Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Chương 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG SINH HỌC Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dự

Bản ghi

1 Chương 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG SINH HỌC Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của VSV có khả năng phân hoá những hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ sau khi phân hoá trở thành nước, những chất vô cơ hay các khí đơn giản. Có loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: - Điều kiện tự nhiên. - Điều kiện nhân tạo. 4.. CÔNG TRÍNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 4... Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể. Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp với sự phát triển của thực vật. Tỷ lệ các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải thường là 5:: N:P:K. Nước thải CN cũng có thể sử dụng nếu chúng ta loại bỏ các chất độc hại. Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc. Nguyên tắc hoạt động : Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới.5m. Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn.5m so với mặt đất. Nguyên tắc xây dựng: Cánh đồng tưới và bãi lọc là những mảnh đất được san phẳng hoặc tạo dốc không đáng kể và được ngăn cách tạo thành các ô bằng các bờ đất. Nước thải phân bố vào các ô bằng hệ thống mạng lưới phân phối gồm : mương chính, máng phân phối và hệ thống tưới trong các ô. Nếu khu đất chỉ dùng xử lý nước thải, hoặc chứa nước thải khi cần thiết gọi là bãi lọc. Cánh đồng tưới, bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên, cách xa khu dân cư về cuối hướng gió. Xây dựng ở những nơi đất cát, á cát, cũng có thể ở nơi đất á sét, nhưng với tiêu chuẩn tưới không cao và đảm bảo đất có thể thấm kịp. Diện tích mỗi ô không nhỏ hơn 3 ha, đối với những cánh đồng công cộng diện tích trung bình các ô lấy từ 5 đến 8 ha, chiều dài của ô nên lấy khoảng -500 m, chiều rộng lấy căn cứ vào địa hình. Mực nước ngầm và các biện pháp tưới không vượt quá 0-00 m. Trang 95

2 Cánh đồng tưới công cộng và cánh động lọc thường xây dựng với i~0,0 Sơ đồ cánh đồng tưới. Mương chính và màng phân phối;. Máng, rãnh phân phối trong các ô; 3. Mương tiêu nước; 4. Ống tiêu nước; 5. Đường đi Khoảng cách vệ sinh phụ thuộc vào công suất: + Đối với bãi lọc: - lm; Q m 3 /ng.đ - l500m; Q m 3 /ng.đ - l000m; Q>50000 m 3 /ng.đ + Đối với cánh đồng tưới - l00m; Q m 3 /ng.đ - l400m; Q m 3 /ng.đ - l000m; Q>50000 m 3 /ng.đ Mạng lươí tưới bao gồm: + Mương chính + Mương phân phối + Hệ thống mạng lưới tưới trong các ô + Hệ thống tiêu nước (nếu nước không thấm đất). ( Chiều sâu ống tiêu:,-m) Kích thước các ô phụ thuộc vào địa hình + Cánh đồng tưới: S TB 5-8 ha R D Đối với bãi lọc thì nhỏ hơn + Tuy nhiên chiều dài ô: D -500 ; R Để xác định diện tích của cánh đồng tưới người ta phân biệt các loại tiêu chuẩn: - T/C tướitb ngày đêm (m 3 /ng.đ.ha.năm) - T/C tưới theo vụ (lượng nước tưới trong suốt t/g một vụ). 3- T/C tưới lần (lượng nước tưới lần). Trang 96

3 4- T/C tưới bón (lượng nước cho loại cây trồng xuất phát từ khả năng bón của nước thải). Diện tích thực dụng của cánh đồng tưới, bãi lọc: F td Q q (ha) o + q o : T/C tưới nước lấy theo các bảng sau Tiêu chuẩn tưới đối với cánh đồng công cộng t o TB năm của KK 6-9,5 o C 9,5- o C -5 o C Loại cây trồng Tiêu chuẩn tưới ((m 3 /ha.ng.đ) Á sét Á cát Cát Vườn Đồng Vườn Đồng Vườn Đồng Loại cây trồng T/C tưới (m 3 /ha) Bắp cải sớm và xúp lơ Bắp cải muộn Cà chua Củ cải Khoai tây Hành tỏi, rau thơm T/C phụ thuộc mực nước ngầm.5m.0m 3.0m A sét 6- o C o C Cát 6- o C o C Mỗi cánh đồng có một vùng đất dự trữ F dt α Q q dt α F td q o q dt + ( q o q dt ) + α: hệ số kể đến việc lượng nước thải ở khu vực dự trữ luôn nhỏ hơn dự định và nó phụ thuộc vào t o t < 0 o C α 0.75 t > 0oC α 0.5 Tổng diện tích của cánh đồng F F dt + F td + K(F dt + F td ) Trang 97

4 + K(F dt + F td ): phần công trình phụ, bờ chắn, kênh mương) + K ( ), thường K 0.5 Vận tốc tưới: + h.0 m v m/s + h.0 m v v o h 0. h: chiều sâu TB của dòng chảy (m). v o : vận tốc khi chiều sâu dòng chảy h m. Độ dốc: I Lưu lượng tính toán cho mạng lưới ô: q F td.m t + m: T/C tưới cho loại cây chủ yếu + t: t/g tưới Lưu lượng nước tính toán tiêu nước: q t αq ot t mf td.000 t.3600 (m 3 /ha.ng.đ) (l/s) + q o : T/C tưới (m 3 /ha.ng.đ) + T: t/g giữa các lần tưới trong ngày (h). + t: t/g tiêu nước ( )T Vì nước không đồng đều nên nhân thêm hệ số n (.5): q mt q t.n (l/s.ha) (modun dòng chảy tiêu nước) Lưu lượng tính cho ống: q F. q m.t (F : diện tích phục vụ) bl F 0000 (ha) + b: khoảng cách giữa các ống tiêu nước. + l: chiều dài ống tiêu. k l 69(H-h) p + H: chiều sâu chân cống + h: chiều sâu của lớp đất cần tiêu nước + k: hệ số thấm Loại đất Kích thước hạt đất (mm) Hệ số thấm (cm/s) Cát A cát Trang 98

5 A sét Sét thấm nước P: chiều cao lớp nước tiêu đi trong ngày P αq ot t.000 H h h o b 4... Cánh đồng tưới nông nghiệp: Từ lâu người ta cũng đã nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bón để tưới lên các cánh đồng nông nghiệp ở những vùng ngoại ô. Theo chế độ nước tưới người ta chia thành loại: - Thu nhận nước thải quanh năm - Thu nước thải theo mùa Khi thu hoạch, gieo hạt hoặc về mùa mưa người ta lại giữ trữ nước thải trong các đầm hồ (hồ nuôi cá, hồ sinh học, hồ điều hòa, ) hoặc xả ra cánh đồng cỏ, cánh đồng trồng cây ưa nước hay hay vào vùng dự trữ. Chọn loại cánh đồng nào là tùy thuộc vào đặc điểm thoát nước của vùng và loại cây trồng hiện có Trước khi đưa vào cánh đồng, nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát hoặc bể lắng. Tiêu chuẩn tưới lấy thấp hơn cánh đồng công cộng và có ý kiến chuyên gia nông nghiệp. b Hồ sinh học: Cấu tạo: Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải, Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị ph và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp Trang 99

6 hơn 6 0 C. Theo quá trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh vật ra các loại:hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tùy nghi. Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình làm sạch của hồ. Ngoài việc xử lý nước thải còn có nhiệm vụ: + Nuôi trồng thuỷ sản. + Nguồn nước để tưới cho cây trồng. + Điều hoà dòng chảy. Có các loại sau đây: + Hồ kỵ khí. + Hồ kỵ hiếu khí + Hồ hiếu khí _ Hồ kỵ khí a/ Đặc điểm o Dùng để lắng và phân huỷ cặn lắng bằng PP sinh học tự nhiên dựa trên sự phân giải của VSV kỵ khí. o Chuyên dùng xử lý nước thải CN nhiễm bẩn. o Khoảng cách vệ sinh (cách XN thực phẩm):.5- km. o Chiều sâu: h m b/ Tính toán: chủ yếu là theo kinh nghiệm o Skỵ khí (0-0%) Skỵ hịếu khí o t/g lưu + Mùa hè:.5 ngày + Mùa đông: > 5 ngày o E% BOD + Mùa hè: 65-80% + Mùa đông: 45-65% c/ Lưu ý o Hồ có ngăn để dự phòng (tháo bùn, ) o Cửa cho nước thải vào phải đặt chìm o S < 0.5 ha: miệng xả o S > 0.5 ha: bổ sung thêm o Cửa lấy nước thiết kế giống thu nước bề mặt _ Hồ kỵ hiếu khí: thường gặp Trong hồ xảy ra quá trình song song + Oxy hoá hiếu khí. + Phân hủy metan cặn lắng. Có 3 lớp: + Hiếu khí + Trung gian + Kỵ khí Nguồn oxy cấp chủ yếu là do quá trình quang hợp rong tảo. Quá trình kỵ khí ở đáy phụ thuộc vào to. Chiều sâu của hồ kỵ hiếu khí: m. TÍNH TOÁN / Chiều sâu của hồ: m / Tỷ lệ chiều dài và rộng: D R ( : ) 3/ Vùng có gió: S rộng ; Vùng ít gió: Hồ có nhiều ngăn 4/ Nếu đáy dễ thấm phủ lớp đất sét S 5 cm Trang 00

7 5/ Bờ hồ có mái dốc: + Trong (:.5:) + Ngoài (:.5:) 6/ Nên trồng cỏ dọc hồ (cách mặt taly và đáy 30 cm phải gia cố bê tông). 7/ Cấu tạo cửa vào và cửa ra: Ống dẫn nước Mực nước Hố Ống dẫn nước Mực nước Hố Tấm ngăn nổi Ong dẫn nước ra 8/ Hiệu quả xử lý E L t L a + k t t + L a : BOD 5 nước thải (mg/l) + Lt: BOD 5 đã xử lý + t: t/g lưu nước thải + k t : Hệ số phụ thuộc vào t o (T - 0) k t k 0. C k 0 (0.5-): nước thải sinh hoạt k 0 (0.3-.5): nước thải CN C ( ): hồ tự nhiên C (.045): tiếp khí nhân tạo T: nhiệt độ hồ ( o C) 9/ Thời gian lưu nước: t L a - L t k t.l t Trang 0

8 (.8T + 3) 0/ Tải lượng BOD5: BOD 5.(.054) Hồ hiếu khí: Oxy hoá các chất HC nhờ VSV hiếu khí. Có loại: a/ Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua mặt nước và quang hợp của các thực vật. Chiều sâu của hồ: cm. Tải trọng BOD: 50- kg/ha.ngày. t/g lưu nước: 3- ngày. Diện tích hồ lớn. b/ Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén, máy khuấy, Chiều sâu: h -4.5 m. Tải trọng BOD: 400 kg/ha.ngày. Thời gian lưu: -3 ngày. Tuy nhiên hoạt động như hồ kỵ hiếu khí. Ví dụ áp dụng: Tính hồ sinh học cho công trình xử lý nước thải khu đô thị với các số liệu cho sau đây: Các số liệu đầu vào để tính toán: Lưu lượng trung bình của nước thải trong ngày đêm: Q 988,6 m 3 /ngđ; Hàm lượng chất lơ lửng: 5,5 mg/l; Hàm lượng NOS 0 sau xử lý: 40 mg/l; Nhiệt độ của nước thải: 5 0 C. Số liệu đầu ra cần đạt: Hàm lượng chất lơ lửng 5 mg/l Hàm lượng NOS 0 70 mg/l Chọn hồ sinh học hiếu khí hai bậc với làm thoáng tự nhiên để tính toán thiết kế. Phương pháp tính toán dựa theo TCXD-5-84, phụ lục E, mục 6. a. Tính toán hồ sinh học bậc I: Giả sử rằng hiệu quả xử lý nước thải ở hồ sinh vật bậc I đạt 30%. Như vậy, hàm lượng NOS 0 của nước thải ra khỏi hồ bậc I sẽ là 40 x 70% 98 mg/l. Thời gian lưu nước tại hồ bậc I được tính theo công thức: La 40 t lg lg α K L 0,35 0,58 98 t 3,5 ngày đêm α : Hệ số sử dụng thể tích hồ: chọn tỉ lệ B:L : - :3, α 0,35; K : Hằng số nhiệt độ, ứng với nhiệt độ nước thải ở hồ bậc I là 5 0 C, ta có: ( 5 0) K 0,,047 0,58; L a : Hàm lượng NOS 0 dẫn vào hồ bậc I; L t : Hàm lượng NOS 0 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II. Thể tích hồ bậc I được tính theo công thức: tb W Q t 988,6 3, ngd m 3 Diện tích mặt thoáng của hồ bậc I được tính theo công thức: Trang 0

9 ( C C ) ( L L ) 8,58 ( 40 98) ( 8,58 5) 4,5 tb Qngd C p a t 988,6 F 7479 a T 0,9 m p 0 r C p : Lượng oxy hòa tan tương ứng với nhiệt độ của nước trong hồ, lấy C p 8,58 mg/l; C 0 : Hàm lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi hồ, lấy 5-6 mg/l; L a : Hàm lượng NOS 0 dẫn vào hồ bậc I; L t : Hàm lượng NOS 0 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II; T r : Độ hòa tan tự nhiên của không khí vào nước ứng với độ thiếu hụt oxy bằng, lấy bằng 4-6 g/m 3.ngđ, chọn T r 4,5 g/m 3.ngđ; a : Hệ số đặc trưng tính chất bề mặt của hồ: Khi bờ hồ khúc khuỷu, a 0,5-0,6; Khi bờ hồ bình thường, a 0,8-0,9, lấy a 0,9. Chọn thiết kế hồ sinh học bậc I gồm 4 đơn nguyên, ta tính được kích thước mỗi hồ sinh học bậc I trên mặt bằng được chọn như sau: 7479 L B m 5m 4 Chiều sâu lớp nước của hồ sinh vật bậc I: W 0460 H 0,56 m F 8570 b. Tính toán hồ sinh học bậc II: Thời gian lưu nước tại hồ bậc I được tính theo công thức: Lt 98 t lg lg,6 ngày đêm α K L 0,8 0,48 70 r α : Hệ số sử dụng thể tích hồ, α 0,8 ứng với tỉ lệ B : L đến : 30; K : Hằng số nhiệt độ, ứng với nhiệt độ nước thải ở hồ bậc II là 3 0 C, ta có: ( 3 0) K 0,,047 0,48 ; L t : Hàm lượng NOS 0 dẫn vào hồ bậc II; L r : Hàm lượng NOS 0 cần đạt sau xử lý. Thể tích hồ bậc II được tính theo công thức: tb W Q t 988,6, ngd m 3 Diện tích mặt thoáng của hồ bậc I được tính theo công thức: ( C C ) ( L L ) 8,58 ( 98 70) ( 8,58 5) 4,5 tb Qngd C p t r 988,6 F 4950 a T 0,9 m p 0 r Chọn thiết kế hồ sinh học bậc II gồm đơn nguyên, ta tính được kích thước mỗi hồ sinh học bậc II trên mặt bằng được chọn như sau: Trang 03

10 TRÖÔØNG ÑHDL KTCN TP. HOÀ CHÍ MINH KHOA MOÂI TRÖÔØNG NGHIEÂN CÖÙU CAÛI TAÏO HEÄ THOÁNG XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI TAÄP TRUNG KHU COÂNG NGHIEÄP VIEÄT NAM - SINGAPORE GVHD GV KS. LAÂM VÓNH SÔN CNBM GS TS. LAÂM MINH TRIEÁT SVTH NGUYEÃN KHA TUAÁN 30 TYÛ LEÄ : :80 SOÁ BAÛN VEÕ : 5 BAÛN VEÕ SOÁ : THAÙNG L B m 55m Chiều sâu lớp nước của hồ sinh vật bậc II: W 4755 H 0, m F CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC NHÂN TẠO 4... Bể lọc sinh học (Bể Biophin)( có lớp vật liệu không ngập nước) CHI TIEÁT THAÙP LOÏC SINH HOÏC 800 CAÀU THANG CHI TIEÁT 35 DAØN PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC VAÄT LIEÄU LOÏC 4000 GIAÙ ÑÔÕ VAÄT LIEÄU LOÏC COÄT x mm A - A COÄT * NÖÔÙC VAØO CÖÛA NÖÔÙC RA THANG THAÊM CAÙCH BOÁ TRÍ HEÄ THOÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC 4754 A A OÁNG NÖÔÙC TUAÀN HOAØN TÖØ MAÙY EÙP BUØN BEÅ TUAÀN HOAØN 500 OÁNG SUÏC KHÍ CÖÛA NÖÔÙC TUAÀN HOAØN LAÏI HOÁ BÔM SINH HOÏC MAËT BAÈNG CÖÛA NÖÔÙC QUA BEÅ AEROTEN VAÄT LIEÄU LOÏC TÆ LEÄ : CHI TIEÁT DAØN OÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC ÔÛ 4 GOÙC THAÙP TÆ LEÄ : LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CAÙCH SAÉP XEÁP VAÄT LIEÄU LOÏC CHI TIEÁT OÁNG QUAY PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC TL :0 Lọc sinh học có vật liệu không ngập nước THAÙP LOÏC SINH HOÏC Cấu tạo: có vật liệu tiếp xúc không ngập nước. - Các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu có thể). - Nước thải được phân phối đều. - Nước thải sau khi tiếp xúc VL tạo thành các hạt nhỏ chảy thành màng nhỏ luồng qua khe hở VL lọc. - Ở bề mặt VL lọc và các khe hở giữa chúng các cặn bẩn được giữ lại tạo thành màng _ Màng sinh học. - Lượng oxy cần thiết để cấp làm oxy hoá chất bẩn đi từ đáy lên. - Những màng VS đã chết sẽ cùng nước thải ra khỏi bể được giữ ở bể lắng. Vật liệu lọc: - Có diện tích bề mặt/đvị diện tích lớn - Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60-00 mm) - HVL.5-.5 m. - Nhựa đúc sẵn PVC được sử dụng rộng rãi ngày nay HVL 69 m. Hệ thống phân phối nước: - Dàn ống tự động qua (bể trộn, tháp lọc). - Dàn ống cố định (lọc sinh học nhỏ giọt) cao tải. Trang 04

11 - Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt VL: m. Sàn đỡ và thu nước: có nhiệm vụ: - Thu đều nước có các mảnh vở của màng sinh học bị tróc. - Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng. - Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung - Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường m, i - % Phân loại bể lọc sinh học: Thông số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trọng cao Chiều cao lớp VL m (đá) 6-8 (nhựa tấm) Loại VL Đá cục, than cục, đá ong, Đá cục, than, đá ong, nhựa đúc. Tải trọng theo chất HC Kg BOD 5 / m 3.ngày Tải trọng thuỷ lực theo diện m 3 /m.ngày tích bề mặt Hiệu quả BOD % TÍNH TOÁN / Hiệu quả khử BOD: E (%) + W: tải trọng BOD của bể lọc (kg/ngày) W Q (S o S) (S: 4-5 mg/l) + V: thể tích VL lọc V S o - S CO : thể tích / m3 nước 6 < t kk < 0 o C: CO 50 t kk > 0 o C: CO t kk 0 o t C: CO C (CO: công suất oxy hoá (g/m 3.ng.đ) ) V V Q + F: thông số tuần hoàn nước +R F ( + R 0 ) R Q T Q : Hệ số tuần hoàn / Xác định lại thể tích VL lọc theo hiệu suất E o E o E W VF Giải PT V mới 4/ Diện tích bể lọc: Trang 05

12 S V H 5/ Đường kính bể lọc D 4S Nếu Hình chữ nhật: 6/ Tải trọng thuỷ lực: 7/ Tải trọng chất HC S DxR a Q + Q T S b W V (kg BOD / m3.ngày) 8/ Lượng khí cấp: W KK f + f: lượng BOD 0 nước thải + : tỷ lệ oxy không khí Các công thức tính tải trọng trên áp dụng tính bể lọc sinh học là đá cục, sỏi, (60-00 mm); HVL m. Đối với bể lọc sinh học có lớp vật liệu là các tấm nhựa gấp nếp, HVL 4-9 m: tháp sinh học. / Tải trọng: Co P.H.K T /η (g BOD 5 / m.ngày) + H: chiều cao vật liệu lọc + P: độ rỗng lớp VL (%). + K T : hằng số nhiệt độ ( o C) K T K 0.,047 T 0 0,.,047 T 0 + η: phụ thuộc BOD 5 đầu ra. S (mg/l) η / Tải trọng thuỷ lực tính bằng (m 3 NT/m 3 TTVL lọc) q o Co. F a /S o + F a : diện tích bề mặt VL lọc trên đơn vị VL lọc (m /m 3 ) + S o : BOD 5 vào 4/ Thể tích VL lọch W Q q o Trang 06

13 ±0.00 ±0.00 ±0.00 CHI TIEÁT _ Bể lọc sinh học có lớp VL ngập trong nước thải CHI TIEÁT BEÅ LOÏC SINH HOÏC OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI VAØO Þ90 OÁNG DAÃN KHÍ CHÍNH Þ68 MAÙNG CHAÛY TRAØN OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI RA Ø50 LAN CAN OÁNG DAÃN KHÍ NHAÙNH Þ60 CAÀU THANG 0 VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH CHI TIEÁT OÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC THAÛI ÑUÏC LOÃ Þ4 MAËT CAÉT B-B R60 MAËT CAÉT A-A OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI VAØO Þ90 00 VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH B CHI TIEÁT A OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI RA Ø50 A CHI TIEÁT (TYÛ LEÄ 0/) ÑÓA SUÏC KHÍ CHI TIEÁT (TYÛ LEÄ 0/) CHAÂN ÑEÁ ÑÔÕ OÁNG DAÃN KHÍ D Þ4 00 B MAËT BAÈNG CHI TIEÁT BOÙ VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH CHI TIEÁT 3 (OÁNG PVC RUOÄT GAØ Þ34) (OÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC Þ4 ÑUÏC LOÃ) SO Ð? KHÔNG GIAN M?NG LU? I PHÂN PH? I KHÍ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KYÕ THUAÄT - COÂNG NGHEÄ KHOA MOÂI TRÖÔØNG - CNSH ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG XÖÛ LYÙ NUÔÙC THAÛI SINH HOAÏT TYÛ LEÄ : KHU DAÂN CÖ TAÂN QUY ÑOÂNG-QUAÄN 7 SOÁ BAÛN VEÕ: SVTH NGUYEÃN COÂNG HANH GVHD Th.s. LAÂM VÓNH SÔN CHI TIEÁT BEÅ LOÏC SINH HOÏC BAÛN VEÕ SOÁ: 08 / 007 Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước nước BOD + NH 3 + O Tế bào VS (C 5 H 7 NO ) + O + H O O NH 3 + CO + H O + O NO - + O NO 3 - Trong lớp VL lọc BOD bị khử và chuyển hoá NH NO 3 Khi tổn thất trong lớp VL lọc 0,5 m đóng van và xả cặn (30-40 giây) Cường độ rửa lọc: -4 l/s.m TÍNH TOÁN + BOD Tốc độ lọc 3m/h. + d hạt -5 mm. + Hiệu quả lọc: K S o S 0αF+β - F: chuẩn số : F H.B 0,6.K T /q 0,4 Trang 07

14 K T 0, x,047 T 0 T ( o C): nhiệt độ nước thải H: chiều cao lớp VL lọc B: lưu lượng đơn vị của KK: 8 (m 3 KK / m 3 nước thải) - q: tải trọng thuỷ lực (0-80 m 3 /m.ng). - α, β: phụ thuộc vào q đvị của KK, vào F B F α β Bài tập áp dụng. Tính toán bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước - BOD 5 90 mg/l - Tốc độ lọc 3m/h. - d hạt -5 mm. - Hiệu quả lọc: K S o S 0αF+β S o : Nồng độ BOD 5 đầu vào bể lọc sinh học, S o 90 mg/l S : Nồng độ BOD 5 đầu ra bể lọc sinh học F : Chuẩn số : F 0.6 H vl B q K K T 0. x.047 T 0 0. x.047 (5-0) 0.5 T ( o C): Nhiệt độ nước thải, T 5 o C H vl : Chiều cao lớp vật liệu lọc, H vl.5 - m, Chọn H vl m B: Lưu lượng đơn vị của không khí: 8 (m 3 không khí /m 3 nước thải). Chọn B 0 (m 3 không khí /m 3 nước thải) q: Tải trọng thuỷ lực (0-80 m 3 /m.ng), chọn q 50 (m 3 /m.ng) α, β: Phụ thuộc vào q đơnvị của không khí và chuẩn số F. Chọn α.5, β 0 B F α β S S 0 S > S 0 0 α F +β 0 α F +β Thể tích bể lọc sinh học: 9 mg/l Trang 08

15 W ( S S) 0 Q NO Ngày TB S o : Nồng độ BOD 5 đầu vào bể lọc sinh học, S o 90 mg/l S : Nồng độ BOD 5 đầu ra bể lọc sinh học, S 3.45 mg/l Ngày Q TB : Lưu lượng trung bình ngày đêm, Q 00 m 3 /ngàyđêm NO : Năng lực oxy hóa của bể lọc, NO 550 go /m 3.ngàyđêm (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp Lâm Minh Triết) ( 9) W 373 m Diện tích hữu ích của bể lọc sinh học: W F H vl n n : So ngăn của bể lọc sinh học. Chọn n Ngày TB 373 F 86.5 m Chọn chiều dài của bể D 3m, chiều rộng R 6m - Chiều cao phần đáy h 0.5 m - Chiều cao lớp vật liệu H vl m - Chiều cao dành cho vật liệu dãn nở h m - Chiều cao phần chứa nước rửa h 3 m - Chiều cao bảo vệ h bv 0.5 m Tổng chiều cao bể lọc: H H vl + h + h + h 3 + h bv m * Lượng khí cần thiết - Lưu lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa: L k B Q h max B: Lưu lượng đơn vị của không khí: 8 (m 3 không khí /m 3 nước thải). Chọn B 0 (m 3 không khí /m 3 nước thải) h h Q max : Lưu lượng giờ lớn nhất, Q max 83 m 3 /h L m 3 /h k Chọn hệ thống cung cấp khí bằng ống thép, phân phối khí bằng đĩa sục khí, được phân bố dọc theo chiều dài bể cách nhau m. Như vậy có tất cả 30 ống. - Lưu lượng khí trong mỗi ống: L 830 q ống khí 0 83 m 3 /h 0 Vận tốc khí trong ống 0 5 m/s. Chọn v ống 0 m/s - Đường kính ống chính: 4 Lkhí D ông 0.7 m 7 mm π v 3600 π ông Chọn ống chính D ống φ 68 mm. Trang 09

16 - Đường kính ống nhánh: 4 qông 4 83 d ông 0.54 m 54 mm π v 3600 π ông Chọn ống phân phối khí có d ống φ 60 mm. - Chọn dạng đĩa xốp: Đường kính : d mm Diện tích bề mặt : f 0.07 m Cường độ khí 00 l/phút.đĩa 3.33 l/s - Số lượng đĩa phân phối trong bể : L Đ k > Số lượng đĩa: chọn Đ 90 đĩa - Bố trí hệ thống sục khí: Chiều rộng :B 6 m Chiều dài : D 3 m Số lượng đĩa 90 đĩa chia làm 30 hàng, mỗi hàng 3 điã được phân bố đều cách mặt sàn của bể x m, cách mặt sàn 0. m - Xác định công suất thổi khí: 0.9 ( p ) Lkhí W 0 n L khí : Lưu lượng khí cần cung cấp. L khí 0.3 (m 3 /s) n: Hiệu suất máy bơm: Chọn n 75% p: Ap lực của không khí nén H p d.5 (atm) H d h d + h c + h f + H h d : Tổn thất do ma sát h c : Tổn thất cục bộ ống h d + h c 0.4 Chọn h d + h c 0.4 h f : Tổn thất qua thiết bị phân phối khí. h f 0.5 Chọn h f 0.5 H: Chiều cao hữu ích của bể, H 4.5 m H d m Vậy công suất thổi khí là: 0.9 (.5 ) W 3.35 (KW/h) Công suất thực của máy thổi khí: N tt. x W. x KW/h Vậy chọn máy thổi khí có công suất 8 KW / h. Hai máy chạy luân phiên nhau cung cấp khí cho bể điều hòa và bể lọc sinh học Tóm tắt kích thước bể lọc sinh học: Ký hiệu Kích thước D x R x (H + h bv ) 3m x 6m x (4.5m + 0.5) Công suất máy sục khí(w) 3.35 KW/h Trang 0

17 Bài tập ví dụ áp dụng. Tính bể lọc sinh học nhỏ giọt Tính toán theo tải trọng thủy lực: Xác định hệ số K: La 956,3 K 6,3 Lt 0 L a : Lượng NOS 0 trước khi đưa vào bể Biophin; L t : Lượng NOS 0 cần đạt sau xử lý tại bể. Chọn tải trọng thủy lực q 0 0 m 3 /m.ngđ Với lý do: Không tuần hoàn nước thải; Lượng không khí cấp vào nhỏ; Chiều cao công trình nhỏ; Diện tích công trình nhỏ. Ta chọn các số liệu như sau: B 8 m 3 /m.ngđ H 3,5 m Với lưu lượng không khí đưa vào bể B 8 m 3 /m nước thải Khi chiều cao công tác bể: H 3,5 m; (tra bảng 7.5 Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD, 975) ta có hệ số K 8,05 > K 6,3 nên không cần tuần hoàn nước thải. Diện tích bể Biophin: Q F q tb ngd tb Q ngd : Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm; q 0 : Tải trọng thủy lực. Thể tích của bể: Chọn số bể n 4 Diện tích mặt bằng một bể: Đường kính bể: 0 988,6 49,43 0 m W F H 49,43 3,5 53 m 3 49,43 f F 37,36 m f 4 37,36 D 6,9 m π 3,4 Chiều cao xây dựng bể Biophin: H xd H ct + h + h + h3 + h4 + h5 3,5 + 0, ,5 + 0,5 6,05 m H ct : Chiều sâu của lớp vật liệu lọc, H ct 3,5 m; Trang

18 h : Chiều sâu từ mặt nước trong bể đến lớp vật liệu lọc, h 0,4 m; h : Chiều sâu không gian giữ sàn để vật liệu lọc và nền, h m; h 3 : Độ sâu của máng thu nước chính, h 3 0,5 m; h 4 : Độ sâu của phần móng, h 4 0,5 m; h 5 : Chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến thành bể), h 5 0,5 m. Cấu tạo của lớp vật liệu lọc gồm: Sỏi với cỡ đường kính hạt là 5 mm; Lớp lát sàn đỡ vật liệu lọc 0, m; Dùng sỏi với cỡ đường kính 6-0 mm. Tính toán hệ thống tưới phản lực: Bể Biophin thiết kế dạng hình tròn, phân phối nước bằng hệ thống tưới phản lực với các cánh tưới đặt cách lớp vật liệu lọc 0, m. Lưu lượng tính toán nước thải trên bể Biophin cao tải: Qmax. s 67,45 q 6,86 L/s n 4 Đường kính hệ thống tưới: D t D b 0, 6,9 0, 6,7 m 0, là khoảng cách giữa đầu ống tưới tới thành bể Chọn 4 ống phân phối trong hệ thống tưới đường kính mỗi ống tưới được xác định theo công thức: 4. q 4 0,067 D 0,6 m, chọn D 00 mm 4. π. ν 4 3,4 0,8 v : Vận tốc chuyển động của nước trong ống; v m/s, chọn v 0,8 m/s. Số lỗ trên mỗi ống tưới: Khoảng cách từ mỗi lỗ đến trục ống đứng là: m 4 lỗ D t Dt r i là số thứ tự của lỗ kể từ trục cách tưới: i i m 6700 r i 57 mm r i 73 mm 4 Số vòng quay của hệ thống trong: 6 34,8 0 n q m d D t ,8 0 4,5 3,6 vòng/phút Trang

19 d : Đường kính lỗ trên ống tưới d mm (theo Điều TCXD-5-84); q 0 : Lưu lượng mỗi ống tưới, q 0 6,86 4, 5 L/s 4 Áp lực cần thiết của hệ thống tưới: Dt h q d. m d0 K h 4,5 + 40, mm 0,4 m k : Môđun lưu lượng lấy theo bảng: k (Tra bảng 7.5, Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD, 974) Ta có h 0,4 m > 0, m thỏa mãn áp lực yêu cầu để hệ thống tưới phản lực hoạt động được Bể Aerotank Động học của qúa trình xử lý sinh học Để quá trình xử lý bằng PP sinh học xảy ra tốt thì cần thiết phải tạo điều kiện ph, nhiệt độ,. Lúc đó quá trình xử lý sẽ xảy ra.: a/ Tăng trưởng TB: Tốc độ tăng trưởng có thể biểu diễn r t μ.x d x d μ.x () t + r t : tốc độ tăng trưởng của VK.(g/m 3.s) + μ: tốc độ tăng trưởng riêng /s. + X: nồng độ bùn hoạt tính (g/m 3 ) b/ Chất nền- giới hạn tăng trưởng Trong quá trình sinh trưởng chất nền (BOD) cấp liên tục quá trình tăng trưởng tuân theo định luật: S μ μ m K s + S () + μ m : tốc độ tăng trưởng riêng max. + S: nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm tăng trưởng bị hạn chế (lúc số lượng chất nền chỉ có giới hạn).(nồng độ còn lại trong nước thải) + K s : hằng số bán tốc độ (nói lên sự ảnh hưởng của nồng độ chất nền ở thời điểm: μ μ max Từ () và () r t μ m.x.s K s + S (3) c/ Sự tăng trưởng TB và sử dụng chất nền Các TB mới Tiếp tục Hấp thụ chất nền Chất nền Oxy hoá Chất VC và HC ổn định Trang 3

20 Quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng và lượng chất nền được sử dụng: r t -Y.r d (4) + r d : tốc độ sử dụng chất nền (g/m 3.s). + Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (mg/mg). Từ (3) và (4) μ m.x.s r d Y(K s + S) K.X.S K s + S (Đặt K μ m Y ) (5) d/ Ảnh hưởng hô hấp nội bào Sự giảm khối lượng của các TBào do chết và tăng trưởng chậm tỷ lệ với lượng vi sinh có trong nước thải và gọi là phân huỷ nội bào (endogenous decay). r d -K d.x + r d : (do phân hủy nội bào) sử dụng chất nền. + K d :hệ số phân huỷ nội bào + X: nồng độ bùn hoạt tính. Do đó, tốc độ tăng trưởng thực: r t μ m.x.s K s + S - K d.x ( μ m.s K s + S - K d).x Hay r t -Yr d K d.x Tốc độ tăng trưởng riêng thực: S μ μ m. K s + S - K d - Tốc độ tăng sinh khối (bùn hoạt tính): y b r t' r d Nguyên lý làm việc của bể Aerotank Bể A được đưa ra và nghiên cứu rất lâu (từ áp dụng). Bể A là công trình XL sinh học sử dụng bùn hoạt tính (đó là loại bùn xốp chứa nhiều VS có khả năng oxy hoá các chất hữu cơ). Thực chất quá trình xử lý nước thải bằng bể A vẫn qua 3 giai đoạn: + Giai đoạn : Tốc độ xoxy hoá xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxy. + Giai đoạn : Bùn hoạt tính khôi phục khả năng oxy hoá, đồng thời oxy hoá tiếp những chất HC chậm oxy hoá. + Giai đoạn 3: Giai đoạn nitơ hoá và các muối amôn. Khi sử dụng bể A phải có hệ thống cấp khí (hình vẽ theo tài liệu) Phân loại bể Aerotant a/ Theo nguyên lý làm việc Bể A thông thường: công suất lớn + Bể A xử lý sinh hoá không hoàn toàn (BOD 0 ra ~ mg/l) + Bể A xử lý sinh hoá hoàn toàn (BOD 0 ra ~ 5-0). Trang 4