Đồ án Xử lý nước thải chăn nuôi

ng đơn giản và khí CO2, CH4, H2S…. Trong bể UASB có bộ phận tách 3 pha: khí , nước thải và bùn. Nước thải sau khi được tách bùn và khí được dẫn sang bể Aerotank. Tại đây diễn ra quá trình phân hủy hiếu khí các hợp chất hữu cơ. Bể được thổi khí liên tục nhằm duy trì điều kiện hiếu khí cho vi sinh vật phát triển. Sau đó nước thải được dẫn sang bể lắng II, tại đây diễn ra quá trình phân tách nước thải và bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính lắng xuống đáy, nước thải ở phía trên được dẫn qua hồ sinh học để xử lý tiếp. Nước thải sau khi qua hồ sinh học đạt tiêu chuẩn loại B sẽ được thải ra nguồn tiếp nhận.  Ưu điểm  Hệ thống xử lý nước thải vận hành tương đối dễ dàng.  Nước đầu ra đạt tiêu chuẩn.  Khả thi về mặt kinh tế.  Khuyết điểm  Tốn nhiều diện tích do sử dụng hồ sinh học trong quá trình xử lý.  Quá trình vận hành cần phải theo dõi thường xuyên cường độ sục khí trong bể. Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 28 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ THEO PHƢƠNG ÁN 2 4.1. Lƣới chắn rác 4.1.1. Nhiệm vụ Lưới chắn rác có nhiệm vụ tách các vật thô như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, các mẩu đá, gỗ và các vật khác trước khi đưa vào các công trình xử lý phía sau. Lưới chắn rác có thể đặt cố định hoặc di động, lưới chắn rác giúp tránh các hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và gây tắt nghẽn bơm. 4.1.2. Tính toán Lưu lượng nước thải ra của trại chăn nuôi là Qt = 500(m 3/ngđ). Thời gian tắm heo trong ngày là 3 lần, mỗi lần là từ 5h - 7h, 9h - 11h và từ 16 - 18h. Thời gian nước thải ra trong một ngày là 6 giờ, vậy lưu lượng trong 1 giờ là:  3 500 83,33 m / h 6 h Q Q t    Chọn lưới cố định dạng lõm có kích thước mắt lưới d = 0,35mm tương ứng với tải trọng LA = 700l/phut.m 2, đạt hiệu quả xử lý cặn lơ lửng E = 10%. Giả sử lưới chắn rác được chọn theo thiết kế định hình có kích thước lưới B* L = 0,8 x 1,2 m. Diện tích bề mặt lưới: 2 2 3 * * 83,33 / 1 1000 1,98 700 / . 60 h A Q m h h l mA L l phm ph m    Số lưới chắn rác 21,98 2 . 0,8 .1,2 A m n luoi B L m m    Tải trọng làm việc thực tế 3 2 3 * * 83,33 / 1 1000 723 / . 0, *1,2 *2 60* * th h A Q m h h l l phmL m m phL B n m    Tổng lượng SS sau khi qua lưới chắn rác giảm 10% SS còn lại = 615.(1 – 0,1) = 553,5(mg/l) Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 29 4.2. Ngăn tiếp nhận 4.2.1. Nhiệm vụ Nước thải từ trại chăn nuôi heo sau khi qua lưới chắn sẽ chảy đến ngăn tiếp nhận. Từ đây nước thải được đưa đi phân phối cho các công trình xử lý tiếp theo. 4.2.2. Tính toán Thể tích hữu ích của ngăn tiếp nhận được tính theo công thức: 31. 83,33.30. 41,7( ) 60 hV Q t m   Với : t là thời gian lưu nước trong ngăn tiếp nhận, t = 10 – 30 phút. Chọn t = 30 phút Kích thước ngăn tiếp nhận: Chọn chiều sâu hữu ích h = 2 m Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m  Chiều cao xây dựng ngăn tiếp nhận: H = h + hbv = 2,5 (m) ==> 241,7 20,85( ) 2 V B L m h     Chọn B = 4 m , L = 5 m Vậy kích thước ngăn tiếp nhận là: L x B x H = 5 x 4 x 2,5m. Tính bơm chìm để bơm nước thải Công suất của bơm được tính theo công thức: . . . 1000.9,81.6.83,33 1,7( ) 1000 1000.0,8.3600 g H Q N kW     Mặt bằng ngăn tiếp nhận Mặt cắt 1 - 1 Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 30 Với: Q : lưu lượng nước thải (m3/s). H : chiều cao cột áp toàn phần, H = 6 (mH2O).  : khối lượng riêng của nước (kg/m3).  : hiệu suất bơm (%). Công suất thực tế của máy bơm: NTT = 1,2.N = 1,2.1,7 = 2 (kW) Chọn 2 bơm công suất 2kW, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng. Bảng tổng hợp các thông số thiết kế ngăn tiếp nhận STT Tên thông số Đơn vị Kích thước 1 Chiều dài m 5 2 Chiều rộng m 4 3 Chiều cao m 2,5 4 Thời gian lưu nước phút 30 4.3. Bể lắng cát 4.3.1 Nhiệm vụ Nhiệm vụ của bể lắng cát là lắng các hạt cặn có kích thước lớn nhằm bảo vệ các thiết bị máy móc khỏi bị mài mòn, giảm sự lắng đọng các vật liệu nặng trong ống, kênh, mương dẫn… Bể lắng cát dùng để tách các hợp phần không tan vô cơ chủ yếu là cát ra khỏi nguồn nước. 4.3.2. Tính toán Bể lắng cát ngang phải đảm bảo vận tốc chuyển động của nước là 0,15 m/s  v  0,3 m/s và thời gian lưu nước trong bể là 30s  t  60s (Điều 6.3.20 TCXD 51 – 84). Chọn thời gian lưu của bể lắng cát ngang: t = 60s Chọ vận tốc nước trong bể lắng ngang: vn = 0,2 (m/s) Thể tích tổng cộng của bể lắng cát ngang 383,33.60. 1,4( ) 3600 sW Q t m   Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 31 Diện tích mặt cắt ngang của bể lắng cát ngang 283,33 0,12 0,2.3600 s n n Q F m v    Chiều rộng của bể lắng cát ngang 0,12 0,4 0,3 nFB m H    Với H: chiều cao công tác của bể lắng cát ngang 0,25m -1m. (Điều 6.3.4 – TCXD 51-84). Chọn H = 0,3 m. Chia bể lắng cát thành 2 đơn nguyên n = 2. Chiều dài của bể lắng ngang 1,4 5,83 * * 2*0,4*0,3 W L m n B H    Chọn L = 6m Lượng cát trung bình sau mỗi ngày đêm 0 3 * 500*0,15 0,075 / 1000 1000 tbngay c Q q W m ngaydem   Với q0: lượng cát trong 1000m 3 nước thải, q0 = 0,15m 3 cát/ngaydem Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong 1 ngày đêm: * 0,075*1 0,016 * * 6*0,4*2 c x c W t h m L B n    Với tx = 1: chu kỳ lấy cát là 1 ngày đêm Chiều cao xây dựng của bể: HXD = h + hc + hbv = 0,3 + 0,016 + 0,3 = 0,62m Trong đó: h : chiều cao công tác của bể lắng cát; h = 0,5m. hc : chiều cao lớp cát trong bể; hc = 0,0125m. hbv: chiều cao bảo vệ; hbv = 0,3 m. 4.4. Bể điều hòa 4.4.1. Nhiệm vụ Bể điều hoà có nhiệm vụ điều hoà lưu lượng và nồng độ nước thải dòng vào, tránh lắng cặn và làm thoáng sơ bộ, qua đó oxy hoá một phần chất hữu cơ trong nước thải. Nước thải được ổn định về lưu lượng và nồng độ để thuận lợi cho việc xử Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 32 lý ở các công trình xử lý sau, nhất là sẽ tránh được hiện tượng quá tải của hệ thống xử lý. Để đảm bảo điều hoà nồng độ, lưu lượng và tránh lắng cặn, bể được bố trí hệ thống thổi khí làm việc liên tục. 4.4.2. Tính toán Chọn thời gian lưu nước của bể điều hoà t = 6h (quy phạm 6 - 12h). Thể tích cần thiết của bể: V = h tbQ . t = 20,83.8 = 166,67 (m 3 ) Chọn chiều cao hũu ích của bể điều là H = 4m. Chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,3m. → Chiều cao xây dựng bể điều hòa là 4,3m. Diện tích bể: 2166,67 41,67( ) 4 V F m H    Chọn chiều rộng bể là 6m, chiều dài bể là 7m. Vậy kích thước bể điều hòa là L x B x H = 7 x 6 x 4,3 (m). Tính toán hệ thống sục khí Chọn khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí nén cần cho thiết bị khuấy trộn: qkhí = R * Vdh = 0,012 m 3 /m 3 .phút * 208,42m 3 = 2,5m 3 /phút = 2500 l/phút. Trong đó: R: tốc độ khí nén, R = 10 – 15 l/m3.phút. Chọn r = 12l/m3.phút = 0,012 m3/m3.phút Vdh: thể tích của bể điều hoà Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí Loại khuếch tán khí Cách bố trí Lưu lượng khí (l/phút.cái) Hiệu suất chuyển hoá oxy Tiêu chuẩn ở độ sâu 4.6m, % Đĩa sứ - lưới Chụp sứ - lưới Bản sứ - lưới Ống plastic xốp cúng bố trí:  Dạng lưới 11 – 96 14 – 71 57 – 142 68 – 113 25 – 40 27 – 39 26 – 33 28 – 32 Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 33  Hai phía theo chiều dài( dòng chảy xoắn hai bên)  Một phía theo chiều dài(dòng chảy xoắn một bên) Ống plastic xốp mềm bố trí:  Dạng lưới  Một phía theo chiều dài Ống khoan lỗ bố trí:  Dạng lưới  Một phía theo chiều dài 85 – 311 57 – 340 28 – 198 57 – 198 28 – 113 57 – 170 17 – 28 13 – 25 25 – 36 19 – 37 22 – 29 15 – 19 Chọn khuếch tán khí bằng đĩa sứ bố trí dạng lưới. Vậy số đĩa khuếch tán là: n = 2500 30 80 kkq r   (đĩa) Trong đó: r: lưu lượng khí, chọn r = 80 l/phút. đĩa. Các đĩa được bố trí dạng lưới đều khắp đáy bể. Phân phối đĩa thành 6 hàng theo chiều dài, mỗi hàng 5 đĩa. Chọn đường ống dẫn khí: Với lưu lượng khí qkk = 2,5 m 3 /phút = 0,042 m 3/s và chọn vận tốc khí trong ống vkk= 10 m/s (v = 10 – 15 m/s) có thể chọn đường kính ống chính : 4 4.0,042 0,07( ) . .10 kkqD m v    Chọn ống chính có đường kính 75mm. Đối với ống nhánh có lưu lượng 3 3 30,042 / 7.10 / 6 n m s q m s  và chọn vận tốc trong ống nhánh là 10 m/s → Đường kính ống nhánh là: 34 4.7.10 0,03( ) . .10 kk n q D m v      Chọn ống chính có đường kính 32 mm. Áp lực và công suất của hệ thống nén khí Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 34 Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo công thức: Htc = hd + hc + hf + H Trong đó: hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn hc: tổn thất áp lực cục bộ, m hf: tổn thất qua thiết bị phân phối, m H: chiều cao hữu ích của bể điều hoà, H = 4 m Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m, tổn thất hf không vượt quá 0,5m, do đó áp lực cần thiết là: Htc = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 mH2O = 0,49 at Công suất máy thổi khí tính theo công thức sau: 0,283 2 1 . . 1 29,7. . G R T P P n P            Trong đó: + P: Công suất yêu cầu của máy (KW) + G: trọng lượng dòng khí(Kg/s) G = qk . khí = 0,042.1,29 = 0,054 (Kg/s) +R: hằng số khí. R = 8,314 (KJ/K.mol.oK ) + T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào: T1= 273 + 25 = 298 o K + P1 : áp lực tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1at + P2: áp lực tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 =Htc + 1at = 1,49 at + 1 1,395 1 0,283 1,395 k n k      ( k = 1,395 đới vi không khí). + 29,7: hệ số chuyển đổi. +  : hiệu suất của máy nén khí,  = 0,7 – 0,9, chọn  = 0,8. 0,283 0,054.8,314.298 1,49 1 2,4( ) 29,7.0,283.0,8 1 P KW             Công suất của máy thổi khí là 2,4KW. Tính toán các ống dẫn nước vào và ra khỏi bể điều hoà: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 35 Nước thải được bơm từ ngăn tiếp nhận vào bể điều hoà, chọn vận tốc nước vào bể là 0,7 m/s, lưu lượng nước thải 55,56m3/h, đường kính ống vào là: 4 4.55,56 0,168( ) . .3600 .0,7.3600 v Q D m v     Chọn ống nhựa PVC có đường kính  160 Chọn vận tốc nước ra khỏi bể là 1m/s, đường kính ống dẫn nước ra: 4.20,83 0,086( ) .1.3600 rD m   Chọn ống nhựa PVC có đường kính  90. Tính bơm để bơm nước thải Công suất của bơm được tính theo công thức: . . . 1000.9,81.8.20,83 0,57( ) 1000 1000.0,8.3600 g H Q N kW     Với: Q : lưu lượng nước thải (m3/s). H : chiều cao cột áp toàn phần, H = 8 (mH2O).  : khối lượng riêng của nước (kg/m3).  : hiệu suất bơm (%). Chọn  = 0,8. Công suất thực tế của máy bơm: NTT = 1,2.N = 1,2.0,57 = 0,7 (kW) Chọn 2 bơm công suất 0,7 kW, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 36 Tổng hợp tính toán bể điều hoà Thông số Giá trị Chiều dài, L(m) 7 Chiều rộng, B(m) 6 Chiều cao, H(m) 4,3 Số đĩa khuyếch tán khí, n(đĩa) 30 Đường kính ống dẫn khí chính, D(mm) 75 Đường kính ống nhánh dẫn khí, dn(mm) 32 Đường kính ống dẫn nước vào bể (mm) 160 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể (mm) 90 Công suất máy nén khí, N(kW) 2,4 4.5. Bể lắng đợt I 4.5.1. Nhiệm vụ Nhiệm vụ của bể lắng đợt I là loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lý trước đó. Ở đây các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy. 4.5.2. Tính toán Giả sử sau lưới chắn rác, bể lắng cát, bể điều hòa, hàm lượng chất rắn giảm khoảng 25%. Nồng độ SS vào bể lắng I là 461 mg/l. Hiệu quả khử SS của bể lắng I đạt 60%. Vậy hàm lượng cặn lơ lửng ra khỏi bể lắng I là 184 mg/l. Chọn bể lắng đợt I có dạng hình tròn trên mặt bằng, nước thải vào từ tâm và thu nước theo chu vi bể (bể lắng ly tâm). Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 37 Các thông số cơ bản thiết kế cho bể lắng đợt I Thông số Giá trị Trong khoảng Đặc trưng Thời gian lưu nước, giờ Tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày  Lưu lượng trung bình  Lưu lượng cao điểm Tải trọng máng tràn, m3/m .ngày Ống trung tâm  Đường kính  Chiều cao Chiều sâu H của bể lắng, m Đường kính D của bể lắng, m Độ dốc đáy bể, mm/m Tốc độ thanh gạt bùn, vòng/phút 1.5 – 2.5 32 – 48 80 – 120 125 - 500 15 – 20% D 55 – 65% H 3.0 – 4.6 3.0 – 60 62 – 167 0.02 – 0.05 2.0 102 248 3.6 12 – 45 83 0.03 Diện tích bề mặt của bể lắng ly tâm trên mặt bằng được tính theo công thức: 2500 15,625( ) 32A Q A m L    Trong đó: Q:lưu lượng nước thải (m3/ngđ). LA: tải trọng bề mặt, chọn LA = 32 (m 3 /m 2 .ngày) Đường kính bể lắng: 4 4 . .15,625 4,46( )D A m    Đường kính ống trung tâm: d = 20%D = 20%.4,46 = 0,9 (m) Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng H=3m, chiều cao lớp bùn lắng hb=0,7m, chiều cao lớp trung hoà hth= 0,2m, chiều cao bảo vệ hbv= 0,3m. Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng đợt I là: Htc = H + hb + hth + hbv = 3 + 0,7 + 0,2 + 0,3 =4,2 (m) Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 38 Chiều cao ống trung tâm: h = 60%H = 60%.3= 1,8 (m) Kiểm tra thời gian lưu nước của bể lắng: Thể tích bể lắng: 2 2 2 2 3( ). (4,46 0,9 ).3 45( ) 4 4 W D d H m        Thời gian lưu nước: 45.24 2,16( ) (1,5 2,5) 500 W t h Q       thoả mãn Tải trọng bề mặt: Ls = Q D  500 35,68 .4,46  (m 3 /m.ngày) Ls < 500m 3 /m.ngày  thoả mãn Giả sử hiệu quả xử lý cặn lơ lửng đạt 60% ở tải trọng 32m3/m2.ngày. Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày là: Mtươi = 461gSS/m 3 .500m 3 /ngày.0,6/1000g/kg = 138,3 (kgSS/ngày) Giả sử nước thải có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm 95%), tỷ số VSS : SS = 0,8 và khối lượng riêng của bùn tươi = 1,053kg/l. Vậy lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý là: Qtươi = 138,3 / 1 . 0,05.1,053 / 1000 kg ngay kg l  2,63 (m 3 /ngày) Lượng bùn tươi có khả năng phân huỷ sinh học: Mtươi (VSS)= 138,3 kgSS/ngày.0,8 = 110,64 (VSS/ ngày) Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 39 Máng thu nước Máng thu nước đặt ở vòng tròn, có đường kính bằng 0,8 đường kính bể: Dm = 0,8.D = 0,8.4,46 = 3,57 (m) Chiều dài máng thu nước: Lm =  Dm =  .3,57 = 11,2 (m) Chiều cao máng hm = 0,5m Máng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ có dạng chữ V, góc 900C. Tính bơm bùn đến bể nén bùn : bơm 10 phút/ngày N = 1008.9,81.10.0,004 0,5( ) 1000 1000.0,8 gHQ kW     Trong đó: Q : lưu lượng bùn bơm đến bể nén bùn (m3/s). H : chiều cao cột áp toàn phần. H = 10 (mH2O).  : khối lượng riêng của bùn (kg/m3).  = 1008 kg/m 3 .  : hiệu suất bơm (%). Chọn  = 0,8. Công suất thực tế của máy bơm: NTT = 1,2.N = 1,2.0,5 = 0,6 (kW) Chọn 2 bơm công suất 0,6 kW hoạt động luân phiên nhau để bơm bùn đến bể nén bùn. Tính bơm từ bể lắng I sang bể UASB Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 40 Công suất của bơm được tính theo công thức: N = 1008.9,81.6.20,83 0,43( ) 1000 1000.0,8.3600 gHQ kW     Với: Q : lưu lượng nước thải (m3/s). H : chiều cao cột áp toàn phần, H = 6 (mH2O).  : khối lượng riêng của nước (kg/m3).  : hiệu suất bơm (%). Chọn  = 0,8. Công suất thực tế của máy bơm:  1,2 1,2 0,43 0,52TTN N kW     Chọn 2 bơm công suất 0,52 kW, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng. Tổng hợp tính toán bể lắng đợt I Thông số Giá trị Đường kính bể lắng, D(m) 4,46 Chiều cao bể lắng, H(m) 4,2 Đường kính ống trung tâm, d(m) 0,9 Chiều cao ống trung tâm, h(m) 1,8 Kích thước máng Đường kính máng thu nước, m 3,57 Chiều dài máng thu nước, m 11,2 Chiều cao máng thu nước, m 0,5 Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày, Mtươi(kgSS/ngày) 138,3 Lưu lượng bùn tươi cần xử lý, Qtươi(m 3 /ngày) 2,63 4.6. Bể UASB 4.6.1. Nhiệm vụ Làm giảm đáng kể hàm lượng COD, BOD trong nước thải bằng cách sử dụng lớp cặn lơ lửng (có chứa rất nhiều vi sinh vật yếm khí) trong dịch lên men nhờ hệ thống nước thải chảy từ phía dưới lên. Đồng thời tạo thuận lợi cho quá trình xử lý hiếu khí trong bể aerotank. 4.6.2. Tính toán Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 41 Giả sử sau các công trình xử lý sơ bộ hiệu quả xử lý đạt được: ECOD = 20% EBOD = 20% Các thông số đầu vào: Lưu lượng Q=500 m3/ng.đ BOD5 = 2254 mg/l COD = 4168 mg/l SS = 184 mg/l Các thông số đầu ra: BOD5 = 451 mg/l (EBOD = 80%) COD = 834 mg/l (ECOD = 80%) SS = 147 mg/l (ESS = 20%) Dung tích phần xử lý kỳ khí cần thiết: . 500.4168 260,5 8.1000COD Q C V L    (m 3 ) Trong đó: C: Hàm lượng COD đầu vào (mg/l). LCOD: Tải trọng thể tích. LCOD = 8kgCOD/m 3.ngày. (Bảng 10 – 10, “XLNT đô thị và công nghiệp”, Lâm Minh Triết). Diện tích bề mặt bể UASB: 2500 41,66( ) 12A Q F m L    Với: LA : Tải trọng bề mặt phần lắng, L = 12 m 3 /m 2.ngày. (Bảng 10 –9, “XLNT đô thị và công nghiệp” , Lâm Minh Triết). Chia bể thành 2 đơn nguyên hình vuông, vậy cạnh mỗi đơn nguyên là: 41,66 4,56( ) 2 F W m n    Chiều cao phần xử lý kỳ khí: 1 260.5 6,25( ) 41,66 V H m F    Tổng chiều cao của bể là: H = H1 + H2 + H3 Trong đó: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 42 H1: chiều cao phần xử lý kỳ khí. H2: chiều cao phần lắng, chọn H2 = 1,5m. H3: chiều cao bảo vệ, H3 = 0,3m. → Chiều cao bể: H = 6,25 + 1,5 + 0,3 = 8,05(m) Chọn H = 8m. Thời gian lưu nước trong bể: 260,5.24 12,5( ) 500 V t h Q    Bố trí mỗi đơn nguyên 2 phễu thu khí. Mỗi phễu có chiều cao 1,5m. Đáy phễu thu khí có chiều dài bằng cạnh đơn nguyên: l = W = 4,56m và chiều rộng W = 1,9m. Vậy phần diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí là: 4,56.4,56 2.4,56.1,9 .100 .100 16,67% 4,56.4,56 pkh A AA A A      Giá trị này nằm trong khoảng Akh/A = 15 – 20% Trong đó: A: Diện tích bề mặt bể Akh: Diện tích khe hở giữa các phễu thu khí Ap: Diện tích đáy phễu thu khí Tính hệ thống phân phối nước: Bố trí mỗi đơn nguyên 10 ống phân phối nước vào, diện tích trung bình cho 1 đầu phân phối là: 4,56.4,56 2,1 10 na   m 2/đầu  [2 – 5 m2/đầu] Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể ( TS = 5% ) . 30.260,5 156,3 0,05.1000 SS b C V M TS    (tấn) Trong đó: Css: Hàm lượng bùn trong bể. Css = 30 kg/m 3 (Theo “Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp”, Lâm Minh Triết). TS: Hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu. Hàm lượng COD của nước thải sau xử lý kỳ khí: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 43 CODra = (1 – ECOD).CODvào = (1 – 0,8).4168 = 834 mg/l Hàm lượng BOD5 của nước thải sau xử lý kỳ khí: BOD5 = (1 – EBOD).BODvào = (1 – 0,8).2254 = 451 mg/l Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày:  0 1 x d c Y S S Q P k          0,04 4168 834 .500 28,4 / 1 0,015.90 .1000 kgVS ngay        Trong đó: Y: hệ số sản lượng sinh tế bào, Y = 0,04 g VSS/g COD kd: hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,015ngày -1 c : thời gian lưu bùn (35 – 100 ngày), chọn c = 90 ngày S0, S: lượng COD đầu vào và đầu ra bể Thể tích khí metan sinh ra mỗi ngày CH4   4 0 159 ( ) 1,42CH xV S S Q P   4 (4168 834).500 350,84 1,42.28,4 1000 CHV        = 570701 (l/ngày) = 507,1(m 3 /ngày) Trong đó: 4CH V : thể tích khí metan sinh ra ở điều kiện chuẩn ( nhiệt độ 00C và áp suất 1atm) Px: lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày (kgVS?ngày) 350,84: hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí metan sản sinh từ 1kg BODL chuyển thành khí metan và CO2 (lit CH4 / kg BODL) Lượng bùn dư bơm ra mỗi ngày: 28,4 1,26 0,75. 0,75.30 x w ss P Q C    (m 3 /ngày) CSS: hàm lượng bùn trong bể (kg/m 3 ) Lượng chất rắn từ bùn dư: MSS = Qw.CSS = 1,26.30 = 37,8 (kg SS/ngày) Tính các ống phân phối nước vào bể UASB: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 44 Vận tốc nước chảy trong ống chính v = 0,8 - 2m/s, chọn v = 1m/s. D = 4 . .24.3600 Q v = 4.500 .1.24.3600 = 0,086 (m)  Chọn ống nhựa PVC có đường kính  90 Từ ống chính chia làm 2 ống nhánh vào 2 đơn nguyên.Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v = 0,8 - 2m/s, chọn v = 1m/s. Dn = 4 / 2 . .24.3600 Q v = 4.500 / 2 .1.24.3600 = 0,06 (m)  Chọn ống nhựa PVC có đường kính  60 4.7. Bể aerotank 4.7.1. Nhiệm vụ Bể aerotank được ứng dụng khá phổ biến trong các quá trình xử lý hiếu khí. Mục đích chủ yếu của quá trình này là dựa vào hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để ổn định chất hữu cơ làm keo tụ các hạt cặn lơ lửng không lắng được. Tùy thuộc vào thành phần nước thải cụ thể, Nitơ và Photpho sẽ được bổ sung để gia tăng khả năng phân hủy của vi sinh vật. * Các điều kiện, yêu cầu và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lý: - Điều kiện đầu tiên: cung cấp oxi đủ và liên tục cho bể sao cho lượng DO ra khỏi bể lắng II không nhỏ hơn 2 mg/l. - Nồng độ cho phép các chất bẩn hữu cơ: nếu có nhiều chất bẩn trong nước thải sẽ phá hủy chế độ hoạt động sống bình thường của vi sinh vật trong nước thải, gây "quá tải" và nếu có nhiều chất độc hại sẽ gây "sốc" vi sinh vật. Vì vậy, nếu nước thải có nhiều chất bẩn thì phải pha loãng trước khi xử lý. - Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho quá trình sinh hóa diễn ra bình thường cần nằm trong giới hạn cho phép: N, P, K, Ca, S, P,...Có thể chọn theo tỷ lệ sau: BODtoàn phần : N : P = 100 : 5 : 1 hay COD : N : P = 150 : 5 : 1 4.7.2. Tính toán Các thông số thiết kế như sau: Lưu lượng nước thải : Q = 500 m3/ ngày đêm. Hàm lượng BOD5 trong nước thải dẫn vào aeroten là 451 mg/l. Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 45 Hàm lượng BOD5 trong nước thải ở đầu ra là 90 mg/l. Chọn aerotank kiểu xáo trộn hoàn toàn để tính toán thiết kế. Các thông số cơ bản tính toán :  Thời gian lưu bùn : 155c ngày  Tỷ số F/M : 0,2 – 0,6 kg/kg.ngày  Tải trọng thể tích : 0,8 – 1,92 kgBOD5/m 3 .ngày  Nồng độ MLVSS : 2500 – 4000 mg/l  Tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính : Qth/Q = 0,25 – 1 Giả sử kết quả thực nghiệm tìm được các thông số động học như sau:  Hệ số sản lượng bùn : Y = 0,5 mgVSS/mgBOD5.  Hệ số phân huỷ nội bào : kd = 0,06 ngày -1 . Áp dụng các số liệu sau dùng để tính toán:  Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,8 (MLVSS/MLSS = 0,8)  Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn (tính theo chất rắn lơ lửng) là 10000mg/l.  Hàm lượng chất lơ lửng dễ bay hơi (MLVSS) trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể aerotank X = 3800mg/l.  Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aerotank: MLSS = 3800 4750 / . 0,8 0,8 MLVSS mg l   Nước thải đầu ra chứa 60mg/l cặn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ phân huỷ sinh học. Tính kích thước bể aerotank Xác định nồng độ BOD5 hoà tan trong nước ở đầu ra theo công thức: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 46 BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể aerotank + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra. Phần có khả năng phân huỷ sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là: 60.0,65mg/l = 39mg/l Lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá hết lượng cặn này được tính dựa vào phương trình phản ứng: C5H7O2N + 5O2  5CO2 + 2H2O + NH3 + năng lượng 113mg 160mg 1mg 1,42mg (lượng oxy cung cấp này chính là BOD20 của phản ứng) Vậy BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân huỷ sinh học ở đầu ra là: 39 x 1,42 (mgO2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hoá) = 55mg/l BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng II là: BOD5 = 0,68 BOD20 = 0,68 x 55= 37 mg/l BOD5 hoà tan trong nước ở đầu ra xác định như sau: 90 mg/l = BOD ht 5 + 37mg/l  BOD ht 5 = 53mg/l Xác định hiệu quả xử lý E: Hiệu quả xử lý được xác định theo phương trình sau: E = 0 0 .100 S S S  Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hoà tan: E = 451 53 .100 88% 451   Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng cộng: Etc = 451 90 100 80% 451   Thể tích bể aeroten được tính theo công thức sau: V= 30. . .( ) 500.10.0,5(451 53) 163 .(1 . ) 3800(1 0,06.10) c d c Q Y S S m X k         Trong đó: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 47 c : thời gian lưu bùn, theo quy phạm 5 – 15 ngày, chọn c = 10ngày Q : lưu lượng trung bình ngày, Q = 500m3/ngày Y : hệ số sản lượng bùn, Y = 0,5 mgVSS/mg BOD5 S0: hàm lượng BOD5 dẫn vào aerotank, S0 = 451mg/l S: hàm lượng BOD5 hoà tan của nước thải dẫn ra khỏi aerotank, S = 53mg/l. X : nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính, X = 3800 mg/l. kd: hệ số phân huỷ nội bào, chọn kd = 0.06 ngày -1 . Xác định thời gian lưu nước của bể aeroten: 163 .24 7,8( ) 500 V h Q     Xác định kích thước bể aeroten: Các kích thước điển hình của aerotank xáo trộn hoàn toàn Thông số Giá trị Chiều cao hữu ích, (m) 3.0 – 4.6 Chiều cao bảo vệ, (m) 0.3 – 0.6 Khoảng cách từ đáy đến đầu khuyếch tán khí, (m) 0.45 – 0.75 Tỷ số rộng : sâu ( W: H) 1 : 1 – 2.2 : 1 Chọn chiều cao hữu ích của bể là 3,5m, chiều cao bảo vệ là 0,5m. Vậy chiều cao tổng cộng của bể: H = 4m. Chiều dài của aerotank là L = 9m. Chiều rộng bể aerotank là W = 5,2m. Kích thước bể aerotank: L x W x H = 9 x 5,2 x 3,5 Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 48 Tính toán lưu lượng bùn thải bỏ mỗi ngày: Giả sử bùn dư được xả bỏ (dẫn đến bể nén bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (MLVSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (MLSS). Khi đó lưu lượng bùn dư thải bỏ được tính dựa vào công thức: . . c w r c c V X Q X Q X    Trong đó: V : thể tích aerotank, V = 163m3 X : nồng độ MLVSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể aerotank, X = 3800mg/l. Qw: lưu lượng bùn thải, m 3 . Xr: nồng độ MLVSS có trong bùn hoạt tính tuần hoàn Xr= 0,8.10000 = 8000 mg/l Qc: lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng II, Qc = Q = 500m 3 /ngày. Từ đó tính được: Qw= . . . (163.3800) (10.500.48) 4,7 . 10.8000 c c c c r V X Q X X       (m 3 /ngày) Tính hệ số tuần hoàn  Từ phương trình cân bằng vật chất viết cho bể lắng II (xem như lượng chất hữu cơ bay hơi ở đầu ra của hệ thống là không đáng kể), ta có: ( ) rr r r w X Q Q X Q X Q   → Lưu lượng bùn tuần hoàn: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 49 3800.500 8000.4,7 443 8000 3800 r w r r XQ X Q Q X X        (m 3/ngđ) Vậy, ta có: 443 0,88 500 rQ Q     Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng hữu cơ: Tỷ số F/M xác định theo công thức sau: 0 451 0,2 . 3800.7,8 SF M X    (ngày -1 ) Tải trọng thể tích: 3 30. 451.500.10 .10 1,4 163 S Q L V     ( kgBOD5/m 3 .ngày) Cả hai giá trị này đều nằm trong giá trị cho phép đối với aerotank xáo trộn hoàn toàn: F/M = 0,2 – 0,6 LBOD= 0,8 – 1,9 Tính lượng oxy cần thiết cần cung cấp cho aerotank dựa trên BOD20 Hệ số tạo bùn từ việc khử BOD5 Yobs= 0,5 0,3125( / ) 1 . 1 0,06.10d c Y mg mg k     Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: v o. .( )x obs à raP Y Q BOD BOD  0,3125.500.(451 53) 62,2( / ) 1000 kgVSS ngay    Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn: OCo= x o P f gkgSSQ 42,1 )/(10)..( 3    = 3500.(451 53).10 1,42.62,2 204,3 0,68    (kgO2/ngày) Trong đó: Q : lưu lượng nước thải , Q = 500m3/ngày. So: BOD5 của nước thải đầu vào Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 50 S : BOD5 của nước thải đầu ra f : hệ số chuyển đổi BOD5 sang BOD20, f = 0,68 1,42: hệ số chuyển đổi tế bào sang BOD. Px: Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế: 2 9,08 203,4 262 / ng y 9,08 2 S t o S L C OC OC kgO à C C      Trong đó: CS : nồng độ bão hòa của oxy trong nước ở nhiệt độ làm việc, CS = 9,08 mg/l. CL: lượng oxy hòa tan cần duy trì trong bể, CL = 2mg/l Trong không khí, oxy chiếm 21% thể tích. Giả sử rằng trọng lượng riêng của không khí là 1,2kg/m 3. Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình là: 2 262 1039 0,21.1,2 0,21.1,2 O kk M Q    (m 3 /ngày) Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thuết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế là 1,5. Vậy lượng khí theo yêu cầu là: 19481.1,5 19481 0,08 kQ   (m 3 /ngày) = 0,225 (m 3 /giây) Tính hệ thống phân phối khí Chọn đĩa phân phối khí dạng đĩa xốp đường kính 170mm, diện tích bề mặt F = 0,02m 2 . Lưu lượng riêng phân phối khí của đĩa thổi khí  = 150 – 200 l/phút, chọn  = 200 l/phút. Lượng đĩa thổi khí trong bể aerotank: N = 3 3 310 . ( / ) 10 *19481 67 24.60. ( / ) 24*60*200 kkQ m ngay l phut    (đĩa) Để thuận lợi cho việc bố trí ta chọn số đĩa thổi khí là 60 đĩa. Phân phối đĩa thành hàng 10 hàng theo chiều dài bể, mỗi hàng 6 đĩa. Lưu lượng không khí cần để khử 1kg BOD5: Lưu lượng khí cấp cho 1m3 nước thải: C = 19481 38,9 500 kkQ Q   (m 3 /m 3 ) Lưu lượng không khí cần để khử 1kg BOD5: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 51 5 3 3 19481 97,9 ( ).10 500.(451 53).10 BOD kk kk o Q q Q S S        (m 3 khí/kgBOD5) Trong đó: Q : lưu lượng nước thải. Qkk : thể tích không khí. So : BOD5 trong nước thải đầu vào S : BOD5 trong nước thải đầu ra Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén khí được xác định theo công thức: Htc = hd + hc + hf + H = 0,4 + 0,5 + 3,5 = 4,4 (m) Trong đó: hd, hc: tổn thất áp lực dọc theo chiều dài ống và tổn thất cục bộ tại các điểm uốn , khúc quanh (m), Tổng tổn thất hd và hc không vượt quá 0,4m. hf : tổn thất qua các đĩa phân phối (m), giá trị này không vượt quá 0.5m. H : chiều cao hữu ích của bể aerotank, H = 3,5m. Công suất máy thổi khí tính theo công thức sau: 0,283 2 1 . . 1 29,7. . G R T P P n P            Trong đó: + P: Công suất yêu cầu của máy (KW) + G: trọng lượng dòng khí(Kg/s) G = Qk . khí = 0,225.1,29 = 0,29 (Kg/s) +R: hằng số khí. R = 8,314 (KJ/K.mol.oK ) + T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào: T1= 273 + 25 = 298 o K + P1 : áp lực tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1at + P2: áp lực tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 =Htc + 1at = 1,44 at + 1 1,395 1 0,283 1,395 k n k      ( k = 1,395 đới vi không khí). + 29,7: hệ số chuyển đổi. +  : hiệu suất của máy nén khí,  = 0,7 – 0,9, chọn  = 0,8. Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 52 Vậy công suất của máy nén khí là: 0,283 0,29.8,314.298 1,44 1 11,6( ) 29,7.0,283.0,8 1 wP kW             Chọn 2 máy thổi khí công suất 11,6KW, một hoạt động, một dự phòng. Chọn đường ống dẫn khí Ống dẫn khí chính: Dchính= 4 . kQ v = 4.0,225 .14 =0,14 (m) = 140 (mm) Trong đó: Qkhi: lưu lượng khí ở ống chính. v : vận tốc khí trong ống chính, v = 10 – 15 m/s, chọn v =14m/s  Chọn ống thép không gỉ đường kính  =140mm. Ống dẫn khí nhánh: dn = v Qn . 4  = 4.0,0225 .12 =0,049 (m) = 49mm.. Trong đó: Qn: lưu lượng khí trên ống nhánh Qn = Qkhi/n = 0,225/10 = 0,0225 (m 3 /s) n : số hàng phân phối đĩa sục khí v : vận tốc khí, chọn v =12m/s  Chọn ống thép không gỉ đường kính  = 50mm. Tính ống dẫn nước thải và ống dẫn bùn tuần hoàn  Ống dẫn nước thải vào: Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống: v = 0,7m/s Đường kính ống dẫn là: D = 4. . .3600.24 Q v = 0,102 (m) = 102 (mm) Chọn ống nhựa PVC đường kính ống  = 110mm.  Ống dẫn nước thải ra: Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7m/s Lưu lượng nước thải : Q + Qr = 500 + 443 = 943 (m 3 /ngày) Đường kính ống là: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 53 D = 4.( ) 24.3600. . Q Qr v  = 4.943 24.3600.0,7. =0,14 (m) = 140 (mm) Chọn ống nhựa PVC có đường kính  =140mm.  Ống dẫn bùn tuần hoàn: Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 1m/s Lưu lượng tuần hoàn : Qr = 443m 3/ngđ Đường kính ống dẫn là: D = 4. 24.3600. . Qr v = 4.443 24.3600.1.3,14 = 0,08 (m) = 80 (mm) Chọn ống nhựa PVC đường kính ống  = 80 Bảng tổng hợp tính toán bể aerotank Thông số Giá trị Thể tích bể: dài x rộng x cao 9m x 5,2m x 4m Lưu lượng bùn thải Qw (m 3 /ngày) 4,7 Tỷ số tuần hoàn bùn,  0,88 Lưu lượng bùn tuần hoàn, Qr(m 3 /ngày) 443 Thời gian lưu nước,  (h) 7,8 Lượng không khí cần, Qkk(m 3 /ngày) 19481 Lượng không khí cần để khử 1kg BOD5, qkk(m 3 /kg BOD5) 97,9 Số đĩa sứ khuyếch tán khí, N (đĩa) 70 Đường kính ống dẫn khí chính, D(mm) 140 Đường kính ống dẫn khí nhánh, d(mm) 50 Công suất máy cấp khí, (kW) 11,6 4.8. Bể lắng II Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 54 4.8.1. Nhiệm vụ Nước thải sau khi qua bể Aerotank sẽ được đưa đến bể lắng II, bể này có nhiệm vụ lắng các bông bùn hoạt tính từ bể Aerotank đưa sang. Một phần bùn lắng sẽ được tuần hoàn trở lại bể Aerotank, phần bùn dư được thải ra ngoài. 4.8.2. Tính toán Chọn bể lắng đợt II là bể lắng ly tâm. Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng đợt II với bùn hoạt tính khuyếch tán bằng không khí như sau: Tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày o Trung bình : 16,3 – 32,6 o Lớn nhất : 40,7 – 48,8 Tải trọng chất rắn, kg/m2.h o Trung bình : 3,9 – 5,9 o Lớn nhất : 9,8 Chiều cao công tác,m : 3,7 – 6,1 Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho bùn hoạt tính này là 20m3/m2.ngày và tải trọng chất rắn là 5,5kg/m2.h Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt: AL = 2500 25( ) 20A Q m L   Trong đó: Q : lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày LA: tải trọng bề mặt, m 3 /m 2 .ngày Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn là: AS = 2( ) (500 443).4750 33,9( ) 24.5,5.1000 r S Q Q MLSS m L     Trong đó: Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn, m 3 /ngày LS: tải trọng chất rắn, kgSS/m 2 .ngày Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 55 Do AS > AL, vậy diện tích bề mặt lắng tính theo tải trọng chất rắn là diện tích tính toán. Đường kính bể lắng: D = A. 4  = 4 .33,9  = 6,6 (m) Đường kính ống trung tâm: d = 20%D = 20%.6,6 = 1,3 (m) Chọn chiều cao hữu ích của bể lắng là hL= 3m, chiều cao lớp bùn lắng hb= 1,5m và chiều cao bảo vệ hbv= 0,3m. Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng II: Htc = hL + hb + hbv = 3 + 1,5 + 0,3 = 4,8 (m) Chiều cao ống trung tâm; h = 60%hL = 60%.3,2 = 1,92 (m) Thời gian lưu nước của bể lắng: + Thể tích phần lắng: VL = 2 2 2 2 3( ). (6,6 1,3 ).3 98,65( ) 4 4 LD d h m       + Thời gian lưu nước: t = 98,65.24 2,5( ) 500 443 L r V h Q Q     Thể tích bể chứa bùn: Vb = A.hb = 33,9.1,5 = 50,85 (m 3 ) Thời gian lưu giữ bùn trong bể: tb = 50,85.24 2,72( ) (4,7 443) b w r V h Q Q     Tải trọng bề mặt: LS = (500 443) 46,2 .6,5 rQ Q D      (m 3 /m.ngày) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép LS < 500 m 3 /m.ngày Máng thu nước Máng thu nước đặt ở vòng tròn, có đường kính bằng 0,8 đường kính bể: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 56 Dm = 0,8.D = 0,8.6,5=5,2 (m) Chiều dài máng thu nước: Lm =  Dm =  .5,2 = 16,33 (m) Chiều cao máng hm = 0,5m Máng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ có dạng chữ V, góc 900C. Tính ống dẫn nước thải và ống dẫn bùn  Ống dẫn nước thải vào: Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống: v = 0,7m/s Lưu lượng nước thải vào bể: Qv = Q+ Qr = 500 + 443 = 943 (m 3 /ngày) D = 4. 24.3600. . VQ v = 4.943 24.3600.0,7. = 0,14 (m) = 140 (mm) Chọn ống nhựa PVC đường kính ống  = 140mm  Ống dẫn nước thải ra: Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7m/s Lưu lượng nước thải : Q = 500m3/ngđ Đường kính ống là: D = 4. 24.3600. . Q v = 4.500 24.3600.0,7. = 0,1(m) = 100 (mm) Chọn ống nhựa PVC có đường kính  = 100mm  Ống dẫn bùn: Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 1m/s Lưu lượng bùn: Qb = Qr + Qw = 4,7 + 443 = 447,7 (m 3 /ngày) Đường kính ống dẫn là: D = 4. 24.3600. . bQ v = 4.447,7 24.3600.1. = 0,08 (m) = 80 (mm) Chọn ống nhựa PVC đường kính ống  = 80mm. Tính bơm bùn tuần hoàn Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 57 N = 1008.9,81.10.443 0,63( ) 1000 1000.0,8.24.3600 gHQ kW     Với: Q : lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/s). H : chiều cao cột áp toàn phần. H = 10 (mH2O).  : khối lượng riêng của bùn,  = 1008 (kg/m 3 ).  : hiệu suất bơm (%). Công suất thực tế của máy bơm: NTT = 1,2.N = 1,2.0,63 = 0,76(kW) Tính bơm bùn đến bể nén bùn Thời gian bơm 15 phút/ngày. N = 1008.9,81.10.0,005 0,65( ) 1000 1000.0,8 gHQ kW     Với: Q : lưu lượng bùn xả ra (m3/s). H : chiều cao cột áp toàn phần. H = 10 (mH2O).  : khối lượng riêng của bùn,  = 1008 (kg/m 3 ).  : hiệu suất bơm (%). Công suất thực tế của máy bơm: NTT = 1,2.N = 1,2.0,65 = 0,78 (kW) Chọn 2 bơm công suất 0,78 kW hoạt động luân phiên nhau . Tổng hợp thiết kế bể lắng đợt II Thông số Giá trị Đường kính bể lắng , D(m) 6,5 Chiều cao bể lắng, H(m) 4,8 Đường kính ống trung tâm, d(m) 1,3 Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 58 Chiều cao ống trung tâm, h(m) 1,92 Thời gian lưu nước, t(h) 2,5 Thời gian lưu bùn, tb(h) 2,72 Đường kính ống dẫn nước thải vào (mm) 140 Đường kính ống dẫn nước thải ra (mm) 100 Đường kính ống dẫn bùn (mm) 80 4.9. Bể nén bùn 4.9.1. Nhiệm vụ Cặn tươi từ bể lắng đợt I và bùn hoạt tính từ bể lắng II có độ ẩm tương đối cao (92 – 96% đối với cặn tươi và 99,2 – 99,7% đối với bùn hoạt tính) nên cần phải giảm độ ẩm và thể tích trước khi đưa vào các công trình phía sau. Một phần lớn bùn từ bể lắng II được dẫn trở lại aerotank (loại bùn này được gọi là bùn hoạt tính tuần hoàn), phần bùn còn lại được gọi là bùn hoạt tính dư được dẫn vào bể nén bùn. Nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư bằng cách lắng (nén) cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (95 – 97%) phục vụ cho các quá trình xử lý bùn ở phía sau. Bể nén bùn tương đối giống bể lắng ly tâm. Tại đây bùn được tách nước để giảm thể tích. Bùn loãng (hỗn hợp bùn - nước) được đưa vào ống trung tâm ở tâm bể. Dưới tác dụng của trọng lực bùn sẽ lắng và kết chặt lại. Sau khi nén bùn sẽ được rút ra khỏi bể bằng bơm hút bùn. 4.9.2. Tính toán Lưu lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày: QV = QI + QUASB + QII = 2,63 + 1,26 + 4,7 = 8,59 (m 3 /ngày) Diện tích của bể nén bùn đứng được tính dựa theo công thức: F = 3 2 3 2 8,59 / 1,19( ) 0,3 / . .24 / V o Q m ngay m q m m h h ngay   Trong đó: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 59 qo: Tải trọng tính toán lên diện tích mặt thoáng của bể nén bùn (m 3 /m 2 .h), qo= 0,3 m 3 /m 2 .h Đường kính của bể nén bùn : D = 4F  = 4.1,19  = 1,23 (m) Đường kính ống trung tâm: d = 0,1D = 0,1.1,23 = 0,123m Đường kính phần loe của ống trung tâm: d1 = 1,35d = 1,35.0,123 = 0,17 (m) Đường kính tấm chắn: dch= 1,3d1 = 1,3.0,17 = 0,22 (m) Chiều cao công tác của bể nén bùn : H = qo.t = 0,3.10 = 3m Với t : thời gian nén bùn. Chọn t = 10h  quy phạm (10 – 12h). Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn : Htc = H + h1 + h2 + h3 = 3 + 0,3 + 0,3 + 0,8 = 4,4 (m) Trong đó : h1: chiều cao từ mực nước đến thành bể (m). h2: chiều cao lớp bùn (m) h3: chiều cao phần chóp đáy bể (m) Máng thu nước Máng thu nước đặt vòng tròn theo thành bể, cách thành bể 0,3m. Đường kính máng thu nước: Dm = 0,8D = 0,8.1,23 = 0,98 (m) Chiều dài máng thu nước: Lm =  D =  .1,23 = 3,86 (m) Lượng nước tách ra khỏi bùn: 99,2% - 97% = 2,2% Lượng bùn sau khi nén: Qb = QV – 2,2%QV = 8,59 – 2,2%.8,59 = 8,4 (m 3 /ngày). Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 60 Tính công suất bơm hút bùn : Thời gian hút bùn 20 phút, 8h lấy bùn 1 lần. N = 1200.9,81.8.0,0023 0,3( ) 1000 1000.0,8 gHQ kW     Trong đó: Q : lưu lượng bùn sau khi nén (m3/s). H : chiều cao cột áp toàn phần. H = 8 (mH2O).  : khối lượng riêng của bùn sau khi nén (kg/m3).  = 1200 (kg/m3).  : hiệu suất bơm (%). Chọn  = 0,8. Công suất thực tế của máy bơm: NTT = 1,2.N = 1,2.0,3 = 0,36 (kW) Chọn 2 bơm công suất 0,36 kW hoạt động luân phiên nhau . Tổng hợp thiết kế bể nén bùn Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 61 Thông số Giá trị Lưu lượng bùn sau khi nén, Qnén(m 3 /ngày) 8,4 Đường kính bể nén bùn, D(m) 1,23 Đường kính ống trung tâm, d(m) 0,123 Đường kính phần loe của ống trung tâm, dl(m) 0,17 Đường kính tấm chắn, dch(m) 0,22 Chiều cao tổng cộng bể nén bùn, Htc(m) 4,4 4.10. Máy ép bùn 4.10.1. Nhiệm vụ: Cặn sau khi qua bể nén bùn có nồng độ từ 3 – 8% cần đưa qua máy ép bùn để giảm độ ẩm xuống còn 70 – 80%, tức nồng độ cặn khô từ 20 – 30% với mục đích: - Giảm khối lượng bùn vận chuyển ra bãi thải. - Cặn khô dễ chôn lấp hay cải tạo đất hơn cặn ướt. - Giảm lượng nước bẩn có thể thấm vào nước ngầm ở bãi thải. - Ít gây mùi khó chịu và ít độc tính. 4.10.2. Tính toán: Lưu lượng cặn đến lọc ép dây đai: 093,0 97100 2,99100 .35,0 100 100 . 2 1        P P QQ vb m 3 /h Trong đó: QV: lượng bùn đưa đến máy ép, QV = 8,4m 3 /ngày = 0,35 m 3 /h P1: độ ẩm của bùn dư, P1 = 99,2% Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 62 P2: độ ẩm của bùn sau khi nén ở bể nén bùn, P2 = 97% Giả sử lượng bùn sau khi nén có C = 50kg/m3, lượng cặn đưa đến máy ép bùn là: Q = C.Qb = 50 kg/m 3 . 0,093 m 3 /h = 4,7kg/h =112,8kg/ngày. Máy làm việc 6h trong 1 ngày, 1 tuần làm việc 3 ngày. Lượng cặn đưa đến máy trong 1 tuần: 112,8 . 7 = 789,6kg. Lượng cặn đưa đến máy trong 1h: hkgG 87,43 3.6 789,6  Tải trọng cặn trên 1m rộng của băng tải do động trong khoảng 90 – 680kg/m chiều rộng băng giờ. Chọn băng tải có công suất 100kg/m rộng giờ. Chiều rộng băng tải: m G b 44,0 100 87,43 100  Chọn máy có chiều rộng 0,5m và năng suất 100kg/m rộng giờ. 4.11. Hồ sinh học thực vật 4.11.1. Nhiệm vụ Nhiệm vụ của hồ sinh học là nhằm ổn định tính chất nước thải và tăng cường hiệu quả khử các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước thải. Trong hồ, nước thải được làm sạch bằng quá trình tự nhiên nhờ sự có mặt của lục bình. 4.11.2. Tính toán Nước thải sau khi qua bể lắng II, hàm lượng BOD5 giảm khoảng 20%. BOD5 của nước thải vào hồ sinh học là 72mg/l. Hiệu quả xử lý BOD5 của hồ sinh học là 60%. Như vậy, hàm lượng BOD5 của nước thải ra khỏi hồ sinh học là 28,8mg/l (đạt tiêu chuẩn loại B) Diện tích của hồ sinh học được xác định: Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 63 2( ) (72 28,8)500 0,12( ) 1200( ) 1000. 1000.180 a tL L QF ha m OM       Trong đó: La: BOD5 của nước thải đầu vào (mg/l). Lt: BOD5 của nước thải đầu ra (mg/l). Q: lưu lượng nước thải (m3/ngđ) OM: tải trọng bề mặt (kgBOD5/ha.ngày), có thể lấy 150 – 350 kgBOD5/ha.ngày phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, lượng nắng. Chọn OM = 180 kgBOD5/ha.ngày. Thể tích của hồ: W = F.H = 1200.0,8 = 960 (m 3 ) Trong đó: H: Chiều cao hữu ích của hồ (m3). Chọn H = 0,8 m. Chiều cao dự trữ khi trời mưa là 0,3 m.  Chiều cao tổng cộng của hồ là H = 1,1m. Thời gian lưu nước trong hồ: 960.24 46( ) 500 V t h Q    Chọn chiều dài của hồ sinh học là: L = 40m. Chiều rộng của hồ sinh học là B = 30m.  Kích thước hồ sinh học: B x L x H = 40 x 30 x 1,1 (m). Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 64 CHƢƠNG 5: TÍNH KINH TẾ Giá thành xử lý nước bao gồm: Chi phí xây dựng cơ bản và thiết bị (chi phí đầu tư ban đầu). Chi phí vận hành và quản lý. 5.1. Chi phí đầu tư ban đầu Chi phí xây dựng công trình STT Công trình Thể tích (m 3 ) Số lượng Đơn vị Đơn giá (VNĐ/m3) Thành tiền (triệu đồng) 1 Ngăn tiếp nhận 22,13 1 Bê tông 1,500,000 33,195 2 Bể lắng cát 4,65 2 Bê tông 1,500,000 13,95 3 Bể điều hòa 59,25 1 Bê tông 1,500,000 88,875 4 Bể lắng I 24,87 1 Bê tông 1,500,000 37,305 Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 65 5 Bể UASB 54,65 2 Bê tông 1,500,000 163,95 6 Bể Aerotank 52,22 1 Bê tông 1,500,000 78,33 7 Bể lắng II 42,64 1 Bê tông 1,500,000 63,96 8 Bể nén bùn 7,13 1 Bê tông 1,500,000 10,695 9 Nhà điều hành 1 40 Tổng cộng 530,26 Chi phí thiết bị STT Thiết bị Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Lưới chắn rác 2 800,000 1,600,000 2 Bơm chìm ở ngăn tiếp nhận 2 10,000,000 20,000,000 3 Bơm chìm ở bể điều hoà 2 10,000,000 20,000,000 4 Bơm bùn tươi ở bể lắng I 2 8,000,000 16,000,000 Bơm từ bể lắng I sang bể UASB 2 8,000,000 16,000,000 5 Máy cấp khí 2 50,000,000 100,000,000 6 Đĩa phân phối khí 90 100,000 10,800,000 7 Máng răng cưa ở bể lắng 2 2,000,000 4,000,000 8 Bơm bùn ở bể lắng II 2 8,000,000 16,000,000 Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 66 9 Bơm hút bùn ở bể nén bùn 2 12,000,000 30,000,000 10 Máng răng cưa ở bể nén bùn 1 1,500,000 1,500,000 Máy ép bùn 1 100,000,000 100,000,000 11 Tủ điện điều khiển 1 18,000,000 18,000,000 12 Hệ thống đường điện kỹ thuật 30,000,000 30,000,000 13 Đường ống dẫn nước, dẫn khí 30,000,000 30,000,000 14 Các chi tiết phụ phát sinh 40,000,000 40,000,000 TỔNG CỘNG 410,500,000 Tổng vốn đầu tư cơ bản bao gồm chi phí khấu hao xây dựng 20 năm và chi phí khấu hao máy móc 10 năm. 530,260,000 410,500,000 67,563,000 20 10 VT    (đồng/năm) 5.2. Chi phí điện năng Hạng mục Công suất (kW) Số lượng Máy hoạt động Giờ hoạt động Điện năng tiêu thụ (kW) Bơm chìm ngăn tiếp nhận 1,4 2 1 6 8,4 Bơm chìm bể điều hòa 0,7 2 1 24 28,8 Bơm bùn tươi ở lắng I 0,6 2 1 0,17 0,1 Bơm từ bể lắng I sang bể UASB 0,52 2 1 24 12,48 Bơm bùn ở bể lắng II 0,78 2 1 24 18,72 Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 67 Máy thổi khí 14 2 1 24 336 Bơm hút bùn ở bể nén 0,3 2 1 1 0,3 Tổng cộng 404,8 Giá cung cấp điện công nghiệp: 1,200 đồng/kW Vậy chi phí điện năng cho một ngày vận hành: Tđ = 404,8.1,200 = 485,760 đồng/ngày = 177,302,000 đồng/năm. 5.3. Chi phí quản lý và vận hành Số công nhân để vận hành là 3 người, lương 1,8 triệu/ tháng và 1 kỹ sư, lương 3 triệu / tháng. Tổng chi phí nhân công là: TQL = 8,400,000đồng/tháng = 100,800,000đồng/năm. 5.4. Chi phí bão dưỡng máy móc thiết bị Chi phí bão dưỡng hàng năm ước tính bằng 1% tổng số vốn đầu tư vào công trình xử lý. Tbd = 0,01.67,563,000 = 675,630 (đồng/năm). 5.5. Chi phí xử lý 1m3 nước thải Tổng chi phí xử lý: TTC = 67,563,000 + 177,302,000 + 100,800,000 + 675,630 = 346,340,630 (đồng/năm). → Giá thành xử lý cho 1m3 nước thải: 332,083,935 1,900 500.365 T   (đồng/m3) Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 68 KẾT LUẬN Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi ở nước ta đã có nhiều bước phát triển đáng kể. Nhờ có một số chính sách đầu tư phát triển chăn nuôi heo của nhà nước nên hiện nay trên cả nước đã xây dựng nhiều mô hình trang trại chăn nuôi heo với quy mô lớn. Tuy nhiên cùng với sự phát triển cao của sản xuất là những vấn đề ô nhiễm môi trường của ngành chăn nuôi đang ngày càng trầm trọng. Nước thải chăn nuôi chứa rất nhiều hợp chất hữu cơ, vi khuẩn, giun sán… nếu không được xử lý kịp sẽ gây nên nhiều hậu quả xấu cho môi trường. Một số cơ sở chăn nuôi tuy có xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhưng do còn nhiều hạn chế về kinh phí và kỹ thuật nên chất lượng nước sau xử lý vẫn chưa đạt tiêu chuẩn cho phép.Vì vậy việc nghiên cứu tìm ra một quy trình xử lý hiệu quả và phù hợp cho các trại chăn nuôi là nhu cầu tất yếu và cấp thiết. Thành phần nước thải chăn nuôi chủ yếu là các chất hữu cơ vì vậy rất thuận tiện trong việc xử lý bằng phương pháp sinh học. Quy trình xử lý nước thải chăn nuôi mà nhóm đã đề xuất có thể xử lý tương đối hiệu quả các thành phần hữu cơ trong nước thải. Vì vậy các cơ sở chăn nuôi nếu có điều kiện nên áp dụng quy trình này để hạn chế các tác động xấu đến môi trường do hoạt động sản xuất của mình gây ra. Đồ án môn học Xử Lý Nước Thải Lớp ĐHMT1 GVHD: ThS. Nguyễn Xuân Hoàn Trang 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Đức Hạ, “Xử lý nước thải đô thị”, NXB Khoa Học và Kỹ thuật Hà Nội, 2006. 2. PGS.PTS Hoàng Huệ, “Xử lý nước thải”, NXB Xây Dựng Hà Nội, 1996. 3. TS. Trịnh Xuân Lai, “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải”, NXB Xây Dựng Hà Nội, 2000. 4. Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng - Nguyễn Phước Dân, “Xử lý nước thải đô thị & công nghiệp”, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2006. 5. Một số đồ án xử lý nước thải. 6. www.google.com.vn