Đồ án Xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản Kim Ngư

qua thảm bùn ở đáy bể qua hệ thống phân phối nước. Lớp bùn này có tác dụng như giá bám cho các vi khuẩn yếm khí. Phần nước trong phía trên tiếp tục vào bể bùn hoạt tính, tại đây diễn ra quá trình phân huỷ chất hữu cơ nhờ vi khuẩn hiếu khí không khí được cung cấp vào bể nhờ máy nén khí. Hỗn hợp bùn trong bể chính là xác vi khuẩn sẽ được lắng ở bể thứ cấp. Một phần bùn lắng từ đáy bể thứ cấp được bơm hoàn lưu để bổ sung lượng vi khuẩn cho bể bùn hoạt tính và thúc đẩy quá trình phân huỷ diễn ra nhanh hơn. Nước trong sau khi lắng tiếp tục vào bể khử trùng để loại bỏ vi khuẩn gây bệnh trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Bùn từ đáy bể lắng sơ cấp ,bùn dư ở đáy bể UASB và phần bùn thải từ bể lắng thứ cấp được bơm ra sân phơi bùn. * Nhận xét: - Ưu điểm: + Có khả năng chịu đựng các thay đổi lớn đột ngột của lưu lượng và chất hữu cơ. + Diện tích đất sử dụng tương đối thấp hơn các phương án còn lại. + Cặn sinh ra được xử lý triệt để, mùi hôi có thể phát sinh từ bể UASB và sân phơi bùn. + Vốn đầu tư thấp. - Nhược điểm: + Chi phí vận hành và bảo quản khá cao, khó khắc phục khi có sự cố. 2. Chọn phương án xử lý nước thải cho nhà máy: Để thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản Sao Biển, phương án 2 là phương án được chọn vì hệ thống xử lý đơn giản, dễ vận hành. Mặt khác, do đây là nhà máy chế biến thủy sản nên lượng dầu mỡ và chất rắn lơ lửng sinh ra trong quá trình sản xuất tương đối lớn là việc không tránh khỏi, nên ta dùng quy trình có bể tuyển nổi để loại các chất lơ lửng, dầu mỡ và cô đặc bùn. I-Kênh dẫn nước thải Trong 1 ngày lưu lượng thải ra là Q = Qsh +Qsx =2500+90 =2590m3/ngày Nhà máy làm việc 16 h/ngày nên Qtb = Q/16 = 2590/16 =161.875 m3/h =44.965 l/s Theo TCXDVN 51-2008 Kmax =1.733 Kmin=0.542 Qmax =Kmax *Qtb =1.733*44.965= 77.924 l/s =0.0779m3/s Qmin =Kmin *Qtb =0.558*44.965=25.09 l/s =0.0251 m3/s * Chọn bề rộngkênh dẩn là 0.3 m Theo TCXDVN 51:2008 ta có: * Chọn vận tốc dòng chảy trong kênh dẩn nước thải là 0.8m/s Diện tích mặt cắt ướt của kênh dẩn A= _Chiều sâu công tác: H= II.Song chắn rác II.1.Chức năng: Chức năng: song chắn rác dùng để giữ lại rác có kích thước lớn trong nước thải để đảm bảo cho bơm, van và các đường ống không bị nghẽn bởi rác. Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tuỳ thuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác. Vị trí: song chắn rác phải đặt ở tất cả các trạm xử lý không phân biệt phương pháp dẫn nước tới là tự chảy hay có áp. Song chắn rác được đặt ở những kênh trước khi nước thải vào trạm xử lý. II.2 Tính toán: Wk Wkd V0 vt Thiết kế song chắn rác cào rác thủ công Bảng IV.1 Các giá trị thông dụng để thiết kế song chắn rác Chỉ tiêu Khoảng biến thiên Trị số chọn thiết kế Vận tốc nước chảy qua song chắn Vs (m/s) 0,31 ÷ 0,62 0,5 Chiều rộng khe b (cm) 2,5 ÷ 5 2,5 Độ nghiêng so với trục đứng β ( độ ) 30 ÷ 45 45 Góc mỡ rộng ( thu hẹp )kênh α ( độ ) 20 Bề dày của sắt C (cm) 0,51 ÷ 1,52 1,27 Bề bản của sắt D (cm) 2,54 ÷ 3,81 2,6 Qmax =0.0779m3/s *Chọn vận tốc qua khe là Vs =0.5m/s Tổng diện tích phần khe hở ngập nước A =Qmax/Vs =0.0779/0.5 =0.1558m2 Chiều sâu ngập nước nơi đặt song chắn rác là H= 0.323m Tổng chiều rộng của khe hở song chắn rác W= A/H =0.1558/0.323=0.482m * Chọn chiều rộng của mỗi khe b=2.5cm =0.025m àSố khe của song chắn rác N=w/b= 0.482/0.025=19.28(chọn 20 khe) Do ta không đặt thanh sắt ở sát 2 bên thành tường của thanh dẫn nên số thanh sẻ bằng số khe trừ đi một F =N-1 =20 -1 =19 thanh Bề rộng lọt lòng của kênh dẩn nơi đặt song chắn rác bằng tổng chiều rộng các khe và tổng chiều dày thanh sắt Chọn chiều dày của thanh sắt C= 1.27cm=0.0127m ]Tổng bề rộng lọt lòng nơi đặt song chắn rác Wk =C*F +W =0.0127*19+0.482= 0.7233m *Chọn góc mở rộng =200 ]Chiều dài đoạnmở rộng *Chọn chiều dài đoạn thu hẹp trước song chắn rác bằng với chiều dài đoạn mở rộng là 0.581 m _L2 =0.581m Chọn chiều cao chết : Hchết = 0.4 m _Chiều cao kênh dẫn cần xây dựng nơi đặt song chắn rác: h=H+ H chết = 0.323+ 0.4 =0.723 m _Chọn gốc nghiêng của song là450,chiều dài phần uốn cong phía trên của song chắn rác là 0.2m Chiều dài thanh sắt làm song chắn rác D= Hình chiếu song chắn rác xuống mặt bằng sàn: L3= ] Chọn chiều dài bản hứng rác là L4 = 1.8 (m) có nhiều lỗ nhỏ hơn kích thước rác. Tổng chiều dài đoạn kênh nơi đặt song chắn rác là :L=L1+L2+L3+L4 =0.581+0.581+0.723+1.8=3.683m Vận tốc tại kênh dẫn trước nơi đặt song chắn rác: Vt = = / Độ giảm áp của dòng chảy qua song chắn rác h1 =15.2 (cm) + Để bù lại độ giảm áp gây ra bởi song chắn rác, ta hạ thấp đáy kênh một đoạn giảm áp nhân hệ số 3 _ (TCXDVN 51 : 2008) 2.1. Chức năng: Bể lắng cát dùng để loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải. Bản thân cát không độc hại nhưng ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các công trình và thiết bị trong hệ thống như làm mòn thiết bị, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý phía sau. Bể lắng cát thường đặt sau song chắn rác. 2.2. Tính toán: *** Các thông số đầu vào được chọn để tính toán trong quá trình thiết kế bể lắng cát ngang: Ta có : Ta có: Qmax =0.0779 (m3/s) Qmin =0.0251 (m3/s) Theo Trịnh Xuân Lai: Hạt cát nhỏ nhất cần giữ lại có đường kính d = 0.2 (mm) Theo TCXDVN 51 : 2008 _ (Bảng 7.6 & Bảng 7.7) Độ lớn thủy lực của hạt cát là U0= 18,7 (mm /s) = 0.0187 (m /s) K= 1.7 Chọn:(dựa vào bảng 7.6 TCXDVN) Vận tốc nước thải trong bể (v) ứng với lưu lượng lớn nhất (Qmax) là: vbể = 0.3 (m/s) Chiều sâu miệng dưới cống, nơi nước thải được đưa vào bể lắng cát là: Ho = 0.5 (m) Chiều sâu tính toán của bể (Hn) là: Hn = 0.25 (m) ***Tính toán thiết kế bể lắng cát: Diện tích bề mặt của bể : A = Tỉ lệ dài/sâu: = 27.273 Chiều dài bể: L = = 27.273 * 0.25 = 6.818 (m) Chiều rộng bể: B Theo Trịnh Xuân Lai, trong 1000 m3 nước thải thì lượng cát dao động từ 0.0037 ¸ 0.22 (m3)cát. Ta chọn lượng cát là 0.05 (m3) trong 1000 (m3) nước thải, tương ứng với 50(mg) cát/1(l) nước thải. Gọi D = 1600 (kg/m3) là trọng lượng riêng của cát lắng. Và dự kiến 7 ngày sẽ lấy cát ra một lần. Giả sử hiệu suất lắng đạt 100% Sau 7 ngày, ta được: Thể tích cát tích lại trong bể: Vcát 0.906 (m3) Tổng lượng cát tích lại trong bể: Gcát = D * Vcát = 1600 * 0.906 = 1449.6 (kg) Chiều sâu lớp cát tích lại trong bể: F Chọn chiều sâu chết của bể là: Hchết = Ho + 0.3 = 0.8 (m) Ä với 0.3 (m) là phần xây lên khỏi mặt đất nhằm tránh nước mưa chảy tràn. Chiều sâu tổng cộng của bể là: Ht = Hn + Hchết + Hcát = 0.25 + 0,8 + 0.128 = 1.178 (m) Thể tích hữu dụng của bể: Vhd = A * Hn = 7.081* 0.25 = 1.77025(m3) Kiểm tra thời gian tồn lưu của bể: Ở Qmax , ta có: Thỏa tiêu chuẩn thiết kế (45 : 90 giây) (Lê Hoàng Việt, Phương pháp xử lý nước thải: Bảng các giá trị tham khảo thiết kế bể lắng cát). Ở Qmin , ta có: =22.724s *** Các thiết bị kèm theo khi thiết kế bể lắng cát: Thanh gạt đặt dưới đáy bể dùng để cào cát. Hố thu cát. Sân phơi cát. Hành lang công tác cao từ 0.8 (m) đến 1.2 (m). Giá trị chọn thiết kế là 0.8 (m). Sau 7 ngày lấy cát bằng máy bơm. 3. BỂ ĐIỀU LƯU 3.1. Chức năng: Nước thải của nhà máy được thải ra với lưu lượng biến đổi theo giờ, thời vụ sản xuất, mùa. Trong khi đó các hệ thống sinh học phải được cung cấp nước thải đều đặn về thể tích cũng như về các chất cần xử lý 24/24 giờ. Do đó sự hiện diện của một bể điều lưu là hết sức cần thiết Bể điều lưu có chức năng điều hòa lưu lượng nước thải và các chất cần xử lý ở các giờ cao điểm, phân phối lại trong các giờ không hoặc ít sử dụng để cung cấp một lưu lượng nhất định 24/24 giờ cho các hệ thống xử lý sinh học phía sau. 3.2. Tính toán: Theo số liệu thu thập đầu vào, mỗi ngày tổng lưu lượng (Q) nước thải nhà máy thải ra là 2590 (m3/ngày), và thời gian (t) làm việc của nhà máy là 16 giờ/ngày. à Ta không thể đo lưu lượng nước thải của nhà máy theo từng giờ. à Thể tích tính toán của bể điều lưu có thể được áp dụng công thức sau để tính toán: = 863.333(m3) Tuy nhiên, trong thực tế, thể tích hữu dụng của bể điều lưu được thiết kế lớn hơn thể tích tính toán. Thể tích hữu dụng là thể tích tính toán cộng thêm 20% nhằm phòng ngừa các biến động về lưu lượng khi nhà máy hoạt động. Ta có: Vhd = Vtt + 20% Vtt = 863.333 + =1035.999 (m3) Chọn: H1 = 0.2 (m) : Chiều cao xây lên khỏi mặt đất để tránh nước mưa chảy tràn. H2 = 0.5 (m): Cao trình miệng dưới cống dẫn nước lên mặt đất. H3 = 3 (m): Chiều sâu hoạt động của bể điều lưu. Diện tích của bể điều lưu là: =345.333 m2 Chiều cao chết của bể là: Hchết = H1 + H2 = 0.2 + 0.5 = 0.7 (m) Thể tích chết của bể là: Vchết = A * Hchết = 345.333* 0.7 = 241.733(m3) Thể tích thiết kế của bể là: Vtk = Vhd + Vchết = 1035.999 + 241.733 =1277.732(m3) Lưu lượng trung bình nước thải theo từng giờ: (m3/h) Để đưa nước từ bể điều lưu sang bể khác ta phải sử dụng máy bơm. Đối với nhà máy, ta cần sử dụng 2 máy bơm có công suất 107.916 (m3/h) hoạt dộng luân phiên nhau (1 hoạt động, 1 dự phòng). *** Nên lắp đặt thêm một số thiết bị khi thiết kế bể điều lưu nhằm các mục đích sau: Rửa các chất rắn hay dầu mở bám vào thành bể. Hệ thống chảy tràn khi bơm bị hỏng. Thiết bị lấy các chất rắn nổi hay bọt trong bể. Các vòi phun nước để tránh bọt bám vào các thành bể. Rốn thu nước để tháo cạn xử lý khi cần thiết. Ngoài ra, khi thiết kế bể điều lưu, trong bể cần phải có hệ thống khuấy (máy khuấy) để: + Duy trì chất rắn ở trạng thái lơ lửng. + Tránh việc các chất hữu cơ phân hủy yếm khí sinh mùi hôi, với một lượng không khí cần cung cấp là 0.015 (m3/m3.min). (Theo Lê Hoàng Việt, Phương pháp xử lý nước thải _ 2003) Với Vhd = (m3), lượng không khí cần cung cấp là: Vkk = Vhd * 0.015 (m3/m3.min) = * 60 *0.015= 932.399 (m3/h) Theo điều kiện tiêu chuẩn, trọng lượng riêng (dkk) của không khí là 1.2 (kg/m3), và oxi chiếm 23% khối lượng không khí. Khi đó, lượng oxy máy khuấy cần cung cấp là:9 Moxi = Vkk * dkk * 0.23 = 932.399* 1.2 * 0.23 = 257.342 (kg/h) Máy khuấy đảo bề mặt có vận tốc thấp hiệu suất cung cấp khí theo thực nghiệm là : . Chọn hiệu suất cung cấp khí theo thực nghiệm là . (Lê Hoàng Việt, Giáo trình phương pháp xử lý nước thải _ 2003) Công suất của máy khuấy là: P = Moxi / 1 = 257.342 / 1 = 257.342 (hp) Þ Làm tròn: P = 260 (hp) Để ảnh hưởng của máy khuấy đều ở các vùng của bể, ta chọn: Máy khuấy có công suất là 65(hp). Số máy khuấy cần dùng là: 4 máy Chiều dài (L) bể điều lưu gấp 2 lần chiều rộng (B) của bể: L=2B Ta có: *** Lưu ý: Máy khuấy được lắp trên phao nổi, đáy phao sâu hơn đáy cánh khuấy để máy có thể hoạt động ở các mực nước khác nhau, đảm bảo an toàn khi mực nước xuống thấp cánh khuấy không chạm đáy bể. 4. BỂ TUYỂN NỔI 4.1. Chức năng: Bể tuyển nổi được sử dụng để loại bỏ các hạt rắn hoặc lỏng ra khỏi hỗn hợp nước thải và cô đặc bùn sinh học. Lợi điểm chủ yếu của bể tuyển nổi là nó có thể loại các hạt chất rắn nhỏ, có vận tốc lắng chậm trong một thời gian ngắn. Chỉ tiêu môi trường Sinh Hoạt Sản xuất Lưu lượng 1,041 l/s 28,935 l/s BOD5 412.5 mg/l 1200 mg/l COD 725 mg/l 1700 mg/l SS 895,8 mg/l 650 mg/l Tổng Nito 75 mg/l 250 mg/l Tổng photpho 19,985 mg/l 50 mg/l Dầu mở động vật 166,65 mg/l 500 mg/l pH 6-8 Tổng coloform 24*106 MPN/100 ml èThông số nước thải chung của nhà máy : BOD = COD= SS = Tổng Ni tơ = Tổng photpho = Dầu mở = Do nước thải của nhà máy thải ra chứa dầu mỡ và lượng lớn SS. Và để tiếp tục quy trình xử lý với bể xử lý sinh học tiếp theo thì đòi hỏi nồng độ SS khi đưa vào bể xử lý sinh học phải nhỏ hơn 150 (mg/l). Tuy nhiên trong tình hình hiện nay của Việt Nam, hầu hết các xí nghiệp có diện tích rất nhỏ để xây dựng hệ thống xử lý nước thải. Do đó, ở giai đoạn sử lý sơ cấp bằng bể tuyển nổi là sự lựa chọn hàng đầu của các xí nghiệp. Bảng 5 Các thông số thiết kế bể tuyển nổi Thông số cần thiết Đơn vị Tiêu chuẩn Giá trị chọn thiết kế Lưu lượng nạp nước (SOR) L / m2*phút 61¸163 100 Lưu lượng nạp chất rắn (Ls) kg / m2*ngày < 235.2 Lượng không khí bão hòa trong nước ở 200C, áp suất 1 atm ( sa ) ml /L 18.7 18.7 Tỉ lệ ml KK/mg chất rắn 0.02 (Nguồn: Lê Hoàng Việt, Phương pháp xử lý nước thải _ 2003) ***Tính toán thiết kế bể tuyển nổi: Áp suất cần thiết ở buồng tạo áp: Ta có: ( 1 ) Trong đó : A/S tỉ lệ (ml) khí / (mg) chất rắn ở áp suất khí quyển. F Ta chọn A/S = 0.02 ml / mg Pa: áp suất khí quyển (Pa = 1 atm ) Q: lưu lượng nước thải ( Q = 2590 m3 / ngày ) R: lưu lượng hoàn lưu F Ta chọn hoàn lưu 100 % (R = 2590 m3 / ngày) f : hệ số tỉ lệ độ hòa tan của không khí vào nước ở áp lực P F Ta lấy f = 0.5 P: áp suất tuyệt đối (lực nén trong bình tạo áp ) Sa : nồng độ chất rắn (Sa= mg/ L ) 1.3 : trọng của 1ml không khí (mg) Thế tất cả giá trị vào (1) ta được: Þ Vậy ta phải thiết kế bồn tạo áp có áp suất 4 (atm). * Tính kích thước bồn tạo áp: F Chọn thời gian lưu nước trong bồn tạo áp là: t = 3 (phút). Þ Thể tích nước của bồn tạo áp là: 5.39 (m3) Trên thực tế, thể tích nước (Vn) chỉ chiếm 2/3 thể tích bồn tạo áp (Vb): Vn= 2/3 Vb Vb = 3/2 Vn = 3/2 * 5.39 = 8.085 (m3) Thiết kế buồng tạo áp hình trụ F Chọn chiều cao buồng là: h = 2 m Þ Đường kính bồn tạo áp là: Ta có: D = = = 2.269(m) * Tính kích thước bể: Theo Lâm Minh Triết Chọn: Thời gian tồn lưu nước trong bể là: Chiều sâu phần tuyển nổi là: hn = 2 (m) Chiều sâu phần lắng bùn là: hb = 0.7 (m) Chiều cao bảo vệ là: hbv= 0,4 (m) Chiều rộng bể là: w = 1.5*hn = 3 (m) + Thể tích bể tuyển nổi: V = ( Q+R )* = = 107.916(m3) + Diện tích bề mặt phần tuyển nổi: An = = = 35.97 (m2) Þ Chiều dài của bể là: (m) Kiểm tra: L/w = 3,997 > 3.1 , w/hn = 1 thoả :L/w 3.1 và w/hn = (1:1 đến 2,25:1) + Chiều sâu tổng cộng của bể tuyển nổi: Htc = hn + hb + hbv = 2 + 0.7 + 0.4 = 3.1 (m) Kiểm tra lưu lượng nạp chất rắn: (kg/m2.ngày) Kiểm tra tỉ số : 0.037(ml/mg) + Lượng không khí thực tế phải hòa tan vào nước khi tăng áp suất lên 4 (atm) S = . + Lượng không khí cần thiết hòa tan vào nước mỗi ngày St : F Chọn hệ số an toàn là 3 St = 3*S*Q = 3*18.7*103*10-6*2590= 145.299 (m3/ ngày) Để tăng hiệu suất của quá trình tuyển nổi, ta dùng phèn với một lượng là 60 (mg/l). Theo thực nghiệm thực tế _ (Huỳnh Long Toản, Luận văn tốt nghiệp, Hiệu suất của bể tuyển nổi trong việc loại bỏ chất rắn lơ lửng một số loại nước thải _ 2004; và Trần Tự Trọng, Luận văn tốt nghiệp _ 2003), ta được: Bảng 6 Hiệu suất xử lý của bể tuyển nổi Chỉ tiêu Đơn vị Hiệu suất E (100%) SS Mg/L 86% BOD5 Mg/L 83.7% Tổng N Mg/L 84.1% Tổng P Mg/L 88% Ta tính nồng độ các chỉ tiêu đầu ra dựa vào công thức : Cra = Cvào *( 1 – E ) Trong đó : Cra: nồng độ đầu ra Cvào: nồng độ đầu vào (mg/l) E :Hiệu suất xử lý (%) Ta tính đầu ra của hàm lượng dầu mỡ với hiệu suất của bể tuyển nổi là 90%. Riêng COD được tính theo tỉ số: Þ chọn 0.7 Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng dưới đây: Chỉ tiêu Đơn vị Đầu vào Đầu ra Hiệu suất xử lý E (%) SS mg / L 658.536 92.169 86 BOD5 mg / L 1172.651 191.142 83.7 Tổng N mg / L 243.922 38.783 84.1 Tổng P mg / L 48.957 5.875 88 COD mg / L 1666.11 309.063 81.45 Dầu mỡ mg / L 488.43 48.843 90 * Tính thể tích bùn: Trọng lượng ss lắng trong 1 ngày Mbun =Q*10-3 =2590**10-3 =2605.353mg/ngay=2.605kg/ ngay - Tỷ trọng bùn là 1.03 và hàm lượng chất rắn trong bùn 3% = 0.03 - Thể tích bùn hằng ngày là : ( m3) chính là thể tích váng nổi lên hay thể tích ngăn chứa cặn. 5. BỂ BÙN HOẠT TÍNH 5.1. Chức năng: Bùn hoạt tính là bể phân huỷ hiếu khí bởi vi khuẩn hiếu khí. Vi sinh vật hiếu khí sử dụng chất nền BOD, chất dinh dưỡng Nitơ, Phospho làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất vô cơ đơn giản, đồng thời tổng hợp thành tế bào mới. Không khí sẽ được cung cấp từ máy nén khí thông qua hệ thống phân phối khí đặt ở đáy bể. Sau đó bùn sẽ được đưa qua bể lắng thứ cấp và một phần bùn sẽ được hoàn lưu lại liên tục cho bể để giúp cho quá trình phân huỷ hiếu khí xảy ra đều đặn và liên tục. Sản phẩm của quá trình oxy hoá hiếu khí là CO2 và sinh khối của vi sinh vật. Các sản phẩm chứa Nitơ và Photpho sẽ được vi khuẩn hiếu khí chuyển hoá thành NO3-N và SO4-S theo phản ứng : (CHONS) + O2 + vi khuẩn hiếu khí CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng. (chất hữu cơ) (CHONS) + vi khuẩn hiếu khí + năng lượng C5H7O2N (tế bào vi khuẩn) Bảng III.5a: Một số hệ số động cho việc xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể bùn hoạt tính: Hệ số Đơn vị Giá trị Khoảng biến thiên Tiêu biểu K d-1 2 ÷ 10 5 Ks Mg/l BOD5 25 ÷ 100 60 Mg/l COD 17÷ 50 40 Y Mg VSS/mg BOD5 0,4 ÷ 0,8 0,6 Kd d-1 0,025 ÷ 0,075 0,06 Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, reuse, disposal, 1991. Bảng III.5b: Các hệ số động học của quá trình Nitrat hóa trong bể bùn hoạt tính: Hệ số Đơn vị Giá trị Khoảng biến thiên Trị thiết kế µNmax d-1 0,4 ÷ 2 0,47 KN NH4+, N. mg/l 0,2 ÷ 3 YN Mg bùn hoạt tính/mg NH4+ 0,1 ÷ 0,3 0,2 Kd d-1 0,03÷ 0,06 0,06 Ko2 Mg/l 0,15 ở 150 C ÷ 2 ở 200 C 1,3 Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, reuse, disposal, 1991. Bảng III.5c: Các thông số cần thiết khác để thiết kế bể bùn hoạt tính Thông số Giá trị Khoảng biến thiên Trị thiết kế Thời gian tồn lưu nước (giờ) 4 ÷ 8 Nồng độ vi khuẩn trong dịch bùn tuần hoàn Xw (mg/l) 8000 ÷ 10000 10000 Nồng độ bùn hoạt tính trong bể MLSS (mg/l) 1500 ÷ 4000 2500 Tỉ lệ hoàn lưu R (%) 25 ÷ 100 Hàm lượng oxy hòa tan DO (mg/l) 1,5 ÷ 4 2 F:M (kg BOD5/kg MLVSS-ngày) 0,2 ÷ 0,6 Lưu lượng nạp chất hữu cơ, kg BOD5/m3-ngày 0,3 ÷ 1,0 Phần trăm BOD5 loại bỏ, % 85 ÷ 95 Bùn sản sinh kg SS/kg BOD5 loại bỏ 0,4 ÷ 0,6 Nhu cầu về oxy kg O2/kg BOD5 loại bỏ 0,8 ÷ 1,1 Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, reuse, disposal, 1991. 5.2. Tính toán Bảng 7 Các thông số đầu vào của bể bùn hoạt tính Các chỉ tiêu đầu vào bể bùn hoạt tính Giá trị (mg/l) Theo TCVN 5945-2005 giá trị nồng độ các chỉ tiêu trong nước thải đạt loại A (mg/l) SS 92.169 50 BOD5 ( S0 ) 191.142 30 Tổng N (Nv) 38.783 Tổng P (Pv) 5.875 15 COD 309.063 50 Kiểm tra thông số đầu vào dùng để thiết kế bể bùn hoạt tính: Từ bảng, ta thấy: - Nồng độ SS = 92.169l) < 150 (mg/l) - Nồng độ BOD5 = 191.142 < 500 (mg/l) - Tỉ lệ BOD5/COD = 0.62> 0.5 Và có pH = 7 ( thuộc khoảng 6.5 8.5 ) (Theo Lê Hoàng Việt, Phương pháp xử lý nước thải _ 2003) Theo TCVN 5945 – 2005: F Chọn nồng độ đầu ra của: + SSra là 25 (mg/l) + BOD5 ra (S) là 20 (mg/l) Þ Lượng BOD5 cần xử lý ra khỏi nước thải là: Sxl = So – S =191.142– 20 = 171.142 (mg/l) + Kiểm tra tỉ lệ dưỡng chất đầu vào: Nhu cầu về dưỡng chất nhằm đảm bảo sự phát triển tốt nhất của vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính theo tỉ lệ BOD5 : N : P = 100 : 5:1 Lượng Nitơ phản ứng trong bể: BOD5:N = 100:5 àN = 5.BOD5/100 = 5.191,142/100 = 9.56 mg/l à Lượng Nitơ còn dư: Ndư = Nv – N = 38.783 – 9.56 = 29.225 mg/l - Lượng Photpho phản ứng trong bể: BOD5:P = 100:1 àP = BOD5/100 = 191,142/100 = 1.91 mg/l à Lượng Photpho dư trong bể: Pdư = Pv – P = 5.875– 1.91 = 3.965 mg/l Vậy lượng N và P dư nên ta thiết kế bể bùn hoạt tính để khử BOD5 kết hợp với Nitrat hóa, đồng thời dùng phèn Al để loại bỏ Photpho Tính toán các thông số động lực học: - KN = 100,051.Tmin - 1,158 = 100,051.25-1,158 = 1,31 (mg/l) - Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ: Tc = ℮0,098.(Tmin-15) = ℮0,098(25-15) = 2,67 - Hệ số hiệu chỉnh theo pH: Ta có: pH = 7; do đó hệ số điều chỉnh theo pH là 1: pHc = 1. - Tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn Nitrat hóa: µN = µNmax. Tc. .[1- 0,33(7,2 – pHmin)] Trong đó: Hàm lượng DO tối thiểu trong bể: DOmin =2mg/l K02 = 1,3mg/l pHmin = 6 Tốc độ tăng trưởng vsv N: µNmax = 0,47 d-1 KN = 1,31mg/l à µN = 0,47.2,67. = 0,444d-1 - Tốc độ oxi hóa cực đại: k = = = 2.22 d-1 VớiYN = 0,2 mg/mg: Năng suất vsv N. Tính toán thiết kế: - Thời gian lưu tồn tế bào tối thiểu: Áp dụng công thức: Y.k – Kd Với k = 2.22 (d-1) Kd = 0,05 (d-1) à2.538 (d-1) - Xác định thiết kế: Chọn SF = 10 = .SF = 2.538.2.5 = 6.345 (d-1). (Theo Trịnh Xuân Lai, 2000, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải thì = 8 – 20 d-1 ). (Thỏa) - Tốc độ sử dụng chất nền: Áp dụng công thức: Y.U - Kd à UN = = 1.038(mg/l) - Hàm lượng Nitơ đầu ra: Áp dụng công thức: U = k. à Neff = 1.150 (mg/l) - Tốc độ sử dụng BOD: YBOD = 0,6 mg/mg kd_BOD = 0,06 d-1 UBOD = = 0,363(mg/mg.d) - Chọn hiệu suất khử BOD là 90%. (pháp Theo Lê Hoàng Việt, 2000, Giáo trình bài tập các phương xử lý nước thải: hiệu suất loại BOD từ 85- 95%). Ta có: = 0,402(mg/mg.d) (thỏa vì F/M nằm trong khoảng 0,2 – 0,6 d-1 ) - Tính thời gian tồn lưu nước cần thiết: + Thời gian tồn lưu nước cần thiết để loại bỏ BOD: X = 0,8.MLSS = 0,8.2500 = 2000 mg/l BOD5r = BOD5v .(1- 0,9) = 191.142.0,1 = 19.114 mg/l à= 5.64 h. + Thời gian tồn lưu nước cần thiết để nitrat hóa: Giả sử có 8% vi sinh vật trong bể là các vi sinh vật thuộc nhóm nitrat hóa. Ta có: XN = 0,08.X = 0,08.2000 = 160 mg/l + So sánh hai thời gian tồn lưu, ta chọn thời gian tồn lưu lớn làm thời gian thiết kế, do đó thời gian lưu tồn nước trong bể là: . - Thể tích bể bùn hoạt tính: Áp dụng công thức: V = Q. = 2590*5.64/24 = 608.65 m3 - Tính lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày: + Lượng bùn sinh ra do khử BOD5: Abùn-BOD5 = yb-BOD.Q.(S0 - S) Với: yb-BOD = S0 =191.142 mg/l S = 20 mg/l à Abùn-BOD5 = 0.448*2590*(191.142 - 20) = 198579.485 g/ngày = 198.579 kg/ngày + Lượng bùn sinh ra do nitrat hóa: Abùn-N = yb-N.Q.(Nv – Neff) Với: yb-N = Nv = 38.783 mg/l Neff = 1.150mg/l à Abùn-N = 0,156*2590.(38.783 – 1.150) = 15205.2 g/ngày = 15.205 kg/ngày + Vậy tổng lượng bùn sinh ra: Abùn = Abùn-BOD5 + Abùn-N = 198.579+15.205 =213.784kg/ngày - Tính lượng bùn thải: + Áp dụng công thức: Trong đó: V = 608.65m3: thể tích của bể bùn Xe: nồng độ vi khuẩn trong nước thải đầu ra mg/l Xe = SSv.(1-z) với z = 0,3 độ tro của bùn Qw: lượng bùn thải bỏ mg/l X = 2000 mg/l: nồng độ bùn hoạt tính tron bể bùn Xw = 10000 mg/l: nồng độ vi sinh vật trong bùn hoàn lưu Qe = Qv: lưu lượng nước thải ra khỏi hệ thống xử lý bằng lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý m3/d. + Đặt tổng lượng bùn thải bỏ là: Wxả = Qw.Xw + Qe.Xe Wxả = 215.833 kg/ngày + Lưu lượng bùn thải bỏ hàng ngày: Qw = m3/d - Thời gian hoàn lưu lại toàn bộ bùn (không xả cặn ban đầu): T = ngày(5 ngay ) Thực tế số ngày hoàn lưu lại toàn bộ bùn sẽ dài hơn gấp 3- 4 lần vì khi nồng độ bùn trong bể chưa đủ thì hiệu quả xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và lượng bùn sinh ra ít hơn Abùn. - Lưu lượng bùn hoàn lưu: Qr = 647.5 m3/d - Tỉ lệ hoàn lưu: = Qr/Q = 647.5/2590 = 0.25 = 25%(chấp nhận) - Tải lượng nạp BOD: BODnạp = 0.813 kg/m3.d (thỏa) - Xác định kích thước của bể: + Chọn chiều sâu hoạt động của bể h1 = 4,6 m. + Chiều sâu phần dự trữ h2 = 0,4 m. + Chiều rộng bể B = 6 m Chiều dài bể: L = m - Ta cũng thiết kế máng phân phối đặt ở đầu bể, bố trí chạy suốt bề ngang bể, có chiều dài bằng chiều rộng bể, chiều sâu 0,4 m; chiều rộng 0,5 m. - Tính lượng oxy cần thiết để cung cấp cho bể: Ta có hệ số chuyển đổi BOD5: 1,1 .(Theo Lê Hoàng Việt, 2000, Giáo trình bài tập các phương pháp xử lý nước thải). Chọn K = 1,18 ;hệ số an toàn SF =2.5 Áp dụng công thức: Moxi = Q.(K. BODv + 4,57.Nv).SF 2590.(1,18*191.142+4,57*38.783).2.5 *10-3 =2608.038kg/ngày +Nếu sử dụng ống PVC đục lỗ để phân phối khí thì hiệu suất cấp khí ở độ sâu 4,6m là 28 – 32%. Chọn hiệu suất cấp khí là 30%. Lượng không khí thực tế cần cung cấp cho bể là: +Chọn máy bơm nén khí có công suất cấp khí: - Nồng độ COD và SS ra khỏi bể: CODr = CODv.(1 - 0,9) = 309.063*0.1 = 30.906 mg/l SSr = SSv.(1 - 0,9) = 92.169*0,1 = 9.2169mg/l - Cao trình mực nước trong bể bùn hoạt tính: ZM5 = + 1,2 m Cao trình đáy bể bùn hoạt tính: Zđ5 = ZM5 – 5 = - 3,8 m Bể lắng thứ cấp Thông số đầu vào: Q = 2590 m3/ngày Qr = Q*0.67=2590*0.67 =1735.3 m3/ngày Ta thiết kế bể lắng thứ cấp hình trụ tròn, đáy hình nón cụt - Diện tích bề mặt của vùng lắng (Theo Trịnh Xuân Lai, 2000, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải) Chọn tải lượng nạp nước bề mặt là U0 = 25 m3/m2.d Áp dụng công thức: S1 = = = 173.012 m2 - Kiểm tra tải lượng nạp chất rắn: U = = = 2.08 Kg/m2.h (thỏa) Nhỏ hơn mức thường sử dụng 3,9 – 5,8 Kg/m2.h (chấp nhận). - Đường kính của vùng lắng: S1 = D12/4 Dl = = = 14.846 (m) - Diện tích bồn phân phối nước trung tâm chiếm 10% tổng diện tích phần lắng(Theo Lê Hoàng Việt, 2000, Giáo trình bài tập các phương pháp xử lý nước thải). Vậy tổng diện tích bề mặt của bể lắng: S = S1. 1,1 = 190.313 m2 - Đường kính của bể là: D = = = 15.57 m - Đường kính của bồn phân phối nước trung tâm (30% đường kính của bể) D2 = 15.57*0,3 = 4.671 m Diện tích bồn phân phối nước trung tâm: S2 = = = 17.128 m Tải trọng thủy lực: a = m3/m2.d (thỏa) - Vận tốc nước thải đi từ dưới lên: v = = = 14.97 m/h - Ta thiết kế máng thu nước vòng tròn có đường kính trong bằng đường kính bể Chiều dài máng thu nước: L = . D = *15.57= 48.89