Tính toán thiết kế bể SBR

tài liệu này hướng dẫn tính toán chi tiết bể sinh học từng mẻ SBR. Bên cạnh đó còn có 1 File Excel phục vụ cho việc tính toán số liệu nhanh và đạt hiệu quả cao, điều chỉnh số liệu 1 cách dễ dàng nhất

DH12MT THIẾT KẾ BỂ SBR Sequency Batch Reactor Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2015 Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com) Tính toán bể SBR 5.1 Thông số thiết kế 5.1.1 Bảng chất lượng nước thải Bảng 5.1 Bảng chất lượng nước trước vào bể SBR Thông số BOD COD SS Độ màu Nhiệt độ NH4-N Photpho Lưu lượng Đơn vị mg/l mg/l mg/l Pt-Co o C mg/l mg/l m3/d Giá trị 138,4 280,7 230,2 239,1 40 1,4 0,6 960 5.1.2 Điều kiện thiết kế: Sử dụng bể Độ sâu mực nước bể đầy = m Độ sâu mực nước sau lắng = 60% chiều sâu bể SVI = 150 mL/g Bảng 5.2: Hệ số động học trinh sinh trưởng hiếu khí Coefficient Unit Range Typical value µm g VSS/g VSS.d 3,0-13,2 6,0 KS g bCOD/m3 5,0-40,0 20,0 Y g VSS/g bCOD 0,30-0,50 0,40 kd g VSS/g VSS.d 0,06-0,20 0,12 fd Unitless 0,08-0,20 0,15 µm Unitless 1,03-1,08 1,07 kd Unitless 1,03-1,08 1,04 KS Unitless 1,00 1,00  value a Adapted from Henze et al (1987a); Barker and Dold (1997); and Grady et al (1999) THIẾT KẾ BỂ SBR Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com) Bảng 5.3: Thông số phục vụ thiết kế bể SBR Municipal 0,15- 0,4/day 4,0 hours 2.000 - 2.500 mg/L Industrial 0,15- 0,6/day 4,0 - 24 hours 2.000 – 4.000 mg/L 6- 14 hours varies Food to Mass (F/M) Treatment Cycle Duration Typically Low Water Level Mixed Liquor Suspended Solids Hydraulic Retention Time Source: AquaSBR Design Manual, 1995 5.1 Số liệu phục vụ tính toán - bCOD  So – S  1,6  138,4 = 221,4 (mg/L) - fd = 0,15 g/g - Y = 0,40 g VSS/g bCOD - k(d,40oC) = 0,12g/g.d (1,04)40-20 = 0,263 g/g.d - Z = độ tro cặn lơ lửng; Z = 0,15 - X = Nồng độ bùn bể SBR, X = 2000 mg/L 5.2 Tính toán số mẻ Do nước thải công nghiệp khó phân hủy sinh học nên ta chọn thời gian cho chu kì sau: + Thời gian sục khí phản ứng (tA), chọn tA = h + Thời gian lắng (tS), chọn tS = 1,5 h + Thời gian rút nước (tD), chọn (tD) = 0,5 h + Thời gian pha làm đầy (tF), tF = tA + tS + tD = + 1,5 + 0,5 = h (nạp nước sau tiến hành sục khí luôn) + Tổng thời gian mẻ (Tc), Tc = tF + tA + tS + tD = h Vậy - Số mẻ ngày bể là: mẻ Tổng số mẻ ngày: mẻ - Lượng nước nạp cho mẻ VF=  THIẾT KẾ BỂ SBR    24 h  40 m / h    160 m 6   Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com) 5.3 Tính toán thể tích bể 5.3.1 Phương trình cân vật chất bể Lượng bùn bể đầy = Lượng bùn bể rút VTX = VSXS Trong đó: VT = Tổng thể tích bể, m3 X = Nồng độ bùn bể làm đầy (MLSS), mg/L Vs = Thể tích bể sau rút nước, m3 Xs = Nồng độ bùn bể rút (MLSS), mg/L a Ước tính Xs dựa vào số SVI = 150 mL/g XS  10 mg / g 10 mL / L  10 mg / g 10 mL / L    6667 mg / L SVI, mL / g  150, mL / g  Chọn giá trị bùn hoạt tính: X = 3500 g/m3 (Table 1) b Kiểm tra tỉ số thể tích VS 3500 g / m  = 0,3 X   VT X S 6666 g / m  Chọn giá trị ăn toàn để đảm bảo lớp bùn không bị lấy khỏi bể rút nước 20% VS = 1,2(0,525) = 0,36 VT VF VS + = 1,0 VT VT  VF  1,0  036  0,64 > Giá trị chọn ban đầu (60%) (mục 5.1.1.2) Vậy giá trị chọn VT ban đầu hợp lý 5.3.2 Thể tích bể Chiều cao bể = 4,0 m Chiều cao vùng chứa nước sau sau lắng = 0,6(4,0m) = 2,4 m THIẾT KẾ BỂ SBR Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com)   VF 160 m VT    267 m 0,6 0,6 Chọn kích thước bể sau: + Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m + Chiều cao bể H = m + Chiều cao hệ thống thổi khí so với đáy, htk = 0,3 m  Tổng chiều cao xây dựng bể là: HTC = hbv + H + htk = 4,8 m + Diện tích mặt cắt ngang bể, F = 66,8 m2 + Chiều rộng bể B =6 m + Chiều rộng bể L =11 m 5.3.3 Thời gian lưu nước (HRT)  bê (267 m / be)(24h / d )  13,4h 960m / d  5.4 Xác đinh F/M tải trọng BOD a F/M F/M  QS O 480 m / d 138,4 g / m  kg BOD    0,15 / d kg MLVSS.d XV 1700 g / m 267 m   Đối chiếu với Bảng 5.3, giá trị F/M nằm giới hạn cho phép Trong đó: + Q = 480 m3/d, lưu lượng bơm vào bể SBR, + So = BOD = 138,4 g/m3, + X = 1700 mg/L, nồng bùn hoạt tính tính teo VSS, + V = VT = 267 m3, thể tích bể SBR b Tải trọng BOD L org  kg BOD QS O 960 m / d 138,4 g / m     0,50kg / m d 3 V 267 m 10 g / kg  m d Trong đó: + Q = 960 m3/d, lưu lượng nước thải ngày, + So = BOD = 138,4 g/m3, + V = VT = 267 m3, thể tích bể SBR 5.5 Tính toán thiết bị thu nước THIẾT KẾ BỂ SBR Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com) - Lượng nước cần thu mẻ = Lượng nước nạp cho mẻ = VF = 160 m3/h - Thời gian rút nước là: 30 phút => Lưu lượng nước rút tính theo phút là: Qrút = VF  5,3 m3/min 30 a Tính toán ống dẫn nước khỏi bể SBR Chọn vận tốc nước khỏi bể SBR 0,8 m/s (0,5 -1 m/s) 4V F  376,2 mm 3,14  0,8 Đường kính ống nước là: DC   Chọn ống thép mạ kẽm với DN = 400 mm Kiểm tra lại vận tốc v = 0,7 m/s, nằm mức cho phép b Tính toán ống dẫn nước nhánh Chọn ống thu nước bể SBR Chọn vận tốc nước khỏi bể SBR 0,8 m/s (0,5 -1 m/s) Đường kính ống nước là: DN  DC  94,1 mm  Chọn ống thép mạ kẽm với DN = 90 mm c Bố trí hệ thống thu nước bể SBR sau + Ống bố trí cách đáy lên m, có chiều dài 4,5 m nằm cuối bể, + ống nhánh bố trí đứng với độ dài ống 3,4 m, ống cách m, + Gồm ống thủy lực để giữ hệ thống ông thu nước di chuyển ống thu nước bể SBR 5.6 Tính toán bùn 5.6.1 Lượng bùn cần thiết bể a Khối lượng bùn hoạt tính cần có bể (không xả đi) Gbùn hoạt tính = 2×800 × 3500.10-3 × 0,85 = 4760 kg b Khối lượng bùn cặn bể : Gcặn = 2×800 × 3500.10-3 = 5600 kg 5.6.2 Tính toán lượng sinh ngày a Lượng cặn hữu vào bể ngày Pss = Z(SS)Q = 0,15× 230,2 × 960 × 10-3 = 33,1 kg THIẾT KẾ BỂ SBR Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com) b Lượng bùn sinh ngày Px = Y(So-S)Q = 0,4 × 960 × 221,44 ×10-3 = 85,0 kg Trong đó: + Q = 960 m3/d, Lưu lượng nước thải, + Y = 0,40 g VSS/g bCOD, (mục 5.1.3) + So-S = 221,4 (mg/L) (mục 5.1.3) + Z = 0,15 (mục 5.1.3) => Lượng bùn sinh ngày là: Go = Pss + Px = 118,2 kg => Lượng bùn tồn bể ngày: G1 = Gcặn + 10 × G1 = 1186,2 kg  Thể tích bùn choán chổ cô đặc đến 6,7 kg/m3 Vb  G1  174,4 (m3) p  6,7  Chiều cao cặn lắng bể hb  - Vb  1,3 n be  F Xét tỷ số: hb 1,3   100  32,5% < 40% H Lượng bùn sinh ngày nằm kiểm soát, không ảnh hưởng tới thiết kế bể Trong đó: + p = 1,02 (mục 5.1.3) + F = 66,8 m2 (mục 5.3.2) 5.6.3 Tính toán thiết bị thu bùn a Lượng bùn cần xả ngày Vbx  Go  17,4 (m3) p  6,7 Chọn xả bùn vào mẻ cuối ngày, thời gian xả bùn 10 phút Lưu lượng bùn cần xả cho bể THIẾT KẾ BỂ SBR Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com) Qb  Vbx  0,9 m3/min  10 b Tính toán đường ống xả bùn Chọn vận tốc bùn chảy ống v = 0,5 m/s Đường kính ống xả bùn: Db   c - 4Qb  192,1 mm 3,14  0,5  60 Chọn ống PVC D = 200 mm Chọn máy bơm xả bùn Lưu lượng bùn Qb = 52,13 m3/h Chiều cao cột áp H = m Lựu chọn máy bơm:  Số lượng cái,  Thương hiệu: Máy bơm Pentax  Model: DMT160-380V  Thông số kỹ thuật + Xuất xứ: Italy + Vỏ: gang + Công suất: 1.1 KW – 1.5Hp + Lưu lượng: – 54 m3/h + Cột áp: 15.3 – 3.8 mét + Điện áp: 380V-50Hz Chọn bơm xả bùn hiệu TECO 5.7 Tính toán lượng oxy cần cung cấp 5.7.1 Lượng oxy cần cấp cho trinh xử lý bể SBR Ro  QS o  S   10 3  1,42 PX = 91,8 kg/d Trong đó: + Q = Lưu lượng nước thải bơm vào bể, Q = 960 m3/d; + So - S = 221,44 mg/L (mục 5.1.3) + Px = 85,0 kg (mục 5.5.2 b) 5.7.2 Lượng oxy cấp tinh theo - Thời gian sục khí mẻ là: h Tổng thời gian sục khí ngày là: 15 h THIẾT KẾ BỂ SBR Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com) - Hệ số an toàn để cung cấp đủ lượng O2 xử lý cao tải giai đoạn nạp nước ban đầu 1,5 Lượng oxy cần cấp cho là: Rh = 1,591,8kgO2 / d   9,2kgO2 / h 18h / d  5.7.3 Lượng oxy thức tế cần sử dụng cho bể o OCt  Rh C S20 o C S40 C C 1  = 16,8 (kg O2/h) (T  20)   C 1,024  Trong đó: + Rh: lươ ̣ng oxy lý thuyế t; Rh = 9,2 (kg O2/h), o o + C 20 C : nồng độ oxy bão hòa nước 20OC; C 20 C = 9,08 (mg/L), S S o o + CS40 C : nồng độ oxy bão hòa nước 40OC; C S40 C = 6,41 (mg/L), + C : nồng độ oxy cầ n trì bể ; C = (mg/l), +  : hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải 5.7.4 Lưu lượng không khí cần thiết để cung cấp vào bể Qkk  OCt  4002,3 (m3/h) OU Trong đó: + OCt : lươ ̣ng oxy thực tế cầ n cấ p cho bể ; OCt = 16,8 (kg O2/h), + OU : công suấ t hòa tan oxy vào nước thải của thiế t bi phân phố i khí tính ̣ theo gam oxy cho mô ̣t m3 khi;́ tính sau: OU = Ou.h = 28 (g O2/m3) Với:  Ou: phu ̣ thuô ̣c vào ̣ thố ng phân phố i khi,́ cho ̣n ̣ thố ng phân phố i bo ̣t khí nhỏ và min; ̣ Ou = (gr O2/m3.m), lấ y theo bảng 22,  h: chiề u sâu của lớp nước bể , h = (m) Bảng 5.4: Công suấ t hòa tan oxy vào nước của thiế t bi ̣bo ̣t khí miṇ Điề u kiê ̣n thí Điề u kiê ̣n tố i ưu nghiê ̣m Ou = gr OE = O /m m O /KW THIẾT KẾ BỂ SBR Điề u kiê ̣n trung bình kg Ou = O /m m gr OE = O /KW kg Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com) Nước sa ̣ch ở 1,2 điề u kiê ̣n T = 20OC 2,2 10 1,7 Nước thải 0,7 1,5 1,2  = 8,5 (“Tính toán thiế t kế các công trình xử lý nước thải”, Trinh ̣ Xuân Lai, Nhà xuấ t bản Xây dựng, 2011, Trang 112) 5.7.5 Tính toán ̣ thố ng thổ i khí cho một đơn nguyên  Lựa cho ̣n điã thổ i khí: + Đầu tán khí tinh EDI – USA, + FlexAir Threaded Disc (9” Micro) + Hãng sản xuất: SSI- USA, + Lưu lượng thiết kế: – 26 m3/h, + Đường kính: 127 mm, + Đầu nối: ren 27 mm  Số đĩa cần phân phối bể: N= Qkk  200 (điã ) qk  Trong đó: + Qkk : Lươ ̣ng không khí cầ n cấ p cho Aerotank; Qkk = 4002,3 (m3/h), + q k : cường đô ̣ thổ i khí của điã ; q k = 10 (m3/h)  Bố trí đĩa phân phối khí bể : + tuyế n ố ng cấ p khí chính, + 20 tuyế n ố ng nhánh, tuyế n ố ng cách 500 mm + tuyế n ố ng nhánh đă ̣t 10 điã thổ i khi,́ điã cách 560 mm  Tổ ng cô ̣ng có 200 điã thổ i khi.́  Lựa cho ̣n máy thổ i khí: + Áp lực cần thiết máy thổi khí: Ht = H + hc + hd = 5,5 m Trong đó:  H: đô ̣ ngâ ̣p nước của thiế t bi ̣khuế ch tán khi;́ H = 4m, THIẾT KẾ BỂ SBR Huỳnh Mạnh Phúc (huynhmanhphuc.env@gmail.com)  Hc: tổ n thấ t cu ̣c bô ̣; hc = 0,5 m,  Hd: tổ n thấ t ̣c đường; hd = 0,5 m + Lưu lươ ̣ng của máy thổ i khí: Qm = 33,4(m3/phút) Cho ̣n máy thổi khí cho bể SBR => Cho ̣n máy thổ i khí RSA-40mm (sản xuất Nhật Bản) Thông số kỹ thuật: + Công suất : 0,75 – 1,5 Kw + Áp lực : 9,8 – 49,0 KPA + Tốc độ Vòng quay : 1000 - 1750 V/P + Lưu lượng máy: từ 0.4 m3/min (24 m3/h) đến 67.5 m3/min (4,050 m3/h) + Cột áp: từ 0.1 kg/cm2 (1,000mmAq) đến 0.8 kg/cm2 (8,000mmAq) + Motor kèm từ 1Hp (0.75kW) đến 100Hp (75kW) b Tính toán đường ống dẫn khí - Đường kính ống phân phối Dkc  4Qm  217,4 mm 3,14  15  60 Vận tốc khí ống dẫn v = 10 – 20 m/s, chọn vkhí = 15 m/s  Chọn ống inox D = 200 mm - Đường kính ống dẫn khí nhánh: Dkc  4Qm  48,6 mm 3,14  15  20  60 Vận tốc khí ống dẫn v = 10 – 20 m/s, chọn vkhí = 15 m/s  Chọn ống inox D = 50mm THIẾT KẾ BỂ SBR 10 [...]... (huynhmanhphuc.env@gmail.com)  Hc: tổ n thấ t cu ̣c bô ̣; hc = 0,5 m,  Hd: tổ n thấ t do ̣c đường; hd = 0,5 m + Lưu lươ ̣ng của máy thổ i khí: Qm = 33,4(m3/phút) Cho ̣n 1 máy thổi khí cho 1 bể SBR => Cho ̣n máy thổ i khí RSA-40mm (sản xuất tại Nhật Bản) Thông số kỹ thuật: + Công suất : 0,75 – 1,5 Kw + Áp lực : 9,8 – 49,0 KPA + Tốc độ Vòng quay : 1000 - 1750 V/P + Lưu lượng máy: từ 0.4 m3/min... m/s  Chọn ống inox D = 200 mm - Đường kính ống dẫn khí nhánh: Dkc  4Qm  48,6 mm 3,14  15  20  60 Vận tốc khí trong ống dẫn v = 10 – 20 m/s, chọn vkhí = 15 m/s  Chọn ống inox D = 50mm THIẾT KẾ BỂ SBR 10 ... ống thu nước bể SBR Chọn vận tốc nước khỏi bể SBR 0,8 m/s (0,5 -1 m/s) Đường kính ống nước là: DN  DC  94,1 mm  Chọn ống thép mạ kẽm với DN = 90 mm c Bố trí hệ thống thu nước bể SBR sau + Ống... Nước sa ̣ch ở 1,2 điề u kiê ̣n T = 20OC 2,2 10 1,7 Nước thải 0,7 1,5 1,2  = 8,5 ( Tính toán thiế t kế các công trình xử lý nước thải”, Trinh ̣ Xuân Lai, Nhà xuấ t bản Xây dựng,... đó: + Q = 480 m3/d, lưu lượng bơm vào bể SBR, + So = BOD = 138,4 g/m3, + X = 1700 mg/L, nồng bùn hoạt tính tính teo VSS, + V = VT = 267 m3, thể tích bể SBR b Tải trọng BOD L org  kg BOD QS O