GVHD:ThS. Lê Ngọc Thư Thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường Vận tốc nước chảy trong ống chính v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s. 4×Q 4 × 800 = = 0,11m v ×π 1 × π × 24 × 3600 D= → chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ110mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: v= 4×Q π × ( D) 2 = 4 × 800 π × ( 0,11) × 24 × 3600 2 = 1m / s Từ ống chính chia làm 2 ống nhánh vào 2 đơn nguyên. Đường kính ống nhánh:  Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s. 4×Q 4 × 800 2 = 2 = 0,077m v ×π 1 × π × 24 × 3600 D= → chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ75mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: v= 4×Q 4 × 800 2 = 2 = 1,05m / s 2 2 π × ( D) π × ( 0,075) × 24 × 3600 Trên mỗi ống nhánh chia làm 2 nhánh nhỏ dẫn vào mỗi đơn nguyên. Đường kính ống nhánh:  Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s. D= 4×Q 4 × 800 4 = 4 = 0,054m v ×π 1 × π × 24 × 3600 → chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ50mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: v= 4×Q 4 × 800 4 = 4 = 1,18m / s → thỏa điều kiện. 2 2 π × ( D) π × ( 0,050) × 24 × 3600 Hệ thống ống phân phối nước vào được đặt cách đáy bể 0,5m  Ống dẫn nước thải sang aerotank : Vận tốc nước chảy trong ống v=0,1÷0,5m/s [2], chọn v=0,5m/s. D= 4×Q = v ×π 4 × 800 = 0,154m 0,5 × π × 24 × 3600 → chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ160mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: SVTH: Lê Trương Huỳnh Anh MSSV:90100040 33 GVHD:ThS. Lê Ngọc Thư Thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường v= 4×Q π × ( D) 2 = 4 × 800 π × ( 0,160 ) × 24 × 3600 2 = 0,461m / s → thỏa điều kiện. Tính toán đường ống thu khí:  Chọn vận tốc khí chạy trong ống v=10m/s. D= 4 × V khí 4 × 1400 = = 0,045m v ×π 10 × π × 24 × 3600 → chọn ống sắt tráng kẽm có đường kính Φ40mm. Kiểm tra vận tốc khí trong ống v= 4 × Vkhí 4 × 1400 = = 13 m/s  thỏa điều kiện 2 π × (D) 3,14 × (0,04) 2 × 24 × 3600  Tính ống thu bùn: Chọn ống thu bùn có đường kính Φ90mm có đục lỗ, dlỗ=20mm. Ở mỗi vò trí ta đục lỗ 3 mặt, mỗi lỗ cách nhau 20mm, mỗi vò trí cách nhau 400mm. Bùn được xả đònh kỳ từ 1÷6 tháng nhờ áp lực thủy tónh của nước trong bể. Ống thu bùn được đặt dọc theo chiều dài bể và cách đáy 1m.  Lấy mẫu: Để biết được sự hoạt động bên trong bể, dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu. Với các mẫu thu được ở cùng một van, ta có thể ước đoán lượng bùn ở độ cao đặt van đó. Sự ước đoán này rất cần thiết khi muốn biết tải trọng thực sự của bùn và thời gian lưu bùn hiện trong bể là bao nhiêu, từ đó mà có sự điều chỉnh thích hợp. Trong điều kiện ổn đònh, tải trọng của bùn gần như không đổi, do đó mật độ bùn tăng lên đều đặn. Nhưng ngay trong những trường hợp đó, việc lấy mẫu vẫn được đề nghò thực hiện đều đặn. Khi mở van, cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được bùn gần giống trong bể vì nếu mở lớn quá thì nước sẽ thoát ra nhiều hơn. Thông thường lấy 50÷150 ml mẫu vào 2 lần cách nhau ít nhất 1h. Bể cao 7,6m, do đó dọc theo chiều cao bể đặt 5 van lấy mẫu, các van đặt cách nhau 1,m. Van dưới cùng đặt cách đáy 0,5m. Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng Φ25. CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ UASB LÀ: STT 1 2 3 4 5 Tên thông số Số lượng Chiều dài bể Chiều rộng bể Chiều cao bể Thể tích SVTH: Lê Trương Huỳnh Anh Đơn vò Công trình m m m m3 Số liệu thiết kế 2 5 5 7,5 187,5 MSSV:90100040 34 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường  GVHD:ThS. Lê Ngọc Thư Tính bơm từ bể lắng I đến UASB : Lưu lượng cần bơm Q = 33,34 m3/h. Cột áp của bơm: H = ∆Z + ∑ h (m H2O) ∆Z: khoảng cách từ mặt nước bể điều hoà đến mặt nước bể UASB. ∑h: tổng tổn thất của bơm, bao gồm tổn thất cục bộ, tổn thất dọc đường ống, tổn thất qua lớp bùn lơ lửng trong bể UASB. Một cách gần đúng, chọn : o ∆Z = 4 m H2O ∑h = 7 m H2O o ⇒ H = 4 + 7 = 11 m H2O Công suất yêu cầu trên trục bơm: Q.ρ.g.H N= 1000.η (33,34 / 3600)m 3 / s × 1000kg / m 3 × 9,81m / s 2 × 11m = 1000 × 0,8 = 1,25 kW Vậy chọn bơm có công suất 1,25 kW (2 HP) IV.2. TÍNH TOÁN BỂ AEROTANK: Tính toán: Các thông số thiết kế  Các thông số đầu vào:  Lưu lượng nước thải Q= 800m3/ngày  BOD5 = 500 mg/L  COD = 700 mg/L  Nhiệt độ duy trì trong bể 26-280C  Các thông số đầu ra: Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn loại B:  BOD ở đầu ra ≤ 50 mg/L  COD = 100 mg/L  Cặn lơ lửng ở đầu ra SS ra ≤ 40 mg/L (thấp hơn tiêu chuẩn nguồn loại B) gồm có 65% là cặn có thể phân huỷ sinh học Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi ( nồng độ vi sinh vật ban đầu) X0 = 0 SVTH: Lê Trương Huỳnh Anh MSSV:90100040 35 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường  GVHD:ThS. Lê Ngọc Thư Nước thải được điều chỉnh sao cho BOD 5 : N : P = 100 : 5 : 1  Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,8 MLVSS = 0,8 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,2) MLSS  Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn ( tính theo chất rắn lơ lửng ) Xr = 8500 mg/L  Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì trong bể Aerotank là : X = 3100 mg/L  Thời gian lưu bùn trong hệ thống, θc = 4 ngày  Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68  Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,05 ngày-1  Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số giữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ ), Y = 0,6 Kg VSS/Kg BOD5  Loại và chức năng bể : Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh . Ưu điểm: không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp cho xử lý nước thải mía đường . Xác đònh nồng độ BOD5 hoà tan trong nước thải ở  đầu ra - Sơ đồ làm việc của hệ thống: Q,X0, S0 Bể Aerotank Qe, S,Xe Bể lắng II Qr , Xr , S Qw , Xr Trong đó: • Q , Qr, Qw , Qe : lưu lượng nước đầu vào , lưu lượng bùn tuần hoàn , lưu lượng bùn xã và lưu lượng nước đầu ra , m3/ngày SVTH: Lê Trương Huỳnh Anh MSSV:90100040 36 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường GVHD:ThS. Lê Ngọc Thư • S0 , S : nồng độ chất nền (tính theo BOD 5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng II , mg/L • X , Xr , Xe : nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank , nồng độ bùn tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng II , mg/L - Phương trình cân bằng vật chất: BOD5 ở đầu ra = BOD5 hoà tan đi ra từ bể Aerotank + BOD 5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra Trong đó : • BOD5 ở đầu ra : 50 mg/L • BOD5 hoà tan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/L • BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác đònh như sau :  Lượng cặn có thể phân huỷ sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra : 0,65 × 40 = 26 mg/L  Lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá hết lượng cặn có thể phân huỷ sinh học là : 26 × 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 36,92 mg/L . Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trò BOD 20 của phản ứng . Quá trình tính toán dựa theo phương trình phản ứng: C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/L 160 mg/L 1 mg/L 1,42 mg/L Chuyển đổi từ giá trò BOD20 sang BOD5  BOD5 = BOD20 × 0,68 = 36,92 × 0,68 = 25,11 mg/L Vậy : 50 (mg/L) = S + 25,11 (mg/L) ⇒ S = 24,89 mg/L  Tính hiệu quả xử lý - Tính hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hoà tan: S0 − S E = S × 100 = 0 500 − 24,89 500 × 100 = 95% - Hiệu quả xử lý của toàn bộ sơ đồ E0 = 500 − 50 × 100 = 90% 500 SVTH: Lê Trương Huỳnh Anh MSSV:90100040 37 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường GVHD:ThS. Lê Ngọc Thư - Thể tích bể Aerotank QYθ c ( S 0 − S ) V = X (1 + k θ ) d c Trong đó : • V: Thể tích bể Aerotank , m3 • Q: Lưu lượng nước đầu vào Q = 800 m3/ngày • Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,6 • S0 – S = 500 – 24,89 = 475,11 mg/L • X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank, X= 3100 mg/L • kd: Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,05 ngày-1 • θc: Thời gian lưu bùn trong hệ thống, θc = 4 ngày 800 × 0,6 × 475,11 × 4 V = 3100 × (1 + 0,05 × 4) = 245,2 m3 Chọn V = 245 m3 Thời gian lưu nước trong bể  V 245 θ= Q = x24= 7,35h 800 Nằm trong khoảng cho phép [4-8h] [1]  Lượng bùn phải xã ra mỗi ngày - Tính hệ số tạo bùn từ BOD5 Y 0,6 Yobs = 1 + θ K = = 0,5 1 + 4 × 0,05 c d Trong đó: + Y : hệ số sản lượng, Y= 0,6 kg VSS/ kg BOD5 + kd: hệ số phân huỷ nội bào, kd= 0,05 ngày-1 + θ c: thời gian lưu bùn, θ c = 4 ngày. SVTH: Lê Trương Huỳnh Anh MSSV:90100040 38