Đang tải... (xem toàn văn)
Bể thổi khí hoạt động theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí, các vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước.
Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung 4.6 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỂ THỔI KHÍ 4.6.1 Nhiệm Vụ Bể thổi khí hoạt động theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí, các vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước. Các chất hữu cơ trong nước thải được vi sinh vật phân hủy thành các chất vơ cơ như CO 2 , H 2 O,…và tạo thành các sinh khối mới, góp phần làm giảm BOD, COD của nước thải. Quy trình xử lý nước thải bằng bể thổi khí gồm các cơng đoạn sau: 1. Khuấy trộn đều nước thải cần xử lý với bùn hoạt tính. 2. Làm thống bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho q trình sinh hóa xảy ra trong bể. 3. Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt 2. 4. Tuần hồn lại một lượng bùn cần thiết từ đáy bể lắng đợt 2 vào bể thổi khí để hòa trộn với nước thải đầu vào. 5. Xả bùn dư và xử lý bùn. Bảng 4.10 Các thơng số đặc tính nước thải (giả định) Thơng số tính tốn Giá trị (g/m 3 ) BOD 200 sBOD 80 COD 460 sCOD 160 rbCOD 70 TSS 90 VSS 80 TKN 40 N – NH 4 25 P tc 3 Độ kiềm 180 bCOD/BOD 1,6 t o C 30 4.6.2 Điều Kiện Thiết Kế Và Giả Thiết 1. Sử dụng hệ thống khuếch tán khí có hiệu quả truyền oxy trong nước sạch bằng 35%. 2. Độ sâu của lớp nước trong bể thổi khí là 6 m. 3. Khí được giải phóng ra ở vị trí cách đáy bể 0,5 m. 4. Nồng độ DO trong bể thổi khí là 2 g/m 3 . 5. Cao độ của vị trí xây dựng hệ thống là 500 m. 6. Hệ số α trong bể thổi khí là 0,65 khi có q trình nitrate hóa, hệ số β = 0,95 cho cả hai điều kiện và hệ số làm tắt hệ thống khuếch tán khí là 0,9. 7. Sử dụng các thơng số động học trong các bảng 8 – 10, 8 – 11 (Metcalf & Eddy, 2004) µ mn = 0,75 g VSS/g VSS.ngđ; K n = 0,74 g N – NH 4 /m 3 ; k dn = 0,08 g VSS/g VSS.ngđ; k d = 0,12 g VSS/g VSS.ngđ; µ m = 6 g VSS/g VSS.ngđ; K o = 0,5 g/m 3 . 8. Thiết kế MLSS = 3000 g/m 3 , có thể chọn giá trị trong khoảng 2000 g/m 3 – 3000 g/m 3 . 9. NO x = 80% TKN = 80% × 40 = 32 (g/m 3 ) 10. Hệ số an tồn đối với TKN cực đại/TKN trung bình FS = 1,5. GVHD: TS. Nguyễn Trung Việt 4-1 Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung 4.6.3 Các Thông Số Sử Dụng Trong Thiết Kế Tính bCOD bCOD = S o = 1,6 × BOD = 1,6 × 200 = 320 (g/m 3 ) Tính nbCOD nbCOD = COD – bCOD = 460 – 320 = 140 (g/m 3 ) Tính sCOD e sCOD e = sCOD – 1,6 sBOD = 160 – 1,6 × 80 = 32 (g/m 3 ) Tính nbVSS nbVSS = (1 – bpCOD/pCOD)VSS 64,0 160460 )80200(6,1)(6,1 = − − = − − = sCODCOD sBODBOD pCOD bpCOD nbVSS = (1 – 0,64) 80 gVSS/m 3 = 28,8 (g/m 3 ) Tính iTSS iTSS = TSS – VSS = 90 – 80 = 10 (g/m 3 ) Tính µ n ở nhiệt độ 30 o C 48,107,175,0 2030 30, 0 =×= − Cn µ (g/g.ngđ) Tính K n ở nhiệt độ 30 o C 24,1053,174,0 2030 30, =×= − Cn o K (g/m 3 ) Tính k dn ở nhiệt độ 30 o C 16,007,108,0 2030 30, =×= − Cdn o k (g/g.ngđ) Tính k d ở nhiệt độ 30 o C 18,004,112,0 2030 30, =×= − Cd o k (g/g.ngđ) Tính µ m ở nhiệt độ 30 o C 8,1107,16 2030 =×= − m µ (g/g.ngđ) Tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn nitrate hóa (nồng độ N – NH 4e = 0,5 g/m 3 ) 18,016,0 25,0 2 5,024,1 5,048,1 . =− + + × =− + + = dn on mn n k DOK DO NK N µ µ (g/g.ngđ) 4.6.4 Xác Định Lượng Bùn Phát Sinh SRTk NOQY SRTk SRTSSQYkf SRTk SSQY P dn xn d odd d o bioX ×+ × + ×+ −×× + ×+ − = 11 )( 1 )( , (1) Thời gian lưu bùn (SRT) theo lý thuyết và theo thiết kế Thời gian lưu bùn theo lý thuyết GVHD: TS. Nguyễn Trung Việt 4-2 Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung 56,5 18,0 11 === n SRT µ (ngđ) Thời gian lưu bùn theo thiết kế F/S = TKN cực đại/TKN trung bình = 1,5 SRT thiết kế = F/S × SRT lý thuyết = 1,5 × 5,56 = 8,34 (ngđ) Quy phạm 8 – 20 ngày (Lai, 2000) Nồng độ cơ chất trong bể ( ) 52,0 1)18,08,11(34,8 )34,818,01(20 1)( 1 = −− ×+ = −− ×+ = dm ds kSRT SRTkK S µ (g bBOD/m 3 ) Lượng bùn sinh ra hàng ngày Thay các thông số trên vào (1), ta được 7,443,312387.1 10)34,816,01( 3212,0149.27 10)34,818,01( 34,8)52,0320(149.274,018,015,0 10)34,818,01( )52,0320(4,0149.27 3 3 3 , ++= ××+ ×× + ××+ ×−××× + ××+ −× = bioX P = 1.744 (kg VSS/ngđ) 4.6.5 Xác Định Lượng Nitơ Bị Oxy Hóa Thành Nitrate 149.27/10174412,05,040 /12,0 3 , ××−−= −−= QPNTKNNO bioXex = 31,8 (g/m 3 ) 4.6.6 Xác Định Nồng Độ Và Khối Lượng VSS, TSS Trong Bể Thổi Khí Khối lượng bùn trong bể = P X (SRT) Tính toán nồng độ VSS và TSS trong bể thổi khí 9,7811744108,28149.271744 1744 3 , +=××+= ×+= − nbVSSQP VSSX = 2.525,9 (kg/ngđ) 2,105.31010149.279,781)85,0/1744( )3 , =××++= − TSSX P (kg/ngđ) Tính toán khối lượng VSS và TSS trong bể thổi khí M VSS = P X,VSS × SRT = 2525,9 × 8,34 = 21.066 (kg) GVHD: TS. Nguyễn Trung Việt 4-3 Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung M TSS = P X,TSS × SRT = 3.105,2 × 8,34 = 25.897 (kg) 4.6.7 Xác Định Thể Tích Và Thời Gian Lưu Nước Của Bể Thổi Khí Thể tích bể thổi khí 8632 3000 10897.25 3 = × === MLTSS X SV TSS (m 3 ) Chọn xây dựng 3 bể với thể tích mỗi bể là 2877 m 3 . Diện tích mỗi bể: 5,497 6 2877 === H V F (m 2 ) Chọn H = 6 m, chiều cao xây dựng là 6,5 m, trong đó chiều cao an toàn là 0,5 m. Chiều rộng của mỗi bể: B = 22,1 m; chiều dài mỗi bể: L = 22,5 m. Thời gian lưu lước 63,7 149.27 248632 = × == Q V HRT (h) (Quy phạm HRT = 6 – 15h; Lai, 2000) Xác định MLVSS 2430300081,081,0 897.25 066.21 =×=→=== MLVSS M M VSS TSS VSS (g/m 3 ) 4.6.8 Xác Định F/M Và Tải Trọng BOD Tỷ lệ F/M 3,0 86322430 200149.27 = × × = × × = VX SQ M F o (g/g.ngđ) Tải trọng BOD 6,0 108632 200149.27 3 = × × = × = V SQ L o org (kg/m 3 .ngđ) Cả 2 thông số F/M và tải trọng L org đều chấp nhận được, thuộc quy phạm bảng 8 – 16 (Metcalf & Eddy) 4.6.9 Xác Định Hệ Số Y obs Dựa Vào TSS Và VSS P X,TSS = 3105,2 kg/ngđ bCOD XL = Q × (S o – S) = 27.149 × (320 – 0,52) = 8673,6 (kg/ngđ) Hệ số Y obs tính theo TSS GVHD: TS. Nguyễn Trung Việt 4-4 Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung 58,0 6,136,036,0 6,8673 2,3105 = === gBOD gbCOD gbBOD gTSS kgbBOD kgTSS Y obs (g TSS/g BOD) Hệ số Y obs tính theo VSS VSS/TSS = 0,81 47,0 6,181,036,0 = = gBOD gbCOD gTSS gVSS gbBOD gTSS Y obs (g VSS/g BOD) 4.6.10 Tính Nhu Cầu Oxy Tiêu Thụ 33 , 108,31149.2733,4174442,110)52,0320(149.27 33,442,1)( −− ×××+×−−= =××+−−= xbioXoo NOQPSSQR = 9.935,3 (kg/ngđ) = 414 (kg/h) 4.6.11 Tính Lưu Lượng Khí Cần Theo Q Ta có theo công thức trong phụ lục B (Metcalf & Eddy, 2004) 06,1 )3015,273(8314 )0500(97,2881,9 exp )( exp = +× −×× −= − −= RT zzgM P P ab a b Tra bảng D – 1, phụ lục D (Metcalf & Eddy, 2003) ta được C 30 = 7,54 mg/l, C 20 = 9,08 mg/l → Nồng độ oxy ở 500 m và 30 o C là C s,T,H = 7,54 × 1,06 = 7,99 (mg/l) Xác định áp suất khí quyển ở 500 m và 30 o C (phụ lục B, C; Metcalf & Eddy, 2004) ( ) ( ) 11 764,9 325,10106,1 / / 3 2 , , = × = − = mkN mkNPPP P Hatmab Hatm γ (m) Xác định nồng độ oxy, giả sử phần trăm oxy thoát ra khỏi bể thổi khí là 19%. ( ) 6,9 21 19 11 )5,06(11 2 99,7 212 1 , .,, ,, ,, = + −+ ×= + + = t Hatm deptheffwHatm HTs HTs O P PP CC (mg/l) Xác định SORT với các thông số α = 0,65; β = 0,95; F = 0,9 ( ) ( ) 712 26,995,09,065,0 024,108,9414 024,1 )( 3020 20 ,, 20, = −×× ×× = − = − − T L HTs s CCF C AORTSORT βα (kg/h) Xác định lưu lượng khí )/.)(/60( )/( )/( 3 2 3 kkmOkghphútE hkgSORT phútmQ kk × = Khối lượng riêng của không khí ở 30 o C và áp suất 1,01325 × 10 5 N/m 2 là (phụ lục B, Metcalf & Eddy, 2004) GVHD: TS. Nguyễn Trung Việt 4-5 Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung 1647,1 )3015,273(8314 97,2801325,1 = +× × == RT PM a ρ (kg/m 3 ) Oxy chiếm 23,18 % về khối lượng không khí nên lượng oxy tương ứng là = 1,1647 × 0,2318 = 0,27 kg/m 3 không khí. Lưu lượng khí cần thiết 6,125 27,06035,0 712 min)/( 3 = ×× = mQ kk (m 3 /phút) Chọn 3 máy bơm khí. Lưu lượng mỗi máy bơm 8,41 3 6,125 1 == b Q (m 3 /phút) Chọn vận tốc của ống dẫn khí chính v = 10 m/s (Quy phạm 10 – 15 m/s (Lai, 2000) Diện tích tiết diện của ống thổi khí chính 07,0 6010 8,41 = × == v Q F (m 2 ) Chọn ống thổi khí nhựa chịu được sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất. Đường kính ống dẫn khí chính 3,0 07,044 = × = × = ππ F D (m) Theo chiều dài bể chia thành 4 dãy ống chính. Các ống nhánh thổi khí đặt cách nhau 0,5 m. Chọn đường kính ống nhánh 100 mm. Tổng số ống nhánh trong một dãy: 371 1,05,0 1,05,22 =− + + = n (ống) Lượng khí đi qua một ống nhánh 28,0 374 8,41 = × = kn q (m 3 /phút) Trên các ống nhánh đặt các đĩa thổi khí có đường kính 0,3 m, khoảng cách giữa các tâm đĩa là 0,5 m, chọn kích thước lỗ 0,1 mm (thường ≤ 0,1 mm) (Lai, 2005). Các ống nhánh đặt cách tường 1 cm. Chiều dài mỗi ống nhánh 48,5501,04/1,22 =×−= n l (m) Số đĩa trên một ống nhánh GVHD: TS. Nguyễn Trung Việt 4-6 Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung 11 5,0 48,5 == n (đĩa) Lưu lượng khí qua một đĩa 025,0 11 28,0 == kd q (m 3 /phút) 4.6.12 Xác Định Tỷ Số Tuần Hoàn XQQXQ rrr ×+=× )( Trong đó Q = 27.149 m 3 /ngđ Q r : lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn X: nồng độ VSS ở bể thổi khí X = 3000 g/m 3 X r : nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, X r = 8000 g/m 3 (X r trong khoảng 4000 – 12.000 mg/l) R = Q r /Q tỷ số tuần hoàn bùn. RX r = (1 + R)X → 6,0 30008000 3000 = − = − = XX X R r (thỏa) (Quy phạm R = 0,5 – 1,5) (Lai, 2000) 4.6.13 Kiểm Tra Độ Kiềm Cân bằng độ kiềm Độ kiềm để duy trì PH ∼ 7 = Độ kiềm đầu vào – Độ kiềm đã sử dụng + Độ kiềm thêm vào Độ kiềm đầu vào 180 g CaCO 3 /m 3 Lượng nitơ chuyển hóa thành nitrate: NO x = 31,8 g/m 3 Lượng kiềm đã sử dụng cho quá trình nitrate hóa = 7,14 × 31,8 = 227,1 g CaCO 3 /m 3 Nồng độ kiềm còn lại cần để duy trì pH trong khoảng 6,8 – 7 = 70 – 80 g CaCO 3 /m 3 , chọn giá trị 80 g CaCO 3 /m 3 . 80 g CaCO 3 /m 3 = Độ kiềm đầu vào – Độ kiềm đã sử dụng + Độ kiềm thêm vào 80 g CaCO 3 /m 3 = 180 – 227,1 + Độ kiềm thêm vào → Độ kiềm cần thiết = 127,1 g CaCO 3 /m 3 → = 27.149 × 127,1/10 3 = 3451 kg CaCO 3 /ngđ Xác định độ kiềm cần thiết tính bằng NaHCO 3 Khối lượng đương lượng của CaCO 3 = 50 g/eq Khối lượng đương lượng của NaHCO 3 = 84 g/eq NaHCO 3 cần thiết = 798.5 50 843451 = × kg NaHCO 3 /ngđ 4.6.14 Ước Tính BOD Sau Xử Lý GVHD: TS. Nguyễn Trung Việt 4-7 Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung += gTSS gVSS gVSS gBOD sBODBOD e 85,0 42,1 × (TSS, g/m 3 ) Giả sử sBOD e = 3 mg/l TSS = 10 mg/l BOD = 3 + 0,7 × 0,85 × 10 = 8,95 (g/m 3 ) Bảng 4.11 Các thông số thiết kế bể thổi khí STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng nước thải trung bình m 3 /ngđ 27.149 2 Số lượng bể thổi khí đơn nguyên 3 3 bCOD g/m 3 320 4 nbCOD g/m 3 140 5 nbVSS g/m 3 28,8 6 Nồng độ cơ chất trong bể g/m 3 0,52 7 SRT ngày 8,34 8 Khối lượng bùn phát sinh kg VSS/ngđ 1744 9 Tải trọng BOD kg/m 3 .ngđ 0,6 10 F/M g/g.ngđ 0,3 11 HRT giờ 7,63 12 P X,VSS kg/ngđ 2525,9 13 P X,TSS kg/ngđ 3105,2 14 MLSS g/m 3 3000 15 MLVSS g/m 3 2430 16 Hệ số Y obs theo VSS gVSS/gCOD 0,58 17 Hệ số Y obs theo TSS gTSS/gCOD 0,47 18 Thể tích bể m 3 8632 19 Chiều cao m 6,5 20 Chiều dài m 22,5 21 Chiều rộng m 22,1 22 Oxy tiêu thụ kg/h 414 23 Lưu lượng không khí m 3 /phút 125,6 24 Đường kính ống thổi khí chính m 0,3 25 Đường kính ống thổi khí nhánh m 0,1 26 Đường kính đĩa thổi khí m 0,3 27 Số ống nhánh ống 37 28 Số đĩa thổi khí đĩa/ống nhánh 11 29 Hệ số tuần hoàn bùn 0,6 30 Nhu cầu bổ sung độ kiềm kg CaCO 3 /ngđ 3451 GVHD: TS. Nguyễn Trung Việt 4-8 . Phạm Thị Tuyết Nhung 4.6 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỂ THỔI KHÍ 4.6.1 Nhiệm Vụ Bể thổi khí hoạt động theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí, các vi sinh vật sử. Và Khối Lượng VSS, TSS Trong Bể Thổi Khí Khối lượng bùn trong bể = P X (SRT) Tính toán nồng độ VSS và TSS trong bể thổi khí 9,7811744108,28149.271744