Đồ án thiết kế trạm xử lý nước thải công suất 200 m3ngày đêm bằng công nghệ aerotank truyền thống

Viện khoa học và công nghệ môi trường
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƢỜNG
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG K57

-----***-----

ĐỒ ÁN II
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG SUẤT 200 m3/ngày đêm
BẰNG CÔNG NGHỆ AEROTANK TRUYỀN THỐNG

Giáo viên hƣớng dẫn:

Ths. Trần Ngọc Tân

Sinh viên:

Phạm Thị Trà My

Lớp:

Kỹ thuật môi trường K57

MSSV:

20123315

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 1

Viện khoa học và công nghệ môi trường

MỤC LỤC
ĐỒ ÁN II ........................................................................................................................1
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SINH HOẠT ...................................3
1.1.

NƢỚC THẢI SINH HOẠT ....................................................................................3

1.2.

CÁC ĐẶC TÍNH CỦA NƢỚC THẢI SINH HOẠT ...................................................3

CHƢƠNG II. THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƢỚC THẢI CÔNG SUẤT 200
M3/NGÀY ĐÊM BẰNG CÔNG NGHỆ AEROTANK TRUYỀN THỐNG ............7
2.1.

BỂ AEROTANK TRUYỀN THỐNG .......................................................................7

2.2.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ .......................................................................8

2.3.

CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ ................................................9

2.4.

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ .............................................9

a.

Thiết kế bể lắng I .............................................................................................9

b.

Tính toán thiết kế bể aerotank ......................................................................12

c.

Tính toán thiết kế bể lắng II ..........................................................................21

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................26

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 2


Viện khoa học và công nghệ môi trường

CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SINH HOẠT
1.1.

Nƣớc thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương
mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác.
Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức
sống, thói quen của người dân và điều kiện khí hậu, có thể ước tính từ 65-90% lượng
nước được cấp. Ở Việt Nam, tiêu chuẩn cấp nước theo đầu người khoảng từ 100-200
l/người.ngày đêm.

lƣu lƣợng nƣớc

Lưu lượng nước thải sinh hoạt thải ra trong ngày thường có sự dao động theo thời
gian trong phạm vi lớn như hình minh họa bên dưới:

0

6

12

18

24

Thời gian (h)

Hình 1.1. Sự biến động lưu lượng theo thời gian của nước thải sinh hoạt
1.2. Các đặc tính của nƣớc thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó khoảng 52% là chất
hữu cơ, 48% là chất vô cơ và một lượng lớn vi sinh vật thường ở dạng virut và vi
khuẩn gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn… Trong nước thải cũng có các vi khuẩn không
có hại, có tác dụng phân hủy các chất hữu cơ.

Thành phần của nước thải sinh hoạt tương đối ổn định, phụ thuộc vào tiêu chuẩn
cấp nước, đặc điểm của hệ thống thoát nước, trang thiết bị vệ sinh…
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước sinh hoạt:
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 3


Viện khoa học và công nghệ môi trường
 Các chỉ tiêu vật lý


Tổng chất rắn (TS): là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn
ở nhiệt độ từ 103 – 105oC. Đơn vị mg/l.



Chất rắn lơ lửng (SS): là những chất rắn không tan trong nước. Hàm lượng các
chất lơ lửng (SS) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy
tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối
lượng không đổi. (mg/L).



Chất rắn dễ bay hơi (VS): là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù
(SS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi (mg/L). Người ta thường sử
dụng chỉ tiêu này để đánh giá hàm lượng các chất hữu cơ có trong mẫu nước.



Chất rắn hòa tan (DS): là những chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô
cơ lẫn chất hữu cơ. Hàm lượng các chất hòa tan (DS) là lượng khô của phần
dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh
rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (mg/L).



Mùi: Khi nước thải sinh hoạt bị phân hủy yếm khí các chất hữu cơ tạo ra các
hợp chất như H2S, indol, scatol… gây mùi khó chịu.



Độ màu: màu của nước là do chất mùn, các chất hòa tan, chất dạng keo hoặc do
thực vật thối rữa, sự có mặt của một số ion kim loại (Fe, Mn), tảo, than bùn…có
thể làm cản trở khả năng khuếch tán của ánh sáng vào nguồn nước gây ảnh
hưởng đến khả năng quang hợp của hệ thủy sinh thực vật. Độ màu còn làm mất
vẻ mỹ quan của nguồn nước nên rất dễ bị sự phản ứng của cộng đồng lân cận.



Độ đục: do các chất lơ lửng và các chất dạng keo chứa trong nước thải tạo nên.
Đơn vị đo độ đục thông dụng là NTU.



Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước thải là một trong những thông số quan trọng bởi vì
phần lớn các sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt đều ứng dụng quá trình xử lý sinh
học mà quá trình đó thường bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ. Nhiệt độ của nước
thải ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh vật, sự hòa tan oxy trong nước.

 Các chỉ tiêu hóa học


Hàm lượng oxy hòa tan (DO): Hàm lượng oxy hòa tan là một chỉ số đánh giá
“tình trạng sức khỏe” của nguồn nước, phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như áp
suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh
vật… Oxy là chất không thể thiếu đối với tất cả sinh vật.



Nhu cầu oxy sinh hóa BOD: là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các
chất hữu cơ trong một khoảng thời gian xác định, mg/l. Chỉ tiêu BOD phản ánh
mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải, giá trị BOD càng lớn thì nước thải bị ô

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 4


Viện khoa học và công nghệ môi trường
nhiễm càng cao. Giá trị thường sử dụng là BOD5 (lượng oxy cần thiết trong 5
ngày đầu ở 20oC).


Nhu cầu oxy hóa học COD: là lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu cơ thành
CO2 và H2O dưới tác dụng của các chất oxy hóa mạnh, mg/l. Tỉ số BOD/COD
thường nằm trong khoảng 0.5 – 0.7.



Hàm lượng Nitơ: Nitơ có trong nước thải ở dạng vô cơ và hữu cơ. Trong đó
nước thải sinh hoạt, phần lớn Nitơ hữu cơ là các chất có nguồn gốc protit, thực
phẩm dư thừa, còn các Nitơ vô cơ gồm các dạng khử NH4+, NH3 và các dạng
oxy hóa NO2- và NO3-. Tuy nhiên, về nguyên tắc trong nước thải chưa xử lý
thường không có NO2- và NO3-.



Hàm lượng Photpho: Photpho và các hợp chất chứa Photpho có liên quan đến
hiện tượng phú dưỡng nguồn nước. Hợp chất photpho tìm thấy trong nước thải
sinh hoạt thường phát sinh từ: phân bón, chất thải của người và động vật, các
hóa chất tẩy rửa và làm sạch.



pH: pH có ảnh hưởng tới sự sinh trưởng, phát triển của sinh vật trong nước.
Trong xử lý sinh học, pH có ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật, do đó ảnh
hưởng tới hiệu quả xử lý. Ngoài ra pH còn ảnh hưởng tới quá trình tạo bông cặn
ở bể lắng. Nước thải sinh hoạt thường có giá trị pH khá ổn định trong khoảng từ
7÷8.2.



Các chỉ tiêu khác: tổng các chất hoạt động bề mặt, kim loại nặng, các hóa chất
độc hại, độ kiềm, độ axit, sunfua…

 Các chỉ tiêu vi sinh:
Chất lượng về mặt vi sinh của nước thường được đánh giá bằng nồng độ của vi
khuẩn chỉ thị - những vi khuẩn không gây bệnh, về nguyên tắc là nhóm trực khuẩn
coliform. Thường dùng chỉ số tổng coliform để đánh giá chất lượng nước về mặt vi

sinh. Đơn vị MPN/100ml.
Một số giá trị đặc trưng của các thông số cơ bản trong nước thải sinh hoạt được
cho trong bảng dưới đây:

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 5


Viện khoa học và công nghệ môi trường
Bảng 1.1. Thành phần nước thải sinh hoạt

Nguồn: Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Trần Văn – Ngô Thị Nga, 2000

Như vậy nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng khá
cao, phù hợp để xử lý sinh học. Thông thường tỉ lệ BOD/COD  0.5 và tỉ lệ BOD5: N:
P bằng 100 : 5 : 1 có thể áp dụng phương pháp xử lý sinh học. Một trong những
phương pháp xử lý sinh học nước thải sinh hoạt phổ biến nhất hiện nay là sử dụng bể
aerotank truyền thống.

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 6


Viện khoa học và công nghệ môi trường
CHƢƠNG II
THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƢỚC THẢI CÔNG SUẤT 200 m3/ngày đêm
BẰNG CÔNG NGHỆ AEROTANK TRUYỀN THỐNG
2.1. Bể aerotank truyền thống

Bể aerotank là một công trình xử lý sinh học hiếu khí. Trong bể Aeroten, các chất
lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi sinh vật cư trú, sinh sản và phát triển dần
lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Các vi sinh vật đồng hóa các chất hữu cơ
có trong nước thải thành các chất dinh dưỡng cung cấp cho sự sống và phát triển sinh
khối, đồng thời giải phóng ra CO2 và H2O. Như vậy các chất hữu cơ có trong nước thải
được chuyển hóa thành các chất vô cơ như H2O, CO2 ít độc hại với môi trường.
Bể aerotank có hình tròn hoặc hình khối chữ nhật. Nước thải được đưa vào bể,
chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy trộn nhằm tăng cường lượng oxy
hòa tan trong nước và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Bùn hoạt tính sẽ phân
hủy các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải, do đó làm giảm nồng độ
BOD và các chất dinh dưỡng trong nước. Sau một thời gian xử lý trong bể hiếu khí,
nước thải được đưa sang bể lắng bùn sinh học để tách các bông bùn ra khỏi nước đến
nồng độ cho phép trước khi xả thải ra ngoài môi trường học đi vào các hệ thống xử lý
sau đó. Một phần bùn hoạt tính sau lắng được tuần hoàn lại bể aerotank để duy trì
nồng độ bùn hoạt tính trong bể, phần dư còn lại sẽ được xả ra ngoài.

Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ xử lý bằng bể aerotank

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 7


Viện khoa học và công nghệ môi trường
2.2. Quy trình công nghệ xử lý

Hình 2.2. Quy trình xử lý nước thải bằng công nghệ aerotank truyền thống
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Nước thải sinh hoạt đi qua song chắn rác để tách các tạp chất thô, có kích thước
lớn, sau đó được đưa qua bể lắng cát để tách tạp chất thô có khối lượng lớn ra khỏi

dòng nước thải. Tiếp đó, nước thải được dẫn vào bể điều hòa để điều hòa lưu lượng và
nồng độ chất ô nhiễm. Không khí được cấp vào bể điều hòa nhằm ngăn quá trình lắng
cặn và phân hủy yếm khí tạo mùi hôi. Sau bể điều hòa, nước thải được bơm sang bể
lắng I với lưu lượng Q m3/h để tách bớt chất rắn lơ lửng mà chủ yếu là các chất vô cơ,
đến nồng độ chất rắn lơ lửng  150mg/l.
Nước thải từ bể lắng I sẽ chảy sang bể aerotank, tại đây diễn ra quá trình phân
hủy hiếu khí các chất hữu cơ do vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Không khí sẽ được cấp
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 8


Viện khoa học và công nghệ môi trường
vào liên tục để cung cấp oxy cho hoạt động hô hấp của vi sinh vật và đảm bảo bùn
hoạt tính luôn lơ lửng, để vi sinh vật có thể tiếp xúc được với chất dinh dưỡng trong
nước. Vi sinh vật phát triển sẽ tạo ra một lượng sinh khối lớn.
Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải sẽ tự chảy đến bể lắng bùn sinh học. Bể này
có nhiệm vụ tách bùn ra khỏi nước. Nước trong sẽ chảy tràn lên trên, qua máng thu và
sang hệ thống khử trùng sau đó. Bùn lắng thu được, một phần được tuần hoàn lại bể
hiếu khí, phần dư sẽ được dẫn đến bể nén bùn rồi đem phơi khô hoặc đưa đi phân hủy
yếm khí thu khí sinh học. Nước sau khử trùng đã đạt yêu cầu về chất lượng (QCVN
14:2008/BTNMT) sẽ được thải ra môi trường. Tùy vào mục đích sử dụng nước sau xử
lý mà các yêu cầu chất lượng đầu ra sẽ khác nhau.
2.3. Các thông số tính toán hệ thống xử lý
STT

Thông số

Đơn vị

Giá trị đầu vào

Yêu cầu đầu ra

1

Lưu lượng

m3/h

200

200

2

BOD5

mg/l

250

40

3

SS

mg/l

350

50

4

N-amoni

mg/l

40

5

5

pH

-

7.2

7.2

6

Nhiệt độ

C

20

20

o

2.4. Tính toán, thiết kế các công trình xử lý
a. Thiết kế bể lắng I
Lưu lượng thiết kế của bể lắng là 200 m3/ngày đêm là khá nhỏ, chọn thiết kế loại
bể lẳng đứng.
Chọn đường kính của ống trung tâm là 0,4m
 Diện tích của ống trung tâm:
ftt = 4.d2 = 4.0,42 = 0,126 m2


Vận tốc nước chảy trong ống trung tâm:

vtt 

Q
200

 0, 018m/s = 18mm/s
ftt 24.3600.0,126

 Chọn tải trọng thủy lực làm việc của bể là Uo = 35 m3/m2.ngày. Khi đó:
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 9

Viện khoa học và công nghệ môi trường
Fl 

Q
200

 5, 714m 2
Uo
35

Diện tích của bể:
Fb = Fl + ftt = 5,714 + 0,126 = 5,84 m2
Đường kính của bể lắng:

4.Fb

D





4.5,84



 2, 73m

 Chọn đường kính bể thiết kế là D = 2,8 m

Khi đó, diện tích bể lắng:

Fb 

 .D 2
4



 .2,82
4

 6,157m2 => Fl = 6,157 – 0,126 = 6,03 m2

 Tải trọng lắng thiết kế là:

Uo 

Q 200

 33, 2 m3/m2.ngày đêm
Fb 6, 03

 U o  (31  50) m3/m2.ngày đêm (theo TCXD)
 Chọn chiều cao phần lắng của bể là H = 3,5 m
 Thể tích của bể lắng:
V  Fb .H  6, 03.3,5  21,1m3

 Thời gian lưu thủy lực:

V 21,1
t 
.24  2,53h
Q 200


Tốc độ nước chảy trong vùng lắng:

v

Uo
33, 2

 0,00038 m/s = 0.38 mm/s
24.3600 24.3600

 Phần đáy hình nón của bể có đường kính hình tròn nhỏ là 30cm và đường kính
hình tròn lớn là 2,8m, góc nghiêng đáy so với phương thẳng đứng là 50o. Chiều
cao đáy sẽ là:
h

Dd
2,8  0,3
tg 
tg 50o  1,5 m
2
2

 Tổng chiều cao của bể lắng I là:
Hb = H + h + 0,3 = 3,5 + 1,5 + 0,3 = 5,3 m

Với chiều cao an toàn là 0,3 m
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 10


Viện khoa học và công nghệ môi trường
 Ống trung tâm:
+ Chiều dài của ống trung tâm bằng 3,5m, cao bằng miệng bể lắng.
+ Phần ống loe có đường kính miệng loe bằng 1,35 đường kính ống trung tâm
bằng 0,54m và dài 0,38 m.
 Tấm chắn: tấm chắn có góc nghiêng so với mặt phẳng ngang là 17o và có
đường kính bằng 1,3 đường kính miệng loe: 1,3.0,54 = 0,7 m
Chọn khoảng cách từ miệng loe của ống trung tâm đến tấm chắn là 0,3 m.
 Máng thu nước:
Thiết kế máng nước một vòng quanh bể
Đường kính máng thu bằng 0,8 đường kín bể lắng: 0,8.2,8 = 2,24 m
Chiều dài máng thu: C =  .Dm =  .2,24 = 7 m
Tải trọng máng thu: U m 

Q 200

 28,6 m3/m.ngày đêm
C
7

Chiều rộng của máng thu:

2,8  2, 24
 0,28 m=280 mm

2

Chiều cao máng thu chọn bằng 250mm
 Hiệu suất làm việc:
+ Hiệu quả tách SS:
t
2,53
Rss 

 58%
a  b.t 0,0075  0,014.2,53

Rss 

SSv  SSr 350  SSr

 58%
SSv
350

 SSr = 147 mg/l < 150mg/l => hiệu quả xử lý đạt yêu cầu
+ Hiệu quả tách BOD theo cặn lắng:
RBOD 

t
2,53

 36,9%
a  b.t 0,018  0,02.2,53

BOD ra khỏi bể lắng I:

BODr  (1  36,9%).BODv  (1  0,369).250  160 mg/l

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 11


Viện khoa học và công nghệ môi trường
b. Tính toán thiết kế bể aerotank
 Các thông số tính toán:
BOD trước xử lý: 160 mg/l

N-amoni trước xử lý: 40 mg/l

BOD sau xử lý: 40 mg/l

N-amoni sau xử lý: 5 mg/l

SS trước xử lý: 147mg/l

pH = 7,2

SS sau xử lý: 50 mg/l

Nhiệt độ làm việc của hệ thống 20oC








Nồng độ bùn hoạt tính trong bể hiếu khí: X = 2000 mg/l
Nồng độ bùn hoạt tính trong vùng chứa cặn: XT = 6000mg/l
Thành phần hữu cơ trong cặn 65%
Độ tro của cặn là 0,3
Tỉ lệ BOD/COD = 0,68 và BOD5/BOD20 = 0,68
Các thông số động học:
K

4 ngày-1

max,15

0,45 ngày-1

Y

0,6 mg bùn/mg BOD

YN

0,16 mg bùn/mg N-amoni

Ks

60 mg/l

KO

1,3 mg/l

Kd

0,06 ngày-1

KdN

0,04 ngày-1

 Tính toán thiết kế


BOD đầu ra = BOD trong cặn + BOD hòa tan
Hàm lượng hữu cơ trong cặn: 65%.50 = 32,5 mg/l
Hàm lượng BOD20 trong cặn: 1,42. 32,5. 0,7 = 32,3 mg/l
BOD5 trong cặn: 0,68. 32,3 = 22 mg/l
 BOD hòa tan: 40 – 22 = 18 mg/l
 Hiệu suất xử lý BOD cần đạt được:
E

So  S 160  18

 88, 75%
So
160

 Tính toán theo quá trình nitrat hóa

 Tốc độ tăng trưởng vi khuẩn nitrat hóa:
 N  max,15 .

N
DO
.
.e0,098(T 15) .[1  0,833.(7, 2  pH )
K N  N KO  DO

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 12


Viện khoa học và công nghệ môi trường
Trong đó:





max,15 = 0,45 ngày-1
N = 5mg/l
Ko = 1,3 mg/l
KN = 100,051T – 1,158 = 10-0,138 = 0,73
  N  0, 45.

-






DO = 2 mg/l
T = 20oC
pH = 7,2

5
2
.
.e0,098(2015) .[1  0,833.(7, 2  7, 2)  0,39 ngày-1
0, 73  5 1,3  2

Thời gian lưu bùn:
1

c

  N  K dN  0,39  0, 04  0,35

 c = 2,86 ngày
Lấy hệ số dư  = 1,4 => thời gian lưu thực tế: 1,4. 2,86 = 4 ngày
-

Tốc độ sử dụng chất nền riêng

0,39
N  N 
 2, 4 mgN-amoni/mg bùn.ngày
YN

-

0,16

Thành phần bùn hoạt tính nitrat hóa:
XN = f N . X
fN 

0,16.(No  N )
0,16.(40  5)

 0, 062
0,16.(No  N )  0, 6.( So  S ) 0,16.(40  5)  0, 6.(160  18)

 XN = 0,062. 2000 = 124 mg/l
 XS = 2000 – 124 = 1876 mg/l
-

Thời gian cần thiết để nitrat hóa:

N 

No  N (40  5).24

 2,8h
N .X N
2, 4.124

 Tính toán theo điều kiện khử BOD:

Lấy thời gian lưu bùn theo điều kiện nitrat hóa là 4 ngày.
-

Tốc độ xử lý BOD riêng:
1

c

-

 Y .  K d 

1
 0, 6.  0, 06    0,52 mg/mg bùn.ngày
4

Thời gian cần thiết để xử lý BOD:
S 

So  S (160  18).24

 3,5h
.X s
0,52.1876

 Chọn thời gian lưu thủy lực là 3,5h
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 13

Viện khoa học và công nghệ môi trường

 Lưu lượng bùn tuần hoàn
QR  Q.

X
2000
3
 200.
 100 m /ngày đêm
XT  X
6000  2000

Hệ số tuần hoàn bùn: R 

QR 100

 0,5
Q 200

 Thể tích làm việc của bể

V  (Q  QR ). 

(100  200)
.3,5  43,75 m3
24

 Lưu lượng bùn xả ra hằng ngày

QT 

V . X  Qr . X r .c
X T .c

Xr = 0,7. SSr = 0,7. 50 = 35 mg/l

43, 75.2000  200.35.4
 2,5 m3/ngày đêm
6000.4
 Lượng bùn sinh ra hằng ngày
 QT 

Hệ số tạo bùn:

yS 

Y
0,6

 0, 48 kg bùn/kg BOD
1  K d .c 1  0,06.4

yN 

YN
0,16

 0,14 kg bùn/kg N-amoni

1  K dN .c 1  0, 04.4

Lượng bùn sinh ra mỗi ngày:

Psk  yS .(So  S ).Q  yN .( No  N ).Q
Psk  0, 48.(160  18).200  0,14.(40  5).200  14612 mg/ngày = 14,6 kg bùn/ngày
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 14


Viện khoa học và công nghệ môi trường
 Thời gian cần để tích lũy cặn


V . X 43, 75.2000

 6 ngày
Psk
14, 6.103

 Kiểm tra các thông số:
-

S
F
160.24
 o 
 0,55  (0, 2  0, 6)
M  . X 3,5.2000

-

Tải trọng hữu cơ:
La 

-

Q.So 200.160.103

 0, 73 kg BOD/m2.ngày đêm
V
43, 75

Tải trọng N-amoni:

LN 

Q. No 200.40.103

 0,18 kg N/m2.ngày đêm
V
43, 75

 Thiết kế bể aerotank
V = 43,75 m3
Chọn chiều cao làm việc của bể H = 4m
V 43, 75

 10,93 m2

H
4
 Chọn chiều rộng của bể B = 3,2m
Chiều dài của bể L = 3,4 m

 Diện tích của bể: F 

Chiều cao an toàn của bể 0,4 m
 Tính toán lượng cần khí
 Lượng Oxy cần cấp lý thuyết:

OCo 

Q.( So  S )
Q.( N o  N )
 1, 42.Psk  4,57.
f .1000
1000

Trong đó:
-

Q = 200 m3/ngày đêm

-

N = 5 mg/l

-

So = 160 mg/l

-

Psk = 14,6 kg bùn/ngày

-

S = 18 mg/l

-

f = BOD/COD = 0,68

-

No = 40 mg/l

-

1,42; 4,57 là hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD
 OCo 

200.(160 18)
200.(40  5)
1, 42.14,6  4,57.
 53 kgO2/ngày
0,68.1000
1000

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 15


Viện khoa học và công nghệ môi trường
 Lượng oxy cần cấp thực tế:
CS 20
1
1
OCt  OCo .
.
.
T  20
 .CS ,h  Cd 1, 024

Trong đó:
- CS20: Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 20oC. CS20 = 9,08 mg/l
-

CS,h: Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở nhiệt độ T, độ cao h so với mặt
nước biển. Lấy CS,h = 9,08 mg/l

-

Cd: Nồng độ oxy duy trì trong công trình xử lý nước, chọn Cd = 2 mg/l

-

β: Hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với

nước thải thường lấy β = 1

-

: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào trong nước thải do ảnh
hưởng của hàm lượng cặn, các chất bề mặt, loại thiết bị làm thoáng,
hình dáng kích thước bể, chọn  = 0,7

-

T: Nhiệt độ nước thải, T = 20oC
 OCt  53.

9,08
1
1
.
.
 97,1 kg O2/ngày
20 20
1.9,08  2 1, 024
0, 7

 Lưu lượng không khí cần cấp

Qkk 

OCt
.f
Ou.h

Trong đó:
-

f: hệ số dư. Lấy f = 1,5

-

Ou: Công suất hòa tan oxy vào nước thải.
Với thiết bị phân phối khí dạng đĩa có màng cao su Ou = 7 gO2/m3.m
(bảng 7.1_T112_TTCTXLNT_Trịnh Xuân Lai)

-

h: Chiều sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí
Lấy h = 3,8 m

 Qkk 

97,1.103
.1,5  5476 m3/ngày = 0,063 m3/s
7.3,8

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 16


Viện khoa học và công nghệ môi trường
 Thiết kế hệ thống cấp khí

Chọn ống dẫn khí bằng nhựa PVC
o Ống dẫn chính
Chọn đường kính ống dẫn khí chính là 8cm
 v

4.Q 4.0, 063

 12,5 m/s  (10÷15) m/s
 .D 2  .0, 082

o Ống dẫn nhánh
-

Chọn đĩa cấp khí Longtech LTD225
Thông số kỹ thuật: D = 250 mm
Dhđ = 225 mm
q = 0,02÷0,12 m3/phút
với q = 0,075 m3/phút, tổn thất áp suất h = 200mmH2O
Vật liệu nhựa tăng cứng PP, màng EPDM

-

Chọn lưu lượng khí cấp của đĩa q = 0,09 m3/phút = 1,510-3m/s

-

Với q = 0,075 m3/phút, tổn thất áp suất qua đĩa h = 200mmH2O
 q = 0,09 m3/phút, tổn thất áp suất bằng:
2

2

 q' 
 0, 09 
h  h.    200. 
  288 mmH 2O
 0, 075 
q
'

-

Số đĩa cần sử dụng: n 

0, 063
 42 đĩa
1,5.103

 Thiết kế làm 6 ống dẫn nhánh dọc theo chiều dài bể:
+ Khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,54 m, cách thành bể 0,25m
+ Khoảng cách giữa các đĩa trên ống là 0,5 m, cách thành bể 0,2 m
+ Số đĩa trên một ống là 7 đĩa
+ Mật độ đĩa 42 : (3,23,4) = 3,86 đĩa/m2
-

Đường kính ống dẫn nhánh:

4.Q
6 .v
Với v = 10 m/s  d = 0,036 m

Với v = 15 m/s  d = 0,03 m

d

Chọn d = 34 mm  v = 11,6 m/s
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 17


Viện khoa học và công nghệ môi trường

 Tính toán chọn máy cấp khí
-

Áp lực cần thiết cho máy thổi khí:
Hk = h f + h c + h d + H
Trong đó:
-

hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối khí, hf = 288 mmH2O
hc: Tổn thất cục bộ của ống phân phối khí, m
hd: Tổn thất áp lực do ma sát, m
H : Chiều sâu ngập nước, H = 3,8 m.

hc  hd  h1  h2

Với:

h1: tốn thất áp suất trên ống chính, m

h2: tổn thất áp suất trên đường ống nhánh, m
 Tính h1
Ống dẫn khí chính có D = 8 cm; L = 7 m ;
Vận tốc khí trong ống chính v = 12,5 m/s
2 khuỷu cong 90o  = 0,152 = 0,3
6 chỗ rẽ nhánh  = 0,156 = 0,9
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 18


Viện khoa học và công nghệ môi trường
Chuẩn số Reynold: Re 

v.d .



20 = 0,01810-3 Ns/m2
20 = 1,205 kg/m3
 Re 

12,5.0, 08.1, 205
 66944  4000
0, 018.103

 Hệ số ma sát được tính theo công thức:
 6,81 0,9  
 2.log 


 
Re
3, 7 





1




d

Với  là độ nhám

Ống dẫn bằng nhựa PVC, độ nhám  = 0,01 mm
 


0, 01
 0, 000125
80

 6,81 0,9 0, 000125 
 2.log 
  7, 078
 
3, 7 


 66944 

1

   0,02
Tổn thất trên ống chính h1 được tính:
2
 l
 v .
h1   .   
 d
 2

7

 12,52.1, 205
h1   0, 02.
 0,3  0,9 
 278 N/m2 = 28,4 mmH2O
0, 08
2



 Tính h2
Ống dẫn nhánh có d = 0,034 m ; L = 7,5 m ;
Vận tốc khí trong ống nhánh: 11,6 m/s
2 khuỷu cong 90o  = 0,152 = 0,3
7 chỗ rẽ nhánh  = 0,157 = 1,05

Chuẩn số Reynold: Re 

v.d .





11, 6.0, 034.1, 205
 26403  4000
0, 018.103

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 19


Viện khoa học và công nghệ môi trường
 Hệ số ma sát được tính theo công thức:
 6,81 0,9  
 2.log 

 
Re
3, 7 





1


 



d

độ nhám  = 0,01 mm

0, 01
 0, 00029
34

 6,81 0,9 0, 00029 
 2.log 
  6,35
 
3, 7 

 26403 

1

   0,025
Tổn thất trên ống chính h1 được tính:
2
 l
 v .

h1   .   
 d
 2

7,5

 11, 62.1, 205
h1   0, 025.
 0,3  1, 05 
 556,5 N/m2 = 56,8 mmH2O
0, 034
2



 h1 + h2 = 28,4 + 56,8 = 85,2 mmH2O = 0,085 mH2O
 Áp lực cần thiết cho máy thổi khí:
Hk = hf + h1 + h2 + H = 0,288 + 0,085 + 3,8 = 4,2 m = 0,4 atm
-

Công suất máy cấp khí:
0,283

G.R.T  P 
 
P
 1 Trong đó:
29, 7.n.e  Po 



- G: lưu lượng không khí
cần cấp, kg/s
- R = 8,314
- T = 292K
- Po = 1 atm
0, 063 1, 205  8,314  293  1, 4 
 P


29, 7  0, 283  0,8
 1 

- P = Pk + Po = 0,4 + 1 =
1,4 atm
- n = 0,283
- e: hiệu suất làm việc của
máy, lấy e = 0,8
0,283


 1  2, 7 kW


 Chọn máy thổi khí Longtech
Model: LT-065; Q = 1.41 ÷ 4.51 m3/phút, H = 1 ÷ 8 m, P = 2.2 ÷ 5.5 kW

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 20

Viện khoa học và công nghệ môi trường
c. Tính toán thiết kế bể lắng II
 Diện tích vùng lắng:

Fl 

(Q  QR ). X
X T .vL

X: nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải, mg/l
XT: nồng độ bùn hoạt tính cô dặc đáy bể, mg/l
vL: vận tốc bùn trong vùng lắng, m/h; được tính theo công thức
vL  vmax .exp k.CL .106 
XT
6000

 4286 mg/l
2.0, 7 2.0, 7

CL 

với nước thải sinh hoạt, k = 600; vmax = 7 m/h
 vL  7.exp 600.4286.106   0,53 m/h

(Q  QR ). X (200  100).2000

 7,862 m2
X T .vL

24.6000.0,53

 Fl 

 Chọn đường kính ống trung tâm d = 0,5 m
 Diện tích ống trung tâm ftt 

 .d 2
4



 .0,52
4

 0,196 m3

Vận tốc nước chảy trong ống trung tâm:
v

Q  QR
200  100

 0, 0177 m/s = 17,7mm/s < 30 mm/s
f
24.3600.0,196

 Diện tích của bể lắng:
F  Fl  ftt  7,862  0,196  8,058 m2

 Đường kính bể lắng II là:
D

4.F





4.8, 058



 3, 2 m

 Tải trọng thủy lực:

U

Q 200

 25, 4 m3/m2.ngày
Fl 7,86

 Tải trọng bùn:

(Q  QR ).X (200  100).2000.103
G

 3, 2 kg bùn/m2.h

Fl
24.7,86

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 21


Viện khoa học và công nghệ môi trường
 Vận tốc nước đi lên: v 

U
25, 4

 0, 0003 m/s = 0,3 mm/s
24.3600 24.3600

 Chọn chiều cao làm việc của bể H = 3,5 m
 Thể tích bể: V  F.H  7,862.3,5  27,51 m3
 Thời gian lưu:  

V
27,51.24

 2, 2 h
Q  QR 100  200

 Lấy chiều cao phần chứa nước trong H1 = 2 m
 thể tích lớp nước V1  F .H1  7,862.2  15,72 m3
 Thời gian lắng:  

V1 15, 72.24

 1,9 h
Q
200

 Chiều cao phần chứa cặn H2 = 1,5 m
 thể tích chứa cặn: V2  F .H 2  7,862.1,5  11,79 m3
 thời gian để cô đặc cặn:  
 Chiều cao phần đáy bể: h 

V2
11, 79.24

 2,8 h
QR  QT 100  2,5

Dd
.tg
2

Lấy d = 0,5m; D = 3,2 m;  = 50o
 h

3, 2  0,5
.tg 50  1, 6 m
2

 Lấy chiều cao an toàn của bể là 0,4 m

 tổng chiều cao của bể: H = 0,4 + 3,5 + 1,6 = 5,4 m
 Ống trung tâm:
-

Ống trung tâm cao hơn so với lớp cặn 0,3m

-

Chiều dài của ống trung tâm là 2,1 m.

-

Phần miệng loe cao hơn so với tấm chắn 0,3 m; dài 0,4m và đường kính
miệng loe bằng 1,35 đường kính ống trung tâm bằng: 1,350,5 = 0,68m

-

Vận tốc nước đi qua miệng loe của ống:
v

(Q  QR ).4
(200  100)  4

 0, 0096 m/s = 9,6 mm/s
 .dloe
24  3600    0, 682

 Máng thu nước:
-

Đường kính máng thu nước bằng 0,8 đường kính bể: 0,83,2 = 2,56 m

-

Chiều dài máng thu nước: C = Dm = 2,56 = 8 m
 Tải trọng máng thu: U 

Q 200
3

 24,9 m /m.ngày
C
8

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 22


Viện khoa học và công nghệ môi trường
-

Chiều rộng máng thu B = 320mm

-

Chiều cao máng thu h = 300mm

-

Máng răng cưa

-

Lấy vận tốc tự chảy ra khỏi máng v = 0,4 m/s

 Đường kính ống thu nước:
d

4Q
4.200

 0, 086 m = 86 mm
 .v
 .0, 4.24.3600

Lấy d = 90 mm.
 Tính toán chọn bơm tuần hoàn bùn
i.

Năng suất bơm: Q = 100 m3/ngày = 0,67 m3/s

ii.

Áp suất toàn phần

Ta có công thức tính sau:

P2  P1 22  12
H  H 0  hm 


,m
 .g
2.g
Trong đó:


P1, P2: áp suất trên bề mặt nước trong không gian hút và đẩy, at
P1= P2 = 1at



ρ: khối lượng riêng của nước tuần hoàn kg/m3



Ho: chiều cao cột chất lỏng, m



hm: tổn thất áp suất bao gồm trở lực cục bộ tổn thất do ma sát, m
hm= hmh + hmd
hmh, hmd: tổn thất áp suất do trở lực gây ra trong ống hút và ống đẩy



ω1: vận tốc nước ở bể chứa, ω1=0 m/s



ω2: vận tốc nước khi vào tháp hay trong ống đẩy, m/s

Theo bảng II.2 (I-370) tốc độ chất lỏng trong ống hút của bơm từ 0, 8 ÷ 2,0 và trong
ống đẩy là 1,5 ÷ 2,5 m/s
 Ống hút
Chọn vận tốc nước trong ống hút bùn h = 1 m/s
d

4QR
4.100

 0, 038 m = 38 mm
 .v
 .1.24.3600

Lấy d = 40mm => h = 0,96 m/s
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 23


Viện khoa học và công nghệ môi trường
Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống hút:
 .d .
Re  h h



   H2O  CT  997,08 

6

 1005,65 kg/m3

0, 7
(Coi thể tích chiếm chỗ của bùn không đáng kể)



nt  o (1  2,5CT )  8,937.104 1  2,5.


 Re 

6 
 0, 02 Ns/m3

0, 7 

0,96  0, 04 1005, 65
 1930,8 < 2320  chế độ chảy dòng
0, 02

→ hệ số ma sát được tính theo công thức:


A
64

 0, 033

Re 1930,8

(A = 64 với ống tiết diện tròn)

Chế độ chảy dòng nên bỏ qua trở lực cục bộ
Chiều dài ống hút Lh = 3,3m
 Tổn thất áp suất trong đoạn ống hút:

L v2
3,3 0,962
hh  . .
 0, 033.
.
 0,13 m
d 2g
0, 04 2  9,81
 Ống đẩy
Chọn đường kính ống đẩy d = 0,03m
ωđ = 1,64 m/s  trong khoảng 1,5 ÷ 2,5 m/s
Chuẩn số Re của chất lỏng trong ống đẩy:
Re 

d .dd . 1, 64  0, 03 1005, 65

 1649  2320  chế độ chảy dòng

0, 03

Hệ số ma sát được tính như sau:


A
64

 0, 039
Re 1649

Bỏ qua trở lực cục bộ
Chọn Lđ = 12,3 m
 Tổn tất áp suất trên đường ống đẩy:

L 2
12,3 1, 642
hd  . . d  0, 038.
.
 2,14 m
d 2g
0, 03 2  9,81
Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 24


Viện khoa học và công nghệ môi trường
Chọn chiều cao cột chất lỏng Ho = 0,25m
Vận tốc nước đi vào tháp coi bằng vận tốc nước trong ống đẩy
ω2 = 1,64 m/s


Áp suất toàn phần của bơm:

1, 642
H tp 
 0, 25  0,13  2,14  2, 66 m
2  9,81
iii.

Công suất yêu cầu trên trục bơm

Công suất trên trục bơm được tính theo công thức:

N

Q.H .g.
, kW
1000.

Trong đó:
ρ: khối lượng riêng của nước tuần hoàn, kg/m3
H: áp suất toàn phần của bơm
η: hiệu suất của bơm
Q: năng suất của bơm (m3/s)
η= ηo.ηtl.ηck

Với:

-

ηo: hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao
đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò từ các chỗ hở của bơm, chọn ηo = 0.9

-

ηck: hiệu suất cơ khí, chọn ηck= 0,95

ηtl: hiệu suất thủy lực, chọn bằng 0,85
4,167  2, 66 1005, 65  9,81
 0, 042 kW = 42W
 N
3600 1000  0,9  0,85  0,95
iv. Công suất động cơ điện
N
Áp dụng công thức: N dc 
Với:
 tr . dc
-

 ηtr: hiệu suất truyền động, chọn bằng 0,96
 ηđc: hiệu suất động cơ điện, chọn bằng 0,95

N dc 

N
0, 042

 0, 046 kW
tr .dc 0,96  0,95

Thông thường động cơ điện được chọn có công suất lớn hơn so với công suất tính
c

toán. Ndc   .Ndc ; Chọn β=1,5  Nđcc = 1,50,046 = 0,07 kW

Đồ án II__Phạm Thị Trà My__Kỹ thuật môi trường k57

Page 25