xử lý nước thải đô thị đề tài bể sinh học từng mẻ sequency biological reactor

Bể SBR trong xử lý nước thải, là công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ phản ứng sinh học theo quy trình phản ứng mẻ liên tục.. Đây là một trong những loại bể phản ứng làm vi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN



BÁO CÁO MÔN HỌC:

XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

ĐỀ TÀI: BỂ SINH HỌC TỪNG MẺ (Sequency Biological Reactor)

GVHD: ThS PHẠM TRUNG KIÊN

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 03 NĂM 2023

Nhóm thực hiện: Nhóm 9

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

PHẦN I – TỔNG QUAN VỀ BỂ SINH HỌC TỪNG MẺ (SBR) 1

1 Khái niệm 1

2 Cấu tạo 1

3 Vị trí 3

4 Chức năng 3

5 Nguyên lý hoạt động 3

5.1 Pha làm đầy 4

5.2 Pha sục khí 4

5.3 Pha lắng 4

5.4 Pha rút nước 4

5.5 Pha nghỉ (dự trữ) 5

PHẦN 2 – TÍNH TOÁN CHI TIẾT BỂ LỌC SINH HỌC TỪNG MẺ (SBR) 6

6 Tính toán thiết kế 6

6.1 Xác định thời gian lưu bùn: 8

6.2 Tính toán lượng bùn hoạt tính cần có trong bể : 8

6.3 Xác định nồng độ MLVSS 9

6.4 Xác định lượng bùn dư 9

6.5 Xác định tỉ số F/M và tải trọng BOD 11

6.6 Tính lượng oxy cần thiết để khử BOD5 cho một mẻ 11

6.7 Tính toán thủy lực ống dẫn khí nén 13

6.8 Thiết bị rút nước trong 13

6.9 Thiết bị bơm bùn 14

6.10 Bộ điều khiển 15

7 Ưu và nhược điểm của bể SBR 16

7.1 Ưu điểm 16

7.2 Nhược điểm 16

PHẦN I – TỔNG QUAN VỀ BỂ SINH HỌC TỪNG MẺ (SBR)

1 Khái niệm

SBR là từ viết tắt của từ Squencing biological reactor Bể SBR trong xử lý nước thải, là công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ phản ứng sinh học theo quy trình phản ứng mẻ liên tục

Đây là một trong những loại bể phản ứng làm việc theo mẻ bằng bùn hoạt tính, đặc điểm của loại bể này là trong quá trình sục khí và lắng được vận hành và diễn ra trong cùng một bể chứa

Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt SBR là một phương pháp đạt hiệu quả rất aoᴄ trong lĩnh ự хử lý nướ thải Khá ới á loại bể truуền thống, bể SBR trong xử lýᴠ ᴄ ᴄ ᴄ ᴠ ᴄ ᴄ nước thải ó nhiều ưu điểm nổi bật ượt trội hơn hẳn, nguồn nướ thải ra đạt lượng iᴄ ᴠ ᴄ ᴠ khuẩn rất thấp, an toàn à không gâу ra bất ứ mối nguу hại nào ho môi trường.ᴠ ᴄ ᴄ

2 Cấu tạo

Bể SBR được cấu thành bởi 2 dạng bể khác nhau, bể Selector và bể C-tech, 2 loại này được thiết kế và tính toán một cách khoa học để đảm bảo trong quá trình vận hành đạt chuẩn và chất lượng Bể Selector làm nhiệm vụ xử lý sơ bộ nguồn nước thải, còn bể C-tech sẽ tiến hành các bước quan trọng trong xử lý để đảm bảo nước đầu ra được xử lý triệt để

Dù vậy cả hai bể đều bổ trợ tốt cho nhau, nếu thiếu một trong hai thì bể SBR xem như thất bại Nguyên lý hoạt động cơ bản của bể này là: Nước đầu nguồn sẽ được bơm xả trực tiếp vào bể Selector tiến hành xử lý sơ bộ nguồn nước rồi trung chuyển sang bể trung gian để tiếp tục được lưu chuyển trực tiếp sang bể C-tech tiến hành những công đoạn tiếp theo của toàn hệ thống

Các thiết bị trong bể SBR:

 Bộ cảm biến cấp độ (Level Sensor)

Nhiệm vụ : Cung cấp định lượng hiển thị chiều cao mứuc nước trong 2 bể sinh học

SBR ở màn hình điều khiển chính Khi mực nước trong bể thấp thì kích hoạt van xả của

bể đóng lại Khi mực nước trong bể thấp thì kích hoạt van mở nước vào của chính bể đó đóng lại

 Van xả nước vào bể

Nhiệm vụ: Các van này mở khi bể bắt đầu làm việc, đóng khi nưuóc trong bể đặt

mứuc đầy hoặc hết 60 phút cho nước vào bể

 Van xả nước ra khỏi bể

Nhiệm vụ: Các van này làm việc theo thời gian, sau khi bể bắt đầu hoạt động 195

phút, sau khi mở 30 phút thì đóng lại hoặc khi cảm biến mứuc báo nước trong bể đặt mức cạn

 Van đóng mở đường ống dẫn bùn

Nhiệm vụ: Các van này bắt đầu mở sau khi bể làm việc được 225 phút, đóng lại sau

khi mở 15 phút hoặc khi cảm biến đo lưu lượng bùn báo hết bùn trong đường ống Trong

đó, việc điều khiển van theo tín hiệu của cảm biến đo lưu lượng bùn có mức ưu tiên cao hơn

 Thiết bị kiểm soát DO – Khoảng đo: 0 – 20 mg/l

Nhiệm vụ: Cung cấp tín hiệu định lượng nồng độ oxy trong bể sinh học SBR để

hiển thị ở màn hình tủ điều khiển chính

 Bơm hút bùn – Loại: bơm chìm

Nhiệm vụ: Bơm bùn hoạt tính (vi sinh vâth) từ bể sinh học SBR về bể chứa bùn.

Bơm hút bùn làm việc theo thời gian và theo lưu lượng bùn trong đường ống sau khi van đường ống hút bùn mở (sau 225 phút kể từ khi bắt đầu chu kỳ làm việc của bể) bơm được phép hoạt động Bơm ngừng làm việc sau 15 phút haowjc khi cảm biến đo lưu lượng bùn báo hết bùn trong đường ống

 Bộ điều khiển Decanter

Nhiệm vụ: Nhận tín hiệu điều khiển của van xả nước SBR và khoảng thời gian (do

lập trùnh) để thu và tháo nước sau quá trình lắng của bể sinh học SBR

 Decanter thu nước

Nhiệm vụ: Thu nước sau khi xử lý ở bể SBR ra bể khử trùng.

 Van thông khí

Nhiệm vụ: Điều chỉnh đóng mở đường ống dẫn khí từ máy thổi khí vào bể SBR.

 Máy khuấy

Nhiệm vụ: Máy khuấy làm việc theo thời gian, mứuc nước và nồng độ oxy trong

bể Sau 60 phút kể từ khí đổ nước vào bể, đồng thời mức nước ở trong bể đặt mức làm việc thì máy khuấy được phép làm việc

 Hệ thống sục khí

 Máy thổi khí

Nhiệm vụ: Cung cấp khí cho bể SBR, nhận tín hiệu điều khiển từ van thông khí và

tín hiệu thời gian (do lập trình)

3 Vị trí

- SBR nằm trong giai đoạn xử lý sinh học

- SBR nằm sau các công trình xử lý như song chắn rác, bể lắng cát

- Có thể sử dụng riêng rẽ hoặc hết hợp với các công trình xử lý sinh học khác

4 Chức năng

- Loại bỏ cặn lơ lửng, sau khi xử lý 3 - 25mg/l

- Khử BOD, COD, nước thải sau xử lý BOD thường thấp hơn 20mg/l

- Khử nitơ, photpho sinh hóa/

5 Nguyên lý hoạt động

Công nghệ xử lý nước thải SBR gồm 2 cụm bể: cụm bể Selector và cụm bể C – tech, Bể SBR (Sequencing Batch Reactor) là bể xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục Đây là một dạng của bể Aerotank Nước được dẫn vào bể Selector trước sau đó mới qua bể C – tech Bể Selector sẽ được sục khí liên tục tạo điều kiện cho quá trình xử lý hiếu khí diễn ra Nước sau đó được chuyển sang

bể C-tech

Bể SBR hoạt động theo một chu kỳ tuần hoàn với 5 pha bao gồm: Làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và nghỉ Mỗi bước luân phiên sẽ được chọn lựa kỹ lưỡng dựa trên hiểu biết chuyên môn về các phản ứng sinh học Hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ SBR yêu cầu vận hành theo chu kỳ để điều khiển quá trình xử lý Hoạt động chu kỳ kiểm soát toàn bộ các giai đoạn của chu kỳ xử lý Mỗi bước luân phiên sẽ được chọn lựa kỹ lưỡng dựa trên hiểu biết chuyên môn về các phản ứng sinh học

5.1 Pha làm đầy

Đây là pha dùng để thu nạp nước thải trực tiếp đổ vào bể Thời gian xử lý giao động từ 1-3 tiếng

Bể SBR sẽ xử lý các chất thải, và những hoạt động phản ứng sẽ “tiếp nối” nhau: Làm đầy – Tĩnh – Làm đầy – Hòa trộn & Sục khí

Đây đều là những quá trình xảy ra liên tục, thay phiên nhau và dựa trên hàm lương BOD đầu vào Trong pha làm đầy này, khi bổ sung nguồn nước thải vào Đồng thời mang theo một lượng lớn “nguồn lương thực” cho những vi sinh (bùn hoạt tính) Chính vì vậy, khi quá trình này kết thúc, sẽ thúc đẩy mạnh quá trình phân hóa ở vi sinh

5.2 Pha sục khí

Công dụng chính của pha này, là tạo ra sự chuyển động Và các bọt khí mang theo oxi vào trong nước được chứa trong ngăn chứa nước thải

Phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính để tạo ra hợp chất Nitrat N-NO3 Pha này sẽ mất khoảng 2 tiếng để có thể tiến hành quá trình phản ứng

5.3 Pha lắng

Ở pha này, các chất hữu cơ sẽ lắng dần trong nước Công đoạn này sẽ diễn ra ở môi trường tĩnh Sẽ mất khoảng 2 tiếng để có thể đợi bùn lắng và cô đặc lại

Ngược lại, hỗn hợp được loại bỏ liên tục từ bể sục khí bùn hoạt tính với dòng chảy liên tục Được đưa qua bể lắng để đưa lượng lớn bùn trở lại bể sục khí

5.4 Pha rút nước

Sau khi bùn đã lắng xuống dưới, phần nước trong sẽ được rút ra Lượng nước rút

ra sẽ phụ thuộc vào hiệu quả của bể SBR xử lý nước thải, bùn hoạt tính được dữ lại để chờ lượng nước thải tiếp theo được bổ sung vào

5.5 Pha nghỉ (dự trữ)

Pha nghỉ để chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành, lưu lượng nước thải

PHẦN 2 – TÍNH TOÁN CHI TIẾT BỂ LỌC SINH HỌC TỪNG MẺ (SBR)

6 Tính toán thiết kế

- Lưu lượng nước thải trung bình theo ngày: Qtb

ngày= 300 m /ngđ3

- Lưu lượng nước thải trung bình theo giờ: Qtb

h= 300/24= 12,5 m /h3

- Lưu lượng nước thải trung bình theo giây Qtb

s=Q tb h

3600 = 0,00347( m /s) = 3,47( l/s)3

Các thông số đầu vào :

- Lưu lượng nước thải Q h TB = 12,5 (m3/h)

- Hàm lượng BOD đầu vào BOD 5(vào) = 201,6 (mg/l)

- Cặn lơ lửng đầu vào L SSvào= 65% x T = 65% x 111,77 = 79,1 (mg/l) (cặn có thểSS phân hủy sinh học)

- Hàm lượng COD đầu vào COD vao = 505,7 (mg/l)

- Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính X TSS = 3500 mg/l, X nằm trong khoảng 2000 – 5000 mg/l)

- Chỉ số SVI: Giá trị SVI nằm trong khoảng 100-150 (g/ml), giá trị SVI cao hơn 150 nghĩa là bùn lắng không tốt Giá trị này chọn là 120 g/ml

- Tỷ lệ F/M = 0,1 gr BOD /l gr bùn hoạt tính lơ lửng MLVSS (qui phạm từ 0,1-0,2).5

- Độ tro của cặn Z = 0,3 (thường từ 0,2 - 0,3) hay cặn bay hơi bằng 0,7 cặn lơ lửng

- Hàm lượng TSS vào = 111,77 mg/l

- Ta có = 0,7 VSS = 0,7 x 111,77 = 78,239 mg/l vào

- Hàm lượng VSS không phân hủy sinh học là: nbVSS = (1-0,65) x 78,239 = 27,38 mg/l

- Hệ số động học Y=0,6 gr/gr và K = 0,05 ngày d -1

Các thông số đầu ra:

Bảng 1: Các thông số đầu ra của bể SBR

Thông số Đầu vào bể SBR (mg/l) Hiệu suất xử lý

(%)

Đầu ra bể SBR (mg/l)

Xác định chu kỳ vận hành của bể SBR

- Ta xây dựng 2 bể SBR Giả sử 1 mẻ hoạt động là 12h

- Ta có : T = T + Tc f a+T +T +T s d i = 12 h

Trong đó:

Bảng 2: Giờ vận hành bể SBR

Tc Thời gian tổng cộng của quá trình

Tf Thời gian làm đầy

Ta Thời gian phản ứng( sục khí)

Ts Thời gian lắng tĩnh

Td Thời gian rút nước

Ti Thời gian chờ

Tc= 12 h

Tf = 3 h

Ta = 5 h

Ts = 2,2 h

Td =1,8 h

Ti = 0 h

- Số mẻ một bể hoạt động trong một ngày: n = 24/12 = 2 mẻ/bể

- Số chu kỳ cả 2 bể hoạt động trong một ngày: n = 2 bể x 2 mẻ/bể = 4 (mẻ)

- Thể tích phần lấp đầy cho một chu kỳ: V = 300/4 = 75 (m )F 3

Xác định kích thước bể

Ta có : Tổng lượng SS dòng vào = Tổng lượng SS sau lắng: V T X = V S X S

Trong đó:

V T : Tổng lưu lượng của 1 bể , (m )3

X : Nồng độ MLSS trong dòng vào, X = 3500 (mg/l)

V S : Thể tích bùn lắng sau khi rút nước, (m )3

X S : Nồng độ MLSS trong bùn lắng, (mg/l)

 X s = 1/SVI = 1/120 = 6,66 ×10 g/ml= 8333,33 (g/m -3 3 )

- Ta có tỉ số

- Để đảm bảo SS không ra khỏi bể khi gạn nước, ta tính thêm 20%:

V S

V T

=1,2 ×0,42=0,5

- Ta có :

V T = V + V F S 

1 V

V V V

T S T

F 



5 , 0 1 V V

T

F

= 0,5

- Chọn T

F

V

V

= 0,5

 V T = V F

0,5=75

0,5=150 (m3 ).

- Chiều sâu hoạt động bể SBR: H = 4,5 (m)

- Chiều sâu xây dựng của bể SBR: H tc = H + h bv

o Trong đó: h : chiều cao bảo vệ, h = 0,5 (m) bv bv

 Htc = 4,5 + 0,5 = 5m

- Diện tích mặt bằng bể : F = (m )2

- Chọn kích thước bể : L × B × H = 6m × 5m × 5m

- Chiều sâu rút nước h F = 50% × H = 2,25 (m)

- Chiều cao phần chứa bùn: h b = 42% H = 0,42 × 4,5 = 1,9m

- Chiều cao an toàn của lớp bùn : h an toàn = 8% × H = 0.08 × 4,5 = 0,36 m

- Thể tích phần chứa bùn :

V S = 0,42 x V = 0,42 x 150 = 63m T 3

- Thời gian lưu nước tổng cộng của cả 2 bể:

6.1 Xác định thời gian lưu bùn:

- Thời gian lưu bùn theo qui phạm nằm trong khoảng 10 – 30 ngày Chọn thời gian

lưu bùn là 20 ngày

6.2 Tính toán lượng bùn hoạt tính cần có trong bể :

Thể tích mỗi ngăn SBR:

V T= Q × S o

X × (F / M) (m )3

Trong đó:

X: Nồng độ bùn hoạt tính, mg/l

F/M: Tỷ lệ BOD có trong nước thải và bùn hoạt tính, F/M = 0,1gBOD /1g bùn5 5 hoạt tính

Q : Lưu lượng cần xử lý 1 mẻ, Q = 75 m3

So : BOD đầu vào, S = 201,6 mg/l5 0

 Nồng độ bùn hoạt tính cần duy trì trong bể:

(mg/l)

Khối lượng bùn hoạt tính cần có trong bể :

G = V X = 150 x 1008 x 10 = 151 (kg)bùn T -3

6.3 Xác định nồng độ MLVSS

Hàm lượng tăng sinh khối trong bể SBR tính theo MLVSS



S) QY(S ) k )(

f )

(k

1

S)

x(S

Q

Yx

d C O d d d

O











+ Q(nbVSS) = 0,41+0,146 × 20×150 ×161,3+0,15× 0,146 ×150 ×161,3 20 ×

= 10kg

Trong đó:

C : thời gian lưu bùn, ngày

Q: lưu lượng trung bình ngày ứng với mỗi bể , Q = 150 m /ngđ3

Y: hệ số sản lượng bùn, là thông số động học xác định bằng thực nghiệm

Chọn Y = 0,4 mgVSS/mg bCOD5

S O : nồng độ BOD , S = 201,6 mg/lvao O

S : nồng độ BOD , S = 40,3 mg/lra

k d: hệ số phân hủy nội bào, là thông số động học được xác định bằng thực nghiệm

k d,T = k20 T-20 = 0,12 mg/mg.ng x (1,04)25-20 = 0,146 mg/mg.ngày

f d : Tỉ lệ vụn tế bào, f = 0,15 d

6.4 Xác định lượng bùn dư

Giả sử bùn có trọng lượng riêng = 1,02 kg/m 3

Lượng bùn có khả năng chứa trong bể

Mbùn = V s× × X S

= 63 m 3× 1,02 kg/m 3× 8333,3 10 = 535,5 kg -3

Thể tích bùn choán chổ sau n chu kỳ : G = G + n n-1

n

1 -n X

0,8

P

+ SSn

Trong đó :

G n-1 : lượng bùn của chu kỳ n-1, kg

P X : Hàm lượng MLSS sinh ra trong chu kỳ thứ n, kg

SS n : lượng căn hữu cơ đi vào bể mỗi chu kỳ, kg

- Tổng hàm lượng MLVSS trong 1 bể tính theo ngày:

P X,VSS = 10 kg/ngày

- Tổng hàm lượng MLSS trong 1 bể tính theo chu kỳ :

kg/chu kỳ

- Hàm lượng cặn trong bể:

G 0 = V T X MLSS = 150 x 3500 = 525000g = 525kg.

- Lượng cặn hữu cơ đi vào bể mỗi chu kỳ là:

SS = ( TSS – VSS ) x V 0 0 F = (121,7 – 85,2) x 75 = 2,74 kg

- Sau 1 chu kỳ làm việc, ta có:

G 1 = G + 0 0,8

PX

+ SS = 525+

5 0,8+2,74 534=

- Sau chu kỳ làm việc thứ 2:

G 2 = G + 1 0,8

PX

+ SS = 534+

5 0,8+2,74 543=

Do đó sau chu kỳ 2 ta phải thải bỏ bùn dư ra khỏi bể

- Khối lượng bùn cần thải bỏ là:

G bùn dư = G – G 2 0

= 543 - 534 = 9 kg/1bể

- Lưu lượng bùn cần thải bỏ:

V bùn dư = ( m 3 ).

- Thể tích bùn thực trong bể sau 1chu kỳ:

- Chiều cao bùn thực trong bể sau 1 chu kỳ:

6.5 Xác định tỉ số F/M và tải trọng BOD

- Tải trọng thể tích:

L BOD =

Trong đó :

Q : lưu lượng nước thải, Q =150 m /ngày.bể 3

S O : hàm lượng BOD đầu vào, S = 201,6 mg/l5 O

V T : thể tích bể , V = 150 mT 3

L BOD = g BOD 5 /m ngày 3

= 0,2016 kg BOD 5 /m ngày 3

Trị số này nằm trong khoảng cho phép LBOD = 0,1 0,3 kgBOD 5/m ngày 3

- Tỉ số F/M:

F/M = Q × S0

X ×V T

=150×201,6

Trị số này nằm trong khoảng cho phép F/M = 0,04   0,1 g BOD /g BHT.ngày 5

6.6 Tính lượng oxy cần thiết để khử BOD5 cho một mẻ.

- Lưu lượng không khí đơn vị tính bằng m để làm sạch 1m nước thải:3 3

k1× k2 ×n ×n1 2× (C p− ) C (m 3 /m ) 3

Trong đó:

q: Lưu lượng oxy của không khí, đơn vị tính bằng mg để giảm 1mg BOD Với bể5 Aerôten làm sạch không hoàn toàn thì z = 0,9 (mg/mg)

L a , L t : LBOD5 của nước thải trước và sau xử lý

k : 1 Hệ số kể đến kiểu thiết bị nạp khí Theo bảng 47-[2], thiết bị phân tán khí dạng tạo bọt khí nhỏ Ta có k = 2, I = 50 m1 max 3/m2.h ứng với f/F = 0,5

k 2: Hệ số kể đến chiều sâu đặt thiết bị Theo bảng 48-[2], ta có k =2,52, I = 3,52 min

m /m3 2.h với h = 4 m (Chọn h = 3 m theo 6.15.16-[II])

n : 1 Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải

 n 1 = 1 + 0,02 (t - 20) = 1 + 0,02 (37,5 - 20) = 1,35 tb

n 2: Hệ số kể đến mối quan hệ giữa tốc độ hòa tan của oxy vào hỗn hợp nước và bùn với tốc độ hòa tan của oxy trong nước sạch Đối với nước thải sản xuất, lấy n = 0,7 (Điều2 8.16.13-[2])

C p : Độ hoà tan ôxy của không khí vào trong nước

C t : Độ hoà tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất Được xác

định theo bảng 3-33-[8] Theo đó ứng với nhiệt độ 37,5 C và áp suất khí quyển 760 mmo

thủy ngân, ta có C T = 33,975 (mg/l).

C: Nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten (mg/l) lấy bằng 2 mg/l.

(m /m ).3 3

- Xác định cường độ nạp khí:

(m /m h) 3 2

Trong đó:

H: Chiều sâu làm việc, H= 4,5m.

t : Thời gian nạp khí, t = 5h.

(m /m h).3 2

Ta có: I = 0,7 (m A 3 /m 2 h) < I = 3,5 (m

min 3 /m h) 2 Như vậy cần phải tăng thêm lưu lượng không khí để đạt giá trị I min

(m /m ).3 3

- Lưu lượng không khí cần cấp cho 1mẻ:

(m /h) = 4875(l/phút) = 0,08 (m3 3/s)

Hệ thống phân phối khí được bố trí trên thành bể rồi chạy dọc theo thành bể xuống đáy bể với các ống nhánh Ống chính được đặt trên thành bể với lưu lượng khí thổi vào

Q ch = 0,08 (m 3 /s).

- Chọn trên ống chính gồm 11 ống nhánh, khoảng cách giữa tâm 2 ống nhánh liên

tiếp là L/10 = 6/10 = 0,6m.

- Lưu lượng vào mỗi ống nhánh là: q n = Q /11 = 0,08/11 =0,0073 (m ch 3 /s).