3,148,8 = 28 m Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng aL = Tính máng răng cưa: Máng răng cưa được neo chặt vào thành phía trong bể nhằm điều hòa dòng chảy từ bể vào máng thu, đồng thời máng răng cưa có tác dụng cân bằng mực nước trên bề mặt bể khi công trình bị lún hoặc bị nghiêng. Tính máng răng cưa: Chọn chiều cao một răng cưa: 60mm; Chiều dài doạn vát đỉnh : 40mm; Chiều cao cả thanh : 260mm; Khe dịch chuyển cách nhau 450mm; Bề rộng khe : 12mm Bề dày : d = 5mm Xác định lượng bùn sinh ra Xác định hiệu quả khử BOD5 và SS: Hiệu quả xử lý BOD5 là 40%, hàm lượng BOD5 còn lại trong bể: BOD5 = 191,3 (1- 40%) = 114,8 mg/l Hiệu quả xử lý COD là 30%, hàm lượng COD còn lại là: COD = 459 ( 1- 40%) = 275,4 mg/l Hiệu quả xử lý SS là 60%, hàm lượng SS còn lại là: SS = 245 ( 1 – 60%) = 98 mg/l Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày : Mtươi = 245 gSS/m3 x 3000 m3/ngày x (0,6)/1000g/kg = 514,5 kg/ngày Giả sử nước thải công nghiệp có hàm lượng cặn 5% ( độ ẩm 95%), tỉ số VSS:SS=0,8 và khối lượng riêng của bùn tươi 1,053 kg/l. vậy lượng bùn tươi cần phải xử lý là: Qtươi = = 9772 l/ngày = 9,772 m3/ngày Lượng bùn tươi có khả năng phân huỷ sinh học: GMtươi (VSS) = 514,5 x 0,8 = 411,6 kgVSS/ngày Bảng 4.12: “Thông số xây dựng bể lắng 1” Thông số Giá trị Đường kính bể lắng , D(m) 10 Chiều cao bể lắng, H(m) 5 Đường kính ống trung tâm, d(m) 2 Chiều cao ống trung tâm, h(m) 1,8 Thời gian lưu nước, t(h) 1,5 Thời gian lưu bùn, tb(h) 2 Đường kính máng thu nước, Dm(m) 8.8 Tổng số răng cưa của máng, răng 84 Bể trung hòa Điều chỉnh pH trước khi vào bể bùn hoạt tính Lưu lượng nước thải QhTB = 125 m3/h Thời gian lưu nước cho toàn bộ bể trung hòa là 12 phút. Hai bể trộn bằng cánh khuấy với thời gian lưu mỗi bể là 6 phút Tính toán bể khuấy trộn bằng cánh khuấy Thể tích hữu ích mỗi bể : V = QhTB.t = 125m3/h x = 12,5 m3 Chọn bể vuông với kích thước BxLxH = 2,2 x 2,2 x 2,7 = 13,1 m3 Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 Chiều cao xây dựng bể là: H = 2,7 + 0,5 = 3,2 m Tính toán thiết bị khuấy trộn Dùng máy khuấy chân vịt ba cánh, nghiêng góc 45°C hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên trên. Năng lượng truyền vào nước: P = G2Vm Trong đó: G: giadient vận tốc, G = 160 s-1 V: thể tích bể, V = 13,1 m3 m : độ nhớt động lực học của nước, ứng với t=25°C, m = 0,9.10-3 Ns/m2 Þ P = 1602 x 13,1 x 0,9.10-3 = 302J/s = 0,302 kW Hiệu suất động cơ h = 0,8 Þ Công suất động cơ là: 0,302: 0,8 = 0,377 kW Theo phụ lục 8, chọn máy APM-200 động cơ có công suất 0,4 kW Bảng 4.13: “Thông số xây dựng bể trung hòa” Thông số Đơn vị Số liệu Chiều dài (L) m 2,2 Chiều rộng (B) m 2,2 Chiều cao (H) m 3,2 Sồ bể (N) - 2 Bể aerotank Chủ yếu để xử lý COD, BOD trong dòng thải bằng hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí. Ngoài ra, nó còn có tác dụng giảm một số tác nhân ô nhiễm khác trong dòng thải như TS, các muối SO42-, NO3-... Bể Aeroten có quá trình cấp khí nhằm cung cấp lượng oxy cần thiết cho quá trình hoạt động của các vi sinh vật, đồng thời ngăn ngừa việc lắng bùn trong bể - tránh xảy ra sự phân hủy yếm khí gây ảnh hưởng đến quá trình. Sản phẩm phân hủy sinh học là khí CO2, H2O và bùn hoạt hóa (sinh khối). Bảng 4.14: ‘‘Các thông cơ bản tính toán aerotank kiểu xáo trộn hoàn toàn” Thông số Đơn vị Giá trị Thời gian lưu bùn, qc Tỉ số F/M Tải trọng thể tích Nồng độ MLSS, X Tỉ số thể tích bể/lưu lượng giờ,V/Q Tỉ số tuần hoàn bùn hoạt tính, Qth/Q Ngày Kg/kg.ngày kgBOD5/m3ngày mg/l giờ 5 ¸ 15 0,2 ¸ 0,6 0,8 ¸ 1,92 2500 ¸ 4000 3 ¸ 5 0,25 ¸ 1,0 CNguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải -Trịnh Xuân Lai) Các thông số thiết kế: Lưu lượng nước thải QhTB = 3000 m3/ng = 125 m3/h Hàm lượng BOD đầu vào BOD5 (vào) = 160 mg/l Cặn lơ lửng đầu vào TSSvào=98 mg/l(gồm 67% cặn có thể phân hủy sinh học) Hàm lượng COD đầu vào COD = 378 mg/l Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (nồng độ vi sinh vật ban đầu) Xo = 0 Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lững bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng ( MLSS) có trong nước thải là = 0,8 ( độ tro của BHT là Z=0,2) Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn ( tính theo chất rắn lơ lửng) 10.000 mg/l Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính XTSS = 3500 mg/l Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn Xth = 8000mg/l Thời gian lưu của tế bào trong hệ thống qc = 5 ngày Đặc điểm nước thải cần cho quá trình thiết kế Hàm lượng COD có khả năng phân hủy sinh học bCOD = 1,65 (BOD) = 1,65 x 115 mg/l = 190 mg/l {x} Hàm lượng COD không có khả năng phân hủy sinh học nbCOD = 275,4 – 190 = 85,4 mg/l Hàm lượng TSSvào = 98 mg/l Ta có Þ VSSvào = 0,8 x 98 = 78,4 mg/l Hàm lượng VSS không phân hủy sinh học là: nbVSS = (1-0,67) x 78,4 = 25,87 mg/l Tính toán lượng bùn thải mỗi ngày: Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: Px = Trong đó: qC : thời gian lưu bùn, qC = 5 ngày Q: lưu lượng trung bình ngày, Q = 3000 m3/ngđ Y: hệ số sản lượng bùn, là thông số động học xác định bằng thực nghiệm SO : nồng độ cơ chất của nước thải dẫn vào bể Aerotank, SO = 256 mg/l S : nồng độ cơ chất của nước thải ra khỏi bể Aerotank, mg/l kd: hệ số phân hủy nội bào, là thông số động học được xác định bằng thực nghiệm. fb : Tỉ lệ vụn tế bào, fb = 0,15 Bảng 4.15: ‘‘Hệ số động học cho quá trình bùn hoạt tính ” Hệ số Đơn vị đo Giá trị Khoảng dao động Tiêu biểu mm KS Y kd fd mg VSS/mg VSS.ngày mg bCOD/l mg VSS/mg bCOD mg VSS/mgVSS.ngày 3,0 – 13,2 5,0 – 40,0 0,3 – 0,50 0,06 – 0,20 0,08 – 0,20 6,0 20,0 0,40 0,12 0,15 CNguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải -Trịnh Xuân Lai) Đối với giá trị q: Hệ số Đơn vị đo Giá trị Khoảng dao động Tiêu biểu mm kd KS - - - 1,03 – 1,08 1,03 – 1,08 1,00 1,07 1,04 1,00 CNguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải -Trịnh Xuân Lai) Chọn Y = 0,4 mgVSS/mg bCOD5 Tính nồng độ cơ chất đầu ra S: S = Trong đó KS : hằng số bán vận tốc, hàm lượng cơ chất ở tốc độ = ½ tốc độ sử dụng cơ chất lớn nhất, Ks = 20 g bCOD/m3 mm : Tốc độ sinh trưởng vi khuẩn riêng tối đa mm,25 = mmqT-20 = 6,0 mgVSS/mg.ng x (1,07)25-20 = 8,415 mgVSS/mg.ng kd,T = k20qT-20 = 0,12 mg/mg.ng x (1,04)25-20 = 0,146 mg/mg.ngày Þ S = = 2,84 mg bCOD/l Vậy ta tính được lượng sinh khối tăng mỗi ngày: PX = = 129822 + 14215,5 = 144037,5 g/ngày = 144,04 kg VSS/ngày Xác định tổng lượng sinh khối trong bể Aerotank : Mass = Px x qc Hàm lượng sinh khối tính theo VSS mỗi ngày PX,VSS = Sinh khối hoạt tính + Mảnh vụn tế bào + VSS không phân hủy sinh học trong nước thải đầu vào = 144,04 kg/ngày + Q(nbVSS) = 144,04 kg/ngày + 3000m3/ngày x 25,87 g/m3 x 10-3kg/g = 144,04 kg/ngày + 77,61 kg/ngày = 221,65 kg/ngày Hàm lượng sinh khối tính theo TSS mỗi ngày PX,TSS = 144,04 kg/ngày/0,8 + 77,61 kg/ngày + Q(TSSO – VSSO) = 180,05 kg/ng+77,61kg/ng + 3000m3/ngx(98 – 78,4)g/m3x10-3kg/g = 316,46 kg/ng Hàm lượng sinh khối trong bể Aerotank ( 5 ngày) Theo VSS : XVSS.V = PX,VSS.qc = 221,65 kg/ngày x 5ngày = 1108,3 kg Theo TSS: XTSS.V = PX,TSS.qc = 384,66 kg/ngày x 5ngày = 1582,3 kg Xác định kích thước bể Aerotank Thể tích bể Aerotank được tính theo TSS V = = = 452,1 m3 » 460 m3 Bảng 4.16: ‘‘ Kích thước điển hình của bể aerotank xáo trộn hoàn toàn” Thông số Giá trị Chiều cao hữu ích , m Chiều cao bảo vệ, m Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí,m Tỉ số dài:sâu ( W:H) 3,0 ¸ 4,6 0,3 ¸ 0,6 0,45 ¸ 0,75 1,0:1 ¸ 2,2:1 CNguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải -Trịnh Xuân Lai) Chọn chiều cao hữu ích H = 3,8 m Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m Vậy chiều cao tổng cộng là Htc = H + hbv = 3,8 + 0,7 = 4,5m Chọn chiều rộng bể là : 9 m Chiều dài L của bể Aerotank là L = = 13,45 m Vậy kích thước bể aerotank là WxLxH = 9 x 14 x 3,8 Thời gian lưu nước của bể Aerotank: q = = 3,68 h Xác định lưu lượng bùn thải Bùn dư được thải bỏ ( dẫn đến bể nén bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn Lưu lượng bùn dư thải bỏ được tính theo công thức: qC = với: V: thể tích bể aerotank, V = 512 m3 X: nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính trong bể aerotank, X=3500mg/l Xra: nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, Xra = 25,87 mg/l Qb : lưu lượng bùn thải, m3 Qra: lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng II, Qra=Q=3000m3/ngđ Þ Qb = = 69,83 m3/ngđ Xác định tỷ số tuần hoàn a Q+Qth, X Q, XO Qth, Xth Aerotank LắngII Qb,Xth Qra,Xra Hình 4.1: Sơ đồ hoạt động của Aerotank Phương trình cân bằng vật chất cho bể aerotank là: QXO + QthXth = (QO + Qth)X Trong đó: Q: lưu lượng nước thải, Qth: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn XO: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào aerotank,XO =0 X : nồng độ VSS ở bể aerotank, X = 3500 mg/l Xth : nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xth = 8000mg/l Þ QthXth = (QO + Qth)X Đặt tỉ số Qth/Q=a ( tỉ số tuần hoàn), chia 2 vế phương trình trên cho Q, ta được: aXth = X + aX Þ a = = 0,78 Vậy lưu lượng bùn tuần hoàn: Qrh = aQ = 0,78 x 3000m3/ngđ = 2340 m3/ngđ Kiểm tra tải trọng thể tích và tỉ số F/M Tải trọng thể tích: LBOD = == 750 g/m3.ngày = 0,75 kg/m3.ngày Tỉ số này nằm trong khoảng cho phép ( LBOD = 0,3 ¸ 1,6) Tỉ số F/M: F/M = =0,213 ngày-1 Trị số này nằm trong khoảng cho phép: F/M =(0,2 ¸ 0,6) ngày-1 Xác định lượng oxy cung cấp cho bể aerotank theo BOD5 Hiệu suất chuyển hoá oxygen của thiết bị khuếch tán khí là E = 8% Hệ số an toàn tính cho công suất thiết kế thực tế của máy thổi khí f = 2 Khối lượng bCOD tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính là: MbCOD= Q(SO – S) = 3000 m3/ngày x (190 – 2,84)g/m3 = 561,5 kg bCOD/ngày Nhu cầu oxy hoá cho quá trình: MOxy = MbCOD – 1,42 x Px (VSS) = 561,5 kg/ngày – (1,42 kgO2/kgVSS x 144,03 kgVSS/ngày) = 311,2 kgO2/ngày Giả sử rằng không khí có 23,2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng không khí là 1,2 kg/m3. Lượng không khí lý thuyết cho quá trình là: MKK = = 1120,6 m3/ngày Kiểm tra lưu lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn: q = 21,1 L/m3.phút = 1,38 m3 khí/m3 nước thải. h Tỉ số này nằm trong khoảng cho phép: q = (20 ¸ 40)L/m3.phút Như vậy lượng khí cấp cho quá trình bùn hoạt tính cũng đủ cho quá trình xáo trộn hoàn toàn. Lưu lượng khí cần thiết của máy nén khí cần thiết: Qkk = f x = 28015 m3/ngày = 0,324 m3/s Tính toán đường ống dẫn khí: Ta chọn ống thép tráng kẽm làm ống dẫn khí trong bể Aerotank. Gắn 1 đường ống chính dẫn trên thành bể theo chiều rộng bể, 4 ống dẫn khí nhánh cấp cho bể với chiều dài 17,3 m ( 3,8 m cao và 13,5 m dài) Theo bảng 4.7, chọn vận tốc qua ống là 8 m/s Đường kính ống dẫn khí chính là: D = = 0,0454 m Chọn ống dẫn f49 Đường kính ống dẫn nhánh là: Dn = = 0,0227 m Chọn ống dẫn f25 Tính lại vận tốc trong ống : v = m/s vn = m/s Vận tốc trong ống dẫn nằm trong khoảng cho phép 6 – 9 m/s Dựa vào catalogue về đĩa sục khí (phụ lục 2) Chọn thiết bị sục khí Ecoflex-250, số đĩa sục khí cần thiết là: n = Trong đó: QKK:lưu lượng khí cần cấp cho bể Aerotank, QKK=1120,6 m3/ngày=46,7 m3/h q: lưu lượng khí cung cấp cấp của một đĩa sục khí, q = 2 m3/h n = 23,3 đĩa Diện tích mặt bằng của bể Aerotank: F= W x L = 9 x 13,5 = 121,5 m2 Chọn 24 đĩa sục khí Phân bố đĩa sục khí: = 5,0625 m2 = 2,25 m x 2,25 m Máy thổi khí Tương tự như cách tính ở bể điều hòa Công suất máy thổi khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt: (kW) Trong đó: W = Q x r = 46,7 m3/h x 1,2 kg/m3 = 56,04 kg/h = 0,0156 kg/s p2 = pm + 1 = = atm với Hd = (hd + hc) + hf + H = 0,4 + 0,5 + 4,3 = 5,2 m Vậy công suất của máy thổi khí là: 7,16 (kW) Sử dụng 3 máy thổi khí công suất 4 kW, 2 máy hoạt động liên tục, 1 máy dự phòng (phụ lục 7) Hiệu quả xử lý tính theo BOD Tính hàm lượng BOD ở dòng ra khỏi bể Aerotank BODra = sBOD + Trong đó: sBOD : hàm lượng BOD phân hủy chậm, sBOD=2¸4 mg/l, chọn sBOD= 3mg/l Þ BODra = 3 mg/l + 0,704 x 0,8 x 25,87 = 17,57 mg/l Hiệu quả xử lý được tính theo công thức: E = Þ E = = 85 % Bảng 4.17: “Thông số xây dựng bể aerotank.” Thông số Giá trị Thể tích bể: 460 Kích thước bể (LBH) 14 x 9 x 4,5 Lưu lượng bùn thải Qb (m3/ngày) 69,83 Tỷ số tuần hoàn bùn, 0,78 Lưu lượng bùn tuần hoàn, Qr(m3/ngày) 2340 Thời gian lưu nước, t(h) 3,68 Lượng không khí cần, Mkk(m3/ngày) 1120,6 Số đĩa sục kh