Thiết kế trạm xử lý nước thải công suất q = 27.149 m3/ngđ

Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng nước thải và các chất cần xử lý để bảo đảm hiệu quả cho các quy trình xử lý sinh học về sau, nó chứa 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 ở một lưu lượng nhất định 24/24 giờ cho các hệ thống sinh học phía sau. Các lợi ích của bể điều hòa: - Bể điều hòa làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng “shock” của hệ thống do hoạt động quá tải hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm được diện tích xây dựng các bể sinh học (do tính toán chính xác). Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật. - Chất lượng của nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng đợt I được cải thiện do lưu lượng nạp các chất rắn ổn định. - Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước thải giảm xuống và hiệu suất lọc được cải thiện. chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn. Lưu lượng nước thải sinh hoạt và chế độ xả thải của Quận được tổng hợp trong Bảng 4.7. Bảng 4.7 Lưu lượng nước thải sinh hoạt và chế độ xả thải của Quận Giờ Qvào (m3) Qra (m3) D (m3) SD (m3) 0 – 1 415.28 1131.21 -715.94 -715.94 1 – 2 415.28 1131.21 -715.94 -1431.87 2 – 3 415.28 1131.21 -715.94 -2147.81 3 – 4 415.28 1131.21 -715.94 -2863.74 4 – 5 417.10 1131.21 -714.11 -3577.85 Bảng 4.7 Lưu lượng nước thải sinh hoạt và chế độ xả thải của Quận (tiếp theo) Giờ Qvào (m3) Qra (m3) D (m3) SD (m3) 5 – 6 1097.45 1131.21 -33.76 -3611.61 6 – 7 1590.98 1131.21 459.77 -3151.84 7 – 8 1584.29 1131.21 453.08 -2698.76 8 – 9 1699.94 1131.21 568.73 -2130.02 9 – 10 1713.99 1131.21 582.78 -1547.24 10 – 11 1687.94 1131.21 556.73 -990.50 11 – 12 1397.28 1131.21 266.07 -724.44 12 – 13 1228.13 1131.21 96.92 -627.52 13 – 14 1565.09 1131.21 433.88 -193.64 14 – 15 1609.09 1131.21 477.88 284.25 15 – 16 1626.94 1131.21 495.73 779.98 16 – 17 1566.09 1131.21 434.88 1214.86 17 – 18 1564.13 1131.21 432.92 1647.79 18 – 19 1284.25 1131.21 153.04 1800.83 19 – 20 1214.60 1131.21 83.39 1884.22 20 – 21 1104.15 1131.21 -27.06 1857.16 21 – 22 698.33 1131.21 -432.88 1424.28 22 – 23 421.05 1131.21 -710.16 714.12 23 – 24 417.05 1131.17 -714.12 0.00 Thể tích bể điều hòa được tính như sau: (m3) Thể tích bể cần thiết là 5.500 m3. Thể tích nước đệm trong bể lấy bằng 20% thể tích bể điều hòa là : Vđ = 20% V = 1100 (m3) Tổng thể tích bể là Vt = V + Vđ = 5500 +1100 = 6600 (m3) Để đảm bảo việc thổi khí được hiệu quả ta chọn chiều cao mực nước công tác: H = 6 m. Diện tích bề mặt bể: (m2) Chiều cao lớp nước đệm: (m) Chiều cao xây dựng bể: H = 6 + 0,5 = 6,5 (m) (0,5 m là chiều cao an toàn cho bể) Chiều dài bể: L = 40 m Chiều rộng bể: B = 27,5 m Thời gian lưu nước của bể: (ngđ) = 5,83 h Tính Toán Hệ Thống Phân Phối Khí (với các bọt khí có kích cỡ trung bình) Thiết bị gồm các ống khoan lỗ có đường kính 5 mm phía dưới đáy ống, lỗ phân phối thành 2 hàng phân phối so le ở nửa bên và có hướng tạo thành 45o so với phương thằng đứng. Khoảng cách tâm lỗ bằng 4 lần đường kính lỗ. Mỗi ống dài 1 m, các ống gắn với nhau thành hình xương cá. Chọn vận tốc khí đi trong ống nhánh là 15 m/s, vận tốc khí đi trong ống chính là 10 m/s. Khoảng cách giữa các ống nhánh b = 0,5 m (Quy phạm 0,3 m a 1 m) (Lai, 2000). Vận tốc khí ra khỏi lỗ Vmin = 5 m/s và Vmax = 20 m/s. Dùng ống nhựa PVC. Lưu lượng gió tối thiểu đi qua mỗi lỗ là: (m3/s) Số lỗ trên 1 m chiều dài ống: (lỗ/m) Lưu lượng gió tối thiểu đi qua 1 m chiều dài ống nhánh: Qg = 100 0,1.10-3 = 0,01 (m3/s.m) Đường kính ống nhánh: (m) = 29 mm Số ống nhánh là: ống. Đầu mút các ống nhánh đặt sát thành tường hoặc có thể đặt cách tường 2 cm. Lưu lượng gió cần thiết của máy bơm khí: Q = 150 0,01 = 1,5 (m3/s) Đường kính ống chính: (m) Chiều dài ống chính: Lo = 40 – 0,02 = 39,98 (m) (Đầu mút ống chính đặt cách tường 2 cm) Chiều dài mỗi ống nhánh: (m) Ngoài ra còn bố trí các bơm phun tia để làm sạch bể điều hòa. Lưu lượng nước cần cung cấp để làm sạch bể: (m3) v: vận tốc đẩy cặn về máng thu; v = 0,0065 m/s (Diệu, 2008) Số máy bơm phun tia cần thiết là 7 máy mỗi máy có lưu lượng thổi khí là 1,02 m3/s Các thống số thiết kế và xây dựng bể điều hòa có thể được tóm tắt trong Bảng 4.8. Bảng 4.8 Các thông số thiết kế bể điều hòa STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng thiết kế m3/ngđ 27.149 2 Thể tích bể điều hòa m3 6600 3 Diện tích bề mặt bể m2 1100 4 Chiều cao lớp nước đệm m 1 5 Chiều cao thiết kế m 6,5 6 Chiều rộng bể m 27,5 7 Chiều dài bể m 40 8 Thời gian lưu nước của bể h 5,83 9 Lưu lượng gió tối thiểu đi qua 1 lỗ m3/s 0,1.10-3 10 Qmin,gió qua 1 m chiều dài ống nhánh m3/s.m 0,01 11 Lưu lượng gió cần thiết của máy bơm khí m3/s 1,5 12 Vận tốc khí trong ống nhánh m/s 15 13 Vận tốc khí trong ống chính m/s 10 14 Đường kính ống chính m 0,45 15 Chiều dài ống chính m 39,98 16 Số ống nhánh ống 150 17 Chiều dài 1 ống nhánh m 13,52 18 Đường kính 1 ống nhánh m 0,029 19 Số lỗ trên 1 m ống nhánh lỗ/m 100 20 Lưu lượng nước cấp để làm sạch bể m3/s 7,15 21 Số máy bơm phun tia cần thiết máy 7 22 Lưu lượng thổi khí mỗi bơm m3/s 1,02 4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ LẮNG ĐỢT 1 Vùng Lắng Q = 27.149 m3/ngđ = 1131,21 m3/h = 0,31 m3/s , hiệu quả lắng R = 50%. Lượng SS còn lại sau khi qua bể lắng đợt 1 là : 18050% = 90 (mg/l) U0 = 0,65 mm/s (Quy phạm từ 0,83 – 2,5 m/h hay 0,22 – 0,7 mm/s) (Lai, 2004). Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của dòng chảy rối : a = 1,82 Hàm lượng cặn lơ lửng SS = 180 mg/l, độ màu M = 25 Pt – Co. Diện tích vùng lắng : (m2) Chọn chiều dài của bể là L = 5B Chiều rộng của bể  (m) Chiều dài của bể : L = 5B = 65 (m) Chiều cao vùng lắng H = (m) Chọn H = 2,4 m; (Quy phạm H = 2 ÷ 3,5 m) (Diệu, 2007) Bán kính thủy lực : (m) Vận tốc nước chảy trong bể (m/s) = 9,8 mm/s < 16,3 mm/s (thỏa) (Diệu, 2007) Ở to = 300 ta có độ nhớt động học m/s Trong bể xuất hiện hiện tượng ngắn dòng cần phải lắp các vách ngăn không chịu lực dọc theo bể để giảm trị số Re và tăng hệ số Fr. Lắp thêm 3 vách ngăn không chịu lực, chia bể thành 4 ngăn. Độ dốc đáy bể 0,01 (Quy phạm 0,01 – 0,02) dốc về phía mương xả cặn. Chiều rộng mỗi ngăn là 13/4 = 3,3 (m). Bán kính thủy lực (m) Diện tích cửa vào bể lắng (m2) = 3,32,4 m Q: Lưu lượng thiết kế N: Số bể lắng : Vận tốc nước vào bể lắng = 9,8.10-3 mm/s = 9,8 m/s. Thời gian lưu nước trong bể lắng: (giờ) Vùng phân phối nước vào Đặt tấm phân phối cách cửa đưa nước vào là l = 1,5 m (Quy phạm từ 1,5 ÷ 2,5 m). Hàng lỗ cuối cùng của vách phân phối cao hơn mức cặn 0,3 m. Diện tích công tác vách phân phối: (m2) Đảm bảo phân phối đều nước từ mương chung vào 4 cửa. Cánh cửa thu 2,5 m. Đặt tấm chắn khoan lỗ = 100 mm (Quy phạm dlỗ = 50- 150 mm). Phân phối đều nước trên toàn mặt cắt ngang của những ngăn của bể lắng. Vận tốc qua lỗ từ 0,2 ÷ 0,3 (m/s), chọn vận tốc qua lỗ là vlỗ = 0,25 (m/s). Tổng diện tích lỗ cần thiết trên tường chắn là: (m2) Tổng số lỗ cần thiết là: (lỗ) Số lỗ ở tại mỗi ngăn là: lỗ. Ở vách ngăn phân phối bố trí thành 8 hàng dọc và 7 hàng ngang. Khoảng cách giữa trục lỗ theo hàng dọc là (2,3 – 0,3) : 7 = 0,3 m Khoảng cách giữa các trục lỗ theo hàng ngang là 3,3 : 8 = 0,4125 m Phù hợp với quy phạm khoảng cách giữa tâm các lỗ là từ 0,25 ÷ 0,45 m (Diệu, 2007) Máng thu nước Chọn tải trọng thu nước bề mặt a = 2 l/s.m, (Quy phạm tải trọng yêu cầu 1,5 ÷ 3 l/s.m). Chiều dài mép máng: (m) Điều kiện: m (thỏa) Chiều dài máng thu: 155/2 = 77,5 (m) Chiều dài máng thu một bể: 77,5/4 = 19,4 (m) Khoảng cách các tâm máng: 1,6 m < 1,5 H = 1,5 2,4 = 3,6 (m) Số máng cần cho mỗi ngăn: 3,6/1,6 = 2 (máng) Chiều dài một máng: 19,4/2 = 9,7 (m) Vận tốc nước đi vào máng thu (m/s) < 6,5.10-4 (thỏa) Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 90o để điều chỉnh cao độ mép máng. Lưu lượng nước qua một khe chữ V góc đáy 90o qo = 1,4.h5/2 Chiều cao mực nước chữ V qo = h = 0,038 m = 3,8 cm < 5cm đạt yêu cầu. Lưu lượng nước vào một máng (m3/s) Chọn tốc độ trong máng thu vm = 0,6 m/s (Dung, 2005) Tiết diện của máng thu m. Vùng xả cặn Hàm lượng cặn cao nhất trong nước nguồn MC = Mo + KA + 0,25M + B Mo: Hàm lượng cặn lớn nhất trong nước nguồn (g/m3) A: Liều lượng phèn cho vào nước (g/m3) K: Hệ số tính đến chuyển trọng lượng phèn thành trong lượng cặn lắng trong bể K = 1 đối với phèn nhôm kỹ thuật M: Độ màu của nước tính bằng độ B: Lượng cặn không tan trong vôi hoặc các chất kiềm hóa khác khi kiềm hóa nước (g/m3). MC = 180 +0,2525 = 186,25 (g/m3) Nồng độ trung bình cặn đã nén sau 24 giờ là 30.000 (g/m3) (bảng 6.2, Lai, 2004) Thể tích vùng chứa nén cặn của bể xả cặn bằng thủy lực, thể tích vùng chứa cặn xác định theo công thức: Trong đó: T: Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn (h), (quy phạm 6 ÷ 24 h), khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường Q: Lưu lượng nước đưa vào bể (m3/h) N: Số lượng bể lắng m: Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng 8 ÷ 12 mg/l, chọn m = 10 mg/l : Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt. (m3) Diện tích mặt bằng một bể lắng là (m2) Chiều cao trung bình của vùng chứa nén cặn là (m) Chiều cao trung bình của bể lắng Hb = Ho + HC = 2,4 + 0,2 = 2,6 (m) Chiều cao xây dựng bể bao gồm cả chiều cao bảo vệ 0,5 m Hxd = 2,6 + 0,5 = 3,1(m) Tổng chiều dài bể lắng kể cả hai ngăn phân phối và thu nước Lb = 65 + 2,5 + 2 = 69,5 (m) Thể tích 1 bể lắng Wb = Lb Hb B = 69,5 2,6 13 = 2.349 (m3) Lượng nước tính bằng % mất đi khi xả cặn ở một bể là KP: Hệ số pha loãng khi xả cặn bằng thủy lực K = 1,5. Hệ thống xả cặn bằng máng đục lỗ ở hai bên và đặt dọc theo trục mỗi ngăn, thời gian xả cặn quy định t = 8 ÷ 10 phút. Tốc độ nước chảy ở cuối máng không nhỏ hơn 1m/s. Lưu lượng cặn ở một bể (m3/s) Diện tích của máng xả cặn, chọn vm = 1,5 m/s (m2) = 0,3 0,15 m Tốc độ nước qua lỗ = 1,5 m/s, chọn dlỗ = 25 mm, (Quy phạm dlỗ ≥ 25 mm). (m2) Tổng diện tích lỗ trên một máng xả cặn = (m2) Số lỗ một bên máng xả cặn (lỗ) Khoảng cách giữa các tâm lỗ (m) Bảng 4.9 Các thông số thiết kế bể lắng đợt 1 Công trình Cơ sở tính toán Thông số thiết kế Kết quả kiểm tra Kích thước bể lắng Q = 1131,21 m3/h H = 2,4 m Re = 1198 Cn = 180 mg/l B = 13 m Fr = 1,01.10-5 M = 25 Pt – Co L = 65 m Re < 2000 Uo = 0,65 mm/s N = 1 bể Fr > 10-5 K = 13,5 Chia 4 ngăn Vo = 9,8 mm/s a = 1,82 b = 3,3 m Vo < 16,3 mm/s Vtb = 8,775 m/s F = 879,8 m2 To = 30o uo = 0,2.10-3 m/s i = 0,01 R = 0,97 m Vách phân phối Fn = 6,93 m2 Hàng lỗ cuối cao hơn mức căn 0,3 m Q.phạm 0,3 – 0,5 m Sfl = 1,24 m2 Cách thành tràn 1,5 m Q.phạm 1,5 – 2,5 m Tổng số lỗ = 160 lỗ 8 hàng dọc Số lỗ trên 1 ngăn = 40 lỗ/ngăn 7 hàng ngang vl = 0,3 m/s KC ngang 0,4125 m Q.phạm 0,25 – 0,45 m dlỗ = 0,1 m KC dọc 0,3 m Mương thu nước Tải trọng thu nước 2 l/s.m Chiều dài mép máng 155 m Q.phạm 1,5 – 3 l/s.m Chiều dài 1 máng thu 9,7 m Chiều cao mực nước chữ V 3,8 cm < 5 cm Vùng chứa cặn T = 24 h Fm = 0,045 m2 Cmax = 186,25 mg/l t = 10 phút Q.phạm 8 – 10 phút Wc = 40 m3 Vm = 1,5 m/s d = 30.000 g/m3 4.6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ THỔI KHÍ 4.6.1 Nhiệm Vụ Bể thổi khí hoạt động theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí, các vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước. Các chất hữu cơ trong nước thải được vi sinh vật phân hủy thành các chất vô cơ như CO2, H2O,…và tạo thành các sinh khối mới, góp phần làm giảm BOD, COD của nước thải. Quy trình xử lý nước thải bằng bể thổi khí gồm các công đoạn sau: 1. Khuấy trộn đều nước thải cần xử lý với bùn hoạt tính. 2. Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra trong bể. 3. Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt 2. 4. Tuần hoàn lại một lượng bùn cần thiết từ đáy bể lắng đợt 2 vào bể thổi khí để hòa trộn với nước thải đầu vào. 5. Xả bùn dư và xử lý bùn. Bảng 4.10 Các thông số đặc tính nước thải (giả định) Thông số tính toán Giá trị (g/m3) BOD 200 sBOD 80 COD 460 sCOD 160 rbCOD 70 Bảng 4.10 Các thông số đặc tính nước thải (giả định) (tiếp theo) Thông số tính toán Giá trị (g/m3) TSS 90 VSS 80 TKN 40 N – NH4 25 Ptc 3 Độ kiềm 180 bCOD/BOD 1,6 toC 30 4.6.2 Điều Kiện Thiết Kế Và Giả Thiết 1. Sử dụng hệ thống khuếch tán khí có hiệu quả truyền oxy trong nước sạch bằng 35%. 2. Độ sâu của lớp nước trong bể thổi khí là 6 m. 3. Khí được giải phóng ra ở vị trí cách đáy bể 0,5 m. 4. Nồng độ DO trong bể thổi khí là 2 g/m3. 5. Cao độ của vị trí xây dựng hệ thống là 500 m. 6. Hệ số α trong bể thổi khí là 0,65 khi có quá trình nitrate hóa, hệ số β = 0,95 cho cả hai điều kiện và hệ số làm tắt hệ thống khuếch tán khí là 0,9. 7. Sử dụng các thông số động học trong các bảng 8 – 10, 8 – 11 (Metcalf & Eddy, 2004) µmn = 0,75 g VSS/g VSS.ngđ; Kn = 0,74 g N – NH4/m3; kdn = 0,08 g VSS/g VSS.ngđ; kd = 0,12 g VSS/g VSS.ngđ; µm = 6 g VSS/g VSS.ngđ; Ko = 0,5 g/m3. 8. Thiết kế MLSS = 3000 g/m3, có thể chọn giá trị trong khoảng 2000 g/m3 – 3000 g/m3. 9. NOx = 80% TKN = 80%40 = 32 (g/m3) 10. Hệ số an toàn đối với TKN cực đại/TKN trung bình FS = 1,5. 4.6.3 Các Thông Số Sử Dụng Trong Thiết Kế Tính bCOD bCOD = So = 1,6BOD = 1,6200 = 320 (g/m3) Tính nbCOD nbCOD = COD – bCOD = 460 – 320 = 140 (g/m3) Tính sCODe sCODe = sCOD – 1,6 sBOD = 160 – 1,680 = 32 (g/m3) Tính nbVSS nbVSS = (1 – bpCOD/pCOD)VSS nbVSS = (1 – 0,64) 80 gVSS/m3 = 28,8 (g/m3) Tính iTSS iTSS = TSS – VSS = 90 – 80 = 10 (g/m3) Tính µn ở nhiệt độ 30oC (g/g.ngđ) Tính Kn ở nhiệt độ 30oC (g/m3) Tính kdn ở nhiệt độ 30oC (g/g.ngđ) Tính kd ở nhiệt độ 30oC (g/g.ngđ) Tính µm ở nhiệt độ 30oC (g/g.ngđ) Tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn nitrate hóa (nồng độ N – NH4e = 0,5 g/m3) (g/g.ngđ) 4.6.4 Xác Định Lượng Bùn Phát Sinh (1) Thời gian lưu bùn (SRT) theo lý thuyết và theo thiết kế Thời gian lưu bùn theo lý thuyết (ngđ) Thời gian lưu bùn theo thiết kế F/S = TKN cực đại/TKN trung bình = 1,5 SRT thiết kế = F/SSRTlý thuyết = 1,55,56 = 8,34 (ngđ) Quy phạm 8 – 20 ngày (Lai, 2000) Nồng độ cơ chất trong bể (g bBOD/m3) Lượng bùn sinh ra hàng ngày Thay các thông số trên vào (1), ta được = 1.744 (kg VSS/ngđ) 4.6.5 Xác Định Lượng Nitơ Bị Oxy Hóa Thành Nitrate = 31,8 (g/m3) 4.6.6 Xác Định Nồng Độ Và Khối Lượng VSS, TSS Trong Bể Thổi Khí Khối lượng bùn trong bể = PX (SRT) Tính toán nồng độ VSS và TSS trong bể thổi khí = 2.525,9 (kg/ngđ) (kg/ngđ) Tính toán khối lượng VSS và TSS trong bể thổi khí MVSS = PX,VSSSRT = 2525,98,34 = 21.066 (kg) MTSS = PX,TSSSRT = 3.105,28,34 = 25.897 (kg) 4.6.7 Xác Định Thể Tích Và Thời Gian Lưu Nước Của Bể Thổi Khí Thể tích bể thổi khí (m3) Chọn xây dựng 3 bể với thể tích mỗi bể là 2877 m3. Diện tích mỗi bể: (m2) Chọn H = 6 m, chiều cao xây dựng là 6,5 m, trong đó chiều cao an toàn là 0,5 m. Chiều rộng của mỗi bể: B = 22,1 m; chiều dài mỗi bể: L = 22,5 m. Thời gian lưu lước (h) (Quy phạm HRT = 6 – 15h; Lai, 2000) Xác định MLVSS (g/m3) 4.6.8 Xác Định F/M Và Tải Trọng BOD Tỷ lệ F/M (g/g.ngđ) Tải trọng BOD (kg/m3.ngđ) Cả 2 thông số F/M và tải trọng Lorg đều chấp nhận được, thuộc quy phạm bảng 8 – 16 (Metcalf & Eddy) 4.6.9 Xác Định Hệ Số Yobs Dựa Vào TSS Và VSS PX,TSS = 3105,2 kg/ngđ bCODXL = Q(So – S) = 27.149(320 – 0,52) = 8673,6 (kg/ngđ) Hệ số Yobs tính theo TSS (g TSS/g BOD) Hệ số Yobs tính theo VSS VSS/TSS = 0,81 (g VSS/g BOD) 4.6.10 Tính Nhu Cầu Oxy Tiêu Thụ = 9.935,3 (kg/ngđ) = 414 (kg/h) 4.6.11 Tính Lưu Lượng Khí Cần Theo Q Ta có theo công thức trong phụ lục B (Metcalf & Eddy, 2004) Tra bảng D – 1, phụ lục D (Metcalf & Eddy, 2003) ta được C30 = 7,54 mg/l, C20 = 9,08 mg/l → Nồng độ oxy ở 500 m và 30oC là Cs,T,H = 7,541,06 = 7,99 (mg/l) Xác định áp suất khí quyển ở 500 m và 30oC (phụ lục B, C; Metcalf & Eddy, 2004) (m) Xác định nồng độ oxy, giả sử phần trăm oxy thoát ra khỏi bể thổi khí là 19%. (mg/l) Xác định SORT với các thông số α = 0,65; β = 0,95; F = 0,9 (kg/h) Xác định lưu lượng khí Khối lượng riêng của không khí ở 30oC và áp suất 1,01325105 N/m2 là (phụ lục B, Metcalf & Eddy, 2004) (kg/m3) Oxy chiếm 23,18 % về khối lượng không khí nên lượng oxy tương ứng là = 1,16470,2318 = 0,27 kg/m3 không khí. Lưu lượng khí cần thiết (m3/phút) Chọn 3 máy bơm khí. Lưu lượng mỗi máy bơm (m3/phút) Chọn vận tốc của ống dẫn khí chính v = 10 m/s (Quy phạm 10 – 15 m/s (Lai, 2000) Diện tích tiết diện của ống thổi khí chính (m2) Chọn ống thổi khí nhựa chịu được sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất. Đường kính ống dẫn khí chính (m) Theo chiều dài bể chia thành 4 dãy ống chính. Các ống nhánh thổi khí đặt cách nhau 0,5 m. Chọn đường kính ống nhánh 100 mm. Tổng số ống nhánh trong một dãy: (ống) Lượng khí đi qua một ống nhánh (m3/phút) Trên các ống nhánh đặt các đĩa thổi khí có đường kính 0,3 m, khoảng cách giữa các tâm đĩa là 0,5 m, chọn kích thước lỗ 0,1 mm (thường 0,1 mm) (Lai, 2005). Các ống nhánh đặt cách tường 1 cm. Chiều dài mỗi ống nhánh (m) Số đĩa trên một ống nhánh (đĩa) Lưu lượng khí qua một đĩa (m3/phút) 4.6.12 Xác Định Tỷ Số Tuần Hoàn Trong đó Q = 27.149 m3/ngđ Qr: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn X: nồng độ VSS ở bể thổi khí X = 3000 g/m3 Xr: nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xr = 8000 g/m3 (Xr trong khoảng 4000 – 12.000 mg/l) R = Qr/Q tỷ số tuần hoàn bùn. RXr = (1 + R)X → (thỏa) (Quy phạm R = 0,5 – 1,5) (Lai, 2000) 4.6.13 Kiểm Tra Độ Kiềm Cân bằng độ kiềm Độ kiềm để duy trì PH ~ 7 = Độ kiềm đầu vào – Độ kiềm đã sử dụng + Độ kiềm thêm vào Độ kiềm đầu vào 180 g CaCO3/m3 Lượng nitơ chuyển hóa thành nitrate: NOx = 31,8 g/m3 Lượng kiềm đã sử dụng cho quá trình nitrate hóa = 7,1431,8 = 227,1 g CaCO3/m3 Nồng độ kiềm còn lại cần để duy trì pH trong khoảng 6,8 – 7 = 70 – 80 g CaCO3/m3, chọn giá trị 80 g CaCO3/m3. 80 g CaCO3/m3 = Độ kiềm đầu vào – Độ kiềm đã sử dụng + Độ kiềm thêm vào 80 g CaCO3/m3 = 180 – 227,1 + Độ kiềm thêm vào ® Độ kiềm cần thiết = 127,1 g CaCO3/m3 ® = 27.149127,1/103 = 3451 kg CaCO3/ngđ Xác định độ kiềm cần thiết tính bằng NaHCO3 Khối lượng đương lượng của CaCO3 = 50 g/eq Khối lượng đương lượng của NaHCO3 = 84 g/eq NaHCO3 cần thiết = kg NaHCO3/ngđ 4.6.14 Ước Tính BOD Sau Xử Lý (TSS, g/m3) Giả sử sBODe = 3 mg/l TSS = 10 mg/l BOD = 3 + 0,70,8510 = 8,95 (g/m3) Bảng 4.11 Các thông số thiết kế bể thổi khí STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng nước thải trung bình m3/ngđ 27.149 2 Số lượng bể thổi khí đơn nguyên 3 3 bCOD g/m3 320 4 nbCOD g/m3 140 5 nbVSS g/m3 28,8 6 Nồng độ cơ chất trong bể g/m3 0,52 Bảng 4.11 Các thông số thiết kế bể thổi khí (tiếp theo) STT Thông số Đơn vị Giá trị 7 SRT ngày 8,34 8 Khối lượng bùn phát sinh kg VSS/ngđ 1744 9 Tải trọng BOD kg/m3.ngđ 0,6 10 F/M g/g.ngđ 0,3 11 HRT giờ 7,63 12 PX,VSS kg/ngđ 2525,9 13 PX,TSS kg/ngđ 3105,2 14 MLSS g/m3 3000 15 MLVSS g/m3 2430 16 Hệ số Yobs theo VSS gVSS/gCOD 0,58 17 Hệ số Yobs theo TSS gTSS/gCOD 0,47 18 Thể tích bể m3 8632 19 Chiều cao m 6,5 20 Chiều dài m 22,5 21 Chiều rộng m 22,1 22 Oxy tiêu thụ kg/h 414 23 Lưu lượng không khí m3/phút 125,6 24 Đường kính ống thổi khí chính m 0,3 25 Đường kính ống thổi khí nhánh m 0,1 26 Đường kính đĩa thổi khí m 0,3 27 Số ống nhánh ống 37 28 Số đĩa thổi khí đĩa/ống nhánh 11 29 Hệ số tuần hoàn bùn 0,6 30 Nhu cầu bổ sung độ kiềm kg CaCO3/ngđ 3451 4.7 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ LẮNG ĐỢT 2 4.7.1 Diện Tích Của Bể Lắng Diện tích mặt thoáng của bể lắng (tính luôn phần phân phối trung tâm) (m2) Trong đó L = 22 m3/m2.ngđ, là tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình (Triết và cộng sự, 2006). Chọn 3 bể lắng làm việc song song. Diện tích mỗi bể lắng (m2) Đường kính bể mỗi bể lắng (m) = 22 m (thường từ 6 – 40m; Lai, 2000) Kiểm tra tải trọng thủy lực (m3/m2.ngđ) (thỏa) Quy phạm từ 16,4 – 32,8 (m3/m2.ngđ) (Lai, 2000) Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể (m/h) Kiểm tra tải trọng chất rắn Tải trọng chất rắn A: diện tích bể lắng = (m2) Tải trọng chất rắn (kg MLSS/m2.h) (thỏa) Quy phạm từ 4 – 6 kgMLSS/m2.h (Bảng 8 – 7; Metcalf & Eddy, 2004) Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính 0,8 đường kính bể (m) Chiều dài máng thu nước (m) Kiểm tra lại tải trọng máng tràn (m3/m.ngđ) < 500 m3/m.ngđ 4.7.2 Xác Định Chiều Cao Bể Chọn chiều cao bể 4 m. Thể tích bể lắng đợt 2 (m3) Chiều cao dự trữ trên mặt thoáng h1 = 0,3 m. Chiều cao cột nước trong bể 3,7 m; gồm: Chiều cao phần nước trong: h2 = 1,5 m Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 2% về tâm (m) Chiều cao chứa bùn phần hình trụ (m) Thể tích phần chứa bùn (m3) Chọn nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn Ct = 8.000 g/m3. Nồng độ cặn tại mặt phân chia phân giới giữa vùng lắng trong và vùng nén cặn (g/m3) Nồng độ bùn trung bình trong bể (g/m3) = 6 kg/m3 Lượng bùn chứa trong 1 bể lắng (kg) Lượng bùn cần thiết trong 1 bể thổi khí (kg) 4.7.3 Thời Gian Lưu Nước Trong Bể Lắng Dung tích bể lắng (m3) Nước đi vào bể lắng (m3/h) Thời gian lắng (h) Đường kính buồng phân phối trung tâm Ta chọn d = 0,25D (buồng phân phối có đường kính d = 0,25 – 0,3 đường kính bể; Lai, 2000) (m) Diện tích buồng phân phối trung tâm (m2) Diện tích vùng lắng của bể (m2) Đường kính loe = 1,35Dtrung tâm = 1,355,5 = 7,425 (m) Đường kính tấm hắt = 1,3Dloe = 1,37,425 = 9,625 (m) Góc nghiêng giữa tấm hắt so với phương ngang là 17o, Diện tích tiết diện ướt ống trung tâm (m2) Đường kính ống trung tâm (m) Bảng 4.12 Các thông số thiết kế bể lắng đợt 2 STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Diện tích mỗi bể lắng m2 411 2 Số bể lắng đơn nguyên 3 3 Đường kính bể lắng m 22 4 Đường kính buồng phân phối nước vào m 5,5 5 Đường kính máng thu nước m 17,6 6 Chiều dài máng thu m 55,3 7 Tải trọng thu nước m3/m2.ngđ 198,4 8 Tải trọng bùn kg/m2.h 4,76 9 Chiều cao bể m 4 10 HRT của bể lắng 2 h 2,52 4.8 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ TIẾP XÚC 4.8.1 Khử Trùng Nước Thải Bằng Clo Sau các giai đoạn xử lý: cơ học, sinh học…, song song với việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn quy định thì số lượng vi trùng cũng giảm đáng kể. Tuy nhiên thì lượng vi trùng vẫn còn cao và theo nguyên tắc bảo vệ vệ sinh nguồn nước là cần giai đoạn thực hiện khử trùng nước thải. Để thực hiện việc khử trùng nước thải, ta có thể sử dụng các biện pháp như: Clo hóa, ozone hóa, khử trùng bằng tia UV….Ở đây ta chọn khử trùng bằng phương pháp Clo hóa vì phương pháp này rẻ tiền, đơn giản và hiệu quả có thể chấp nhận được. Lượng Clo cần thiết để khử trùng (kg/h) Trong đó: Ya: Lượng Clo hoạt tính cần để khử trùng, (kg/h) a: Hàm lượng Clo để khử trùng lấy đơn vị nước thải là 3 mg/l (Triết và cộng sự, 2006) Ta sử dụng 2 Clorator (1 công tác và một dự phòng) và cần hai bình chứa trung gian bằng thép để tiếp nhận Clo nước. Ở trạm khử trùng chứa Clo có đặc tính kỹ thuật như sau: Dung tích là 400 lít và có chứa 500 kg Clo Đường kính thùng là D = 820 mm Chiều dài thùng là L = 1070 mm Chiều dày của thùng là = 10 mm Lượng Clo lấy ra mỗi giờ từ 1 m2 diện tích mặt bên của thùng chứa là 3kg/h (Triết và cộng sự, 2006). Diện tích mặt bên của thùng chứa S = () 0,8 L = 3,14 820 0,8 1070 = 2,2 (m2) Lượng Clo có thể lấy ra trong 1 h q = 2,2 3 = 6,6 (kg/h) Số lượng thùng chứa Clo cần là: Ta chọn một thùng chứa và một thùng dự phòng. Số thùng chứa Clo dự trữ cho nhu cầu dùng Clo trong một tháng (thùng) 5 thùng Số thùng chứa Clo được cất giữ trong kho, kho được bố trí trong cùng trạm Cloratơ có từng ngăn độc lập. Lưu lượng nước Clo trong mỗi giờ (m3/h) b: Nồng độ Clo hoạt tính trong nước Clo (%), phụ thuộc vào nhiệt độ, chọn b = 0,15% Lượng nước tổng cộng cho nhu cầu của trạm Clorator Qn = (m3) Trong đó: Qh: Lưu lượng nước cần thiết để làm bốc hơi Clo, qh = 350 l/kg : Lưu lượng nước cần thiết để hòa tan 1g Clo, l nước/g Clo ở 300C (Triết và cộng sự, 2006). Nước Clo từ Clorator được dẫn đến máng xáo trộn bằng loại đường ống cao su mềm nhiều lớp, đường kính ống là 60 – 70 mm với vận tốc 1,5 m/s. 4.8.2 Tính Toán Máng Trộn Vách Ngăn Có Lỗ Chọn máng với 3 ngăn chứa nước. Đường kính lỗ d = 50 mm. Số lỗ trong mỗi ngăn (lỗ) Với Q: lưu lượng nước thải trung bình, m3/s v: tốc độ chuyển động của nước qua lỗ, v = 1,2 m/s Chọn số hàng lỗ theo chiều đứng nđ = 12 hàng và số hàng lỗ theo chiều ngang nn = 20 hàng. Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều ngang bằng 2d = 20,05 = 0,1 m. Khoảng cách giữa 2 lỗ ngoài cùng đến thành trong của máng trộn theo chiều ngang lấy bằng d = 0,05 m. Chiều ngang máng trộn (m) Khoảng cách giữa tâm các lỗ theo chiều đứng của vách ngăn thứ nhất (tính từ cuối máng trộn) cũng lấy 2d. Khoảng cách từ tâm lỗ hàng ngang cuối cùng đến đáy m