Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải công nghiệp công suất 1000m3 ngày đêm

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
1. Tên nhà máy: Nhà máy sản xuất đường mía
Thời gian làm việc: 24h/ng
Diện tích xây dựng mặt bằng xử lý:
2. Thành phần tính chất nước thải công nghiệp:
STT
Thông số
Kết quả
1

Nguồn
xả
C

Chi
chú

Lưu lượng trung bình ngày:
1000m3/ng
QTBngày
Lưu lượng giờ max: Qmaxngày
Lưu lượng giờ min: Qminngày
2
Nhiệt độ (oC)
40
27
3
pH
6.0
6.5-7.5
4

BOD5 (mg O2/l)
1600
68.4
5
COD (mg O2/l)
2400
200
6
SS (mg/l)
420
200
7
Dầu động thực vật (mg/l)
8
Phot pho tổng số (mg/l)
55
8
9
Tổng Nitơ (mg/l)
20
80
10
Đồng (mg/l)
11
Kẽm (mg/l)
12
Niken (mg/l)
13
Độ màu
135

•
Nguồn thải khác:
•
Niên hạn thiết kế: 15 năm
•
Các thông số khác cần thiết cho việc tính toán:
3. Sô liệu đòa chất thủy văn
• Mực nước ngầm
- Vào màu khô: -5.0m
- Vào màu mưa: -4.5m
• p lực tiêu chuẩn của đất: Rtc = 1.4 kg/m2
• Nhiệt độ không khí trung bình: 28oC
4. Nhiệm vụ thiết kế
- Giới thiệu, phân tích số liệu thiết kế trạm xử lý nước thải sản xuất cho nhà
máy.
- Đề xuất 2 phương án xử lý
- Tính toán các công trình đơn vò.
- So sánh 2 phương án, lựa chọn phương án tối ưu dựa trên tiêu chí cơ bản:
Kỹ thuật, kinh tế.


- Lập thuyết minh tính toán.
Tính toán các công trình đơn vò; tính toán giá thành đầu tư, giá thành cho 1 m 3
nước thải được xử lý.
5. Bản vẽ thiết kế
- Bản vẽ tổng mặt bằng trạm xử lý nước thải.
- Bản vẽ sơ đồ khối dây chuyền công nghệ xử lý
- Bản vẽ mặt cắt dây chuyền công nghệ xử lý.
- 01 bản vẽ chi tiết trong các công trình đơn vò cho phương án lựa chọn.
6. Thời gian thực hiện:

PHẦN I: CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ
I. GIỚI THIỆU SƠ LƯC
- Ngành công nghệ mía đường là một trong những ngành công nghiệp chiếm
vò trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Công nghiệp mía đường tạo ra nhiều
công ăn việc làm cho nhiều tầng lớp xã hội từ nông dân, công nhân… nhận thức
được tầm quan trọng này, chính phủ đã đề ra kế hoạch sản xuất 1 triệu tấn đường
và đã hoàn thành mục tiêu đề ra. Công nghệ sản xuất bao gồm hai giai đoạn: công
nghệ sản xuất đường thô và đường tinh luyện.
- Công nghệ sản xuất đường thô bao gồm các bước sau: mía ép mía gia
nhiệt kết tinh phân li  đường thô.
- Công nghệ sản xuất đường tinh luyện: rửa và hòa tan đường thô  làm
trong và làm sạch kết tinh hoàn tất.
- Công nghiệp mía đường ở việt nam là ngành gây ô nhiễm cao, các nguồn ô
nhiễm bao gồm: khí lò hơi, bùn lọc, nước thải…. Trong đó, nguồn ô nhiễm do nước
thải là nghiêm trọng nhất do lưu lượng và tải lượng chất ô nhiễm lớn.
- Đặt tính nước thải cần xử lý:
STT

Thông số

Kết quả

1

Lưu lượng trung bình ngày:
QTBngày
Lưu lượng giờ max: Qmaxngày
Lưu lượng giờ min: Qminngày

Nhiệt độ (oC)
pH
BOD5 (mg O2/l)
COD (mg O2/l)
SS (mg/l)
Dầu động thực vật (mg/l)
Phot pho tổng số (mg/l)
Tổng Nitơ (mg/l)
Đồng (mg/l)
Kẽm (mg/l)
Niken (mg/l)
Độ màu

1000m3/ng

Nguồn
xả
C

40
6.0
1600
2400
420

27
6.5-7.5
68.4
200
200

55
20

8
80

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

135

Chi
chú


II. PHÂN TÍCH ĐẶT TÍNH NƯỚC THẢI
- Nước thải nhà máy mía đường trên có chứa hàm lượng chấ hữu cơ cao BOD 5
(mg O2/l=1600) và mang tính axít pH= 6.0 .Đồng thời hàm lượng chất dinh dưỡng
Nitơ thiếu cho sự cần thiết của vi sinh vật.

III. CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
Xác đònh các lưu lượng tính toán và hệ số không điều hòa
Lưu lượng giờ lớn nhất
: Qhmax = 85.34 (m3/h).
Lưu lượng giờ nhỏ nhất
: Qhmin = 15.06 (m3/h).
Lưu lượng lớn nhất giây:
Qh
85.35
q = max × 1000 =
× 1000 = 23.7(l / s ).
3600
3600
- Lưu lượng giờ trung bình
Q ngày 1000
Q h tb = tb =
= 41.67(m 3 / h).
24
24
- Trạm xử lý làm việc 3 ca mỗi ngày(24/24), vậy lưu lượng bơm bằng lưu lượng
trung bình giờ: Qb = Qh tb = 41.67(m3/h).
- Hệ số giờ cao điểm
h
Qmax
85.34
h
K max = h =
= 2.05
41.67
Qtb

-

-

Hệ số giờ nhỏ nhất:
h
Qmin
15.06
h
K max = h =
= 0.36
41.67
Qtb

IV. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
1. Song chắn rác
- Do công suất nhỏ và lượng rác không lớn, chọn song chắn rác làm sạch
bằng thủ công
- Kích thước mương đặt song chắn rác
- Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bần là H = 0.7 m
h
Qmax
85.34
h=
=
= 0.135(m)
3600 × v s × B 3600 × 0.5 × 0.35
Trong đó:
h: Chiều cao lớp nước trong mương (m).
vs: Tốc độ dòng chảy trong mương (m/s). Chọn vs = 0.5 (m/s).

B: Chiều rộng mương. Chọn kích thước mương : rộng × sâu = B × H =
0.35m × 0.7m.
- Chọn kích thước thanh: rộng × dày = b × d = 5mm × 25mm và khe hở giữa các
thanh w = 25mm.
- Kích thước song chắn rác.
-


Giả sử song chắn rác có n thanh, vậy số khe hở m = n + 1.
Vậy:
B = n × b + (n + 1) × w
350 = n × 5 + (n+1) × 25
 n = 11 .
- Có thể điều chỉnh khoảng cách giữa các thanh như sau:
350 = 11 × 5 + (11 + 1) × w
 w = 24.58 (m) ≈ = 25 (m).
- Tổn thất áp lực qua song chắn rác.
- Tổng tiết diện các khe song chắn:
A = (B – b – n) × h = (0.35 – 0.005 – 11) × 0.135 = 0.04 (m2).
- Trong đó:
A: tổng tiết diện các khe song chắn (m2).
- Vận tốc dòng chảy qua song chắn:
q
23.7
V=
=
= 0.59(m / s)
A × 1000 0.04 × 1000
- Tổn thất áp lực qua song chắn:
1

1
hl =
(V 2 − v 2 s ) =
(0.59 2 − 0.52 ) = 0.007(m) = 7(mm) < 150(mm).
0.7 × 2 × g
0.7 × 2 × 9.81
Thỏa mãn.(Theo bảng 9-3 Trang 412. Sách Lâm Minh Triết - Tính toán tiết kế
công trình).
- Qua song chắn rác SSvà BOD, COD giảm 4%. Vậy hàm lượng SS vàø BOD
còn lại là :
SScòn lại = 0.96 × 420 = 403.2 (g/m3).
BODcòn lại = 0.96 × 1600 = 1536 (mg/l).
CODcòn lại = 0.96 × 2400 = 2304 (mg/l)
2. Hầm bơm tiếp nhận
- Thể tích hầm bơm tiếp nhận
Vb = Q hmax × t = (85.34 × 15)/60 = 21.34 (m3).
- Trong đó:
t: Thời gian lưu nước, chọn t = 15 phút.
- Chọn chiều cao hữu ích h = 2m, chiều cao an toàn lấy bằng chiều sâu đáy
ống cuối cùng h = 0.7m. Vậy chiều sâu tổng cộng:
H = 2 + 0.7 = 2.7(m).
- Chọn hầm bơm có dạng hình tròn, vậy đường kính hầm bơm là:
4 × Vb
4 × 21.34
D=
=
= 3.68m
π ×h
π ×2
- Kích thước hầm bơm tiếp nhận: D × H = 3.68m × 2.7m.

-


3. Bể điều hòa
Thể tích tích lũy
Thể tích tích lũy dòng vào của giờ thư ù i xác đònh như sau:
Vv(i) = Vv(i-1) + Qi
- Trong đó:
Vv(i-1): thể tích tích lũy dòng vào của giờ trước đó(m 3)
Qi: lưu lượng nước thải trong giờ đang xét (thứ i), m 3/h
- Dựa vào lưu lượng theo giờ, thể tích tích lũy vào và thể tích tích lũy bơm đi (
Vb(i)) ta có bảng thể tích tích lũy cho mỗi giờ trong ngày như sau:
thể tích
Thể tích
V(tích lũy theo
tích lũy vào
tích lũy Hiệu số
giờ)
Q (m3/h) bể
bơm đi
thể tích
Giờ trong ngày
1
22.09
22.09
41.67
-19.58
2
20.08
42.17

83.33
-41.16
3
15.06
57.23
125.00
-67.77
4
15.06
72.29
166.67
-94.38
5
15.06
87.35
208.33
-120.98
6
17.07
104.42
250.00
-145.58
7
30.12
134.54
291.67
-157.13
8
85.34
219.88

333.33
-113.45
9
80.32
300.20
375.00
-74.80
10
70.28
370.48
416.67
-46.18
11
45.18
415.66
458.33
-42.67
12
38.15
453.82
500.00
-46.18
13
35.14
488.96
541.67
-52.71
14
35.14
524.10

583.33
-59.24
15
40.16
564.26
625.00
-60.74
16
79.32
643.58
666.67
-23.09
17
54.22
697.79
708.33
-10.54
18
47.19
744.98
750.00
-5.02
19
45.18
790.16
791.67
-1.50
20
40.16
830.32

833.33
-3.01
21
49.20
879.52
875.00
4.52
22
48.19
927.71
916.67
11.05
23
42.17
969.88
958.33
11.55
24
30.12
1000.00
1000.00
0.00
Vmax
85.34
11.55
Vmin
-157.13
Vđiều hòa
168.67
-

Thể tích thực của bể điều hòa:
Vđiều hòa(tt) = (1.1 – 1.2) × Vđiều hòa = 1.2 × 168.67 = 202.4m3
- Chọn bể điều hòa có kích thước là: 6 × 6 × 6 = 216m3.
- Chiều cao của bể là 6m
4.Bể lắng đợt 1
-

-

Chọn bể lắng đợt 1 là bể lắng ly tâm.
Diện tích bề mặt bể lắng là:
Q ngày 1000
A = tb =
= 20.8(m 2 ).
LA
48

Trong đó:
LA = Tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày. LA = 48 (m3/m2.ngày). (Theo bảng
9-10-Trang 428. Sách Lâm Minh Triết- Tính toán thiết kế công trình).
- Đường kính bể lắng:
4
4 × 20.8
D=
A=
= 5.15(m) ≈ 5(m).
π
π

- Đường kính ống trung tâm:
d = 20% × D = 0.2 × 5 = 1 (m).
- Chọn chiều sâu hữu ích bể lắng: H = 4m.
- Chọn độ dốc đáy: 83 (mm/m) chiều sâu lớp bùn: hb = 83 × 2.5 = 207.5 (mm)
= 0.2 (m).
- Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0.3 (m).
- Chọn chiều cao trung hòa là, hth = 0.3m
- Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng đợt 1:
Htc = H + hb+ hbv + hth = 4 + 0.2 + 0.3+0.3 = 4.8 (m).
- Chiều cao ống trung tâm:
h = 60% × H = 60% × 4 = 2.4 (m).
- Thời gian lưu nước trong bể:
- Thể tích phần lắng:
π
π
W = ( D 2 − d 2 ) × h = (5 2 − 12 ) × 4 = 75.36(m 3 ).
4
4
- Thời gian lưu nước:
W
75.36
t=
=
= 1.8(h) ≈ 2(h).
Qtb 41.67
-

Tải trọng máng tràn:
Q
1000

Ls =
=
= 63.69(m 3 / m.ngày ) < 500(m 3 / m.ngày ) .
π ×D π ×5
Thảo mãn. (Theo bảng 9-10 Trang 428. Sách Lâm Minh Triết - Tính toán thiết kế
công trình).
- Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng:
-


H
4
=
= 0.6(mm / s).
3.6 × t 3.6 × 2
(Tra bảng 3-10 trang 129. sách Lâm Minh Triết - Tính toán thiết kế công trình ta
được hiệu suất lắng là 50%.)
- Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước thải ra khỏi bể lắng I:
C " (100 − E t )
C = tc
100
"
- Với: Ctc = 403.2mg/l hàm lượng chất lơ lửng còn lại sau khi qua bể điều hòa
C " (100 − E t ) 403.2(100 − 50)
C = tc
=
= 201.6mg / l
100
100
- Nồng độ chất lơ lưng trong nước thải sau khi qua lắng I không đạt tiêu

chuẩn để đưa vào công trình sinh học do đó phai làm thoáng sơ bộ trước khi qua
lắng I.
5. Tính toán bể làm thoáng sơ bộ:
- Thể tích bể làm thoáng sơ bộ:
Q × t 168.67 × 30
V = đh
=
= 84.34m 3 / h
60
60
- Trong đó:
Qđh lưu lượng nước thải trung bình trong bể điều hòa: 168.67 m 3/h
t là thời gian làm thoáng, t = 30’
- Lượng không khí cần cung cấp tính theo cường độ cung cấp không khí trong
3
1m nước thải:
Qkk = V × I =84.34 × 1.87 = 157.71 m3/phút
- Trong đó:
V thể tích bể làm thoáng
I cường độ cung cấp khí, I = 1.87 m3/m3.phút
- Diện tích mặt thoáng của bể trên mặt bằng tính theo công thức:
V 84.34
F=
=
≈ 22m 2
H
4
- Với H chiều cao công tác của bể, H = 4m
- Chiều cao xây dựng của bể làm thoáng sơ bộ:
Hxd = H + hbv = 4 + 0.4 = 4.4m

- Chọn bể làm thoáng sơ bộ có kích thước B × L = 4 × 5.5
- Hàm lượng chất lơ lửng sau làm thoáng sơ bộ và lắng với hiệu suất E = 65%
C " (100 − E ) 403.2 × (100 - 65)
C ll = tc
=
= 141.12mg / l
100
100
"
Với Ctc =403.2mg/l hàm lượng chất lơ lửng còn lại sau khi qua bể điều
hòa
- Vậy hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khổi bể lắng đến công trính xử
lý sinh học là: 141.12 mg/l < 150mg/l đạt yêu cầu quy đònh.
U=


- Hàm lượng BOD20 giảm với hiệu suất E = 35%, vậy sau khi làm thoáng sơ bộ
và lắng, BOD, COD còn lại sau bể lắng là:
BODcòn lại = 65% × 1536 = 998.4 mg/l).
CODcòn lại = 65% × 2304 = 1500 (mg/l)
- Vậy lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày là:
Mtươi =(403.2 × 1000 × 0.65)/1000 = 262.08 (kgSS/ngày).
- Bùn tươi của nước thải có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm = 95%), tỉ số VSS:SS =
0,75 và khối lượng riêng bùn tươi 1.053(kg/lít). Vậy lượng bùn tươi cần xử lý là:
262.08
Qtuoi =
= 5000(l / ngay ) = 5(m 3 / ngay ).
0.05 × 1.053
- Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học:
Mtươi(VSS) = 262.08 × 0.75 = 196.56 (kgVSS/ngày).

* Ghi chú: Ở đây ta kết hợp bể điều hòa với bể làm thoáng sơ bộ
6.. Tính toán bể UASB:
- Các thông số thiết kế bể UASB như sau:
- Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bể phân hủy kỵ khí từ quá trình xử lý nước
thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30kgSS/m 3.
- Tỷ lệ MLVS:MLSS của bùn trong bể UASB = 0.75
- Tải trọng bề mặt phần lắng 12m3/m2.ngày
- tải trọng thể tích Lo = 3kgCOD/m3.ngày, hiệu quả khử COD đạt 65% và
BOD5 đạt 75%
- Lượng bùn phân hủy kò khí cho vào ban đầu có TS = 5%
Y = 0.06 gVSS/gCOD, kd = 0.025ngày-1, c = 50 ngày
- Diện tích bề mặt bể lắng:
Q 1000m 3 / ngày
A=
=
= 80m 3
2
L A 12m3/m .ngày
-

Thể tích ngăn phản ứng bể UASB:
Q × C 0 1000 × 1500
1
Vr =
=
×
= 500 m 3
LCOD
3
1000

Chọn 4 đơn nguyên hình vuông, vậy mỗi cạnh của mỗi đơn nguyên là:
A
80
W=
=
= 4.5m
n
4
- Chiều cao phần phản ứng:
V
500
H= r =
= 6.25m
A
80
- Chiều cao phần phiểu thu khí: hp = 2m, chiều cao bảo vệ hbv = 0.5m
- Chiều cao tổng cộng bể UASB:
Htc = H + hp + hbv = 6.25 + 2 + 0.5 = 8.75m
- Mỗi đơn nguyên gồm 2 phễu thu khí. Mỗi phễu có chiều cao 1,7m. Đáy
phiểu thu khí có chiều dài bằng cạnh đơn nguyên l = W = 4.5m và rộng w = 1.9m
-


Vậy diện tích bề mặt khe hở giữ các phiểu thu khí là:
Akh A − A p
4.5 2 − 2 × 4.5 × 1.9
=
100% =
100% = 15.6%

A
A
4.5 2
- Giá trò này nằm trong khoảng Akh/A = 15 ÷ 20%
- Trong đó:
A: diện tích bề mặt bể
Akh: diện tích khe hở giữ các phiểu thu khí
Ap: diện tích đáy phiêu thu khí
- Mỗi đơn nguyên bố trí 10 ống phân phối vào, diện tích trung bình cho một
đầu phân phối:
4.5 × 4.5
an =
= 2.02m 2 / dầu giá trò này nằm trong khoảng 2 ÷
10
5m2/đầu
- Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 5%):
C × Vr
30 × 500
M b = ss
=
= 300tấn
TS
0.05 × 1000
- Trong đó:
Css: hàm lượng bùn trong bể, kg/m3
Vr: thể tích ngăn phản ứng
TS: hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu, %
- Hàm lượng COD của nước thải sau xử lý kò khí là:
CODra = (1 – ECOD) × CODvào = (1 – 0.75)1500 = 375 mgCOD/L
- Hàm lượng BOD5 của nước thải sau xử lý kò khí:

BODra = (1 – EBOD) × BODvào = (1 – 0.8)998.4 = 200 mgCOD/L
- Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày:
Y (S 0 − S )Q
Px =
1 + k dθ c
0.06(1500 − 375) × 1000
Px =
= 27kgVS / ngày
(1 + 0.03 × 50) × 1000
- Thể tích khí methane sinh ra mỗi ngày:
VCH4 = 350.84[(S0 – S)Qb – 1.42Px]
VCH4 = 350.84[(1500 – 375)1000/1000 – 1.42 × 27]
= 381,243l/ngày ≈ 381m3/ngày
- Trong đó:
VCH4: thể tích khí methane sinh ra trong điều kiện chuẩn (0oC và áp
suâts 1atm)
Q: lưu lượng bùn vào bể kỵ khí, m3/ngày
Px: sinh khối tế bào sinh ra mỗi ngày, kgVS/ngày
350.84: hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí methane sinh ra từ 1kg
BODL chuyển hoàn toàn thành khí methane và CO2, L CH4/kgBODL
-


-

Lượng bùn dư bơm ra mỗi ngày:
Px
27
Qw =
=

= 1.2m 3 / ngày
0.75 × C ss 0.75 × 30

Lượng chất thải rắn từ bùn dư:
Mss = Qw × Css = 1.2 × 30 = 36kgSS/ngày
7. Bể bùn hoạt tính aeroten xáo trộn hoàn toàn
-

7.1 Các thông số tình toán
- Hàm lượng BOD5 trung bình sau bể UASB là 200mg/L
- Các thông số động học như sau:
Ks = 45mg/L
Y = 0.45mgVSS/mgBOD5
kd = 0.04ngày–1.
p dụng các điều kiện sau để tính toán quá trình bùn hoạt tính xáo
trộn hoàn toàn:
+ Tỉ số MLVSS:MLSS = 0.8
+ Hàm lượng bùn tuần hoàn Cu = 8500 mgSS/L
+ Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten MLVSS = 3000mg/L
+ Thời gian lưu bùn trung bình: c = 10ngày
+ Nước thải sau lắng II chưa 68.4mg/L cặn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ
phân hủy sinh học
- BOD5:BODL = 0.68
- Hàm lượng BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ như sau:

Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng
7.2 Hàm lượng cặn lơ lửng ở đầu ra:
-

-

-

Hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy:
0.65 × 68.4 = 44.46mg/L
BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của nước thải sinh học sau lắng
II:
44.46 × 1.42 = 63.13mg/L
BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng II:
63.13 × 0.685 = 43.25 mg/L
BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng II
68.4 = C + 43.24
⇒ C = 68.4 – 43.24 = 25.16 mg/L
Hiệu quả xử lý BOD5 của aeroten:
S −S
200 − 68.4
E= 0
100% =
= 65.8%
S0
200

7.3 Tính thể tích bể:
-

Thể tích aeroten được tính theo công thức 2 công thức sau:
θ × Y × (S 0 − S )
X= C
θ (1 + k d × θ C )

θ=
-

-

Vr
Q

Trong đó:
c: thời gian lưu bùn
Q: lưu lượng nước thải
Y: hệ số sản lượng tế bào
S0: BOD5 nước thải vào bể aeroten
S: nồng độ BOD5 sau lắng II
X: hàm lượng tế bào chất trong bể
kd: hệ số phân hủy nội bào
Thế  vào phương trình trên ta xác đònh được thể tích bể aeroten như sau:
θ × Q × Y × (S 0 − S ) 10 × 200 × 0.45 × (200 − 68.4)
Vr = c
=
= 131.6m 3
X × (1 + k d θ c )
3000(1 + 0.05 × 10)

7.4 Thời gian lưu nước của bể aeroten:
V 131.6
=
= 3h
Q 41.67

- Các giá trò đặc trưng cho kích thước bể aeroten xáo trộn hoàn toàn được
trình bài theo bảng sau:

τ=

Thông số
Giá trò
Chiều cao hữu ích,m
3.0 ÷ 4.6
Chiều cao bảo vệ, m
0.3 ÷ 0.6
Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch
0.45 ÷ 0.75
tán khí, m
1.0:1 ÷ 2.2:1
Tỉ số rộng:sâu (W:H)
- Chọn chiều cao hữu ích H = 4.0m; chiều cao bảo vệ hbv = 0.5m. Vậy chiều
cao tổng cộng là:
Htc = 4.0 + 0.5 = 4.5m
- Chọn tỉ số W:H = 1:1 vậy chiều rộng bể là: W = H = 4.0m
- Chiều dài L của bể là:
V
131.6
L=
=
= 8.23m
W×H
4×4
7.5 Tính lượng bùn dư thải ra mỗi ngày:
-

Hệ số sản lượng quan sát (Yobs) tính theo phương trình:
Y
0.45
Yobs =
=
= 0.32mg / mg
1 + k d θ c 1 + 0.04 × 10

-

Lượng bùn dư ra mỗi ngày theo SS
Px = Yobs × Q × (BODvào – BODra) = 0.32 × 1000 × (200 – 25.16)/1000
= 55.95kgVSS/ngày


Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS:
Px(ss) = 55.95/0.75 = 74.6 kgVSS/ngày
- Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:
- Lượng bùn dư cần xử lý = tổng lượng bùn – lượng SS trôi ra khỏi lắng II
Mdư(ss) = 74.6 - 1000 × 68.4 × 10–3 = 6.2 kgVSS/ngày
- Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý:
Mdư(SS) = 6.2 × 0.75 = 4.65 kgVSS/ngày
- Hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy vể lắng có hàm lượng chất rắn là
0.75% và khối lượng riêng là 1.008 kg/L. Vậy hàm lượng bùn dư cần xử lý:
6.2
Qdu =
= 833.28L / ngày ≈ 0.833m 3 / ngày
0.0075 × 1.008
- Dựa vào sự cân bằng sinh khối quanh bể aeroten, ta xác đònh tỉ lệ bùn hoạt

tính dựa trên phương trình cân bằng sinh khối như sau:QX 0 + QrX = (Q + Qr)X
- Trong đó:
X0: hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào, mg/L
Q: lưu lượng vào bể, m3/ngày
Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/ngày
X0: hàm lượng SS của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn, mg/L
X: hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten, mg MLSS/L
- Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten:
MLSS = MLVSS/0.8 = 3000/0.8 = 3750 mgss/L
- X0 = 0 và Qr = Q. Ta chia hai vế cho Q, biểu thức trên có thể triển khai
như sau:
X
3750
α=
=
= 0.79
X u − X 8500 − 3750
-

-

-

-

Trong đó:: hệ số tuần hoàn,  = Qr/Q
Vậy lưu lượng bùn tuần hoàn:
Qr = Q = 0.79 × 1000 = 790m3/ngày
Kiểm tra tải trọng thể tích LBOD và tỉ số F/M
Tải trọng thể tích:

QS 0
1000 × 200
L BOD =
=
= 1.52 kgBOD5 / m 3 .ngày
Vr
131.6 × 1000
Trò số này nằm trong khoảng cho phép (LBOD = 0.8 ÷ 0.9)
Tỉ số F/M
S
200
F/M = 0 =
= 0.53ngày −1
θX 3 / 24 × 3000
Nằm trong khoảng cho phép là 0.2 ÷ 0.6 ngày–1.
Tính lượng khí cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính, biết hiệu xuất chuyển
hóa oxygen của thiết bò khếch tán khí là E = 9%, hệ số an toàn f = 2,0 để
tính công suất thực tế của máy thổi khí.


-

BOD5 = 0.694BODL, vậy lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh bùn hoạt
tính là:

Q(S 0 − S ) 1000(200 − 25.16)
=
= 255.61kgBOD / ngày
0.684
0.684 × 1000

- Nhu cầu cho quá trình;
MO2 = MBODL – 1.42Px(VSS) = 255.61 – 1.42 × 74.6 = 149.68 kgO2/ngày
- Không khí có khoảng 23.2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng không khí
là 1.20kg/m3. Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình là:
M O2
149.68
M kk =
=
= 537.64m 3 / ngày
0.232 × 1.2 0.232 × 1.2
- Kiểm tra lượng khí cần thiết cho quá trình xáo trộn hoàn toàn:
M
537.64
q = kk =
1000 = 31.52 L / m 3 . phút
EVr 0.09 × 131.6 × 1440
- Trò số này nằm trong khoảng cho phép: q = 20 ÷ 40 L/m3.phút
- Như vậy lượng khí cấp cho quá trình bùn hoạt tính cũng đủ cho nhu cầu xáo
trộn hoàn toàn.
- Lượng khí cần thiết của máy thổi khí:
M
537.64
Qkk = f kk = 2.0
= 8.3m 3 / phút
E
0.09 × 1440
7.6 Tính toán hệ thống phân phối khí trong bể AEROTEN
M BOD =

-

Hệ thống phân phối khí được bố trí dọc theo hai bên thành của bể là đường
ống cấp khí chính, từ đó sẽ có các ống nhánh đi dọc xuống đáy bể. Chọn hệ
thống phân phối dạng đóa sứ.

-

Từ nhà chứa các thiết bò sục khí 1 ống chính được dẫn dọc theo thành bể từ
đó nối vào các ống nhánh.

-

Lưu lượng khí vào mỗi ống chính
Q
104.27
q= k =
= 52.14(l / s ) =8300/*60=138.3(l/s)
2
2

(Theo “ Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp”- Lâm Minh Triết – 2004)
- Lưu lượng khí qua đóa sứ 11 ÷ 96 (l/phút), chọn q = 96 (l/phút) = 1.6 (l/s)
-

Số đóa khuếch tán khí:
Q
6256.2
n= k =
= 65.17 (cái) =8300/96=86.5(cai)
q

96
→ bố trí 90 đóa. Bố trí dọc theo chiều dài bể. Số ống nhánh trên mỗi ống

chính là 6.
-

Khoảng cách giữa các ống nhánh


l=

L 8.23
=
= 1.37 m
5
6

-

Số đóa trên một ống nhánh
n 90
n1 = =
= 15 (đóa)
5 6

-

Khoảng cách giữa các đóa:
B
4

r=
=
= 0.27(m)
n1 15

7.7 Tính tóan thủy lực ống dẫn khí
-

Từ lưu lượng khí QKK = 8300 (l/s) = 433.7 (m3/h) và vận tốc 14 ÷ 20 (m/s)
(Bảng – 3), Ta có thể chọn đường kính D = 100 mm (Tra phụ lục 3 – Kỹ
thuật thông gió – GS. Trần Ngọc Chấn)

-

Lưu lượng mỗi ống chính là 69.17(l/s) và vận tốc 6 ÷ 9 (m/s) , chọn đường
kính của 2 ống chính là 100 mm.

-

Lưu lượng khí qua từng ống nhánh
69.17
q nhanh =
= 13.8(l / s)
5

-

Từ lưu lượng khí qnhánh = 13.8(l/s), Ta có thể chọn đường kính dnhánh = 50 mm.

- Hiệu quả xử lý P sau khi đi qua 2 bể UASB và bể aeroten là 90% như vậy

lượng P còn lại trong nước thải qua bể lắng hai là: (100 – 90) × 55/100 = 5.5mg/L
8. Bể lắng ly tâm đợt hai:
- Bể lắng ly tâm đợt hai làm nhiệm vụ lắng hỗn hợp nước – bùn từ bể aeroten
dẫn đến và bùn lắng ở đây được gọi là bùn hoạt tính.
- Số liệu để tính toán bể lắng đợt hai lấy theo điều 6.5.6 và 6.5.7 – tiêu chuẩn
xây dựng TCXD 51-84:
- Thời gian lắng và xử lý sinh học hoàn toàn: t = 2h
- Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt II với nồng độ
BOD20 sau xử lý là (68.4 mg/L) là 100 mg/L
- Thể tích bể lắng đợt II là:
W = Qtb × t = 168.67 × 2 = 337.34 m3.
- Chọn 3 bể lắng đợt II như vậy thể tích bể lắng mỗi bể là: 112.45 m 3. Chọn
đường kính bể lắng II bằng đường kính đợt I: D = 5m. Như vậy diện tích của
mỗi bể tính như sau:
πD 2 3.14 × 5 2
F1 =
=
= 19.63m 2
4
4
- Chều sâu vùng lắng của bể lắng II là:
W 112.45
H1 =
=
= 5.7m
F1 19.63


Chọn chiều cao trung hòa là, hth = 0.3m
Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.5m

Chiều cao lớp bùn trong bể lắng, hb = 0.5m
Vậy tổng chiều cao xây dựng là:
Hxd = H1 + hth + hbv + hb = 5.7 + 0.3 + 0.5 + 0.5 = 7m
- Thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng đợt hai là:
(C b − C tr ) × Qth −h × 100 × t
Wb =
(100 − P ) × 1000 × 1000 × n
- Trong đó:
Cb: hàm lượng bùn hoạt tính trong nước thải ra khỏi bể aeroten, C b =
3
200g/m .
Ctr hàm lượng chất lơ lửng trôi ra khỏi bể lắng hai, Ctr = 100mg/m3.
t: thời gian tích lũy bùn hoạt tính trong bể lắng II: t = 2h
P: độ ẩm của bùn hoạt tính, P = 99.4%
n: số bể lắng công tác: 3 bể
Qtb: lưu lượng trung bình của nước thải.
(200 − 100)168.67 × 100 × 2
Wb =
= 1.87m 3
(100 − 99.4)1000 × 1000 × 3
- Việc xả bùn ra khỏi bể lắng II được thực hiện bằng áp lực thủy tỉnh 0.9 –
1.2m và đường kính ống dẫn bùn mm.
9. Tính toán bể nén bùn ly tâm:
-

Hàm lượng bùn hoạt tính dư:
Bd = (α × C ll ) − C tr = (1.3 × 141.12) − 100 = 83.46mg / l
-

Trong đó: Bd = hàm lượng bùn hoạt tính dư, mg/l;

hệ số tính toán lấy bằng 1.3 (aeroten xử lý ở mức độ hoàn

toàn)
141.12mg/l

Cl l = hàm lượng chất lơ lững trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt I, C ll =
Ctr = hàm lượng chất lơ lững trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt II, C tr

= 100mg/l
- Lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất (Bd.max):
Bd.max = K × Bd = 1.15 × 83.46 = 95.97mg / l
- Trong đó: K= hệ số bùn tăng trưởng không điều hòa tháng, K= 1.151.20, chọn K = 1.15
-

Lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất giờ:
q max =

-

(1 − P ) × Bd . max × Q (1 − 0.79) × 95.97 × 1000
=
= 0.56m 3 / h
24 × C d
24 × 1500

Trong đó: qmax = lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất, m3/h;
P = phần trăm lượng bùn hoạt tính về aeroten, P = 79%


Q = lưu lượng trung bình ngày đêm của hỗn hợp;

Cd = nồng độ bùn hoạt tính dư phụ thuộc vào đặc tính của bùn (điều
6.10.3 TCXD-51-84) và được lấy theo bảng 3-12 (trang 155; sách xử lý nước thải đô
thò và công nghiệp - Lâm Minh Triết): Cd=1500mg/L.
- Diện tích bể nén bùn ly tâm:
q
0.56
F1 = max =
≈ 1.5m 2
q0
0.5
Trong đó:
q0= tải trọng tính toán lên diện tích mặt thoáng của bể nén bùn,
3
2
m /m .h và được chọn phụ thuộc và nồng độ bùn hoạt tính dẫn vào bể nén bùn như
sau:
q0= 0.5 m3/m2.h ứng với nồng đọ của bùn hoạt tính trong khoảng:
1500-3000 mg/L
q0= 0.3 m3/m2.h ứng với nồng đọ của bùn hoạt tính trong khoảng:
5000-8000 mg/L
trong trường hợp đang xét: bùn hoạt tính được dẫn vào bể lắng đợt
II ứng với Cd=1500 mg/L, chọn q0= 0.5 m3/m2.h
- Số bể nén bùn là 2 trong đó có một bể dự phòng
- Đường kính của bể nén bùn ly tâm:
4 × F1
4 × 1.5
D=
=
= 1.38m ≈ 1.5m
π ×n

π ×1
- Trong đó: F1 = diện tích của bể nén bùn, F1 = 1.5m2
- Chiều cao công tác của vùng nén bùn:
H = q 0 × t = 0.3 × 5 = 1.5m
-

Trong đó: t = thời gian nén bùn, có thể lấy theo bảng 3 - 12. đối với
bể nén bùn ly tâm, với Cd = 1500mg/L, ta có t = 5-8h, chọn t = 5h.
- Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn ly tâm:
Htc= H + h1 + h2 + h3= 1.5 + 0.4 + 0.3 + 0.5 = 2.7m
- Tốc độ quay của hệ thông thanh gạt là: 0.75-4h-1( khi dùng bơm bùn 1h-1)
- Độ nghiêng ở đáy bể nén bùn tính từ thành bể đến hố thu bùn như sau:
- Dùng hệ thống thanh gạt : i = 0.01
- Bùn đã nén được xả đònh kỳ dưới áp lực thủy tónh 0.5 -1.0m.
- Bể nén bùn được thiết kế và đặt ở vò trí tương đối cao để cho nước sau khi
tách bùn có thể dẫn tự chảy trở lại aeroten để có thể tiếp tục xử lý một lần nữa.
10. Công trình xả:
- Nước thải sau khi qua bể lắng II được dẫn ra công xả bằng đường ống ngầm
với chiều dài 100m. Hệ thống ống dẫn này kết thúc ở giếng kiểm tra trước hệ
thống gốp nước thải của tuyến ống thoát nước thải của khu vực.
Nhiệm vụ của công trình xả nước thải ra hệ thống thoát nước khu vực.


11. Công trình bổ sung chất dinh dưỡng.
Bể chứa Urê (nồng độ 10%) và bơm châm dung dòch urê
Trong xử lý sinh học bằng quá trình lọc sinh học dính bám, tỷ lệ BOD : N =
100 : 5, do đó với BOD đầu vào = 724 mg/L, lượng N cần thiết là:
5 x1600
N=
= 80 mg/L

100
- Phân tử lượng của urê (H2N – CO – NH2) = 60
- Khối lượng phân tử N2 = 2 x 14 = 28
N
80
=
- Tỷ lệ khối lượng:
Ure 60
60 x80
= 171.4 mg/L
- Lượng urê cần thiết =
28
- Lưu lượng nước thải trung bình cần xử lý: Q = 1000 m 3/ngày
1000 x171.4
= 171.4 (kg/ngày)
- Lượng Urê tiêu thụ =
1.000
- Nồng độ dung dòch Urê sử dụng = 10% hay 100 kg/m3
171.4
= 1.714 m3/ngày
- Lưu lượng dung dòch urê cung cấp =
100
- Thời gian lưu nước dung dòch 1 ngày
- Thể tích bể yêu cầu = 1.714 m3
- Chọn: 01 máy bơm châm urê (1 vận hành, 1 dự phòng)
Đặc tính bơm đònh lượng: Q = 71.4 l/giờ.
- Chất dinh dưỡng được bổ sung vào trong nước thải tại bể làm thoáng sơ bộ
V. TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN II:
-

Trong phương án 2 ta chỉ thay thế bể aeroten và bể lắng II bằng bể aeroten
kết hợp bể lắng II.
* Tính toán bể aeroten kết hợp lắng ii
- Thời gian làm thoáng nước thải trong ngăn aeroten:
L − Lt
292.4 − 100
t= a
=
= 2.6h
a(1 − s) ρ 4.5(1 − 0.23) × 21
- Trong đó:
La Hàm lượng BOD20 của nước thải vào ngăn aeroten, La = 292,4mg/L
Lt Hàm lượng BOD20 của nước thải sau xử lý, Lt = 100 mg/L
a Liều lượng bùn hoạt tính, tính bằng g/L. a = 4.5g/L (lấy theo tiêu
chuẩn xây dựng 51 – 84.)
s độ tro của bùn, đối với nước thải công nghiệp s = 0.18 ÷ 0.28, chọn
s = 0.23
tốc độ oxy hóa, mg BOD20 của một g chât tro của bùn trong
1h, = 21mgBOD20/g (TCXD – 51 – 84)
-


-

-

-

Thời gian làm thoáng tính theo công thức trên ứng với nhiệt độ trung bình
năm của nước thải bằng 15oC

Do đó với t1 = 27 oC ta có:
15
t = 2.6
= 1.5h
27
Để bảo đảm cho aeroten – bể lắng II làm việc bình thương và ổn đinh, thời
gian làm thoáng được tăng thêm 2h, khi đó thời gian làm thoáng là: 1.5 + 2 =
3.5h
Tổng thể tích ngăn aeroten được tính theo công thức
Wa = Qtb × t = 41.67 × 3.5 = 145.85m3
Trong đó:
Qtb lưu lượng trung bình của nước thải qua thời gian thổi khí là 3.5h. Q tb =
1000/24 = 41.67m3/h
Chiều dài tổng cộng của bể được tính theo công thức:

L=
-

WA

H × BA

=

145.85
= 9m
4× 4

Chiều rộng tính toán của ngăn lắng:
QTB

0.012
BL =
=
= 0.6m
n × H × v1 1 × 4 × 0.005

Trong đó:
QTB: lưu lượng trung bình của nước thải: 0.012m3/h
H: độ sâu lớp nước trong ngăn lắng, lấy bằng độ sâu lớp nước trong
aeroten.
v1: tốc độ dòng chảy trong ngăn lắng, 5mm/s.
n: số đơn nguyên của ngăn lắng.
- Khoảng cách h từ gờ dưới của tường ngăn đến đáy bể:
-

h=
D=

QTB
0.012
=
= 0.38m
n× L ×v
1× 9 × 0.0035
2
Z (L a − L t )
K1 × K 2 × n1 × n 2 (C p − C )

- Trong đó: v2: tốc độ chuyển động của nước thải qua khe hở: 3.5mm/s
- Lưu lượng riêng của không khí( lượng không khí cần thiết cho 1m 3 nước

thải, còn gọi là lưu lượng không khí đơn vò)
D: lưu lượng riêng của không khí: m3/m3
Z: lưu lượng oxi của không khí : 0.9mg/mg
K1: hệ số tính đến kiểu thiết bò phân tán không khí. K1 = 1.94
K2: hệ số phụ thuộc vào độ sâu đặt thiết bò phân tán không khí. K 2 =
2.52


n1: hệ số tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải được xác đònh:

n1 = 1 + 0.02(t tb − 20) = 1 + 0.02(44 − 20) = 1.

đây ttb nhiệt độ trung bình trong nước thải.
n2: hệ số tính đến quan hệ giữa tốc độ hòa tan của oxy vào hỗn hợp
nước thải và bùn với tốc đô hòa tan oxy trong nước sạch, n 2 = 0.72 (ứng với tỷ lệ
Ft/F = 0.4)
Cp: độ hòa tan của oxy không khí trong nước:

h
4
C p = Ct (1 +
) = 39.33(1 +
) = 46.97 mg / L
20.6
20.6

Ở đây: Ct độ hòa tan của oxy trong nước (mg/L) phụ thuộc vào nhiệt
độ và áp suất lấy theo bảng tính độ hòa tan của oxy của khí quyển trong nước.
h độ sâu đặt thiết bò phân tán không khí, h = 4m
C: nồng độ trung bình dủa oxy trong ngăn aeroten, 2mg/L

- Như vậy trò số lưu lượng riêng của không khí D như sau:
1.1(292.4 − 100)
D=
= 0.9m 3 / m 3
1.94 × 2.52 ×1.48 × 0.72 × (46.97 − 2)
- Cường độ làm thoáng:
D × H 0.9 × 4
I=
=
= 1.02m 3 / m 2 .h
t
3.5
- Theo bảng 3-30 và bảng 3-31 ta có Imax = 40 m3/m2.h, Imin = 3.5 m3/m2.h.
- Như vậy kết quả tính toán cho thấy I < Imin nên cần phải tăng thêm lưu lượng
không khí để đạt Imin, khi đó
I × t 3.5 × 3.5
D = min
=
= 3.06m 3 / m 3
H
4
- Lượng không khí tổng cộng:
V = D × Q = 3.06 × 41.67 = 127.5 m3/h
- Việc phân phối điều không khí trong lớp nước ở ngăn làm thoáng có ý nghóa
quan trong để bảo đảm quá trình oxy hóa sinh học xảy ra với hiệu quả cần thiết.
- Chọn thiết bò phân tán không khí dạng tạo bọt khí nhỏ thường sử dụng các
tấm xốp. Không khí được bơm qua các ống chính đến ống đứng tới máng có lát tấm
hỗn hợp keramdit – oxyt nhôm (và bằng một số vật liệu khác…)
- Số lượng các tấm xốp:
V × 1000 127.5 × 1000

N=
=
≈ 26tấm
60 × d
60 × 80
- Trong đó: d = lưu lượng đơn vò của không khí. Đối với tấm xớp kích thước
×
0.3 0.3 × 0.04, d = 80 ÷ 120 L/phút, chọn 80L/phút
- Các tấm xốp được bố trí thành hai hàng, mỗi hàng gồm 13 tấm
- Dùng tấm xốp để phân tán không khí có ưu điểm hơn so với ống có lỗ và hệ
số sử dụng không khí lớn hơn đến 1.75 lần. Tuy nhiên chúng cũng có nhược điểm
là các chất ô nhiễm, bụi trong không khí, vi sinh vật phát triển có thể làm bít các
lỗ rỗng của tấm xốp, làm tăng tổn thất áp lực. Do vậy, cần tiến hành hoàn nguyên


các tấm xốp đó đònh kỳ bằng cách tháo gỡ , cọ sạch hoặc dùng axit clohydric 30%
để tẩy sạch.
- Còn việc phân phối nước thải vào ngăn làm thoáng được thực hiện bằng
đường ống phân phối đặt dọc theo chiều dài của ngăn bể (hoặc bằng mương dẫn
chạy dọc theo chiều dài bể. Khoảng cách giữa các vòi phân phối nước thải bằng 2
lần chiều ngang của bể:
L1 = 2B = 2 × 4 = 8m
- Bùn hoạt tính ở ngăn lắng cũng được thực hiện bằng các đường ống hút bùn
đặt cách nhau một khoảng L2 = 5m dọc theo chiều dài.
Thể tích bùn hoạt tính sinh ra trong ngăn lắng:
b × Q × 100
220 × 1000 × 100
Wb =
=
= 36.67m 3 / h

(100 − P ) × 1000 × 1000 (100 − 99.4) × 1000 × 1000
- Trong đó:
b lượng bùn hoạt tính dư, b = 220mg/l tưng ứng với BOD20 = 100mg/L
P độ ẩm của bùn hoạt tính, P = 99.4%