IV.3 Bể Aerotank

Thông số tính toán

Lưu lượng nước thải đầu vào Qngtb =400m3/ngày.đêm

Nồng độ BOD đầu vào : So = 310,5 mg/l

Tỷ số BOD5/COD = 1300/2500 = 0,52

Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn BOD ≤ 50 mg/l

Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn COD ≤ 150 mg/l

Cặn lơ lửng SSra = 30 mg/l

Nhiệt độ trong bể: to = 250C

Thông số vận hành như sau

Cặn hữu cơ, a = 75%

Nồng độ bùn hoạt tính trong bể MLVSS: X = 3000 mg/l ( cặn bay hơi)

Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào Xo = 0

Độ tro của cặn lơ lửng hữu cơ ra khỏi bể lắng là : 0,3 (70% cặn bay hơi)

Hệ số chuyển đổi giữa BOD5/COD là 0.52

Tỉ số

MVSSMLSS

=0,8

Thời gian lưu của bùn hoạt tính ( tuổi của cặn) trong công trình θc = 10 ngày

Y: hệ số sản lượng tế bào 0,4¿ 0,8 mg VSS/mg BOD5, chọn Y= 0,6 mg VSS/mg BOD5

Chế độ xáo trộn hoàn toàn

Kd: hệ số phân hủy nội bào 0,06 – 0,15 ngày-1 , chọn Kd = 0,06 ngày-1

Tính toán:

Lượng cặn hữu cơ trong nước ra khỏi bể lắng 2 ( phần cặn sinh học dễ bị phân hủy ):

75% × 66,69 = 50 mg/l

Lượng cặn hữu cơ tính theo COD : 1,42 × 50 × 0,7 = 49,7 mg/l

BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng 2:

1,42 × 50 = 71 mg/l

Quá trình tính toán dựa theo phương trình phản ứng:

C5H7O2N + 5O2 ® 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng

113 mg/L 160 mg/L

1 mg/L 1,42 mg/L

BOD của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng 2:

71 × 0,52 = 36,92 mg/l

BOD hòa tan của nước thải sau bể lắng 2:

BOD5(ra) = S + 36,92

vậy S = 44 – 36,92 = 7,08 mg/l

a. Kích thước bể aerotank

Thể tích bể aerotank:

V=Q×Y ×θc×(S0−S )

X×(1+Kd×θc)=

400×0,6×10×(293 ,4−7 , 08)3000×(1+0 ,06×10)

=143 , 16 m3

Chọn thể tích bể là 143 m3

Thời gian nước lưu lại trong bể:

T=VQ

=143400

×24=8 ,58 h

Chiều cao của bể aerotank:

H=H i+Hbv=4+0,5=4,5 m

Trong đó: Hi: chiều cao hứu ích H = 3 ¿ 4,6m, chọn Hi=4 m

Hbv: chiều cao bảo vệ, chọn Hbv = 0,5 m

Diện tích mặt bằng của bể aerotank:

F= VH i

=1434

=35 ,75 m2

Chọn chiều rộng của bể aerotank: B = 5,5 m

Chọn chiều dài của bể aerotank: L = 6,5 m

Thể tích thực của bể aerotank: V T=L×B×H =6,5×5,5×4,5=161 m3

b. Tính toán lượng bùn thải mỗi ngày

Với hệ số sản lượng quan sát:

Y obs=Y

1+K d×θc= 0,6

1+0 ,06×10=0 , 375 mg /mg

Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS:

PX=Y obs×Q×(S0−S)1000

=0 , 375×400×(293 , 4−7 , 08)1000

=42 ,95 kg/ng . đ

Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS:

PX (SS )=PX

0,8=42 , 95

0,8=53 ,7 kg /ng . đ

- Lượng cặn dư hằng ngày phải đi xả:

Pxã = Px (SS) – Q ´ SSra = 53,7 – 400 x 66,69 x 10-3 = 27 kg/ngày

Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày ( nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng II )

θC=V×XQw×Xr+Qe×Xe

⇒Qw=143 ,16×3000−10×400×33 , 35210×5600

=5 ,287 m3 /ng.đ≈5,3 m3 /ng .đ

Trong đó:

V : thể tích bể aerotank

X: nồng độ chất rắn bay hơi trong bể aerotank X= 3000 mg/l

Bể Aerotank

Bể lắng IIQ,Xo,So

Qr, Xr, S

Qw,Xr

Qe,S, Xe

Lắng II

θc: thời gian lưu bùn,

θc = 10 ngày.

Qε: lượng nước đưa ra ngoài từ bể lắng đợt II ( lượng nước thải ra ngoài hệ thống).

Xem như lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là không đáng kể nên

Qε= Q = 400 m3/ngày

X ε: nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống

X ε = 0,8 × SSra = 0,8 ×66,69 = 53,352 mg/l

Xr: là nồng độ SS trong bùn tuần hoàn ( cặn không tro)

Xr = (1-0,3) × 8000 = 5600 mg/l

c. Lưu lượng bùn tuần hoàn

Sơ đồ làm việc của hệ thống:

Hình 4.1 : Sơ đồ làm việc bể aerotank

Trong đó:

Q, Qr, Qw, Qe : Lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, luu lượng bùn xã,

và lưu lượng nước đầu ra , m3/ngày.

S0, S: nồng độ chất nền ( tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua

bể aerotankvaf bể lắng II , mg/l

X , Xr , Xe : nồng độ chất rắn bay hơi trong bể aerotank, nồng đọ bùn tuần hoàn và

nồng đọ bùn sau khi qua bể lắng II, mg/l

Tính hệ số tuần hoàn (α) từ phương trình cân bằng vật chất viết cho bể lắng II( xem như

lượng chất hữu cơ bay hơi ở đầu ra của hệ thống là không đáng kể):

Ta có:

Trong đó:

Qr: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn

Xo: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aerotank, Xo = 0

Xr: Nồng độ VSV trong tuần hoàn bùn, Xr = 8000mg/l

X: Nồng độ VSV trong bể Aerotank, X= 3000 mg/l

Vậy ta có: a =

Qr

Q =

XX r−X

=

30008000−3000

= 0,6

Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qr=Q×α=400 ×0,6=240 m3/ng . đ=10 m3/h

d. Lượng oxy cần cung cấp vào bể aerotank

Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn:

OC0 =

Q(S0−S )f

- 1,42Px(VSS)

Với f hệ số chuyển đổi giữa BOD5/COD, f= 0,52

OC0=400×(293 , 4−7 , 08)

0 ,64×1000−1 , 42×42,95=117 ,961≈118kgO 2 /ngày

Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể:

OCt = OC0 ×

kgO2/ngày

Trong đó:

CS20: Nồng độ ôxy bão hòa trong nước ở 20oC, CS≈9,08 (mg/l)

Cd: Nồng độ ôxy cần duy trì trong bể, C = 1,5÷2 (mg/l) (Tính toán thiết kế các công

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 ôxy 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

Csh: nồng độ oxy hòa tan trong nước sạch ở 260C, Csh = 8,09 mg/l

β: hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối. Đối với nước thải lấy β=1

⇒OC t=118× 9 , 081×8 , 09−2

× 11 ,024 (26−20 )

× 10,7

=218kgO2 /ngày

→ lưu lượng khí/m3 nước thải = 218/400= 0,545 kgO2/ m3 nước thải

Tính lượng không khí cần thiết để cung cấp vào bể:

Trong đó:

fa: Hệ số an toàn, f = 1,5 ÷2, chọn f = 2 (Tính toán thiết kế các công trình xử

lýnước thải- Trịnh Xuân Lai)

OU: công suất hòa tan ôxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam ôxy

cho 1m3 không khí.

OU = OU× h

OU: Phụ thuộc hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ và

mịn, (tra bảng 7-1 sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh

Xuân Lai).

Bảng 4.4 : Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ

và mịn

Điều kiện thí nghiệm

Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình

Ou=grO2

m3 .m Ou=grO2

m3 .m

Nước sạch T=20oC 12 10

Nước thải T=20oC, α=0.8 8.5 7

→Ou = 7 gr O2.m/m3

h: Độ ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h = 4 (m)

→OU = 7 × 4 = 28 (gO2/m3)

⇒Q kk=21828×10−3

×2=15571, 43 m3 /ngày=0 ,18m3/ s

Số đĩa phân phối trong bể: N =

Qkk ( L/ phut )200(L/ phut . dia)

=

10800200

=54 đia

Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170 (mm), diện tích bề mặt F = 0,02(m2), cường độ khí

200 l/phút.đĩa = 3,3(l/s).

Từ ống chính ta phân ra 6 ống nhánh, trên mỗi nhánh sẽ có 54/6 = 9 đĩa phân phối.

Ta có chiều rộng thiết kế bể là: B = 5,5m

Khoảng cách giữa 2 đĩa phân phối khí ngoài cùng đến thành bể là: 0,5 m

Khoảng cách giữa 2 đĩa phân phối khí với nhau:

5,5−19−1

=0 , 56 m

Theo chiều dài bể L = 6,5 m ta bố trí như sau:

Khoảng cách giữa 2 ống nhánh ngoài cùng đến thành bể là: 0,5 m

Khoảng cách giữa 2 ống nhánh với nhau:

6,5−16−1

=1,1m

e. Kiểm tra tải trọng thể tích LBOD và tỉ số F/M

Tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M:

FM

=S0

θ×X=293 , 4

8 , 9824×3000

=0 , 26 ngày−1

Tỷ số này nằm trong giới hạn cho phép: 0,2 – 0,6 ngày-1

Tốc độ oxy hóa của 1g bùn hoạt tính:

ρ=S0−Sθ×X

=293 , 4−7 ,088 ,98

24×3000=0 ,255 mgBOD 5/mgbùn .ngày

Tải trọng thể tích:

LBOD=S0×Q×10−3

V=293 , 4×400×10−3

143 ,16=0 ,82 kg BOD /m3 .ng . đ

Giá trị này nằm trong khoảng thông số cho phép thiết kế bể (0,8 -1,92 kgBOD5/m3.ngày)

f. Áp lực máy thổi khí

Áp lực cần thiết của máy thổi khí : Hm= h1 + hd + H

Trong đó:

h1: tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển h1 = 0,4m

hd: tổn thất qua đĩa phun hd = 0,5m

H: chiều cao hữu ích của bể aerotank, H = 4m

Hm = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 m

Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe:

pm=H m

10,12= 4,9

10,12=0,48 atm

Công suất máy thổi khí:

Trong đó:

G: trọng lượng của dòng khí , kg/s. tỉ trọng của không khí 0,0118 KN/m3

G=Q kk×ρ k=0 , 18×0 ,0118 KN /m3

9 ,81×1000=0 , 22 kg /s

Pmáy: Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW

R: hằng số khí, R = 8,314 KJ/K.moloK

T1: nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào

T1 = 273 + 27 = 300 oK

P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1atm

P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra

P2 = Pm +1 = 0,48 + 1 = 1,48 atm

( K = 1,395 đối với không khí)

29,7 : hệ số chuyển đổi

e: Hiệu suất của máy, chọn e = 0,7

Vậy :

Pm=0 , 22×8 , 314×30029 , 7×0 , 283×0,7

×[(0 , 48+11 )

0 , 283−1]=10 , 9 kWƯ

g. Tính toán đường ống dẫn khí

Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 5 ống nhánh.

Vận tốc khí trong ống dẫn (10 – 25 m/s), chọn Vkhí =15m/s

Lưu lượng khí cần cung cấp, Qk= 0,18m3/s

Đường kính ống phân phối chính: dc=√ 4×Qkk

3 , 14×v k=√ 4×0 ,18

3 ,14×15=0 , 124m=124 mm

Chọn ống ống nhựa PVC có: dc = 125mm

Từ ống chính ta phân thành 6 ống nhánh cung cấp khí cho bể, lưu lượng khí qua mỗi ống

nhánh ( khoảng cách từ 1 - 1,5):

Qk' =

Qk

6=0 , 18

6=0 , 03m3/ s

Vận tốc khí qua mỗi ống nhánh vk = (6 – 9 m/s), chọn v’khí= 8 m/s

Đường kính ống nhánh : dn=√ 4×Q

'kk

3 ,14×vk=√ 4×0 , 03

3 ,14×8=0 , 069 m=69mm

Chọn loại ống nhựa PVC có: dn = 70 mm.

Kiểm tra lại vận tốc:

– Vận tốc khí trong ống chính:

v khí =4×Qk

π×dc2 = 4×0 ,18

3 ,14×0 ,1242≈15 m / s

Vậy v khí nằm trong khoảng cho phép (10-15 m/s).

– Vận tốc khí trong ống nhánh:

vk' = 4×Q

'k

π×dn2 = 4×0 ,03

3 , 14×0 ,0692=8 , 03m /s

Vậy v’khí nằm trong khoảng cho phép (6 – 9 m/s).

h. Tính toán đường ống dẫn nước thải vào bể

Vận tốc nước thải trong ống (0,7 – 1,5 m/s): chọn v= 0,7 m/s

Lưu lượng nước thải: Q = 400 m3/ngày = 16,67 m3/h= 0,0046 m3/s

Chọn loại ống dẫn nước thải loại PVC , đường kính ống:

D1=√ 4×Q3 , 14×v

=√ 4×0 ,00463 ,14×0,7

=0 , 091m=91 mm

Chọn ống nhựa PVC có Ө 95 mm.

– Tính lại vận tốc nước chảy trong ống:

v= 4×Qπ×d2

= 4×0 ,00463 , 14×0 ,0912

=0,7 m /s

Vận tốc nằm trong khoảng cho phép ( 0,7 – 1,5 m/s)

Chọn máy bơm vào bể aerotank:

– Lưu lượng bơm: Q = 400m3/ngày = 0,0046 m3/s

– Cột áp bơm: H = 8m

Công suất bơm : N=Q×ρ×g×H

1000×η=0 ,0046×1000×9 , 81×8

1000×0,8== 0 ,45 kW

Chọn bơm có công suất: 0,5 kW

η: hiệu suất chung của bơm từ 0,72-0,93 . chọn η = 0,8

i. Ống dẫn nước thải ra, bùn dư:

Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7m/s

Lưu lượng nước thải:

Q + Qr = 400 + 240 = 640 (m3/ngày)

Ttrong đó: Q: lưu lượng trung bình (400m3/ngày)

Qr : Lưu lượng bùn tuần hoàn ( 240 m3/ngày)

Đường kính ống là:

D2 = =√ 4 ×64024 ×3600 ×0,7× π =0,12 (m) = 120 (mm)

Chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ

=120mm

j. Tính đường ống dẫn bùn tuần hoàn

– Lưu lượng bùn tuần hoàn : Qr = 240 m3/ngày = 0,0028m3/s

– Vận tốc bùn trong ống ( 1 – 2 m/s): chọn v =2 m/s.

– Vậy: D3=√ 4×Qr

3 , 14×v =√ 4×0 ,00283 , 14×2 =0 ,042m=42mm

– Chọn ống PVC đường kính = 45mm

Kiểm tra lại vận tốc bùn trong ống:

v=4×Qr

π×d2 = 4×0 , 00563 , 14×0 , 0422=2m /s

Vận tốc nằm trong khoảng cho phép ( 1 – 2 m/s)

Bơm bùn tuần hoàn :

– Lưu lượng bơm: Q’r =240 m3/ngày = 0,0028m3/s

– Cột áp bơm: H= 8m

Công suất bơm: N=

Qr' ×ρ×g×H

1000×η=0 , 0028×1000×9 , 81×8

1000×0,8== 0 , 257 kW

η: hiệu suất chung của bơm từ 0,72-0,93 . chọn η = 0,8

Chọn bơm có công suất 0,3 kW

k. Các thông số thiết kế bể aerotank

Bảng 4.5: Các thông số thiết kế bể aerotank

3.3.6. Bể lăng II:

Nhiệm vụ:

STT Tên thông số Số liệu thiết kế

Đơn vị

1 Chiều dài L 6,5 m

2 Chiều rộng B 5,5 m

3 Chiều cao H 4,5 m

4 Thời gian lưu nước 8,58 Giờ

5 Tuổi bùn 10 Ngày

6 Đường kính ống dẫn khí chính 125 mm

7 Đường kính ống dẫn khí nhánh 70 mm

8 Công suất máy thổi khí 10,9 Kw

9 Số lượng đĩa 54 Đĩa

10 Đường kính dẫn nước thải vào, D1 95 Mm

11 Đường kính dẫn nước thải ra và bùn dư, D2 120 Mm

12 Đường kính dẫn bùn tuần hoàn, D3 45 mm

Nước thải sau khi qua bể Aerotank sẽ được đưa đến bể lắng II, bể này có nhiệm vụ lắng các bông bùn hoạt tính từ bể Aerotank đưa sang. Một phần bùn lắng sẽ được tuần hoàn trở lại bể Aerotank, phần bùn dư được thải ra ngoài.

Tính toán

Bảng 3.10: Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lăng đợt II ( Xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp – Lâm Minh Triết)

Thông số Giá trị

Tải trong bề mặt, m3/m2.ngàyTrung bình 16 - 32

Lớn nhất 40 - 48

Tải trọng chất rắn, kg/m2.hTrung bình 3,9 - 5,8

Lớn nhất 9,7

Chiều cao công tác, m 3,7 - 6

Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho bùn hoạt tính này là 20m3/m2.ngày và tải trọng chất rắn là 5,5 kg/m2.h

Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt:

AL =QLA

=40020 =20 (m2)

Trong đó:

Q : lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày

LA: tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày

Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn:

AS = (Q+Qr ) MLSS

Ls=

(400+240)×375024× 5,5 ×1000

=18(m2)

Trong đó:

Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/ngày

LS: tải trọng chất rắn, kgSS/m2.ngày

Do AL > AS, vậy diện tích bề mặt lắng tính theo tải trọng bề mặt là diện tích tính toán.

Đường kính bể lắng:

D =√ 4π

× A L=√ 4π

×20=5m

Đường kính ống trung tâm:

d = 20%D = 20%.5 = 1 m

Chọn chiều cao hữu ích của bể lắng là hL= 3m, chiều cao lớp bùn lắng hb= 1,5m và chiều cao bảo vệ hbv= 0,3m. Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng II:

Htc = hL + hb + hbv = 3 + 1,5 + 0,3 = 4,8 (m)

Chiều cao ống trung tâm:

h = 60%hL = 60%.3 = 1,8 (m)

Thời gian lưu nước của bể lắng:

Thể tích phần lắng:

V L=π4

× ( D2−d2 ) × H L=π4

× ( 52−12 ) ×3=56,5m3

Thời gian lưu nước:

t=V L

Q+Qr=56,5 ×24

400+240=2(h)

Thể tích bể chứa bùn:

Vb = AL.hb = 20.1,5 = 30 (m3)

Thời gian lưu giữ bùn trong bể:

tb =V b

QW+Qr= 30 ×24

5,3+240=2 , 9(h)

Tải trọng bề mặt:

Ls=Q+Qr

π × D= 400+240

π ×5=40,7(m3/m2.ngày)

Giá trị này nằm trong khoảng cho phép LS < 400 m3/m.ngày

Máng thu nước:

Máng thu nước đặt ở vòng tròn, có đường kính bằng 0,8m

Đường kính bể:

Dm = 0,8 x D = 0,8 x 5 = 4 (m)

Chiều dài máng thu nước:

Lm =π × Dm = x 4 = 12,57 (m)

Chọn máng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ có dạng chữ V, góc 900C. Chọn chiều cao chữ V là 0,5 m; khoảng cách giữa 2 chữ V là 1,2 m; chiều cao tổng cộng của máng răng cưa Htc=1,8m; mỗi mét dài có 5 khe chữ V.

Tính ống dẫn nước thải và ống dẫn bùn:

Ống dẫn nước thải vào:

Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống: v = 0,7m/s

Lưu lượng nước thải vào bể:

Qv = Q+ Qr = 400 + 240 = 640 (m3/ngày)

Đường kính ống dẫn là:

D =√ 4 × QV

24 ×3600 × v× π=¿ √ 4×640

24 ×3600 ×0,7 × π=¿ 0,12(m) = 120 (mm)

Chọn ống nhựa PVC đường kính ống Φ

= 120mm

Ống dẫn nước thải ra:

Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7m/s

Lưu lượng nước thải : Q = 400m3/ngđ

Đường kính ống là:

D =√ 4 ×Q24 ×3600 × v × π

=√ 4 × 40024 ×3600 ×0,7× π

=¿ 0,1(m) = 100 (mm)

Chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ

= 100mm

Ống dẫn bùn:

Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 1m/s

Lưu lượng bùn: Qb = Qr + Qw = 240 + 5,3 = 245,3 (m3/ngày)

Đường kính ống dẫn là:

D =√ 4 × Qb

24 ×3600 × v× π=√ 4×245,3

24 ×3600 ×1 × π=¿0,06m = 60mm

Chọn ống nhựa PVC đường kính ống Φ

= 60 mm.

Bảng 3.11: Thông số bể lăng đợt II

STT Thông số Giá trị Đơn vị

1 Đường kính bể lắng, D(m) 5,8 m

2 Chiều cao bể lắng, H(m) 4,8 m

3 Đường kính ống trung tâm, d(m) 1 m

4 Chiều cao ống trung tâm, h(m) 1,8 m

5 Thời gian lưu nước, t(h) 2 h

6 Thời gian lưu bùn, tb(h) 2,9 h

7 Đường kính ống dẫn nước thải vào (mm) 120 mm

8 Đường kính ống dẫn nước thải ra (mm) 100 mm

9 Đường kính ống dẫn bùn (mm) 60 mm