TÍNH TOÁN BỂ ANOXIC AEROTANK

Quy trình thiết kế cho một quá trình thiếu khí hiếu khí. Phần rbCOD của nước thải đầu vào là một thông số thiết kế quan trọng và nếu không biết, có thể sử dụng một giá trị bảo toàn trong khoảng từ 15 đến 25 phần trăm của tổng bCOD.Cân bằng khối lượng nitơ phải được thực hiện để xác định (1) bao nhiêu nitrat được tạo ra trong vùng thông khí và (2) tỷ lệ tuần hoàn bên trong phải là bao nhiêu để đáp ứng nồng độ nitrat đầu ra mong muốn.

PHỐ XANH

TK: Ks HUỲNH MẠNH PHÚC

Đơn vị công tác:

CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG GIAN XANH

Địa chỉ: Số 409/3/9, Nguyễn Oanh, Phường 17, Q Gò Vấp, TP.HCM

CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

KHÔNG GIAN XANH

I TÓM TẮT QUY TRÌNH THIẾT KẾ

Bảng 1: Phương pháp tính toán để thiết kế quá trình bùn hoạt tính để loại bỏ

BOD và nitrat hóa và khử Nitơ

Check

A Tính toán bể Aerotank

Bước 1 Xác định dữ liệu đặc tính nguồn nước thải đầu vào

Bước 2 Xác định sản lượng sinh khối của VSV dị dưỡng

Bước 3 Xác định khối lượng VSS và TSS trong bể sục khí cho quá trình

khử BOD Bước 4 Xác định thể tích bể sục khí cho quá trình khử BOD

Bước 5 Xác định tốc độ tăng trưởng riêng tối đa nitrat hóa (µ m ) dựa trên

nhiệt độ bể sục khí và nồng độ DO, và xác định K n

Bước 6 Xác định tốc độ tăng trưởng riêng thực µ và SRT ở tốc độ tăng

trưởng này, để đáp ứng nồng độ NH4-N đầu ra Bước 7 Xác định sản lượng sinh khối

Bước 8 Thực hiện cân bằng nitơ để xác định NOX, nồng độ của NH4-N bị

oxi hóa Bước 9 Tính khối lượng VSS và khối lượng TSS cho bể sục khí để nitrat

hóa Bước 10 Chọn nồng độ MLSS thiết kế và xác định thể tích bể sục khí đáp

ứng giai đoạn Nitrat hóa

Bước 11 Xác định thể tích của bể sục khí Aerotank

Bước 12 Xác định thời gian lưu nước trong bể sục khí và giá trị MLVSS

Bước 13 Xác định F / M và tải lượng BOD

Bước 14 Xác định hệ số sinh khối dựa trên TSS và VSS

B Tính toán bể Anoxic

Bước 15 Xác định nồng độ sinh khối hoạt động

Bước 16 Xác định tỷ lệ IR

Bước 17 Xác định lượng NO3-N cấp vào bể Anoxic

Bước 18 Xác định thể tích thiếu khí

Bước 19 Xác định F/M b

Bước 20 Xác định SDNR bằng cách sử dụng đường cong với phạm vi F/Mb

từ 0 đến 2:

Bước 21 Xác định lượng NO3-N có thể bị khử

Bước 22 Tính nhu cầu oxy

Bước 23 Thiết kế hệ thống truyền oxy sục khí

Bước 24 Xác định xem có cần bổ sung độ kiềm hay không

II THIẾT KẾ BỂ CMAS ANOXIC - AEROTANK

2.1 Dữ liệu nước thải đầu vào - ra

Bảng 2: Bảng dữ liệu nước thải đầu vào và ra

STT Thông số Đơn vị Giá trị đầu vào Mức độ yêu cầu xử lý

TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ

BỂ SINH HỌC HIẾU KHÍ AEROTANK – CMAS (XỬ LÝ BOD VÀ NITRAT HÓA)

14 Nhiệt độ nước thải đầu vào oC 28

2.2 Điều kiện thiết kế và giả định

Bảng 3: Bảng dữ liệu thiết kế và giả định

1 Bộ khuếch tán khí bọt mịn với nước sạch có sục

khí với hiệu suất truyền

3 Điểm thoát khí cho bộ khuếch tán gốm cách đáy

bể

5 Cao độ của trạm xử lý so với mực nước biển là Hcđnb m 1500

7 Sử dụng các hệ số động học cho trong Bảng 8-10

và 8-11

9 Nồng độ MLSS XTSS thiết kế = 3000 g/m3; giá trị

từ 2000 đến 3000 g/m3

10 TKN lớn nhất / hệ số an toàn trung bình FS = 1,5 FS 1,5

103 m3

10

2.3 Dữ liệu động học phục vụ thiết kế

Bảng 4: Hệ số động học bùn hoạt tính đối với vi khuẩn dị dưỡng ở 20°C

θ value

k d Unitless 1,03-1,08 1,04

aAdapted from Henze et al (1987a); Barker and Dold (1997); and Grady et al (1999)

Bảng 5: Hệ số động học nitrat hóa bùn hoạt tính ở 20°C

θ value

aAdapted from Henze et al (1987a); Barker and Dold (1997); and Grady et al (1999)

Công trình Tính toán bể sinh học Anoxic - Aerotank (CMAS) Mã hồ sơ TT-TK

Bảng 6: Các thông số thiết kế điển hình cho các quy trình bùn hoạt tính thường được sử dụng

Tên quy trình xử lý Loại bể

xử lý

SRT,

d

F/M kg BOD/kg MLVSS.d

Tải trọng MLSS,

mg/L

Thời gian lưu τ/ h

Tỉ lệ tuần hoàn, %

lb BOD/

1000 ft 3 d

kg BOD/

m 3 d

High-rate aeration/

Sục khí tốc độ cao

plug flow 0.5-2 1.5-2.0 75-150 1.2-2.4 200-1000 1.5-3 100-150

Contact stabilization/

Ổn định tiếp xúc

Plug flow 5-10 0.2-0.6 60-75 1.0-1.3 1000-3000b

6000-10000a

0.5-1b 2-4c

50-150

High-purity oxygen/

Oxy có độ tinh khiết cao

Conventional plug flow/

Dòng chảy nút thông thường

plug flow 3-15 0.2-0.4 20-40 0 3-0.7 1000-3000 4-8 25-75b

Step feed/

Cấp thức ăn theo bước

Complete mix/

Hỗn hợp hoàn chỉnh

Extended aeration/

Sục khí mở rộng

Plug flow 20-40 0.04-0.10 5-15 0.1-0.3 2000-5000 20-30 50-150

Oxidation ditch/

Mương oxy hóa

Plug flow 15-30 0.04-0.10 5-15 0.1-0.3 3000-5000 15-30 75-150

Batch decant/

Sục khí mở rộng

Sequencing batch reactor/

Bể phản ứng theo mẻ

Countercurrent aeration

system (CCAS™)/

Hệ thống sục khí ngược dòng

Plug flow 10-30 0.04-0.10 5-10 0.1-0-3 2000-4000 15-40 25-75

a Adapted from WEF (1998); Crites and Tchobonoglous (1998)

Công trình Tính toán bể sinh học Anoxic - Aerotank (CMAS) Mã hồ sơ TT-TK

b MLSS and detention time in contact basin

c MLSS and detention time in stabilization basin

d Also used at intermediate SRTs

e Based an average flow

f For nitrification, rates may be increased by 25 to 50%

NA = not applicable

khác nhau liên quan đến COD có thể phân hủy sinh học của nước thải đầu vào.

III TÍNH TOÁN

Hình 2: Mô tả quy trình Anoxic - Aerotank

A TÍNH TOÁN BỂ AEROTANK

I Tính toán thể tích bể Aerotank đáp ứng khử BOD

Bước 1 Tính toán các đặc tính nước thải cần thiết cho thiết kế

a Xác định lượng bCOD: bCOD = 1,6(BOD) = 272 mg/l

b Xác định lượng nbCOD: nbCOD = COD – bCOD = 48 mg/l

c Xác định lượng sCODe: sCODe = sCOD – 1,6 sBOD = 16 mg/l

d Xác định lượng nbVSS: nbVSS = (1 - bpCOD/pCOD) VSS = 12 mg/l

pCOD COD sCOD





e Xác định iTSS: iTSS = TSS – VSS = 10 mg/l

Bước 2 Xác định sản lượng sinh khối của VSV dị dưỡng:

a Xác định giá trị S tại ToC:

S



  0,7 g COD/m3

Trong đó:

 K s = 20 g/m3

 µ m,T o C = µ m

20



 = 10,3 g/g.d

 kd, T o C = kdθ T-20 = 0,164 g/g.d

b Xác định sản lượng sinh khối:

 

 

 

,

X bio

P

13 kg VSS/d

Trong đó:

 Q = Lưu lượng nước thải, Q = 200 m3/d;

 Y = 0,40 g VSS/g bCOD (Bảng 3);

 S o = 272 g bCOD/m3 (Bước 1a)

Bước 3 Xác định khối lượng VSS và TSS trong bể sục khí cho quá trình khử BOD:

a Xác định PX,VSS and P X,TSS :

PX,VSS = P X,bio + Q(nbVSS) = 15,8 kg/d

b Xác định, PX,TSS:

PX,TSS = [(PX,bio)/0,85] + Q(nbVSS) + Q(TSSo – VSSo) = 20,1 kg/d

c Tính khối lượng VSS và TSS trong bể sục khí

 Xác định khối lượng MLVSS:

(XVSS)(V) = (PX,VSS)SRT = 79 kg

 Xác định khối lượng MLSS:

(XTSS)(V) = (PX,TSS)SRT = 101 kg

Bước 4 Xác định thể tích bể sục khí cho quá trình khử BOD:

(XTSS)(V) = 101 kg

Tại giá trị: XTSS = 3000 g/m3

Aero_BOD

V  34 m3

II Tính toán thể tích bể Aerotank đáp ứng Nitrat hóa

Bước 5 Xác định tốc độ tăng trưởng cực đại µn của các sinh vật nitrat hóa

a Tìm µ n,m; Kn; kdn tại T°C:

, o

m T C

 = 1,29 g/g.d

, o

n T C

K = 1,12 g/ m3

, o

dn T C

k = 0,11 g/g.d

b Thay thế các giá trị trên và tìm µ n

,

n m

k



    

0,79 g/g.d

Trong đó:

- N = Nồng độ NH4-N yêu cầu xử lý ở đầu ra; N= 5 g/m3;

- DO = 3,0 g/m3 (Bảng 3)

- K o = 0,50 g/m3 (Bảng 5);

TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ

BỂ SINH HỌC HIẾU KHÍ AEROTANK – CMAS (XỬ LÝ BOD VÀ NITRAT HÓA)

Bước 6 Xác định giá trị SRT

a Tìm giá trị SRT lý thuyết:

1 SRT

n



  1,26 d

b Tìm SRT thiết kế;

SRTtk = (FS)×SRT = 1,9 d

Trong đó: FS = TKN cực đại/TKN trung bình = 1,5

Bước 7 Xác định sản lượng sinh khối:

a Tìm giá trị S:

S



  1,4 g bCOD/m

3

Trong đó:

 k d = 0,164 g/g.d (Bước 2a)

 µ m = 10,3 g/g.d (Bước 2a)

b Giải tìm P X,bio:

 

,bio

X

P

19 kg VSS/d

Trong đó:

 Q = 200 m3/d

 Y = 0,40 VSS/g bCOD (Bảng 4)

 S o = 272 g bCOD/m3 (Bước 1a)

 S = 0,7 g bCOD/m3 (Bước 11)

 k d = 0,164 g/g.d (Bước 2a)

 µ m = 10,3 g/g.d (Bước 2a)

 NO x = 0,80(35 g/m3) = 28 g/m3 (Giả sử NOx 80% (TKN))

 Y n = 0,12 g VSS/g NOx (Bảng 5)

Bước 8 Xác định lượng nitơ bị oxi hóa thành nitrat

NOx = TKN – N e – 0,12P X,bio /Q = 63,9 g/m3

Trong đó:

- N e = Giá trị NH4-N yêu cầu ở đầu ra, N e = 5 g/m3

Bước 9 Xác định nồng độ và khối lượng VSS và TSS trong bể sục khí để nitrat hóa:

a Tính nồng độ VSS và TSS trong bể sục khí:

i Xác định P X,VSS:

PX,VSS = PX,bio + Q(nbVSS)= 21,0 kg/d

ii Xác định P X,TSS:

PX,TSS = [P X,bio /0,85] + Q(nbVSS) + Q(TSSo – VSSo) = 26,2 kg/d

b Tính khối lượng của VSS và TSS trong bể sục khí:

i Khối lượng của MLVSS:

(V)(XVSS) = (PX,VSS)SRT = 40 kg

ii Khối lượng của MLVSS:

(V)(XTSS) = (PX,VSS)SRT = 50 kg

Bước 10 Xác định thể tích bể sục khí đáp ứng giai đoạn Nitrat hóa

(V)(XTSS) = 50 kg

Với MLSS = 3000 g/m3

VAero_Nitrat = 17 m3

Bước 11 Xác định thể tích của bể sục khí Aerotank:

So sách VAero_Nitrat và VAero_BOD → chọn giá trị lớn hơn để làm thể tích xây dựng bể Aerotank

 Chọn VAero_BOD làm thể tích bể Aerotank Vaerotank = 34 m3

Bước 12 Xác định thời gian lưu nước trong bể sục khí và giá trị MLVSS:

a Xác định thời gian lưu nước trong bể sục khí

V

Q

   4,0 h

b Xác định giá trị MLVSS:

Tỉ lệ VSS VSS

TSS

 MLVSS = 2360 g/m3

Bước 13 Xác định F / M và tải lượng BOD

a Xác định giá trị F/M:

kg BOD F/M

kg MLVSS.d

O QS XV

   0,43 kg/kg.d (so sánh với Bảng 6)

b Xác định giá trị tải lượng BOD:

Lorg = kg BOD 3

m d

O QS V

  1,01 kg/m3.d (so sánh với Bảng 6)

Bước 14 Xác định hệ số sinh khối dựa trên TSS và VSS:

a Xác định lượng bCOD bị loại bỏ:

bCOD removed = Q(S o - S) = 54,3 kg/d

b Xác định sản lượng sinh khối dựa trên TSS:

PX,VSS = 15,8 kg/d

,

Yobs TSS  0,47 g TSS/g BOD

c Xác định sản lượng sinh khối dựa trên VSS:

Yobs,VSS: VSS/TSS = 0,78 (xem bước 12b)

Yobs,VSS = 0,37 g TSS/g BOD

C TÍNH TOÁN BỂ ANOXIC

Bước 15 Xác định nồng độ sinh khối hoạt động:

TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ

BỂ SINH HỌC HIẾU KHÍ AEROTANK – CMAS (XỬ LÝ BOD VÀ NITRAT HÓA)

 

SRT

o b

d

X



= 1.774 g/m3

Trong đó:

 Q = 200 m3/d

 Y = 0,40 VSS/g bCOD (Bảng 4)

 S o = 272 g bCOD/m3 (Bước 1a)

 S = 0,7 g bCOD/m3 (Bước 11)

 k d = 0,164 g/g.d (Bước 2a)

 SRT = 5 d (Bảng 3)

 V = 34 m3

Bước 16 Xác định tỷ lệ IR:

x RAS

IR NO 1.0

R N

    0,60

Trong đó:

 NRAS = nồng độ NO3-N trong dòng tuần hoàn, NRAS = 29 g/ m3

 R = tỉ lệ dòng tuần hoàn RAS = 0,6

Bước 17 Xác định lượng NO3-N cấp vào bể Anoxic

QFlo_to_Ano = IR Q + RQ = 240 m3

 NOx feed = (QFlo_to_Ano)( NRAS) = 6.973 g/m3

Bước 18 Xác định thể tích thiếu khí

Ước tính, sử dụng thời gian lưu τ = 1,0 h

 τ = 0,042 d

 Vanox = τ×Q = 8 m3

Bước 19 Xác định F/M b

 

o b

anox b

QS F/M

  3,68 g/g.d (*)

Bước 20 Xác định SDNR bằng cách sử dụng đường cong với phạm vi F/Mb từ 0 đến 2:

- Xác định tỉ lệ: rbCOD/bCOD = 29 % (**)

Từ (*) và (**) xác định giá trị SDNR ở Hình 1 => SDNR = 0,43 tại 20°C

Áp dụng hiệu chỉnh nhiệt độ, xác định giá trị SDNR tại ToC

SDNRToC = 0,53 g/g.d

Bước 21 Xác định lượng NO3-N có thể bị khử:

a Kiểm tra NOr tại τ = 1,0 h:

NOr = (Vanox)(SDNR)(Xb) = g/d

Lấy kết quả so sánh với giá trị (NOx feed) nếu:

+ (NOr - NOx feed)/(NOx feed) = 0 ÷ 15% → Chấp nhận thời gian lưu như giả định; + (NOr - NOx feed)/(NOx feed) ≥ 15% → Ước tính lại giá trị τ nhỏ hơn;

+ (NOr - NOx feed)/(NOx feed) ≤ 15% → Ước tính lại giá trị τ lớn hơn

 Việc này cần lập lại ước tính giá trị τ cho đến khi phù hợp

b So sánh giá trị được tính toán với giá trị SDNR từ nghiên cứu thực nghiệm:

SDNR(Xb/XTSS) = 0,31 g/g.d [giá trị được chấp nhận: 0,04 đến 0,42 g/g.d]

Bước 22 Tính nhu cầu O2:

  1, 42 , 4, 33 ( ) 2,86( x RAS)

R Q S S  P  Q NO  NO N Q 71 kg/h

Bước 23 Thiết kế sục khí bọt mịn-xác định lưu lượng không khí ở lưu lượng thiết kế trung bình:

Dựa vào công thức:

C

C

s

L H T s



20 ,

, ,

024 ,















Trong đó:

 AOTR = tốc độ truyền oxy thực tế trong điều kiện hiện trường, kg O2/h;

 SOTR = tốc độ truyền oxy tiêu chuẩn trong nước máy ở 20°C và oxy hòa tan bằng không,

kg O2/h

a Xác định Cṡ.T.H nồng độ bão hòa oxy hòa tan trung bình trong nước sạch trong bể sục khí ở nhiệt

độ T và độ cao H dựa vào công thức:

, , , ,

atm

1

P

i Dựa vào Phụ lục D1 - Xác định giá trị nồng độ oxy bảo hòa theo nhiệt độ

C20 = 9,08 mg/L

C28 = 7,81 mg/L

ii Xác định áp suất tương đối ở độ cao 1500 m để hiệu chỉnh nồng độ DO cho độ cao:

 

b

a

gM z z P



0,84

 Nồng độ oxy ở độ cao 500 m và nhiệt độ 28oC

Cs,T,H = C28 × (Pd/Patm) = 6,59 (mg/L) iii Xác định áp suất khí quyển (m nước) ở độ cao 500 m (xem Phụ lục B và C)

3 atm,

kN/m kN/m

H atm H

P P



iv Xác định nồng độ oxi giả sử nồng độ phần trăm oxi đi ra khỏi bể sục khí là 19%

  atm, ,Eff depth , , , ,

atm,

1

H

P

= 7,86 mg/l

a Xác định SOTR bằng cách sử dụng α = 0,65, β = 0,95 và hệ số tắc nghẽn của bộ khuếch tán F = 0,9

, ,

1, 024

s T H

C



= 215,6 kg/h

b Xác định lưu lượng khí:

TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ

BỂ SINH HỌC HIẾU KHÍ AEROTANK – CMAS (XỬ LÝ BOD VÀ NITRAT HÓA)

    3 

2

SOTR kg/h 60min/h kgO /m air

Khongkhi

Q

E

44,8 m3/min

Bước 24 Kiểm tra độ kiềm:

a Chuẩn bị cân bằng độ kiềm

Độ kiềm để duy trì pH ~ 7 = Độ kiềm đầu vào - Độ kiềm được sử dụng + Độ kiềm đã sản xuất

- Độ kiềm đầu vào = 250 g/m3 đl CaCO3 (a*);

- Độ kiềm đã sử dụng = 7,14(NOx) = 456,0 g/m3 (b*);

- Độ kiềm đã sản sinh = 3,57(NOx - NRAS) = 124,5 g/m3 (c*);

- Nồng độ kiềm dư cần thiết để duy trì độ pH = 80 g/m3 (d*)

a Tìm độ kiềm cần thiếtđược thêm vào:

Độ kiềm cần bổ sung Alkadd = (d*) – (a*) + (b*) – (c*) = 161,5 g/m3 đl CaCO3

 Khối lượng kiềm cần thêm vào: = Alkadd(Q) = 32,3 kg/d đl CaCO3

b Xác định độ kiềm cần thiết là natri bicacbonat

Khối lượng tương đương của CaCO3 = 50 g/đương lượng

Khối lượng tương đương của Na(HCO3) = 84 g/đương lượng

Na(HCO3)need = 54 kg/d NaHCO3

Bước 25 Bảng tóm tắt thiết kế

Bổ sung độ kiềm dưới dạng Na(HCO3) kg/d 54 -