Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu dân cư Bình An, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương, công suất 200m3/ngày

khoảng 1500 →2000 đồng/m3 nước thải). Điều kiện giới hạn về diện tích mặt bằng (diện tích mặt bằng xây dựng khu xử lý nước thải không vượt quá 100m2) Dựa vào những nguyên tắc và bảng tính chất nước thải trên chúng ta có thể chọn 1 trong 2 phương án sau đây: 4.2.1.1. Phương án 1 (dùng bể sinh học hiếu khí có giá thể tiếp xúc cố định dạng sợi) Sơ đồ công nghệ: NƯỚC THẢI BỂ BƠM BỂ TIẾP XÚC KHỬ TRÙNG BỂ LẮNG II Bùn dư BỂ ĐIỀU HÒA Nước dư Khí Bùn hoàn lưu Khí BỂ SINH HỌC HIẾU KHÍ BỂ PHÂN HỦY BÙN Chlorine CỐNG THẢI Thuyết minh công nghệ: Nước thải sinh hoạt từ khu dân cư, sau khi qua các công trình xử lý sơ bộ như bể tự hoại để tách cặn lớn ra khỏi nước thải và bể tách dầu để loại bỏ váng dầu mỡ nổi trên bề mặt, sẽ theo hệ thống cống riêng chảy trọng lực về bể bơm của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung. Từ đây nước thải sẽ được bơm vào bể điều hòa. Tại bể điều hòa, nước thải được điều hoà lưu lượng và nồng độ các thành phần trong nước thải. Sau đó, nước thải sẽ được bơm với lưu lượng cố định vào bể sinh học hiếu khí với giá thể tiếp xúc dạng sợi, tại đây sẽ xảy ra quá trình xử lý các chất bẩn hữu cơ, N, P trong nước thải nhờ các vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể. Nhờ oxy cung cấp từ máy thổi khí, các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể tạo thành màng vi sinh. Màng vi sinh với mật độ vi sinh cao sẽ sử dụng chất hữu cơ hòa tan trong nước như nguồn năng lượng để sống và phát triển. Nước thải sau xử lý sinh học được dẫn qua bể lắng II để loại bỏ các vi sinh vật già bị bong tróc khỏi giá thể trôi theo dòng nước. Tại đây, cặn bùn sẽ được tách ra khỏi nước và lắng xuống đáy bể. Nước sau lắng sẽ chảy qua bể khử trùng. Tại đây, nước thải được khử trùng bằng chlorine để loại bỏ các vi trùng gây bệnh. Nước thải sau khi qua khử trùng đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột A), và được dẫn ra hệ thống cống chung của khu vực. Bùn tách ra trong bể lắng một phần sẽ được bơm hoàn lưu về bể sinh học hiếu khí trong khoảng thời gian đầu chạy khởi động hệ thống để giữ nồng độ bùn trong bể tại mức cố định (khi hệ thống hoạt động ổn định không cần hoàn lưu bùn), lượng bùn dư còn lại sẽ được bơm sang bể phân hủy bùn, bùn sẽ bị phân hủy thành CO2, H2O và các chất khoáng, kết quả là thể tích bùn giảm đi đáng kể. Nước dư từ bể phân hủy bùn sẽ được đưa về bể bơm. Bùn dư trong bể phân hủy bùn theo định kỳ sẽ được xe hút đi và đổ đúng nơi quy định. 4.2.1.2. Phương án 2 (dùng bể SBR) Sơ đồ công nghệ: NƯỚC THẢI BỂ SBR BỂ BƠM Khí Khí BỂ ĐIỀU HÒA Nước dư BỂ PHÂN HỦY BÙN Bùn dư Chlorine BỂ TIẾP XÚC KHỬ TRÙNG CỐNG THẢI Thuyết minh công nghệ: Nước thải sinh hoạt từ khu dân cư, sau khi qua các công trình xử lý sơ bộ như bể tự hoại để tách cặn lớn ra khỏi nước thải và bể tách dầu để loại bỏ váng dầu mỡ nổi trên bề mặt, sẽ theo hệ thống cống riêng chảy trọng lực về bể bơm của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung. Từ đây nước thải sẽ được bơm vào bể điều hòa. Tại bể điều hòa, nước thải được điều hoà lưu lượng và nồng độ các thành phần trong nước thải. Tại đây cũng đặt 2 bơm để bơm luân phiên vào bể Aerotank hoạt động gián đoạn (SBR). Nước thải vào bể SBR dược thực hiện theo 5 giai đoạn kế tiếp nhau: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư. Trong xử lý nước thải, cần có hai bể SBR để việc xử lý được liên tục. Tiếp tục, nước thải chảy sang bể khử trùng. Mục đích của khử trùng là tiêu diệt các loại vi trùng gây bệnh bằng chất oxy hoá trước khi xả thải vào nguồn tiếp nhận. Chất khử trùng được dùng là chlorine. Nước thải sau khi qua khử trùng đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột A), tiếp tục chảy ra hệ thống cống công cộng. Bùn dư từ bể SBR và cặn lắng từ bể lắng đứng được đưa vào bể phân hủy bùn nhằm phân huỷ chất hữu cơ còn lại trong bùn và cặn lắng để tránh gây mùi hôi đảm bảo vệ sinh và giảm thể tích của bùn. Nước dư từ bể phân hủy bùn sẽ được đưa về bể điều hòa. Bùn dư trong bể phân hủy bùn theo định kỳ sẽ được xe hút đi và đổ đúng nơi quy định. 4.2.2. Lựa chọn công nghệ tối ưu Với những ưu thế vượt trội của công nghệ xử lý sinh học hiếu khí có sử dụng giá thể tiếp xúc cố định dạng sợi như : Hiệu quả xử lý cao các chất ô nhiễm hữu cơ, N, P; Tải lượng xử lý các chất hữu cơ cao hơn, do đó khối tích công trình nhỏ, thích hợp với những nơi không có nhiều diện tích đất xây dựng; Chịu được sốc tải trọng do có nhiều chủng vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và tùy nghi cùng tồn tại trong một công trình; chi phí và quy trình vận hành đơn giản, không cần nhân công trình độ cao. Ngoài ra, công nghệ xử lý sinh học hiếu khí với hệ vi sinh vật bám dính cố định còn có một số ưu điểm về mặt kỹ thuật như: - Diễn ra cả hai quá trình nitrification và denitrification. - Có khả năng đệm trong trường hợp nồng độ ô nhiễm của nước thải vào ở mức cao hoặc trong nước thải có chứa chất độc (nồng độ thấp). - Tiêu thụ sinh khối của các vi sinh vật khác nhau trong cùng quần thể vi sinh vật. - Giá thể vi sinh dạng sợi có cấu hình tối ưu làm tăng hiệu quả xử lý, giúp quá trình tách vi sinh vật già thuận lợi, tránh tình trạng vi sinh vật già bám quá lâu trên bề mặt giá thể. - Một ưu điểm nổi bật của công nghệ này là lượng bùn sinh ra chỉ bằng một phần ba lượng bùn khi áp dụng công nghệ xử lý với vi sinh vật lơ lửng. Do đó hệ thống giảm được khối lượng công trình cũng như chi phí xây dựng và xử lý bùn, đồng thời giảm thiểu được mùi hôi, tình trạng rơi vãi bùn trong quá trình thu gom, vận chuyển thường xuyên. Chính vì những ưu điểm trên, ta sẽ lựa chọn phương án 1 làm công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư Bình An, xã Bình Thắng, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương. CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG HỆ THỐNG 5.1. BỂ BƠM Nhiệm vụ: Bể bơm tiếp nhận đặt chìm dưới mặt đất, có tác dụng tập trung, thu gom nước thải sinh hoạt từ khu chung cư để chuyển lên bể điều hòa nhờ bơm. Nội dung tính toán gồm: Tính toán kích thước bể bơm. Tính toán bơm nước thải. 5.1.1. Tính toán bể bơm Xác định lưu lượng nước thải của khu dân cư: Lưu lượng nước thải trung bình của khu dân cư: Qtb.ngày = 200 m3/ngày Lưu lượng trung bình giờ: Lưu lượng trung bình giây: Lưu lượng lớn nhất giờ: Kch : Hệ số không điều hòa chung của nước thải, lấy theo bảng 2 tiêu chuẩn xây dựng TCXD-51-84, Kch = 3. Lưu lượng lớn nhất giây: Xác định kích thước bể bơm: Thể tích chứa nước cần thiết của bể bơm: Với t : Thời gian lưu nước ở bể bơm, t = 10 – 30 phút, chọn t = 10 phút. Độ sâu đáy cống vào bể bơm: hc = 0,85m Chọn chiều sâu hữu ích: h = 0,65m. Chiều cao an toàn hf = 0,3m Chiều cao tổng cộng: Xây dựng bể bơm hình chữ nhật. Diện tích tiết diện bể bơm: Chọn chiều dài x rộng = L x B = 2,75m x 2,5m Kích thước bể bơm (phần hữu ích) = L x B x H = 2,75m x 2,5m x 0,65m = 4,47 m3 Kích thước bể bơm (phần xây dựng) = L x B x H = 2,75m x 2,5m x 1,8m = 12,38 m3 Trong bể bơm bố trí một lưới chắn rác có nhiệm vụ tách các tạp chất thô trong nước thải, tránh gây tắc nghẽn bơm. Lưới chắn rác có kích thước: Dài x Rộng = 1800 x 500 (mm), khe hở 10mm, vật liệu inox 304, được gia công trong nước. 5.1.2. Tính toán bơm nước thải Chọn bơm chìm đặt tại bể bơm có lưu lượng Q = Qmax.h = 25m3/h, cột áp 6m. Công suất của máy bơm: Trong đó: Q: lưu lượng máy bơm. H: cột áp của bơm, mH2O đ: khối lượng riêng của chất lỏng. Nước: đ = 1000kg/m3 Bn: đ = 1005 kg/m3 g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 ç: hiệu suất của bơm, ç = 0,73÷0,93 chọn ç = 0,8 Công suất thực tế của bơm cần chọn: Với K: là hệ số hiệu chỉnh, chọn K=1,5 Chọn bơm có đặc tính kỹ thuật: Loại : bơm chìm đặc chủng. Xuất xứ : Tsurumi – Japan. Model : 80PU21.5 Lưu lượng : Q = 25m3/h – H = 6m. Công suất : N = 1,5kW Điện : 3 pha – 380V – 50Hz Số lượng : 02 bơm (1 bơm chạy và 1 bơm dự phòng) Bảng 5.1: Kết quả tính toán thiết kế bể bơm. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 6,5 Tổng thể tích xây dựng m3 7,8 Thời gian lưu nước phút 15 Kích thước bể bơm Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 2 1,3 2,5 3 Số lượng bơm chìm cái 2 Lưu lượng bơm m3/h 25 Cột áp của bơm m 6 Công suất của bơm kW 1,1 5.2. BỂ ĐIỀU HÒA Nhiệm vụ: Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nước thải về lưu lượng và nồng độ, giúp làm giảm kích thước và tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình phía sau, tránh hiện tượng quá tải. Nội dung tính toán gồm: Tính toán kích thước bể điều hòa. Tính toán bơm nước thải từ bể điều hòa sang bể xử lý sinh học. Tính toán đường ống vào và ra khỏi bể. Tính toán hệ thống thiết bị xáo trộn để tránh lắng cặn. 5.2.1. Tính toán bể điều hòa Thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 4 ® 8h, chọn t = 6h Thể tích bể điều hòa: Chọn chiều cao làm việc h = 3m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m Chiều cao xây dựng: Diện tích mặt bằng bể: Chọn chiều dài x rộng = L x B = 6,5m x 2,6m Kích thước bể điều hòa (phần hữu ích) : L x B x H = 6,5m x 2,6m x 3m = 50,7m3 Kích thước bể điều hòa (phần xây dựng): L x B x H = 6,5m x 2,6m x 3,5m = 59,15m3 5.2.2. Tính toán bơm nước thải từ bể điều hòa sang bể xử lý sinh học Chọn bơm chìm đặt tại bể điều hòa có lưu lượng Q = Qtb.h = 8,33m3/h, cột áp 6m. Công suất của máy bơm: Trong đó: Q: lưu lượng máy bơm. H: cột áp của bơm, mH2O đ: khối lượng riêng của chất lỏng. Nước: đ = 1000kg/m3 Bn: đ = 1005 kg/m3 g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 ç: hiệu suất của bơm, ç = 0,73÷0,93 chọn ç = 0,8 Công suất thực tế của bơm cần chọn: Với K: là hệ số hiệu chỉnh, chọn K=1,5 Chọn bơm có đặc tính kỹ thuật: Loại : bơm chìm đặc chủng. Xuất xứ : Tsurumi – Japan. Model : 50PU2.4 Lưu lượng : Q = 8,33m3/h – H = 6m. Công suất : N = 0,4 kW Điện : 3 pha – 380V – 50Hz Số lượng : 02 bơm (1 bơm chạy và 1 bơm dự phòng) 5.2.3. Tính toán đường ống dẫn nước vào và ra khỏi bể Vận tốc nước thải trong ống khi có bơm ở bể điều hòa cần được duy trì trong khoảng 0,8 – 1,5m/s. Chọn vận tốc nước vào và ra khỏi bể là: v = 1m/s. Đường kính ống dẫn nước vào: Chọn ống PVC có đường kính danh nghĩa DN100 (còn gọi là ống D114). Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: (thỏa điều kiện) Đường kính ống dẫn nước ra: Chọn ống PVC có đường kính danh nghĩa DN50 (còn gọi là ống D60). Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: (thỏa điều kiện) 5.2.4. Tính toán hệ thống thiết bị khuấy trộn trong bể điều hòa Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa được thể hiện trong bảng: Bảng 5.2: Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa. Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị Cơ khí 4 – 8 W/m3 thể tích bể Khí nén 10 – 15 lít/m3.phút(m3 thể tích bể) Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS. Trịnh Xuân Lai Chọn khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn ở bể điều hòa: Với : R : Tốc độ khí nén, R = 10 – 15 lít/m3.phút, chọn R = 15 lít/m3.phút Vtt : Thể tích thực tế (phần hữu ích) của bể điều hòa, Vtt = 50,7m3 Chọn thiết bị phân phối khí là đĩa phân phối khí thô SSI – USA, được làm từ nhựa acrylic chống tia cực tím, lưu lượng khí thiết kế 7-10 m3/h. Đĩa phân phối khí thô tạo ra bọt khí kích thước lớn có chức năng khuấy trộn tốt, được sử dụng để khuấy trộn bể điều hòa nơi mà nhu cầu chuyển hóa oxy không cao. Lỗ lớn (d5mm x 10 lỗ) nên khó nghẹt trong quá trình hoạt động. Số đĩa cần bố trí trong bể: đĩa Để thuận tiện cho việc bố trí các đĩa phân phối trong bể điều hòa mà vẫn đảm bảo lưu lượng khí cần thiết, ta chọn số lượng đĩa phân phối là 8 đĩa. Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều sâu hữu ích của bể h = 3m (đặt sát đáy bể) 5.2.5. Tính toán đường ống dẫn khí Tốc độ khí đặc trưng trong ống dẫn thể hiện ở bảng sau: Bảng 5.3: Tốc độ khí đặc trưng trong ống dẫn. STT Đường kính (mm) Vận tốc (m/s) 01 25 – 75 (1 – 3”) 6 - 9 02 100 – 250 (4 – 10”) 9 – 15 03 300 – 610 (12 – 24”) 14 – 20 04 760 – 1500 (30 – 60”) 19 – 33 Đường kính ống phân phối khí chính trong bể điều hòa: Với: : Vận tốc khí trong ống dẫn khí, chọn QKK: Lưu lượng khí cần cung cấp, QKK = 45,66m3/h => Chọn ống sắt tráng kẽm có đường kính danh nghĩa DN50 (còn gọi là ống D60) Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống chính: (thỏa điều kiện) Bố trí 8 đĩa phân phối trong bể điều hòa thành 2 hàng, mỗi hàng 4 đĩa. Như vậy, từ ống chính ta phân làm 2 ống nhánh cung cấp khí cho bể. Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh: Đường kính ống nhánh => Chọn ống PVC có đường kính danh nghĩa DN32 (còn gọi là ống D42) Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống nhánh: (thỏa điều kiện) Bảng 5.4: Kết quả tính toán thiết kế bể điều hòa. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 50,7 Tổng thể tích xây dựng m3 59,15 Thời gian lưu nước giờ 6 Kích thước bể điều hòa Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 6,5 2,6 3 3,5 5.3. BỂ SINH HỌC HIẾU KHÍ Nhiệm vụ: Bể sinh học hiếu khí có tăng cường giá thể vi sinh dính bám cố định là công trình đóng vai trò then chốt trong quy trình xử lý nước thải, có chức năng oxy hóa các chất ô nhiễm bằng các quá trính đồng hóa và dị hóa của các chủng loài vi sinh vật. Bể xử lý sinh học ứng dụng quá trình phân hủy chất hữu cơ hòa tan trong nước, nitơ, phospho bằng vi sinh vật bám dính trên giá thể. Vi sinh vật phát triển trên giá thể tạo thành màng vi sinh. Màng vi sinh với mật độ vi sinh cao sẽ sử dụng chất hữu cơ hòa tan trong nước như nguồn năng lượng để sống và phát triển. Bể xử lý sinh học hiếu khí trong quy trình tính toán là loại bể có chế độ khuấy trộn thủy lực hoàn chỉnh. Tỷ lệ dinh dưỡng cần duy trì cho hoạt động ổn định của quần thể vi sinh vật trong bể là BOD5 : N : P = 100 : 5 :1. Nội dung tính toán gồm: Tính toán kích thước bể. Xác định lượng không khí cần thiết cung cấp. Chọn kiểu và tính toán thiết bị khuếch tán không khí. 5.3.1. Tính toán kích thước bể sinh học hiếu khí Các số liệu tính toán bể sinh học hiếu khí: Lưu lượng trung bình của nước thải trong một ngày đêm: Qtb.ngày = 200m3/ngày Hàm lượng BOD trong nước thải đầu vào: So = 250 - 250x20% = 200mgO2/l (giả thiết hiệu suất quá trình xử lý sơ bộ là 20%) Hàm lượng BOD trong nước thải cần đạt được sau xử lý: S = 30 mgO2/l Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải cần đạt được sau xử lý: SS = 20 mg/l (hàm lượng cặn lơ lửng gồm 65% là cặn hữu cơ) Tính nồng độ BOD hòa tan trong nước thải đầu ra: BODtổng = BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra + BOD5 của chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra. BOD5 của chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra được tính như sau: Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn lơ lửng là: Lượng cặn hữu cơ tính theo phương trình sau: Dựa vào phương trình trên thì lượng BOD cần sẽ bằng 1,42 lần lượng tế bào. Do đó, lượng BOD của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là: 13mg/l x 1,42 mgO2/mg tế bào bị oxy hóa = 18,46 mgO2/l BOD5 của chất rắn lơ lửng ở đầu ra: 18,46 mgO2/l x 0,68 = 12,55 mg/l BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra = BODtổng - BOD5 của chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra = 30 – 12,55 = 17,45 mg/l Xác định hiệu quả xử lý của bể sinh học hiếu khí: Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan: Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng: Vật liệu làm giá thể vi sinh dính bám trong bể: Chọn vật liệu làm giá thể vi sinh bám dính trong bể là các giá thể vi sinh dạng sợi (Bio-cord) với các thông số kỹ thuật chính như sau: + Diện tích bề mặt riêng: Fa = 280 m2/m3. + Đường kính: 50mm+ Độ rỗng xốp: P = 99%. + Khối lượng: 28g/m dây+ Vật liệu chế tạo: Nylon Các dây giá thể được treo vào bộ khung inox theo hàng, mỗi hàng cách nhau 200mm, mỗi dây cách đều nhau một khoảng bằng 200mm. Thể tích khung treo giá thể chiếm từ 50 – 60% thể tích bể sinh học hiếu khí. Xác định kích thước bể: Thể tích bể được tính theo công thức sau: Với: Q : Lưu lượng trung bình ngày, Q = 200 m3/ngàyđêm So : Hàm lượng BOD5 của nước thải dẫn vào bể, So = 200mgO2/l = 0,2kgO2/m3 La : Tải trọng các chất hữu cơ sẽ được làm sạch trên một đơn vị thể tích của bể xử lý, La = 1 kgBOD5 /m3.ngày (theo T.H. Lessel on Upgrading and Nitrification By Submerged Bio-Film Reactors). Chọn chiều cao hữu ích của bể : h = 3m. Chọn chiều cao bảo vệ của bể : hbv = 0,5m. => Chiều cao xây dựng của bể: H = h + hbv = 3 + 0,5 = 3,5m Bể sinh học hiếu khí được chia làm hai ngăn. Diện tích mặt bằng cần thiết của mỗi ngăn: Chọn chiều dài x rộng của mỗi ngăn = L x B = 3,15m x 2,2m Kích thước bể (phần hữu ích): 2 x (L x B x H) = 2 x (3,15m x 2,2m x 3m) =41,58 m3 Kích thước bể (phần xây dựng): 2x(LxBxH) = 2 x(3,15m x 2,2m x 3,5m) = 48,51m3 Mỗi ngăn của bể sinh học đặt một khung giá thể treo có kích thước: Dài x Rộng x Cao = 3,15m x 2m x 2m = 12,6m3 (chiếm ≈ 60% thể tích bể xử lý). Số lượng giá thể trên mỗi khung là 150 dây, chiều dài 2m/dây. Tính toán lượng bùn dư thải ra mỗi ngày: Khi bể sinh học hiếu khí sử dụng giá thể vi sinh bám dính đi vào hoạt động ổn định, lượng bùn thải ra hằng ngày ít hơn nhiều so với bể sử dụng bùn hoạt tính lơ lửng. Tuy vậy, trong giai đoạn thích nghi ban đầu, khi màng vi sinh chưa tạo thành hay tạo thành nhưng còn ít, hoặc trong trường hợp cần thay giá thể, thì lúc này bể sẽ hoạt động như một bể bùn hoạt tính lơ lửng. Do vậy, để hệ thống hoạt động an toàn (đặc biệt là đối với bể lắng), lượng bùn phát sinh sẽ được tính toán tương tự như trường hợp bùn hoạt tính lơ lửng. Hệ số sản lượng quan sát tính theo công thức (tốc độ tăng trưởng của bùn) Với: Kd : Hệ số phân hủy nội bào, chọn Kd = 0,06 ngày-1 Y : Hệ số sản lượng bùn, chọn Y = 0,6mgVSS/mgBOD qc : Thời gian lưu bùn. Đối với nước thải sinh hoạt qc = 5 – 15 ngày. Chọn qc = 10 ngày Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày: Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS: Lượng bùn thải ra mỗi ngày: Thể tích bn xả ra mỗi ngy: Với: W : Thể tích công tác của bể xử lý, W = 41,58m3 X : Nồng độ MLVSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính, X=2500mg/l qc : Thời gian lưu bùn, qc = 10 ngày Qr : Lưu lượng nước sau lắng II (coi lượng nước theo bùn là không đáng kể), Qr= 200 m3/ngày. Xr : Nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng, Xr = 0,8 x 30mg/l = 24mg/l XT : nồng độ bùn hoạt tính (cặn không tro) lấy từ đáy bể lắng để tuần hoàn lại bể xử lý. XT = 0,8 x 10000 = 8000mg/l (độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là 0,2) Xác định tỷ số tuần hoàn bùn: Tỷ số tuần hoàn bùn: Với: QR : Lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/ngày. Q : Lưu lượng nước thải đầu vào bể , Q = 200m3/ngày. X : Nồng độ MLVSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể , X=2500mg/l XT : Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, XT = 8000mg/l Lưu lượng bùn tuần hoàn: Xác định lượng không khí cần cung cấp, số lượng thiết bị khuếch tán khí, tính toán ống dẫn khí Xác định lượng không khí cần cung cấp : Khối lượng BOD cần xử lý mỗi ngày: Giả sử BOD5 = 0,68 BODL Nhu cầu oxy cho quá trình xử lý BOD5 : Lượng oxy cần cung cấp cho bể aerotank để xử lý N-NH4 : Với: C : Hệ số oxy hóa amonia, thường chọn bằng 4,57 No : Nồng độ ammonia của nước thải trước khi vào công trình xử lý, No = 35 mg/l Nt : nồng độ ammonia sau khi ra khỏi công trình xử lý, mg/l. Hiệu quả nitrate hóa của bể là 90%. => Nt = (100% - 90%) x 35 = 3,5mg/l. Q : Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm, Q = 200 m3/ngày. Vậy tổng lượng oxy cần cung cấp cho bể aerotank là: Không khí có 23,2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng không khí là 1,2kg/m3. Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình là : Lượng không khí yêu cầu với hiệu suất chuyển hóa oxy của thiết bị khuếch tán khí E = 10% : Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn: Trị số này nằm trong khoảng cho phép Do hệ thống xử lý có công suất nhỏ, tổng lưu lượng khí cần cung cấp không lớn, nên ta sẽ kết hợp chọn máy thổi khí cung cấp khí cho cả hai bể điều hòa và bể sinh học. Tổng lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa và bể sinh học: Lưu lượng cần thiết của máy thổi khí: Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo công thức: Với hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m hc : Tổn thất cục bộ, m hf : Tồn thất qua thiết bị phân phối, m h : Chiều sâu hữu ích của bể, h = 3m Tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m ; tổn thất hf không quá 0,5m Ap lực không khí: Công suất máy nén khí tính theo công thức: Với: q : Lưu lượng không khí, q = 4750L/phút = 0,08m3/s h : Hiệu suất máy nén khí; h = 0,7 – 0,9 chọn h = 0,8 Chọn máy thổi khí có thông số kỹ thuật: Loại : Root. Xuất xứ : Tsurumi – Japan. Model : RSR-80K Lưu lượng : Q = 4,8m3/phút – H = 4m. Công suất : N = 7,5kW Điện : 3 pha – 380V – 50Hz Số lượng : 02 máy (1 máy chạy và 1 máy dự phòng) Số lượng thiết bị khuếch tán khí trong bể sinh học: Chọn thiết bị phân phối khí là đĩa xốp SSI – USA có màng phân phối EPDM, đường kính Ư = 9 inch = 270 mm, lưu lượng 2,5 – 5,0 m3/h (41,6 – 83,2L/phút). Hình 5.1: Đĩa phân phối khí tinh. Chọn đĩa có lưu lượng 80L/phút. Số đĩa cần bố trí trong mỗi ngăn của bể: đĩa Diện tích bề mặt đĩa: Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều sâu hữu ích của bể h = 3m (đặt sát đáy bể) Tính toán đường ống dẫn khí : Đường kính ống phân phối khí xuống mỗi ngăn của bể: Với: : Vận tốc khí trong ống dẫn khí, chọn qKK: Lưu lượng khí cần cung cấp cho mỗi ngăn, qKK = 1600L/ph= 0,0267m3/s => Chọn ống sắt tráng kẽm có đường kính danh nghĩa DN65 (còn gọi là ống D76) Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống chính: (thỏa điều kiện) Bố trí 20 đĩa phân phối trong mỗi ngăn thành 5 hàng, mỗi hàng 4 đĩa. Như vậy, từ ống chính ta phân làm 5 ống nhánh cung cấp khí cho bể. Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh: Đường kính ống nhánh => Chọn ống PVC có đường kính danh nghĩa DN32 (còn gọi là ống D42) Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống nhánh: (thỏa điều kiện) 5.3.3. Tính toán đường ống dẫn nước thải từ bể sinh học sang bể lắng Vận tốc nước thải trong ống ở bể sinh học cần được duy trì trong khoảng 0,6 – 1m/s. Chọn vận tốc nước ra khỏi bể v = 0,8m/s Đường kính ống dẫn nước từ bể sinh học sang bể lắng: Chọn ống PVC có đường kính danh nghĩa DN80 (còn gọi là ống D90). Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: (thỏa điều kiện) Bảng 5.5: Kết quả tính toán thiết kế bể sinh học hiếu khí. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 41,58 Tổng thể tích xây dựng m3 48,51 Số ngăn ngăn 2 Kích thước mỗi ngăn: Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 3,15 2,2 3 3,5 Số đĩa phân phối khí cái 40 Giá thể m3 25,2 Hình 5.2: Bể sinh học hiếu khí với giá thể tiếp xúc dạng sợi. 5.4. BỂ LẮNG II Nhiệm vụ: Bể lắng đợt II lắng hỗn hợp nước – bùn từ bể sinh học dẫn qua và bùn lắng ở đây là bùn hoạt tính. Nội dung tính toán của bể lắng gồm: Kích thước bể Kiểm tra lại thời gian lưu nước, thời gian lưu bùn và tải trọng máng tràn Tính toán máng răng cưa. Tính toán ống xả bùn từ đáy bể lắng sang bể chứa bùn. 5.4.1. Tính toán kích thước bể lắng Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng đợt II thể hiện trong bảng sau: Bảng 5.6: Bảng thông số thiết kế bể lắng đợt II. Loại xử lý Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Tải trọng bùn (kg/m2.h) Chiều sâu tổng cộng (m) Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất Bùn hoạt tính 16 – 32 40 – 48 3.9 – 5.8 9.7 3.7 – 6.0 Bùn hoạt tính oxygen 16 – 32 40 – 48 4.9 – 6.8 9.7 3.7 – 6.0 Aeroten tăng cường 8 – 16 24 - 32 0.98 – 4.9 6.8 3.7 – 6.0 Lọc sinh học 16 – 24 40 – 48 2.9 – 4.9 7.8 3.0 – 4.5 RBC - Xử lý BOD 16 – 32 40 – 48 3.9 – 5.8 9.7 3.0 – 4.5 - Nitrat hóa 16 – 24 32 – 40 2.9 – 4.9 7.8 3.0 – 4.5 Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – TS. Lâm Minh Triết (Chủ biên) Chọn tải trọng bề mặt và tải trọng chất rắn thích hợp là: LA = 20 m3/m2.ngày LS = 5 kg/m2.h Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng bề mặt: Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn: Do AL > AS, vậy chọn diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt làm diện tích tính toán. Chọn kích thước bể lắng: Dài x Rộng = L x B = 3,3m x 3,3m = 10,89 m2 (đạt yêu cầu). Đường kính ống trung tâm: Chọn chiều sâu hữu ích bể lắng hL = 2m, chiều cao lớp bùn lắng hb = 0,9m, chiều cao an toàn hbv = 0,6m Chiều cao tổng cộng bể lắng đợt II: Chiều cao ống trung tâm: Để thuận tiện trong xây dựng, bể lắng được xây dựng với độ dốc đáy khoảng 8 – 12%, có trang bị thiết bị gạt cặn. 5.4.2. Kiểm tra thời gian lưu nước, thời gian lưu bùn và tải trọng máng tràn Thể tích phần lắng: Thời gian lưu nước: Thể tích phần chứa bùn: Thời gian lưu giữ bùn trong bể: Tải trọng máng tràn: ngày < 500 m3/m.ngày (thỏa điều kiện) 5.4.3. Tính toán máng răng cưa Máng răng cưa được thiết kế 5 khe/m dài, khe tạo góc 90o, như vậy tổng số khe dọc theo máng bê tông là: 4 x (3,3 – 0,6) x 5 = 54 khe. Máng răng cưa được bố trí sao cho điều chỉnh được chế độ chảy, lượng nước tràn qua để vào máng thu. Để thu bọt váng và các chất nổi trên bề mặt bể lắng, ta thiết kế máng tách cặn nổi bằng inox có kích thước 10m x 0,2m. Máng tách cặn nổi được bố trí theo chu vi bể, cách máng răng cưa 100mm, liên kết với máng răng cưa bằng phương pháp hàn. 5.4.4. Tính toán ống dẫn bùn từ đáy bể lắng II sang bể chứa bùn Chọn vận tốc bùn trong ống xả đáy là v = 0,8m/s Đường kính ống xả bùn từ bể lắng sang bể chứa bùn: Trên thực tế để hạn chế sự tắc