Tính toán bể aeratank

Tính Toán Bể Arotank

 Chức năng
Nước thải sau khi qua bể lắng và phân hủy bùn có chứa các chất hoà tan là các chất
lơ lửng đi vào bể phản ứng khí (Aerotank). Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò
là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn
gọi là bùn hoạt tính.Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm
thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thành các tế bào mới.
Số lượng bùn hoà tan sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng
nước thải đi vào trong bể không đủ để làm kết tủa nhanh các chất hữu cơ. Do đó phải sử
dụng lại bùn tiến trình lắng xuống đáy của bể tăng đợt hai bằng cách tuần hoàn bùn ngược
lại bể Aerotank để duy trì nồng độ đủ của vi sinh vật trong bể. Bùn dư ở bể lắng II được
xả qua bể nén bùn.
5.1

Tính toán bể Aeroten:

Thông số đầu vào: BOD = 142,4 mg/l. SS = 110,35mg/l
Để xử lý đạt QCVN 14 : 2008/BTNMT, các thông số cần đạt:
- BOD = 30 mg/l
- SS = 50 mg/l

Các thông số vận hành
1. Nồng độ bùn trong bể, X = 800 - 4000 mg/l (theo bảng 6-1, tính toán thiết kế hệ
thống XLNT, TS.Trịnh Xuân Lai, 2003, trang 91) .Chọn X = 3000
2. Nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng II và cũng là nồng độ bùn tuần hoàn, X t = 10.000
mgSS/l.
3. Thời gian lưu nước của bùn hoạt tính trong công trình
ngày
4. Chế độ thuỷ lực của bể: khuấy trộn hoàn toàn.
5.Giá trị các thông số động học:

c

= 0.75-15 ngày.chọn 10


Y: hệ số sinh trưởng cực đại, Y = 0.4-0,8 chọn Y = 0.6 mgVSS/mgBOD5
Kd: hệ số phân huỷ nội bào (ngày -1), Kd = 0.05
6. Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng trôi ra khỏi bể là, z = 0.3
7. Nước có đủ chất dinh dưỡng BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1
8. Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào, Xo = 0
9. Tỷ số BOD5/COD, F =0.73
 Hiệu quả xử lý
• Lượng COD còn lại sau quá trình xử lý hiếu ≤ 30 (mg/l)
CODra = 100% =84,68%
• Lượng BOD còn lại sau quá trình xử lý hiếu ≤ 50 (mg/l)
BODra = 100% =64,89%
• Thể tích bể Aerotank

Trong đó:
Q: lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ng.đ).
Y: Hệ số năng suất sử dụng chất nền (mg VSV/mg cơ chất).
: thời gian lưu bùn (ngày-1).

c

So: nồng độ BOD5 đầu vào (mg/l).
S: nồng độ BOD5 đầu ra (mg/l).
X: nồng độ bùn hoạt tín trong bể (mg/l).
Kd: hệ số phân huỷ nội bào (ngày-1).

Suy ra:
V = 131,74 m3

Chọn tỉ số chiều dài và chiều rộng

(theo TCXD-51-2008)


Chọn chiều sâu công tác H ct = 4m (Hct từ 3 - 6m, theo TCXD-51-84, thoát nước
mạng lưới bên ngoài và công trình, Lâm Minh Triết) [10].
Chiều cao bảo vệ: Hbv = 0.5m
Chiều cao xây dựng của bể: H = Hct + Hbv = 4 +0.5 = 4,5 (m)
• Diện tích bề mặt của mỗi bể:
F = = 29,3 (m2)
Chọn kích thước bể: L x B = 7m x 5m
Vậy bể Aerotank có kích thước như sau: L x B x H = 7m x 5m x 4,5m
• Thời gian lưu nước trong mỗi bể Aerotank:
q=
• Lượng bùn lơ lửng sinh ra khi khử BOD5:
yb =
Trong đó:
 yb: tốc độ tăng trưởng của bùn (ngày-1-).
 Y: hệ số sinh trưởng cực đại (mg bùn hoạt tính/mg BOD), Y: hệ số sinh trưởng cực
đại (mg bùn hoạt tính/mg BOD). (Y = 0,4 – 0,8, chọn giá trị tiêu biểu Y = 0,6 (mg
bùn hoạt tính/mg BOD)). Tra bảng 5.1 – Tính toán thiết kế các công trình xử lý
nước thải – Trịnh Xuân Lai
 Kd: hệ số phân hủy nội bào (ngày-1). (Kd = 0,02 – 0,1, chọn giá trị tiêu biểu Kd =
0,072 (ngày-1)).Tra bảng 5.1 – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải –


Trịnh Xuân Lai
c: thời gian lưu bùn trong bể hay tuổi bùn (ngày). c = 10 (ngày), đã tính ở trên.
 Tốc độ tăng trưởng của bùn:
yb = = 0,349 (ngày-1-).
Lượng bùn hoạt tính sinh ra ở mỗi bể trong một ngày
Abùn=Px = Yb (So – S) 10-3
Trong đó:

 Px: lượng bùn sinh ra mỗi ngày (kgVSS/ngày).


yb: tốc độ tăng trưởng của bùn (ngày-1-).
: lưu lượng nước xả ra bể (m3/ngđ). = 1008(m3/ngđ).
So: hàm lượng BOD đầu vào (mg/l). So = 142,4 (mg/l).
S: hàm lượng BOD đầu ra (mg/l). S = 30 (mg/l).






Px = Abùn = 0,3491008 (142,4 – 30) 10-339,54(kg/ngđ).
• Tổng lượng cặn sinh ra theo độ tro của cặn (theo SS)
Abùn (ss) =P = = 131,8(kg/ngđ).
Trong đó:
z: độ tro của bùn hoạt tính, z = 0.3
• Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi (để xử lý)
Lượng bùn dư cần xử lý = tổng lượng bùn
= lượng SS trôi ra khỏi bể lắng 2
Axả = Abùn(SS) – Ara

= Abùn(SS) – Q x SSra x 10-3
= 131,8 – 1008 x 50 x 10-3 = 81,4 (kg/ngày)
Lượng bùn thải ra hằng ngày:
Từ công thức:

=

Trong đó:
+
+
+
+
+
+

: thời gian lưu bùn trong công trình (ngày). t = 10 (ngày).
V: thể tích bể Aerotank (m3). V = 131,74(m3).
X: nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank (mg/l). X = 3000 (mg/l).
Xra: nồng độ sinh khối đầu ra (mg/l). Xra = 50 x 0.7 = 35(mg/l).
Qxả: lưu lượng bùn thải (m3/ngđ).
: lưu lượng nước xả ra mỗi bể (m3/ngđ). = 1008 (m3/ngđ).

 Lưu lượng bùn thải cần xử lý:
Qxả = = 1,414 (m3/ngđ).
Trong đó:
Qr = Qv (coi như lượng nước theo bùn là không đáng kể)


Sau khi hệ thống hoạt động ổn định thì lượng bùn hữu cơ xả ra hằng ngày là:
B = Qx x 10000

= 1,414 x 10000
= 14140 (g/ng)
= 14,14(kg/ng)
Tỉ số bùn tuần hoàn
R = = = = 0,6
Trong đó:
X: nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerotank (mg/l). X = 3000 (mg/l).
Xt: Nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn (7000-15000 mg/l). Chọn Xt = 8000(mg/l).
• Lưu lượng bùn tuần hoàn
Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị X = 3000 mg/l, ta có phương trình cân
bằng khối lượng bùn hoạt tính đi vào và ra khỏi bể như sau:
Qv x Xo + Qt x Xt = (Qv + Qt) x X
Trong đó:
Qv: lưu lượng nước thải đi vào mỗi bể (m3/ng.đ)
Xo: nồng độ bùn hoạt tính đi vào bể (mg/l)
Qt: lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/ng.đ)
Xt: nồng đô bùn hoạt tính (mg/l)
X: nồng độ bùn cần duy trì trong bể
Trong thực tế nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải đi vào bể X o là không đáng kể,
nên ta có:
Qt x Xt = (Qv + Qt) x X
• Suy ra hệ số bùn tuần hoàn là:
=
• Vậy lưu lượng bùn tuần hoàn
Qt = 0.6 x Qv = 0.6 x 1008 = 604,8 (m3/ng.đ) = 25,2(m3/h)


 Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank

 Chỉ số

:

(mgBOD5/mgbùn)
(Nằm trong giới hạn cho phép từ 0.2 – 0.6)
− Tải trọng thể tích LBOD:
LBOD =
Trong đó:
+
+
+
+

LBOD : tải trọng thể tích (kgBOD/m3.ngđ).
: lưu lượng nước xả ra mỗi bể (m3/ngđ). = 1008 (m3/ngđ).
So: hàm lượng BOD đầu vào (mg/l). So = 142,4 (mg/l).
V: thể tích bể Aerotank (m3). V = 131,74 (m3).

 LBOD ===1089,56(mgBOD/l.ngày)=1,09 (kgBOD/m3.ngđ)
().
 Tốc độ sử dụng cơ chất

(gBOD5/g.bùn.ng)
Lượng oxy sử dụng trong thực tế
 Lượng oxi cần thiết
+ Nhu cầu oxygen theo lý thuyết

Trong đó:
f: tỉ số chuyển đổi giữa BOD5 và COD, qui phạm f từ 0.45 – 0.68, chọn f =
0.68 (Trịnh Xuân Lai[4]).

Abùn: lượng bùn hoạt tính sinh ra hằng ngày, Abùn = 0,63 (kg)
1.42: hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD


OC0 = 123,7 (kg O2/ngđ).
+ Lượng oxi thực tế yêu cầu:

Trong đó:
Cs: nồng độ oxi bão hoà trong nước sạch ở 20oC, Cs = 9.08 (mg/l)
C: nồng độ oxygen cần duy trì trong công trình, chọn C = 2 (mg/l)
(qui phạm từ 1.5 -2, Trịnh Xuân Lai ).
hệ số điều chỉnh lượng oxygen ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm
lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng và kích thước
bể, chọn = 0.8 (qui phạm từ 0.6 – 0.94, Trịnh Xuân Lai ).
T: nhiệt độ của nước thải, T = 25oC

Suy ra:
=176,13 (kgO2/ngày)
= 7,34(kgO2/giờ)
• Lưu lượng oxi cần thiết:

Trong đó:
f: hệ số an toàn từ 1.5 – 2, chọn f = 2
OU:Công suất hoà tan oxi vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo
gam oxi cho 1 m3 không khí.
OU = Ou x h = 8.5 x 4.5 = 38,25 (gr O2/m3)
= 0,038(kg O 2/m3)
h: độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí, h= 4.5m

Ou: Công suất hoà tan oxi vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo
gam oxi cho 1 m3 không khí
Chọn thiết bị phân phối khí bọt khí nhỏ, Ou = 8.5 gr O2/m3.m (theo bảng 7-1, tính
toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS.Trịnh Xuân Lai, 2003) [4].
Suy ra: Qk = (m3/ngày) = 415,84(m3/h) = 0,2 m3/s
 Kiểm tra chỉ tiêu cấp khí
• Lượng không khí cần thiết để khử 1 kg BOD5
(m3 khí/1 kg BOD5 khử)
• Lưu lượng khí cấp cho 1 m3 nước thải
(m3/m2)
• Thiết bị làm thoáng
Đặt tại bể một bơm khí, lưu lượng của bơm là 415,84m3/h = 0,2 m3/s
Tính dàn phân phối khí
Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170(mm) diện tích bề mặt F =
0.02 (m2), cường độ khí 200 (l/phút đĩa)
Chọn đĩa phân phối khí có d = 0.3m, q k = 150 – 200l/ph chọn q k = 200l/ph=3.3l/s
= 0,0033 (m3/s) = 11,88 (m3/h). (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải,
TS.Trịnh Xuân Lai,).
• Số đĩa phân phối khí là:
N = = 36 (đĩa).
chọn N = 36 (đĩa)
Bố trí đĩa phân phối khí: chia là 6 nhánh nhỏ, mỗi nhánh có 6 đĩa thổi khí
Lượng không khí vào mỗi nhánh

= = 69,3 (m3/h)
Tính toán đường ống dẫn khí:
 Đường kính ống chính:
− Vận tốc khí trong ống là 10 – 15 (m/s), chọn v = 15 (m/s). (Tính toán thiết kế các công
trình xử lý nước thải-Trịnh Xuân Lai).

Dống-chính = = 0,2 (m).= 200 (mm)


 Chọn ống thép mạ kẽm có ϕ200 (mm).
− Kiểm tra vận tốc trong ống dẫn chính

Vchính = = = 8,4 ( thỏa mãn điều kiện)
Từ ống chính đưa ra 6 ống nhánh
 Đường kính ống nhánh:
Các ống nhánh được phân phối đều và đối xứng với nhau từng cặp qua ống chính.
Chọn ống nhánh, mỗi ống có 6 đĩa phân phối khí. Chọn vận tốc khí đi trong ống nhánh v
= 10 (m/s).
Dống-nhánh = 0,07 (m).
 Chọn ống PVC có ϕ 70 (mm).
Bố trí 6 ống nhánh phân phối khí, đặt cách thành bể 0,5 (m), cách đáy 0,25 (m)

 Khoảng cách giữa các đĩa: l = = = 0.7 (m)
 Khoảng cách giữa các nhánh: l = = =1 (m).

Tính đường ống dẫn nước thải và đường ống dẫn bùn
 Đường ống dẫn nước thải ra và vào bể
 Đường kính ống dẫn nước:
Dnước = = = 0,077 (m) = 77,1 (mm)
vn: vận tốc nước chảy trong ống trong điều kiện có bơm, chọn v n = 2.5 m/s ( qui
phạm từ 2 – 3 m/s)
Chọn ống nhựa PVC có

= 100 mm

 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

Dnước = = = 0,18 (m) = 180 (mm)


Trong đó:
QT: lưu lượng bùn tuần hoàn, QT = 604,8m3/ngày = 7.10 -3 m3/s
vb: vận tốc bùn chảy trong ống, vb = 0.3 m/s
Chọn ống nhựa PVC có

=180 mm

 Tính máy thổi khí
 Áp lực máy thổi khí:
H = hd + hc +hf + H
Trong đó:
hd, hc: tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ của đường ống, không vượt quá
0.4m; chọn 0.4m.
hf: tổn thất áp lực qua thiết bị phân phối, không vượt quá 0.5m, chọn h f =
0.5m.
H: độ sâu lớp nước trong bể, H = 4 m
Suy ra:
H = 0.4 + 0.5 + 4 = 4,9 m
• Áp lực máy thổi khí:

• Công suất của máy thổi khí:
(KW)
• Công suất tính toán của máy thổi khí:

(KW)
: hiệu suất của bơm, = 0.73 – 0.93, chọn

= 0.8