Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt lưu lượng 10000 m3ngày theo công nghệ AAO
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.13 MB, 55 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
______________________________________________________________
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT LƯU LƯỢNG
10000 m3/ngày THEO CÔNG NGHỆ AAO
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đức Long
Lớp
: Kỹ thuật Môi trường
Khóa
: 52
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Trần Ngọc Tân
HÀ NỘI - 11/2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
________________
______________
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Họ và tên: Nguyễn Đức Long
Số hiệu sinh viên: 20071777
Lớp: Kỹ thuật môi trường
Khoá: 52
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Ngành: Kỹ thuật môi trường
1.Đầu đề thiết kế:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt lưu lượng 10000 m3/ngày theo công nghệ AAO
2. Các số liệu ban đầu:
Q = 10000 m3/ngày = 417 m3/h = 7 m3/min = 0,116 m3/s
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
-
Phân tích lựa chọn công nghệ xử lý
Tính toán các thiết bị chính
Tính toán các thiết bị phụ
Tính chi phí xử lý
4. Các bản vẽ và đồ thị:
-
Bản vẽ sơ đồ công nghệ đầy đủ
Bản vẽ bố trí tổng mặt bằng
Bản vẽ bố trí cao trình
Bản vẽ chi tiết thiết bị chính
5. Cán bộ hướng dẫn
ThS. Trần Ngọc Tân
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án chuyên ngành: 28/9/2011
7. Ngày hoàn thành đồ án chuyên ngành:
Hà Nội, ngày
tháng
năm
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
Nguyễn Đức Long
Lời cảm ơn
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Trần Ngọc Tân đã nhiệt tình
hướng dẫn em hoàn thành Đồ án chuyên ngành “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải
sinh hoạt lưu lượng 10000 m3/ngày theo công nghệ AAO”.
Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn lớp Kỹ thuật môi trường
khóa 52 vì những trao đổi sôi nổi liên quan đến Đồ án chuyên ngành.
Hà Nội, 12/2011
Nguyễn Đức Long
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo công nghệ AAO
Mục Lục
4
Nguyễn Đức Long
Chương 1.
Phân tích lựa chọn công nghệ AAO xử lý nước thải sinh hoạt
1. Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt được sinh ra từ các khu dân cư, khu vực hoạt động
thương mại, công sở, trường học và các nơi tương tự khác.
Lượng phát sinh nước thải sinh hoạt rất lớn, tùy thuộc vào mức thu nhập,
thói quen của dân cư và điều kiện khí hậu. Đối với các nước phát triển chẳng hạn
như Mỹ thì một gia đình ba người sử dụng lượng nước 400 l/người.ngày[2], còn
mức sử dụng nước trùng bình của thế giới là 35 – 90 l/người.ngày[1] và ở Việt Nam
tiêu chuẩn cấp nước cho các đô thị trung bình và nhỏ ở mức 75 – 80 l/người.ngày,
các đô thị lớn ở mức 100 – 150 l/người.ngày, vùng nông thôn ở mức 50
l/người.ngày[3]. Có thể ước tính 60 – 90% lượng nước cấp cho sinh hoạt trở thành
nước thải sinh hoạt tùy theo vùng và thời tiết[1].
Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất hữu cơ, các
chất dinh dưỡng và các chất rắn lơ lửng. WHO (1993)[4] đưa ra tải trọng các chất ô
nhiễm tính cho một người dân để xác định nồng độ các chất ô nhiễm đầu vào cho hệ
thống xử lý nước thải sinh hoạt như Bảng 1. 1.
Bảng 1. 1. Tải trọng các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đô thị
Chất ô nhiễm
BOD5
COD
TOC
TS
SS
Dầu mỡ
Độ kiềm (CaCO3)
Chlorides
TN (N)
Org – N
Ammonia
TP (P)
Org – P
Inorg – P
Tổng Coliform
Tải lượng (g/ người.ngày)
45 – 54
(1,6 – 1,9)BOD5
(0,6 – 1,0)BOD5
170 – 220
70 – 145
10 – 30
20 – 30
4–8
6 – 12
0,4TN
0,6TN
(0,0 – 0,05)TN
0,6 – 4,5
0,3TP
0,7TP
6
10 – 109 MNP/100ml
Nguồn: [4]
Đối với các đô thị ở Việt Nam thì tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một
người dân có thể tham khảo theo Bảng 1. 2.
~5~
Nguyễn Đức Long
Bảng 1. 2. Tải trọng các chất ô nhiễm tính cho một người dân Việt Nam
Chất ô nhiễm
SS
BOD5
Chất hoạt động bề mặt
Dầu mỡ
Cl-
Tải trọng (g/người.ngày)
60 – 65
30 – 35
8
1,44
3,3
2 – 2,5
10
Nguồn: [6]
Giá trị điển hình của nồng độ các chất ô nhiễm của nước thải sinh hoạt được
cho trong Bảng 1. 3.
Bảng 1. 3. Tính chất điển hình của nước thải sinh hoạt đô thị
Chất ô nhiễm
BOD5
COD
TOC
TS
SS
Dầu mỡ
Chlorides
TN
Org – N
Ammonia
TP
Org – P
Inorg – P
Tổng Coliform
Đơn vị
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
MNP/100ml
Loãng
Nồng độ
Vừa phải
Đậm đặc
110
250
80
390
120
50
30
20
8
12
0
0
4
1
3
6
10 - 108
190
430
140
720
210
90
50
40
15
25
0
0
7
2
5
7
10 - 109
350
800
260
1230
400
100
90
70
25
45
0
0
12
4
10
7
10 - 1010
Nguồn: [1]
Nước thải sinh hoạt nếu không được xử lý trước khi thải ra các nguồn tiếp
nhận thì sẽ gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe.
Nước thải sinh hoạt chứa các chất dinh dưỡng (N, P) có thể gây hiện tượng phú
dưỡng các thủy vực nước ngọt. Các nguồn tiếp nhận (sông, hồ) bị ô nhiễm tức là
suy giảm cả về chất và lượng đối với tài nguyên nước vốn đã rất hạn chế. Ô nhiễm
nguồn nước được cho là nguyên nhân gây ra các bệnh như tiêu chảy, lỵ, tả, thương
hàn, viêm gan A, giun, sán.
Ở Việt Nam cấp nước sạch sinh hoạt và xử lý nước thải sinh hoạt đang là
một vấn đề nan giải. Theo BTN&MTVN (2005) [3] năm 2004 lượng nước sạch sinh
hoạt cấp cho đô thị là 3450000 m 3/ngày với tỷ lệ thất thoát 35 – 50%, lượng nước
~6~
Nguyễn Đức Long
sạch sinh hoạt cấp cho nông thôn mới đạt 40 – 60%, và hầu hết nước thải sinh hoạt
chưa được xử lý. Cũng theo BTN&MTVN (2010) [5] thì lượng nước sạch sinh hoạt
cấp ở thành phố Hồ Chí Minh là 1200000 m 3/ngày, cùng với quy hoạch 9 nhà máy
xử lý nước thải sinh hoạt, tuy nhiên dự kiến đến 2015 tỷ lệ nước thải sinh hoạt được
xử lý cũng chỉ khoảng 50%.
2. Phân tích lựa chọn công nghệ AAO xử lý nước thải sinh hoạt
Cơ sở chung lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt có thể kể ra theo 6
yếu tố sau đây [2]:
-
Tính chất của nước thải đầu vào;
Yêu cầu xử lý nước thải theo tiêu chuẩn môi trường;
Độ tin cậy của hệ thống;
Giới hạn thiết bị;
Tuổi thọ thiết kế;
Chi phí đầu tư và vận hành.
Có rất nhiều công nghệ có thể lựa chọn để xử lý nước thải sinh hoạt cho từng
trường hợp cụ thể như: aeroten truyền thống, SBR, MBR, AO, AAO,….
Trong số đó công nghệ AAO có khả năng được chấp nhận trong nhiều
trường hợp. Công nghệ AAO được xem là tiên tiến so với công nghệ aeroten truyền
thống nhờ khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ, N và P, sinh ra ít bùn hơn và bùn
lắng tốt, vận hành đơn giản và tiết kiệm năng lượng [1]. Hiện tại ở Việt Nam xử lý
nước thải bằng công nghệ AAO đã được triển khai ở một số nơi như Trung tâm Hội
nghị quốc gia, Khu đô thị Mỹ Đình 2 (Hà Nội).
Giới thiệu về công nghệ AAO:
Sơ đồ công nghệ AAO mô tả như Hình 1. 1
Hình 1. 1. Sơ đồ công nghệ AAO
Công nghệ AAO bao gồm ba vùng liên kết với nhau: anaerobic (yếm khí),
anoxic (thiếu khí) và oxic (hiếu khí). Thông thường mỗi vùng được chia làm vài
ngăn. Hệ thống các điều kiện môi trường khác nhau như vậy cho phép xử lý đồng
thời các chất hữu cơ, N và P. Bùn hoạt tính được tuần hoàn về vùng anaerobic. Hỗn
hợp lỏng nội tuần hoàn từ cuối vùng oxic chứa và đến vùng anoxic để thực hiện
quá trình denitrate hóa. Các thông số thiết kế của công nghệ AAO được cho như
trong Bảng 1. 3.
~7~
Nguyễn Đức Long
Bảng 1. 3. Các thông số thiết kế của công nghệ AAO
SRT = 5 – 25 ngày
MLSS = 3000 – 4000 mg/l
HRT của các vùng:
Anaerobic: 0,5 – 1,5 h
Anoxic: 0,5 – 1 h
Oxic: 4 – 8 h
RAS = 25 – 100% dòng nước thải đầu vào
Hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn = 100 – 400% dòng nước thải đầu vào
Tuổi thọ thiết kế > 15 năm
Nguồn: [1, 2]
Công nghệ AAO thường sử dụng cánh khuấy chìm để khuấy trộn trong các
vùng anaerobic và anoxic. Có nhiều kiểu thiết bị thổi khí được sử dụng để đáp ứng
DO ở vùng oxic.
Công nghệ AAO có thể đạt được chất lượng nước đầu ra đến ≤ 1 mg/l TP
và . Tuy nhiên NOx – N dòng ra thường giới hạn khoảng 6 – 10 mg/l và phụ thuộc
vào dòng vào cũng như hỗn hợp lỏng nội tuần hoàn.
3. Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO
3. 1. Xác định dữ liệu thiết kế
a) Lưu lượng nước thải sinh hoạt
Lưu lượng nước thải sinh hoạt trung bình:
Q = 10.000 m3/ ngày
= 417 m3/h = 7 m3/min = 0,116 m3/s = 116 l/s
Giả sử tiêu chuẩn cấp nước sạch sinh hoạt qc = 200 l/người.ngày và tiêu
chuẩn thoát nước thải sinh hoạt bằng 80% lượng đó qt = 160 l/người.ngày.
Ước tính dân số:
Lưu lượng nước thải sinh hoạt lớn nhất:
Qmax = QKomax
ở đây Komax = hệ số không điều hòa lưu lượng lớn nhất = 1,62 (theo TCVN
7957: 2008 với Qtb = 116 l/s).
Qmax = 10000.1,62 = 16200 m3/ngày = 675 m3/h
= 11,25 m3/ min = 0,188 m3/s = 188 l/s
Lưu lượng nước thải sinh hoạt nhỏ nhất:
Qmin = QKomin
ở đây Komin = hệ số không điều hòa lưu lượng lớn nhất = 0,5924 (theo TCVN
7957: 2008 với Q = 116 l/s).
~8~
Nguyễn Đức Long
Qmin = 10000.0,5924 = 5924 m3/ngày = 246,83 m3/h
= 4,11 m3/ min = 0,07 m3/s = 68,56 l/s
b) Tính chất nước thải sinh hoạt đầu vào
• Hàm lượng SS của nước thải sinh hoạt đầu vào:
với nSS – tải trọng SS tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo TCVN 7957: 2008.
• BOD5 của nước thải sinh hoạt đầu vào:
với nBOD5 – tải trọng BOD5 tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo TCVN 7957:
2008.
• Nồng độ NH4 – N của nước thải sinh hoạt đầu vào:
với – tải trọng NH4-N tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo TCVN 7957: 2008.
• Nồng độ TKN của nước thải sinh hoạt đầu vào:
với nTKN – tải trọng TKN tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo WHO (1993).
• Nồng độ TP của nước thải sinh hoạt đầu vào:
với – tải trọng TP tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo WHO (1993)
• Độ kiềm của nước thải sinh hoạt đầu vào:
với – tải trọng độ kiềm tính cho 1 người dân trong 1 ngày theo WHO (1993).
c) Yêu cầu nước thải sinh hoạt đầu ra
Giả sử nguồn tiếp nhận nước thải sinh hoạt đầu ra là sông có mục đích sử
dụng cho cấp nước sạch sinh hoạt. Khi đó nước thải sinh hoạt đầu ra cần đáp ứng
cột A của QCVN 14: 2008/BTNMT. Cụ thể: pH = 5 – 9, BOD 5 ≤ 30mg/l, SS ≤ 50
mg/l, NH4-N ≤ 5 mg/l, PO4 - P ≤ 6 mg/l, tổng Coliforms ≤ 3000 MNP/100ml.
Dữ liệu thiết kế được tổng hợp lại như sau:
Nước thải đầu vào:
Q = 116 l/s;
pH = 7,5
SSi = 375 mg/l;
BOD5i = 406,25 mg/l;
NH4-Ni = 50 mg/l;
TKNi = 62,5 mg/l
Nước thải đầu ra:
Q = 116 l/s;
pH = 5 – 9
SSe ≤ 50 mg/l;
BOD5e ≤ 30 mg/l;
NH4-Ne ≤ 5 mg/l;
PO4-Pe ≤ 6 mg/l;
~9~
Nguyễn Đức Long
PO4-Pi = 12,5 mg/l;
Độ kiềm = 187,5 mg CaCO3/l ;
Tổng Coliforms = 5,5.106 MNP/100 ml
Nhiệt độ tối thiểu = 20oC
3. 2. Thuyết minh phương án xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO
Phương án xử lý nước thải sinh hoạt banừg công nghệ AAO được mô tả như
trên Hình 1. 2.
Nước thải sinh hoạt đầu vào qua tách rác thô đi vào trạm bơm và được bơm
qua bể lắng cát thổi khí, rồi tự chảy qua bể lắng sơ cấp và qua phần xử lý sinh học
bằng công nghệ AAO với 3 vùng anaerobic, anoxic và oxic liên kết nhau. Phần xử
lý sinh học là công nghệ lõi có nhiệm vụ xử lý chất hữu cơ và đặc biệt là N và P.
Tiếp tục nước thải sinh hoạt tự chảy qua bể lắng thứ cấp, qua khử trùng bằng clo
trước khi thải ra sông.
Rác thô tách được chứa tạm thời ở thùng chứa rồi chuyển đi bãi chôn lấp. Cát từ bể
lắng cát thổi khí chuyển đến sân phơi cát để tái sử dụng. Bùn từ bể lắng sơ cấp được
đưa đến bể lên men yếm khí, rồi tới bể chứa. Bùn hoạt tính từ bể lắng thứ cấp được
trạm bơm bùn hoạt tính bơm một phần tuần hoàn vào bể anaerobic, còn lại được
bơm đến bể lắng trọng lực, rồi tới bể methane cho lên men yếm khí thu biogas và
giảm lượng bùn thải. Bùn ở bể methane được chứa tạm thời ở bể chứa rồi được tách
nước bằng máy ép bùn băng tải. Bùn khô được xe tải chuyển đi bãi chôn lấp hợp vệ
sinh hoặc sản xuất phân compost.
~ 10 ~
Nguyễn Đức Long
Hình 1. 2. Phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO
~ 11 ~
Nguyễn Đức Long
Chương 2.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo công nghệ AAO
2. 1. Thiết kế các công trình chính
2. 1. 1. Song chắn rác
Trong trường hợp thiết kế không nhất thiết cần song chắn rác tinh mà chỉ cần
song chắn rác thô vì đã có bể lắng sơ cấp [1].
Chọn song chắn rác thô cào rác cơ khí, thanh chắn có tiết diện diện mặt sau
hình chữ nhật và mặt trước hình bán nguyệt, kích thước của thanh chắn: rộng w =
10 mm; dày d = 25 mm; khoảng trống thanh chắn b = 20 mm, đặt nghiêng góc θ =
60o so với phương ngang, vận tốc nước thải trước song chắn rác thô v = 0,8 m/s, tổn
thất áp suất cho phép 105 – 600 mm.
Tổn thất áp suất qua song chắn rác thô tính toán theo công thức của
Krischmer (1926) [2]:
ở đây w, b, θ và v đã biết, còn B = hệ số tiết diện thanh chắn = 1,83, g = gia
tốc trọng trường = 9,81 m/s2.
Vận tốc nước thải chảy qua song chắn rác thô:
ở đây V = vận tốc nước chảy qua song chắn rác thô.
Tiết diện nước thải chảy qua song chắn rác thô:
Chọn độ sâu nước thải trước song chắn rác thô = D = 0,5 m
Tổng khoảng trống của song chắn rác thô:
Số khoảng trống của song chắn rác thô:
Vậy cần dùng 19 thanh chắn.
Bề rộng của song chắn rác thô:
Chiều cao của song chắn rác thô:
~ 12 ~
Nguyễn Đức Long
Cốt sàn nhà đặt song chắn rác thô phải cao hơn mức nước cao nhất của nước
thải trước song chắn rác thô 0,5 m. Do đó, có thể chọn chiều cao của song chắn rác
thô = H = 1,08 m.
Chọn chiều dài phần mương đặt song chắn rác thô = Ls = 1 m
Chọn chiều rộng của mương dẫn = W m = 0,4 m, góc nghiêng chỗ mở rộng
trước song chắn rác thô = φ = 20o.
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác thô:
Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác thô:
Chiều dài xây dựng mương để đặt song chắn rác thô:
L = L1 + Ls + L2
= 0,26 + 1+ 0,13
= 1,39 m
Thể tích rác trong ngày:
ở đây N đã biết, nr = lượng rác tính cho đầu người trong năm, lấy theo TCVN
7957: 2008 = 8 l/người.năm.
Khối lượng riêng của rác = ρr = 750 kg/m3
Khối lượng rác trong ngày:
Khối lượng rác từng giờ trong ngày:
ở đây Kh = hệ số không điều hòa giờ của rác = 2.
~ 13 ~
Nguyễn Đức Long
Hình 2. 1. Song chắn rác thô
Phần rác hữu cơ nghiền nhỏ bằng máy nghiền rác công suất 0,1 T/h (2 máy
nghiền rác, 1 máy nghiền rác làm việc và 1 máy nghiền rác dự phòng) sau chuyển
đến bể lên men yếm khí cùng với bùn sơ cấp, còn phần rác còn lại (gỗ tấm, nilon,
…) thì chứa tạm trong thùng chứa chờ đem chôn lấp.
Quanh song chắn rác thô có lối đi rộng 1,2 m, còn phía trước song chắn rác
thô để lối đi rộng 1,5 m theo TCVN 7957: 2008.
2. 1. 2. Bể lắng cát thổi khí
Để đảm bảo vận hành cần 2 bể lắng cát thổi khí, trong đó 1 bể lắng cát thổi
khí để dự phòng.
Bể lắng cát thổi khí có thể loại bỏ cát có kích thước từ 0,21 mm trở lên với
hiệu quả gần 100 %, còn cát có kích thước 0,1 – 0,2 mm thì hiệu quả chừng 65 –
75%, và cát thu được khá sạch với không quá 10% thành phần hữu cơ [1,2].
Bể lắng cát thổi khí có thiết kế hình học dài và hẹp, tiết diện ngang kiểu bóng
đèn hình giúp tăng cường hiệu quả lắng cát và dễ vận hành.
Theo [1] thời gian lưu nước thải sinh hoạt trong bể lắng cát thổi khí có thể
chọn τ = 4 phút.
Thể tích bể lắng cát thổi khí:
Cũng theo Metlcalt & Eddy, Inc (2003) chọn chiều sâu và chiều rộng tương
ứng là D = 2 m và W = 3 m.
~ 14 ~
Nguyễn Đức Long
Chiều dài:
L nằm trong khoảng 7,5 – 27,5 m, được chấp nhận.
Kiểm tra các tỷ lệ:
W: D = 1,5 :1, được chấp nhận
L: W = 2,51: 1, được chấp nhận
Tiêu chí thiết kế cơ bản của bể lắng cát thổi khí là vận tốc dòng ngang qua
đáy bể, có thể theo phương trình Albrecht (1967) (Mackenlzie L. David, 2010):
ở đây: vb = vận tốc dòng ngang qua đáy bể, m/s;
Af = tốc độ thổi khí trên đơn vị chiều dài, m3/s.m;
db = chiều cao khe, m;
S = D – db = độ ngập nước, m;
K = hệ số kích thước, m/s
Theo Melcatl & Eddy (2003), Mackenlzie L. David (2010) thì K = 0,7 m/s
và có thể chọn Af = 0,0075 m3/s.m và db = 0,6 m.
Kiểm tra vb:
vb nằm trong khoảng 0,03 – 0,45 m/s, được chấp nhận.
Tổng cường độ thổi khí = AfL = 0,0075. 7,52 = 0,0564 m3/s
Đầu sục khí đặt cách đáy = 0,8 m.
Trong trường hợp xấu nhất tải trọng cát trong nước thải sinh hoạt = 0,2
m /1000m3. Thể tích cát được loại bỏ:
3
Cát có thể được lấy ra khỏi bể lắng cát thổi khí bằng máy vít tải, ưu điểm là
cát thu được có độ ẩm nhỏ.
Chiều dài máng thu cát = L g = L. Giả sử chiều rộng máng thu cát W g = 1 m
với các bên theo chiều dài. Chiều sâu máng thu cát = Dg:
Độ dốc ngang của đáy bể i = 0,4 (TCVN 7957: 2008) về phía máng thu cát.
Hệ thống sục khí gồm các đầu sục khí tạo bọt khí thô đặt thành một hàng
cách đáy 0,8 m. Theo Mackenzie L. David (2010) cường độ cấp khí 0,0019 –
0,0125 m3 air/ m chiều dài.s, chẳng hạn ta chọn = 0,005 m3 air/ m chiều dài.s.
~ 15 ~
Nguyễn Đức Long
Do đó cần chọn máy thổi khí có năng suất Q air = 0,005.7,52 = 0,0376 m3 air/s
= 135,36 m3 air/h và áp suất làm việc thích hợp.
Vách ngăn theo chiều dọc đặt cách thành gần đầu sục khí 1 m để kiểm sóat
dòng nước cuộn. Ngoài ra bể lắng cát thổi khí còn có các vách ngăn ở đầu nước thải
sinh hoạt vào, ra và ngang giữa để giảm các xoáy rối.
Tốc độ dòng nước thải chuyển động tịnh tiến theo chiều dọc bể lắng cát thổi
khí = v = 0,08 – 0,12 m/s, ở đây chọn v = 0,1 m/s để thiết kế cửa nước ra tiết diện
hình chữ nhật.
Tiết diện cửa nước ra:
Hình 2. 2. Bể lắng cát thổi khí
Chọn chiều dài cửa nước ra = 2,5 m;
Chiều cao cửa nước ra = 1,16/ 2,5 = 0,464 m
2. 1. 3. Bể diều hòa
Giả thiết bể điều hòa chỉ điều hòa về lưu lượng. Vì không có biểu đồ dao
động nước thải sinh hoạt theo giờ trong ngày nên chọn thời gian lưu nước thải sinh
hoạt trong bể điều hòa = 3 h.
Thể tích bể điều hòa:
~ 16 ~
Nguyễn Đức Long
Thể tích bể điều hòa thực tế lấy dư 20% thể tích bể lý thuyết [1,2]:
Chọn thiết kế bể điều hòa có tiết diện bề mặt hình tròn, chiều sâu = 4,5 m,
đường kính = 20,5 m.
Mực nước tối thiểu trong bể điều hòa tùy theo phương thức làm thoáng
nhưng thường mong muốn duy trì ở 1,5 – 2,0 m. Độ dốc đáy bể điều hòa khoảng
3:1 – 2:1. Bể điều hòa xây dựng bằng bê-tông.
Bể điều hòa được làm thoáng cưỡng bức bằng hệ thống sục khí với đầu sục
khí tạo bọt khí thô. Theo [2] cường độ sục khí = 1,8 – 2,9 m 3 air/ m3 nước thải.h,
giả sử thiết kế với cường độ sục khí = 2,0 m 3 air/ m3 nước thải.h. Theo đó, cần chọn
máy thổi khí có năng suất:
và áp suất thích hợp
Hệ thống sục khí gồm các đĩa phân phối khí thô đặt ở đáy bể điều hòa theo
dạng như Hình
Hình 2. 3. Bể điều hòa
Sử dụng loại đĩa phân phối khí thô Airflex ® Cap:AFC75 (Stamford
Scientific International, Inc) với các thông số kỹ thuật: tải trọng khí thiết kế = 7 –
10 Nm3/h, tải trọng khí khi làm việc cao tải = 17 Nm 3/h, số lượng khe hở = 10 lỗ ×
Φ 5mm, vật liệu nhựa acrylic chống tia cực tím.
Số đĩa phân phối khí thô cần thiết:
2. 1. 4. Bể lắng sơ cấp-Bể làm thoáng sơ bộ
~ 17 ~
Nguyễn Đức Long
Số bể lắng sơ cấp = 2, làm việc đồng thời.
Theo [1, 2] chọn tải trọng = OR = 40 m 3/m2.ngày. Ở lưu lượng trung bình,
diện tích tiết diện ngang cần thiết:
Chọn chiều rộng = W = 4 m. Chiều dài:
Chọn chiều cao = H = 3 m.
Thể tích 2 bể lắng sơ cấp:
V = 2.31,25.4.3 = 750 m3
Thời gian lưu:
nằm trong khoảng 1,5 – 2,5 h, được chấp nhận.
Tốc độ chảy tràn ở lưu lượng lớn nhất:
ORmax nằm trong khoảng 60 – 120 m3/m2.ngày, được chấp nhận.
Thời gian lưu ở lưu lượng lớn nhất:
Vận tốc xói mòn cặn [1]:
ở đây:
vH = vận tốc xói mòn, m/s;
k = hệ số phụ thuộc cặn = 0,05;
s = trọng lượng riêng của cặn = 1,25 N/m3,
g = gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2;
d = kích thước của hạt cặn = 100 µm = 100.10-6 m;
f – hệ số ma sát Darcy – Weisbach = 0,025
Vận tốc ngang ở lưu lượng lớn nhất:
v < vH, được chấp nhận.
Hiệu suất xử lý BOD5 và SS của bể lắng sơ cấp [1] :
~ 18 ~
Nguyễn Đức Long
và
Hiệu suất xử lý BOD5 và SS của bể lắng sơ cấp ở lưu lượng lớn nhất:
và
Hiệu suất xử lý BOD5 và SS của bể lắng sơ cấp ở lưu lượng trung bình:
và
BOD5 và SS của nước thải sinh hoạt sau khi ra khỏi bể lắng sơ cấp ở lưu
lượng lớn nhất:
BOD5 = 406,25(1 – 0,275) = 294,53 mg/l
SS = 375(1 – 0,4803) = 195 mg/l
BOD5 và SS của nước thải sinh hoạt sau khi ra khỏi bể lắng sơ cấp ở lưu
lượng trung bình:
BOD5 = 406,25(1 – 0,3333) = 270,85 mg/l
SS = 375(1 – 0,5505) = 168,56 mg/l
Như kết quả tính toán cho thấy SS của nước thải sau bể lắng sơ cấp > 150
mg/l chưa thích hợp đưa vào xử lý sinh học ở bể AAO, nên cần thiết kế giải pháp
tăng cường hiệu quả của bể lắng sơ cấp. Giải pháp ở đây là làm thoáng sơ bộ nước
thải trước khi đưa vào bể lắng sơ cấp. Thời gian làm thoáng = 10 – 20 phút với
lượng không khí cần thiết Dair = 0,5 m3 air/m3 nước thải.
Dung tích bể làm thoáng sơ bộ:
ở đây ta chọn thời gian làm thoáng ở lưu lượng lớn nhất = 15 phút.
Lượng không khí cần cung cấp:
Bề mặt bể làm thoáng sơ bộ:
ở đây I = cường độ thổi khí = 4 – 7 m3 air/m2.h, ta chọn I = 6 m3 air/m2.h.
Chiều cao của bể làm thoáng sơ bộ:
~ 19 ~
Nguyễn Đức Long
Ta xây dựng hợp khối bể làm thoáng sơ bộ với bể lắng sơ cấp. Như vậy có 2
bể làm thoáng sơ bộ: chiều cao H = 3m, chiều rộng W = 4 m và chiều dài L = 7 m.
Nhờ bể làm thoáng sơ bộ mà hiệu suất của bể lắng sơ cấp tăng 8%. BOD 5 và
SS của nước thải sinh hoạt ra khỏi bể lắng sơ cấp:
BOD5 = 406,25(1 – 0,4133) = 238,35 mg/l
SS = 375.(1 – 0,6305) = 138,56 mg/l
Sau đó, nước thải sinh hoạt đã đủ điều kiện SS < 150 mg/l đi vào xử lý sinh
học ở bể AAO.
Hình 2. 4. Bể lắng sơ cấp+Bể làm thoáng sơ bộ
Thiết kế vùng phân phối nước thải sinh hoạt vào:
Thiết kế cửa phân phối nước thải vào tiết diện hình chữ nhật. Theo
Mackenzie L. David (2010) vận tốc nước thải qua cửa phân phối nước thải vào bể
lắng sơ cấp v = 0,0075 – 0,150 m/s, ta chọn v = 0,08 m/s để thiết kế.
Tiết diện cửa phân phối nước thải vào của mỗi bể lắng sơ cấp:
Chọn chiều dài cửa phân phối nước thải vào = 3 m.
Chiều cao cửa phân phối nước thải vào = 0,725/3 = 0,242 m
Để ổn định dòng nước thải sinh hoạt vào dùng vách ngăn đục lỗ Φ 50 mm
đặt cắt ngang bể lắng sơ cấp. Các vách ngăn đặt cách cửa phân phối nước vào 0,6
m, thấp dưới mực nước trong bể lắng sơ cấp 0,5 m để bọt có thể nổi lên trên bề mặt
và có chiều cao 1,5 m (=0,5H).
Thiết kế máng thu nước thải ra:
Chọn tải trọng máng thu nước thải ra ở lưu lượng nước thải lớn nhất q max =
400 m / m chiều dài.d.
3
~ 20 ~
Nguyễn Đức Long
Chiều dài máng thu nước thải ra của mỗi bể lắng sơ cấp:
Như vậy ta thiết kế máng thu nước thải ra như Hình
Hình 2. 5. Bố trí máng thu nước ra
Bể lắng sơ cấp có hố thu bùn sơ cấp được thiết kế ở đầu nước thải vào, độ
dốc 60 , chiều rộng < 0,6 m, có đặt bơm hút bùn sơ cấp.
o
Độ dốc sàn bể bắng sơ cấp = 1%, có cơ cấu cào bùn sơ cấp quay với tốc độ
0,3 – 1,2 m/phút.
Bể lắng sơ cấp cũng có cơ cấu vớt váng, bọt đặt ở phía nước thải ra.
2. 1. 5. Cụm bể AAO
Theo [1, 2]trình tự thiết kế cụm bể AAO bắt đầu từ thiết kế bể aerobic và xác
định lượng NO3- được tạo thành. Từ đó thiết kế bể anoxic và cuối cùng là thiết kế
bể anaerobic.
a) Bể aerobic
Các hằng số động học của quá trình nitrate hóa ở 20oC (Bảng 23 – 14[2]):
Ta lấy nhiệt độ thiết kế bằng 25 oC, các hằng số động học của quá trình
nitrate hóa ở 25oC:
~ 21 ~
Nguyễn Đức Long
Ước tính theo phương trình 22 – 8. Để không giới hạn quá trình nitrate hóa
thì DO phải ≥ 2 mg/l. Tốc độ quá trình nitrate hóa tăng khi DO tăng trong khoảng 3
– 4 mg/l. Tuy nhiên đối với quá trình AAO cần hạn chế DO nội tuần hoàn về bể
anoxic. Do đó chọn DO = 2 mg/l. Tốc độ sinh trưởng riêng của quá trình nitrate
hóa:
ở đây
Thời gian lưu bùn của bể aerobic:
Ta chọn hệ số an toàn SF = 2,5
Thời gian lưu bùn của bể aerobic:
Lượng sinh khối hoạt tính được tạo thành trong bể aerobic tính theo phương
trình (8 – 15) (M&E) gồm sinh trưởng của sinh khối dị dưỡng (A), suy giảm nội
sinh các tế bào (B) và sinh trưởng của sinh khối nitrate hóa (C):
ở đây NOx = nồng độ nitrate được tạo thành trong bể aerobic, mg/l;
fd = tỷ lệ phần trơ của tế bào.
~ 22 ~
Nguyễn Đức Long
Các hằng số động học của quá trình sinh trưởng của vi khuẩn dị dưỡng ở 20 oC và hệ
số hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ như Bảng 23 – 13 [2]. Do đó, ở 25oC ta có:
Theo Metcalt & Eddy, Inc (2003) thì
tính toán theo phương trình (7 – 40) (Metcalf & Eddy):
Từ đó được:
NOx xách định từ phương trình (8 – 18) (Metcalf & Eddy):
Theo trên ta được kết quả:
Theo Jae K. Park lấy tỷ lệ VSS: TSS của nước thải sinh hoạt sau lắng = 0,83
VSS = 0,83TSS = 0,83.138,56 = 115 mg/l
iSS = TSS – VSS = 138,56 – 115 = 23,56 mg/l
~ 23 ~
Nguyễn Đức Long
Cũng theo Jae K. Park với nước thải sinh hoạt có các tỷ lệ pCOD = 73%
COD, bpCOD = 60% COD.
Nồng độ chất rắn bay hơi không phân hủy sinh học theo phương trình (8 – 3)
(Metcalf & Eddy,2003):
Năng suất tạo thành MLVSS trong bể aerobic được tính theo phương trình (8
– 15) (Mectcalf &Eddy,2003):
Năng suất tạo thành MLSS trong bể aerobic được tính theo phương trình (8 –
16) (M&E):
Khối lượng MLVSS tạo thành trong bể aerobic được tính theo phương trình
(7 – 54):
Khối lượng MLSS tạo thành trong bể aerobic được tính theo phương trình (7
– 55):
Theo Metcalt & Eddy (2003) thì đối với công nghệ AAO cần duy trì MLSS ở
khoảng 3000 – 4000 mg/l. Trong thiết kế này ta chọn MLSS = 3500 mg/l.
Từ đó được:
Thời gian lưu thủy lực trong bể aerobic:
Tỷ lệ MLVSS:MLSS:
MLVSS = 0,752.3500 = 2632 mg/l
b) Bể anoxic
Chọn tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính R = 0,5 và tỷ số nội tuần hoàn IR = 1 sao
cho đảm bảo NO3 dòng ra đạt yêu cầu ≤ 30 mg/l
Xác định nồng độ nitrate dòng ra theo phương trình (8 – 48) (Metcalf &
Eddy,2003):
~ 24 ~
Nguyễn Đức Long
Giả thiết NO2-N nước thải dòng vào và các dòng tuần hoàn = 0, NO3 dòng nội tuần
hoàn và NO3 bùn hoạt tính tuần hoàn bằng nhau và cũng có NO3 nước thải dòng
vào = 0. Như vậy, NO3 vào bể anoxic:
Lượng DO vào bể anoxic:
Ở nhiệt độ nước thải ≥ 20oC có thể lấy DOinf = 0,5 mg/l; DONR = DO cuối bể aerobic
= 2 mg/l. Trong trường hợp thiếu số liệu, theo WEF (2005) lấy DO RAS = 0,5× DO
cuối bể aerobic = 1 mg/l.
Lượng DO tương đương với NO3 vào bể anoxic từ dòng nội tuần hoàn:
Tổng lượng NO3 cần xử lý tại bể anoxic:
Bể anoxic được thiết kế theo cách tiếp cận qua tốc độ denitrate hóa riêng theo
phương trình (8 – 41) (Metcalf & Eddy,2003):
ở đây: – lượng nitrate được xử lý, g/d;
– dung tích bể anoxic, m3;
– tốc độ denitrate hóa riêng ở 25oC, g NO3-N/ g MLVSS.d;
Điều kiện thiết kế bể anoxic phải đáp ứng yêu cầu NO3 r ≥ TNOR.
SDRN xác định theo Hình 8 – 23 (Metcalf & Eddy,2003) khi biết được tỷ lệ % của
rbCOD so với bCOD và tỷ số F/Mb.
Theo Metcalt & Eddy (2003) khi thiếu số liệu thì sử dụng tương quan rbCOD = 15
– 25% bCOD, do đó giả sử rbCOD = 20% bCOD.
Tỷ số F/Mb:
Ta thấy rằng tỷ số F/Mb phụ thuộc vào đang cần xác định. Do đó, cần phải tính toán
lặp, ban đầu giả thiết dung tích bể anoxic để tính toán tỷ số F/M b và SDNR từ đó
tính toán lượng nitrate được xử lý có đáp ứng yêu cầu hay không. Theo và Lê Văn
Cát (2007) dung tích bể anoxic thường bằng 25 – 50% dung tích bể aerobic. Hoặc,
giả thiết thời gian lưu thủy lực của bể anoxic theo khuyến cáo của Metcalf & Eddy
(2003) HRTanx = 0,5 – 1 h.
Giả thiết HRTanx = 1 h. Ta có:
Từ đó:
~ 25 ~
