- Trang Chủ
- Môi trường
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Chương 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG SINH HỌC
Xem mẫu
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải –
Chương 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG
PHƯƠNG SINH HỌC
- 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 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 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:
- Điều kiện tự nhiên.
- Điều kiện nhân tạo.
4.1. CÔNG TRÍNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
4.1.1. 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 5:1:2 = 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 1.5m. Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở
những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1.5m 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 300-1500 m, chiều
rộng lấy căn cứ vào địa hình. Mực nước ngầm và các biện pháp tưới không vượt quá
10 -200 m.
Trang 95
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Cánh đồng tưới công cộng và cánh động lọc thường xây dựng với i~0,02
Sơ đồ cánh đồng tưới
1. Mương chính và màng phân phối; 2. 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:
- l=300m; Q=200-5000 m3/ng.đ
- l=500m; Q=5000-50000 m3/ng.đ
- l=1000m; Q>50000 m3/ng.đ
+ Đối với cánh đồng tưới
- l=200m; Q=200-5000 m3/ng.đ
- l=400m; Q=5000-50000 m3/ng.đ
- l=1000m; Q>50000 m3/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: 1,2-2m)
Kích thước các ô phụ thuộc vào địa hình
+ Cánh đồng tưới: STB = 5-8 ha
R ⎛1 1⎞
=⎜ − ⎟
D ⎝ 4 8⎠
+ Đối với bãi lọc thì nhỏ hơn
+ Tuy nhiên chiều dài ô: D = 300-1500 ; R = 100-200
Để xác định diện tích của cánh đồng tưới người ta phân biệt các loại tiêu chuẩn:
1- T/C tướiTB ngày đêm (m3/ng.đ.ha.năm)
2- T/C tưới theo vụ (lượng nước tưới trong suốt t/g một vụ).
3- T/C tưới 1 lần (lượng nước tưới 1 lần).
Trang 96
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
4- T/C tưới bón (lượng nước cho 1 loại cây trồng xuất phát từ khả năng bón của nước
thải).
Diện tích thực dụng của cánh đồng tưới, bãi lọc:
Q
Ftd = q (ha)
o
Với:
+ qo: T/C tưới nước lấy theo các bảng sau
Tiêu chuẩn tưới đối với cánh đồng công cộng
to TB năm của Tiêu chuẩn tưới ((m3/ha.ng.đ)
Loại cây trồng
KK Á sét Á cát Cát
Vườn 45 60 80
6-9,5oC
Đồng 25 30 40
Vườn 60 70 85
9,5-11oC
Đồng 30 35 45
Vườn 70 80 90
11-15 oC
Đồng 35 40 45
T/C tưới (m3/ha)
Loại cây trồng
Bắp cải sớm và xúp lơ 2500-6300
Bắp cải muộn 5000-7000
Cà chua 4000-4500
Củ cải 3000-6500
Khoai tây 1800-2500
Hành tỏi, rau thơm 5000-10000
T/C phụ thuộc mực nước ngầm
1.5m 2.0m 3.0m
6-11oC 70 75 85
A sét 11-15 oC 80 85 100
o
6-11 C 160 130 235
Cát o
11-15 C 180 210 350
Mỗi cánh đồng có một vùng đất dự trữ
Q qo
Fdt = αq = α Ftdq
dt dt
Với:
qo
+ (q = 0.3-0.5)
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 to
t < 10oC α = 0.75
t > 10oC α = 0.5
Tổng diện tích của cánh đồng
F = Fdt + Ftd + K(Fdt + Ftd)
Với:
Trang 97
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
+ K(Fdt + Ftd): phần công trình phụ, bờ chắn, kênh mương)
+ K = (0.15-0.25), thường K = 0.25
Vận tốc tưới:
+ h = 1.0 m v = 0.15-0.85m/s
+ h ≠ 1.0 m v = voh0.2
h: chiều sâu TB của dòng chảy (m).
vo: vận tốc khi chiều sâu dòng chảy h = 1m.
Độ dốc: I = 0.001-0.0005
Lưu lượng tính toán cho mạng lưới ô:
Ftd.m mFtd.1000
q= t = t.3600 (l/s)
Với:
+ m: T/C tưới cho loại cây chủ yếu
+ t: t/g tưới
Lưu lượng nước tính toán tiêu nước:
αqoT 3
qt = t (m /ha.ng.đ)
Với:
+ qo: T/C tưới (m3/ha.ng.đ)
+ T: t/g giữa các lần tưới trong ngày (h).
+ t: t/g tiêu nước (0.4-0.5)T
Vì nước không đồng đều nên nhân thêm hệ số n (=1.5):
1000
qmt = qt.n.86400 (l/s.ha)
(modun dòng chảy tiêu nước)
Lưu lượng tính cho 1 ống:
q1 = F1. qm.t (F1: diện tích phục vụ)
bl
F1 = 10000 (ha)
Với:
+ b: khoảng cách giữa các ống tiêu nước.
+ l: chiều dài ống tiêu.
2k
l = 629(H-h) p
Với:
+ H: chiều sâu chân cống
+ h: chiều sâu của lớp đất cần tiêu nước
+ k: hệ số thấm
Kích thước hạt đất
Loại đất Hệ số thấm (cm/s)
(mm)
Cát 1.22-0.12 1-0.01
A cát 0.12-0.076 0.01-0.004
Trang 98
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
A sét 0.076-0.038 0.004-0.001
Sét thấm nước 0.038 0.001
+ P: chiều cao lớp nước tiêu đi trong ngày
h
H
αqoT
P=
t.1000
ho
b
4.1.2. 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 2 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
4.1.3. 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 CO2,
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
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
hơn 60C. 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.
4.1.3.1_ 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): 1.5-2 km.
o Chiều sâu: h = 2.4-3.6.m
b/ Tính toán: chủ yếu là theo kinh nghiệm
o Skỵ khí = (10-20%) Skỵ hịếu khí
o t/g lưu
+ Mùa hè: 1.5 ngày
+ Mùa đông: > 5 ngày
o E% BOD
+ Mùa hè: 65-80%
+ Mùa đông: 45-65%
c/ Lưu ý
o Hồ có 2 ngăn để dự phòng (tháo bùn, …)
o Cửa cho nước thải vào phải đặt chìm
o S < 0.5 ha: 1 miệng xả
o S > 0.5 ha: bổ sung thêm
o Cửa lấy nước thiết kế giống thu nước bề mặt.
4.1.3.2_ Hồ kỵ hiếu khí: thường gặp
Trong hồ xảy ra 2 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: 0.9-1.5 m.
TÍNH TOÁN
1/ Chiều sâu của hồ: 0.9-1.5 m
D 12
2/ Tỷ lệ chiều dài và rộng: R = (1 : 1)
3/ Vùng có gió: S rộng ; Vùng ít gió: Hồ có nhiều ngăn
4/ Nếu đáy dễ thấm phủ lớp đất sét S = 15 cm
Trang 100
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
5/ Bờ hồ có mái dốc:
+ Trong (1:1 – 1.5:1)
+ Ngoài (2:1 – 2.5:1)
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
1
Tấm ngăn nổi Ong dẫn nước ra
8/ Hiệu quả xử lý
Lt 1
E = L = 1 + kt
a t
Với:
+ La: BOD5 nước thải (mg/l)
+ Lt: BOD5 đã xử lý
+ t: t/g lưu nước thải
+ kt: Hệ số phụ thuộc vào to
kt =k20 . C (T - 20)
k20 = (0.5-1): nước thải sinh hoạt
k20 = (0.3-2.5): nước thải CN
C = (1.035-1.074): hồ tự nhiên
C = (1.045): tiếp khí nhân tạo
T: nhiệt độ hồ (oC)
9/ Thời gian lưu nước:
La - Lt
t = k .L
tt
Trang 101
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
10/ Tải lượng BOD5: BOD5 = 11.2(1.054)(1.8T + 32)
4.1.3.3. Hồ hiếu khí: Oxy hoá các chất HC nhờ VSV hiếu khí. Có 2 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: 30-50 cm.
Tải trọng BOD: 250-300 kg/ha.ngày.
t/g lưu nước: 3-12 ngày.
Diện tích hồ lớn.
b/ Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén, máy khuấy, …
Chiều sâu: h = 2-4.5 m.
Tải trọng BOD: 400 kg/ha.ngày.
Thời gian lưu: 1-3 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 = 2988,6 m3/ngđ;
Hàm lượng chất lơ lửng: 52,5 mg/L;
Hàm lượng NOS20 sau xử lý: 140 mg/L;
Nhiệt độ của nước thải: 250C.
Số liệu đầu ra cần đạt:
Hàm lượng chất lơ lửng ≤ 25 mg/L
Hàm lượng NOS20 ≤ 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-51-84, 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 NOS20 của
nước thải ra khỏi hồ bậc I sẽ là 140 x 70% = 98 mg/L. Thời gian lưu nước tại hồ bậc I được tính theo
công thức:
L
1 1 140
t1 = lg a = = 3,5 ngày đêm
lg
α 1 K1 Lt 0,35 × 0,1258 98
Trong đó:
α1 : Hệ số sử dụng thể tích hồ: chọn tỉ lệ B:L = 1:1 - 1:3, α1 = 0,35;
Hằng số nhiệt độ, ứng với nhiệt độ nước thải ở hồ bậc I là 250C, ta có:
K1 :
K 1 = 0,1 × 1,047 (25− 20 ) = 0,1258 ;
La : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc I;
Lt : Hàm lượng NOS20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II.
Thể tích hồ bậc I được tính theo công thức:
W1 = Qngd × t1 = 2988,6 × 3,5 ≈ 10460 m3
tb
Diện tích mặt thoáng của hồ bậc I được tính theo công thức:
Trang 102
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Qngd × C p × (La − Lt ) 2988,6 × 8,58 × (140 − 98)
tb
F1 = = ≈ 74279 m2
a × (C p − C 0 )× Tr 0,9 × (8,58 − 5) × 4,5
Trong đó:
Cp : Lượng oxy hòa tan tương ứng với nhiệt độ của nước trong hồ, lấy Cp = 8,58 mg/L;
C0 : Hàm lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi hồ, lấy = 5 - 6 mg/L;
La : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc I;
Lt : Hàm lượng NOS20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II;
Tr : Độ hòa tan tự nhiên của không khí vào nước ứng với độ thiếu hụt oxy bằng 1, lấy
bằng 4 - 6 g/m3.ngđ, chọn Tr = 4,5 g/m3.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:
74279
L1 × B1 = ≈ 18570 = 150m × 125m
4
Chiều sâu lớp nước của hồ sinh vật bậc I:
W1 10460
H1 = = = 0,56 m
F1 18570
b. Tính toán hồ sinh học bậc II:
Thời gian lưu nước tại hồ bậc I được tính theo công thức:
L
1 1 98
t2 = lg t = lg = 1,6 ngày đêm
α 2 K 2 Lr 0,8 × 0,1148 70
Trong đó:
α2 : Hệ số sử dụng thể tích hồ, α 2 = 0,8 ứng với tỉ lệ B : L đến 1 : 30;
Hằng số nhiệt độ, ứng với nhiệt độ nước thải ở hồ bậc II là 230C, ta có:
K2 :
K 2 = 0,1 × 1,047 (23− 20 ) = 0,1148 ;
Lt : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc II;
Lr : Hàm lượng NOS20 cần đạt sau xử lý.
Thể tích hồ bậc II được tính theo công thức:
W2 = Qngd × t 2 = 2988,6 × 1,6 ≈ 4755 m3
tb
Diện tích mặt thoáng của hồ bậc I được tính theo công thức:
Qngd × C p × (Lt − Lr ) 2988,6 × 8,58 × (98 − 70 )
tb
F2 = = ≈ 49520 m2
a × (C p − C0 )× Tr 0,9 × (8,58 − 5) × 4,5
Chọn thiết kế hồ sinh học bậc II gồm 2 đơn nguyên, ta tính được kích thước mỗi hồ sinh học
bậc II trên mặt bằng được chọn như sau:
Trang 103
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
49520
L2 × B2 = ≈ 24760 = 160m × 155m
2
Chiều sâu lớp nước của hồ sinh vật bậc II:
W2 4755
H2 = = ≈ 0,2 m
F2 24760
4.2. CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC NHÂN TẠO
4.2.1. Bể lọc sinh học (Bể Biophin)( có lớp vật liệu không ngập nước)
CHI TIEÁT THAÙP LOÏC SINH HOÏC
CAÀU THANG
CHI TIEÁT 1
800
DAØN PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC
3125
VAÄT LIEÄU LOÏC
4000
00
70
GIAÙ ÑÔÕ VAÄT LIEÄU LOÏC
600
400
70
3000
00
300
COÄT 300 x 300 mm
350 150
0
50
0
50
50
A-A
60
0
00
50
10
70
0
3000
15000
230
40
70
150 750 230
00
00
150
150
300 300
300
4753 4754 4753
300
750
300
4753
COÄT 300*300
CHI TIEÁT 1
DAØN OÁN G PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC ÔÛ 4 GOÙC THAÙP
2000
N ÖÔÙC VAØO
TÆ LEÄ 1:2
300
CÖÛA NÖÔÙC RA
CAÙC H BOÁ TRÍ HEÄ THOÁN G PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC
THANG THAÊM
30
17260
15460
4754
1000
1000
A A
1000
300
1000
500
1000
1000
4753
OÁN G NÖÔÙC TUAÀN HOAØN
1000
TÖØ MAÙY EÙP BUØN
VAÄT LIEÄU LOÏC
1000
BEÅ TUAÀN HOAØN
300
230
TÆ LEÄ 1:15
1000
750
2000 850
150
300
OÁN G SUÏC KHÍ
100
300
1000
1500
1500
1000
300
300
1000
600 1200
19300
300 300
1000
CÖÛA NÖÔÙC QUA BEÅ AEROTEN
CÖÛA NÖÔÙC TUAÀN HOAØN LAÏI
MAËT BAÈNG
HOÁ BÔM SINH HOÏC
1000
1000
7000
1000
1000
1000 2020 3980
200
50 50
150
LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP
50
TRÖÔØNG ÑHDL KTCN TP. HOÀ CHÍ MINH
100
KHOA MOÂI TRÖÔØNG
20
TYÛ LEÄ : 1:80
NGHIEÂN CÖÙU CAÛI TAÏO HEÄ THOÁN G XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI TAÄP TRUNG
CAÙC H SAÉP XEÁP VAÄT LIEÄU LOÏC
KHU COÂN G NGHIEÄP VIEÄT NAM - SINGAPORE
S OÁ BAÛN VEÕ : 15
CHI TIEÁT OÁN G QUAY PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC GVHD BAÛN VEÕ SOÁ : 11
GV KS. LAÂM VÓNH SÔN
THAÙP LOÏC
TL 1:10 CNBM GS TS. LAÂM MINH TRIEÁT THAÙN G 12 - 2004
SINH HOÏC
SVTH NGUYEÃN KHA TUAÁN
Lọc sinh học có vật liệu không ngập nước
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 2.
Vật liệu lọc:
- Có diện tích bề mặt/đvị diện tích lớn
- Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60-100 mm)
- HVL = 1.5-2.5 m.
- Nhựa đúc sẵn PVC được sử dụng rộng rãi ngày nay HVL = 6=9 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 104
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
- Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt VL: 0.2-0.3 m.
Sàn đỡ và thu nước: có 2 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 0.6-0.8 m, i = 1-2 %
Phân loại bể lọc sinh học:
Thông số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trọng cao
Chiều cao lớp VL m 1-3 0.9-2.4 (đá)
6-8 (nhựa tấm)
Loại VL Đá cục, than cục, Đá cục, than, đá
đá ong, … ong, nhựa đúc.
Kg BOD5/1 m3.ngày
Tải trọng theo chất HC 0.08-0.4 0.4-1.6
m3/m2.ngày
Tải trọng thuỷ lực theo diện 1-4.1 4.1-40.7
tích bề mặt
Hiệu quả BOD % 80-90 65-85
TÍNH TOÁN
1/ Hiệu quả khử BOD:
E = (%)
Với:
+ W: tải trọng BOD của bể lọc (kg/ngày)
W = Q (So – S) (S: 14 - 15 mg/l)
+ V: thể tích VL lọc
So - S
V1 = CO : thể tích / 1m3 nước
6 < tkk < 10oC: CO = 250
tkk > 10oC: CO = 300
t1
tkk ≠ 10oC: CO = 30 100C
(CO: công suất oxy hoá (g/m3.ng.đ) )
V = V1Q
+ F: thông số tuần hoàn nước
1+R
F= R
(1 + 10)2
QT
R = Q : Hệ số tuần hoàn
2/ Xác định lại thể tích VL lọc theo hiệu suất Eo
100
Eo = Giải PT Vmới
0.4333 2 W
1+ 1-E VF
4/ Diện tích bể lọc:
Trang 105
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
V
S=H
5/ Đường kính bể lọc
4S
D=
∏
Nếu Hình chữ nhật: S = DxR
6/ Tải trọng thuỷ lực:
Q + QT
a= S
7/ Tải trọng chất HC
W
b = V (kg BOD / 1 m3.ngày)
8/ Lượng khí cấp:
f
WKK = 21
Với:
+ f: lượng BOD20 nước thải
+ 21: tỷ lệ oxy không khí
Các công thức tính tải trọng trên áp dụng tính bể lọc sinh học là đá cục, sỏi, (60-100
mm); HVL = 0.9-2.5 m.
Đối với bể lọc sinh học có lớp vật liệu là các tấm nhựa gấp nếp, … HVL = 4-9 m: tháp
sinh học.
1/ Tải trọng:
(g BOD5 / m2.ngày)
Co = P.H.KT/η
Với:
+ H: chiều cao vật liệu lọc
+ P: độ rỗng lớp VL (%).
+ KT: hằng số nhiệt độ (oC)
KT = K20 . 1,047 T – 20 = 0,2 . 1,047 T – 20
+ η: phụ thuộc BOD5 đầu ra.
S (mg/l) 10 15 20 25 30 35 40 45
η 3.3 2.6 2.25 2 1.75 1.6 1.45 1.3
2/ Tải trọng thuỷ lực tính bằng (m3 NT/m3 TTVL lọc)
qo = Co . Fa/So
Với:
+ Fa: diện tích bề mặt VL lọc trên 1 đơn vị VL lọc (m2/m3)
+ So: BOD5 vào
4/ Thể tích VL lọch
Q
W=q
o
Trang 106
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
10.2.2._ Bể lọc sinh học có lớp VL ngập trong nước thải
CHI TIEÁT BEÅ LOÏC SINH HOÏC
LAN CAN
MAÙNG CHAÛY TRAØN OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI RA Ø250
OÁNG DAÃN KHÍ CHÍNH Þ168
OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI VAØO Þ90
500 500
OÁNG DAÃN KHÍ NHAÙNH Þ60 CAÀU THANG
3000 3000
VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH
±0.00 ± 0.00
± 0.00
2000 2200
CHI TIEÁT 1
1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
200
200 200
200 31000 200 200 500 1000 500 500 1000 500 500 1000 500 200
200
200 200 200
MAËT CAÉT B-B
OÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC THAÛI ÑUÏC LOÃ Þ42
R60
MAËT CAÉT A-A
B CHI TIEÁT 2
VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH
OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI VAØO Þ90
200
200
20 60 20
300
OÁNG DAÃN NÖÔÙC THAÛI RA Ø250
CHI TIEÁT 1 (TYÛ LEÄ 20/1)
A CHAÂN ÑEÁ ÑÔÕ OÁNG DAÃN KHÍ
CHI TIEÁT 2 (TYÛ LEÄ 20/1)
A 6000 ÑÓA SUÏC KHÍ
2000
CHI TIEÁT 3
D20
1000 1000 1000
Þ42
200
200
B
CHI TIEÁT 3
CHI TIEÁT BOÙ VAÄT LIEÄU BAÙM DÍNH
(OÁNG PHAÂN PHOÁI NÖÔÙC Þ42 ÑUÏC LOÃ)
(OÁNG PVC RUOÄT GAØ Þ34)
MAËT BAÈNG
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KYÕ THUAÄT - COÂNG NGHEÄ
SO Ð? KHÔNG GIAN M? NG LU ? I PHÂN PH? I KHÍ KHOA MOÂI TRÖÔØNG - CNSH
THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG XÖÛ LYÙ NUÔÙC THAÛI SINH HOAÏT TYÛ LEÄ 1:1
KHU DAÂN CÖ TAÂN QUY ÑOÂNG-QUAÄN 7 SOÁ BAÛN VEÕ: 11
SVTH BAÛN VEÕ SOÁ: 08
NGUYEÃN COÂNG HANH
CHI TIEÁT BEÅ LOÏC SINH HOÏC
GVHD Th.s. LAÂM VÓNH SÔN 12 / 2007
Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước nước
BOD + NH3 + O2 Tế bào VS (C5H7NO2) + O2 + H2O
O2
NH3 + CO2 + H2O
NO3-
+ O2
-
+ O2 NO2
Trong lớp VL lọc BOD bị khử và chuyển hoá NH4+ NO3-
Khi tổn thất trong lớp VL lọc = 0,5 m đóng van và xả cặn (30-40 giây)
Cường độ rửa lọc: 12-14 l/s.m2
TÍNH TOÁN
+ BOD5 ≤ 500
+ Tốc độ lọc ≤ 3m/h.
+ dhạt = 2-5 mm.
+ Hiệu quả lọc:
So
K = S = 10αF+β
Với:
- F: chuẩn số : F = H.B0,6.KT/q0,4
Trong đó:
Trang 107
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
KT = 0,2 x 1,047 T –20
T (oC): nhiệt độ nước thải
H: chiều cao lớp VL lọc
B: lưu lượng đơn vị của KK: 8 –12 (m3 KK / 1 m3 nước thải)
q: tải trọng thuỷ lực (20-80 m3/m2.ng).
-
α, β: phụ thuộc vào qđvị của KK, vào F
-
α β
B F
≤ 0.662 1.51 0
8
≤ 0.662 0.47 0.69
≤ 0.85 1.2 0.13
10
≤ 0.85 0.4 0.83
≤ 1.06 1.1 0.19
12
≤ 1.06 0.2 1.15
Bài tập áp dụng 1. Tính toán bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước
- BOD5 = 190 mg/l
- Tốc độ lọc ≤ 3m/h.
- dhạt = 2-5 mm.
- Hiệu quả lọc:
So
K = S = 10αF+β
Trong đó: So : Nồng độ BOD5 đầu vào bể lọc sinh học, So = 190 mg/l
S : Nồng độ BOD5 đầu ra bể lọc sinh học
H vl × B 0.6 × K 2 × 10 0.6 × 0.251
F : Chuẩn số : F = = = 0.418
q 0. 4 50 0.4
KT = 0.2 x 1.047 T –20 = 0.2 x 1.047(25 - 20) = 0.251
T (oC): Nhiệt độ nước thải, T = 25oC
Hvl : Chiều cao lớp vật liệu lọc, Hvl = 1.5 - 2m, Chọn Hvl = 2m
B: Lưu lượng đơn vị của không khí: 8 – 12 (m3 không khí /m3 nước thải). Chọn B = 10 (m3
không khí /m3 nước thải)
q: Tải trọng thuỷ lực (20-80 m3/m2.ng), chọn q = 50 (m3/m2.ng)
α, β: Phụ thuộc vào qđơnvị của không khí và chuẩn số F. Chọn α = 1.51, β = 0
α β
B F
≤ 0.662 1.51 0
8
≤ 0.662 0.47 0.69
≤ 0.85 1.2 0.13
10
≤ 0.85 0.4 0.83
≤ 1.06 1.1 0.19
12
≤ 1.06 0.2 1.15
S0
= 10αF + β
S
S0 190
=> S = = 1.51×0.662 = 19 mg/l
αF + β
10
10
- Thể tích bể lọc sinh học:
Trang 108
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
(S 0 − S ) × QTB
Ngày
W=
NO
Trong đó: So : Nồng độ BOD5 đầu vào bể lọc sinh học, So = 190 mg/l
S : Nồng độ BOD5 đầu ra bể lọc sinh học, S = 13.45 mg/l
QTBgày : Lưu lượng trung bình ngày đêm, QTB = 1200 m3/ngàyđêm
N Ngày
NO : Năng lực oxy hóa của bể lọc, NO = 550 gO2/m3.ngàyđêm (Xử lý nước thải đô thị và công
nghiệp – Lâm Minh Triết)
(190 − 19) × 1200
W= = 373 m3
550
- Diện tích hữu ích của bể lọc sinh học:
W
F=
H vl × n
Trong đó: n : So ngăn của bể lọc sinh học. Chọn n = 1
373
F= = 186.5 m2
2 ×1
Chọn chiều dài của bể D = 31m, chiều rộng R = 6m
- Chiều cao phần đáy h1 = 0.5 m
- Chiều cao lớp vật liệu Hvl = 2 m
- Chiều cao dành cho vật liệu dãn nở h2 = 1 m
- Chiều cao phần chứa nước rửa h3 = 1 m
- Chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m
Tổng chiều cao bể lọc: H = Hvl + h1 + h2 + h3 + hbv = 2 + 0.5 + 1 + 1 + 0.5 = 5 m
* Lượng khí cần thiết
- Lưu lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa:
Lk = B × Qmax
h
B: Lưu lượng đơn vị của không khí: 8 –12 (m3 không khí /m3 nước thải). Chọn B = 10 (m3
Trong đó:
không khí /m3 nước thải)
h h
Qmax : Lưu lượng giờ lớn nhất, Qmax = 83 m3/h
Lk = 10 × 83 = 830 m3/h
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 1m. Như vậy có tất cả 30 ống.
- Lưu lượng khí trong mỗi ống:
Lkhí 830
= = 83 m3/h
qống =
10 10
Trong đó: Vận tốc khí trong ống 10 – 15 m/s. Chọn vống = 10 m/s
- Đường kính ống chính:
4 × Lkhí 4 × 830
Dông = = = 0.171 m = 171 mm
π × vông × 3600 π × 10 × 3600
Chọn ống chính Dống = φ 168 mm.
Trang 109
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
- Đường kính ống nhánh:
4 × q ông 4 × 83
d ông = = = 0.54 m = 54 mm
π × vông × 3600 π × 10 × 3600
Chọn ống phân phối khí có dống = φ 60 mm.
- Chọn dạng đĩa xốp: Đường kính : d = 300 mm
Diện tích bề mặt : f = 0.07 m2
Cường độ khí 200 l/phút.đĩa = 3.33 l/s
- Số lượng đĩa phân phối trong bể :
830 × 1000
Lk
Đ= = = 69.23
3.33 × 3600
3.33
=> Số lượng đĩa: chọn Đ = 90 đĩa
- Bố trí hệ thống sục khí: Chiều rộng :B = 6 m
Chiều dài : D = 31 m
Số lượng đĩa 90 đĩa chia làm 30 hàng, mỗi hàng 3 điã được phân bố đều cách mặt sàn của bể 1x2 m,
cách mặt sàn 0.2 m
- Xác định công suất thổi khí:
34400 × ( p 0.29 − 1)× Lkhí
W=
102 × n
Lkhí: Lưu lượng khí cần cung cấp. Lkhí = 0.23 (m3/s)
Trong đó:
n: Hiệu suất máy bơm: Chọn n = 75%
p: Ap lực của không khí nén
10.33 + H d 10.33 + 5.4
p= = = 1.52 (atm)
10.33 10.33
Trong đó: Hd = hd + hc + hf + H
hd: Tổn thất do ma sát
hc: Tổn thất cục bộ ống hd + hc ≤ 0.4 ⇒ Chọn hd + hc = 0.4
hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối khí. hf ≤ 0.5 ⇒ Chọn hf = 0.5
H: Chiều cao hữu ích của bể, H = 4.5 m
⇒ Hd = 0.4 + 0.5 + 4.5 = 5.4 m
Vậy công suất thổi khí là:
( )
34400 × 1.52 0.29 − 1 × 0.23
W= = 13.35 (KW/h)
102 × 0.75
- Công suất thực của máy thổi khí:
Ntt = 1.2 x W = 1.2 x 13.35 = 16 KW/h
Vậy chọn 2 máy thổi khí có công suất 18 KW / h. Hai máy chạy luân phiên nhau cung cấp khí cho 2
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 + hbv) 31m x 6m x (4.5m + 0.5)
Công suất máy sục khí(W) 13.35 KW/h
Trang 110
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
Bài tập ví dụ áp dụng 2. Tính bể lọc sinh học nhỏ giọt
Tính toán theo tải trọng thủy lực:
Xác định hệ số K:
La 1956,3
K= = = 16,3
Lt 120
Trong đó:
La : Lượng NOS20 trước khi đưa vào bể Biophin;
Lt : Lượng NOS20 cần đạt sau xử lý tại bể.
Chọn tải trọng thủy lực q0 = 20 m3/m2.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 m3/m2.ngđ
H = 3,5 m
Với lưu lượng không khí đưa vào bể B = 8 m3/m2 nước thải
Khi chiều cao công tác bể: H = 3,5 m; (tra bảng 7.5 Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD, 1975) ta có hệ số K1
= 18,05 > K = 16,3 nên không cần tuần hoàn nước thải.
Diện tích bể Biophin:
tb
Qngd 2988,6
F= = = 149,43 m2
q0 20
Trong đó:
tb
Qngd : Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm;
q0 : Tải trọng thủy lực.
Thể tích của bể:
W = F × H = 149,43 × 3,5 ≈ 523 m3
Chọn số bể n = 4
Diện tích mặt bằng một bể:
F 149,43
f= = = 37,36 m2
4 4
Đường kính bể:
4 × 37,36
4f
D= = = 6,9 m
π 3,14
Chiều cao xây dựng bể Biophin:
H xd = H ct + h1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 3,5 + 0,4 + 1 + 0,25 + 0,5 = 6,05 m
Trong đó:
Hct : Chiều sâu của lớp vật liệu lọc, Hct = 3,5 m;
Trang 111
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
h1 : Chiều sâu từ mặt nước trong bể đến lớp vật liệu lọc, h1 = 0,4 m;
h2 : Chiều sâu không gian giữ sàn để vật liệu lọc và nền, h2 = 1 m;
h3 : Độ sâu của máng thu nước chính, h3 = 0,25 m;
h4 : Độ sâu của phần móng, h4 = 0,5 m;
h5 : Chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến thành bể), h5 = 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 0,2 m;
Dùng sỏi với cỡ đường kính ≥ 6 - 10 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 0,2 m.
Lưu lượng tính toán nước thải trên 1 bể Biophin cao tải:
Qmax .s 67,45
q= = = 16,86 L/s
n 4
Đường kính hệ thống tưới:
Dt = Db − 0,2 = 6,9 − 0,2 = 6,7 m
Trong đó: 0,2 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 × 0,067
4.q
D= = = 0,16 m, chọn D = 200 mm
4.π .ν 4 × 3,14 × 0,8
Trong đó:
Vận tốc chuyển động của nước trong ống; v ≤ 1 m/s, chọn v = 0,8 m/s.
v :
Số lỗ trên mỗi ống tưới:
1 1
m= = ≈ 42 lỗ
2 2
⎡ 80 ⎤ ⎡ 80 ⎤
1 − ⎢1 −
1 − ⎢1 − ⎥
⎣ 6700 ⎥⎦
⎣ Dt ⎦
Khoảng cách từ mỗi lỗ đến trục ống đứng là:
Dt i
ri = ×
2 m
Trong đó: i là số thứ tự của lỗ kể từ trục cách tưới:
6700 1
ri = × ≈ 517 mm
2 42
6700 2
ri = × ≈ 731 mm
2 42
Số vòng quay của hệ thống trong:
34,8 × 10 6 34,8 ×10 6
n= q0 = 4,215 = 3,62 vòng/phút
m × d12 × Dt 42 ×12 2 × 6700
Trong đó:
Trang 112
- Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn
d1 : Đường kính lỗ trên ống tưới d = 12 mm (theo Điều 6.14-20 TCXD-51-84);
Lưu lượng mỗi ống tưới, q0 = 16,86 = 4,215 L/s
q0 :
4
Áp lực cần thiết của hệ thống tưới:
2 ⎛ 256.10 81.10 6 294.Dt ⎞
6
h = q0 ⎜ 4 2 − + 2 3⎟
⎜ d .m K .10 ⎟
d 04
⎝ ⎠
1
⎛ 256.10 6 81.10 6 294 × 6700 ⎞
h = 4,215 2 ⎜ 4
⎜ 12 × 42 2 − 200 4 + 300.10 3 ⎟ = 240,13 mm = 0,24 m
⎟
⎝ ⎠
Trong đó:
k : Môđun lưu lượng lấy theo bảng: k = 300 (Tra bảng 7.5, Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD,
1974)
⇒ thỏa mãn áp lực yêu cầu để hệ thống tưới phản lực hoạt động được.
Ta có h= 0,24 m > 0,2 m
4.2.2. Bể Aerotank
4.2.2.1- 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
dx
rt = μ.X = d = μ.x (1)
t
Với:
+ rt: tốc độ tăng trưởng của VK.(g/m3.s)
+ μ: tốc độ tăng trưởng riêng 1/s.
+ X: nồng độ bùn hoạt tính (g/m3)
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 = μm K + S (2)
s
Với:
+ μm: 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)
+ Ks: hằng số bán tốc độ (nói lên sự ảnh hưởng của nồng độ chất nền ở thời điểm:
μmax
μ= 2
μm.X.S
Từ (1) và (2) rt = K + S (3)
s
c/ Sự tăng trưởng TB và sử dụng chất nền
Tiếp tục
Hấp thụ chất nền
Các TB mới
Chất nền
Oxy hoá
Chất VC và HC ổn định
Trang 113
nguon tai.lieu . vn
