TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ BÙN

4.9 TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ BÙN
×
4.9.1 Tính Toán Bể Nén Bùn
Bùn hoạt tính từ bể lắng 2 có độ ẩm cao: 99,4% - 99,7%. Một phần lượng bùn dư này được dẫn
trở lại bể thổi khí, phần bùn còn lại sẽ được dẫn vào bể nén bùn. Nhiệm vũ của bể nén bùn là
làm giảm độ ẩm của lượng bùn dư bằng cách nén cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (94% - 96%)
phục vụ cho quá trình phân hủy kỵ khí ở bể Metan.
Ở đây ta chọn nén nén bùn bằng phương pháp trọng lực mà cụ thể là ta sử dụng bể lắng ly tâm
cho việc tính toán.
Hàm lượng bùn hoạt tính dư
( )
10710)903,1(
21
=−×=−×=
CCB
d
α
(g/m
3
)
Trong đó:
α: hệ số tính toán lấy bằng 1,3 (khi bể thổi khí xử lý ở mức độ hoàn toàn) (Triết và cộng sự,
2006)
C
1
: hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt 1, C
1
= 90 g/m
3
C
2

: hàm lượng bùn hoạt tính trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt 2, C
2
= 10 g/m
3
Lượng tăng bùn hoạt tính dư lớn nhất
05,12310715,1
max,
=×=×=
dd
BKB
(g/m
3
)
K: hệ số tăng trưởng bùn không điều hòa tháng, K = 1,15 – 1,2
Lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất theo giờ
( )
( )
92,13
300024
149.2705,1236,01
24
1
max,
max
=
×
××−
=
×
××−

=
X
QBR
q
d
(m
3
/h)
Trong đó:
R: phần trăm lượng bùn hoạt tính tuần hoàn về bể thổi khí, R = 0,6 (Xem mục 4.6.12)
X: nồng độ bùn hoạt tính dư phụ thuộc vào đặc tính bùn, X = 4000 mg/l
Với độ ẩm của bùn hoạt tính từ bể lắng đợt 2 là 99,4% và với bể nén bùn ly tâm được chọn, độ
ẩm của bùn hoạt tính sau khi nén đạt 97,3% (Bảng 3 – 12, Triết và cộng sự, 2006)
Diện tích của bể nén bùn ly tâm
4,46
3,0
6,18
max
===
o
q
q
F
(m
2
)
Trong đó: q
o
: tải trọng tính toán lên diện tích mặt thoáng của bể nén bùn, q
o

= 0,3 m
3
/m
2
.h ứng
với nồng độ của bùn hoạt tính 4.000 mg/l
Đường kính của bể nén bùn ly tâm
4,5
2
4,4644
=
×
×
=
×
=
ππ
n
F
D
(m)
n: số bể nén được chọn (Quy phạm n
≥
2)
Chiều cao công tác của vùng nén bùn
5105,0
=×=×=
tqH
o
(m)

t: thời gian nén bùn, t = 10 h (Bảng 3 – 12, Triết và cộng sự, 2006)
Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn ly tâm
7,613,04,05
321
=+++=+++=
hhhHH
tc
(m)
Trong đó:
h
1
: khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h
1
= 0,4 m
h
2
: chiều cao lớp bùn và lắp đặt thiết bị gạt bùn ở đáy, h
2
= 0,3 m
h
3
: chiều cao tính từ đáy bể đến mức bùn, h
3
= 1 m
Tốc độ quay của thanh gạt là 2 h
-1
, (Quy phạm 0,75 – 4 h
-1
) (Triết và cộng sự, 2006)
Độ nghiêng ở đáy bể nén bùn tính từ thành bể đến hố thu bùn i = 0,01.

Bùn đã nén được xả định kỳ dưới áp lực thủy tĩnh 0,8 m (Quy phạm 0,5 m – 1 m) (Triết và
cộng sự, 2006).
Bể nén bùn được thiết kế và đặt ở vị trí tương đối cao để cho nước sau khi tách bùn có thể dẫn
tự chảy trở lại bể thổi khí để tiếp tục xử lý một lần nữa.
4.9.2 Tính Toán Bể Metan
Bể Metan được thiết kế để xử lý sinh học kỵ khí cặn từ bể lắng đợt 1, bùn hoạt tính dư từ bể
lắng đợt 2 sau khi nén.
a) Xác định lượng cặn dẫn đến bể Metan
Lượng cặn tươi từ bể lắng đợt 1
Lượng cặn tươi từ bể lắng đợt 1
( ) ( )
6,55
1000100095100
1,150149.2725,186
10001000100
=
××−
×××
=
××−
×××
=
P
kEQS
W
c
(m
3
/ngđ)
Trong đó:

S: hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải vào bể lắng đợt 1, S = 186,25 mg/l
E: hiệu suất của bể lắng, E = 50%
k: hệ số tính đến khả năng tăng lượng cặn do có hạt lơ lửng lớn, k = 1,1
P: độ ẩm của cặn tươi, P = 95%
Lượng bùn hoạt tính dư
Lượng bùn hoạt tính dư sau khi nén ở bể nén bùn ly tâm
( )
[ ]
( )
( )
[ ]
( )
24,44
100010003,97100
149.27101002,15010090
10001000100
100100
21
=
××−
××−×−
=
××−
×−−
=
P
QCEC
W
b
α

(m
3
/ngđ)
Trong đó:
C
1
: hàm lượng chất lơ lửng vào bể thổi khí, C
1
= 90 mg/l
C
2
: nồng độ bùn hoạt tính trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt 2, C
2
= 10 mg/l
P: độ ẩm của bùn sau khi nén, P = 97,3%
α: hệ số tính đến khả năng tăng trưởng không điều hòa của bùn hoạt tính trong quá trình xử lý
sinh học, α = 1,2
Lượng cặn tổng cộng dẫn đến bể Metan
84,9924,446,55
=+=+=
bc
WWW
(m
3
/ngđ)
Độ ẩm trung bình của hỗn hợp cặn







−
−×=
W
BC
P
kk
h
1100
Ta có: C
k
: lượng chất khô trong cặn tươi với độ ẩm P = 95%
( )
( )
78,2
100
951006,55
100
100
=
−
=
−
=
PW
C
c
k
(m

3
/ngđ)
B
k
: lượng chất khô trong bùn hoạt tính dư với độ ẩm P = 97,3%
( )
( )
2,1
100
3,9710024,44
100
100
=
−
=
−
=
PW
B
b
k
(m
3
/ngđ)
→
%96
84,99
2,178,2
1100
=







+
−×=
h
P
b) Tính toán bể Metan
Độ ẩm của hỗn hợp P
h
= 96%, chọn chế độ lên men ấm với t = 30 – 35
o
C. Chọn t = 35
o
C.
Dung tích bể Metan
4,888
10
10084,88100
=
×
=
×
=
d
W
W

n
(m
3
)
d: liều lượng cặn ngày đêm dẫn vào bể Metan (%), phụ thuộc vào chế độ lên men và độ ẩm của
cặn, d = 10% (Bảng 3 – 14, Triết và cộng sự, 2006)
Chọn 2 bể Metan theo kích thước thiết kế mẫu với dung tích bể 1 là 1000 m
3
và dung tích bể 2
là 200 m
3
. Các thông số thiết kế bể được liệt kê trong Bảng 4.15.
Bảng 4.15 Kích thước thiết kế mẫu của bể Metan
Dung tích bể
(m
3
)
Đường kính
D (m)
Chiều cao thiết kế
h
1
H h
2
500 10 1,4
5
5 1,7
1000 12,5 1,9 6,5 2,15
Nguồn: Triết và cộng sự, 2006.
C) Tính Toán Lượng Khí Đốt

Lượng chất không tro trong cặn tươi
98,1
100
25100
100
5100
78,2
100
100
100
100
=
−
×
−
=
−
×
−
=
cc
ko
TA
CC
(tấn/ngđ)
Trong đó:
A
c
: độ ẩm háo nước của cặn tươi, A
c

= 5%
T
c
: tỷ lệ độ tro trong cặn tươi, T
c
= 25%
Lượng chất không tro trong bùn hoạt tính dư
82,0
100
27100
100
6100
2,1
100
100
100
100
=
−
×
−
=
−
×
−
=
bb
ko
TA
BB

(tấn/ngđ)
Trong đó:
A
b
: độ ẩm háo nước của bùn hoạt tính dư, A
b
= 6%
T
b
: tỷ lệ tro trong bùn hoạt tính dư, T
b
= 27%
Trong quá trình xử lý sinh học kỵ khí ở bể Metan có sản sinh một lượng khí đốt chủ yếu là khí
CH
4
, và một lượng nhỏ CO
2
.
Lượng khí đốt được xác định như sau:
100
nda
Y
−
=
Trong đó:
n: hệ số phụ thuộc vào độ ẩm của cặn và chế độ lên men, n = 0,56% (Bảng 3 – 16, Triết và
cộng sự, 2006)
d: liều lượng cặn dẫn vào bể Metan, d = 10%
a: khả năng lên men lớn nhất của chất không tro trong hỗn hợp cặn dẫn vào bể Metan, %.
Giá trị a phụ thuộc vao thành phần hóa học của cặn: chất béo, hydrat cacbon, protein…, và

được xác định theo công thức:
( )
10034,062,092,0
×++=
PHBa
Ở đây:
B: hàm lượng chất béo
H: hàm lượng hydat cacbon
P: hàm lượng protein
Tuy nhiên do không có điều kiện xét nghiệm hàm lượng các chất trong thành phần hỗn hợp cặn
– bùn, vì vậy trị số a của hỗn hợp bùn cặn dẫn vào bể Metan được tính như sau:
4,50
82,098,1
82,04498,153
4453
=
+
×+×
=
+
+
=
oo
oo
BC
BC
a
%
Với: 53 là giá trị thực nghiệm a ứng với cặn tươi
44 là giá trị thực nghiệm a ứng với bùn hoạt tính dư.

Thay những thông số đã có vào tìm Y
45,0
100
1056,04,50
=
×−
=
Y
(m
3
/kg)
Lượng khí đốt tổng cộng
( ) ( )
1260100082,098,145,0100
=×+=×+=
oo
BCYK
(m
3
/ngđ)
Lượng khí đốt sinh ra này có thể đốt bỏ hoặc sử dụng làm nhiên liệu cho nồi hơi phục vụ cho
việc hâm nóng cặn, chạy một số động cơ hay phục vụ nhu cầu sinh hoạt.
Lượng khí Metan sinh ra có độ ẩm lớn, có khả năng ăn mòn thiết bị, vì thế mạng lưới dẫn khí
đốt, thiết bị chứa khí đốt phải được làm bằng vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt.
4.9.4 Tính Toán Sân Phơi Bùn
Bùn sau khi lên men ở bể Metan có độ ẩm cao, cần làm ráo nước để đạt độ ẩm cần thiết, thuận
tiện cho việc vận chuyển và xử lý tiếp theo. Việc làm ráo nước sẽ được thực hiện ở sân phơi
bùn, nhiệm vụ của sân phơi bùn là làm giảm độ ẩm của bùn xuống còn 75 – 80%.
Lượng cặn tổng cộng dẫn đến sân phơi bùn bao gồm cặn từ bể Metan và cặn từ bể tiếp xúc
96,11285,1284,99

=+=+=
txtc
WWW
(m
3
/ngđ)
Diện tích hữu ích của sân phơi bùn
876.5
5,32
36596,112
365
=
×
×
=
×
×
=
nq
W
F
o
tc
s
(m
2
)
Trong đó:
q
o

: tải trọng cặn lên sân phơi bùn, q
o
= 2 m
3
/m
2
.năm (Bảng 3 – 17; Triết và cộng sự, 2006)
n: hệ số phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, n = 3,5 (Đối với các tỉnh phía Nam: n = 3 – 4,2)
Sân phơi bùn được chia làm 4 ô, diện tích mỗi ô
1469
4
5876
4
===
s
n
F
F
(m
2
)
Chọn kích thước mỗi ô: 36 m
×
41 m = 1476 (m
2
)
Diện tích phụ của sân phơi bùn như: đường sá, mương, máng…
176358763,0
=×=×=
sp

FkF
(m
2
)
k: hệ số tính đến diện tích phụ, k = 0,3 (Quy phạm k = 0,2 – 0,4)
Diện tích tổng cộng của sân phơi bùn