›
›

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải - Chương 4: Xử lý nước thải bằng phương sinh học - ThS. Lâm Vĩnh Sơn

pdf 62 trang phuongnguyen 4390
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải - Chương 4: Xử lý nước thải bằng phương sinh học - ThS. Lâm Vĩnh Sơn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_xu_ly_nuoc_thai_chuong_4_xu_ly_nuoc_thai.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải - Chương 4: Xử lý nước thải bằng phương sinh học - ThS. Lâm Vĩnh Sơn

  1. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Chương 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG SINH HỌC Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của VSV cĩ khả năng phân hố những hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ sau khi phân hố trở thành nước, những chất vơ cơ hay các khí đơn giản. Cĩ 2 loại cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: - Điều kiện tự nhiên. - Điều kiện nhân tạo. 4.1. CƠNG TRÍNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 4.1.1. Cánh đồng tưới cơng cộng và bãi lọc Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể. Như vậy, nước thải là một nguồn phân bĩn tốt cĩ lượng N thích hợp với sự phát triển của thực vật. Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là 5:1:2 = N:P:K. Nước thải CN cũng cĩ thể sử dụng nếu chúng ta loại bỏ các chất độc hại. Để sử dụng nước thải làm phân bĩn, đồng thời giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới cơng cộng và cánh đồng lọc. Nguyên tắc hoạt động : Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ cĩ oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hĩa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối cùng đến độ sâu ở đĩ chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hĩa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1.5m. Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi cĩ mực nước nguồn thấp hơn 1.5m so với mặt đất. Nguyên tắc xây dựng: Cánh đồng tưới và bãi lọc là những mảnh đất được san phẳng hoặc tạo dốc khơng đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ơ bằng các bờ đất. Nước thải phân bố vào các ơ bằng hệ thống mạng lưới phân phối gồm : mương chính, máng phân phối và hệ thống tưới trong các ơ. Nếu khu đất chỉ dùng xử lý nước thải, hoặc chứa nước thải khi cần thiết gọi là bãi lọc. Cánh đồng tưới, bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi cĩ độ dốc tự nhiên, cách xa khu dân cư về cuối hướng giĩ. Xây dựng ở những nơi đất cát, á cát, cũng cĩ thể ở nơi đất á sét, nhưng với tiêu chuẩn tưới khơng cao và đảm bảo đất cĩ thể thấm kịp. Diện tích mỗi ơ khơng nhỏ hơn 3 ha, đối với những cánh đồng cơng cộng diện tích trung bình các ơ lấy từ 5 đến 8 ha, chiều dài của ơ nên lấy khoảng 300-1500 m, chiều rộng lấy căn cứ vào địa hình. Mực nước ngầm và các biện pháp tưới khơng vượt quá 10 -200 m. Trang 95
  2. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Cánh đồng tưới cơng cộng và cánh động lọc thường xây dựng với i~0,02 Sơ đồ cánh đồng tưới 1. Mương chính và màng phân phối; 2. Máng, rãnh phân phối trong các ơ; 3. Mương tiêu nước; 4. Ống tiêu nước; 5. Đường đi Khoảng cách vệ sinh phụ thuộc vào cơng suất: + Đối với bãi lọc: - l=300m; Q=200-5000 m3/ng.đ - l=500m; Q=5000-50000 m3/ng.đ - l=1000m; Q>50000 m3/ng.đ + Đối với cánh đồng tưới - l=200m; Q=200-5000 m3/ng.đ - l=400m; Q=5000-50000 m3/ng.đ - l=1000m; Q>50000 m3/ng.đ Mạng lươí tưới bao gồm: + Mương chính + Mương phân phối + Hệ thống mạng lưới tưới trong các ơ + Hệ thống tiêu nước (nếu nước khơng thấm đất) . ( Chiều sâu ống tiêu: 1,2-2m) Kích thước các ơ phụ thuộc vào địa hình + Cánh đồng tưới: STB = 5-8 ha R ⎛⎞11 = ⎜⎟− D ⎝⎠48 + Đối với bãi lọc thì nhỏ hơn + Tuy nhiên chiều dài ơ: D = 300-1500 ; R = 100-200 Để xác định diện tích của cánh đồng tưới người ta phân biệt các loại tiêu chuẩn: 1- T/C tướiTB ngày đêm (m3/ng.đ.ha.năm) 2- T/C tưới theo vụ (lượng nước tưới trong suốt t/g một vụ). 3- T/C tưới 1 lần (lượng nước tưới 1 lần). Trang 96
  3. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 4- T/C tưới bĩn (lượng nước cho 1 loại cây trồng xuất phát từ khả năng bĩn của nước thải). Diện tích thực dụng của cánh đồng tưới, bãi lọc: Q Ftd = (ha) qo Với: + qo: T/C tưới nước lấy theo các bảng sau Tiêu chuẩn tưới đối với cánh đồng cơng cộng to TB năm của Tiêu chuẩn tưới ((m3/ha.ng.đ) Loại cây trồng KK Á sét Á cát Cát Vườn 45 60 80 6-9,5oC Đồng 25 30 40 Vườn 60 70 85 9,5-11oC Đồng 30 35 45 Vườn 70 80 90 11-15 oC Đồng 35 40 45 Loại cây trồng T/C tưới (m3/ha) Bắp cải sớm và xúp lơ 2500-6300 Bắp cải muộn 5000-7000 Cà chua 4000-4500 Củ cải 3000-6500 Khoai tây 1800-2500 Hành tỏi, rau thơm 5000-10000 T/C phụ thuộc mực nước ngầm 1.5m 2.0m 3.0m 6-11oC 70 75 85 A sét 11-15 oC 80 85 100 6-11oC 160 130 235 Cát 11-15 oC 180 210 350 Mỗi cánh đồng cĩ một vùng đất dự trữ Q qo Fdt = α = α Ftd qdt qdt Với: q + ( o = 0.3-0.5) qdt + α: hệ số kể đến việc lượng nước thải ở khu vực dự trữ luơn nhỏ hơn dự định và nĩ phụ thuộc vào to  t 10oC α = 0.5 Tổng diện tích của cánh đồng F = Fdt + Ftd + K(Fdt + Ftd) Với: Trang 97
  4. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn + K(Fdt + Ftd): phần cơng trình phụ, bờ chắn, kênh mương) + K = (0.15-0.25), thường K = 0.25 Vận tốc tưới: + h = 1.0 m v = 0.15-0.85m/s 0.2 + h ≠ 1.0 m v = voh  h: chiều sâu TB của dịng chảy (m).  vo: vận tốc khi chiều sâu dịng chảy h = 1m. Độ dốc: I = 0.001-0.0005 Lưu lượng tính tốn cho mạng lưới ơ: Ftd.m mFtd.1000 q = t = t.3600 (l/s) Với: + m: T/C tưới cho loại cây chủ yếu + t: t/g tưới Lưu lượng nước tính tốn tiêu nước: αqoT 3 qt = t (m /ha.ng.đ) Với: 3 + qo: T/C tưới (m /ha.ng.đ) + T: t/g giữa các lần tưới trong ngày (h). + t: t/g tiêu nước (0.4-0.5)T Vì nước khơng đồng đều nên nhân thêm hệ số n (=1.5): 1000 qmt = qt.n.86400 (l/s.ha) (modun dịng chảy tiêu nước) Lưu lượng tính cho 1 ống: q1 = F1. qm.t (F1: diện tích phục vụ) bl F1 = 10000 (ha) Với: + b: khoảng cách giữa các ống tiêu nước. + l: chiều dài ống tiêu. 2 k l = 629(H-h) p Với: + H: chiều sâu chân cống + h: chiều sâu của lớp đất cần tiêu nước + k: hệ số thấm Kích thước hạt đất Loại đất Hệ số thấm (cm/s) (mm) Cát 1.22-0.12 1-0.01 A cát 0.12-0.076 0.01-0.004 Trang 98
  5. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn A sét 0.076-0.038 0.004-0.001 Sét thấm nước 0.038 0.001 + P: chiều cao lớp nước tiêu đi trong ngày h αqoT H P = t.1000 ho b 4.1.2. Cánh đồng tưới nơng nghiệp: Từ lâu người ta cũng đã nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bĩn để tưới lên các cánh đồng nơng nghiệp ở những vùng ngoại ơ. Theo chế độ nước tưới người ta chia thành 2 loại: - Thu nhận nước thải quanh năm - Thu nước thải theo mùa Khi thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mưa người ta lại giữ trữ nước thải trong các đầm hồ (hồ nuơi cá, hồ sinh học, hồ điều hịa, ) hoặc xả ra cánh đồng cỏ, cánh đồng trồng cây ưa nước hay hay vào vùng dự trữ. Chọn loại cánh đồng nào là tùy thuộc vào đặc điểm thốt nước của vùng và loại cây trồng hiện cĩ Trước khi đưa vào cánh đồng , nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát hoặc bể lắng. Tiêu chuẩn tưới lấy thấp hơn cánh đồng cơng cộng và cĩ ý kiến chuyên gia nơng nghiệp. b 4.1.3. Hồ sinh học: Cấu tạo: Hồ sinh vật là các ao hồ cĩ nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, cịn gọi là hồ oxy hĩa, hồ ổn định nước thải, Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hĩa sinh hĩa các chất hữu cơ nhờ các lồi vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hĩa từ khơng khí để oxy hĩa các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hĩa các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ khơng được thấp Trang 99
  6. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn hơn 60C. Theo quá trình sinh hĩa, người ta chia hồ sinh vật ra các loại:hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tùy nghi. Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình làm sạch của hồ. Ngồi việc xử lý nước thải cịn cĩ nhiệm vụ: + Nuơi trồng thuỷ sản. + Nguồn nước để tưới cho cây trồng. + Điều hồ dịng chảy. Cĩ các loại sau đây: + Hồ kỵ khí. + Hồ kỵ hiếu khí + Hồ hiếu khí. 4.1.3.1_ Hồ kỵ khí a/ Đặc điểm o Dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng bằng PP sinh học tự nhiên dựa trên sự phân giải của VSV kỵ khí. o Chuyên dùng xử lý nước thải CN nhiễm bẩn. o Khoảng cách vệ sinh (cách XN thực phẩm): 1.5-2 km. o Chiều sâu: h = 2.4-3.6.m b/ Tính tốn: chủ yếu là theo kinh nghiệm o Skỵ khí = (10-20%) Skỵ hịếu khí o t/g lưu + Mùa hè: 1.5 ngày + Mùa đơng: > 5 ngày o E% BOD + Mùa hè: 65-80% + Mùa đơng: 45-65% c/ Lưu ý o Hồ cĩ 2 ngăn để dự phịng (tháo bùn, ) o Cửa cho nước thải vào phải đặt chìm o S 0.5 ha: bổ sung thêm o Cửa lấy nước thiết kế giống thu nước bề mặt. 4.1.3.2_ Hồ kỵ hiếu khí: thường gặp Trong hồ xảy ra 2 quá trình song song + Oxy hố hiếu khí. + Phân hủy metan cặn lắng. Cĩ 3 lớp: + Hiếu khí + Trung gian + Kỵ khí Nguồn oxy cấp chủ yếu là do quá trình quang hợp rong tảo. Quá trình kỵ khí ở đáy phụ thuộc vào to. Chiều sâu của hồ kỵ hiếu khí: 0.9-1.5 m. TÍNH TỐN 1/ Chiều sâu của hồ: 0.9-1.5 m D 1 2 2/ Tỷ lệ chiều dài và rộng: R = (1 : 1) 3/ Vùng cĩ giĩ: S rộng ; Vùng ít giĩ: Hồ cĩ nhiều ngăn 4/ Nếu đáy dễ thấm phủ lớp đất sét S = 15 cm Trang 100
  7. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 5/ Bờ hồ cĩ mái dốc: + Trong (1:1 – 1.5:1) + Ngồi (2:1 – 2.5:1) 6/ Nên trồng cỏ dọc hồ (cách mặt taly và đáy 30 cm phải gia cố bê tơng). 7/ Cấu tạo cửa vào và cửa ra: Ố ẫ ng d n nước Mực nước Hố Ống dẫn nước Mực nước Hố 1 Tấm ngăn nổi Ong dẫn nước ra 8/ Hiệu quả xử lý L 1 E = t = La 1 + ktt Với: + La: BOD5 nước thải (mg/l) + Lt: BOD5 đã xử lý + t: t/g lưu nước thải o + kt: Hệ số phụ thuộc vào t (T - 20) kt =k20 . C k20 = (0.5-1): nước thải sinh hoạt k20 = (0.3-2.5): nước thải CN C = (1.035-1.074): hồ tự nhiên C = (1.045): tiếp khí nhân tạo T: nhiệt độ hồ (oC) 9/ Thời gian lưu nước: L - L t = a t kt.Lt Trang 101
  8. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn (1.8T + 32) 10/ Tải lượng BOD5: BOD5 = 11.2(1.054) 4.1.3.3. Hồ hiếu khí: Oxy hố các chất HC nhờ VSV hiếu khí. Cĩ 2 loại: a/ Hồ làm thống tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán khơng khí qua mặt nước và quang hợp của các thực vật. Chiều sâu của hồ: 30-50 cm. Tải trọng BOD: 250-300 kg/ha.ngày. t/g lưu nước: 3-12 ngày. Diện tích hồ lớn. b/ Hồ làm thống nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén, máy khuấy, Chiều sâu: h = 2-4.5 m. Tải trọng BOD: 400 kg/ha.ngày. Thời gian lưu: 1-3 ngày. Tuy nhiên hoạt động như hồ kỵ hiếu khí. Ví dụ áp dụng: Tính hồ sinh học cho cơng trình xử lý nước thải khu đơ thị với các số liệu cho sau đây:  Các số liệu đầu vào để tính tốn: Lưu lượng trung bình của nước thải trong ngày đêm: Q = 2988,6 m3/ngđ; Hàm lượng chất lơ lửng: 52,5 mg/L; Hàm lượng NOS20 sau xử lý: 140 mg/L; Nhiệt độ của nước thải: 250C.  Số liệu đầu ra cần đạt: Hàm lượng chất lơ lửng ≤ 25 mg/L Hàm lượng NOS20 ≤ 70 mg/L Chọn hồ sinh học hiếu khí hai bậc với làm thống tự nhiên để tính tốn thiết kế. Phương pháp tính tốn dựa theo TCXD-51-84, phụ lục E, mục 6. a. Tính tốn hồ sinh học bậc I: Giả sử rằng hiệu quả xử lý nước thải ở hồ sinh vật bậc I đạt 30%. Như vậy, hàm lượng NOS20 của nước thải ra khỏi hồ bậc I sẽ là 140 x 70% = 98 mg/L. Thời gian lưu nước tại hồ bậc I được tính theo cơng thức: 1 La 1 140 t1 = lg = lg = 3,5 ngày đêm α1K1 Lt 0,35× 0,1258 98 Trong đĩ: α1 : Hệ số sử dụng thể tích hồ: chọn tỉ lệ B:L = 1:1 - 1:3, α1 = 0,35; 0 K1 : Hằng số nhiệt độ, ứng với nhiệt độ nước thải ở hồ bậc I là 25 C, ta cĩ: (25−20) K1 = 0,1×1,047 = 0,1258; La : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc I; Lt : Hàm lượng NOS20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II.  Thể tích hồ bậc I được tính theo cơng thức: tb 3 W1 = Qngd ×t1 = 2988,6×3,5 ≈10460 m  Diện tích mặt thống của hồ bậc I được tính theo cơng thức: Trang 102
  9. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn tb Qngd ×C p × (La − Lt ) 2988,6×8,58× (140 − 98) 2 F1 = = ≈ 74279 m a × ()C p − C0 ×Tr 0,9× ()8,58 − 5 × 4,5 Trong đĩ: Cp : Lượng oxy hịa tan tương ứng với nhiệt độ của nước trong hồ, lấy Cp = 8,58 mg/L; C0 : Hàm lượng oxy hịa tan trong nước ra khỏi hồ, lấy = 5 - 6 mg/L; La : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc I; Lt : Hàm lượng NOS20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II; Tr : Độ hịa tan tự nhiên của khơng khí vào nước ứng với độ thiếu hụt oxy bằng 1, lấy 3 3 bằng 4 - 6 g/m .ngđ, chọn Tr = 4,5 g/m .ngđ; a : Hệ số đặc trưng tính chất bề mặt của hồ: Khi bờ hồ khúc khuỷu, a = 0,5 - 0,6; Khi bờ hồ bình thường, a = 0,8 - 0,9, lấy a = 0,9.  Chọn thiết kế hồ sinh học bậc I gồm 4 đơn nguyên, ta tính được kích thước mỗi hồ sinh học bậc I trên mặt bằng được chọn như sau: 74279 L × B = ≈18570 =150m×125m 1 1 4  Chiều sâu lớp nước của hồ sinh vật bậc I: W1 10460 H1 = = = 0,56 m F1 18570 b. Tính tốn hồ sinh học bậc II:  Thời gian lưu nước tại hồ bậc I được tính theo cơng thức: 1 Lt 1 98 t2 = lg = lg =1,6 ngày đêm α 2 K 2 Lr 0,8×0,1148 70 Trong đĩ: α 2 : Hệ số sử dụng thể tích hồ, α 2 = 0,8 ứng với tỉ lệ B : L đến 1 : 30; 0 K2 : Hằng số nhiệt độ, ứng với nhiệt độ nước thải ở hồ bậc II là 23 C, ta cĩ: (23−20) K 2 = 0,1×1,047 = 0,1148 ; Lt : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc II; Lr : Hàm lượng NOS20 cần đạt sau xử lý.  Thể tích hồ bậc II được tính theo cơng thức: tb 3 W2 = Qngd ×t2 = 2988,6×1,6 ≈ 4755 m  Diện tích mặt thống của hồ bậc I được tính theo cơng thức: tb Qngd ×C p × (Lt − Lr ) 2988,6×8,58× (98 − 70) 2 F2 = = ≈ 49520 m a × ()C p − C0 ×Tr 0,9× ()8,58 − 5 × 4,5  Chọn thiết kế hồ sinh học bậc II gồm 2 đơn nguyên, ta tính được kích thước mỗi hồ sinh học bậc II trên mặt bằng được chọn như sau: Trang 103
  10. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 49520 L × B = ≈ 24760 = 160m×155m 2 2 2  Chiều sâu lớp nước của hồ sinh vật bậc II: W2 4755 H 2 = = ≈ 0,2 m F2 24760 4.2. CƠNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC NHÂN TẠO 4.2.1. Bể lọc sinh học (Bể Biophin)( cĩ lớp vật liệu khơng ngập nước) CHI TIẾT THÁP LỌC SINH HỌC CẦU THANG 800 CHI TIẾT 1 DÀN PHÂN PHỐI NƯỚC 3125 VẬT LIỆU LỌC 0 4000 0 0 7 GIÁ ĐỠ VẬT LIỆU LỌC 7000 600 400 3000 300 350 150 CỘT 300 x 300 mm 500 500 50 60 0 0 100 A - A 0 500 7 4000 15000 7000 3000 230 150 750 230 150 300 300 150 300 4753 4754 4753 300 750 300 4753 CỘT 300*300 CHI TIẾT 1 2000 DÀN ỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC Ở 4 GÓC THÁP 300 NƯỚC VÀO CỬA NƯỚC RA TỈ LỆ 1:2 THANG THĂM CÁCH BỐ TRÍ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC 30 1000 4754 17260 15460 1000 A A 1000 300 1000 500 1000 1000 4753 ỐNG NƯỚC TUẦN HOÀN TỪ MÁY ÉP BÙN 1000 1000 300 VẬT LIỆU LỌC 230 BỂ TUẦN HOÀN 1000 TỈ LỆ 1:15 750 2000 850 150 300 100 300 ỐNG SỤC KHÍ 1000 1500 1500 1000 300 300 600 1200 1000 300 19300 300 CỬA NƯỚC QUA BỂ AEROTEN 1000 CỬA NƯỚC TUẦN HOÀN LẠI HỐ BƠM SINH HỌC MẶT BẰNG 1000 1000 7000 1000 1000 2020 3980 1000 200 50 50 150 50 TRƯỜNG ĐHDL KTCN TP. HỒ CHÍ MINH 100 KHOA MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 20 TỶ LỆ : 1:80 NGHIÊN CỨU CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG KHU CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM - SINGAPORE CÁCH SẮP XẾP VẬT LIỆU LỌC SỐ BẢN VẼ : 15 CHI TIẾT ỐNG QUAY PHÂN PHỐI NƯỚC GVHD GV KS. LÂM VĨNH SƠN BẢN VẼ SỐ : 11 THÁP LỌC TL 1:10 CNBM GS TS. LÂM MINH TRIẾT SINH HỌC THÁNG 12 - 2004 SVTH NGUYỄN KHA TUẤN Lọc sinh học cĩ vật liệu khơng ngập nước Cấu tạo: cĩ vật liệu tiếp xúc khơng ngập nước. - Các lớp vật liệu cĩ độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu cĩ thể). - Nước thải được phân phối đều. - Nước thải sau khi tiếp xúc VL tạo thành các hạt nhỏ chảy thành màng nhỏ luồng qua khe hở VL lọc. - Ở bề mặt VL lọc và các khe hở giữa chúng các cặn bẩn được giữ lại tạo thành màng _ Màng sinh học. - Lượng oxy cần thiết để cấp làm oxy hố chất bẩn đi từ đáy lên. - Những màng VS đã chết sẽ cùng nước thải ra khỏi bể được giữ ở bể lắng 2. Vật liệu lọc: - Cĩ diện tích bề mặt/đvị diện tích lớn - Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60-100 mm) - HVL = 1.5-2.5 m. - Nhựa đúc sẵn PVC được sử dụng rộng rãi ngày nay HVL = 6=9 m. Hệ thống phân phối nước: - Dàn ống tự động qua (bể trộn, tháp lọc). - Dàn ống cố định (lọc sinh học nhỏ giọt) cao tải. Trang 104
  11. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Khoảng cách từ vịi phun đến bề mặt VL: 0.2-0.3 m. Sàn đỡ và thu nước: cĩ 2 nhiệm vụ: - Thu đều nước cĩ các mảnh vở của màng sinh học bị trĩc. - Phân phối đều giĩ vào bể lọc để duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng. - Sàn đỡ bằng bê tơng và sàn nung - Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0.6-0.8 m, i = 1-2 % Phân loại bể lọc sinh học: Thơng số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trọng cao Chiều cao lớp VL m 1-3 0.9-2.4 (đá) 6-8 (nhựa tấm) Loại VL Đá cục, than cục, Đá cục, than, đá đá ong, ong, nhựa đúc. 3 Tải trọng theo chất HC Kg BOD5/1 m .ngày 0.08-0.4 0.4-1.6 Tải trọng thuỷ lực theo diện m3/m2.ngày 1-4.1 4.1-40.7 tích bề mặt Hiệu quả BOD % 80-90 65-85  TÍNH TỐN 1/ Hiệu quả khử BOD: E = (%) Với: + W: tải trọng BOD của bể lọc (kg/ngày) W = Q (So – S) (S: 14 - 15 mg/l) + V: thể tích VL lọc So - S 3 V1 = CO : thể tích / 1m nước o  6 10 C: CO = 300 o t1 0  tkk ≠ 10 C: CO = 30 10 C (CO: cơng suất oxy hố (g/m3.ng.đ) ) V = V1Q + F: thơng số tuần hồn nước 1+R F = R 2 (1 + 10) QT R = Q : Hệ số tuần hồn 2/ Xác định lại thể tích VL lọc theo hiệu suất Eo 100 Eo = Giải PT Vmới 0.4333 2 W 1 + 1 - E VF 4/ Diện tích bể lọc: Trang 105
  12. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn V S = H 5/ Đường kính bể lọc 4S D = ∏ Nếu Hình chữ nhật: S = DxR 6/ Tải trọng thuỷ lực: Q + QT a = S 7/ Tải trọng chất HC W 3 b = V (kg BOD / 1 m .ngày) 8/ Lượng khí cấp: f WKK = 21 Với: + f: lượng BOD20 nước thải + 21: tỷ lệ oxy khơng khí  Các cơng thức tính tải trọng trên áp dụng tính bể lọc sinh học là đá cục, sỏi, (60-100 mm); HVL = 0.9-2.5 m.  Đối với bể lọc sinh học cĩ lớp vật liệu là các tấm nhựa gấp nếp, HVL = 4-9 m: tháp sinh học. 1/ Tải trọng: 2 Co = P.H.KT/η (g BOD5 / m .ngày) Với: + H: chiều cao vật liệu lọc + P: độ rỗng lớp VL (%). o + KT: hằng số nhiệt độ ( C) T – 20 T – 20 KT = K20 . 1,047 = 0,2 . 1,047 + η: phụ thuộc BOD5 đầu ra. S (mg/l) 10 15 20 25 30 35 40 45 η 3.3 2.6 2.25 2 1.75 1.6 1.45 1.3 2/ Tải trọng thuỷ lực tính bằng (m3 NT/m3 TTVL lọc) qo = Co . Fa/So Với: 2 3 + Fa: diện tích bề mặt VL lọc trên 1 đơn vị VL lọc (m /m ) + So: BOD5 vào 4/ Thể tích VL lọch Q W = qo Trang 106
  13. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 10.2.2._ Bể lọc sinh học cĩ lớp VL ngập trong nước thải CHI TIẾT BỂ LỌC SINH HỌC LAN CAN ỐNG DẪN NƯỚC THẢI VÀO Þ90 ỐNG DẪN KHÍ CHÍNH Þ168 MÁNG CHẢY TRÀN ỐNG DẪN NƯỚC THẢI RA Ø250 500 500 ỐNG DẪN KHÍ NHÁNH Þ60 CẦU THANG 3000 3000 VẬT LIỆU BÁM DÍNH ± 0.00 ±0.00 ±0.00 2000 2200 CHI TIẾT 1 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 200 200 200 200 31000 200 200 500 1000 500 500 1000 500 500 1000 500 200 200 200 200 200 ỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC THẢI ĐỤC LỖ Þ42 MẶT CẮT B-B R60 MẶT CẮT A-A B CHI TIẾT 2 ỐNG DẪN NƯỚC THẢI VÀO Þ90 VẬT LIỆU BÁM DÍNH 200 200 20 60 20 300 ỐNG DẪN NƯỚC THẢI RA Ø250 CHI TIẾT 1 (TỶ LỆ 20/1) A CHI TIẾT 2 (TỶ LỆ 20/1) CHÂN ĐẾ ĐỠ ỐNG DẪN KHÍ A 6000 ĐĨA SỤC KHÍ 2000 CHI TIẾT 3 D20 1000 1000 1000 Þ42 200 200 B CHI TIẾT BÓ VẬT LIỆU BÁM DÍNH CHI TIẾT 3 (ỐNG PVC RUỘT GÀ Þ34) (ỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC Þ42 ĐỤC LỖ) MẶT BẰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SO Ð? KHƠNG GIAN M?NG LU? I PHÂN PH? I KHÍ KHOA MÔI TRƯỜNG - CNSH THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NUỚC THẢI SINH HOẠT TỶ LỆ 1:1 KHU DÂN CƯ TÂN QUY ĐÔNG-QUẬN 7 SỐ BẢN VẼ: 11 SVTH NGUYỄN CÔNG HANH BẢN VẼ SỐ: 08 CHI TIẾT BỂ LỌC SINH HỌC GVHD Th.s. LÂM VĨNH SƠN 12 / 2007 Lọc sinh học cĩ lớp vật liệu ngập trong nước nước BOD + NH + O Tế bào VS (C5H7NO2) + O2 + H2O 3 2 O 2 NH3 + CO2 + H2O - - + O2 NO3 + O2 NO2 + -  Trong lớp VL lọc BOD bị khử và chuyển hố NH4 NO3  Khi tổn thất trong lớp VL lọc = 0,5 m đĩng van và xả cặn (30-40 giây)  Cường độ rửa lọc: 12-14 l/s.m2  TÍNH TỐN + BOD5 ≤ 500 + Tốc độ lọc ≤ 3m/h. + dhạt = 2-5 mm. + Hiệu quả lọc: So αF+β K = S = 10 Với: 0,6 0,4 - F: chuẩn số : F = H.B .KT/q Trong đĩ: Trang 107
  14. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn T –20  KT = 0,2 x 1,047  T (oC): nhiệt độ nước thải  H: chiều cao lớp VL lọc  B: lưu lượng đơn vị của KK: 8 –12 (m3 KK / 1 m3 nước thải) - q: tải trọng thuỷ lực (20-80 m3/m2.ng). - α, β: phụ thuộc vào qđvị của KK, vào F B F α β ≤ 0.662 1.51 0 8 ≤ 0.662 0.47 0.69 ≤ 0.85 1.2 0.13 10 ≤ 0.85 0.4 0.83 ≤ 1.06 1.1 0.19 12 ≤ 1.06 0.2 1.15 Bài tập áp dụng 1. Tính tốn bể lọc sinh học cĩ lớp vật liệu ngập nước - BOD5 = 190 mg/l - Tốc độ lọc ≤ 3m/h. - dhạt = 2-5 mm. - Hiệu quả lọc: So αF+β K = S = 10 Trong đĩ: So : Nồng độ BOD5 đầu vào bể lọc sinh học, So = 190 mg/l S : Nồng độ BOD5 đầu ra bể lọc sinh học H × B 0.6 × K 2×100.6 × 0.251 F : Chuẩn số : F = vl = = 0.418 q 0.4 500.4 T –20 (25 - 20) KT = 0.2 x 1.047 = 0.2 x 1.047 = 0.251 T (oC): Nhiệt độ nước thải, T = 25oC Hvl : Chiều cao lớp vật liệu lọc, Hvl = 1.5 - 2m, Chọn Hvl = 2m B: Lưu lượng đơn vị của khơng khí: 8 – 12 (m3 khơng khí /m3 nước thải). Chọn B = 10 (m3 khơng khí /m3 nước thải) q: Tải trọng thuỷ lực (20-80 m3/m2.ng), chọn q = 50 (m3/m2.ng) α, β: Phụ thuộc vào qđơnvị của khơng khí và chuẩn số F. Chọn α = 1.51, β = 0 B F α β ≤ 0.662 1.51 0 8 ≤ 0.662 0.47 0.69 ≤ 0.85 1.2 0.13 10 ≤ 0.85 0.4 0.83 ≤ 1.06 1.1 0.19 12 ≤ 1.06 0.2 1.15 S 0 = 10αF +β S S 190 => S = 0 = = 19 mg/l 10αF +β 101.51×0.662 - Thể tích bể lọc sinh học: Trang 108
  15. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn ()S − S × Q Ngày W = 0 TB NO Trong đĩ: So : Nồng độ BOD5 đầu vào bể lọc sinh học, So = 190 mg/l S : Nồng độ BOD5 đầu ra bể lọc sinh học, S = 13.45 mg/l Ngày Ngày 3 QTB : Lưu lượng trung bình ngày đêm, QTB = 1200 m /ngàyđêm 3 NO : Năng lực oxy hĩa của bể lọc, NO = 550 gO2/m .ngàyđêm (Xử lý nước thải đơ thị và cơng nghiệp – Lâm Minh Triết) ()190 −19 ×1200 W = = 373 m3 550 - Diện tích hữu ích của bể lọc sinh học: W F = H vl × n Trong đĩ: n : So ngăn của bể lọc sinh học. Chọn n = 1 373 F = = 186.5 m2 2×1 Chọn chiều dài của bể D = 31m, chiều rộng R = 6m - Chiều cao phần đáy h1 = 0.5 m - Chiều cao lớp vật liệu Hvl = 2 m - Chiều cao dành cho vật liệu dãn nở h2 = 1 m - Chiều cao phần chứa nước rửa h3 = 1 m - Chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m Tổng chiều cao bể lọc: H = Hvl + h1 + h2 + h3 + hbv = 2 + 0.5 + 1 + 1 + 0.5 = 5 m * Lượng khí cần thiết - Lưu lượng khơng khí cần cung cấp cho bể điều hịa: h Lk = B × Qmax Trong đĩ: B: Lưu lượng đơn vị của khơng khí: 8 –12 (m3 khơng khí /m3 nước thải). Chọn B = 10 (m3 khơng khí /m3 nước thải) h h 3 Qmax : Lưu lượng giờ lớn nhất, Qmax = 83 m /h 3 Lk = 10×83 = 830 m /h Chọn hệ thống cung cấp khí bằng ống thép, phân phối khí bằng đĩa sục khí, được phân bố dọc theo chiều dài bể cách nhau 1m. Như vậy cĩ tất cả 30 ống. - Lưu lượng khí trong mỗi ống: Lkhí 830 3 qống = = = 83 m /h 10 10 Trong đĩ: Vận tốc khí trong ống 10 – 15 m/s. Chọn vống = 10 m/s - Đường kính ống chính: 4× Lkhí 4×830 Dơng = = = 0.171 m = 171 mm π × vơng × 3600 π ×10× 3600 Chọn ống chính Dống =φ 168 mm. Trang 109
  16. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Đường kính ống nhánh: 4× qơng 4×83 d ơng = = = 0.54 m = 54 mm π × vơng × 3600 π ×10× 3600 Chọn ống phân phối khí cĩ dống =φ 60 mm. - Chọn dạng đĩa xốp: Đường kính : d = 300 mm Diện tích bề mặt : f = 0.07 m2 Cường độ khí 200 l/phút.đĩa = 3.33 l/s - Số lượng đĩa phân phối trong bể : L 830×1000 Đ = k = = 69.23 3.33 3.33× 3600 => Số lượng đĩa: chọn Đ = 90 đĩa - Bố trí hệ thống sục khí: Chiều rộng :B = 6 m Chiều dài : D = 31 m Số lượng đĩa 90 đĩa chia làm 30 hàng, mỗi hàng 3 điã được phân bố đều cách mặt sàn của bể 1x2 m, cách mặt sàn 0.2 m - Xác định cơng suất thổi khí: 34400× (p 0.29 −1)× L W = khí 102× n 3 Trong đĩ: Lkhí: Lưu lượng khí cần cung cấp. Lkhí = 0.23 (m /s) n: Hiệu suất máy bơm: Chọn n = 75% p: Ap lực của khơng khí nén 10.33 + H 10.33 + 5.4 p = d = = 1.52 (atm) 10.33 10.33 Trong đĩ: Hd = hd + hc + hf + H hd: Tổn thất do ma sát hc: Tổn thất cục bộ ống hd + hc ≤ 0.4 ⇒ Chọn hd + hc = 0.4 hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối khí. hf ≤ 0.5 ⇒ Chọn hf = 0.5 H: Chiều cao hữu ích của bể, H = 4.5 m ⇒ Hd = 0.4 + 0.5 + 4.5 = 5.4 m Vậy cơng suất thổi khí là: 34400× ()1.520.29 −1 × 0.23 W = = 13.35 (KW/h) 102× 0.75 - Cơng suất thực của máy thổi khí: Ntt = 1.2 x W = 1.2 x 13.35 = 16 KW/h Vậy chọn 2 máy thổi khí cĩ cơng suất 18 KW / h. Hai máy chạy luân phiên nhau cung cấp khí cho 2 bể điều hịa và bể lọc sinh học Tĩm tắt kích thước bể lọc sinh học: Ký hiệu Kích thước D x R x (H + hbv) 31m x 6m x (4.5m + 0.5) Cơng suất máy sục khí(W) 13.35 KW/h Trang 110
  17. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Bài tập ví dụ áp dụng 2. Tính bể lọc sinh học nhỏ giọt  Tính tốn theo tải trọng thủy lực:  Xác định hệ số K: L 1956,3 K = a = = 16,3 Lt 120 Trong đĩ: La : Lượng NOS20 trước khi đưa vào bể Biophin; Lt : Lượng NOS20 cần đạt sau xử lý tại bể. 3 2 Chọn tải trọng thủy lực q0 = 20 m /m .ngđ Với lý do: Khơng tuần hồn nước thải; Lượng khơng khí cấp vào nhỏ; Chiều cao cơng trình nhỏ; Diện tích cơng trình nhỏ. Ta chọn các số liệu như sau: B = 8 m3/m2.ngđ H = 3,5 m Với lưu lượng khơng khí đưa vào bể B = 8 m3/m2 nước thải Khi chiều cao cơng tác bể: H = 3,5 m; (tra bảng 7.5 Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD, 1975) ta cĩ hệ số K1 = 18,05 > K = 16,3 nên khơng cần tuần hồn nước thải.  Diện tích bể Biophin: Qtb ngd 2988,6 2 F = = =149,43 m q0 20 Trong đĩ: tb Qngd : Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm; q0 : Tải trọng thủy lực.  Thể tích của bể: W = F × H = 149,43× 3,5 ≈ 523 m3 Chọn số bể n = 4  Diện tích mặt bằng một bể: F 149,43 f = = = 37,36 m2 4 4  Đường kính bể: 4 f 4×37,36 D = = = 6,9 m π 3,14  Chiều cao xây dựng bể Biophin: H xd = H ct + h1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 3,5 + 0,4 +1+ 0,25 + 0,5 = 6,05 m Trong đĩ: Hct : Chiều sâu của lớp vật liệu lọc, Hct = 3,5 m; Trang 111
  18. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn h1 : Chiều sâu từ mặt nước trong bể đến lớp vật liệu lọc, h1 = 0,4 m; h2 : Chiều sâu khơng gian giữ sàn để vật liệu lọc và nền, h2 = 1 m; h3 : Độ sâu của máng thu nước chính, h3 = 0,25 m; h4 : Độ sâu của phần mĩng, h4 = 0,5 m; h5 : Chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến thành bể), h5 = 0,5 m. Cấu tạo của lớp vật liệu lọc gồm: Sỏi với cỡ đường kính hạt là 5 mm; Lớp lát sàn đỡ vật liệu lọc 0,2 m; Dùng sỏi với cỡ đường kính ≥ 6 - 10 mm.  Tính tốn hệ thống tưới phản lực: Bể Biophin thiết kế dạng hình trịn, phân phối nước bằng hệ thống tưới phản lực với các cánh tưới đặt cách lớp vật liệu lọc 0,2 m.  Lưu lượng tính tốn nước thải trên 1 bể Biophin cao tải: Q 67,45 q = max.s = = 16,86 L/s n 4  Đường kính hệ thống tưới: Dt = Db − 0,2 = 6,9 − 0,2 = 6,7 m Trong đĩ: 0,2 là khoảng cách giữa đầu ống tưới tới thành bể  Chọn 4 ống phân phối trong hệ thống tưới đường kính mỗi ống tưới được xác định theo cơng thức: 4.q 4×0,067 D = = = 0,16 m, chọn D = 200 mm 4.π.ν 4×3,14×0,8 Trong đĩ: v : Vận tốc chuyển động của nước trong ống; v ≤ 1 m/s, chọn v = 0,8 m/s.  Số lỗ trên mỗi ống tưới: 1 1 m = 2 = 2 ≈ 42 lỗ ⎡ 80 ⎤ ⎡ 80 ⎤ 1− 1− 1− 1− ⎢ ⎥ ⎢ 6700⎥ ⎣ Dt ⎦ ⎣ ⎦  Khoảng cách từ mỗi lỗ đến trục ống đứng là: D i r = t × i 2 m Trong đĩ: i là số thứ tự của lỗ kể từ trục cách tưới: 6700 1 r = × ≈ 517 mm i 2 42 6700 2 r = × ≈ 731 mm i 2 42  Số vịng quay của hệ thống trong: 34,8×106 34,8×106 n = 2 q0 = 2 4,215 = 3,62 vịng/phút m× d1 × Dt 42×12 ×6700 Trong đĩ: Trang 112
  19. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn d1 : Đường kính lỗ trên ống tưới d = 12 mm (theo Điều 6.14-20 TCXD-51-84); q : Lưu lượng mỗi ống tưới, q = 16,86 = 4,215 L/s 0 0 4  Áp lực cần thiết của hệ thống tưới: ⎛ 256.106 81.106 294.D ⎞ h = q 2 ⎜ − + t ⎟ 0 ⎜ 4 2 4 2 3 ⎟ ⎝ d1 .m d0 K .10 ⎠ ⎛ 256.106 81.106 294×6700 ⎞ h = 4,2152 ⎜ − + ⎟ = 240,13 mm = 0,24 m ⎜ 4 2 4 3 ⎟ ⎝12 × 42 200 300.10 ⎠ Trong đĩ: k : Mơđun lưu lượng lấy theo bảng: k = 300 (Tra bảng 7.5, Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD, 1974) Ta cĩ h= 0,24 m > 0,2 m ⇒ thỏa mãn áp lực yêu cầu để hệ thống tưới phản lực hoạt động được. 4.2.2. Bể Aerotank 4.2.2.1- Động học của qúa trình xử lý sinh học Để quá trình xử lý bằng PP sinh học xảy ra tốt thì cần thiết phải tạo điều kiện pH, nhiệt độ, . Lúc đĩ quá trình xử lý sẽ xảy ra.: a/ Tăng trưởng TB: Tốc độ tăng trưởng cĩ thể biểu diễn dx rt = μ.X = = μ.x (1) dt Với: 3 + rt: tốc độ tăng trưởng của VK.(g/m .s) + μ: tốc độ tăng trưởng riêng 1/s. + X: nồng độ bùn hoạt tính (g/m3) b/ Chất nền- giới hạn tăng trưởng Trong quá trình sinh trưởng chất nền (BOD) cấp liên tục quá trình tăng trưởng tuân theo định luật: S μ = μm (2) Ks + S Với: + μm: tốc độ tăng trưởng riêng max. + S: nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm tăng trưởng bị hạn chế (lúc số lượng chất nền chỉ cĩ giới hạn).(nồng độ cịn lại trong nước thải) + Ks: hằng số bán tốc độ (nĩi lên sự ảnh hưởng của nồng độ chất nền ở thời điểm: μmax μ = 2 μm.X.S Từ (1) và (2) rt = (3) Ks + S c/ Sự tăng trưởng TB và sử dụng chất nền Tiếp tục Các TB mới Hấp thụ chất nền Chất nền Oxy hố Chất VC và HC ổn định Trang 113
  20. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng và lượng chất nền được sử dụng: rt = -Y.rd (4) Với: 3 + rd: tốc độ sử dụng chất nền (g/m .s). + Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (mg/mg). Từ (3) và (4) μm.X.S K.X.S μm rd = = (Đặt K = ) (5) Y(Ks + S) Ks + S Y d/ Ảnh hưởng hơ hấp nội bào Sự giảm khối lượng của các TBào do chết và tăng trưởng chậm tỷ lệ với lượng vi sinh cĩ trong nước thải và gọi là phân huỷ nội bào (endogenous decay). rd = -Kd.X Với: + rd: (do phân hủy nội bào) sử dụng chất nền. + Kd:hệ số phân huỷ nội bào + X: nồng độ bùn hoạt tính. Do đĩ, tốc độ tăng trưởng thực: μm.X.S μm.S rt’ = - Kd.X = ( - Kd).X Ks + S Ks + S Hay rt’= -Yrd – Kd.X Tốc độ tăng trưởng riêng thực: S μ’ = μm. - Kd Ks + S - Tốc độ tăng sinh khối (bùn hoạt tính): rt' yb = rd 4.2.2.2- Nguyên lý làm việc của bể Aerotank Bể A được đưa ra và nghiên cứu rất lâu (từ 1887-1914 áp dụng). Bể A là cơng trình XL sinh học sử dụng bùn hoạt tính (đĩ là loại bùn xốp chứa nhiều VS cĩ khả năng oxy hố các chất hữu cơ). Thực chất quá trình xử lý nước thải bằng bể A vẫn qua 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: Tốc độ xoxy hố xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxy. + Giai đoạn 2: Bùn hoạt tính khơi phục khả năng oxy hố, đồng thời oxy hố tiếp những chất HC chậm oxy hố. + Giai đoạn 3: Giai đoạn nitơ hố và các muối amơn. Khi sử dụng bể A phải cĩ hệ thống cấp khí (hình vẽ theo tài liệu). 4.2.2.3- Phân loại bể Aerotant a/ Theo nguyên lý làm việc Bể A thơng thường: cơng suất lớn + Bể A xử lý sinh hố khơng hồn tồn (BOD20 ra ~ 60-80 mg/l) + Bể A xử lý sinh hố hồn tồn (BOD20 ra ~ 15-20). Trang 114
  21. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Bể A sức chứa cao: BOD20 > 500 mg/l. b/ Phân loại theo sơ đồ cơng nghệ A 1 bậc A 2 bậc c/ Cấu trúc dịng chảy A đẩy Nước vào Nước ra Bùn hoạt tính Khơng khí tuần hồn A trộn Bùn hoạt tính tuần hồn Nứơc từ bể lắng lần thứ nhất Khơng khí Nước ra khỏi bể A kiểu hỗn hợp. Nước từ bể lắng lần thứ nhất Nước ra Bùn hoạt tính tuần hồn Khơng khí d/ Theo PP làm thống Bằng khí nén Khuấy cơ học Thống kết hợp Quạt giĩ 4.2.2.4- Các dạng sơ đồ bể A  Sơ đồ 1 (áp dụng rộng rãi) A Lắng II Cặn dư Bùn hoạt tính - A một bậc, khơng cĩ ngăn phục hồi bùn - Thiết bị và quản lý đơn giản Trang 115
  22. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn  Sơ đồ 2 A Lắng II Bùn dư B.htínhh Ngăn phục hồi  Sơ đồ 3: A.1 Lắng II (1) A.2 Lắng II (2) Xả sự cố 4.2.2.5- Tính tốn bể a. Xác định cơng thức và xác định động học (nhắc lại ảnh hưởng của phân huỷ nội bào) rt’= -Yrd – Kd.X Tốc độ tăng trưởng riêng thực: S μ’ = μm. - Kd Ks + S Tốc độ tăng sinh khối: rt' yb = rd b. Lập các mơ hình tính tốn bể Aerotank, PƯ hiếu khí + Mơ hình mơ phỏng hồ (hình vẽ) MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM BÙN H OA ÏT TÍ N H IV I IV III IV V IV IV II VI + Thiết lập CT tính tốn các thơng số động học K, Ks μm.X.S K.X.S μm - Ta cĩ: rd = = (Đặt K = ) (theo 5) Y(Ks + S) Ks + S Y Trang 116
  23. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Mặc khác rd (Tỷ lệ lượng chất nền mất trong một đơn vị thời gian : hệ số phân ΔS S0 −S S0 −S hủy nội bào): rd = = = Q (6) ΔT θ V K.X.S S −S Từ 5 và 6 = 0 Ks + S θ Xθ K + S Hay = s S0 − S KS Xθ K 1 1 Hoặc = s . + S0 − S K S K - Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa Xθ/ (S0 – S) và 1/S Từ đĩ ta cĩ : y= ax + b ⎧ 1 1 b = ⇒ K = ⎪ K b ⇒ ⎨ K ⎪ S = a ⇒ K = a.K ⎩⎪ K S Kd và Y − Xo: lượng bùn hoạt tính trong nước thải. − So: chất nền trong nước thải. − Qv: lưu lượng nước thải vào. − QT: lưu lượng bùn. − X: nồng độ bùn sau khi hồ trộn. − S: nồng độ cịn lại sau khi ra khỏi bể (nồng độ chất nền). − Qr: lượng nước sau khi ra nguồn − Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng (ra khỏi bể ) − XT: bùn hoạt tính lắng xuống tuần − θ: thời gian lưu nước. − θc: tuổi bùn (thời gian lưu bùn). d − x : tốc độ thay đổi nồng độ bùn hoạt tính. dt − V: thể tích bể. − rt’: tốc độ tăng trưởng thực của bùn hoạt tính trong thời gian. Các PT cân bằng: Lượng bùn trong bể = Lượng bùn đi vào – Lượng bùn xả ra + Lượng bùn tăng lên trong bể sau thời gian lưu nước. dx .V = Qv.Xo – (Qxả.XT + Qr.Xr) + V(rt’) dt Giải phương trình vi phân trên khi : X0 = 0 , ổn định ; dx/dt = 0; rt’= -Yrd – Kd.X Qxả.XT + Qr.Xr rd Ta được V.X = YX - Kd Qxa X T + Qr X r 1 X thuc (Trong đĩ : : lượng bùn thực Xthực nghĩa là = X θC V Trang 117
  24. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 1 rd Do đĩ: = YX - Kd (*) θC ΔS S0 −S S0 −S Mặc khác : rd = = = Q thế vào * ta được : ΔT θ V 1 (S 0−S) = Y −K d θC θ X - Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa thơng số (S0 - S)/ (θ.X) và 1/θc Từ đĩ ta cĩ dạng: y = ax + b Kd = b Y = a + Thiết lập cơng thức tính thể tích bể Aerotank Cách 1 Từ phương trình 1 (S 0−S) = Y −K d θC θ X Q 1 Kết hợp : = V θ 1 YQ(S 0−S) = −K d Ta được : θC VX Q.Y.(S - S)θ V = o c X(1 + Kd. θc) Cách 2 + rd: Tốc độ sử dụng chất nền Q S - S r = - v (S – S) = - o d V o θ rd + Đặt: ρ = X : Tốc độ sử dụng chất nền tính cho 1 đơn vị khối lượng (g) bùn hoạt tính/đơn vị thời gian. rd Q So - S ρ = X = V X Q(S - S) V = o ρX Ngồi ra: F  Chỉ số quan trọng: lượng chất nền/khối lượng bùn hoạt tính (M ). Với: + F: food Trang 118
  25. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn + M: microorganism ratio F S = o M θX - Lưu ý: khi chọn lựa các thơng số cần lưu ý:  So ≤ 100: X ≤ 1500 mg/l  So = 100-150: X ≤ 1000 mg/l  So = 150-200: X ≤ 2800 mg/l  So > 200: X = 2800-4000 mg/l  Độ tro: Z = 0,3 c. Tính tốn thiết kế + Các thơng số đầu vào BOD5 QNT, So, f = COD , t, Sra, CODra, SS, Xo, % cặn HC(= a), X, Z, Xtuần hồn, Y, θc + Xác định hiệu quả xử lý: - Lượng cặn HC trong nước thải ra khỏi bể lắng: a.BOD5 ra = b. - Lượng cặn HC theo COD: 1,42.b.(1 –z) = c (1,42: mg O2 sdụng/md TBào phân huỷ) - Lượng BOD5 trong cặn ra khỏi bể: f.c = d - Lượng BOD5 hồ tan khỏi bể lắng: c = BOD5 cho phép – d  Hiệu quả xử lý theo COD: COD - (COD - c) E = vào ra CODvào  Hiệu quả xử lý theo BOD5: BOD - d E = 5 vào BOD5 vào  Hiệu quả xử lý BOD tồn bộ BOD - BOD E = vào ra BODvào + Thể tích bể Q.Y.(S - S)θ V = o c (m3) X(1 + Kd. θc) + Thời gian lưu nước V θ = Q + Lượng bùn HC lơ lửng khi sử dụng BOD5: - Tốc độ tăng trưởng của bùn: Y Yb = (1/ngày) 1 +θ c xK d - Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong ngày: Px = Yb.Q.(So - S) (kg/ngày) - Tổng lượng cặn lưu lượng sinh ra (tổng bùn dư): Px Px1 = 1 - z - Lượng cặn dư hằng ngày xả ra: Pxả = Px1 – Pra -3 (Pra = Q.SSra.10 ) - Lưu lượng xả bùn: Trang 119
  26. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn V.X - Qr.Xr. θc Qxả = XT.θc Với: + Qr = Qv + XT = (1-z)Xbùn + Xr = (1-z).c (mg/l) + Thời gian tích luỹ cặn (tuần hồn tồn bộ) khơng xả cặn ban đầu V.X T = b (ngày) Px ( Tthực = (3-4)T) + Sau khi hệ thống hoạt động ổn định thì lượng bùn HC xả ra hằng ngày B = Qxả.Xb (kg/ngày) - Cặn bay hơi: B’ = (1-z).B. - Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể: B’’ = Qr.Xr - Tổng cặn HC sinh ra: B’ + B’’ = Px + Xác định lưu lượng tuần hồn: Qr QT X = Giải ra tìm QT Qr XT - X + Tỷ lệ F/M S F/M = o θ.X + Lượng khí cần thiết - Lượng oxy cần thiết: Q(So - S) 4.57(No - N) OCo = 1000.f - 1.42Px + 1000 (kg/ngày) Với: + No: tổng nitơ ban đầu (sau khi bổ sung dinh dưỡng) + N: tổng nitơ ra (5-6 mg/l) - Lượng oxy thực tế: Cs 1 1 OCt = OCo + . (T - 20) . (kg/ngày) Cs + C 1.024 α Với: + Cs: oxy bão hồ trong nước (9,08 mg/l). + C: lượng oxy cần duy trì trong bể (2-3 mg/l) + α: 0,6-0,94. + OCTB = OCt/24 (kg/h) + OCt max = 1,5.OCt TB + OCt min = 0,8.OCt TB + Tính lượng khơng khí cần thiết: OCt Ok = OU fan tồn (f = 1,5) Với: + OU: cơng suất hồ tan thiết bị: OU = Ou.h Trong đĩ: Trang 120
  27. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 3  Ou: phụ thuộc hệ thống phân phối khí (g O2/m .m)  h: độ ngập nước (< hbể) Ok thực tế = 2Ok + Áp lực khí máy nén Hd = hd + hc + hf + H Với:  hd: do ma sát.  hf: qua thiết bị phân phối (<= 0,5 m).  hc: tổn thất cục bộ ống (hd + hc <= 0,4 m).  H: chiều cao hữu ích của bể. + Áp lực khí: 10.33 + Hd p = 10.33 (atm) + Cơng suất máy nén: 34400(P0.29 -1).q N = 102.η Với:  q: tính chất khí (cường độ máy):1.18 + Chọn kích thước, bố trí phân phối khí Trang 121
  28. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Ví dụ áp dụng 1 :  Lưu lượng nước thải : 1500m3/ngày đêm.  Lượng BOD5 đầu vào (sau xử lý keo tụ ) (giảm 60%) : 763 x 40 = 305,2(mg / l) 100  Tỷ lệ BOD5/COD = 305,2/460 = 0,66  Nhiệt độ nước thải t=300C  Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn BOD ≤ 50mg/l (30 mg/l).  Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn COD 100 mg/l (70 mg/l).  Hàm lượng cặn lơ lửng 50 mg/l gồm 65% là cặn hửu cơ.  Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể X0=0. Thơng số vận hành như sau : 1. Nồngđộ bùn hoạt tính trong bể : X=3000 mg/l (cặn bay hơi). 2. Độ tro của cặn Z=0,3-nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt 2 và cũng là nồng độ cặn tuần hồn 10.000mg/l. 3. Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong cơng trình θ c =10 ngày. 4. Chế độ xáo trộn hồn tồn. 5. Giá trị của thơng số động học : Y = 0,46. 6. Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là : 0,3 (70% lượng cặn bay hơi) 7. Nước thải điều chỉnh sao cho : - BOD5 : N : P = 100 : 5 :1 a. Xác định hiệu quả xử lý : Lượng cặn hữu cơ trong nước ra khỏi bể lắng (phần cặn sinh học dễ bị phân hủy là) : 65% x 50 = 32,5 mg/l Lượng cặn hửu cơ tính theo COD : 1.42 x 32.5 x 0.7 = 32.305 (mg/l) Lượng BOD5 cĩ trong cặn ra khỏi bể lắng : 0,66 x 32,305 = 21.3213 (mg/l) Lượng BOD5 hịa tan ra khỏi bể lắng bằng tổng BOD5 cho phép ở đầu ra trừ lượng BOD5 cĩ trong cặn lơ lửng : 30 – 21.3213 = 8.6787(mg/l) Hiệu quả xử lý COD : 460- (70 - 32,305) E = = 91,8% 460 Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hịa tan. Trang 122
  29. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 305,2 −8,6787 E = x100= 97,15% 305,2 Hiệu quả xử lý BOD tồn bộ. 305,2 −30 E = x100= 90.2% 305,2 b.Thể tích bể Aerotank tính theo cơng thức ta cĩ : Q x Y x θ (S − S) 1.500x0,46x10x(305,2 − 8,6787) 2045996,97 V = c 0 = = = 426,25(m3 ) X (1+ Kd xθc ) 3000(1+ 0,06x10) 4800 Thời gian nước lưu lại trong bể : V 426,25 θ = = x24=6,82()h =0,284 (ngay ) Q 1500 c.Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi khử BOD5 đến 97,15% : Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo cơng thức: Y 0,46 Yb = = =0,2875 1+θc xkd 1+10x0,06 Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày: Px = Yb x Q (So-S) = 0,2875 x 1500 x (305,2 – 8,6787) =127874,8106 g = 127,875 (kg/ngày). Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn z = 0,3 P 127,875 P = x = =182,68()kg / ngay . x1 1− Z 0,7 Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi -3 -3 Pxã = Px1 – Q x 50 x 10 =182,68 – 1500 x 50 x 10 =107,68 (kg/ngày) Tính lưu lượng xã bùn Qxã theo cơng thức: V x X θ = Qxa x X T +Qr x X r (Giáo trình tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Suy ra: V x X − Qr x X xa θ xa 426.25 x3000−1500 x 22.75 x10 3 Qxa = = =13.393= 13.4()m / ngay X T xθC 7000 xθC Trang 123
  30. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trong đĩ:  V :Thể tích =426,25(m3) 3  QR =QV =1500 (m /ngày)  X =3000 (mg/l)  θc =10 ngày  Xt = 0.7 x 10.000 =7000 (mg/l)  Xr =32.5 x 0.7 =22075 (0,7 là tỉ lệ lượng cặn bay hơi trong tổng số cặn hửu cơ , cặn khơng tro). d.Thời gian tích lũy cặn (Tuần hồn tồn bộ) khơng xã cặn ban đầu: V x X 426.25 x10000 T = = =33.33ngay Px 127874.8106 Thực tế sẽ dài hơn 3-4 lần vì khi nồng độ bùn chưa đủ trong hiệu qủa xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và lượng bùn sinh ra ít hơn Px e. Sau khi hệ thống hoạt động ổn định thì lượng bùn hữu cơ xã ra hằng ngày: B = Qxã x 10.000 g/m3=13,4 x 10.000=134000 g/ngày =134 kg/ngày. Trong đĩ cặn bay hơi: B’ = 0,7 x134 = 93,8 kg Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể QR x XR B”= 1500 x 22.75 x 10-3= 34,125 (kg/ngày) Tổng cặn hửu cơ sinh ra: B’ + B” = 93,8 + 34,125 = 127,925 kg = 128 kg = Px . f. Xác định lưu lượng tuần hồn :QT . Để nồng độ bùn trong bể luơn giữ giá trị: X =3000 mg/l Ta cĩ: Q X 3000 T = = =0,75 QV X T − X 7000−3000 3 QT =0,75x 1500 = 1125 (m /ngày) g. Tỷ số F/M: F S 305,2mg BOD /l mgBOD = 0 = =0,358 5 M θ x X 0,284 x3000()mg /l mg bun.ngay h. Tính lượng khí cần thiết: Tính lượng ơxy cần thiết theo cơng thức: Q(SO − S) 4,57(NO − N ) OC = −1,42 P + ()kg / ngay O 1000 f x 1000 Trong đĩ:  Q = 1500 m3/ ngày  So = 305,2 mg/l .  S = 8,6787 mg/l  No= Tổng hàm lượng N đầu vào :15,26 (mg/l) (sau khi bổ sung dinh dưỡng)  N = Tổng hàm lượng đầu ra : 5 (mg/l) (tiêu chuẩn là 6 mg/l).  PX = 127,875 (mg/ ngày)  f =BOD/COD =0,66 Vậy: Trang 124
  31. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 1500()305.2−8.6787 4,57(15.26−5) OC = −1,42 x127.875+ =492.4()kg / ngay O 1000 x0.66 1000 Lượng ơxy thực tế cần theo cơng thức: C 1 1 s OCt =OCo x x (T − 20 ) x ()kg / ngay Cs −C 1.024 α Trong đĩ :  Cs: Lượng ơxy bão hịa trong nước 9.08 mg/l.  C: Lượng ơxy cần duy trì trong bể 2 mg/l.  α: hệ số từ 0.6 – 0.94 . Chọn 0.7. Vậy 9.08 1 1 OC =492.4 x x x = 713.4()kg / ngay t 9.08 −2 1.024(30 − 20 ) 0.7 OCttrung bình = 29.7 (kg O2/h). OCtmax = 29.7 x 1.5 = 44.55 (kgO2/h). OCtmin = 29.7 x 0.8 = 23.97 (kg O2/h). i. Tính lượng khơng khí cần thiết. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, tra bảng 7.1 ( Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải 3 – Trịnh Xuân Lai). Ta cĩ Ou = 7gO2/m .m. Bể sâu h1 = 3.5 m; độ ngập nước h = 3m Cơng suất hịa tan thiết bị. 3 OU = Ou x h = 7 x 3 = 21 gO2/m . Lượng khơng khí cần thiết . OC 713.4 O = t x f = x1.5=50957(m3 / ngay)=0.59(m3 / s). k OU 21x10−3 Trong đĩ:  OCt : Lượng ơxy thực tế cần.  OU : Cơng suất hịa tan thiết bị.  f : Hệ số an tồn. Chọn 1.5. 3 Qktb = 2123.2 m /h. 3 Qkmax = 1.5 x 3184.8 m /h. 3 Qkmin = 0.8 x 1698.56 m /h. Lượng khơng khí cần thiết để chọn máy nén khí : 2 x 0,59 = 1.18 (m3/s). k. Tính áp lực khí máy nén: Vận tốc khí thốt ra khỏi khe hở :5-10 m/s. Ap lực cần thiết cho hệ thống ống khí nén xác định theo cơng thức : Hd = hd + hc + hf + H. Trong đĩ :  hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn (m).  hc : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m).  hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). Giá trị này khơng vượt quá 0.5m.  H: chiều cao hữu ích của bể. 3m. Tổng tổn thất hd và hc khơng vượt quá 0.4 m. Vậy áp lực cần thiết là : Trang 125
  32. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Hd = 0.4 + 0.5 + 3 = 3.9 m. Ap lực khơng khí : (10.33+ H ) P = d =1.38amt. 10.33 Cơng suất máy nén : 34400 x(P0.29 −1)x q 34400 x(1.380.29 −1)x1.18 N = = =41.27(KW ) 102 xn 102 x0.8 Số ống phân phối D100 dài 1m tính theo cường độ cho phép q của mỗi ống : 3 Qmax 3184.8 x10 Nq max = = =147.4(ong). qmax 6 x3600 3 Qmin 1698.56 x10 Nq min = = =157(ong). qmin 3x3600 l. Chọn kích thước bể và ống phân phối khí. Ống phân phối khí bố trí dọc thành bể. Chiều rộng một hành lang: B = h = 3 m. Chiều dài hành lang. F V 426.25 L = = = =31.6(m). b h1 xb 3x4.5 Trong bể bố trí 3 hành lang. Do đĩ kích thước bể là : D x R = 16 x 9. 3000 3000 3000 3000 16000 Cấp khí Dịng chảy trong bể là dịng chảy điều, chiều dài giàn ống xương cá: L = 2 x (16 – 3 ) = 26 m. Khoảng cánh giữa các ống trong hệ phân phối : L 26 l = = =0.165(m). Nq min 157 Trang 126
  33. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Cường độ thổi giĩ: 50957 q = =119.55(m3 / m2ngay). 426.25 Chỉ tiêu giĩ: O 50957 k 3 a = −3 = 3− =114.56(m khi /1kgBOD5 ). Q x(So − S) x10 1500 x(305.2−8.6787) x10 Ví dụ áp dụng 2 .Tính Bể Aerotank với các thơng số thiết kế: 3 + Lưu lượng nước thải: Qtb-ngđ = 150 (m /ngàyđêm) + Nhiệt độ nước thải: t = 25oC + Hàm lượng BOD5 đầu vào = hàm lượng BOD5 đầu ra của bể lắng I So = 637 (mg/l) + Hàm lượng COD đầu vào = hàm lượng COD đầu ra của bể lắng I. CODvào = 1160 (mg/l) + Cặn lơ lửng: SSvào = 230 (mg/l) Đầu ra: Nước thải sau xử lý đạt TCVN 6980 - 2001 + BOD5 đầu ra = S < 40 (mg/l), Chọn BOD5 đầu ra = 20 (mg/l) + COD đầu ra < 70 (mg/l), chọn COD ra = 50 (mg/l) + Cặn lơ lửng: SSra < 50 (mg/l), Chọn SSra = 30 (mg/l) - Các thơng số vận hành: + Cặn hữu cơ, a = 75%. + Độ tro z = 0,3 (Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước thải- Trịnh Xuân Lai) + Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể, Xo= 0. + Nồng độ bùn hoạt tính, X = 2500 ÷ 4000 mg/l, chọn X = 3000 (mg/l) + Lượng bùn hoạt tính tuàn hồn là nồng độ cặn lắn ở đáy bể lắng 2, XT = 8000 (mg/l) + Chế độ xáo trộn hồn tồn. + Thời gian lưu bùn trong cơng trình, θc = 5÷15 ngày, chọn θc = 10 ngày -1 + Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0.06 ngày + Hệ số sản lượng bùn Y = 0,4 ÷ 0,8 mg VSS/mg BOD5, chọn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5 1. Xác định hiệu quả xử lý - Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 : 637 − 20 E = × 100 % = 96 ,86 % 637 - Hiệu quả xử lý COD: 1160 − 50 E = × 100 % = 95 ,69 % 1160 2. Kích thước bể Aerotank - Thể tích bể: QY θ co ( S− S )150 * 0,6 * 10 * (637 − 20 ) V= = ≈ 116 (m3) XK*(1+ dc *θ ) 3000 * (1 + 0,06 * 10 ) Trong đĩ: Q: Lưu lượng nước thải: Q = 150 (m3/ngàyđêm) Trang 127
  34. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Y: Hệ số sản lượng bùn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5 S0: Hàm lượng BOD5 nước thải đầu vào, S0 = 637 (mg/l) S: Hàm lượng BOD5 nước thải đầu ra, S = 40 (mg/l) X: Nồng độ bùn hoạt tính, X = 3000 (mg/l) -1 Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày θc : Thời gian lưu bùn trong cơng trình, θc = 10 ngày - Chọn chiều cao bể: H = Hi + Hbv = 3 + 0,5 = 3,5 (m) Trong đĩ: Hi: Chiều cao hữu ích, chọn Hi = 3 (m) Hbv: Chiều cao bảo vệ, chọn Hbv = 0.5 (m) - Diện tích mặt bằng bể: V 116 F = = = 38,67 ≈ 39 (m2) Hi 3 - Chọn chiều rộng bể: B = 5 (m) - Chiều dài bể: D = 7,8 (m) - Thể tích thực của bể: 3 Vt = D * B * H = 7,8 * 5 * 3,5 = 136,5 (m ) 3. Thời gian lưu nước: V 116 θ = = = 0,773 ngày = 18,55 (h) ngay Q tb 150 4. Tính tốn lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày - Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo cơng thức: Y 0,6 Yb = = = 0,375 1 + θ c * K d 1 + 10 * 0,06 - Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5: −3 Px = Q*(SSYob−= )* 150*(637 − 20)*0,375*10 = 34,7 (kg/ngàyđêm) - Tổng lượng cặn sinh ra trong 1 ngày: P 34,7 P ==x =49,6 (kg/ngày) 1 x 110,3−−z - Lượng cặn dư xả ra hàng ngày: Pxa = P1x − Pra -3 Với: Pra = SSra * Q = 30 * 10 * 150 = 4,5 (kg/ngày) → Pxả = 49,6 – 4,5 = 45,1 (kg/ngày) - Lưu lượng bùn xả (nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng) Trang 128
  35. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn VXQ − ra X raθ c 116*3000− 150*22,5*10 3 Qxả = ==5,6 (m /ngày) X Tc*θ 5600*10 Trong đĩ: XT: Nồng độ bùn hoạt tính trong dịng tuần hồn (cặn khơng tro), XT = (1 - 0,3) * 8000 = 5600 (mg/l) Xra: Nồng độ VSS ra khỏi bể lắng: Xra = SSra * a = 30 * 0,75 = 22,5 (mg/l) 5. Hệ số tuần hồn bùn: Hình 4.7: Sơ đồ làm việc bể Aerotank Q,X0 Bể (Q +Qt), X Q,Xr Bể lắng AEROTANK Qt, Xt Qx,Xt Phương trình cân bằng vật chất đối với bể aeroten: (Q + Qt) * X = Q * X0 + Qt * Xt 3 Trong đĩ: Q : Lưu lượng nước thải vào bể, Q = 150 m /ngày 3 Qt : Lưu lượng bùn tuần hồn, m /ngày X : Nồng độ VSS trong bể, X = 3000 mg /l X0 : Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể, X0 = 0 Xt : Nồng độ VSS trong bùn tuần hồn, Xt = 8000 mg/l Q Chia 2 vế phương trình cho Q, đặt α = t là tỷ số tuần hồn bùn: Q X + α * X = α * Xt Suy ra: X 3000 α = = = 0,6 X t − X 8000 − 3000 - Lưu lượng bùn tuần hồn: Qt Ta cĩ: α = Q 3 Suy ra: Qt = α*Q = 0,6 * 150 = 90 m /ngày 6. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể aeroten: - Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M: S o 637 F/M = = = 0,28 kg BOD /kg MLVSS.ngày θ * X 0,75 * 3000 5 F/M = 0,28 nằm trong giới hạn cho phép đối với bể Aeroten xáo trộn hồn tồn: F/M = 0,2 – 0,6 kg BOD5/kg MLVSS.ngày Trang 129
  36. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Tải trọng thể tích: SQ* 637 * 150 L = o *10-3 = *10-3 = 0,8237 kg BOD/ m3.ngày a V 116 La = 0,8237 nằm trong giới hạn cho phép đối với aeroten xáo trộn hồn tồn: La = 0,8÷1,9 kg BOD/m3.ngày (Theo tài liệu Thốt nước của PGS, TS. Hồng Văn Huệ). 7. Tính lượng ơxy cần thiết: - Lượng ơxy cần thiết trong điều kiện chuẩn (khơng cần xử lý Nitơ) Q * ()S − S 150 * (637 − 20 ) OC = o − 1,42 * P = − 1,42 * 34 ,7 o 1000 * f x 1000 * 0,55 = 118,998 ≈ 119 (kgO2/ngđ) BOD 5 Trong đĩ: f: Hằng số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD20, = 0,55 BOD 20 1,42- Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD Px: Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày: Px = 33,6 (kg/ngđ) - Lượng ơxy cần thiết trong điều kiện thực tế: C s 11 OCto= OC *( )*T − 20 * CCs − 1, 024 α o Trong đĩ: CS: Nồng độ ơxy bão hịa trong nước ở 20 C, CS ≈ 9,08 (mg/l) C: Nồng độ ơxy cần duy trì trong bể, C = 1,5 ÷ 2 (mg/l) (Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải- Trịnh Xuân Lai) Chọn C = 2 (mg/l) T = 25oC, nhiệt độ nước thải α : Hệ số điều chỉnh lượng ơxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng của hàm lựơng cặn, chất hoạt động bề mặt), α = 0,6 ÷ 0,94, chọn α = 0,7 9,08 1 1 OC ==119*( )* * 193,64(kg/ngày) t 9,08− 2 1,02425− 20 0,7 - Lượng khơng khí cần thiết: OC t Qkhí = × f a OU Trong đĩ: fa: Hệ số an tồn, fa = 1,5 ÷ 2, chọn fa = 1,5 (Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải- Trịnh Xuân Lai) OU: cơng suất hịa tan ơxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam ơxy cho 1m3 khơng khí. OU = Ou * h Với: Ou: Phụ thuộc hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ và mịn, (tra bảng 7-1 sách Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải- .Trịnh Xuân Lai). Trang 130
  37. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Bảng : Cơng suất hịa tan ơxy vào nước của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình Điều kiện thí nghiệm 3 3 Ou=grO2/m .m Ou grO2/m .m Nước sạch T=20oC 12 10 Nước thải T=20oC,α =0,8 8,5 7 3 → Ou = 7 (gO2/m .m) h: Độ ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h = 2,8 (m) 3 → OU = 7 * 2,8 = 19,6 (gO2/m ) 193 ,64 3 → Qkhí = *1,5 = 9879 ,7 (m /ngày) 19 ,6 *10 − 3 8. Tính áp lực máy nén: - Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén: Hd = hd + hc + hf + H Trong đĩ: hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, (m) hc: tổn thất cục bộ (m) Tổng tổn thất hd và hc thường khơng vượt quá 0,4 (m) hf: tổn thất qua thiết bị phân phối (m) Tổn thất hf khơng quá 0,5 (m) H-: chiều sâu hữu ích của bể, H = 3 (m) Do đĩ áp lực cần thiết sẽ là: Hd = 0,4 + 0,5 + 3 = 3,9 (m) - Áp lực khơng khí là: 10 ,33 + H 10 ,33 + 3,9 p = ct = = 1,38 (atm ) 10 ,33 10 ,33 - Cơng suất máy nén khí: 34400 × ( p 0 , 29 − 1) × q 34400 × (1,38 0 , 29 − 1) × 0,114 N = k = = 5,02 ( KW ) 102 × n 102 × 0,75 Q k 3 Trong đĩ: qk: lưu lượng khơng khí: qk = = 0,114 (m /s) 86400 n: Hiệu suất máy nén khí, chọn n = 0,75 9. Bố trí hệ thống sục khí: Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 4 ống nhánh với chiều dài mỗi ống là 7,8 m, đặt cách nhau 1 m - Đường kính ống chính dẫn khí: 4*Q 4*0,114 D ==khi =0,12 (m) = 120 (mm) π *V 3,14*10 → D= φ 120 (mm) Trong đĩ: V: tốc độ chuyển động của khơng khí trong mạng lưới trong ống phân phối, V=10 ÷ 15 (m/s), chọn V = 10 (m/s) (Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải- Ts.Trịnh Xuân Lai) - Đường kính ống nhánh dẫn khí: Trang 131
  38. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 4 * q kk 4 * 0,114 Dn = = = 60 (mm) 4 * 10 * 3,14 4 * 3,14 * 10 → Chọn Dn =φ 60 (mm) - Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170 (mm), diện tích bề mặt F = 0,02(m2), cường độ khí 200l/phút.đĩa = 3,3(l/s) - Số đĩa phân phối trong bể là: Q 0,114 N ==khi =34,55 đĩa 3,3 3,3*10−3 → Chọn: Số lượng đĩa: N = 36 đĩa - Số lượng đĩa là 36 cái, chia làm 4 hàng, mỗi hàng 9 đĩa phân bố cách sàn bể 0,2 m và mỗi tâm đĩa cách nhau 0,78 m - Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn 4*Qth 4*90 Db = ==≈0,0297 0,03 m π *vb 3,14*1,5*86400 Chọn Db = φ 34 3 Qth: Lưu lượng bùn tuần hồn Qth = 90 (m /ngđ) Vb: Vân tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện bơm, Vb = 1 – 2 m/s Chọn Vb = 1,5 m/s Các thơng số thiết kế bể Aerotank Trang 132
  39. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn STT Tên thơng số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Chiều dài bể (L) 7,8 (m) 2 Chiều rộng bể (B) 5 (m) 3 Chiều cao bể (H) 3,5 (m) 4 Thời gian lưu nước (θ ) 18,55 giờ 5 10 ngày Thời gian lưu bùn (θC ) 6 Đường kính ống dẫn khí chính 120 mm 7 Đường kính ống dẫn khí nhánh 60 mm 8 Cơng suất máy nén khí 5,02 KW/h 9 Số lượng đĩa 36 Đĩa BẢN VẼ CHI TIẾT BỂ AEROTEN CÔNG SUẤT 400 M3 /NGÀY LAN CAN ỐNG SẮT TRÁNG KẼM SÀN CÔNG TÁC ỐNG PVC Φ60 ỐNG PVC Φ42 DẪN NƯỚC DẪN NƯỚC THẢI SANG BỂ THẢI VÀO BỂ LẮNG +4000 I ỐNG SẮT TRÁNG KẼMΦ60 4800 200 1000 1000 1 200 ±0.00 500 1000 1000 1000 500 LỚP CHỐNG THẤM Bu lông M20 LỚP VỮA TRÁT BÊTÔNG MÁC 200 MẶT CẮT A-A MẶT CẮT B-B LỚP ĐẤT TỰ NHIÊN φ20 B φ70 I TL: 1:50 La 30x3 mm Bu lông M20 6000 450 250 CHI TIẾT ĐẦU PHÂN PHỐI KHÍ TL: 1: 2 200 B TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA 300 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG MẶT BẰNG Tỉ lệ : 1: 50 CHI TIẾT 1: Số bản vẽ: 3 Gối đỡ chữ I bằng bê tông SV thiết kế Bản vẽ số: 3 TL: 1:10 NHT: 18/6/2001 NBV: 23/6/2001 4.2.3. Bể lắng 2 Cĩ nhiệm vụ lắng trong nước sau khi xử lý sinh học. Trang 133
  40. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Qt (Q + Qt)Co + Vt = : do tuần hồn C = 0 Q S + VL: vận tốc lắng của hạt. + Nồng độ hạt tại các mặt CL cắt L và T là CL, CT. L Vp = VL + Vt T Vp = Vt QtCt PT cân bằng: G = (Q + Qt)Co = S.VPL.CL G = (Q + Qt)Co = S.VPL.CTR (Q + Q )C S = t o CtVt Gọi α là hệ số tuần hồn: Qt = α.Q Do đĩ: Q(1 + α).C S = o Ct.VL  TÍNH TỐN BỂ LẮNG II: 1/ Diện tích mặt bằng của bể lắng II: Q(1 + α).C S >= o Ct.VL Với: + Q: lưu lượng nước thải (m3/h). + α: hệ số tuần hồn, lấy α = 0,6-0,8 + Co: nồng độ bùn hoạt tính trong bể sinh học. Co = β.X (β ~ 0,8) + Ct: nồng độ bùn trong vịng tuần hồn (7000-15000 mg/l) + VL: vận tốc lắng của mặt phân chia L. -KCL.10-6 VL = Vmax.e (m/h) Với: - Vmax = 7 m/h - K = 600 (khi 50 < SVI <150) và đây là thơng số phải sử dụng. 2/ Diện tích buồng trung tâm fB = 10% S 3/ Tổng diện tích bể F = S + fB 4/ Thường xây dựng dạng bể trịn (li tâm) Trang 134
  41. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 4xF D = π 5/ Đường kính buồng phân phối 4xf d = B ( d = 25%D) π 6/ Kiểm tra lại fB, S 7/ Tải trọng thuỷ lực Q 3 2 a = S (m /m .ngày) 8/ Vận tốc đi lên của nước trong bể a V = 24 (m/h) 9/ Máng đặt vịng ngồi cĩ Dmáng = 80% D 10/ Chiều dài máng thu nước L = πDmáng 11/ Tải trọng chiều dài máng Q aL = L 12/ Tải trọng bùn Q(1 + α)Co 2 b = 24.S (kg/m h) 13/ Chiều cao bể + h1: Chiều cao mặt thống dự trữ (0,3-0,5m). + h2: Chiều cao phần nước trong (2-6m). + h3: Chiều cao phần chĩp đáy bể cĩ độ dốc 2% : h3 = 2%R + h4: Chiều cao chứa bùn : H = h1 + h2 + h3 + h4 (m) 14/ Thể tích phần chứa bùn Vb = S h4 15/ Lượng bùn chứa trong bể lắng Ctb = Vb.Ctb (kg) CL +Ct Ct (Gtb = , CL = ) 2 2 16/ Thời gian lưu nước trong bể lắng V T = Q(1 + α) + Dung tích bể lắng: V = H.S 17/ Thời gian cơ đặt cặn Vbùn T2 = Qt + Qxả Ví dụ áp dụng 1 a. Diện tích mặt bằng của bể lắng được tính theo cơng thức: Q x(1+α )xC F = o Ct xVL Trong đĩ:  Q: Lưu lượng nước thải bằng 1500 m3/ngày = 62.5 m3/h.  α: Hệ số tuần hồn lấy 0.75. Trang 135
  42. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn  C0: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotent. X 3000 C = = =3750(mg / l) . o 0.8 0.8  Ct: Nồng độ bùn trong dịng tuần hồn bằng 10000 (mg/l)  VL: Vận tốc lắng của bề mặt phân chia ứng với nồng độ CL. C 10000 C = t = =5000(mg / l) . L 2 2 VL được xác định theo cơng thức. −6 −6 −K x CL x 10 −600 x 5000 x 10 VL =Vmax xe =7 xe =0.35(m / h). Trong đĩ :  Vmzx =7m/h.  K = 600. Vậy: 62.5 x(1+0.75)x3750 F = = 117.1875(m2 )=118(m2 ). 10000 x0.35 Nếu kể cả buồng phân phối trung tâm 2 2 Fbể =1.1 x 118 = 129.8 (m ) = 130 (m ). Xây dựng một bể lắng trịn rađian. Đường kính bể: 250 4F 4 x130 D = be = = 13(m) π 3.14 Đường kính buồng phân phối: d = 0.25 x D = 0.25 x 13 = 3.25 (m). Diện tích buồng phân phối trung tâm: 3.252 x3.14 f = = 8.3(m2 ) . 4 Vậy diện tích vùng lắng của bể: 2 SL = 103 – 8.3 = 125.7 (m ). Tải trọng thủy lực: Q 1500 a== =12( m32 / m . ngay ) . SL 125.7 Vận tốc đi lên của nước trong bể. a 12 V = = =0.5(m / h) 24 24 Máng thu nước đặt ở vịng trịn cĩ đường kính bằng 0.8 đường kính bể. Dmáng = 0.8 x 13 = 10.4m. Chiều dài máng thu nước : L = π x Dmáng = 3.14 x 10.4 = 32.656 (m). Tải trọng thu nước trên 1m dài của ống: Trang 136
  43. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Q 1500 a = = =45.93 <125(m3 / m2.ngay) . L L 32.656 Tải trọng bùn: ()Q +Q xC 1.75 x1500 x3750 x10−3 b = t o = =3.26(kg / m2.h) 24 x SL 24 x125.7 b.Xác định chiều cao bể : Chọn chiều cao bể H = 4m; chiều cao dự trữ trên mặt thống h1 = 0.3 m. Chiều cao nước trong bể là 3.7 m. Gồm:  Chiều cao phần nước trong h2 = 1.5m.  Chiều cao phần chĩp đáy bể cĩ đọ dốc 2% về tâm: h3 = 0.02 x 6.5 = 0.13 (m).  Chiều cao chứa bùn phần hình trụ: h4 = H – h1 – h2 –h3 = 4 – 0.3 – 1.5 – 0.13 = 2.07 (m). Thể tích phần chứa bùn. 3 Vb = S x h4 = 130 x 2.07 = 269.1 (m ). Nồng độ bùn trung bình trong bể : C +C 5000+10000 C = L t = =7500(g / m3 )=7.5(kg / m3 ). tb 2 2 Lượng bùn chứa trong bể lắng: Gbùn = Vb x Gtb = 269.1 x 7.5 = 2018.25 (kg). Lượng bùn cần thiết trong một bể aeroten Gcần = n xV x Co = 1 x 426.25 x 3.750 = 1598 (kg) c.Thời gian lưu nước trong bể lắng: Dung tích trong bể lắng: V = H x S = 3.7 x 130 = 481(m3). Nước đi vào bể lắng: 3 QL = (1 + α) x Q = 1.75 x 62.5 = 109.375 (m /h). Thời gian lắng: V 481 Tgio== =4.39( ) QQ+ t 109.375 Thời gian cơ đặc cặn: Vbun 269.1x24 T2 = = =5.67(gio) Qt +Qxa 0.75x1500+13.4 Ví dụ áp dụng 2 - Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm Trang 137
  44. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Q (1+ 0,6)*0,0035 Fm==tt =0,28(2 ) 1 V 0,02 Trong đĩ: Vtt: Tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy khơng lớn hơn 30 (mm/s) (điều 6.5.9 TCXD-51-84). Chọn Vtt = 20 (mm/s) = 0,02 (m/s) s Qtt: Lưu lượng tính tốn khi cĩ tuần hồn, Qtt = (1 + α)*Qmax - Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng Q (1 + 0,6) * 0,0035 F = tt = = 11,2(m 2 ) 2 V 0,0005 Trong đĩ: V: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, V = 0,0005 (m/s) (điều 6.5.6 TCXD-51-84). - Diện tích tổng cộng của bể lắng 2: 2 F = F1 + F2 = 0,28 + 11,2 = 11,48 (m ) - Đường kính của bể : 44*11,48F Dm== =3,8( ) π 3,14 - Đường kính ống trung tâm: 4*F 4 * 0,28 d = 1 = = 0,59 m ≈ 0,6 m π π - Chiều cao tính tốn của vùng lắng trong bể lắng đứng: htt = V*t = 0,0005*1,5*3600 = 2,7 (m) Trong đĩ: t: Thời gian lắng, t = 1,5 giờ (điều 6.5.6 TCXD-51-84). V: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, V = 0,0005 (m/s) (điều 6.5.6 TCXD-51-84). - Chiều cao phần hình nĩn của bể lắng đứng được xác định: Dd− 3 ,8 − 0 ,5 o h n = h2 + h3 = ( n )*tgα = ( )*tg50 = 1,96 ≈ 2 (m) 2 2 Trong đĩ: h2: chiều cao lớp trung hịa (m) h3: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể D: đường kính trong của bể lắng, D = 3,8 (m) dn: đường kính đáy nhỏ của hình nĩn cụt, lấy dn = 0,5 m α : gĩc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, α khơng nhỏ hơn 500, chọn α = 50o - Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính tốn của vùng lắng và bằng 2,7 m. . Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm: D1 = hl = 1,35 * d = 1,35 * 0,6 = 0,81 (m), chọn D1 = 0,8 (m) . Đường kính tấm chắn: lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe và bằng: Dc = 1,3 * Dl = 1,3 * 0,8 = 1,04 (m) . Gĩc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o - Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là: Trang 138
  45. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn H = htt + hn + hbv = htt + (h2 + h3) + hbv = 2,7 + 2 + 0,3 = 5 (m) Trong đĩ: hbv: khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, hbv = 0,3 (m) Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vịng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngồi của máng chính là đường kính trong của bể. - Đường kính máng thu: Dmáng = 80% đường kính bể Dmáng = 0,8*3,8 = 3,04 ≈ 3,1 (m) - Chiều dài máng thu nước: L = π × Dmáng = 3,14 * 3,1 = 9,734 (m) - Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: Q 150*1,6 3 aL = ==24,65 (m /mdài.ngày) L 9,734 Kiểm tra lại thời gian lắng nước - Thể tích phần lắng: π 3,14 V = ()D 2 − d 2 * h = (3,8 2 − 0,6 2 )* 2,7 = 29,8(m 3 ) l 4 tt 4 - Thời gian lắng: V 29,8 th==l =1,492() QQ++th 12,5*(1 0,6) - Thể tích phần chứa bùn: 3 V b = F * h n = 11 ,48 *1,96 = 22 ,5 (m ) - Thời gian lưu bùn: V b 22 ,5 t b = = = 2 ,9 ()h Q x + Q th 0 ,23 + 7 ,5 3 3 Trong đĩ: Qx: Lưu lượng bùn thải: Qx = 5,6 (m /ngđ) = 0,23 (m /h) 3 Qth: Lưu lượng bùn tuần hồn: Qth = 0,6*12,5 = 7,5 (m /h) Các thơng số thiết kế bể lắng II STT Tên thơng số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm 0,28 (m2) (f) 2 Diện tích tiết diện ướt của bể lắng (F) 11,2 (m2) 3 Đường kính ống trung tâm (d) 0,6 (m) 4 Đường kính của bể lắng(D) 3,8 (m) 5 Chiều cao bể (H) 5 (m) 6 Thời gian lắng (t) 1,5 giờ 7 Đường kính máng thu 3,1 (m2) Trang 139
  46. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn +1.90 MẶT CẮT A-A TỈ LỆ 1:20 LAN CAN TAY VỊN STKØ34 MẶT BẰNG BỂ LẮNG ĐỨNG TỈ LỆ 1:20 HÀNH LANG CÔNG TÁC ỐNG PVC Ø114 DẪN NƯỚC THẢI TỪ BỂ AEROTEN +1.15 +1.15 TẤM CHẮN CHẤT NỔI CẦU THANG LEO ±0.00 PHỄU THU CHẤT NỔI ±0.00 ỐNG PVCØ114 DẪN NUỚC RA NGUỒN MÁNG RĂNG CƯA ỐNG XẢ CHẤT NỔI Ø150 MƯƠNG THU NƯỚC ỐNG PVCØ114 DẪN NƯỚC THẢI TỪ BỂ AEROTEN ỐNG XẢ BÙN Ø150 ỐNG TRUNG TÂM Ø600 SÀN CÔNG TÁC TẤM CHẮN ỐNG TRUNG TÂM Ø600 MÁNG RĂNG CƯA PHỄU THU CHẤT NỔI BÊTÔNG CỐT THÉP M200 TẤM CHẮN CHẤT NỔI ỐNG XẢ CHẤT NỔI Ø150 ỐNG PVCØ150 XẢ BÙN ỐNG LOE -3.25 -3.25 DÂY NEO ỐNG DẪN PVCØ114 DẪN NƯỚC CHI TIẾT SÀN CÔNG TÁC TỈ LỆ 1:20 TẤM CHẮN THÉP KHUNG L50X50X5 ỐNG TRUNG TÂM KHUNG THÉP THANG LEO L40X40X4 4 LỖ 14 BẮT VỚI BULÔNG M12 CHÔN SẴN BÊTÔNG LÓT M75 TRONG THÀNG BỂ -5.25 LƯỚI THÉP L18 HÀN CHẶT VÀO KHUNG THÉP CHI TIẾT MÁNG THU NƯỚC TỈ LỆ 1:10 Ø114 CHI TIẾT ỐNG NỐI PVC QUA TƯỜNG TỈ LỆ 1:10 MÁNG RĂNG CƯA CHI TIẾT MÁNG RĂNG CƯA TỈ LỆ 1:5 BULÔNG M10 KHÂU RĂNG NGOÀI RÂU THÉP Ø6 HÀN CHẶT VÀO PHỤ TÙNG ỐNG ỐNG SẮT TRÁNG KẼM RĂNG MỘT ĐẦU ỐNG PVC Ø114 KHE DỊCH CHUYỂN 12mm LỚP ĐỆM CAO SU ỐNG SẮT TRÁNG KẼM ĐÃTIỆN RĂNG SẴN 4.2.4. Xử lý nước thải bằng vi sinh kỵ khí (bể UASB) 4.2.4.1. Cấu tạo: Khí 300 1000 (Vùng l ắng) 2000 NT ra >=55 450 1200 (Vùng XL) Dẫn nước vào Trang 140
  47. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 4.2.4.2. Nguyên tắc Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể và nước thải đi lên với vận tốc 0,6-0,9 m/h. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí xảy ra (bùn + nước thải) tạo ra khí (70-80% CH4) 4.2.4.3. TÍNH TỐN 1/ Hiệu quả làm sạch S - S E = v r Sv 2/ Lượng S khử 1 ngày -3 G = Q (Sv – Sr),10 (kg/ngày) 3/ Tải trọng COD cả bể: phụ thuộc các nguồn thải (4 -18 kg COD/m3.ng) 4/ Dung tích xử lý yếm khí cần thiết G 3 V = a (m ) 5/ Tốc độ nước đi lên (v = 0,6-0,9m/h) 6/ Diện tích bể cần thiết Q F = v 7/ Chiều cao phần xử lý V H1 = F 8/ Chiều cao H = H1 + H2 + H3 Với: + H1: chiều cao phần xử lý + H2: chiều cao vùng lắng : H2 = (1,2-2m) + H3: chiều cao dự trữ : H3 = (0,3-0,5m) 9/ Thời gian lưu nước V H.F.24 T = .24 = Qngày Qngày Ví dụ áp dụng 1. Tính bể UASB cho cơng trình xử lý nước thải Thủy sản cơng suất 300m3/ngày đêm Khi đi qua các cơng trình xử lý trước thì hàm lượng COD giảm từ 20 ÷ 40 %. Chọn hiệu quả xử lý của các cơng trình phía trước là 0 % thì hàm lượng COD đầu vào của bể UASB là: CODv = 500 (mgCOD/l) Trong bể UASB để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý yếm khí phải duy trì được tình trạng cân bằng thì giá trị pH của hỗn hợp nước thải từ 6,6 ÷ 7,6.Giả sử rằng,tỉ lệ chất dinh dưởng là phù hợp cho thích nghi và phát triển vi sinh vật. Để tạo điều kiện tốt cho hoạt động phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí mêtan giá trị pH trong bể xử lý phải thích hợp: 6,8 ÷ 7,5. Do đĩ trước khi nước thải vào bể UASB ta tiến hành bổ sung hố chất để duy trì giá trị pH = 7. Yêu cầu nước thải trước khi vào cơng trình xử lý yếm khí tiếp theo chỉ tiêu COD cần đạt là 325 mg/l. A. Tính tốn kích thước bể : Lưu lượng nước vào bể là : QV=300 m³ /ngày đêm Chọn hiệu xuất xử lý : 65 % Đầu vào cĩ C0= 500 mgCOD/l  Đầu ra cĩ Ce= 175 mgCOD/l  Lượng COD cần khử trong 1 ngày: m = (500 – 175) *300 * 10-3 =97.5 (kgCOD/ngy) Trang 141
  48. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Chọn tải trọng COD của bể là: L = 3 (kg COD/m³ .ngày) (Trang 455, XLNT đơ thị và cơng nghiệp – Lâm Minh Triết). Thể tích phần xử lý yếm khí cần l: m 97.5 V = = = 32.5 (m3) L 3 Tốc độ nước đi lên trong bể: v = 0.6 ÷ 0.9 (m/h) để đảm bảo bùn trong bể được duy trì ở trạng thái lơ lửng. Chọn v = 0.781 (m/h) => Diện tích bề mặt l: Q 300 F= = = 16 (m²) VVao 0.781* 24 => Kích thước tiết diện bể: F=B*L= 4 * 4 = 16(m2)  Chiều cao phần xử lý yếm khí l: V 32.5 H1= = =2.031 (m) ≈ 2.1 (m) F 16 Chiều cao phần lắng: H2 ≥ 1m . (Trang 195 – Tính tốn thiết kế cc cơng trình xử lý nước thải – TS. Trịnh Xuân Lai) => Chọn H2 = 1.2 (m) Chiều cao bảo vệ, chính l phần thu khí: H3=0.3 (m) Chiều cao xây dựng của bể UASB sẽ là: Htc= H1+ H2 + h3 = 2.1+1.2+0.3 =3.6 (m) Trong bể thiết kế 1 ngăn lắng. Nước đi vào ngăn lắng sẽ được tách bằng các tấm chắn khí. Tấm chắn khí đặt nghiêng một gĩc α (với α ≥ 550) Chọn α = 550 Gọi Hlắng : chiều cao tồn bộ ngăn lắng. => HLắng= 2 (m). (Trang 195 – Tính tốn thiết kế cc cơng trình xử lý nước thải – TS. Trịnh Xuân Lai) H + H 2 + 0.3 Kiểm tra: lang 3 = = 63.89% ≥ 30% (Thỏa yêu cầu) Hbe 3.6 Thời gian lưu nước trong ngăn lắng (tlắng ≥ 1 h). Chọn tlắng= 1 giờ. 1 3 * Lmatthoang * B * H lang Vlang 0,5*L matthoang *4* 2(m ) t = = 2 = = 1h lang Q Q 12.5m3 / h  Lmặtthống=3.125 (m)  Khoảng cách từ mí trên cùng của ngăn lắng đến thành bể là: (L-Lmặtthống)/2 = (4-3.125)/2= 437 (mm) Thời gian lưu nước trong bể (HRT = 4 ÷ 12 h) : L × B(H − H ) 4* 4(3.6 − 0,3)m HRT = be 3 = = 4.224h (Thỏa yêu cầu) Q 12.5m3 / h B. Tấm chắn khí và tấm hướng dịng: Trang 142
  49. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí là :b Vận tốc nước qua khe vào ngăn lắng (vqua khe = 9 ÷ 10 m/h) [1] Chọn vqua khe = 9m/h Q 12.5m3 / h Ta cĩ: vquakhe = = = 9m / h ∑ S khe 4khe× 4m × bm → b= 0,087m=87 mm Trong bể UASB, ta bố trí 2 tấm hướng dịng và 4 tấm chắn khí, các tấm này đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang một gĩc 550 Tấm chắn khí 1: .Dài = B = 4 m H lang − H 2 2 −1,2 .Rộng = b = = = 0.976m 1 sin 550 sin 550 → Chọn rộng = 975 mm Tấm chắn khí 2: Đoạn xếp mí của 2 tấm chắn khí lấy bằng 0,25 m. .Dài = B = 4 m H + H − h .Rộng = 0,25 m + 2 3 sin 550 .Với h = b*sin(900 – 550 ) = 87*sin 350 = 50 (mm) 1.2 + 0.3 − 0.050 .Rộng = b2 = 0,25m + = 2,02(m) sin 550 → Chọn rộng = 2020 mm => Tấm hướng dịng: được đặt nghiêng so với phương ngang một gĩc ϕ và cách tấm chắn khí dưới 87 mm. Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dịng đến tấm chắn 1: b 87 l = khe = = 106mm cos(900 − 550 ) cos350 0 0 a1 = bkhe *cos55 = 87 *cos55 = 50mm a2 = l − a1 = 106 − 50 = 56mm 0 0 h = bkhe × sin 55 = 87 × sin 55 ≈ 71mm h 71 tgθ = = → θ = 520 a2 56 ϕ = 1800 − 2×θ = 1800 − 2× 520 = 760 Đoạn nhơ ra của tấm hướng dịng nằm bên dưới khe hở từ 10÷20 cm. Chọn mỗi bên nhơ ra 15 cm. D = 2× l + 2×150 = 2×106 + 2×150 = 512mm Chiều rộng tấm hướng dịng: D 512 b = 2 = 2 = 416mm 3 sin(90 −θ )0 sin(90 − 52)0 Chiều dài tấm hướng dịng: B = 4 m C. Tính máng thu nước : Chọn máng thu nước bê tơng Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng, thiết kế 1 máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều dài của bể. Vận tốc nước chảy trong máng: 0,6÷0,7 m/s (Nguyễn Ngọc Dung – Xử lý nước cấp, NXB Xây Dựng, 1999) Chọn Vmáng= 0,6 m/s Diện tích mặt cắt ướt của mội máng: Trang 143
  50. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Q 12.5m3 / s A = = = 0,0058m 2 Vmang 3600× 0,6m / s ⇒ Chọn chiều ngang máng 200 mm chiều cao máng 200 mm Máng bê tơng cốt thép dày 65 mm, cĩ lắp thêm máng răng cưa thép tấm khơng gỉ, được đặt dọc bể, giữa các tấm chắn khí. Máng cĩ độ dốc 1% để nước chảy dễ dàng về phần cuối máng. Tại đây cĩ đặt ống thu nước Φ 90 bằng thép để dẫn nước sang bể Aerotank. Máng răng cưa: Máng tràn gồm nhiều răng cưa hình chữ V. Chiều cao một răng cưa: 60 mm Dài đoạn vát đỉnh răng cưa: 40 mm Chiều cao cả thanh: 260 mm Khe dịch chỉnh: Cách nhau 450 mm Bề rộng khe: 12 mm Chiều cao: 150 mm D.Tính lượng khí sinh ra và ống thu khí : 3 Lượng khí sinh ra trong bể = 0.5 m /kgCODloaịbỏ (Metcalf & Eddy – Waste water engineering Treating, Diposal, Reuse, MccGraw-Hill, Third edition, 1991) 3 Qkhí = 0,5 m /kgCODloaịbỏ * 97.5kgCODloaịbỏ /ngaỳ = 48.75 m3/ngaỳ = 2.03125 m3/h = 0,564 (l/s) Trong đĩ lượng khí metan sinh ra chiếm 70 ÷ 80% Chọn metan sinh ra chiếm 70%. => Lượng khí methane sinh ra = 0,35 /kgCODloaịbỏ 3 QCH4 = 0,35 m kgCODloaịbỏ * 97.5 kgCODloaịbỏ 3 = 34.125 (m /ngaỳ) Tính ống thu khí Chọn vận tốc khí trong ống Vkhí = 10 m/s Đường kính ống dẫn khí : 4*Qkhí 4* 48.75 Dkhí = = = 0,0085 m = 8 mm 24*3600 *π *Vkhí 24*3600 *π *10 Chọn đường kính ống khí φ 14 ( φtrong = 8) Kiểm tra vận tốc khí : 4xQkhí 4*0,00056 V khí = = = 11,141 (m/s) πxD 2 π *0,0082 E.Tính lượng bùn sinh ra và ống xả bùn : Lượng bùn sinh ra trong bể = 0,05 : 0,1 g VSS/g COD loaị bỏ . (Metcalf & Eddy – Waste water engineering Treating, Diposal, Reuse, MccGraw-Hill, Third edition, 1991) Khối lượng bùn sinh ra trong một ngày Mbùn = 0,1 kg VSS/kg CODloại bỏ * 97.5 kg VSS/kg CODloại bỏ /ngày =9.75 kg VSS/ngày Theo sách “Anaerobic Sewage Treament “(Adianus C.van Haander and Gatze lettinna,trang 91 ) và Lâm Minh Triết. Ta cĩ: 1 m3 bùn tương đương 260 kgVSS Thể tích của bùn sinh ra trong một ngày M bùn 9.75(kgVVS / ngay) 3 Vbùn = = = 0,0375 m /ngày P 260(kgVSS / ngay) Lượng bùn sinh ra trong một tháng = 0,0375 * 30 = 1.125 m3 /tháng Chiều cao của bùn trong 1 tháng : Vbùn 1.125 hbùn = = = 0.070 m F 4* 4 Trang 144
  51. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Ống xả bùn Chọn thời gian xả bùn 1-3 tháng một lần Thể tích bùn sinh ra trong 3 tháng 3 3 Vbùn = 1.125 ( m /tháng) * 3 (tháng) = 3.375 m Chọn thời gian xả bùn là 3 giờ . Lưu lượng bùn xả ra : 3.375 3 Qbùn = = 1.125 m /h 3 Bùn xả ra nhờ áp lực thủy tĩnh thơng qua 1 ống inox φ76,đặt cách đáy 400 mm, độ dốc 2% F. Lấy mẫu : Để kiểm tra sự hoạt động bên trong bể ,dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu .Với các mẫu thu được ở cùng 1 van ,ta cĩ thể ước đốn lượng bùn ở độ cao đặt van đĩ. Dựa vào kết quả đo đạt và quan sát màu sắc bùn ,từ đĩ mà cĩ sự điều chỉnh thích hợp Trong điều kiện ổn định , tải trọng của bùn gần như khơng đổi , do đĩ mật độ bùn tăng lên đều đặn .Việc lấy mẫu được thực hiện đều đặn hằng ngày Khi mở van , cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được bùn gần giống trong bể vì nếu mở van lớn quá thi` nước sẽ thốt ra nhiều hơn.Thể tích mẫu thường lấy 500/1000 m3 . Bể cao 3.6 m,do đĩ dọc theo chiều cao bể đặt 5 van lấy mẫu , các va đặt cách nhau 0,5 m.Van dưới cùng đặt cách đáy 0.5 m . Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng φ27 ( φtrong = 20 ). G. Hệ thống phân phối nước trong bể : Với loại bùn dạng hạt ,tải trọng > 4 kgCOD /m3.ngày thì số điểm phân phối nước trong bể cần thõa ∼ 2 m2 trên đầu phân phối . Theo “Metcalf & Eddy – Waste water engineering Treating, Diposal, Reuse, MccGraw-Hill, Third edition, 1991”, 4x4 Số đầu phân phối cần : = 8 đầu 2m 2 / dau Nước từ bể tuyển nổi được bơm qua bể UASB theo đường ống chính ,phân phối đều ra 4 ống nhánh nhờ hệ thống van và đồng hồ đo lưu lượng đặt trên từng ống . Vận tốc nước trong ống chính ( là ống đẩy của bơm ): Vchính = 1,5 : 2,5 m/s Chọn Vchính = 2 m/s → Chọn đường kính ống chính : 4Q 4 * (12 .5 / 3600 ) Dchính = = = 0.047 m =47 mm π.Vchính π * 2 ⇒ sử dụng ống inox φ60 (φtrong = 50) làm ống chính . Kiểm tra vận tốc nước trong ống chính Q 20,83/ 3600(m3 / s) V = = = 1.7684 m/s chính 2 2 Schính (πφ / 4)m Vận tốc trong ống nhánh : Vnhánh = 1 : 3 m/s Chọn Vnhánh = 2 m/s . Lưu lượng nước trong mỗi ống nhánh 3 Q 12.5m / h 3 Qnhánh = = = 3.125 m /h 4 4 → Đường kính ống nhánh 4Q 4*(3.125 / 3600) Dchính = = = 0,024 m = 24 mm π.Vnhanh π * 2 ⇒ sử dụng ống inox φ27 (φtrong = 24) để dẫn nước phân phối trong UASB. Kiểm tra vận tốc nước trong ống nhánh : Q 3.125/ 3600(m3 / s) V = = = 1.919 m/s nhánh 2 2 S nhanh (πφ / 4)m H. Bơm : Lưu lượng cần bơm Q = 12.5 m3/h. Cột áp của bơm : H = Δz + ∑h (m H2O) Δz : khoảng cách từ mặt nước bể tuyển nổi đến mặt nước bể UASB . Trang 145
  52. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn ∑h : tổng tổn thất của bơm ,bao gồm tổn thất cục bộ ,tổn thất dọc đường ống ,tổn thất qua lớp bùn lơ lửng trong bể UASB. Một cách gần đúng ,chọn Δz = 4 m H2O ∑h = 7 m H2O ⇒ H = 4+ 7 = 11 m H2O Cơng suất yêu cầu trên trục bơm : Q.p.g.H (12.5/ 3600)m3 *1000kg / m3 *9.81m / s 2 *11m N = = = 0,468 kw 1000.η 1000*0.8 Vậy chọn bơm ly tâm cơng suất 0.75 kw= 1 (HP ) MẶT CẮT A-A MẶT CẮT B-B CHI TIẾT 2 TỈ LỆ 1/5 CHI TIẾT 1 HÀNH LANG CÔNG TÁC ỐNG THU KHÍ - 4000 4000 4000 30 +6.800 +6.000 300 270 Van lấy mẫu MẶT CẮT C -C 4 1 0 5 0 0 MÁNG THU NƯỚC 1600 5 172 6 ° 1 1000 2 0 150 0 1000 50 500 450 1 4100 40 1000 CHI TIẾT 2 ỐNG THU BÙN - 500 1000 2000 2000 2000 2000 2000 1000 1000 1000 1000 1000 1400 1400 980 + 0.000 1000 TẤM KẸP GIỮ ỐNG 300 - 0.600 300 200 MẶT BẰNG C C 300 300 12000 BULÔNG 200 MẶT BẰNG BỂ UASB CHI TIẾT 1 TỈ LỆ 1/ 5 ỐNG THU NƯỚC - ỐNG THU NƯỚC - 400 B ĐỆM CAO SU MÁNG THU NƯỚC 1000 2000 2000 2000 2000 2000 TẤM INOX 50 TỈ LỆ 1/5 75 300 200 75 BULÔNG MÁNG RĂNG CƯA 100 200 100 5000 75 150 BULÔNG M10 300 ĐỆM CAO SU 100 250 100 MÁNG RĂNG CƯA 5000 TỈ LỆ 1/10 20 60 40 KHE DỊCH CHỈNH 12mm 60 300 200 25 50 CẦU THANG 480 B 2500 ỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC - TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHOA MÔI TRƯỜNG THIẾT KẾ BỂ XỬ LÝ SINH HỌC NƯỚC TỶ LỆ : 1/50 THẢI NGÀNH THUỘC DA SỐ BẢN VẼ: 3 SVTH QUÁCH.M.TUẤN BẢN VẼ SỐ :3 GVHD NG .TẤN PHONG CHI TIẾT BỂ UASB 6/2001 CNBM NG.VĂN PHƯỚC Ví dụ áp dụng 2. Tính bể UASB cho cơng trình xư lý NT cĩ các thong số cho trong bài 1) Hiệu quả xử lý COD, BOD của UASB là 75% (tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai, 2001) BODra= 1367 - (1367*75%)= 342 mg/l - Hiệu quả xử lý COD. CODra= 2236 - (2236*75%)= 517 mg/l - Hiệu quả xử lý N, P: Tỷ lệ BOD : N : P trong bể UASB tốt nhất = 350 : 5 : 1. Nồng độc BOD bị khử: 1367*0.75 = 1025.25mg/l 1025.25*5 Nồng độ N bị khử tương ứng: = = 17mg /l 350 1025.25*1 Nồng độ P bị khử tương ứng: = = 3mg /l 350 Nra = 111−17 = 94mg /l Pra = 27 − 3 = 24mg /l Trang 146
  53. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Lượng COD cần khử mổi ngày. G = 1000m3*(75%*2236)=1677 kgCOD/ngày - Tải trọng khử COD của bể, theo quy phạm từ 4 - 18 kg COD/m3. ngày.Chọn a=7 kgCOD/ngày. 2) Thể tích xử lý yếm khí cần thiết. G 1677 V = = = 240m3 a 7 3) Để giữ lớp bùn ở trạng thái lơ lững tốc độ nước dâng trong bể khoảng 0,6-0,9m/h (Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai,2001 ). Chọn v = 0,9m3/h - Diện tích bể cần thiết Q 1000 F = = = 46.3 m2 v 24*0.9 4) Chiều cao cần xử lý yếm khí. V 240 H = = = 5.2m 1 F 46.3 5) Tổng chiều cao bể. H=H1+H2+H3 H1: chiều cao cần phải xử lý yếm khí. H2: Chiều cao vùng lắng, chiều cao này phải lớn hơn 1 để đảm bảo khơng gian an tồn cho vùng lắng. Chọn H2=1,5m H3: Chiều cao dự trữ chọn 0,3m => H=5.2+1,5+0,3= 7 m. 6) Kiểm tra thời gian lưu nước. V Th=∗24 Q Với V=H*F= 7*46.3=324.1 (m3). 324.1 => T = * 24 = 7.78h 1000 7) Kích thước bể: Với diện tích F= 46.3 m2, chiều cao tổng cộng H=7 m chiều dài bể L=8m Chiều rộng bể B=5.9m 8) Nước khi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm chắn khí đặt nghiêng so với phương ngang một gĩc 45-600. Chọn 500 H + H tg500 = lang 3 H + H = tg500 * B 2 B 2 lang 3 =>Hlắng=3.46 – 0,3 = 3.16m, >30% so với chiều cao bể nên thỏa mãn điều kiện thiết kế. 9) Trong bể lắp 1 tấm hướng dịng. Với một tấm hướng dịng lắp 4 tấm chắn khí, đặt theo hình chữ V, mỗi bên đặt 2 tấm, các tấm nầy đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang 1 gĩc 500. Chọn khe hở các tấm chắn nầy bằng nhau. Trang 147
  54. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Tổng diện tích các khe hở chiếm 15-20% tổng diện tích bể. Chọn Fkhe=0,15Fbể Trong ngăn cĩ 4 khe hở, diện tích mỗi khe. 0.15* F 0.15* 46.3 F = be = = 1.74m2 khe sokhe 4 Khoảng cách (bề rộng) giữa các khe hở. F 1.77 l = khe = = 0.435m sokhe 4 H3 Tm chn éng la khí 2 Tm chn khí 1 10) Tấm chắn khí 1. 435 Chiều dài l1=L=8m Tm hng dịng Chiều rộng b1. H − H 3.16 −1.5 b = lang 2 = = 2.17m 1 sin500 sin500 11) Tấm chắn khí 2: Chiều dài l2= L = 8m Chiều rộng b2 h = 435*sin(90 − 50) = 280mm Độ dài tấm b2 chồng lên b1 chọn 400mm H + H − h 1.5 + 0.3 − 0.280 b = 400 + 2 3 = 400 + = 2.38m 2 sin50 sin50 12) Tấm hướng dịng được đặt nghiêng so với phương ngang 1 gĩc 500 và cách tấm chắn khí 1 là 435mm Khoảng cách giữa hai tấm chắn khí là L=4X. Với X=435*cos 500=280mm =>L=4X=4*280=1119mm ≈ 1.12m Trang 148
  55. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Tấm hướng dịng cĩ chức năng chặn bùn đi lên phần xử lý yếm khí lên phần lắng nên độ rộng đáy D giữa hai tấm hướng dịng phải lớn hơn L. Đoạn nhơ ra của tấm hướng dịng nằm bên dưới khe hở từ 10-20cm, chọn mổi bên nhơ ra 20cm. =>D=1120+400=1520m Chọn D=1520m D 1520 Chiều rộng tấm hướng dịng = 2 = 2 = 1182mm Cos500 Cos500 13) Tính tốn ống phân phối nước: Vận tốc nước chảy trong đường ống chính dao động từ 0.8-2m/s.Chọn vống=1m/s Đường kính ống chính: 4*Q 4*1000 Dongchinh = = = 0.122m = 122mm 3.14*vong * 24*3600 3.14*1* 24*3600 Vậy chọn ống chính là thép khơng gỉ cĩ đường kính 125mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: 4*Q vong = 2 = 0.943m / s , gần bằng 1m/s (thỏa). Dongchinh *3.14* 24*3600 14) Hệ thống đầu phân phối nước: Bể UASB được thiết kế cĩ tổng cộng 15 đầu phân phối nước. Kiểm tra diện tích trung bình của 1 đầu phân phối nước: 8*5.8 a = = 3.1m2 (nằm trong khoảng cho phép từ 2-5m2/đầu.) n 15 15) Đường kính ống nhánh Trang 149
  56. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Chọn vận tốc nước chảy trong ống nhánh vnhánh= 1.5m/s. Chọn 5 ống nhánh để phân phối nước vào bể. Các ống này đặt vuơng gĩc chiều dài bể. Mỗi ống cách nhau 1.6m, 2 ống sát tường đặt cách tường 0.8m. Đường kính ống nhánh: 4*1000 4*Qongnhanh 5 Dongnhanh = = = 0.044m = 44mm 3.14*vongnhanh * 24*3600 3.14*1.5*3600* 24 Chọn đường kính ống nhánh Dong nhanh= 45mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống nhánh: 4*Qongnhanh vongnhanh = 2 = 1.46m / s Dongnhanh *3.14* 24*3600 16) Lổ phân phối nước: Tổng cộng cĩ 15 đầu phân phối nước trên 5 ống nhánh. một ống nhánh sẽ cĩ 3 đầu phân phối nước. Tại 1 đầu phân phối nước bố trí 2 lổ theo 2 phía của đường ống Q 200 Lưu lượng qua lỗ phân phối: Q = ongnhanh = = 33.333m3 / ngày. phanphoi 6 6 Đường kính lổ phân phối: 4* 200 4*Qphanphoi 6 Dlo = = = 0.018m = 18mm 3.14*vphanphoi * 24*3600 3.14*1.5* 24*3600 Vận tốc nước qua lổ phân phối = 1.5m/s. lổ phân phối cĩ đường kính 18mm. Các ống phân phối nước đặt cách đáy 20cm. 17) Tính lượng khí sinh ra 3 Lượng khí sinh ra trong bể tương đương: 0.5m /1kgCODloại bỏ Thể tích khí sinh ra trong ngày: 3 Vkhí = 0.5*1677 = 838.5m / ngày. 3 Lượng khí metan sinh ra tương đương 0.35m /1kgCODloại bỏ 3 Thể tích khí metan sinh ra: Vkhíme tan = 0.35*1677 = 586.95m / ngày. 18) Đường kính ống thu khí: Vận tốc khí trong ống từ 10-15m/s. Chọn vận tốc khí trong ống 10m/s. Lắp 2 ống dẫn khí 2 bên thành bể Đường kính ống dẫn khí: Q 4* khi 2 4* 419.25 Dkhi = = = 0.025m 3.14*vkhi * 24*3600 3.14*10* 24*3600 Chọn đường kính ống dẫn khí 50mm. 19) Lượng bùn sinh ra: Trang 150
  57. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Lượng bùn sinh ra tron bể tương đương 0.05-0.1gVSS/gCODloai bo. Khối lượng bùn sinh ra trong 1 ngày: M bun = 0.1*1677* = 167.7kgVSS / ngay. Theo quy phạm: 1m3 bùn tương đương 260kg VSS. Thể tích bùn sinh ra trong 1 ngày: 167.7 V = = 0.645m3 / ngay bun 260 Chọn thời gian lưu bùn là 3 tháng: Lượng bùn sinh ra trong 3 tháng = 0.645*30*3= 58 m3 58 Chiều cao bùn trong 3 tháng: = =1.24m 46.3 20) Đường kính ống thu bùn: Chọn thời gian xả cặn là 120 phút. 58 Lượng cặn đi vào ống thu bùn trong 120 phút: = = 0.008m3 / s 120*60 Bố trí 3 ống thu bùn, các ống này đặt vuơng gĩc với chiều rộng bể, mỗi ống cách nhau 1.94m, 2 ống sát tường cách tường 0.96m Vận tốc bùn trong ống chọn 0.5m/s. 0.008 Diện tích ống xả cặn: F = = 0.0054m2 bun 3*0.5 4* S 4*0.0054 Đường kính ống thu bùn: D = = = 0.0083m = 83mm 3.14 3.14 Chọn đường kính ống 85mm 21) Số lổ đục trên ống thu bùn: Chọn tốc độ bùn qua lổ v = 0.5m/s Chọn đường kính lỗ dlo= 30mm. 3.14* d 2 3.14*0.032 diện tích lỗ: f = lo = = 0.0071m2 lo 4 4 0.008 Tổng diện tích lỗ trên 1 ống xả cặn: F = = 0.0054m2 lo 3*0.5 F 0.0054 Số lổ trên 1 ống: n = lo = = 7.6 flo 0.00071 Chọn số lỗ trên 1 ống 8. 3 ống sẽ cĩ 24 lỗ. 22) Đường kính ống thu bùn trung tâm: Chọn vận tốc 0.3m/s 4*0.008 Đường kính ống thu bùn: D = = 185mm 3.14*0.3 Theo TCXD 51-84, đường kính ống thu bùn tối thiểu 200mm. Chọn đường kính ống trung tâm là 200mm. 23) Máng thu nước: Trang 151
  58. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều rộng của bể. Máng tràn gồm nhiều răng cưa hình chữ V. Cơng thức tính lưu lượng qua mỗi răng máng hình chữ V 8 θ 5 Q = C tg 2g H 2 15 d 2 0 Trong đĩ: θ : gĩc ở đỉnh tam giác, chọn = 90 g : gia tốc trọng trường H : chiều cao cột nước trên đỉnh tam giác, chọn H = 0,04 m Cd : hệ số lưu lượng 0.7 C = 0.56 + d R0.165W 0.17 ρgH 2 1000*9.81*0.042 Trong đĩ: W = = = 224 δ 70.10−3 δ : sức căng mặt ngồi của nước = 70.10-3 H gH 0.04* 9.81*0.04 R = = = 36.7 ν 0.8545.10−3 -3 0 ν : độ nhớt động học của nước = 0,8545.10 Pas (ở 27 C) Cd = 0.71 0 8 90 5 3 Q = *0.71*tg * 2*9.81*0.04 2 = 0.00054m 15 2 s 1000 Số răng cưa trên máng: n = = 26 24*3600*0.00045 Như vậy hai bên máng thu nước mỗi bên cĩ 13 răng. 8 l = = 0.57m 13 +1 Chiều rộng máng chọn b=0.3m. Nước chảy trong máng với vận tốc v = 0.24m/s, độ dốc máng i=0.05 8 Thời gian trung bình lưu nước trong máng: t = =17s (17 giây). 2*0.24 1000 Thể tích máng thu: V = Q *t = *17 = 0.197m3 24*3600 V 0.197 Chiều cao máng thu nước: h = = = 0.082m L *b 8*0.3 Tổng chiều cao máng thu nước: = 0.04 + 0.082 = 0.122m, chọn 0.15m (do cĩ thêm chiều cao dự trữ máng răng cưa). Chiều cao máng thu nước ở cuối bể: 0.15 + 0.05*8 =0.55m Trang 152
  59. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 8000 550 Mt 570  23) Lắp đặt các ống dẫn bùn: Mc nc 24) Tính tổn thất cột nước và chọn bơm: Áp dụng phương trình becnouly cho mặt cắt 1-1 (mắt thống bể gạn mũ) và mặt cắt 2-2 (mặt cắt tại lổ phân phối nước của bể UASB ). P α v2 P α v2 Z + 1 + 1 1 + H = Z + 2 + 1 2 + h 1 γ 2g 2 γ 2g ∑ 1−2 Suy ra cột áp máy bơm: P − P α v2 −α v2 H = (Z − Z ) + 2 1 + 2 2 1 1 + h 2 1 γ 2g ∑ 1−2 Trong đĩ Z2-Z1: chênh lệch độ cao giữa 2 mặt cắt = -2.3m P1, P2: áp suất tại mặt cắt 1, 2. 5 2 P1: áp suất khí quyển 1.0*10 (N/m ). P2: Áp suất tại mặt cắt 2. 5 P2 = Pthoang + ρgH =1.2*10 +1000*9.81*6.7 =185727 5 Pthoang: áp suất tại mặt thống bể UASB. Do cĩ chứa 1 lượng khí nên giả sử áp suất 1.2*10 Trang 153
  60. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn α1 ,α 2 =1. (do nước chảy trong ống là chảy rối.) v1, v2: vận tốc tại mặt cắt 1, và 2. (v1=0, v2=1.5 m/s) ∑ h1−2 : tống tổn thất. a) Tổng tổn thất: ∑h1−2 = hd + hc hd : tổn thất dọc đường. hd = hd _125 + hd _ 45 = 0.1176 +1.21=1.3276m hd _125 : tổn thất dọc đường trong ống chính cĩ đường kính 125mm. l v2 h = λ d _125 d 2g Với v là vận tốc nước chảy trong ống, v =1m/s λ : hệ số ma sát. Phụ thuộc vào số Renol vd ρ 1*0.125*1000 Re== = 246284 >105 μ 0.8545*10−3 Nên λ được tính theo cơng thức Conacop: 11 λ == =0.0148 (1.8lg Re−− 1.5)22 (1.8lg 246284 1.5) l: chiều dài ống bằng 19.4m. d: đường kính ống bằng 0.125m. l v2 19.4 1 Suy ra h _ = λ = 0.0148 = 0.1176m d 125 d 2g 0.125 2g hd _ 45 : tổn thất dọc đường qua đường ống nhánh cĩ đường kính 45mm. l v2 h = λ d _ 45 d 2g Với v là vận tốc nước chảy trong ống, v =1.5m/s λ : hệ số ma sát. Phụ thuộc vào số Renol vdρ 1.5*0.045*1000 Re = = = 78994 . 2320 < Re < 105 μ 0.8545*10−3 0.3164 0.3164 Nên λ được tính theo cơng thức Blazious: λ = = = 0.019 Re0.25 (78994)0.25 l: chiều dài ống bằng 25m. d: đường kính ống bằng 0.045m. l v2 25 1.52 Suy ra h _ = λ = 0.019 = 1.21m d 45 d 2g 0.045 2g Trang 154
  61. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn hc : tổn thất cục bộ hc = hc _125 + hc _ 45 = 0.044 +1.66 =1.71m v2 h = ξ c _125 ∑ 2g ∑ξ = ξ1 + 6ξ2 = 0.2 + 6*0.11 = 0.86 ξ1 : hệ số trở lực khi vào ống hút. 0 ξ2 : hệ số trở lực khúc cong 90 v2 1.0 Suy ra h = ξ = 0.86 = 0.044m c _125 ∑ 2g 2*9.81 v2 h = ξ c _ 45 ∑ 2g ∑ξ = 4ξ1 + 30ξ2 = 4*0.437 + 30*0.424 = 14.468 ξ1 : hệ số trở lực khi thu hẹp từ ống 125mm qua ống 45mm. ξ2 : hệ số trở lực khu thu hẹp từ ống 45mm qua lỗ 18mm v2 1.52 Suy ra h = ξ =14.468 =1.66m c _ 45 ∑ 2g 2*9.81 ∑ h1−2 = hd + hc =1.3276 +1.71= 3.1m b) cột áp máy bơm: P − P α v2 −α v2 185727 −100000 1*1.52 −1*0 H = (Z − Z ) + 2 1 + 2 2 1 1 + h = −2.3 + + + 3.1= 8.8m 2 1 γ 2g ∑ 1−2 1000*9.81 2*9.81 c) cơng suất máy bơm: QρgH 0.0174*1000*9.81*8.8 N = = =1.88kW 1000η 1000*0.8 Chọn 2 bơm cơng suất 2.0kW. Một hoạt động và 1 dự phịng. Q: lưu lượng nước cần bơm (m3/s ) Các thơng số thiết kế bể UASB. Tên thơng số Kí hiệu Đơn vị Số lượng Chiều cao xây dựng H m 7 Chiều dài bể L m 8 Chiều rộng bể B m 5.9 Chiều dài tấm chắn khí 1 l1 m 8 Bề rộng tấm chắn khí 1 b1 m 2.17 Chiều dài tấm chắn khí 2 l2 m 8 Bề rộng tấm chắn khí 2 b2 m 2.38 Chiều rộng tấm hướng dịng D m 1.52 Trang 155
  62. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Cạnh bên tấm hướng dịng m 1.182 Đường kính ống dẫn nước trung tâm mm 125 Đường kính ống dẫn nước phân phối mm 45 Số lượng ống nhánh cấp nước 5 Số lượng ống thu khí 2 Đường kính ống thu khí mm 25 Đường kính ống thu bùn trung tâm mm 200 Đường kính ống nhánh thu bùn mm 97 Số lượng ống nhánh thu bùn 3 Chiều cao máng thu nước đầu bể Mm 150 Chiều cao máng cuối bể mm 550 Trang 156