TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ THỔI KHÍ

Thuyết Minh Đồ Án Xử Lý Nước Thải SVTH: Phạm Thị Tuyết Nhung
4.6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ THỔI KHÍ
4.6.1 Nhiệm Vụ
Bể thổi khí hoạt động theo phương pháp xử lý sinh học hiếu khí, các vi sinh vật sử dụng oxy
hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước. Các chất hữu cơ trong nước thải được vi
sinh vật phân hủy thành các chất vô cơ như 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 công đoạn sau:
1. Khuấy trộn đều nước thải cần xử lý với bùn hoạt tính.
2. Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có trong
bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra trong bể.
3. Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt 2.
4. Tuần hoàn lại một lượng bùn cần thiết từ đáy bể lắng đợt 2 vào bể thổi khí để hòa trộn với
nước thải đầu vào.
5. Xả bùn dư và xử lý bùn.
Bảng 4.10 Các thông số đặc tính nước thải (giả định)
Thông số tính toán Giá trị (g/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 quá trình nitrate hóa, hệ số β = 0,95 cho cả hai điều
kiện và hệ số làm tắt hệ thống khuếch tán khí là 0,9.
7. Sử dụng các thông số động học trong các bảng 8 – 10, 8 – 11 (Metcalf & Eddy, 2004)
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 toàn 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