Luận văn Thiết kế kỹ thuật hệ thống sinh học khử nitơ cho bãi rác cũ công suất 400 m3/ngày

bị rút nước trong: Dây phao với phao làm bằng sợi thuỷ tinh, dây neo thép không rỉ, khung neo dằn thép mạ và thép tấm. Ống xả nước bằng ống nhựa PVC Trụ neo thép mạ đường kính 120 mm Khung đỡ trụ neo và khung đỡ dưới trụ neo bằng thép mạ Bulong khớp nối Van bướm điều khiển bằng điện đường kính 100mm n- Thiết bị bơm bùn: Công suất máy bơm: N = Trong đó: Q là lưu lượng bùn, Gbùn là lượng bùn thải bỏ sau mỗi chu kỳ, Gbùn= 50,4 kg/chu kỳ là tỷ trọng bùn, = 1,02 XS là nồng độ MLSS trong phần thể tích lắng, XS = 12500 g/m3 Q = = 4 m3/chu kỳ Hb là cột áp của bơm, chọn Hb = 4 m là khối lượng chất lỏng, = 1000 kg/m3 g là gia tốc rơi tự do, g = 10 m/s2 là hiệu suất bơm, chọn = 0,8 t là thời gian rút bùn, t = 5phút/chu kỳ Íh/phútÍ(chu kỳ/h) = 0,0023 → N = = 0,7 kW = 0,9Hp Chọn máy bơm bùn có công suất 1 Hp. Ta sử dụng 4 máy bơm bùn, mỗi bể 1 máy. o- Đường ống dẫn bùn: Vận tốc trong đường ống dẫn bùn, v = 0,3 – 0,5 m/s Chọn v = 0,4 m/s Đường kính ống: D = Trong đó: Q là lưu lượng bùn qua ống dẫn bùn. Vì mỗi chu kỳ có thời gian rút bùn là 5 phút nên ta có lưu lượng bùn qua ống là: Q = = 0,8 m3/phút → D = = 0,2 m Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa PVC có đường kính 200 mm Kiểm tra vận tốc trong ống: v = = = 0,42 m/s Vận tốc này nằm trong khoảng cho phép v = 0,3 – 0,5 m/s p- Lượng NaOH dùng để nâng pH: Khi chuyển hoá 1 mg ammonia thì có 7,01 mg kiềm bị khử (Theo Trịnh Xuân Lai- Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải- trang 76) Lượng kiềm sử dụng: 7,01(1090 gNO3-N/m3) = 7641 gCaCO3/m3 Lượng kiềm của nước thải đầu vào: 4500 gCaCO3/m3 Lượng kiềm cần để duy trì pH trong bể khoảng 7,2 là: 80 gCaCO3/m3 Vậy lượng kiềm cần thêm vào là: 80 – 4500 + 7641 = 2721 gCaCO3/m3 Lượng kiềm cần thêm vào bể trong 1 chu kỳ: M = 150 (m3/chu kỳ)Í 2721 (gCaCO3/m3) Í10-3 (kg/g) = 408,15 kg/chu kỳ Lượng NaOH cần thêm vào: mNaOH = = 326,5 kg/chu kỳ Tính toán bể chứa NaOH: NaOH thương phẩm dạng khan được mua về bỏ vào bể, cho nước vào (nước đạt tiêu chuẩn loại A). NaOH dạng khan sẽ được hoà tan vào nước nhờ khí nén. Mục đích của việc hoà tan NaOH là chuyển NaOH từ dạng khan sang dạng dung dịch với nồng độ NaOH là 50 g/l để thuận tiện cho việc châm NaOH vào bể SBR khử BOD và nitrat hoá bằng bơm định lượng. Trong một ngày hoạt động của trạm xử lý sẽ có tối đa 3 bể SBR khử BOD và nitrat hoá bắt đầu hoạt động vì các bể này hoạt động cách nhau 9 giờ. Vậy thể tích bể chứa dung dịch NaOH cần thiết: V = = 20 m3 Chọn chiều cao bể h = 2 m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m Chiều cao tổng của bể : H = 2 + 0,3 = 2,3 m Kích thước của bể L Í B Í H = 3,5m Í 3,5m Í 2,3m Cường độ gió trộn đều dung dịch trong bể chứa NaOH là 2 – 3 l/s.m2 (theo Trịnh Xuân Lai - Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – trang 104) Lưu lượng không khí cần thiết để hoà tan NaOH: Q = W Í F Trong đó: W là cường độ gió cần thiết, chọn W = 3 l/s.m2 F là diện tích mặt cắt ngang của bể, F = 3,5 Í 3,5 = 12,25 m2 → Q = 3 Í 12,25 = 37 l/s Chọn thiết bị sục khí là dàn ống xương cá Số ống phân phối khí D100, dài 1m cần thiết là: N = Trong đó: Q là lưu lượng khí cần, Q = 37 l/s q là lưu lượng khí cho phép trong mỗi ống, q = 1,5 – 6 l/s (theo Trịnh Xuân Lai – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – trang 110), chọn q = 5 l/s → N = = 8 ống Bố trí các ống thành 1 hàng giống hiành xương cá, chiều dài của dàn ống xương cá l = 2,8 m. khoảng cách giữa các ống trong hệ phân phối khí: = 0,35 m Bảng 3.6 Tóm tắt các thông số thiết kế bể SBR khử BOD và nitrat hoá Thông số Giá trị Số bể Thời gian 1 chu kỳ hoạt động Thể tích bể (V) Thể tích làm đầy trong 1 chu kỳ (VF) Chiều sâu bể Chiều dài bể Chiều rộng bể MLSS MLVSS F/M Tải trọng BOD Tốc độ rút nước Nhu cầu oxy cần cho 1 bể Lượng bùn sinh ra 4 36 giờ 250 m3 150 m3 4,5 m 8,5 m 7,5 m 3500 mg/l 2500 mg/l 0,086 ngày-1 0,18 kg BOD5/m3.ngày 106 m3/h 546 kg/ngày 50,4 kgSS/chu kỳ 4- Bể SBR khử nitrat: Các thông số thiết kế ban đầu : Tỉ số MLVSS : MLSS = 0,74 Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể SBR MLVSS = 3300 mg/l Nồng độ đầu vào của N-NO2- +NO3- là 1090 mg/l a- Chu kỳ hoạt động: Thời gian bơm nước vào: 85 phút Thời gian khuấy : 5 giờ (bơm nước vào khoảng 55 phút thì mở máy khuấy) Thời gian đuổi khí : 0,25 giờ Thời gian lắng : 70 phút Thời gian rút nước : 1,5 giờ Thời gian rút bùn : 10 phút Tổng thời gian của một chu kỳ: 9 giờ b- Xác định tỷ số thể tích làm đầy trên thể tích bể (VF/V): Cân bằng vật chất dựa vào chất rắn trong bể phản ứng: VTX = VSXS Trong đó: VT: là thể tích tổng của bể, m3 X: nồng độ MLSS trong toàn thể tích, mg/l X = = 4500 mg/l VS: Thể tích lắng sau khi rút nước, m3 XS: nồng độ MLSS trong phần thể tích lắng, mg/l Tính Xs dựa trên chỉ số SVI: Chọn SVI = 80 ml/g XS = = 12500 mg/l Xác định thể tích phần lắng Tỷ số thể tích phần lắng và thể tích tổng: = 0,36 Cộng thêm 20% chất lỏng trên phần bùn lắng để chất rắn không di chuyển ra ngoài bởi thiết bị rút nước. 1,2 Í 0,36 = 0,43 Ta có: VF + VS = VT → 1 – 0,43 = 0,57 Chọn VF/VT = 0,5 Vậy thể tích nước trong được tháo đi mỗi chu kỳ là 50% thể tích bể. Ta có lượng nước rút từ bể SBR khử BOD và nitrat hoá sang bể SBR khử nitrat là 150 m3 . Vậy thể tích làm đầy của bể SBR là VF = 150 m3 Thể tích tổng của bể: VT = 300 m3 Trong quá trình khử nitrat ta cần bổ sung thêm chất hữu cơ để vi khuẩn khử nitrat tiêu thụ vì trong nước thải ở giai đoạn này hầu như chứa các chất hữu cơ trơ khó phân huỷ sinh học. Chất hữu cơ được bổ sung ở đây là mật rỉ đường. Từ thực nghiệm ta có tỷ lệ chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học và N-NO3+NO2 cần thiết cho quá trình khử nitrat là 4,5 : 1 Vậy lượng BOD5 cần thiết cần bổ sung là: C đường = 1090 (g/m3)Í 4,5 = 4900 (g/m3) = 4,9 (kg/m3) Theo nghiên cứu của bạn Hà khoá 2000 về nước thải mật rỉ đường thì ta có 250 mgBOD5 /1g nước mật rỉ đường. Vậy lượng đường cần thiết cho bể là: G đường = 150 (m3)Í = 2943000 g = 2943 kg Khối lượng riêng của dung dịch mật rỉ đường là 1000 kg/m3 Vậy thể tích dung dịch đường mật cần sử dụng cho mỗi chu kỳ hoạt động của bể là: V đường = = 3 m3 Vậy thể tích bể cần thiết là: V = VT + V đường = 300 + 3 = 303 m3 Thùng chứa dung dịch đường Trong một ngày hoạt động của trạm xử lý thì bể SBR khử nitrat hoạt động tối đa là 3 mẻ. Vậy thể tích thùng chứa dung dịch đường cần thiết là: Vb = 3 Í 3 = 9 m3 Chọn thùng chứa dạng hình trụ có thể tích là 9m3 c- Các kích thước của bể: Chiều cao bể: H = h + hbv Trong đó: h: chiều cao mực chất lỏng trong bể, chọn h = 4,5 m hbv: chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,5 m → H = 4,5 + 0,5 = 5 m Diện tích mặt bằng của bể: F = 67,3 m2 Chọn L Í B = 10 Í 7 = 70 m2 > 67,3 m2 Vậy kích thước bể là: LÍ B Í H = 10m Í 7m Í 5m d- Lượng nitrat được khử: NOr = (V)(SDNR)(MLVSS) Trong đó: NOr là lượng nitrat được khử, g/ngày V là thể tích của bể, V = 303 m3 SDNR là tốc độ khử nitrat đặc trưng, gNO3-N/gMLVSS.ngày MLVSS = 3300 g/m3 Xác định tỷ số F/Mb: F/Mb = Trong đó: Q là lưu lượng nước rác, Q = 400 m3/ngày S0 là nồng độ BOD5 vào bể, S0 = 4900 g/m3 → F/Mb = = 2 g/g.ngày Tra đồ thị 8-23 trang 755 sách Wastewater engineering treatment and reuse suy ra được SDNR = 0,44 g/g.ngày → NOr = (303 m3)(0,44 g/g.ngày)(3300g/m3) = 439956 g/ngày Nồng độ nitrat được khử: N = = 1100 g/m3 < lượng nitrat cần khử = 1090 g/m3 Như vậy sau khi qua bể SBR khử nitrat thì lượng nitrat trong nước thải bị khử hoàn toàn. e- Năng lượng khuấy trộn cần thiết cho bể: Năng lượng khuấy trộn để xáo trộn hoàn toàn không lắng bùn được tính theo công thức thực nghiệm sau: P = 5 + 0,004Í X Trong đó: P là năng lượng khuấy trộn cần thiết, W/m3 X là nồng độ bùn hoạt tính trong bể, X = 4500 mg/l → P = 5 + 0,004 Í 4500 = 23 W/m3 Ta có thể tích bể là 302 m3 Vậy năng lượng khuấy trộn cần thiết cho bể là: P = 23 Í 303 = 6970 W = 6,97 kW Lựa chọn thiết bị khuấy Chọn thiết bị khuấy là bản cánh. Kích thước bản cánh chọn: Dài 2,5m Rộng 0,05 m Giả sử hiệu suất hiệu suất của mô tơ quay cánh khuấy là 80%. Vậy công suất mô tơ cần thiết để đáp ứng đủ năng lượng khuấy trộn trong bể là: N = = 9 kW = 12 Hp f- Thiết bị rút nước trong (Decanter): Thể tích nước rút ra khỏi bể là VF = 150 m3 Thời gian rút nước: 1,5 giờ Tốc độ rút nước của thiết bị decanter: Q = = 100 m3/h g- Tính toán lượng bùn thải sinh ra: Theo các số liệu thí nghiệm cho thấy lượng bùn sinh ra trung bình 3,1 gMLSS/ g N-NO2+NO3. Lượng bùn sinh ra là do vi khuẩn khử nitrat có tốc độ sinh trưởng nhanh, hệ số sản lượng lớn hơn vi khuẩn nitrat hoá. Lượng bùn sinh ra: 3,1 kgMLSS/kgN-NO2+NO3 Tải lượng nitrat + nitrit trong bể trong một chu kỳ hoạt động là: LN = 1090 (g/m3) Í 150 (m3/ chu kỳ) = 163,5 kg/chu kỳ Lượng bùn sinh ra cần xử lý sau một chu kỳ hoạt động: Gbùn = 163,5 Í 3,1 = 507 kg h- Thiết bị bơm bùn: Công suất máy bơm: N = Trong đó: Q là lưu lượng bùn, Gbùn là lượng bùn thải bỏ sau mỗi chu kỳ, Gbùn= 507 kg là tỷ trọng bùn, = 1,02 XS là nồng độ MLSS trong phần thể tích lắng, XS = 12500 g/m3 Q = = 40 m3/chu kỳ Hb là cột áp của bơm, chon Hb = 4,5 m là khối lượng chất lỏng, = 1000 kg/m3 g là gia tốc rơi tự do, g = 10 m/s2 là hiệu suất bơm, chọn = 0,8 t là thời gian rút bùn, t = 10 phút/chu kỳ Íh/phútÍ(chu kỳ/h) = 0,019 → N = = 3,5 kW = 4 Hp Chọn máy bơm bùn có công suất 4 Hp. i- Đường ống dẫn bùn: Vận tốc trong đường ống dẫn bùn, v = 0,3 – 0,5 m/s Chọn v = 0,4 m/s Đường kính ống: D = Trong đó: Q là lưu lượng bùn qua ống dẫn bùn. Vì mỗi chu kỳ có thời gian rút bùn là 10 phút nên ta có lưu lượng bùn qua ống là: Q = = 4 m3/phút → D = = 0,38 m Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa PVC có đường kính 400 mm Kiểm tra vận tốc trong ống: v = = = 0,5 m/s Vận tốc này nằm trong khoảng cho phép v = 0,3 – 0,5 m/s Bảng 3.7 Tóm tắt các thông số thiết kể bể SBR khử nitrat Thông số Giá trị Thời gian 1 chu kỳ hoạt động Thể tích bể Thể tích làm đầy Chiều sâu bể Chiều dài bể Chiều rộng bể F/M MLSS MLVSS Năng lượng khuấy trộn cần thiết Tốc độ rút nước Lượng bùn thải 9 giờ 303 m3 150 m3 5 m 10 m 7 m 1,1 g/g.ngày 4500 g/m3 3300 g/m3 6,97 kW 100 m3/h 507 kg/chu kỳ 5- Hồ xử lý bổ sung: Nước thải từ bể SBR khử nitrat được dẫn vào hồ xử lý bổ sung nhằm ổn định tính chất nước thải và cũng để lắng 1 phần cặn có trong nước thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Hồ này thực chất là một hồ sinh học tự nhiên, được tính toán thiết kế với thời gian lưu nước trong hồ là 1,5 ngày (Theo Lâm Minh Triết- Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình-trang 375) Dung tích hữu ích của hồ: W = 400 (m3/ngày) Í 1,5 (ngày) = 600 m3 Chọn chiều cao mực nước trong hồ là 2 m Chiều cao bảo vệ là 0,5 m Chiều tổng cộng của hồ là 2 + 0,5 = 2,5 m Kích thước bề mặt của hồ L Í B = 29m Í 15m Diện tích bề mặt hồ: 29m Í 15m = 435 m2 Các thành của hồ được xây dựng với độ dốc 1/3 Hình 3.2 Hồ xử lý bổ sung 6- Bể nén bùn trọng lực: a- Tính toán lượng bùn cần xử lý trong 1 ngày: Vì các bể SBR khử BOD và nitrat hoá hoạt động cách nhau 9 giờ nên trong một ngày sẽ có tối đa 3 bể SBR khử BOD và nitrat hoá thải bùn vào bể nén bùn và có tối đa bể SBR khử nitrat thải bùn 3 lần vào bể nén bùn. Vậy tổng lượng bùn cần xử lý trong một ngày: G = 50,4(kg/bể)Í 3(bể/ngày) + 507(kg/bể) Í 3(bể/ngày) = 1670 kg/ngày b- Diện tích bể nén bùn:: Bảng 3.8 Các thông số thiết kế bể nén bùn trọng lực Thông số thiết kế Tải trọng chất rắn (kg/m2.ngày) Nồng độ bùn sau nén ( %) Cặn tươi Cặn tươi + bùn từ bể lọc sinh học Cặn tươi + bùn từ bể bùn hoạt tính Bùn từ bể lọc sinh học Bùn hoạt tính dư Bùn từ xử lý bậc cao 98 – 146 49 – 59 29 – 49 39 – 49 24 – 29 293 8 – 10 7 – 9 4 – 7 7 – 9 2,5 – 3 12 - 15 (Theo Lâm Minh Triết- Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp-Bảng 8.3- Trang 377) F1 = Trong đó: F1 là diện tích bề mặt lắng cặn, m2 G là lượng bùn cần xử lý trong một ngày, G = 1670 kg/ngày LS là tải trọng chất rắn, chọn LS = 24 kg/m2.ngày → F1 = = 70 m2 Diện tích của bể: F = = 88 m2 Đường kính của bể nén bùn: D = = = 12 m d- Xác định chiều cao của bể: Chiều cao công tác của vùng nén bùn: H = qo Í t Trong đó: t là thời gian nén bùn. Đối với bể nén bùn ly tâm với nồng độ bùn hoạt tính 5000 – 8000 mg/l thì t = 9 – 11 h, chọn t = 10 giờ. → H = 0,3 Í 10 = 3 m Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn ly tâm: Htc = H + h1 + h2 + h3 Trong đó: Htc là chiều cao tổng cộng của bể nén bùn, m h1 là khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h1 = 0,4 m h2 là khoảng cách chiều cao lớp bùn và lắp đặt thiết bị gạt bùn ở đáy, h2 = 0,3 m h3 là chiều cao tính từ đáy bể đến mức bùn, h3 = 0,6 m → Htc = 3 + 0,4 + 0,3 + 0,6 = 4,3 m f- Tính toán ngăn phân phối trung tâm: Đường kính của ngăn phân phối trung tâm: d = 20%D = 20% Í 12 = 2,4 m Chiều cao của ngăn phân phối h = 1 – 1,25 m, chọn h = 1,25 m Tốc độ quay của hệ thống thanh gạt bùn từ 0,75 – 4 h-1, chọn tốc độ quay là 2 h-1 Độ nghiêng ở đáy bể nén bùn tính từ thành bể đến hố thu bùn là: i = 0,1 g- Tính toán bơm bùn : Công suất máy bơm: N = Trong đó: Q là lưu lượng bùn Hb là cột áp của bơm, chọn Hb = 5 m là khối lượng riêng của chất lỏng, = 1000 kg/m3 g là gia tốc rơi tự do, g = 10 m/s2 là hiệu suất của bơm, = 0,8 Nồng độ bùn sau khi nén 3% Lưu lượng bùn sau khi nén : Vb = = 56 m3/ngày Chọn thời gian bơm bùn 1 h/ngày → N = = 1 kW = 1,5 Hp Chọn máy bơm bùn có công suất 2 Hp. Sử dụng 2 bơm (1 hoạt động, 1 dự phòng) Tính toán đường ống dẫn bùn: Đưòng kính ống dẫn bùn: D = Trong đó: Q là lưu lượng bùn, Q = 56(m3/ngày)Í1(h/ngày)Í1/3600(s/h) = 0,016m3/s v là vận tốc bùn trong ống, chọn v = 0,4 m/s → D = = 0,23 m Chọn ống dẫn bùn bằng sắt tráng kẽm có đường kính là 250 mm Bảng 3.9 Tóm tắt thông số thiết kế bể nén bùn ly tâm Thông số Giá trị Đường kính bể Chiều cao tổng của bể Đường kính ngăn phân phối trung tâm Chiều cao ngăn phân phối Tốc độ quay của hệ thống thanh gạt bùn Độ dốc đáy bể 12 m 4,7 m 2,4 m 1,25 m 2 h-1 0,01 7- Sân phơi bùn: Sau khi được nén bằng bể nén bùn trọng lực thì độ ẩm của hỗn hợp bùn là 97% có nghĩa là nồng độ dung dịch bùn là 3%. a- Thể tích dung dịch bùn 3% đưa vào sân phơi mỗi ngày: V1 = Trong đó: G là tải lượng bùn thải, G = 1670 kg/ngày S là tỷ trọng dung dịch bùn, S = 1,02 P là nồng độ dung dịch bùn, P = 3% → V1 = = 54,5 m3 b- Diện tích sân phơi: Bảng 3.10 Tải trọng đặc trưng của sân phơi bùn Loại bùn Tải trọng bùn (kg/m2.năm) Bùn tươi và màng vi sinh đã phân huỷ Bùn tươi và bùn hoạt tính dư đã phân huỷ Bùn tươi và bùn kết tủa hoá chất đã phân huỷ 90 – 120 60 – 100 100 - 160 (Theo bảng 14 – 44 trang 1572 sách Wastewater Engineering Treatment and Reuse) Lượng bùn cần xử lý trong một ngày tính theo lượng chất rắn khô: Gk = 1670 (kg/ngày) Í 0,03 = 50 kg/ngày Chọn tải trọng sân phơi bùn là 100 kg/m2.năm Số ngày làm việc của trạm xử lý là 365 ngày/năm Vậy diện tích sân phơi bùn là: F = 50 (kg.ngày) Í = 182,5 m2 F là diện tích các ô phơi bùn, còn diện tích đường bao quanh, hố thu nước, trạm bơm đưa nước về đầu khu xử lý lấy bằng 20% diện tích ô phơi. Vậy diện tích tổng cộng của sân phơi là: Ftc = (1+0,2)Í182,5 = 219 m2 Bố trí 2 ô phơi bùn. Vậy diện tích mỗi ô là: f = = 92 m2 Chọn L ÍB = 13 Í 7,5 = 97,5 m2 > 92 m2 Mỗi ô có kích thước là: LÍ B = 13m Í 7,5m d- Chiều cao thành sân phơi: H = h1 + H2 + h3 + h4 Trong đó: h1 là chiều cao lớp sỏi đỡ cỡ hạt 8-25 mm, h1 = 30 cm h2 là chiều cao lớp cát lọc cỡ hạt 0,5-1,1 mm, dày 150-200 mm, chọn h2 = 20 cm h3 là chiều cao dung dịch bùn H3 = = 0,3 m h4 là khoảng cách an toàn từ bề mặt bùn đến thành bể, h3 = 0,3 m → H = 0,3 + 0,2 + 0,3 + 0,3 = 1,1 m Hình 3.3 Mặt cắt đứng sân phơi bùn e- Hệ thống ống thu nước ở sân phơi: Trong lớp sỏi đỡ ta đặt hệ thống ống khoan lỗ hình xương cá có đường kính ống chính là 90mm và đường kính ống nhánh là 49 mm còn các lỗ khoan trên ống có đường kính 10 mm để rút nước do quá trình thấm của dung dịch bùn về các hố thu và nước sẽ được đưa trở lại đầu để xử lý tiếp. Các ống nhánh được đặt nghiêng với độ dốc 1% để thu nước về ống chính. 3.4 TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN 2 : 3.4.1 Sơ đồ công nghệ xử lý phương án 2 : HỒ XỬ LÝ BỔ SUNG BỂ LẮNG II SÂN PHƠI BÙN CHÔN LẤP NGUỒN TIẾP NHẬN BỂ NÉN BÙN BÙN TUẦN HOÀN NaOH MẬT RỈ ĐƯỜNG BỂ PHẢN ỨNG SINH HỌC KHỬ NITƠ TỪNG BẬC HẦM BƠM NƯỚC TỪ CÁC HỒ CHỨA NƯỚC RỈ SONG CHẮN RÁC KHÍ NÉN 3.4.2 Thuyết minh quy trình công nghệ và vai trò các công trình đơn vị: 1- Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước rỉ rác từ các hồ chứa được bơm về trạm xử lý được đưa qua song chắn rác nhằm loại bỏ các rác thô nhằm bảo vệ các công trình xử lý tiếp theo. Sau khi qua song chắn rác nước được phân phối vào các vùng phản ứng thiếu khí của bể phản ứng sinh học khử nitrat từng bậc. Ở đây nitơ và BOD trong nước thải sẽ từng bước được xử lý để đạt tiêu chuẩn đầu ra. Sau đó nước sẽ được đưa qua bể lắng II nhằm giữ lại bùn trong nước thải được sinh ra từ quá trình phản ứng tạo sinh khối trước đó, đồng thời bùn cũng được tuần hoàn một phần về lại bể phản ứng sinh học khử nitơ từng bậc để duy trì nồng độ bùn cần thiết cho quá trình xử lý. Cuối cùng nước được đưa qua hồ xử lý bổ sung để ổn định tính chất của nước trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. 2- Nhiệm vụ các công trình xử lý ở phương án 2: a- Bể phản ứng sinh học khử nitơ từng bậc: Bể này hoạt động liên tục với các vùng phản ứng hiếu khí và thiếu khí xen kẽ nhau. Nước thải sẽ được phân phối vào các vùng thiếu khí với tỷ lệ 0,1Q: 0,4Q: 0,3Q: 0,2Q. Sau khi xử lý ở vùng thiếu khí nước lại tiếp tục được xử lý ở vùng hiếu khí sau đó lại tiếp tục được xử lý ở vùng thiếu khí và cứ tiếp tục như vậy quá trình khử nitrat và nitrat hoá cứ hoạt động xen kẽ nối tiếp với nhau. Nitrat được sinh ra từ quá trình nitrat hoá oxy hoá amonia sẽ được xử lý ở vùng thiếu khí, còn độ kiềm và oxy sinh ra từ quá trình khử nitrat sẽ được cung cấp cho quá trình nitrat hoá. Như vậy ta sẽ tiết kiệm được chi phí hoá chất và lượng khí cấp cho bể. b- Bể lắng II: Bể này có nhiệm vụ lắng trong phần nước ở trên để đưa qua hồ xử lý bổ sung và cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định để một phần thải ra bể nén bùn trong lực còn một phần tuần hoàn trở lại bể phản ứng sinh học khử nitơ từng bậc để duy trì nồng độ bùn hoạt tính trong bể ở mức cần thiết. 3.4.3 Tính toán các công trình đơn vị: 1- Song chắn rác: Các hồ chứa nước rỉ rác cũ có tác dụng giống như một bể điều hoà, thành phần trong nước rỉ rác đã ổn định nên ta chỉ cần bơm nước từ các hồ đến trạm xử lý. Ta sử dụng bơm để bơm nước thải về trạm xử lý. Nước đước bơm về trạm xử lý trong 9 giờ với thể tích nước là 400 m3/h a- Số khe hở của song chắn rác được tính theo công thức: n = Trong đó: Q là lưu lượng nước vào mương dẫn, Q = = 0,013 m3/s = 13 l/s v là tốc độ nước chảy qua song chắn rác. l là khoảng cách giữa các khe hở, chọn l = 16 mm h là chiều sâu của lớp nước ở song chắn lấy bằng độ đầy của mương dẫn K là hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, chọn K = 1,05 Dựa vào bảng tính toán thuỷ lực của mương dẫn ta xác định được các thông số sau: Vận tốc nước chảy qua song chắn v = 0,5 m/s Bề rộng mương dẫn Bk = 0,3 m Độ đầy của mương dẫn h = 0,3 m → n = = 8,5 Chọn số khe là n = 10 b- Chiều rộng song chắn rác được tính theo công thức: Bs = s ( n – 1) + l.n Trong đó: n là số khe s là bề rộng của thanh chắn, chọn s = 8 mm → Bs = 0,008(10 – 1) + 0,016 Í 10 = 0,235 m Chọn bề rộng song chắn Bs là 0,25 m c- Tổn thất áp lực qua song chắn rác: hs = Trong đó: là tổn thất áp lực cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh song chắn và được xác định theo công thức: = là hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh. Đối với thanh có tiết diện chữ nhật thì = 2,42 là góc nghiêng của song chắn rác so với hướng dòng chảy, = 60o = 0,83 v là vận tốc của nước thải, v = 0,5m/s g là gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 K1 là hệ số tính đến sự tăng tổn thất do rác đọng lại ở song chắn. K1 = 2 – 3, chọn K1 = 3 Thay số vào ta được: hs = = 0,032 m = 32 mm d- Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn: L1 = = = 0,21 m. Chọn L1 = 0,21 m Trong đó: Bs là bề rộng của song chắn rác, Bs = 0,25 m Bk là chiều rộng của mương dẫn nước thải vào, chọn Bk = 0,1 m là góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác. Chọn = 20o Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác: L2 = 0,5L1 = 0,5Í0,21 = 0,11 m Chiều dài xây dựng đặt song chắn rác: L = L1 + L2 + L3 = 0,21 + 0,11 + 1 = 1,32 m Trong đó: L3 là chiều dài phần đặt song chắn rác, chọn L3 = 1m e- Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn rác: H = h + hs + 0,5 Trong đó: h là độ đầy nước của mương dẫn, h = 0,3 m 0,5 là khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước trong mương hs là tổn thất áp lực ở song chắn rác, hs = 32mm = 0,032 m → H = 0,3 + 0,032 + 0,5 = 0,832 m Bảng 3.11 Các thông số thiết kế song chắn rác Thông số Giá trị Bề rộng khe, mm Số khe hở Bề rộng song chắn,mm Chiều rộng mương dẫn nước vào, m Chiều rộng song chắn, m Chiều dài đoạn kênh trước song chắn, m Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn, m Chiều dài phần đặt song chắn rác, m 16 10 8 0,1 0,25 0,21 0,11 1 2- Hầm bơm: Vì nước từ hố chứa được bơm trong 9 giờ nên hầm bơm còn có nhiệm vụ chứa nước để phân phối nước qua bể sinh học khử nitơ từng bậc. Thể tích cần thiết của bể: V = 400 - = 250 m3 Chọn chiều cao bể: H = 4 m Diện tích bể: F = = = 62,5 m2 Kích thước bể là: LÍ B = 8m Í 8m Chiều cao xây dựng của hầm bơm: Hxd = H + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 m Trong đó: H là chiều cao hữu ích của bể, h = 4m hbv là chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m Vậy kích thước của hầm bơm là: LÍBÍH = 8mÍ8mÍ4,5m Ở hầm bơm ta đặt 4 bơm chìm với lưu lượng bơm khác nhau để phân phối nước vào các vùng thiếu khí của bể sinh học khử nitơ từng bậc. Lưu lượng các bơm được tính như sau: Lưu lượng bơm cần để bơm nước vào vùng thiếu khí thứ nhất: Q1 = = 1,7 m3/h Lưu lượng bơm cần để bơm nước vào vùng thiếu khí thứ hai: Q2 = = 6,7 m3/h Lưu lượng bơm cần để bơm nước vào vùng thiếu khí thứ ba: Q3 = = 5 m3/h Lưu lượng bơm cần để bơm nước vào vùng thiếu khí thứ tư: Q4 = = 3,4 m3/h 3- Bể phản ứng sinh học khử nitơ từng bậc: Điều kiện thiết kế: Lưu lượng dòng vào: 400 m3/ngày Bể được chia làm 4 phần, với mỗi phần gồm có 2 vùng phản ứng: hiếu khí và thiếu khí Lưu lượng dòng vào được chia làm 4 phần cung cấp vào 4 vùng thiếu khí với lưu lượng 0,1; 0,4; 0,3; 0,2 lưu lượng dòng vào đối với vùng 1, 2, 3, 4. Tỷ số tuần hoàn từ bể lắng II QRAS/Q là 0,6 MLSS = 5600 g/m3 Thể tích vùng thiếu khí bằng 20% thể tích bể Nhiệt độ nước thải là 250C Yêu cầu đầu ra NH4-N < 1 mg/l, N tổng < 60 mg/l Xác định vùng hiếu khí cần thiết để khử BOD và nitrat hoá: Xác định lượng sinh khối sinh ra Px,bio = Trong đó: S là nồng độ cơ chất sinh trưởng giới hạn trong dung dịch S = là tốc độ sinh trưởng đặc trưng cực đại = (6 g/g.ngày)(1,07)25-20 = 8,42 g/g.ngày ks là hằng số bán tốc độ, ks = 20 g/m3 SRT = 62 ngày Các thông số đã được định nghĩa và tính toán ở phương án 1 → S = = 0,4 gbCOD/m3 → Px,bio = + + = 39657 gVSS/ngày Xác định lượng nitrogen oxy hoá thành nitrat: NOx0 = NOx - Ne – 0,12 =1100 – 1 – 0,12 = 1078 g/m3 Nồng độ của VSS và TSS trong vùng hiếu khí: Px,VSS = 39657 gVSS/ngày = 39,657 kgVSS/ngày Px,SS = + Q(SS0 – VSS0) = + 400(350 – 220)Í10-3 = 98,66 kg/ngày Xác định thể tích vùng hiếu khí cần thiết: (MLSS)(V) = (Px,SS)(SRT) → V0 = = = 1090 m3 Xác định vùng thiếu khí cần thiết: Xác định tỷ số nội tuần hoàn IR: IR = Trong đó: NOx lượng nitrogen bị oxy hoá thành nitrat, NOx = 1078 g/m3 Ne là nồng độ NO3-N dòng ra, Ne = 30 g/m3 R là tỷ lệ dòng tuần hoàn từ bể lắng II, R = 0,6 → IR = ─ 1 ─ 0,6 = 34 Xác định khối lượng nitrat trong vùng thiếu khí Lưu lượng nước thải trong vùng thiếu khí: Q0 = IRÍQ + RÍQ = 34Í400 + 0,6Í400 = 13840 m3/ngày Khối lượng nitrat trong vùng thiếu khí: mN = 13840 m3/ngày Í 30 (g/m3) = 415200 g/ngày Xác định thể tích vùng thiếu khí Lúc đầu ta giả sử thời gian lưu nước trong vùng thiếu khí là = 6 giờ Vậy thể tích vùng thiếu khí sẽ là: Vnox = Í Q = = 100 m3 Xác định nồng độ sinh khối hoạt tính Trong quá trình khử nitrat trong vùng thiếu khí ta cần bổ sung thêm chất hữu cơ để vi khuẩn khử nitrat tiêu thụ vì trong nước rác cũ thì nồng độ chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học rất ít. Chất hữu cơ được bổ sung ở đây là dung dịch mật rỉ đường. Từ thực nghiệm ta có tỷ lệ chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học: nitrat cần thiết cho quá trình khử nitrat là 4,5 : 1. Vậy lượng BOD5 cần thiết cho quá trình khử nitrat là: BOD5cần = 4,5 Í 1078 (g/m3) = 4851 g/m3 Nồng độ COD dễ phân huỷ sinh học: bCOD = 1,6 Í 4851 = 7761 g/m3 Nồng độ sinh khối hoạt tính trong phần thể tích thiếu khí: Xb = Trong đó: S0 – S = bCOD = 7761 g/m3 V là thể tích vùng hiếu khí, V = 1092 m3 → Xb = = 6845 g/m3 Xác định F/Mb : F/Mb = Trong đó: S0 là nồng độ BOD trong phần thiếu khí, S0 = 4851 g/m3 → F/Mb = = 2,9 Từ đồ thị 8.23 trang 755 sách Wastewater Engineering Treatment and Reuse ta suy r