Đồ án Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải cho khu tái định cư Mỹ Dinh - Cần Giuộc, công suất 160m3/ngày

khi nén được phơi cho khô để lám phân vi sinh. Nước thải từ bể lắng 1 sẽ tự chảy sang bể xử lý sinh học hiếu khí - Aerotank. Trong bể có gắn hệ thống sục khí, nhằm mục đích cung cấp khí oxy cho vsv sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ. Nước sau xử lý sẽ chảy sang bể lắng 2. Bể lắng 2 có nhiệm vụ lắng các bông bùn hoạt tính. Bùn lắng sẽ được thu ở dưới đáy bể vào bể chứa bùn và một phần bùn này sẽ được tuần hoàn lại bể Aerotank. Nước sau lắng sẽ tràn vào máng răng cưa và tự chảy sang bể trung gian. Từ bể chứa trung gian nước được bơm lên bể lọc áp lực để tách các cặn lơ lửng còn lại trong nước thải rồi từ đây được dẫn sang bể khử trùng, tiếp xúc với clorine trong một thời gian nhất định sau khi thải ra để khử trùng, nước thải đạt tiêu chuẩn đối với nguồn thải loại A theo QCVN 14 – 2008 và có thể xả ra nguồn tiếp nhận. Hình 3.2 Sơ đồ quy trình công nghệ phương án 2 Chôn lấp Bể chứa và nén bùn Bùn dư Bể SBR Bơm Máy thổi khí Nước tách từ bể nén bùn Bể điều hòa Nước thải sinh hoạt Hố thu nước thải Bơm Hố thu nước thải Bơm Nguồn tiếp nhận QCVN 14-2008, Cột A Bể khử trùng Hóa chất khử trùng Bồn lọc áp lực Bể trung gian Bơm Bể lắng 1 3.4.2 Phương án 2 v Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ phương án 2: Nước thải từ các điểm sử dụng nước theo các hố ga thoát nước bẩn được tập trung về hố thu gom của hệ thống xử lý nước thải tập trung với lưu lượng Q = 160m3/ngày.đêm. Trước khi vào bể gom, nước thải được dẫn qua thiết bị lọc rác thô để loại bỏ cặn rắn có kích thước lớn hơn 10mm ra khỏi dòng thải. Từ hố thu, nước thải được bơm lên bể điều hòa. Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và các thành phần (BOD, COD…) của nước thải. Bể điều hòa được bố trí hệ thống sục khí nhằm tạo sự xáo trộn tránh hiện tượng lắng cặn và phân hủy kỵ khí trong bể này, đồng thời tạo môi trường đồng nhất cho dòng thải trước khi qua các bước xử lý tiếp theo. Trong bể SBR (Sequencing Batch Reactor) ta bố trí hệ thống phân phối khí trên khắp diện tích bể. Bể hoạt động gồm 5 pha thực hiện nối tiếp nhau: pha làm đầy (Fill), pha phản ứng (React), pha lắng (Settle), pha tháo nước sạch (Decant), pha chờ (Idle). Thải bỏ bùn không nằm trong các hoạt động của bể SBR vì không có thời gian định cho quá trình thải bỏ. Bùn thường được thải bỏ trong pha lắng hoặc pha chờ. Khối lượng bùn và tầng số thải bùn được quy định dựa vào hiệu quả xử lý mong muốn. Do quá trình sục khí và lắng diễn ra trong cùng một bể nên không có bùn chết trong quá trình phản ứng và không cần phải tuần hoàn bùn để duy trì nồng độ bùn trong bể phản ứng. Bùn được xả hút định kỳ về bể chứa nén bùn để giảm lượng ẩm có trong bùn đến mức cho phép trước khi bơm lên sân phơi bùn. Còn phần nước trong được thu bằng một thiết bị đặc biệt dùng cho bể SBR chảy về bể chứa trung gian. Từ bể chứa trung gian nước được bơm lên bể lọc áp lực để tách các cặn lơ lửng còn lại trong nước thải rồi từ đây được dẫn sang bể tiếp xúc, tiếp xúc vơi clorine trong một thời gian nhất định sau khi thải ra để khử trùng, nước thải đạt tiêu chuẩn đối với nguồn thải loại A theo QCVN 14 – 2008 và có thể xả ra nguồn tiếp nhận. 3.5 So sánh 2 phương án xử lý Bảng 3.3: So sánh 2 phương án xử lý Phương án Phương án 1 (Bể Aerotank) Phương án 2 (Bể SBR) Ưu điểm - Bể Aerotank phù hợp sử dụng trong trường hợp nước thải có lưu lượng bất kì. - Hệ thống được điều khiển hoàn toàn tự động, vận hành đơn giản, ít sửa chữa. - Dễ khống chế các thông số vận hành - Hiệu quả xử lý BOD, COD khá cao - Quy trình xử lý đơn giản, ổn định không bị ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng thay đổi đột ngột. - Không cần hệ thống bơm tuần hoàn - Không cần bể lắng I. - Giảm diện tích đất xây dựng và chi phí đầu tư. - Có khả năng khử được một phần các hợp chất chứa N, P. Nhược điểm - Lượng bùn sinh ra nhiều - Chiếm nhiều diện tích - Không loại bỏ được hợp chất chứa nitơ - Công nghệ sinh học - bể SBR đòi hỏi sự ổn định tính chất nước thải trước xử lý. - Người vận hành phải có kinh nghiệm và thường xuyên theo dõi chặt chẽ các giai đoạn XLNT của bể SBR. - xây dựng khó khăn. - Thiết kế phức tạp hơn nhiều. Nhận xét: Sau khi so sánh ưu, nhược điểm 2 công nghệ xử lý thấy rằng: Phương án 1 có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu thiết kế cho trạm xử lý nước thải khu tái định cư về quy mô, quản lý, vận hành. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG 2 PHƯƠNG ÁN 4.1 Xác định các thông số tính toán Lưu lượng trung bình: Qtbng =160 m3/ngày đêm Qtbh = 6,7 m3/h Qtbs = 0,00186 m3/s = 1,86 (l/s) Q = Q * K = 160 * 1,3 = 208 (m3/ngđ) Trong đó: k là hệ số không điều hòa ngày của nước thải sinh hoạt của khu dân cư, lấy k = 1,15 ÷ 1,3. chọn k = 1,3 (điều 2.1.2 TCXD 51-2006) Q = = = 8,67 (m3/h) Q = = = 0,0024 (m3/s) = 2,5 (l/s) Bảng 4.1 Các thông số lưu lượng dùng trong thiết kế. Thơng số Ký hiệu, đơn vị Gi trị Lưu lượng giờ trung bình QTB (m3/h) 6,7 Lưu lượng giờ lớn nhất Qh,max (m3/h) 8,67 4.2 Tính toán phương án 1 4.2.1 Giỏ chắn rác: v Nhiệm vụ: Giỏ chắn rác giữ lại các tạp chất có kích thước lớn hơn 5mm v Tính toán: Do công suất nhỏ và lượng rác không nhiều, nên chọn giỏ chắn rác thủ công dạng giỏ chứa. Khung gia công bằng V3 inox 304, lưới bao bằng inox 304 lỗ 3 - 5 li. Rác thu gom được hợp đồng với công ty Công Trình Đô Thị Cần Giuộc thu gom và xử lý. Bảng 4.2 Thông số thiết kế giỏ chắn rác Thông số thiết kế Giá trị Chiều rộng (mm) 300 Chiều dài (mm) 300 Chiều sâu (mm) 300 Đường kính lỗ lưới (mm) 3-5 4.2.2 Hố thu v Nhiệm vụ: Hố thu là nơi tập trung toàn bộ nước thải từ các hầm tự hoại của các hộ dân để đảm bảo cột nước tối thiểu cho bơm nước thải đầu vào, lắng cát, chất lơ lửng có kích thước lớn, đảm bảo cao độ cho hệ thống thoát nước tự chảy. v Vật liệu: Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép v Tính toán: Lưu lượng giờ lớn nhất: Q = 8,67 (m3/h) Chọn thời gian lưu nước là t = 20 phút ( t = 10 ¸ 60 phút) (Lâm Minh Triết - Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, NXB ĐHQG TP HCM, 2006) Ø Kích thước của hố thu Thể tích của hố thu: V = Q x t = 8,67 x = 2,89 m3 = 3 (m3) Chọn chiều cao công tác của bể là: h1 = 1,5 (m) Chọn chiều cao an toàn: hbv = 0,5 (m) Chiều cao toàn phần bể là: H = h1 + hbv = 1,5 + 0,5 = 2 (m) Thiết diện bể là: F = = = 1,5 (m2) Chọn bể có tiết diện hình chữ nhật: L(m) * B(m) = 1,5 (m) * 1(m) Ø Tính ống dẫn nước thải vào và ra khỏi hố thu Chọn ống nhựa uPVC f 168mm để dẫn nước thải vào hố thu. Nước thải được bơm sang bể điều hòa nhờ một bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2 m/s (1 – 2,5 m/s _TCVN 51 – 2006) Tiết diện ướt của ống: A = = = 0,0012 m2 Đường kính ống dẫn nước thải ra: D = = = 0,027 (m) Chọn ống nhựa PVC f 27mm để dẫn nước thải sang bể điều hòa. Ø Tính bơm nước thải từ hố thu sang bể điều hòa: N = = = 0,23 (kW) = 0,31(HP) Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải (m3/s) = 0,00186 (m3/s) H: Cột áp = 10 (mH2O). : Khối lượng riêng của nước (kg/m3). : Hiệu suất bơm (%). Chọn loại bơm nhúng chìm đặt tại hố thu có lưu lượng Qb = 8,542m3/h. Cột áp H =10 m, công suất N = 0,5 Hp, hãng sản xuất Tsurumi – Nhật. Bảng 4.3 Tổng hợp tính toán hố thu Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước T Phút 20 Kích thước hố thu Chiều dài L m 1,5 Chiều rộng B m 1 Chiều cao Hxd m 2 Đường kính ống dẫn nước thải ra D mm 27 Thể tích hố thu Wt m3 3 Bể điều hòa v Nhiệm vụ Bể điều hòa giúp điều hòa lưu lượng và chất lượng nước thải nhằm giảm kích thước và chi phí các công trình phía sau. Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và cân bằng nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể. v Tính toán Xác định kích thước bể Thể tích bể điều hòa: V = Q *t = 8,67*4 = 34,68 m3, lấy tròn 35 (m3) Trong đó: Q : Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất Q = 8,67 (m3/h) t : Thời gian lưu nước trong bể, t phạm vi từ 4 – 12 h, chọn t = 4 h. Chọn chiều cao làm việc của bể là: H = 2,5 (m) Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 (m) Vậy chiều cao xây dựng của bể: Hxd = H + hbv = 2,5 + 0,5 = 3 (m) Chọn bể có tiết diện ngang hình chữ nhật. Tiết diện bể điều hòa: F = = = 14 (m2) Chọn chiều dài bể: L = 5 (m) Chọn chiều rộng bể: B = 2,5 (m) Thể tích thực của bể: Vt = L x B x H = 5 x 2,5 x 3 = 37,5 (m3) Tính toán đường ống dẫn nước vào và ra bể điều hòa Đường kính ống dẫn nước thải vào bể điều hòa Dvào = 27 (mm). Lưu lượng nước thải vào: Q = 8,67 m3/h. Đường kính ống dẫn nước thải sang bể lắng 1: D = = = 0,045 (m) Chọn ống dẫn nước thải sang bể lắng 1 là ống nhựa PVC, D = 49 (mm). Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: = = 1,27 (m/s) Tính và chọn bơm nước Lưu lượng cần bơm: Q = 8,67 (m3/h) Công suất bơm: N = = 0,24 (KW) = 0,32(Hp) Trong đó: h : Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn h= 0,8 : Khối lượng riêng của nước 1.000 (kg/m3) H: cột áp của bơm H = 8-10 (mH2O), chọn H =8 (mH2O) Chọn 2 bơm chìm công suất 0,5 Hp, hoạt động luân phiên. Tính toán hệ thống ống phân phối khí Lượng khí nén cần thiết cho xáo trộn: Qkhí = q*Vt = 0,012*37,5*60 = 27 (m3/h) = 0,45 (m3/phút) = 0,0075 (m3/s) Trong đó: q: Lượng khí cần cung cấp cho 1m3 dung tích bể trong 1phút, q = 0,010,015 (m3khí/m3bể.phút); chọn q = 0,015 (m3khí/m3bể.phút) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai - 2004); Vt : Thể tích thực tế của bể điều hoà Vt = 37,5 (m3). Đường kính ống dẫn khí chính: D = = = 0,025 m Chọn ống dẫn khí chính làm bằng sắt tráng kẽm, f = 34 mm Chọn 2 ống nhánh cấp khí cho bể điều hòa, mỗi ống cách nhau 1,25 m Lượng khí qua mỗi ống nhánh qkhí = = = 0,00375 m/s Đường kính ống dẫn khí nhánh Trong đó: vk : vận tốc khí trong ống nhánh, vk = 10 ÷ 15 m/s, chọn vk = 12m/s d = = 0,02 (m) Chọn ống nhánh bằng sắt tráng kẽm, có đường kính f 21 - Cường độ sục khí trên 1 m chiều dài ống q = = = 0,00125 (m3/s) với L : chiều dài ống khí tối đa Sử dụng ống khí đục lỗ để phân phối khí. - Lượng khí qua 1 lỗ Trong đó : vlo : vận tốc khí qua lỗ, vlo = 5 ÷ 20 m/s (TCXD-51-84), chọn vlo = 15m/s dlo : đường kính lỗ, dlo = 2 ÷ 5 mm, chọn dlo = 4 mm - Số lỗ trên 1 ống = 15 (lỗ) Ø Tính toán máy nén khí - Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí Hk = hd + hc + hf + H Trong đó : hd : tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn hc : tổn thất cục bộ, hd + hc ≤ 0,4m, chọn hd + hc = 0,3 m hf : tổn thất qua thiết bị phân phối khí, hf ≤ 0,5 m, chọn hf = 0,4 m H : chiều sâu công tác của bể điều hòa, H = 2,5 m => Hk = 0,3 + 0,4 + 2,5 = 3,2 m - Áp lực không khí P = = = 1,3 (atm) - Công suất máy nén khí N = = = 0,29 (KW) Trong đó: h : hiệu suất máy bơm, h = 0,7 Qkk: lưu lượng không khí cần cung cấp, Qkk= 0,0075(m3/s) Chọn 1 máy nén khí công suất 300 W của hãng sản xuất HITACHI Hàm lượng BOD5, COD, SS sau khi qua bể điều hòa = (100 – 10)% = 220 (1 – 0,1) = 198 mg/l = (100 – 10)% = 250(1 – 0,1) = 225 mg/l = (100 – 10)% = 400 (1 – 0,1) = 360 mg/l Bảng 4.4 Bảng tóm tắt kết quả tính toán bể điều hòa Thông số thiết kế Giá trị Đơn vị Chiều dài bể 5 m Chiều rộng bể 2,5 m Chiều cao bể 3 m Đường kính ống dẫn nước vào 27 mm Đường kính ống dẫn nước ra 49 mm Đường kính ống khí chính 34 mm Đường kính ống khí nhánh 21 mm Số ống khí nhánh 2 Ống Số lỗ trên 1 ống 15 lỗ Công suất 1 máy nén khí 300 W Công suất bơm 0,5 Hp 4.2.4 Bể lắng 1 v Nhiệm vụ: Loại bỏ các tạp chất lơ lửng có khả năng lắng được ra khỏi nước thải. Ở đây các chất có tỷ trọng lớn sẽ lắng xuống đáy và được tập trung ở hố thu cặn nhờ hệ thống gạt cặn và được thải ra ngoài thông qua ống đặt ở đáy bể. v Tính toán: Chọn bể lắng I có dạng hình tròn trên mặt bằng, nước thải vào từ tâm và thu nước theo chu vi bể. Ø Tính kích thước bể lắng đứng. - Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng: F1 = = = 3,9 (m2) Trong đó: V: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng Chọn V = 0,0285 (m/phút) = 0,000475 (m/s) s (Điều 6.5.6 – TCXD 51 – 2006).) - Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm: F2 = = = 0,1 (m2) Trong đó: Vtt: là tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30 (mm/s) (điều 6.5.9TCXD 51- 2006) Chọn Vtt = 20 (mm/s) = 0,02 (m/s) - Diện tích tổng cộng của bể lắng: F = F1 + F2 = 3,9 + 0,1 = 4 (m2) - Đường kính của bể lắng: D = = = 2,26 (m), chọn D = 2,3 (m) - Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: hl = V * t = 0,000475 * 7200 = 3,42 (m) Trong đó: V: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng Chọn V = 0,0285 (m/phút) = 0,000475 (m/s) s (Điều 6.5.6 – TCXD 51 – 2006). t: thời gian lắng, chọn t = 2h = 7200s - Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định: hn = h2 + h3 = ( )*tga = ( )* tg50O = 1,1 (m) Trong đó: h2: Chiều cao lớp trung hòa (m) h3: Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể D: Đường kính trong của bể lắng, D = 2,3 (m) dn: Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,5 (m) a: Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, a không nhỏ hơn 50O chọn a = 50O - Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng: H = hl + hn + hbv = 3,42 + 1,1+ 0,48 = 5 (m) Trong đó: hbv : là khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, hbv = 0,48 (m) Ø Tính toán ống trung tâm - Đường kính ống trung tâm: d = = = 0,36 (m), lấy tròn d =0,4 m - Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán và bằng 3,42 (m) - Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm: D1 = h1 = 1,35*d = 1,35*0,4 = 0,53 (m) - Đường kính tấm chắn: lấy bằng 1,3 đường kính phần loe của ống trung tâm và bằng: Dc = 1,3*D1 = 1,3*0,5265 = 0,68 (m) Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe ống trung tâm đến mép ngoài cùng của tấm chắn theo mặt phẳng qua trục: L = = = 0,04 (m) Trong đó: vk : Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk £ 20 (mm/s). Chọn vk = 20 (mm/s) = 0,02 (m/s) dn : Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,5 (m) - Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17O Ø Tính toán máng thu nước. Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể. - Đường kính máng thu nước: Dmáng = 80% đường kính bể Dmáng = D*80% = 2,3 * 80% = 1,84 (m), chọn Dmáng= 2 (m) - Chiều cao máng: hm = 0,3 m. - Chiều dài máng thu: Lt = p * Dmáng = 3,14* 2 = 6,28 (m) - Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: aL = = = 25,46 (m3/mdài.ngày) aL = 25,46 nằm trong giới hạn cho phép (theo tài liệu tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai) Thu nước bằng hệ thống các răng cưa chữ v được xẻ trên máng Chiều dài máng (răng cưa): Lrc = Lt = 6,28 (m) Máng răng cưa xẻ khe thu nước chữ V, góc 900, chiều cao khe là 100 mm , bề rộng mỗi khe là 200 mm, hai khe kế tiếp cách nhau một khoảng 225 mm, vậy trên 1m chiều dài có 1.000/225 = 4,4 khe , máng dài 6,28 m, vậy có 28 khe xẻ chữ V . Chiều cao máng răng cưa là 200 mm, bề dày máng răng cưa là 5 mm, máng được bắt dính với thành bể lắng. Ø Tính toán ống dẫn nước thải vào và ra khỏi bể lắng 1. - Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 1,2 (m/s) - Lưu lượng nước thải Q = 6,67 (m3/h) = 0,0019 (m/s) Đường kính ống là: = 0,045 (m) - Chọn ống dẫn nước thải vào và ống dẫn nước thải ra là ống nhựa PVC có đường kính bằng nhau và bằng: Dvào = Dra = 49 (mm) Ø Tính toán lượng bùn sinh ra mỗi ngày và chọn máy hút bùn. - Hiệu quả xử lý cặn lơ lửng SS và BOD5 sau khi qua bể lắng 1: R = Trong đó: R: hiệu quả xử ly SS và BOD5, đơn vị % t: thời gian lưu nước trong bể, h a, b: hằng số thực nghiệm, chọn theo bảng sau: Bảng 4.5. Giá trị của hằng số thực nghiệm a, b ở toC ³ 20oC Chỉ tiêu a đơn vị (h) b Khử BOD5 Khử cặn lơ lửng SS 0,018 0,0075 0,02 0,014 (Nguồn: TS.Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải ) Þ RSS = = 56,34% Þ RBOD5 = = 34,5 % Þ Hàm lượng SS còn lại trong dòng ra: SS1 = (100% - 56,34%)*198 = 86,45 (mg/l) Þ Hàm lượng BOD5 còn lại trong dòng ra: BOD5 = (100% - 34,5%)*225 = 163,75 (mg/l) - Lượng cặn tươi đi ra từ bể lắng 1 mỗi ngày: M = = = 17,85 (kg/ngày) Trong đó: SSdh: hàm lượng cặn đi vào bể lắng 1 RSS: hiệu quả xử lý cặn lơ lửng - Giả sử lượng bùn tươi của nước thải có hàm lượng cặn 1% (độ ẩm 99%) - Tỉ số VSS:SS = 0,8 - Khối lượng riêng của bùn tươi: 1053 kg/m3 - Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày: Qtươi = = = 1,88 (m3/ngày) - Lượng bùn có khả năng phân hủy sinh học: M = 0,8* M = 0,8*17,85 = 15,86 (kg/ngày) Vì lượng bùn sinh ra được hút không liên tục nên chọn khoảng thời gian hút là t= 48 (giờ) - Công suất của máy bơm bùn: N = = = 0,154 (kw) = 154 (w) Trong đó: h : Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 - 0,93 , chọn h= 0,8; : Khối lượng riêng của nước 1.000 kg/m3. H : Cột áp của bơm, chọn H = 10 (m) t : Thời gian giữa 2 lần hút bùn chọn t = 48 giờ Chọn máy bơm bùn có công suất 200w để bơm bùn sang bể nén bùn. - Tính ống dẫn bùn: Chọn vận tốc bùn chảy trong ống v = 0,5 (m/s) Lưu lượng bùn thải Qtươi = 1,88 (m3/ngày) = 0,078 (m3/h) Đường kính ống dẫn bùn thải là: D = = = 0,0074 (m) ® Chọn ống nhựa PVC có đường kính Dbùn = 21 mm để dẫn bùn. Bảng 4.6. Thông số thiết kế bể lắng 1 Thông số Giá trị Đơn vị Đường kính bể 2,3 m Chiều cao bể 5 m Chiều cao phần hình nón của bể 1,1 m Chiều cao phần lắng của bể 3,42 m Chiều cao ống trung tâm 3,42 m Đường kính ống trung tâm 0,4 m Đường kính phần loe của ống trung tâm 0,53 m Đường kính tấm chắn 0,68 m Đường kính máng 2,1 m 4.2.5 Bể Aerotank v Nhiệm vụ: Thực hiện quá trình phân hủy các chất hữu cơ (BOD5) có trong nước thải và oxy hóa NH4+ (amoniac NH3) thành NO3- ở điều kiện hiếu khí, với sự hỗ trợ của các vi sinh vật. v Tính toán: Các thông số tính toán cơ bản cho bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn Lưu lượng nước thải : Q = 160 (m3/ngàyđêm) Nhiệt độ thấp nhất vào mùa đông : t = 200C Nhiệt độ trung bình : T = 25oC Hàm lượng BOD5 đầu vào : S0 = 163,75 (mg/l) Lượng cặn lơ lửng đầu : SSvào= 96,052 (mg/l) Hàm lượng amoniac tính theo NH4+ : Nvào = 25 (mg/l) Hàm lượng oxy hòa tan trong bể : DO = 2 (mg/l) Độ pH duy trì trong bể : pH = 7,2 Đầu ra nước thải Hàm lượng BOD5 ra khỏi bể Aerotank: S £ 30 mg/l; chọn S = 20 mg/l Hàm lượng NH4+ đầu ra: Nra = 5 (mg/l) Cặn lơ lửng: SS £ 50 mg/l; chọn SSra = 40 mg/l Các thông số vận hành Cặn hữu cơ ; a = 75% Độ tro; z = 0,2 (Tính toán hệ thống xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào; X0 = 0 Nồng độ bùn hoạt tính; X = 2.500 – 4.000 mg/l, chọn X = 2.500 mg/l Lượng bùn hoạt tính tuần hoàn là nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng 2, XT = 8.000 mg/l Chế độ xáo trộn hoàn toàn Xác định hiệu quả xử lý Hiệu quả xử lý BOD5 *100% = 87 % Hiệu quả xử lý NH3 (amoniac) H = * 100% = *100% = 80 % Xác định thể tích bể Aerotank w Tính toán thời gian theo điều kiện Nitrat hóa. - xác định tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn Nitrat hóa trong điều kiện vận hành bể ổn định: mN = mN max (e0,098(T-15)) Trong đó: T : nhiệt độ thấp nhất vào mùa đông T = 15oC mN max = 0,45 ngày-1 ( theo bảng 5-3 trong tài liệu ) N: lượng amoniac đầu vào N = 25 (mg/l) KN = 100,051T-1,158 = 100,051*15-1,158 = 0,4 (theo bảng 5-3 trong tài liệu ) DO = 2 mg/l KO2 = 1,3 mg/l (theo bảng 5-3 trong tài liệu ) pH = 7,2 mN = 0,45 (e0,098(15- 15)) = 0,26 (ngày-1) - Xác định tốc độ sử dụng NH4+ của vi khuẩn Nitrat hóa (rN) (Theo công thức 5-13 trong tài liệu ) r = thay S= Nra Þ rN = Trong đó: K = = = 1,625(ngày-1) YN = 0,16 ( chọn theo bảng 5-4 trong tài liệu ) KN = 3 (mg/l) (chọn theo bảng 5-4 trong tài liệu ) Nra = 5 mg/l Þ rN = = 1 (mg NH4+/ mg bùn N ngày) - Xác định thời gian lưu bùn qCN theo công thức 5-16 trong tài liệu = Y*r - Kd Trong đó: KdN = 0,04ngày-1 (theo bảng 5-4 trong tài liệu ) = 0,16*2,54-0,04 = 0,12 Þ qCN = 8,3 ngày. Tuổi của bùn 9 ngày - Xác định thành phần hoạt tính của vi khuẩn Nitrat trong bùn hoạt tính: XN = fN *X fN = fN = = 0,036 XN = 0,036*2500 = 90 (mg/l) - Thời gian cần thiết để Nitrat hóa tính theo công thức 5-19 trong tài liệu qN = = = = 0,22 ngày = 5,28 giờ Þ Thể tích bể Aerotank: V = Q * qN = 160*0,22 = 35,2 (m3) chọn V = 35 m3 w Tính toán theo điều kiện khử BOD5 - Xác định tốc độ oxy hóa (giảm) BOD5 mg/l cho 1 mg/l bùn hoạt tính trong 1 ngày Từ công thức = Y*r - Kd ® r = Lấy qC = 9 ngày theo tuổi của bùn Nitrat hóa đã tính ở trên: Y = 0,6 ( theo bảng 5-1 tài liệu ) Kd = 0,055 ( theo bảng 5-1 tài liệu ) r = = 0,27 mg BOD/mg bùn ngày. - Thời gian cần thiết để khử BOD5: qBOD5 = = = = 0,21 ngày = 5 giờ Do qBOD5 < qN nên chọn dung tích bể tính theo thời gian lưu nước để Nitrat hóa qc = 0,22 ngày = 5,28 giờ ; V = 35 m3. Như vậy hàm lượng BOD5 đầu ra S<30 mg/l ; S = So - qc r X = 163,75 - 0,22*0,27*(2500 -90) ≈ 0 BOD5 dạng hòa tan đầu ra S ≈ 0 chỉ còn lại BOD trong cặn lơ lửng chưa oxy hóa hết Vậy thể tích bể cần thiết là W = 35 m3 Xác định kích thước bể Aerotank Chọn chiều cao hữu ích của bể Aerotank là 2,7 m Chiều cao bảo vệ hbv= 0,3 m. Vậy chiều cao xây dựng của bể là: H = h + hbv = 2,7 + 0,3 = 3 m Chọn chiều rộng bể : B = 2,5 m Chiều dài của bể : L = 5 m Vậy kích thước của bể Aerotank là L x B x H = 5 m x 2,5 m x 3 m Thể tích thực của bể là: Wt = L x B x H = 5 x 2 x 3,5 = 37,5 m3 Tính toán lượng bùn dư thải ra mỗi ngày Tốc độ tăng trưởng của bùn: = 0,4 Trong đó: qcN: tuổi của bùn qc = 9 (ngày) Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,055 ngày-1 Lượng bùn hoạt tính sinh ra mỗi ngày do khử BOD5: 160*0,4*(163,75-20)*10-3 = 9,2 (kg/ng.đ) Lượng cặn sinh ra mỗi ngày là: = 11,5 (kg/ngày đêm) Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi: Pxả = PSS – Pra = 11,5 – 6,4 = 5,1 (kg/ngày đêm) Với: 160*40*10-3 = 6,4 (kg/ngày đêm) Xác định lưu lượng bùn thải Qxả = Trong đó: Xt : Nồng độ bùn hoạt tính trong vòng tuần hoàn (cặn không tro), Xt = (1 – 0,2)* 8.000 = 6400 (mg/l); Xra : Nồng độ VSS ra khỏi bể lắng, Xra= SSra* a = 40*0,75 = 30 (mg/l). Vậy lưu lượng bùn thải là: Qxả = = 0,77 (m3/ngày đêm) Hệ số tuần hoàn bùn Beå laéng Aerotank Q + Qt,X Q,Xr Q, X0 Qt, Xt Qr, Xt Phương pháp cân bằng vật chất với bể Aerotank: (Q + Qt).X = Q . X0 + Qt . Xt Trong đó: Q : Lưu lượng nước thải vào bể, Q = 160 m3/ngày đêm ; Qt : Lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/ngày ; X : Nồng độ VSS trong bể, X = 2.500 mg/l; X0 : Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể; Xt : Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xt = 6400 mg/l. Chia 2 vế của phương trình trên cho Q và đặt tỉ số Qt/Q = (được gọi là tỉ số tuần hoàn), ta được: Xt = X+X Hay = 0,64 Lưu lượng bùn tuần hoàn : 160*0,64 = 102,4 m3/ngày đêm = 4,27 m3/giờ Kiểm tra tải trọng thể tích và tỉ số F/M Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M: = 0,3 kgBOD5/kgMLVSS.ngày Tỉ số F/M nằm trong giới hạn cho phép đối với bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn: F/M = 0,2 ÷ 0,6 kgBOD5/kgMLVSS.ngày Tải trọng thể tích: La = *10-3 = 0,75 kgBOD5/m3.ngày La = 0,75 nằm trong khoảng cho phép La = 0,7 ¸ 1,9 (kgBOD/m3.ngày) (Theo tài liệu Thoát nước của PGS.TS. Hoàng Văn Huệ) Xác định lượng khí cấp cho Aerotank Tính lượng oxy cần thiết cho quá trình khử BOD và oxy hóa amoni NH4+ thành NO3- theo công thức: OCo = - 1,42Px + Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý Q = 160 m3/ngày đêm So: Nồng độ BOD đầu vào So = 163,75 (mg/l) S: Nồng độ BOD đầu ra S = 20 (mg/l) f: Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD f = thường f = 0,45-0,68, chọn f = 0,62 Px : Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày Px = 9,2 kg/ngđ. 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD No: Tổng hàm lượng Nito đầu vào (TKN) No = 25 mg/l N: Tổng hàm lượng Nito đầu ra N= 5 mg/l 4,57: Hệ số sử dụng oxy khi oxy hóa NH4+ thành NO3- OCo = - 1,42*9,2 + = 38,66 (kg O2/ngày) Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế OCt = OCo * Trong đó: b : Hệ số diều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, b = 1 Cs20 : Nồng độ oxy bảo hòa trong nước ở 200C, Cs = 9,08 (mg/l); Cd : Nồng độ oxy cần duy trì trong bể, C = 1,5 – 2 mg/l ( Tính toán công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai); chọn C = 1,5 (mg/l); Csh : Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ (ToC), chọn Csh = 9,08mg/l T : Nhiệt độ nước thải (T = 150C); : Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào trong nước thải (do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt), = 0,6 – 0,94; chọn = 0,8. Þ OCt = 38,66 . = 65,18 (kg O2/ngày) ØLượng không khí cần thiết: Qkhí = *f Trong đó: f : Hệ số an toàn, f=1,5 – 2; chọn fa = 1,5 (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai); OU : Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1m3 không khí; OU = ou*h Với ou : Phụ thuộc hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối bọt khí mịn, (Tra bảng 7 – 1 sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Bảng 4.7 Công suất hòa tan oxy vào trong nước của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn Đ