Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Ch ng 4: X LÝ N C TH I B NG PH NG SINH H C Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng s ng và hoạt động của VSV có khả năng phân hoá những hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ sau khi phân hoá tr thành nước, những chất vô cơ hay các khí đơn giản. Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: - Điều kiện tự nhiên. - Điều kiện nhân tạo. 4.1. CÔNG TRÍNH X LÝ N C TH I TRONG ĐI U KI N T NHIÊN 4.1.1. Cánh đồng t i công c ng và bãi l c Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể. Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón t t có lượng N thích hợp với sự phát triển của thực vật. Tỷ lệ các nguyên t dinh dưỡng trong nước thải thư ng là 5:1:2 = N:P:K. Nước thải CN cũng có thể sử dụng nếu chúng ta loại b các chất độc hại. Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng th i giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên ngư i ta dùng cánh đồng tưới công 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 trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nh có oxy trong các lỗ h ng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xu ng, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xu ng dần. Cu i cùng đến độ sâu đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra lớp đất mặt sâu tới 1.5m. Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thư ng được xây dựng những nơi có 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 d c không đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ô bằng các b đất. Nước thải phân b vào các ô bằng hệ th ng mạng lưới phân ph i gồm : mương chính, máng phân ph i và hệ th ng tưới trong các ô. 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 thư ng được xây dựng những nơi có độ d c tự nhiên, cách xa khu dân cư về cu i hướng gió. Xây dựng những nơi đất cát, á cát, cũng có thể nơi đất á sét, nhưng với tiêu chuẩn tưới không cao và đảm bảo đất có thể thấm kịp. Diện tích mỗi ô không nh hơn 3 ha, đ i với những cánh đồng công cộng diện tích trung bình các ô lấy từ 5 đến 8 ha, chiều dài của ô nên lấy khoảng 300-1500 m, chiều rộng lấy căn cứ vào địa hình. Mực nước ngầm và các biện pháp tưới không vượt quá 10 -200 m. Trang 95 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Cánh đồng tưới công cộng và cánh động lọc thư ng xây dựng với i~0,02 Sơ đồ cánh đồng tưới 1. M ơng chính và màng phân ph i; 2. Máng, rãnh phân ph i trong các ô; 3. M ơng tiêu n ớc; 4. ng tiêu n ớc; 5. Đ ờng đi Khoảng cách vệ sinh phụ thuộc vào công suất: + Đ i 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 + Đ i 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 ph i + Hệ th ng mạng lưới tưới trong các ô + Hệ th ng tiêu nước (nếu nước không thấm đất) . ( Chiều sâu ng tiêu: 1,2-2m) Kích thước các ô phụ thuộc vào địa hình + Cánh đồng tưới: STB = 5-8 ha R ⎛1 1⎞ =⎜ − ⎟ D ⎝ 4 8⎠ + Đ i với bãi lọc thì nh hơn + Tuy nhiên chiều dài ô: D = 300-1500 ; R = 100-200 Để xác định diện tích của cánh đồng tưới ngư i 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 su t t/g một vụ). 3- T/C tưới 1 lần (lượng nước tưới 1 lần). Trang 96 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn 4- T/C tưới bón (lượng nước cho 1 loại cây trồng xuất phát từ khả năng bón của nước thải). Diện tích thực dụng của cánh đồng tưới, bãi lọc: Q Ftd = q (ha) o Với: + qo: T/C tưới nước lấy theo các bảng sau Tiêu chuẩn t to TB năm của KK Lo i cây trồng 6-9,5oC 9,5-11oC 11-15 oC Vư n Đồng Vư n Đồng Vư n Đồng i đối v i cánh đồng công c ng Tiêu chuẩn tưới ((m3/ha.ng.đ) Á sét Á cát Cát 45 60 80 25 30 40 60 70 85 30 35 45 70 80 90 35 40 45 T/C tưới (m3/ha) 2500-6300 5000-7000 4000-4500 3000-6500 1800-2500 5000-10000 Loại cây trồng Bắp cải sớm và xúp lơ Bắp cải muộn Cà chua Củ cải Khoai tây Hành t i, rau thơm A sét Cát T/C phụ thuộc mực n ớc ngầm 1.5m 6-11oC 70 11-15 oC 80 o 6-11 C 160 o 11-15 C 180 2.0m 75 85 130 210 3.0m 85 100 235 350 Mỗi cánh đồng có một vùng đất dự trữ Q qo Fdt = αq = α Ftdq dt dt Với: qo + (q = 0.3-0.5) + α: hệ s kể đến việc lượng nước thải phụ thuộc vào to t < 10oC α = 0.75 t > 10oC α = 0.5 Tổng diện tích của cánh đồng dt khu vực dự trữ luôn nh hơn dự định và nó F = Fdt + Ftd + K(Fdt + Ftd) V i: Trang 97 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn + K(Fdt + Ftd): phần công trình phụ, b chắn, kênh mương) + K = (0.15-0.25), thư ng K = 0.25 Vận t c tưới: + h = 1.0 m v = 0.15-0.85m/s + h ≠ 1.0 m v = voh0.2 h: chiều sâu TB của dòng chảy (m). vo: vận t c khi chiều sâu dòng chảy h = 1m. Độ d c: I = 0.001-0.0005 Lưu lượng tính toán cho mạng lưới ô: q= Ftd.m mFtd.1000 t = t.3600 (l/s) V i: + m: T/C tưới cho loại cây chủ yếu + t: t/g tưới Lưu lượng nước tính toán tiêu nước: qt = αqoT 3 t (m /ha.ng.đ) V i: + qo: T/C tưới (m3/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 không đồng đều nên nhân thêm hệ s n (=1.5): 1000 qmt = qt.n.86400 (l/s.ha) (modun dòng chảy tiêu nước) Lưu lượng tính cho 1 ng: q1 = F1. qm.t (F1: diện tích phục vụ) bl F1 = 10000 (ha) V i: + b: khoảng cách giữa các ng tiêu nước. + l: chiều dài ng tiêu. l = 629(H-h) 2 k p V i: + H: chiều sâu chân c ng + h: chiều sâu của lớp đất cần tiêu nước + k: hệ s thấm Loại đất Cát A cát Kích thước hạt đất (mm) 1.22-0.12 0.12-0.076 Hệ s thấm (cm/s) 1-0.01 0.01-0.004 Trang 98 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn A sét Sét thấm nước 0.076-0.038 0.038 0.004-0.001 0.001 + P: chiều cao lớp nước tiêu đi trong ngày αqoT P= t.1000 H h ho b 4.1.2. Cánh đồng t i nông nghi p: Từ lâu ngư i ta cũng đã nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bón để tưới lên các cánh đồng nông nghiệp những vùng ngoại ô. Theo chế độ nước tưới ngư i 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 ngư i ta lại giữ trữ nước thải trong các đầm hồ (hồ nuôi cá, hồ sinh học, hồ điều hòa,…) hoặc xả ra cánh đồng c , cánh đồng trồng cây ưa nước hay hay vào vùng dự trữ. Chọn loại cánh đồng nào là tùy thuộc vào đặc điểm thoát nước của vùng và loại cây trồng hiện có 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 công cộng và có ý kiến chuyên gia nông nghiệp. b 4.1.3. Hồ sinh h c: Cấu tạo: Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn g c tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nh các loài 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 hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ b i vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thư ng cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ t i ưu. Nhiệt độ không được thấp Trang 99 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn hơn 60C. Theo quá trình sinh hóa, ngư i 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. Ngoài việc xử lý nước thải còn có nhiệm vụ: + Nuôi trồng thuỷ sản. + Nguồn nước để tưới cho cây trồng. + Điều hoà dòng chảy. Có các loại sau đây: + Hồ kỵ khí. + Hồ kỵ hiếu khí + Hồ hiếu khí. 4.1.3.1_ Hồ kỵ khí a/ Đặc đi m 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 toán: chủ yếu là theo kinh nghiệm o Skỵ khí = (10-20%) Skỵ hịếu khí o t/g lưu + Mùa hè: 1.5 ngày + Mùa đông: > 5 ngày o E% BOD + Mùa hè: 65-80% + Mùa đông: 45-65% c/ L u ý o Hồ có 2 ngăn để dự phòng (tháo bùn, …) o Cửa cho nước thải vào phải đặt chìm o S < 0.5 ha: 1 miệng xả o S > 0.5 ha: bổ sung thêm o Cửa lấy nước thiết kế gi ng thu nước bề mặt. 4.1.3.2_ Hồ kỵ hiếu khí: th ờng gặp Trong hồ xảy ra 2 quá trình song song + Oxy hoá hiếu khí. + Phân hủy metan cặn lắng. Có 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 đáy phụ thuộc vào to. Chiều sâu của hồ kỵ hiếu khí: 0.9-1.5 m. TÍNH TOÁN 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 có gió: S rộng ; Vùng ít gió: Hồ có nhiều ngăn 4/ Nếu đáy dễ thấm phủ lớp đất sét S = 15 cm Trang 100 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn 5/ B hồ có mái d c: + Trong (1:1 – 1.5:1) + Ngoài (2:1 – 2.5:1) 6/ Nên trồng c dọc hồ (cách mặt taly và đáy 30 cm phải gia c bê tông). 7/ Cấu tạo cửa vào và cửa ra: ng dẫn nước Mực nước H ng dẫn nước Mực nước H 1 Tấm ngăn nổi Ong dẫn nước ra 8/ Hiệu quả xử lý Lt 1 E = L = 1 + kt a t V i: + La: BOD5 nước thải (mg/l) + Lt: BOD5 đã xử lý + t: t/g lưu nước thải + kt: Hệ s phụ thuộc vào to kt =k20 . C (T - 20) 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/ Th i gian lưu nước: La - Lt t = k .L t t Trang 101 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn 10/ Tải lượng BOD5: BOD5 = 11.2(1.054)(1.8T + 32) 4.1.3.3. Hồ hiếu khí: Oxy hoá các chất HC nh VSV hiếu khí. Có 2 loại: a/ Hồ làm thoáng t nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không 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 thoáng nhân t o: cấp oxy bằng khí nén, máy khuấy, … Chiều sâu: h = 2-4.5 m. Tải trọng BOD: 400 kg/ha.ngày. Th i gian lưu: 1-3 ngày. Tuy nhiên hoạt động như hồ kỵ hiếu khí. Ví dụ áp dụng: Tính hồ sinh h c cho công trình x lý n đây: c th i khu đô th v i các số liệu cho sau Các s liệu đầu vào để tính toán: L u l ợng trung bình của n ớc th i trong ngày đêm: Q = 2988,6 m3/ngđ;  Hàm l ợng chất lơ lửng: 52,5 mg/L;  Hàm l ợng NOS20 sau xử lý: 140 mg/L;  Nhiệt độ của n ớc th i: 250C.  S liệu đầu ra cần đ t:   Hàm l ợng chất lơ lửng ≤ 25 mg/L Hàm l ợng NOS20 ≤ 70 mg/L Chọn hồ sinh học hiếu khí hai bậc với làm thoáng tự nhiên để tính toán thiết kế. Ph ơng pháp tính toán dựa theo TCXD-51-84, phụ lục E, mục 6. a. Tính toán hồ sinh học bậc I: Gi sử rằng hiệu qu xử lý n ớc th i ở hồ sinh vật bậc I đ t 30%. Nh vậy, hàm l ợng NOS20 của n ớc th i ra kh i hồ bậc I sẽ là 140 x 70% = 98 mg/L. Thời gian l u n ớc t i hồ bậc I đ ợc tính theo công thức: t1 = Trong đó: L 140 1 1 = 3,5 ngày đêm lg lg a = α 1 K1 Lt 0,35 × 0,1258 98 α1 : Hệ s sử dụng thể tích hồ: chọn tỉ lệ B:L = 1:1 - 1:3, α1 = 0,35; K1 : Hằng s La : Hàm l ợng NOS20 dẫn vào hồ bậc I; Lt : Hàm l ợng NOS20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II. nhiệt độ, ứng với nhiệt độ n ớc th i ở hồ bậc I là 250C, ta có: K 1 = 0,1 × 1,047 (25− 20 ) = 0,1258 ; Thể tích hồ bậc I đ ợc tính theo công thức: tb W1 = Qngd × t1 = 2988,6 × 3,5 ≈ 10460 m3 Diện tích mặt thoáng của hồ bậc I đ ợc tính theo công thức: Trang 102 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn F1 = tb × C p × (La − Lt ) Qngd a × (C p − C 0 )× Tr = 2988,6 × 8,58 × (140 − 98) ≈ 74279 m2 0,9 × (8,58 − 5) × 4,5 Trong đó: Cp : L ợng oxy hòa tan t ơng ứng với nhiệt độ của n ớc trong hồ, lấy Cp = 8,58 mg/L; C0 : Hàm l ợng oxy hòa tan trong n ớc ra kh i hồ, lấy = 5 - 6 mg/L; La : Hàm l ợng NOS20 dẫn vào hồ bậc I; Lt : Hàm l ợng NOS20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II; Tr : Độ hòa tan tự nhiên của không khí vào n ớc ứng với độ thiếu hụt oxy bằng 1, lấy bằng 4 - 6 g/m3.ngđ, chọn Tr = 4,5 g/m3.ngđ; a : Hệ s đặc tr ng tính chất bề mặt của hồ: Khi bờ hồ khúc khuỷu, a = 0,5 - 0,6; Khi bờ hồ bình th ờng, a = 0,8 - 0,9, lấy a = 0,9. Chọn thiết kế hồ sinh học bậc I gồm 4 đơn nguyên, ta tính đ ợc kích th ớc mỗi hồ sinh học bậc I trên mặt bằng đ ợc chọn nh sau: L1 × B1 = 74279 ≈ 18570 = 150m × 125m 4 Chiều sâu lớp n ớc của hồ sinh vật bậc I: H1 = W1 10460 = = 0,56 m F1 18570 b. Tính toán hồ sinh học bậc II: Thời gian l u n ớc t i hồ bậc I đ ợc tính theo công thức: t2 = Trong đó: L 1 1 98 lg t = lg = 1,6 ngày đêm α 2 K 2 Lr 0,8 × 0,1148 70 α2 : Hệ s sử dụng thể tích hồ, α 2 = 0,8 ứng với tỉ lệ B : L đến 1 : 30; K2 : Hằng s Lt : Hàm l ợng NOS20 dẫn vào hồ bậc II; Lr : Hàm l ợng NOS20 cần đ t sau xử lý. nhiệt độ, ứng với nhiệt độ n ớc th i ở hồ bậc II là 230C, ta có: K 2 = 0,1 × 1,047 (23− 20 ) = 0,1148 ; Thể tích hồ bậc II đ ợc tính theo công thức: tb W2 = Qngd × t 2 = 2988,6 × 1,6 ≈ 4755 m3 tb × C p × (Lt − Lr ) Qngd Diện tích mặt thoáng của hồ bậc I đ ợc tính theo công thức: F2 = a × (C p − C0 )× Tr = 2988,6 × 8,58 × (98 − 70 ) ≈ 49520 m2 0,9 × (8,58 − 5) × 4,5 Chọn thiết kế hồ sinh học bậc II gồm 2 đơn nguyên, ta tính đ ợc kích th ớc mỗi hồ sinh học bậc II trên mặt bằng đ ợc chọn nh sau: Trang 103 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn L2 × B2 = 49520 ≈ 24760 = 160m × 155m 2 Chiều sâu lớp n ớc của hồ sinh vật bậc II: H2 = W2 4755 = ≈ 0,2 m F2 24760 4.2. CÔNG TRÌNH X LÝ SINH H C NHÂN T O 4.2.1. B l c sinh h c (B Biophin)( có l p v t li u không ng p n c) CHI TIEÁT THAÙP LOÏC SINH HOÏC 800 CAÀU THANG CHI TIEÁT 1 3125 DAØN PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC 70 00 4000 VAÄT LIEÄU LOÏC 70 400 600 GIAÙ ÑÔÕ VAÄT LIEÄU LOÏC 3000 00 300 COÄT 300 x 300 mm 150 750 300 4753 300 50 60 300 4754 300 4753 50 0 50 00 3000 70 00 00 70 230 40 15000 230 150 0 10 A-A 150 750 50 0 0 350 150 4753 300 COÄT 300*300 CHI TIEÁT 1 DAØN OÁN G PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC ÔÛ 4 GOÙC THAÙP 2000 NÖÔÙC VAØO 300 CAÙC H BOÁ TRÍ HEÄ THOÁN G PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC 4754 15460 THANG THAÊM 17260 TÆ LEÄ 1:2 CÖÛA NÖÔÙC RA 1000 30 1000 A 1000 A 4753 1000 1000 500 1000 300 300 1000 OÁN G NÖÔÙC TUAÀN HOAØN TÖØ MAÙY EÙP BUØN 150 850 OÁN G SUÏC KHÍ 1000 1500 1500 300 100 600 1000 300 300 1200 19300 300 1000 300 CÖÛA NÖÔÙC QUA BEÅ AEROTEN 1000 MAËT BAÈNG 1000 CÖÛA NÖÔÙC TUAÀN HOAØN LAÏI HOÁ BÔM SINH HOÏC 150 50 200 1000 2020 50 3980 TRÖÔØNG ÑHDL KTCN TP. HOÀ CHÍ MINH KHOA MOÂI TRÖÔØNG LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP 20 100 1000 7000 1000 50 TÆ LEÄ 1:15 1000 2000 VAÄT LIEÄU LOÏC 1000 BEÅ TUAÀN HOAØN 300 1000 750 230 CHI TIEÁT OÁN G QUAY PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC TL 1:10 CAÙC H SAÉP XEÁP VAÄT LIEÄU LOÏC NGHIEÂN CÖÙU CAÛI TAÏO HEÄ THOÁN G XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI TAÄP TRUNG KHU COÂN G NGHIEÄP VIEÄT NAM - SINGAPORE GVHD GV KS. LAÂM VÓNH SÔN CNBM GS TS. LAÂM MINH TRIEÁT SVTH NGUYEÃN KHA TUAÁN THAÙP LOÏC SINH HOÏC TYÛ LEÄ : 1:80 SOÁ BAÛN VEÕ : 15 BAÛN VEÕ SOÁ : 11 THAÙN G 12 - 2004 Lọc sinh học có vật liệu không ngập nước Cấu tạo: có vật liệu tiếp xúc không ngập nước. - Các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu có thể). - Nước thải được phân ph i đều. - Nước thải sau khi tiếp xúc VL tạo thành các hạt nh chảy thành màng nh luồng qua khe h VL lọc. bề mặt VL lọc và các khe h giữa chúng các cặn bẩn được giữ lại tạo thành màng _ Màng sinh học. - Lượng oxy cần thiết để cấp làm oxy hoá chất bẩn đi từ đáy lên. - Những màng VS đã chết sẽ cùng nước thải ra kh i bể được giữ bể lắng 2. Vật liệu lọc: - Có diện tích bề mặt/đvị diện tích lớn - Than đá cục, đá cục, cuội s i 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 th ng phân ph i nước: - Dàn ng tự động qua (bể trộn, tháp lọc). - Dàn ng c định (lọc sinh học nh giọt) cao tải. Trang 104 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt VL: 0.2-0.3 m. Sàn đỡ và thu nước: có 2 nhiệm vụ: - Thu đều nước có các mảnh v của màng sinh học bị tróc. - Phân ph i đều gió vào bể lọc để duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng. - Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung - Khoảng cách từ sàn phân ph i đến đáy bể thư ng 0.6-0.8 m, i = 1-2 % Phân loại bể lọc sinh học: Đơn v đo m T i tr ng thấp 1-3 Kg BOD5/1 m3.ngày m3/m2.ngày Đá cục, than cục, đá ong, … 0.08-0.4 1-4.1 T i tr ng cao 0.9-2.4 (đá) 6-8 (nhựa tấm) Đá cục, than, đá ong, nhựa đúc. 0.4-1.6 4.1-40.7 % 80-90 65-85 Thông số Chiều cao lớp VL Loại VL Tải trọng theo chất HC Tải trọng thuỷ lực theo diện tích bề mặt Hiệu quả BOD TÍNH TOÁN 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 V1 = CO : thể tích / 1m3 nước 6 < tkk < 10oC: CO = 250 tkk > 10oC: CO = 300 tkk ≠ 10oC: t1 CO = 30 100C (CO: công suất oxy hoá (g/m3.ng.đ) ) V = V1Q + F: thông s tuần hoàn nước F= 1+R R (1 + 10)2 QT R = Q : Hệ s tuần hoàn 2/ Xác định lại thể tích VL lọc theo hiệu suất Eo Eo = 100 0.4333 2 W 1+ 1-E VF Giải PT Vmới 4/ Diện tích bể lọc: Trang 105 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn V S=H 5/ Đư ng kính bể lọc D= Nếu Hình chữ nhật: 6/ Tải trọng thuỷ lực: 4S ∏ S = DxR a= Q + QT S 7/ Tải trọng chất HC W b = V (kg BOD / 1 m3.ngày) 8/ Lượng khí cấp: f WKK = 21 Với: + f: lượng BOD20 nước thải + 21: tỷ lệ oxy không khí Các công thức tính tải trọng trên áp dụng tính bể lọc sinh học là đá cục, s i, (60-100 mm); HVL = 0.9-2.5 m. Đ i với bể lọc sinh học có lớp vật liệu là các tấm nhựa gấp nếp, … HVL = 4-9 m: tháp sinh học. 1/ Tải trọng: Co = P.H.KT/η (g BOD5 / m2.ngày) Với: + H: chiều cao vật liệu lọc + P: độ rỗng lớp VL (%). + KT: hằng s nhiệt độ (oC) KT = K20 . 1,047 T – 20 = 0,2 . 1,047 T – 20 + η: phụ thuộc BOD5 đầu ra. S (mg/l) 10 3.3 η 15 2.6 20 2.25 25 2 30 1.75 35 1.6 40 1.45 45 1.3 2/ Tải trọng thuỷ lực tính bằng (m3 NT/m3 TTVL lọc) qo = Co . Fa/So Với: + Fa: diện tích bề mặt VL lọc trên 1 đơn vị VL lọc (m2/m3) + So: BOD5 vào 4/ Thể tích VL lọch Q W=q o Trang 106 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn 10.2.2._ B l c sinh h c có l p VL ng p trong n c th i CHI TIEÁT BEÅ LOÏC SINH HOÏC MAÙNG CHAÛY TRAØN OÁNG DAÃN KHÍ CHÍNH Þ168 OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI VAØO Þ90 LAN CAN OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI RA Ø250 500 500 OÁNG DAÃN KHÍ NHAÙNH Þ60 CAÀU THANG 3000 3000 VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH ±0.00 ±0.00 ±0.00 2000 2200 1000 200 200 200 1000 1000 1000 1000 1000 CHI TIEÁT 1 1000 31000 200 200 200 200 500 1000 500 500 1000 500 500 1000 500 200 200 200 200 MAËT CAÉT B-B OÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC THAÛI ÑUÏC LOÃ Þ42 R60 MAËT CAÉT A-A B VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI VAØO Þ90 200 CHI TIEÁT 2 200 20 60 20 300 OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI RA A Ø250 A 6000 2000 CHI TIEÁT 1 (TYÛ LEÄ 20/1) CHAÂN ÑEÁ ÑÔÕ OÁNG DAÃN KHÍ CHI TIEÁT 2 (TYÛ LEÄ 20/1) ÑÓA SUÏC KHÍ CHI TIEÁT 3 D20 1000 1000 1000 Þ42 200 200 B CHI TIEÁT BOÙ VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH (OÁNG PVC RUOÄT GAØ Þ34) MAËT BAÈNG CHI TIEÁT 3 (OÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC Þ42 ÑUÏC LOÃ) TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KYÕ THUAÄT - COÂNG NGHEÄ KHOA MOÂI TRÖÔØNG - CNSH SO Ð? KHÔNG GIAN M? NG LU ? I PHÂN PH? I KHÍ ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG XÖÛ LYÙ NUÔÙC THAÛI SINH HOAÏT KHU DAÂN CÖ TAÂN QUY ÑOÂNG-QUAÄN 7 SVTH NGUYEÃN COÂNG HANH GVHD Th.s. LAÂM VÓNH SÔN CHI TIEÁT BEÅ LOÏC SINH HOÏC TYÛ LEÄ 1:1 SOÁ BAÛN VEÕ: 11 BAÛN VEÕ SOÁ: 08 12 / 2007 Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước nước BOD + NH3 + O2 Tế bào VS (C5H7NO2) + O2 + H2O O2 NH3 + CO2 + H2O + O2 NO2- + O2 NO3- Trong lớp VL lọc BOD bị khử và chuyển hoá NH4+ NO3Khi tổn thất trong lớp VL lọc = 0,5 m đóng van và xả cặn (30-40 giây) Cư ng độ rửa lọc: 12-14 l/s.m2 TÍNH TOÁN + BOD5 ≤ 500 + T c độ lọc ≤ 3m/h. + dhạt = 2-5 mm. + Hiệu quả lọc: So K = S = 10αF+β V i: - F: chuẩn s Trong đó: : F = H.B0,6.KT/q0,4 Trang 107 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn - KT = 0,2 x 1,047 T –20 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 α 1.51 0.47 1.2 0.4 1.1 0.2 F ≤ 0.662 ≤ 0.662 ≤ 0.85 ≤ 0.85 ≤ 1.06 ≤ 1.06 8 10 12 β 0 0.69 0.13 0.83 0.19 1.15 Bài tập áp dụng 1. Tính toán bể l c sinh h c có l p vật liệu ngập n - BOD5 = 190 mg/l - T c độ lọc ≤ 3m/h. - dhạt = 2-5 mm. - Hiệu quả lọc: c So K = S = 10αF+β Trong đó: So : Nồng độ BOD5 đầu vào bể lọc sinh học, So = 190 mg/l S : Nồng độ BOD5 đầu ra bể lọc sinh học F : Chuẩn s H vl × B 0.6 × K 2 × 10 0.6 × 0.251 = :F= = 0.418 q 0. 4 50 0.4 KT = 0.2 x 1.047 T –20 = 0.2 x 1.047(25 - 20) = 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 không khí: 8 – 12 (m3 không khí /m3 nước thải). Chọn B = 10 (m3 không 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 không khí và chuẩn s F. Chọn α = 1.51, β = 0 B 8 10 12 F ≤ 0.662 ≤ 0.662 ≤ 0.85 ≤ 0.85 ≤ 1.06 ≤ 1.06 α 1.51 0.47 1.2 0.4 1.1 0.2 β 0 0.69 0.13 0.83 0.19 1.15 S0 = 10αF + β S => S = - S0 190 = 1.51×0.662 = 19 mg/l αF + β 10 10 Thể tích bể l c sinh h c: Trang 108 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn W = Trong đó: (S 0 − S ) × QTBNgày NO 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 QTB : Lưu lượng trung bình ngày đêm, QTB = 1200 m3/ngàyđêm NO : Năng lực oxy hóa của bể lọc, NO = 550 gO2/m3.ngàyđêm (Xử lý n ớc th i đô thị và công (190 − 19) × 1200 nghiệp – Lâm Minh Triết) W= - = 373 m3 Diện tích hữu ích của bể l c sinh h c: F= Trong đó: 550 W H vl × n n : So ngăn của bể lọc sinh học. Chọn n = 1 F= 373 = 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 n 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 * L ợng khí cần thiết - Trong đó: L u l ợng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa: h Lk = B × Qmax B: Lưu lượng đơn vị của không khí: 8 –12 (m3 không khí /m3 nước thải). Chọn B = 10 (m3 không khí /m3 nước thải) h h : Lưu lượng gi lớn nhất, Qmax = 83 m3/h Qmax Lk = 10 × 83 = 830 m3/h Chọn hệ th ng cung cấp khí bằng ng thép, phân ph i khí bằng đĩa sục khí, được phân b dọc theo chiều dài bể cách nhau 1m. Như vậy có tất cả 30 ng. - L u l ợng khí trong mỗi ống: q Trong đó: - ng = Lkhí 830 = 83 m3/h = 10 10 Vận t c khí trong ng 10 – 15 m/s. Chọn v ng = 10 m/s Đ ờng kính ống chính: Dông = Chọn ng chính D ng 4 × Lkhí 4 × 830 = = 0.171 m = 171 mm π × vông × 3600 π × 10 × 3600 = φ 168 mm. Trang 109 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Đ ờng kính ống nhánh: d ông = Ch n d ng đĩa xốp: ng 4 × 83 = 0.54 m = 54 mm π × 10 × 3600 = π × vông × 3600 Chọn ng phân ph i khí có d - 4 × q ông = φ 60 mm. Đư ng kính : d = 300 mm Diện tích bề mặt : f = 0.07 m2 Cư ng độ khí 200 l/phút.đĩa = 3.33 l/s - Số l ợng đĩa phân phối trong bể : Đ= Lk 830 × 1000 = 69.23 = 3.33 3.33 × 3600 => S lượng đĩa: chọn Đ = 90 đĩa - Chiều rộng :B = 6 m Bố trí hệ thống sục khí: Chiều dài : D = 31 m S lượng đĩa 90 đĩa chia làm 30 hàng, mỗi hàng 3 điã được phân b đều cách mặt sàn của bể 1x2 m, cách mặt sàn 0.2 m - W= Trong đó: 34400 × ( p 0.29 − 1)× Lkhí 102 × n Xác đ nh công suất thổi khí: Lkhí: Lưu lượng khí cần cung cấp. Lkhí = 0.23 (m3/s) n: Hiệu suất máy bơm: Chọn n = 75% p: Ap lực của không khí nén p= Trong đó: 10.33 + H d 10.33 + 5.4 = 1.52 (atm) = 10.33 10.33 Hd = hd + hc + hf + H hd: Tổn thất do ma sát hc: Tổn thất cục bộ ng hd + hc ≤ 0.4 ⇒ Chọn hd + hc = 0.4 hf: Tổn thất qua thiết bị phân ph i khí. hf ≤ 0.5 ⇒ Chọn hf = 0.5 ⇒ Hd = 0.4 + 0.5 + 4.5 = 5.4 m H: Chiều cao hữu ích của bể, H = 4.5 m ( ) Vậy công suất thổi khí là: W= - 34400 × 1.52 0.29 − 1 × 0.23 = 13.35 (KW/h) 102 × 0.75 Công 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 có công suất 18 KW / h. Hai máy chạy luân phiên nhau cung cấp khí cho 2 bể điều hòa và bể lọc sinh học Tóm t t kích th c bể l c sinh h c: Ký hiệu Kích thước D x R x (H + hbv) 31m x 6m x (4.5m + 0.5) Công suất máy sục khí(W) 13.35 KW/h Trang 110 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Bài tập ví dụ áp dụng 2. Tính bể l c sinh h c nhỏ gi t Tính toán theo t i trọng thủy lực: Xác định hệ s K: K= La 1956,3 = = 16,3 Lt 120 Trong đó: L ợng NOS20 tr ớc khi đ a vào bể Biophin; La : Lt L ợng NOS20 cần đ t sau xử lý t i bể. : Chọn t i trọng thủy lực q0 = 20 m3/m2.ngđ Với lý do: Không tuần hoàn n ớc th i; L ợng không khí cấp vào nh ; Chiều cao công trình nh ; Diện tích công trình nh . Ta chọn các s liệu nh sau:  B = 8 m3/m2.ngđ  H = 3,5 m Với l u l ợng không khí đ a vào bể B = 8 m3/m2 n ớc th i Khi chiều cao công tác bể: H = 3,5 m; (tra b ng 7.5 Giáo trình xử lý n ớc th i ĐHXD, 1975) ta có hệ s K1 = 18,05 > K = 16,3 nên không cần tuần hoàn n ớc th i. Diện tích bể Biophin: F= tb Qngd q0 = 2988,6 = 149,43 m2 20 Trong đó: tb : Qngd L u l ợng n ớc th i trung bình ngày đêm; q0 T i trọng thủy lực. : Thể tích của bể: W = F × H = 149,43 × 3,5 ≈ 523 m3 Chọn s bể n = 4 Diện tích mặt bằng một bể: f = F 149,43 = = 37,36 m2 4 4 Đ ờng kính bể: D= π 4f = 4 × 37,36 = 6,9 m 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 đó: Hct : Chiều sâu của lớp vật liệu lọc, Hct = 3,5 m; Trang 111 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn h1 : Chiều sâu từ mặt n ớc trong bể đến lớp vật liệu lọc, h1 = 0,4 m; h2 : Chiều sâu không gian giữ sàn để vật liệu lọc và nền, h2 = 1 m; h3 : Độ sâu của máng thu n ớc chính, h3 = 0,25 m; h4 : Độ sâu của phần móng, h4 = 0,5 m; h5 : Chiều cao b o vệ (từ mặt n ớc đến thành bể), h5 = 0,5 m. Cấu t o của lớp vật liệu lọc gồm: S i với cỡ đ ờng kính h t là 5 mm; Lớp lát sàn đỡ vật liệu lọc 0,2 m; Dùng s i với cỡ đ ờng kính ≥ 6 - 10 mm. Tính toán hệ th ng t ới ph n lực: Bể Biophin thiết kế d ng hình tròn, phân ph i n ớc bằng hệ th ng t ới ph n lực với các cánh t ới đặt cách lớp vật liệu lọc 0,2 m. L u l ợng tính toán n ớc th i trên 1 bể Biophin cao t i: q= Đ ờng kính hệ th ng t ới: Qmax .s 67,45 = = 16,86 L/s 4 n Dt = Db − 0,2 = 6,9 − 0,2 = 6,7 m Trong đó: 0,2 là kho ng cách giữa đầu ng t ới tới thành bể Chọn 4 ng phân ph i trong hệ th ng t ới đ ờng kính mỗi ng t ới đ ợc xác định theo công thức: D= Trong đó: v : 4.q 4 × 0,067 = 0,16 m, chọn D = 200 mm = 4.π .ν 4 × 3,14 × 0,8 Vận t c chuyển động của n ớc trong ng; v ≤ 1 m/s, chọn v = 0,8 m/s. S lỗ trên mỗi ng t ới: m= 1 ⎡ 80 ⎤ 1 − ⎢1 − ⎥ ⎣ Dt ⎦ 2 = 1 80 ⎤ ⎡ 1 − ⎢1 − ⎣ 6700 ⎥⎦ 2 ≈ 42 lỗ Kho ng cách từ mỗi lỗ đến trục ng đứng là: ri = Dt i × 2 m Trong đó: i là s thứ tự của lỗ kể từ trục cách t ới: ri = 6700 1 × ≈ 517 mm 2 42 ri = 6700 2 × ≈ 731 mm 2 42 S vòng quay của hệ th ng trong: n= 34,8 ×10 6 34,8 ×10 6 4,215 = 3,62 vòng/phút q = 0 42 ×12 2 × 6700 m × d12 × Dt Trong đó: Trang 112 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn d1 : Đ ờng kính lỗ trên ng t ới d = 12 mm (theo Điều 6.14-20 TCXD-51-84); q0 : L u l ợng mỗi ng t ới, q0 = 16,86 4 = 4,215 L/s Áp lực cần thiết của hệ th ng t ới: ⎛ 256.10 6 81.10 6 294.Dt ⎞ h = q02 ⎜⎜ 4 2 − + 2 3 ⎟⎟ 4 d m d K .10 ⎠ . 1 0 ⎝ ⎛ 256.10 6 81.10 6 294 × 6700 ⎞ ⎟ = 240,13 mm = 0,24 m h = 4,215 2 ⎜⎜ 4 − + 2 200 4 300.10 3 ⎟⎠ ⎝ 12 × 42 Trong đó: k : Môđun l u l ợng lấy theo b ng: k = 300 (Tra b ng 7.5, Giáo trình xử lý n ớc th i ĐHXD, 1974) Ta có h= 0,24 m > 0,2 m ⇒ th a mãn áp lực yêu cầu để hệ th ng t ới ph n lực ho t động đ ợc. 4.2.2. B Aerotank 4.2.2.1- Đ ng h c của qúa trình x lý sinh h c Để quá trình xử lý bằng PP sinh học xảy ra t t thì cần thiết phải tạo điều kiện pH, nhiệt độ, …. Lúc đó quá trình xử lý sẽ xảy ra.: a/ Tăng tr ởng TB: T c độ tăng trư ng có thể biểu diễn dx rt = μ.X = d = μ.x (1) t V i: + rt: t c độ tăng trư ng của VK.(g/m3.s) + μ: t c độ tăng trư ng riêng 1/s. + X: nồng độ bùn hoạt tính (g/m3) b/ Chất nền- giới h n tăng tr ởng Trong quá trình sinh trư ng chất nền (BOD) cấp liên tục định luật: S μ = μm K + S (2) s V i: quá trình tăng trư ng tuân theo + μm: t c độ tăng trư ng riêng max. + S: nồng độ chất nền trong nước thải th i điểm tăng trư ng bị hạn chế (lúc s lượng chất nền chỉ có giới hạn).(nồng độ còn lại trong nước thải) + Ks: hằng s bán t c độ (nói lên sự ảnh hư ng của nồng độ chất nền th i điểm: μmax μ= 2 μm.X.S Từ (1) và (2) rt = K + S (3) s c/ Sự tăng tr ởng TB và sử dụng chất nền Tiếp tục Các TB mới Hấp thụ chất nền Chất nền Oxy hoá Chất VC và HC ổn định Trang 113 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Quan hệ giữa t c độ tăng trư ng và lượng chất nền được sử dụng: rt = -Y.rd (4) V i: + rd: t c độ sử dụng chất nền (g/m3.s). + Y: hệ s năng suất sử dụng chất nền cực đại (mg/mg). Từ (3) và (4) μm.X.S μm K.X.S rd = Y(K + S) = K + S (Đặt K = Y ) (5) s s d/ nh h ởng hô hấp nội bào Sự giảm kh i lượng của các TBào do chết và tăng trư ng chậm tỷ lệ với lượng vi sinh có trong nước thải và gọi là phân huỷ nội bào (endogenous decay). rd = -Kd.X V i: + rd: (do phân hủy nội bào) sử dụng chất nền. + Kd:hệ s phân huỷ nội bào + X: nồng độ bùn hoạt tính. Do đó, t c độ tăng trư ng thực: μm.X.S μm.S rt’ = K + S - Kd.X = (K + S - Kd).X s s Hay rt’= -Yrd – Kd.X T c độ tăng trư ng riêng thực: S μ’ = μm.K + S - Kd s - T c độ tăng sinh kh i (bùn hoạt tính): r t' yb = r d 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 công trình XL sinh học sử dụng bùn hoạt tính (đó là loại bùn x p chứa nhiều VS có khả năng oxy hoá các chất hữu cơ). Thực chất quá trình xử lý nước thải bằng bể A vẫn qua 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: T c độ xoxy hoá xác định bằng t c độ tiêu thụ oxy. + Giai đoạn 2: Bùn hoạt tính khôi phục khả năng oxy hoá, đồng th i oxy hoá tiếp những chất HC chậm oxy hoá. + Giai đoạn 3: Giai đoạn nitơ hoá và các mu i amôn. Khi sử dụng bể A phải có hệ th ng cấp khí (hình vẽ theo tài liệu). 4.2.2.3- Phân lo i bể Aerotant a/ Theo nguyên lý làm việc Bể A thông thư ng: công suất lớn + Bể A xử lý sinh hoá không hoàn toàn (BOD20 ra ~ 60-80 mg/l) + Bể A xử lý sinh hoá hoàn toàn (BOD20 ra ~ 15-20). Trang 114 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Bể A sức chứa cao: BOD20 > 500 mg/l. b/ Phân lo i theo sơ đồ công nghệ A 1 bậc A 2 bậc c/ Cấu trúc dòng ch y A đẩy Nước ra Nước vào Không khí Bùn hoạt tính tuần hoàn A trộn Bùn hoạt tính tuần hoàn Nứơc từ bể lắng lần thứ nhất Không khí Nước ra kh i bể A kiểu hỗn hợp. Nước từ bể lắng lần thứ nhất Nước ra Bùn hoạt tính tuần hoàn Không khí d/ Theo PP làm thoáng Bằng khí nén Khuấy cơ học Thoáng kết hợp Quạt gió 4.2.2.4- Các d ng s đồ bể A Sơ đồ 1 (áp dụng rộng rãi) A L ng II Cặn dư Bùn hoạt tính - A một bậc, không có ngăn phục hồi bùn Thiết bị và quản lý đơn giản Trang 115 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Sơ đồ 2 A L ng II Bùn dư B.htínhh Ngăn phục hồi Sơ đồ 3: A.1 L ng II (1) A.2 L ng II (2) Xả s ự c 4.2.2.5- Tính toán bể a. Xác định công thức và xác định động học (nhắc l i nh h ởng của phân huỷ nội bào) rt’= -Yrd – Kd.X T c độ tăng trư ng riêng thực: S μ’ = μm.K + S - Kd s T c độ tăng sinh kh i: r t' yb = r d b. Lập các mô hình tính toán bể Aerotank, P + Mô hình mô phỏng hồ (hình vẽ) hiếu khí MOÂHÌNH THÍ NGHIEÄ M BUØ N HOAÏT TÍNH I IV IV III IV II IV V IV VI + Thi t l p CT tính toán các thông số đ ng h c K, Ks μm.X.S K.X.S - Ta có: rd = Y(K + S) = K + S s s μm (Đặt K = Y ) (theo 5) Trang 116 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Mặc khác rd (Tỷ lệ lượng chất nền mất trong một đơn vị th i gian : hệ s phân ΔS S 0 − S S 0 − S = = Q (6) hủy nội bào): rd = ΔT θ V K.X.S S − S Từ 5 và 6 K + S = 0 s θ - K +S Xθ = s KS S0 − S K 1 1 Xθ = s. + Hoặc S0 − S K S K - Vẽ đư ng thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa Xθ/ (S0 – S) và 1/S T đó ta có : y= ax + b 1 1 ⎧ ⎪⎪b = K ⇒ K = b ⇒⎨ ⎪ K S = a ⇒ K = a.K S ⎪⎩ K 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 hoà trộn. − S: nồng độ còn lại sau khi ra kh i bể (nồng độ chất nền). − Qr: lượng nước sau khi ra nguồn − Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng (ra kh i bể ) − XT: bùn hoạt tính lắng xu ng tuần − θ: th i gian lưu nước. − θc: tuổi bùn (th i gian lưu bùn). dx − d : t c độ thay đổi nồng độ bùn hoạt tính. t − V: thể tích bể. − rt’: t c độ tăng trư ng thực của bùn hoạt tính trong th i gian. Hay Các PT cân bằng: Lượng bùn trong bể = Lượng bùn đi vào – Lượng bùn xả ra + Lượng bùn tăng lên trong bể sau th i gian lưu nước. dx dt .V = Qv.Xo – (Qxả.XT + Qr.Xr) + V(rt’) Giải phương trình vi phân trên khi : X0 = 0 , ổn định ; dx/dt = 0; rt’= -Yrd – Kd.X Qxả.XT + Qr.Xr rd = YX - Kd V.X Q xa X T + Qr X r : lượng bùn thực Xthực (Trong đó : X Ta được nghĩa là θC 1 = X thuc V Trang 117 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn θC 1 Do đó: Mặc khác : rd = rd = YX - Kd (*) ΔS S 0 − S S 0 − S = = Q thế vào * ta được : ΔT θ V (S 0−S ) −K d θC θX Vẽ đư ng thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa thông s (S0 - S)/ (θ.X) và 1/θc 1 - =Y T đó ta có d ng: y = ax + b Kd = b Y =a + Thiết lập công thức tính thể tích bể Aerotank Cách 1 Từ phương trình (S −S ) 1 =Y 0 −K d θX θC Q 1 = Kết hợp : V θ YQ( S 0 − S ) 1 = −K d VX θC Ta được : V= Q.Y.(So - S)θc X(1 + Kd. θc) Cách 2 + rd: T c độ sử dụng chất nền Qv So - S rd = - V (So – S) = θ rd + Đặt: ρ = X : T c độ sử dụng chất nền tính cho 1 đơn vị kh i lượng (g) bùn hoạt tính/đơn vị th i gian. rd Q S o - S ρ=X=V X Q(So - S) V= ρX Ngoài ra: F Chỉ s quan trọng: lượng chất nền/kh i lượng bùn hoạt tính (M ). V i: + F: food Trang 118 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn + M: microorganism ratio F So M = θX Lưu ý: khi chọn lựa các thông s 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 toán thiết kế + Các thông s đầu vào BOD5 QNT, So, f = COD , t, Sra, CODra, SS, Xo, % cặn HC(= a), X, Z, Xtuần hoàn, Y, θc + Xác định hiệu quả xử lý: - Lượng cặn HC trong nước thải ra kh i 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 kh i bể: f.c = d - Lượng BOD5 hoà tan kh i bể lắng: c = BOD5 cho phép – d Hiệu quả xử lý theo COD: CODvào - (CODra - c) E= CODvào Hiệu quả xử lý theo BOD5: BOD5 vào - d E = BOD 5 vào Hiệu quả xử lý BOD toàn bộ BODvào - BODra E= BODvào - + Thể tích bể V= + Th i gian lưu nước Q.Y.(So - S)θc X(1 + Kd. θc) (m3) V θ=Q + Lượng bùn HC lơ lửng khi sử dụng BOD5: - T c độ tăng trư ng của bùn: Y Yb = (1/ngày) 1 + θ c xK d - Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong ngày: (kg/ngày) Px = Yb.Q.(So - S) - Tổng lượng cặn lưu lượng sinh ra (tổng bùn dư): Px Px1 = 1 - z - Lượng cặn dư hằng ngày xả ra: Pxả = Px1 – Pra (Pra = Q.SSra.10-3) - Lưu lượng xả bùn: Trang 119 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Qxả = V.X - Qr.Xr. θc XT.θc V i: + Qr = Q v + XT = (1-z)Xbùn + Xr = (1-z).c (mg/l) + Th i gian tích luỹ cặn (tuần hoàn toàn bộ) không xả cặn ban đầu V.Xb (ngày) T= P x ( Tthực = (3-4)T) + Sau khi hệ th ng hoạt động ổn định thì lượng bùn HC xả ra hằng ngày (kg/ngày) B = Qxả.Xb - Cặn bay hơi: B’ = (1-z).B. - Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra kh i bể: B’’ = Qr.Xr - Tổng cặn HC sinh ra: B’ + B’’ = Px + Xác định lưu lượng tuần hoàn: Qr X QT Giải ra tìm QT Qr = XT - X + Tỷ lệ F/M So F/M = θ.X + Lượng khí cần thiết - Lượng oxy cần thiết: 4.57(No - N) Q(So - S) OCo = 1000.f - 1.42Px + (kg/ngày) 1000 V i: + 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 + C + C .1.024(T - 20) . (kg/ngày) α s V i: + Cs: oxy bão hoà 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 không khí cần thiết: OCt (f = 1,5) Ok = OU fan toàn V i: + OU: công suất hoà tan thiết bị: OU = Ou.h Trong đó: Trang 120 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Ou: phụ thuộc hệ th ng phân ph i khí (g O2/m3.m) h: độ ngập nước (< hbể) Ok thực tế = 2Ok + Áp lực khí máy nén Hd = hd + hc + hf + H V i: hd: do ma sát. hf: qua thiết bị phân ph i (<= 0,5 m). hc: tổn thất cục bộ ng (hd + hc <= 0,4 m). H: chiều cao hữu ích của bể. + Áp lực khí: p= 10.33 + Hd 10.33 (atm) + Công suất máy nén: 34400(P0.29 -1).q N= 102.η V i: q: tính chất khí (cư ng độ máy):1.18 + Chọn kích thước, b trí phân ph i khí Trang 121 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Ví dụ áp dụng 1 : L u l ợng n ớc th i : 1500m3/ngày đêm. L ợng BOD5 đầu vào (sau xử lý keo tụ ) (gi m 60%) : 763 x 40 = 305,2(mg / l ) 100 Tỷ lệ BOD5/COD = 305,2/460 = 0,66 Nhiệt độ n ớc th i t=300C N ớc xử lý xong đ t tiêu chuẩn BOD ≤ 50mg/l (30 mg/l). N ớc xử lý xong đ t tiêu chuẩn COD 100 mg/l (70 mg/l). Hàm l ợng cặn lơ lửng 50 mg/l gồm 65% là cặn hửu cơ. L ợng bùn ho t tính trong n ớc th i ở đầu vào bể X0=0. Thông số vận hành nh sau : 1. Nồngđộ bùn ho t 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 hoàn 10.000mg/l. 3. Thời gian l u của bùn ho t tính (tuổi của cặn) trong công trình θ c =10 ngày. 4. 5. 6. 7. Chế độ xáo trộn hoàn toàn. Giá trị của thông s động học : Y = 0,46. Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra kh i bể lắng là : 0,3 (70% l ợng cặn bay hơi) N ớc th i điều chỉnh sao cho : - BOD5 : N : P = 100 : 5 :1 a. Xác đ nh hiệu qu x lý : L ợng cặn hữu cơ trong n ớc ra kh i bể lắng (phần cặn sinh học dễ bị phân hủy là) : 65% x 50 = 32,5 mg/l L ợng cặn hửu cơ tính theo COD : 1.42 x 32.5 x 0.7 = 32.305 (mg/l) L ợng BOD5 có trong cặn ra kh i bể lắng : 0,66 x 32,305 = 21.3213 (mg/l) L ợng BOD5 hòa tan ra kh i bể lắng bằng tổng BOD5 cho phép ở đầu ra trừ l ợng BOD5 có trong cặn lơ lửng : 30 – 21.3213 = 8.6787(mg/l) Hiệu qu xử lý COD : E= 460 - (70 - 32,305) = 91,8% 460 Hiệu qu xử lý tính theo BOD5 hòa tan. Trang 122 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn E= 305,2 − 8,6787 x100= 97,15% 305,2 Hiệu qu xử lý BOD toàn bộ. E= 305,2 − 30 x100= 90.2% 305,2 b.Thể tích bể Aerotank tính theo công thức ta có : V = Q x Y x θ c ( S0 − S ) 1.500 x0,46 x10 x(305,2 − 8,6787) 2045996,97 = = = 426,25(m3 ) X (1 + K d xθ c ) 3000(1 + 0,06 x10) 4800 Thời gian n ớc l u l i trong bể : θ= V 426,25 x 24 = 6,82 (h ) = 0,284 (ngay ) = Q 1500 c.L ợng bùn hữu c l l ng sinh ra khi kh BOD5 đến 97,15% : T c độ tăng tr ởng của bùn tính theo công thức: Yb = 1 + θ c x kd Y = 0,46 = 0,2875 1 + 10 x0,06 L ợng bùn ho t 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 Px1 = Px 127,875 = =182,68 (kg / ngay ) . 1− Z 0,7 L ợng cặn d hàng ngày ph i x đi Pxã = Px1 – Q x 50 x 10-3 =182,68 – 1500 x 50 x 10-3 =107,68 (kg/ngày) Tính l u l ợng xã bùn Qxã theo công thức: θ= V xX Q xa x X T + Qr x X r (Giáo trình tính toán thiết kế các công trình xử lý n ớc th i – Trịnh Xuân Lai). Suy ra: Qxa = ( V x X − Qr x X xa θ xa 426.25 x 3000 −1500 x 22.75 x10 = =13.393 = 13.4 m3 / ngay X T xθ C 7000 xθ C ) Trang 123 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Trong đó: V :Thể tích =426,25(m3) QR =QV =1500 (m3/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 l ợng cặn bay hơi trong tổng s cặn hửu cơ , cặn không tro). d.Thời gian tích lũy cặn (Tuần hoàn toàn b ) không xã cặn ban đầu: T = V x X 426.25 x10000 = = 33.33 ngay Px 127874.8106 Thực tế sẽ dài hơn 3-4 lần vì khi nồng độ bùn ch a đủ trong hiệu qủa xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và l ợng bùn sinh ra ít hơn Px e. Sau khi hệ thống ho t đ ng ổn đ nh thì l ợng bùn hữu c xã ra h ng ngày: B = Qxã x 10.000 g/m3=13,4 x 10.000=134000 g/ngày =134 kg/ngày. Trong đó cặn bay hơi: B’ = 0,7 x134 = 93,8 kg Cặn bay hơi trong n ớc đã xử lý đi ra kh i 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 đ nh l u l ợng tuần hoàn :QT . Để nồng đ bùn trong bể luôn giữ giá tr : X =3000 mg/l Ta có: 3000 QT X = = = 0,75 QV X T − X 7000 − 3000 QT =0,75x 1500 = 1125 (m3/ngày) g. Tỷ số F/M: F S 305,2 mg BOD / l mgBOD5 = 0 = = 0,358 M θ x X 0,284 x 3000 (mg / l ) mg bun . ngay h. Tính l ợng khí cần thiết: Q (SO − S ) Tính l ợng ôxy cần thiết theo công thức: OCO = 1000 f −1,42 Px + 4,57 (N O − N ) 1000 (kg / ngay ) Trong đó: Q = 1500 m3/ ngày So = 305,2 mg/l . S = 8,6787 mg/l No= Tổng hàm l ợng N đầu vào :15,26 (mg/l) (sau khi bổ sung dinh d ỡng) N = Tổng hàm l ợng đầu ra : 5 (mg/l) (tiêu chuẩn là 6 mg/l). PX = 127,875 (mg/ ngày) f =BOD/COD =0,66 Vậy: Trang 124 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn OCO = 4,57 (15.26 − 5) 1500 (305.2 − 8.6787 ) −1,42 x127.875 + = 492.4 (kg / ngay ) 1000 1000 x 0.66 L ợng ôxy thực tế cần theo công thức: OCt = OCo x Cs 1 1 x x (kg / ngay ) (T − 20 ) Cs − C 1.024 α Trong đó : Cs: L ợng ôxy bão hòa trong n ớc 9.08 mg/l. C: L ợng ôxy cần duy trì trong bể 2 mg/l. α: hệ s từ 0.6 – 0.94 . Chọn 0.7. Vậy OCt = 492.4 x 9.08 1 1 x x = 713.4 (kg / ngay ) ( 30 − 20 ) 9.08 − 2 1.024 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 l ợng không khí cần thiết. Chọn hệ th ng phân ph i bọt khí nh , tra b ng 7.1 ( Tính toán thiết kế các công trình x lý n – Tr nh Xuân Lai). Ta có Ou = 7gO2/m3.m. Bể sâu h1 = 3.5 m; độ ngập n ớc h = 3m Công suất hòa tan thiết bị. c th i OU = Ou x h = 7 x 3 = 21 gO2/m3. L ợng không khí cần thiết . Ok = 713.4 OCt xf= x1.5 = 50957 (m3 / ngay ) = 0.59 (m3 / s ). 21 x10 − 3 OU Trong đó: OCt : L ợng ôxy thực tế cần. OU : Công suất hòa tan thiết bị. f : Hệ s an toàn. Chọn 1.5. Qktb = 2123.2 m3/h. Qkmax = 1.5 x 3184.8 m3/h. Qkmin = 0.8 x 1698.56 m3/h. L ợng không khí cần thiết để chọn máy nén khí : 2 x 0,59 = 1.18 (m3/s). k. Tính áp lực khí máy nén: Vận t c khí thoát ra kh i khe hở :5-10 m/s. Ap lực cần thiết cho hệ th ng ng khí nén xác định theo công thức : Hd = hd + hc + hf + H. Trong đó : hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đ ờng ng dẫn (m). hc : Tổn thất qua thiết bị phân ph i (m). hf : Tổn thất qua thiết bị phân ph i (m). Giá trị này không v ợt quá 0.5m. H: chiều cao hữu ích của bể. 3m. Tổng tổn thất hd và hc không v ợt quá 0.4 m. Vậy áp lực cần thiết là : Trang 125 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Hd = 0.4 + 0.5 + 3 = 3.9 m. P= (10.33 + H d ) =1.38amt. ) ( Ap lực không khí : Công suất máy nén : N= S ( ) 34400 x P 0.29 −1 x q 34400 x 1.380.29 −1 x1.18 = = 41.27 ( KW ) 102 x n 102 x 0.8 ng phân ph i D100 dài 1m tính theo c ờng độ cho phép q của mỗi ng : N q max = N q min = l. 10.33 Ch n kích th Qmax 3184.8 x103 = =147.4(ong ). 6 x 3600 qmax Qmin 1698.56 x103 = =157(ong ). 3 x 3600 qmin c bể và ống phân phối khí. ng phân ph i khí b trí dọc thành bể. Chiều rộng một hành lang: B = h = 3 m. Chiều dài hành lang. L= F V 426.25 = = = 31.6(m). b h1 x b 3 x 4.5 Trong bể b trí 3 hành lang. Do đó kích th ớc bể là : D x R = 16 x 9. 3000 3000 3000 3000 16000 Cấp khí Dòng ch y trong bể là dòng ch y điều, chiều dài giàn ng x ơng cá: L = 2 x (16 – 3 ) = 26 m. Kho ng cánh giữa các ng trong hệ phân ph i : l= L N q min = 26 = 0.165(m). 157 Trang 126 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn C ờng độ thổi gió: q= 50957 =119.55(m3 / m 2 ngay ). 426.25 Chỉ tiêu gió: a= Ok 50957 = =114.56 (m3khi / 1kgBOD5 ). −3 Q x ( So − S ) x10 1500 x ( 305.2 − 8.6787) x103− Ví dụ áp dụng 2 .Tính Bể Aerotank v i các thông số thiết kế: + L u l ợng n ớc th i: Qtb-ngđ = 150 (m3/ngàyđêm) + Nhiệt độ n ớc th i: t = 25oC + Hàm l ợng BOD5 đầu vào = hàm l ợng BOD5 đầu ra của bể lắng I So = 637 (mg/l) + Hàm l ợng COD đầu vào = hàm l ợng COD đầu ra của bể lắng I. CODvào = 1160 (mg/l) + Cặn lơ lửng: SSvào = 230 (mg/l) Đầu ra: N c th i sau x lý đ t 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 thông số vận hành: + Cặn hữu cơ, a = 75%. + Độ tro z = 0,3 (Tính toán thiết kế hệ th ng xử lý n ớc th i- Trịnh Xuân Lai) + L ợng bùn ho t tính trong n ớc th i ở đầu vào bể, Xo= 0. + Nồng độ bùn ho t tính, X = 2500 ÷ 4000 mg/l, chọn X = 3000 (mg/l) + L ợng bùn ho t tính tuàn hoàn là nồng độ cặn lắn ở đáy bể lắng 2, XT = 8000 (mg/l) + Chế độ xáo trộn hoàn toàn. + Thời gian l u bùn trong công trình, θc = 5÷15 ngày, chọn θc = 10 ngày + Hệ s phân hủy nội bào, Kd = 0.06 ngày-1 + Hệ s s n l ợng bùn Y = 0,4 ÷ 0,8 mg VSS/mg BOD5, chọn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5 1. Xác đ nh hiệu qu x lý - Hiệu qu xử lý tính theo BOD5 : E - 2. 637 − 20 × 100 % = 96 ,86 % 637 1160 − 50 × 100 % = 95 , 69 % 1160 Hiệu qu xử lý COD: E = Kích th - = c bể Aerotank Thể tích bể: V= Q * Y * θ c ( S o − S ) 150 * 0 , 6 * 10 * ( 637 − 20 ) ≈ 116 (m3) = X * (1 + K d * θ c ) 3000 * (1 + 0 , 06 * 10 ) Trong đó: Q: L u l ợng n ớc th i: Q = 150 (m3/ngàyđêm) Trang 127 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Y: Hệ s s n l ợng bùn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5 S0: Hàm l ợng BOD5 n ớc th i đầu vào, S0 = 637 (mg/l) S: Hàm l ợng BOD5 n ớc th i đầu ra, S = 40 (mg/l) X: Nồng độ bùn ho t tính, X = 3000 (mg/l) Kd: Hệ s phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1 θc : Thời gian l u bùn trong công trình, θc = 10 ngày - Chọn chiều cao bể: H = Hi + Hbv = 3 + 0,5 = 3,5 (m) Trong đó: Hi: Chiều cao hữu ích, chọn Hi = 3 (m) Hbv: Chiều cao b o vệ, chọn Hbv = 0.5 (m) - Diện tích mặt bằng bể: F= - 116 V = 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: Vt = D * B * H = 7,8 * 5 * 3,5 = 136,5 (m3) 3. θ= 4. Thời gian l u n V Q ngay tb = c: 116 150 = 0,773 ngày = 18,55 (h) Tính toán l ợng bùn d th i bỏ mỗi ngày - T c độ tăng tr ởng của bùn tính theo công thức: Yb = - 1+ θc * Kd Y = 0 ,6 = 0 ,375 1 + 10 * 0 , 06 L ợng bùn ho t tính sinh ra do khử BOD5: = Q *( S o − S ) * Yb = 150 *(637 − 20) * 0,375*10 Px −3 = 34,7 (kg/ngàyđêm) - Tổng l ợng cặn sinh ra trong 1 ngày: - L ợng cặn d x ra hàng ngày: Với: - P1 x = Px 3 4, 7 = = 4 9, 6 (kg/ngày) 1 − z 1 − 0, 3 Pxa = P1x − Pra Pra = SSra * Q = 30 * 10-3 * 150 = 4,5 (kg/ngày) → Px = 49,6 – 4,5 = 45,1 (kg/ngày) L u l ợng bùn x (nồng độ bùn ho t tính trong n ớc ra kh i bể lắng) Trang 128 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Qx = V * X − Q ra * X ra * θ c 116 * 3000 − 150 * 22, 5 *10 = = 5, 6 (m3/ngày) X T *θc 5600 *10 Trong đó: XT: Nồng độ bùn ho t tính trong dòng tuần hoàn (cặn không tro), XT = (1 - 0,3) * 8000 = 5600 (mg/l) Xra: Nồng độ VSS ra kh i bể lắng: Xra = SSra * a = 30 * 0,75 = 22,5 (mg/l) 5. Hệ số tuần hoàn bùn: Hình 4.7: S đồ làm việc bể Aerotank Q,X0 (Q +Qt), X Bể AEROTANK Q,Xr Bể lắng Qt, Xt Qx ,Xt Ph ơng trình cân bằng vật chất đ i với bể aeroten: (Q + Qt) * X = Q * X0 + Qt * Xt Trong đó: Q : L u l ợng n ớc th i vào bể, Q = 150 m3/ngày Qt : L u l ợng bùn tuần hoàn, m3/ngày X : Nồng độ VSS trong bể, X = 3000 mg /l X0 : Nồng độ VSS trong n ớc th i dẫn vào bể, X0 = 0 Xt : Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xt = 8000 mg/l Chia 2 vế ph ơng trình cho Q, đặt α = X + α * X = α * Xt Qt là tỷ s tuần hoàn bùn: Q Suy ra: α= - 3000 X = 0,6 = X t − X 8000 − 3000 L u l ợng bùn tuần hoàn: α= Ta có: Qt Q Suy ra: Qt = α*Q = 0,6 * 150 = 90 m3/ngày 6. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể aeroten: - Kiểm tra tỷ s kh i l ợng chất nền trên kh i l ợng bùn ho t tính F/M: F/M = So θ*X = 637 = 0,28 kg BOD5/kg MLVSS.ngày 0 , 75 * 3000 F/M = 0,28 nằm trong giới h n cho phép đ i với bể Aeroten xáo trộn hoàn toàn: F/M = 0,2 – 0,6 kg BOD5/kg MLVSS.ngày Trang 129 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn - T i trọng thể tích: La = So * Q V *10-3 = 637 * 150 116 *10-3 = 0,8237 kg BOD/ m3.ngày La = 0,8237 nằm trong giới h n cho phép đ i với aeroten xáo trộn hoàn toàn: La = 0,8÷1,9 kg BOD/m .ngày (Theo tài liệu Thoát n ớc của PGS, TS. Hoàng Văn Huệ). 3 Tính l ợng ôxy cần thiết: 7. - Q * (S o − S ) 150 * ( 637 − 20 ) − 1, 42 * P x = − 1, 42 * 34 , 7 1000 * 0 , 55 1000 * f L ợng ôxy cần thiết trong điều kiện chuẩn (không cần xử lý Nitơ) OC o = = 118,998 ≈ 119 (kgO2/ngđ) Trong đó: f: Hằng s chuyển đổi từ BOD5 sang BOD20, BOD 5 = 0 , 55 BOD 20 1,42- Hệ s chuyển đổi từ tế bào sang COD Px: L ợng bùn ho t tính sinh ra trong 1 ngày: Px = 33,6 (kg/ngđ) - L ợng ôxy cần thiết trong điều kiện thực tế: OCt = OCo * ( Trong đó: Cs 1 1 )* * T − 20 C s − C 1, 024 α CS: Nồng độ ôxy bão hòa trong n ớc ở 20oC, CS ≈ 9,08 (mg/l) C: Nồng độ ôxy cần duy trì trong bể, C = 1,5 ÷ 2 (mg/l) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý n ớc th i- Trịnh Xuân Lai) Chọn C = 2 (mg/l) T = 25 C, nhiệt độ n ớc th i o cặn, chất ho α : Hệ s điều chỉnh l ợng ôxy ngấm vào n t động bề mặt), α = 0,6 ÷ 0,94, chọn α = 0,7 O Ct = 119 * ( - ớc th i (do nh h ởng của hàm lựơng 9, 0 8 1 1 )* * = 1 9 3, 6 4 (kg/ngày) 25 − 20 9, 0 8 − 2 1, 0 2 4 0, 7 L ợng không khí cần thiết: Qkhí = OC t × fa fa: Hệ s an toàn, fa = 1,5 ÷ 2, chọn fa = 1,5 (Tính toán thiết kế các công trình xử lý OU Trong đó: n ớc th i- Trịnh Xuân Lai) OU: công suất hòa tan ôxy vào n ớc th i của thiết bị phân ph i tính theo gam ôxy 3 cho 1m không khí. OU = Ou * h Với: Ou: Phụ thuộc hệ th ng phân ph i khí. Chọn hệ th ng phân ph i bọt khí nh và mịn, (tra b ng 7-1 sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý n ớc th i- .Trịnh Xuân Lai). Trang 130 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn B ng : Công suất hòa tan ôxy vào n c của thiết b phân phối b t khí nhỏ và m n Điều kiện tối u Điều kiện thí nghiệm 3 Ou=grO2/m .m Ou grO2/m3.m 12 10 8,5 7 N ớc s ch T=20oC N ớc th i T=20 C, α =0,8 o Điều kiện trung bình → Ou = 7 (gO2/m .m) 3 h: Độ ngập n ớc của thiết bị phân ph i khí, chọn h = 2,8 (m) → OU = 7 * 2,8 = 19,6 (gO2/m3) → Qkhí = 8. 193 , 64 * 1, 5 = 9879 , 7 (m3/ngày) 19 , 6 * 10 − 3 Tính áp lực máy nén: - Áp lực cần thiết cho hệ th ng ng nén: Hd = hd + hc + hf + H Trong đó: hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đ ờng ng dẫn, (m) hc: tổn thất cục bộ (m) Tổng tổn thất hd và hc th ờng không v ợt quá 0,4 (m) hf: tổn thất qua thiết bị phân ph i (m) Tổn thất hf không quá 0,5 (m) H-: chiều sâu hữu ích của bể, H = 3 (m) Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hd = 0,4 + 0,5 + 3 = 3,9 (m) - Áp lực không khí là: p= - 10 ,33 + H ct 10 , 33 + 3 , 9 = = 1,38 ( atm ) 10 ,33 10 ,33 Công suất máy nén khí: 34400 × ( p 0 , 29 − 1) × q k 34400 × (1,38 0 , 29 − 1) × 0 ,114 = = 5 , 02 ( KW ) N= 102 × n 102 × 0 , 75 Trong đó: qk: l u l ợng không khí: qk = Qk = 0 ,114 (m3/s) 86400 n: Hiệu suất máy nén khí, chọn n = 0,75 9. Bố trí hệ thống sục khí: Chọn hệ th ng cấp khí cho bể gồm 1 ng chính, 4 ng nhánh với chiều dài mỗi ng là 7,8 m, đặt cách nhau 1 m - Đ ờng kính ng chính dẫn khí: D = 4 * Q khi = π *V → D= φ 120 (mm) Trong đó: 4 * 0,114 = 0,12 (m) = 120 (mm) 3,14 *10 V: t c độ chuyển động của không khí trong m ng l ới trong V=10 ÷ 15 (m/s), chọn V = 10 (m/s) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý n ớc th i- Ts.Trịnh Xuân Lai) - ng phân ph i, Đ ờng kính ng nhánh dẫn khí: Trang 131 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Dn = 4 * q kk = 4 * 10 * 3 ,14 4 * 0 ,114 = 60 (mm) 4 * 3 ,14 * 10 → Chọn Dn = φ 60 (mm) - Chọn d ng đĩa x p, đ ờng kính 170 (mm), diện tích bề mặt F = 0,02(m2), c ờng độ khí 200l/phút.đĩa = 3,3(l/s) - S đĩa phân ph i trong bể là: N = Q kh i 0,1 1 4 = = 3 4, 5 5 đĩa 3, 3 3, 3 * 1 0 − 3 → Chọn: S l ợng đĩa: N = 36 đĩa - S l ợng đĩa là 36 cái, chia làm 4 hàng, mỗi hàng 9 đĩa phân b cách sàn bể 0,2 m và mỗi tâm đĩa cách nhau 0,78 m - Ñöôøng kính oáng daãn buøn tuaàn hoaøn Db = 4 * Q th = π * vb Chọn Db = φ 34 4 * 90 = 0, 0297 ≈ 0, 03 m 3,14 *1, 5 * 86400 Qth: L u l ợng bùn tuần hoàn Qth = 90 (m3/ngđ) Vb: Vân t c bùn ch y trong ng trong điều kiện bơm, Vb = 1 – 2 m/s Chọn Vb = 1,5 m/s Các thông số thiết kế bể Aerotank Trang 132 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đ nv 7,8 (m) 1 Chiều dài bể (L) 2 Chiều r ng bể (B) 5 (m) 3 Chiều cao bể (H) 3,5 (m) 4 Thời gian l u n 18,55 giờ 10 ngày c (θ ) Thời gian l u bùn ( θ C ) 5 6 Đ ờng kính ống dẫn khí chính 120 mm 7 Đ ờng kính ống dẫn khí nhánh 60 mm 8 Công suất máy nén khí 5,02 KW/h 9 Số l ợng đĩa 36 Đĩa BAÛN VEÕ CHI TIEÁT BEÅ AEROTEN COÂNG SUAÁT 400 M3/NGAØY LAN CAN OÁNG SAÉT TRAÙNG KEÕM SAØN COÂNG TAÙC OÁNG PVC Φ60 DAÃN NÖÔÙC THAÛI SANG BEÅ LAÉNG OÁNG PVC Φ42 DAÃN NÖÔÙC THAÛI VAØO BEÅ +4000 I 4800 OÁNG SAÉT TRAÙNG KEÕMΦ60 200 ±0.00 1000 1000 1 200 500 1000 1000 1000 500 LÔÙP CHOÁNG THAÁM Bu loâng M20 MAËT CAÉT A-A LÔÙP VÖÕA TRAÙT BEÂTOÂNG MAÙC 200 MAËT CAÉT B-B LÔÙP ÑAÁT TÖÏ NHIEÂN φ20 B φ70 I 6000 TL: 1:50 La 30x3 mm 450 250 Bu loâng M20 B MAËT BAÈNG 300 200 CHI TIEÁT ÑAÀU PHAÂN PHOÁI KHÍ TL: 1: 2 TRÖÔØ NG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH KHOA MOÂI TRÖÔØ NG Tæ leä : 1: 50 CHI TIEÁT 1: Goái ñôõ chöõ I baèng beâ toâng TL: 1:10 SV thieát keá Soá baûn veõ: 3 Baûn veõ soá: 3 NHT: 18/6/2001 NBV: 23/6/2001 4.2.3. B l ng 2 Có nhiệm vụ lắng trong nước sau khi xử lý sinh học. Trang 133 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn (Q + Qt)Co Qt + Vt = S : do tuần hoàn + VL: vận t c lắng của hạt. + Nồng độ hạt tại các mặt cắt L và T là CL, CT. Q C=0 CL L Vp = VL + Vt T QtCt Vp = Vt PT cân bằng: G = (Q + Qt)Co = S.VPL.CL G = (Q + Qt)Co = S.VPL.CTR S= (Q + Qt)Co CtVt Gọi α là hệ s tuần hoàn: Qt = α.Q Do đó: Q(1 + α).Co S= Ct.VL TÍNH TOÁN B L NG II: 1/ Diện tích mặt b ng của bể l ng II: S >= Q(1 + α).Co Ct.VL V i: + Q: lưu lượng nước thải (m3/h). + α: hệ s tuần hoàn, 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 vòng tuần hoàn (7000-15000 mg/l) + VL: vận t c lắng của mặt phân chia L. VL = Vmax.e-KCL.10-6 (m/h) Với: - Vmax = 7 m/h - K = 600 (khi 50 < SVI <150) và đây là thông s phải sử dụng. 2/ Diện tích buồng trung tâm fB = 10% S 3/ Tổng di n tích b F = S + fB 4/ Th ờng xây dựng d ng bể tròn (li tâm) Trang 134 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn D= 5/ Đ ờng kính buồng phân phối 4 xf B ( d = 25%D) d= π 4 xF π 6/ Kiểm tra l i fB, S 7/ T i tr ng thuỷ lực 8/ Vận tốc đi lên của n Q a= S c trong bể (m3/m2.ngày) a V = 24 9/ Máng đặt vòng ngoài có (m/h) Dmáng = 80% D 10/ Chiều dài máng thu n L = πDmáng c 11/ T i tr ng chiều dài máng Q aL = L 12/ T i tr ng bùn b= Q(1 + α)Co 24.S (kg/m2h) 13/ Chiều cao bể + h1: Chiều cao mặt thoáng dự trữ (0,3-0,5m). + h2: Chiều cao phần nước trong (2-6m). + h3: Chiều cao phần chóp đáy bể có độ d c 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/ L ợng bùn chứa trong bể l ng Ctb = Vb.Ctb (kg) C + Ct C (Gtb = L , CL = t ) 2 2 16/ Thời gian l u n c trong bể l ng V T= Q(1 + α) + Dung tích bể lắng: V = H.S 17/ Thời gian cô đặt cặn Vbùn T2 = Q + Q t xả Ví dụ áp dụng 1 a. Diện tích mặt b ng của bể l ng đ ợc tính theo công thức: F= Q x (1+ α ) x Co Ct x VL Trong đó: Q: L u l ợng n ớc th i bằng 1500 m3/ngày = 62.5 m3/h. α: Hệ s tuần hoàn lấy 0.75. Trang 135 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn C0: Nồng độ bùn ho t tính trong bể aerotent. Co = X 3000 = = 3750 (mg / l ) . 0.8 0.8 Ct: Nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn bằng 10000 (mg/l) VL: Vận t c lắng của bề mặt phân chia ứng với nồng độ CL. CL = VL đ ợc xác định theo công thức. Ct 10000 = = 5000 (mg / l ) . 2 2 VL =Vmax x e − K x C L x 10 = 7 x e −600 x 5000 x 10 = 0.35 (m / h). −6 −6 Trong đó : Vmzx =7m/h. K = 600. Vậy: F= 62.5 x (1 + 0.75) x 3750 = 117.1875 (m 2 ) =118(m 2 ). 10000 x 0.35 Nếu kể c buồng phân ph i trung tâm Fbể =1.1 x 118 = 129.8 (m2) = 130 (m2). Xây dựng một bể lắng tròn rađian. Đ ờng kính bể: D= π 4 Fbe = 250 4 x130 = 13 (m) 3.14 Đ ờng kính buồng phân ph i: d = 0.25 x D = 0.25 x 13 = 3.25 (m). Diện tích buồng phân ph i trung tâm: f = 3.252 x 3.14 = 8.3 (m 2 ) . 4 Vậy diện tích vùng lắng của bể: SL = 103 – 8.3 = 125.7 (m2). T i trọng thủy lực: a= Q 1500 = = 12 (m3 / m 2 .ngay ) . S L 125.7 Vận t c đi lên của n ớc trong bể. V = a 12 = = 0.5 (m / h) 24 24 Máng thu n ớc đặt ở vòng tròn có đ ờng kính bằng 0.8 đ ờng kính bể. Chiều dài máng thu n ớc : Dmáng = 0.8 x 13 = 10.4m. L = π x Dmáng = 3.14 x 10.4 = 32.656 (m). T i trọng thu n ớc trên 1m dài của ng: Trang 136 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn aL = T i trọng bùn: b= Q 1500 = = 45.93 <125(m3 / m 2 .ngay ) . L 32.656 (Q + Qt ) x Co = 1.75 x1500 x 3750 x10−3 = 3.26 (kg / m 2 .h) 24 x S L 24 x125.7 b.Xác đ nh chiều cao bể : Chọn chiều cao bể H = 4m; chiều cao dự trữ trên mặt thoáng h1 = 0.3 m. Chiều cao n ớc trong bể là 3.7 m. Gồm: Chiều cao phần n ớc trong h2 = 1.5m. Chiều cao phần chóp đáy bể có đọ d c 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. Vb = S x h4 = 130 x 2.07 = 269.1 (m3). Nồng độ bùn trung bình trong bể : Ctb = CL + C t 5000 +10000 = = 7500 ( g / m3 ) = 7.5 (kg / m3 ). 2 2 L ợng bùn chứa trong bể lắng: Gbùn = Vb x Gtb = 269.1 x 7.5 = 2018.25 (kg). L ợng bùn cần thiết trong một bể aeroten Gcần = n xV x Co = 1 x 426.25 x 3.750 = 1598 (kg).. c.Thời gian l u n c trong bể l ng: Dung tích trong bể lắng: V = H x S = 3.7 x 130 = 481(m3). N ớc đi vào bể lắng: QL = (1 + α) x Q = 1.75 x 62.5 = 109.375 (m3/h). Thời gian lắng: T= 481 V = = 4.39 ( gio) Q + Qt 109.375 Thời gian cô đặc cặn: T2 = Ví dụ áp dụng 2 - Diện tích tiết diện Vbun 269.1 x 24 = = 5.67 ( gio) Qt + Qxa 0.75 x1500 +13.4 t của ống trung tâm Trang 137 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn F1 = Q tt (1 + 0, 6) * 0, 0035 = = 0, 28( m 2 ) V 0, 02 Trong đó: Vtt: T c độ chuyển động của n ớc th i trong ng trung tâm, lấy không lớn hơn 30 (mm/s) (điều 6.5.9 TCXD-51-84). Chọn Vtt = 20 (mm/s) = 0,02 (m/s) Qtt: L u l ợng tính toán khi có tuần hoàn, Qtt = (1 + α)*Qmaxs - t của bể l ng đứng Diện tích tiết diện F2 = Q tt (1 + 0 , 6 ) * 0 , 0035 = = 11 , 2 ( m 2 ) 0 , 0005 V Trong đó: V: T c độ chuyển động của n ớc th i trong bể lắng đứng, V = 0,0005 (m/s) (điều 6.5.6 TCXD-51-84). - Diện tích tổng c ng của bể l ng 2: F = F1 + F2 = 0,28 + 11,2 = 11,48 (m2) - Đ ờng kính của bể : D = - = 4 *11, 48 = 3, 8( m ) 3,14 Đ ờng kính ống trung tâm: d= - π 4F π 4 * F1 = 4 * 0 , 28 = 0,59 m ≈ 0,6 m π Chiều cao tính toán của vùng l ng trong bể l ng đứng: htt = V*t = 0,0005*1,5*3600 = 2,7 (m) Trong đó: t: Thời gian lắng, t = 1,5 giờ (điều 6.5.6 TCXD-51-84). V: T c độ chuyển động của n ớc th i trong bể lắng đứng, V = 0,0005 (m/s) (điều 6.5.6 TCXD-51-84). - Chiều cao phần hình nón của bể l ng đứng đ ợc xác đ nh: h n = h2 + h3 = ( D − d 2 Trong đó: n ) * tg α = ( 3 , 8 − 0 , 5 )*tg50o = 1,96 ≈ 2 (m) 2 h2: chiều cao lớp trung hòa (m) h3: chiều cao gi định của lớp cặn lắng trong bể D: đ ờng kính trong của bể lắng, D = 3,8 (m) dn: đ ờng kính đáy nh của hình nón cụt, lấy dn = 0,5 m α : góc ngang của đáy bể lắng so với ph = 50 ơng ngang, α không nh hơn 500, chọn α o - Chiều cao của ống trung tâm lấy b ng chiều cao tính toán của vùng l ng và b ng 2,7 m. . Đ ờng kính phần loe của ng trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ng loe và bằng 1,35 đ ờng kính ng trung tâm: D1 = hl = 1,35 * d = 1,35 * 0,6 = 0,81 (m), chọn D1 = 0,8 (m) . Đ ờng kính tấm chắn: lấy bằng 1,3 đ ờng kính miệng loe và bằng: Dc = 1,3 * Dl = 1,3 * 0,8 = 1,04 (m) . Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o - Chiều cao tổng c ng của bể l ng đứng sẽ là: Trang 138 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn H = htt + hn + hbv = htt + (h2 + h3) + hbv = 2,7 + 2 + 0,3 = 5 (m) Trong đó: hbv: kho ng cách từ mặt n ớc đến thành bể, hbv = 0,3 (m) Để thu n ớc đã lắng, dùng hệ th ng máng vòng ch y tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu n ớc đặt theo chu vi vành trong của bể, đ ờng kính ngoài của máng chính là đ ờng kính trong của bể. - Đ ờng kính máng thu: Dmáng = 80% đ ờng kính bể - Chiều dài máng thu n Dmáng = 0,8*3,8 = 3,04 ≈ 3,1 (m) L= - π × Dmáng = 3,14 * 3,1 = 9,734 (m) T i tr ng thu n aL = c trên 1m dài của máng: Q 150 *1, 6 = = 24, 65 (m3/mdài.ngày) L 9, 734 Kiểm tra l i thời gian l ng n - - - π 2 t= Vl Q +Q c ) − d 2 * h tt = Thời gian l ng: = th ( b ) 2 9 ,8 = 1, 4 9 2 1 2 , 5 * (1 + 0 , 6 ) tb = Trong đó: Vb Q x +Q = th (h ) ( ) = F * h n = 11 , 48 * 1 , 96 = 22 , 5 m Thời gian l u bùn: ( ) 3,14 3,8 2 − 0 ,6 2 * 2 ,7 = 29 ,8 m 3 4 Thể tích phần chứa bùn: V - (D 4 Thể tích phần l ng: Vl = c: 22 , 5 = 2 , 9 (h 0 , 23 + 7 , 5 3 ) Qx: L u l ợng bùn th i: Qx = 5,6 (m3/ngđ) = 0,23 (m3/h) Qth: L u l ợng bùn tuần hoàn: Qth = 0,6*12,5 = 7,5 (m3/h) Các thông số thiết kế bể l ng II STT 1 Số liệu dùng thiết kế Đ nv t của ống trung tâm 0,28 (m2) t của bể l ng (F) 11,2 (m2) Tên thông số Diện tích tiết diện (f) 2 Diện tích tiết diện 3 Đ ờng kính ống trung tâm (d) 0,6 (m) 4 Đ ờng kính của bể l ng(D) 3,8 (m) 5 Chiều cao bể (H) 5 (m) 6 Thời gian l ng (t) 1,5 giờ 7 Đ ờng kính máng thu 3,1 (m2) Trang 139 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn MAËT CAÉT A-A TÆ LEÄ 1:20 +1.90 LAN CAN TAY VÒN STK Ø34 MAËT BAÈNG BEÅ LAÉNG ÑÖÙNG TÆ LEÄ 1:20 HAØNH LANG COÂNG TAÙC +1.15 OÁNG PVC Ø114 DAÃN NÖÔÙC THAÛI TÖØ BEÅ AEROTEN +1.15 TAÁM CHAÉN CHAÁT NOÅI CAÀU THANG LEO ±0.00 PHEÃU THU CHAÁT NOÅI ±0.00 MAÙNG RAÊNG CÖA OÁNG XAÛ CHAÁT NOÅI Ø150 OÁNG PVC Ø114 DAÃN NUÔÙC RA NGUOÀN MÖÔNG THU NÖÔÙC OÁNG PVC Ø114 DAÃN NÖÔÙC THAÛI TÖØ BEÅ AEROTEN OÁNG XAÛ BUØN Ø150 OÁNG TRUNG TAÂM Ø600 SAØN COÂNG TAÙC OÁNG TRUNG TAÂM Ø600 TAÁM CHAÉN MAÙNG RAÊNG CÖA PHEÃU THU CHAÁT NOÅI BEÂTOÂNG COÁT THEÙP M200 TAÁM CHAÉN CHAÁT NOÅI OÁNG XAÛ CHAÁT NOÅI Ø150 OÁNG PVCØ150 XAÛ BUØN OÁNG LOE -3.25 -3.25 DAÂY NEO OÁNG DAÃN PVC Ø114 DAÃN NÖÔÙC CHI TIEÁT SAØN COÂNG TAÙC TÆ LEÄ 1:20 TAÁM CHAÉN THEÙP KHUNG L50X50X5 KHUNG THEÙP THANG LEO L40X40X4 BEÂTOÂNG LOÙT M75 -5.25 OÁNG TRUNG TAÂM 4 LOÃ 14 BAÉT VÔÙI BULOÂNG M12 CHOÂN SAÜN TRONG THAØNG BEÅ LÖÔÙI THEÙP L18 HAØN CHAËT VAØO KHUNG THEÙP CHI TIEÁT MAÙNG THU NÖÔÙC TÆ LEÄ 1:10 CHI TIEÁT OÁNG NOÁI PVC Ø114 QUA TÖÔØNG TÆ LEÄ 1:10 MAÙNG RAÊNG CÖA CHI TIEÁT MAÙNG RAÊNG CÖA TÆ LEÄ 1:5 KHAÂU RAÊNG NGOAØI BULOÂNG M10 RAÂU THEÙP Ø6 HAØN CHAËT VAØO PHUÏ TUØNG OÁNG OÁNG SAÉT TRAÙNG KEÕM RAÊNG MOÄT ÑAÀU OÁNG PVC Ø114 KHE DÒCH CHUYEÅN 12mm LÔÙP ÑEÄM CAO SU OÁNG SAÉT TRAÙNG KEÕM ÑAÕTIEÄN RAÊNG SAÜN 4.2.4. X lý n c th i bằng vi sinh kỵ khí (b UASB) 4.2.4.1. Cấu t o: Khí 300 1000 (Vùng lắng) NT ra >=55 2000 450 1200 (Vùng XL) Dẫn nước vào Trang 140 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn 4.2.4.2. Nguyên t c Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể và nước thải đi lên với vận t c 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 TOÁN 1/ Hiệu qu làm s ch E= 2/ L ợng S kh 1 ngày Sv - Sr Sv G = Q (Sv – Sr),10-3 (kg/ngày) 3/ T i tr ng COD c bể: phụ thuộc các nguồn thải (4 -18 kg COD/m3.ng) 4/ Dung tích x lý yếm khí cần thiết G V = a (m3) 5/ Tốc đ n c đi lên (v = 0,6-0,9m/h) 6/ Diện tích bể cần thiết Q F= v 7/ Chiều cao phần x 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 l u n c H.F.24 V .24 = Q T=Q ngày ngày Ví dụ áp dụng 1. Tính bể UASB cho công trình x lý n c th i Thủy s n công suất 300m3/ngày đêm Khi đi qua các công trình xử lý tr ớc thì hàm l ợng COD gi m từ 20 ÷ 40 %. Chọn hiệu qu xử lý của các công trình phía tr ớc là 0 % thì hàm l ợng 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 ph i duy trì đ ợc tình tr ng cân bằng thì giá trị pH của hỗn hợp n ớc th i từ 6,6 ÷ 7,6.Gi sử rằng,tỉ lệ chất dinh d ởng là phù hợp cho thích nghi và phát triển vi sinh vật. Để t o điều kiện t t cho ho t động phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí mêtan giá trị pH trong bể xử lý ph i thích hợp: 6,8 ÷ 7,5. Do đó tr ớc khi n ớc th i vào bể UASB ta tiến hành bổ sung hoá chất để duy trì giá trị pH = 7. Yêu cầu n c th i tr c khi vào công trình x lý yếm khí tiếp theo chỉ tiêu COD cần đ t là 325 mg/l. A. Tính toán kích th L u l ợng n c bể : c vào bể là : QV=300 m³ /ngày đêm Ch n hiệu xuất x lý : 65 % Đầu vào có C0= 500 mgCOD/l Đầu ra có Ce= 175 mgCOD/l L ợng COD cần kh trong 1 ngày: m = (500 – 175) *300 * 10-3 =97.5 (kgCOD/ngy) Trang 141 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Ch n t i tr ng COD của bể là: L = 3 (kg COD/m³ .ngày) (Trang 455, XLNT đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết). Thể tích phần x lý yếm khí cần l: V= m 97.5 = = 32.5 (m3) L 3 Tốc đ n c đi lên trong bể: v = 0.6 lửng. ÷ 0.9 (m/h) để đ m b o bùn trong bể đ ợc duy trì ở tr ng thái lơ Ch n v = 0.781 (m/h) => Diện tích bề mặt l: F= 300 Q = 16 (m²) = VVao 0.781 * 24 c tiết diện bể: F=B*L= 4 * 4 = 16(m2) => Kích th Chiều cao phần x lý yếm khí l: H1= V 32.5 = =2.031 (m) ≈ 2.1 (m) F 16 Chiều cao phần l ng: H2 ≥ 1m . (Trang 195 – Tính t n thiết kế cc cơng trình xử lý n ớc th i – TS. Trịnh Xuân Lai) => Ch n H2 = 1.2 (m) Chiều cao b o 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. N ớc đi vào ngăn lắng sẽ đ ợc tách bằng các tấm chắn khí. Tấm chắn khí đặt nghiêng một góc α (với α ≥ 550) Ch n α = 550 G i Hl ng : chiều cao toàn b ngăn l ng. => HL ng= 2 (m). (Trang 195 – Tính t n thiết kế cc cơng trình xử lý n ớc th i – TS. Trịnh Xuân Lai) H lang + H 3 2 + 0.3 = 63.89% ≥ 30% (Th a yêu cầu) 3.6 H be Thời gian l u n ớc trong ngăn lắng (tlắng ≥ 1 h). Kiểm tra: Ch n tl ng= = 1 giờ. t lang 1 3 * Lmatthoang * B * H lang 0,5 *L matthoang *4 * 2( m ) = = 2 = = 1h Q Q 12.5m 3 / h Vlang Lmặtthống=3.125 (m) Kho ng cách t mí trên cùng của ngăn l ng đến thành bể là: (L-Lmặtthống)/2 = (4-3.125)/2= 437 (mm) Thời gian l u n c trong bể (HRT = 4 ÷ 12 h) : HRT = L × B( H be − H 3 ) 4 * 4(3.6 − 0,3)m = = 4.224h (Thỏa yêu cầu) Q 12.5m3 / h B. Tấm ch n khí và tấm h ng d ng: Trang 142 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Kho ng cách giữa 2 tấm chắn khí là :b Vận t c n ớc qua khe vào ngăn lắng (vqua khe = 9 ÷ 10 m/h) [1] Ch n vqua khe = 9m/h Ta có: v quakhe = Q 12.5m 3 / h = = 9m / h ∑ S khe 4khe × 4m × bm → b= 0,087m=87 mm Trong bể UASB, ta b trí 2 tấm h ớng dòng và 4 tấm chắn khí, các tấm này đặt song song với nhau và nghiêng so với ph ơng ngang một góc 550 Tấm ch n khí 1: .Dài = B = 4 m .Rộng = b1 = H lang − H 2 sin 55 → Ch n r ng = 975 mm 0 = 2 − 1,2 = 0.976m sin 55 0 Tấm ch n khí 2: Đo n xếp mí của 2 tấm chắn khí lấy bằng 0,25 m. .Dài = B = 4 m .Rộng = 0,25 m + H2 + H3 − h sin 55 0 1.2 + 0.3 − 0.050 = 2,02(m) sin 55 0 .Với h = b*sin(900 – 550 ) = 87*sin 350 = 50 (mm) .Rộng = b2 = 0,25m + → Ch n r ng = 2020 mm ng dòng: đ ợc đặt nghiêng so v i ph => Tấm h 87 mm. ng ngang m t góc ϕ và cách tấm ch n khí d i Kho ng cách từ đỉnh tam giác của tấm h ớng dòng đến tấm chắn 1: l= bkhe 87 = = 106mm 0 0 cos(90 − 55 ) cos 35 0 a1 = bkhe * cos 55 0 = 87 * cos 55 0 = 50mm a 2 = l − a1 = 106 − 50 = 56mm h = bkhe × sin 55 0 = 87 × sin 55 0 ≈ 71mm tgθ = h 71 = → θ = 52 0 a 2 56 ϕ = 180 0 − 2 × θ = 180 0 − 2 × 52 0 = 76 0 D = 2 × l + 2 × 150 = 2 × 106 + 2 × 150 = 512mm Đo n nhô ra của tấm h ớng dòng nằm bên d ới khe hở từ 10÷20 cm. Chọn mỗi bên nhô ra 15 cm. Chiều r ng tấm h b3 = Chiều dài tấm h ng dòng: 512 2 2 = = 416mm sin(90 − θ ) 0 sin(90 − 52) 0 D ng dòng: B = 4 m C. Tính máng thu n c : Chọn máng thu n ớc bê tông Máng thu n ớc đ ợc thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng, thiết kế 1 máng thu n ớc đặt giữa bể ch y dọc theo chiều dài của bể. Vận t c n ớc ch y trong máng: 0,6÷0,7 m/s (Nguyễn Ngọc Dung – Xử lý n ớc cấp, NXB Xây Dựng, 1999) Ch n Vmáng= 0,6 m/s Diện tích mặt cắt ớt của mội máng: Trang 143 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn A= ⇒ Q Vmang = 12.5m 3 / s = 0,0058m 2 3600 × 0,6m / s Ch n chiều ngang máng 200 mm chiều cao máng 200 mm Máng bê tông c t thép dày 65 mm, có lắp thêm máng răng c a thép tấm không gỉ, đ ợc đặt dọc bể, giữa các tấm chắn khí. Máng có độ d c 1% để n ớc ch y dễ dàng về phần cu i máng. T i đây có đặt ng thu n ớc Φ 90 bằng thép để dẫn n ớc sang bể Aerotank. Máng răng c a: Máng tràn gồm nhiều răng c a hình chữ V. Chiều cao một răng c a: 60 mm Dài đo n vát đỉnh răng c a: 40 mm Chiều cao c thanh: 260 mm Khe dịch chỉnh: Cách nhau 450 mm Bề rộng khe: 12 mm Chiều cao: 150 mm D.Tính l ợng khí sinh ra và ống thu khí : L ợng khí sinh ra trong bể = 0.5 m 3/kgCODloa bỏ (Metcalf & Eddy – Waste water engineering Treating, Diposal, Reuse, MccGraw-Hill, Third edition, 1991) Qkhí = 0,5 m3 /kgCODloa bỏ * 97.5kgCODloa bỏ /ngaỳ = 48.75 m3/ngaỳ = 2.03125 m3/h = 0,564 (l/s) Trong đó l ợng khí metan sinh ra chiếm 70 ÷ 80% Ch n metan sinh ra chiếm 70%. => L ợng khí methane sinh ra = 0,35 /kgCODloa bỏ QCH4 = 0,35 m3kgCODloa bỏ * 97.5 kgCODloa bỏ = 34.125 (m3/ngaỳ) Tính ng thu khí Ch n vận tốc khí trong ống Vkhí = 10 m/s Đ ờng kính ống dẫn khí : Dkhí = 4 * Qkhí = 24 * 3600 * π * Vkhí 4 * 48.75 = 0,0085 m = 8 mm 24 * 3600 * π * 10 Ch n đ ờng kính ống khí φ 14 ( φtrong = 8) Kiểm tra vận tốc khí : V khí = 4 xQkhí 4 * 0,00056 = = 11,141 (m/s) 2 πxD π * 0,008 2 E.Tính l ợng bùn sinh ra và ống x bùn : L ợng bùn sinh ra trong bể = 0,05 : 0,1 g VSS/g COD loa bỏ . (Metcalf & Eddy – Waste water engineering Treating, Diposal, Reuse, MccGraw-Hill, Third edition, 1991) Khối l ợng bùn sinh ra trong m t ngày Mbùn = 0,1 kg VSS/kg CODlo i bỏ * 97.5 kg VSS/kg CODlo i 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 có: 1 m3 bùn t ng đ ng 260 kgVSS Thể tích của bùn sinh ra trong một ngày Vbùn = M buøn 9.75(kgVVS / ngay ) = 0,0375 m3/ngày = P 260(kgVSS / ngay ) L ợng bùn sinh ra trong m t tháng = 0,0375 * 30 = 1.125 m3 /tháng Chiều cao của bùn trong 1 tháng : hbùn = Vbuøn 1.125 = 0.070 m = F 4*4 Trang 144 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn ng x bùn Chọn thời gian x bùn 1-3 tháng một lần Thể tích bùn sinh ra trong 3 tháng Vbùn = 1.125 ( m3/tháng) * 3 (tháng) = 3.375 m3 Ch n thời gian x bùn là 3 giờ . L u l ợng bùn x ra : Qbùn = 3.375 = 1.125 m3/h 3 Bùn x ra nhờ áp lực thủy tĩnh thông qua 1 ng inox φ76,đặt cách đáy 400 mm, độ d c 2% F. Lấy mẫu : Để kiểm tra sự ho t động bên trong bể ,dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu .Với các mẫu thu đ ợc ở cùng 1 van ,ta có thể ớc đoán l ợng bùn ở độ cao đặt van đó. Dựa vào kết qu đo đ t và quan sát màu sắc bùn ,từ đó mà có sự điều chỉnh thích hợp Trong điều kiện ổn định , t i trọng của bùn gần nh không đổi , do đó mật độ bùn tăng lên đều đặn .Việc lấy mẫu đ ợc thực hiện đều đặn hằng ngày Khi mở van , cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đ m b o thu đ ợc bùn gần gi ng trong bể vì nếu mở van lớn quá thi` n ớc sẽ thoát ra nhiều hơn.Thể tích mẫu th ờng lấy 500/1000 m3 . Bể cao 3.6 m,do đó dọc theo chiều cao bể đặt 5 van lấy mẫu , các va đặt cách nhau 0,5 m.Van d ới cùng đặt cách đáy 0.5 m . Chọn ng và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng φ27 ( φtrong = 20 ). G. Hệ thống phân phối n c trong bể : V i lo i bùn d ng h t ,t i tr ng > 4 kgCOD /m3.ngày thì số điểm phân phối n c trong bể cần thõa ∼ 2 m2 trên đầu phân phối . Theo “Metcalf & Eddy – Waste water engineering Treating, Diposal, Reuse, MccGraw-Hill, Third edition, 1991”, Số đầu phân phối cần : 4 x4 = 8 đầu 2m 2 / dau N ớc từ bể tuyển nổi đ ợc bơm qua bể UASB theo đ ờng ng chính ,phân ph i đều ra 4 ng nhánh nhờ hệ th ng van và đồng hồ đo l u l ợng đặt trên từng ng . Vận t c n ớc trong ng chính ( là ng đẩy của bơm ): Vchính = 1,5 : 2,5 m/s Ch n Vchính = 2 m/s → Ch n đ ờng kính ống chính : Dchính = 4Q = π .Vchính 4 * (12 . 5 / 3600 ) = 0.047 m =47 mm π *2 ⇒ s dụng ống inox φ60 (φtrong = 50) làm ống chính . Kiểm tra vận t c n ớc trong ng chính Vchính = Q S chính = 20,83 / 3600(m 3 / s ) = 1.7684 m/s (πφ 2 / 4)m 2 Vận t c trong ng nhánh : Vnhánh = 1 : 3 m/s Ch n Vnhánh = 2 m/s . L u l ợng n c trong mỗi ống nhánh Qnhánh = Q 12.5m 3 / h = = 3.125 m3/h 4 4 → Đ ờng kính ống nhánh Dchính = 4Q = π .Vnhanh 4 * (3.125 / 3600) = 0,024 m = 24 mm π *2 ⇒ sử dụng ng inox φ27 (φtrong = 24) để dẫn n ớc phân ph i trong UASB. Kiểm tra vận t c n ớc trong ng nhánh : Vnhánh = Q S nhanh = 3.125 / 3600(m 3 / s) = 1.919 m/s (πφ 2 / 4)m 2 H. B m : L u l ợng cần b m Q = 12.5 m3/h. C t áp của b m : H = Δz + ∑h (m H2O) Δz : kho ng cách từ mặt n ớc bể tuyển nổi đến mặt n ớc bể UASB . Trang 145 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn ∑h : tổng tổn thất của bơm ,bao gồm tổn thất cục bộ ,tổn thất dọc đ ờng ng ,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 Công suất yêu cầu trên trục b m : N= Q. p.g .H (12.5 / 3600)m 3 * 1000kg / m 3 * 9.81m / s 2 * 11m = = 0,468 kw 1000.η 1000 * 0.8 Vậy ch n b m ly tâm công suất 0.75 kw= 1 (HP ) MAËT CAÉT A-A HAØNH LANG COÂNG TAÙC 4000 OÁNG THU KHÍ - 4000 30 4000 CHI TIEÁT 2 TÆ LEÄ 1/5 MAËT CAÉT B-B CHI TIEÁT 1 +6.800 270 300 +6.000 15 40 1600 Van laáy maãu 12 ° 56 1000 0 172 MAËT CAÉT C -C MAÙNG THU NÖÔÙC 0 150 450 4100 1000 00 0 15 1000 500 40 300 1000 1000 2000 2000 2000 2000 2000 1000 OÁNG THU BUØN - CHI TIEÁT 2 500 1000 + 0.000 1000 1000 1400 1000 1400 980 TAÁM KEÏP GIÖÕ OÁNG 200 300 - 0.600 300 12000 BULOÂNG MAËT BAÈNG BEÅ UASB OÁNG THU NÖÔÙC - 2000 2000 B 2000 2000 200 CHI TIEÁT 1 TÆ LEÄ 1/ 5 OÁNG THU NÖÔÙC - 400 TAÁM INOX 75 75 200 300 MAÙNG THU NÖÔÙC TÆ LEÄ 1/5 ÑEÄM CAO SU 2000 50 1000 MAËT BAÈNG C C 300 BULOÂNG 200 MAÙNG RAÊNG CÖA 100 150 75 5000 100 300 BULOÂNG M10 ÑEÄM CAO SU 5000 MAÙNG RAÊNG CÖA TÆ LEÄ 1/10 60 250 100 KHE DÒCH CHÆNH 12mm 40 200 60 300 20 100 B CAÀU THANG 25 50 480 2500 OÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC TRÖÔØNG ÑH BAÙCH KHOA TP. HOÀ CHÍ MINH KHOA MOÂI TRÖÔØNG ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC KYÕ THUAÄT XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI THIEÁ T KEÁ BEÅ XÖÛ LYÙ SINH HOÏC NÖÔÙC THAÛI NGAØNH THUOÄC DA SVTH QUAÙCH.M.TUAÁN GVHD NG .TAÁN PHONG CNBM NG.VAÊN PHÖÔÙC TYÛ LEÄ : 1/50 SOÁ BAÛN VEÕ: 3 BAÛN VEÕ SOÁ :3 CHI TIEÁT BEÅ UASB 6/2001 Ví dụ áp dụng 2. Tính bể UASB cho công trình x lý NT có các thong số cho trong bài 1) Hi u qu x lý COD, BOD của UASB là 75% (tính toán thiết kế các công 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 t t nhất = 350 : 5 : 1. Nồng độc BOD bị khử: 1367*0.75 = 1025.25mg/l Nồng độ N bị khử tương ứng: = 1025.25 * 5 = 17 mg / l 350 Nồng độ P bị khử tương ứng: = 1025.25 * 1 = 3mg / l 350 N ra = 111 − 17 = 94mg / l Pra = 27 − 3 = 24mg / l Trang 146 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c 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) Th tích x lý y m khí cần thi t. V= G 1677 = = 240m3 7 a 3) Đ gi l p bùn ở tr ng thái lơ l ng tốc đ n c dâng trong b kho ng 0,6-0,9m/h (Tính toán thiết kế hệ th ng xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai,2001 ). Chọn v = 0,9m3/h - Diện tích bể cần thiết F= 1000 Q = = 46.3 m2 v 24 * 0.9 4) Chi u cao cần x lý y m khí. H1 = V 240 = = 5.2m F 46.3 5) Tổng chi u cao b . 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 không gian an toàn 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) Ki m tra thời gian l u n T= c. V ∗ 24h Q Với V=H*F= 7*46.3=324.1 (m3). => T = 324.1 * 24 = 7.78h 1000 7) Kích th cb : 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) N c khi vào ngăn l ng sẽ đ ợc tách khí bằng các tấm ch n khí đặt nghiêng so v i ph ơng ngang m t góc 45-600. Ch n 500 tg 500 = H lang + H 3 B2 H lang + H 3 = tg 500 * B 2 =>Hlắng=3.46 – 0,3 = 3.16m, >30% so với chiều cao bể nên th a mãn điều kiện thiết kế. 9) Trong b l p 1 tấm h ng dòng. Với một tấm hướng dòng 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 góc 500. Chọn khe h các tấm chắn nầy bằng nhau. Trang 147 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Tổng diện tích các khe h chiếm 15-20% tổng diện tích bể. Chọn Fkhe=0,15Fbể Trong ngăn có 4 khe h , diện tích mỗi khe. Fkhe = 0.15 * Fbe 0.15 * 46.3 = = 1.74m 2 4 sokhe Khoảng cách (bề rộng) giữa các khe h . 1.77 Fkhe = = 0.435m 4 sokhe H3 l= n laéng T m ch khí 2 T m ch khí 1 n 10) Tấm ch n khí 1. 435 Chiều dài l1=L=8m Chiều rộng b1. b1 = H lang − H 2 sin 50 0 = 3.16 − 1.5 = 2.17 m sin 500 T mh dòng ng 11) Tấm ch n 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 b2 = 400 + 12) Tấm h H 2 + H3 − h 1.5 + 0.3 − 0.280 = 400 + = 2.38m sin 50 sin 50 ng dòng đ ợc đặt nghiêng so v i ph ơng ngang 1 góc 500 và cách tấm ch n 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 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Tấm hướng dòng có chức năng chặn bùn đi lên phần xử lý yếm khí lên phần lắng nên độ rộng đáy D giữa hai tấm hướng dòng phải lớn hơn L. Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe h từ 10-20cm, chọn mổi bên nhô ra 20cm. =>D=1120+400=1520m Chọn D=1520m Chiều rộng tấm hướng dòng = 1520 2 = 2 = 1182mm Cos500 Cos500 13) Tính toán ống phân phối n D c: Vận t c nước chảy trong đư ng ng chính dao động từ 0.8-2m/s.Chọn v ng=1m/s Đư ng kính ng chính: Dongchinh = 4*Q 4 * 1000 = = 0.122m = 122mm 3.14 * vong * 24 * 3600 3.14 * 1 * 24 * 3600 Vậy chọn ng chính là thép không gỉ có đư ng kính 125mm. Kiểm tra lại vận t c nước chảy trong ng: vong = 2 ongchinh D 4*Q = 0.943m / s , gần bằng 1m/s (th a). * 3.14 * 24 * 3600 14) H thống đầu phân phối n c: Bể UASB được thiết kế có tổng cộng 15 đầu phân ph i nước. Kiểm tra diện tích trung bình của 1 đầu phân ph i nước: an = 8 * 5.8 = 3.1m 2 (nằm trong khoảng cho phép từ 2-5m2/đầu.) 15 15) Đ ờng kính ống nhánh Trang 149 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Chọn vận t c nước chảy trong ng nhánh vnhánh= 1.5m/s. Chọn 5 ng nhánh để phân ph i nước vào bể. Các ng này đặt vuông góc chiều dài bể. Mỗi ng cách nhau 1.6m, 2 ng sát tư ng đặt cách tư ng 0.8m. Đư ng kính ng nhánh: Dongnhanh 4 * 1000 4 * Qongnhanh 5 = = = 0.044m = 44mm 3.14 * vongnhanh * 24 * 3600 3.14 * 1.5 * 3600 * 24 Chọn đư ng kính ng nhánh Dong nhanh= 45mm. Kiểm tra lại vận t c nước chảy trong ng nhánh: vongnhanh = 4 * Qongnhanh 2 ongnhanh D 16) Lổ phân phối n * 3.14 * 24 * 3600 = 1.46m / s c: Tổng cộng có 15 đầu phân ph i nước trên 5 ng nhánh. một ng nhánh sẽ có 3 đầu phân ph i nước. Tại 1 đầu phân ph i nước b trí 2 lổ theo 2 phía của đư ng ng.. Lưu lượng qua lỗ phân ph i: Q phanphoi = Qongnhanh 6 = 200 = 33.333m3 / ngày. 6 Đư ng kính lổ phân ph i: 4 * 200 4 * Q phanphoi 6 = = 0.018m = 18mm Dlo = 3.14 * v phanphoi * 24 * 3600 3.14 * 1.5 * 24 * 3600 Vận t c nước qua lổ phân ph i = 1.5m/s. lổ phân ph i có đư ng kính 18mm. Các ng phân ph i nước đặt cách đáy 20cm. 17) Tính l ợng khí sinh ra Lượng khí sinh ra trong bể tương đương: 0.5m3/1kgCODloại b Thể tích khí sinh ra trong ngày: Vkhí = 0.5 *1677 = 838.5m3 / ngày. Lượng khí metan sinh ra tương đương 0.35m3/1kgCODloại b Thể tích khí metan sinh ra: Vkhíme tan = 0.35 *1677 = 586.95m3 / ngày. 18) Đ ờng kính ống thu khí: Vận t c khí trong ng từ 10-15m/s. Chọn vận t c khí trong ng 10m/s. Lắp 2 ng dẫn khí 2 bên thành bể Đư ng kính ng dẫn khí: Qkhi 4 * 419.25 2 = = = 0.025m 3.14 * vkhi * 24 * 3600 3.14 *10 * 24 * 3600 4* Dkhi Chọn đư ng kính ng dẫn khí 50mm. 19) L ợng bùn sinh ra: Trang 150 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Lượng bùn sinh ra tron bể tương đương 0.05-0.1gVSS/gCODloai bo. Kh i 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: Vbun = 167.7 = 0.645m3 / ngay 260 Chọn th i gian lưu bùn là 3 tháng: Lượng bùn sinh ra trong 3 tháng = 0.645*30*3= 58 m3 Chiều cao bùn trong 3 tháng: = 58 = 1.24m 46.3 20) Đ ờng kính ống thu bùn: Chọn th i gian xả cặn là 120 phút. Lượng cặn đi vào ng thu bùn trong 120 phút: = 58 = 0.008m3 / s 120 * 60 B trí 3 ng thu bùn, các ng này đặt vuông góc với chiều rộng bể, mỗi ng cách nhau 1.94m, 2 ng sát tư ng cách tư ng 0.96m Vận t c bùn trong ng chọn 0.5m/s. Diện tích ng xả cặn: Fbun = 0.008 = 0.0054m 2 3 * 0.5 Đư ng kính ng thu bùn: D = 4*S = 3.14 4 * 0.0054 = 0.0083m = 83mm 3.14 Chọn đư ng kính ng 85mm 21) Số lổ đục trên ống thu bùn: Chọn t c độ bùn qua lổ v = 0.5m/s Chọn đư ng kính lỗ dlo= 30mm. diện tích lỗ: f lo = 3.14 * d lo2 3.14 * 0.032 = = 0.0071m 2 4 4 Tổng diện tích lỗ trên 1 ng xả cặn: Flo S lổ trên 1 ng: n = = 0.008 = 0.0054m 2 3 * 0.5 Flo 0.0054 = = 7.6 f lo 0.00071 Chọn s lỗ trên 1 ng 8. 3 ng sẽ có 24 lỗ. 22) Đ ờng kính ống thu bùn trung tâm: Chọn vận t c 0.3m/s Đư ng kính ng thu bùn: D = 4 * 0.008 = 185mm 3.14 * 0.3 Theo TCXD 51-84, đư ng kính ng thu bùn t i thiểu 200mm. Chọn đư ng kính ng trung tâm là 200mm. 23) Máng thu n c: Trang 151 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c 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. Công thức tính lưu lượng qua mỗi răng máng hình chữ V Q= 5 8 θ 2g H 2 Cd tg 15 2 Trong đó: θ : góc đỉnh tam giác, chọn = 90 0 g : gia t c trọng trư ng H : chiều cao cột nước trên đỉnh tam giác, chọn H = 0,04 m Cd : hệ s lưu lượng Cd = 0.56 + δ = Trong đó: W 0.7 R W 0.17 0.165 ρgH 2 1000 * 9.81 * 0.042 = = 224 70.10− 3 δ : sức căng mặt ngoài của nước = 70.10-3 R= ν H gH ν = 0.04 * 9.81 * 0.04 = 36.7 0.8545.10− 3 -3 0 : độ nhớt động học của nước = 0,8545.10 Pas ( 27 C) Cd = 0.71 Q= 5 3 900 8 * 2 * 9.81 * 0.04 2 = 0.00054 m * 0.71 * tg s 2 15 S răng cưa trên máng: n = 1000 = 26 24 * 3600 * 0.00045 Như vậy hai bên máng thu nước mỗi bên có 13 răng. l= 8 = 0.57m 13 + 1 Chiều rộng máng chọn b=0.3m. Nước chảy trong máng với vận t c v = 0.24m/s, độ d c máng i=0.05 Th i gian trung bình lưu nước trong máng: t Thể tích máng thu: V = Q *t = Chiều cao máng thu nước: h = = 8 = 17 s (17 giây). 2 * 0.24 1000 *17 = 0.197m3 24 * 3600 V 0.197 = = 0.082m L * b 8 * 0.3 Tổng chiều cao máng thu nước: = 0.04 + 0.082 = 0.122m, chọn 0.15m (do có thêm chiều cao dự trữ máng răng cưa). Chiều cao máng thu nước cu i bể: 0.15 + 0.05*8 =0.55m Trang 152 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn 8000 M 550 t 570 23) L p đặt các ống dẫn bùn: M 24) Tính tổn thất c t n cn c c và ch n bơm: Áp dụng phương trình becnouly cho mặt cắt 1-1 (mắt thoáng bể gạn mũ) và mặt cắt 2-2 (mặt cắt tại lổ phân ph i nước của bể UASB ). Z1 + γ P1 + α1v12 2g + H = Z2 + Suy ra cột áp máy bơm: H = ( Z 2 − Z1 ) + P2 − P1 γ + γ P2 + α1v22 2g + ∑ h1− 2 α 2v22 − α1v12 2g + ∑ h1− 2 Trong đó Z2-Z1: chênh lệch độ cao giữa 2 mặt cắt = -2.3m P1, P2: áp suất tại mặt cắt 1, 2. P1: áp suất khí quyển 1.0*105 (N/m2). P2: Áp suất tại mặt cắt 2. P2 = Pthoang + ρgH = 1.2 *105 + 1000 * 9.81* 6.7 = 185727 Pthoang: áp suất tại mặt thoáng bể UASB. Do có chứa 1 lượng khí nên giả sử áp suất 1.2*105 Trang 153 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn α1 , α 2 =1. (do nước chảy trong ng là chảy r i.) ∑h v1, v2: vận t c tại mặt cắt 1, và 2. (v1=0, v2=1.5 m/s) 1− 2 ∑h : t ng tổn thất. a) Tổng tổn thất: = hd + hc 1− 2 hd : tổn thất dọc đư ng. hd = hd _ 125 + hd _ 45 = 0.1176 + 1.21 = 1.3276m hd _ 125 : tổn thất dọc đư ng trong ng chính có đư ng kính 125mm. hd _ 125 = λ λ : hệ s l v2 d 2g Với v là vận t c nước chảy trong ng, v =1m/s Re = Nên λ= λ ma sát. Phụ thuộc vào s Renol vd ρ μ = 1*0.125*1000 = 246284 >105 0.8545*10−3 được tính theo công thức Conacop: 1 1 = = 0.0148 2 (1.8lg Re− 1.5) (1.8lg 246284 − 1.5) 2 l: chiều dài ng bằng 19.4m. d: đư ng kính ng bằng 0.125m. Suy ra hd _125 = λ 19.4 1 l v2 = 0.0148 = 0.1176m 0.125 2 g d 2g hd _ 45 : tổn thất dọc đư ng qua đư ng ng nhánh có đư ng kính 45mm. hd _ 45 = λ λ : hệ s l v2 d 2g Với v là vận t c nước chảy trong ng, v =1.5m/s Re = Nên λ ma sát. Phụ thuộc vào s Renol vdρ μ = 1.5 * 0.045 *1000 = 78994 . 0.8545 *10− 3 được tính theo công thức Blazious: λ= 2320 < Re < 105 0.3164 0.3164 = = 0.019 0.25 Re (78994)0.25 l: chiều dài ng bằng 25m. d: đư ng kính ng bằng 0.045m. Suy ra hd _ 45 = λ l v2 25 1.52 = 0.019 = 1.21m d 2g 0.045 2 g Trang 154 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn hc : tổn thất cục bộ hc = hc _ 125 + hc _ 45 = 0.044 + 1.66 = 1.71m hc _ 125 = ∑ ξ ∑ξ = ξ ξ1 : hệ s ξ2 : 1 + 6ξ 2 = 0.2 + 6 * 0.11 = 0.86 tr lực khi vào ng hút. hệ s tr lực khúc cong 900 Suy ra hc _ 125 = ∑ξ v2 1 .0 = 0.86 = 0.044m 2 * 9.81 2g hc _ 45 = ∑ ξ ∑ ξ = 4ξ ξ1 : hệ s ξ2 : Suy ra hc _ 45 ∑h 1− 2 v2 2g 1 v2 2g + 30ξ 2 = 4 * 0.437 + 30 * 0.424 = 14.468 tr lực khi thu hẹp từ ng 125mm qua ng 45mm. hệ s tr lực khu thu hẹp từ ng 45mm qua lỗ 18mm = ∑ξ 1.52 v2 = 14.468 = 1.66m 2g 2 * 9.81 = hd + hc = 1.3276 + 1.71 = 3.1m b) cột áp máy bơm: H = ( Z 2 − Z1 ) + P2 − P1 γ + α 2v22 − α1v12 2g + ∑ h1− 2 = −2.3 + 185727 − 100000 1*1.52 − 1* 0 + + 3.1 = 8.8m 1000 * 9.81 2 * 9.81 c) công suất máy bơm: N= QρgH 0.0174 *1000 * 9.81* 8.8 = = 1.88kW 1000η 1000 * 0.8 Chọn 2 bơm công suất 2.0kW. Một hoạt động và 1 dự phòng. Q: lưu lượng nước cần bơm (m3/s ) Các thông số thi t k b UASB. Tên thông số Kí hi u Đơn v Số l ợng 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 dòng D m 1.52 Trang 155 Bài gi ng Kỹ thuật xử lý n ớc th i – Th c sỹ Lâm Vĩnh Sơn Cạnh bên tấm hướng dòng m 1.182 Đư ng kính ng dẫn nước trung tâm mm 125 Đư ng kính ng dẫn nước phân ph i mm 45 S lượng ng nhánh cấp nước 5 S lượng ng thu khí 2 Đư ng kính ng thu khí mm 25 Đư ng kính ng thu bùn trung tâm mm 200 Đư ng kính ng nhánh thu bùn mm 97 S lượng ng nhánh thu bùn 3 Chiều cao máng thu nước đầu bể Mm 150 Chiều cao máng cu i bể mm 550 Trang 156