Một trong những vấn đề quan trọng trong vận hành nhà máy xử lý nước thải là quản lý bùn thải sinh ra. Việc làm tăng nồng độ bùn thải và giảm thể tích bùn thải giúp nâng cao tính kinh tế cho hoạt động tái chế, đốt hay chôn lấp bùn thải về sau. Bể nén bùn trọng lực được sử dụng rất phổ biến để thực hiện nhiệm vụ trên. Ngoài ra còn có thể dùng máy ly tâm hay bể tuyển nổi khí hòa tan (DAF) để nén bùn.
Trong trường hợp thiết kế bể nén bùn trọng lực kiểu bể lắng radian để nén hỗn hợp bùn sơ cấp và bùn hoạt tính dư. Số bể nén bùn trọng lực = 2.
Hình 2. 15. Bể nén bùn trọng lực
Bể nén bùn trọng lực có thể nén hỗn hợp bùn sơ cấp và bùn thứ cấp từ nồng độ bùn khô 2,5 – 4% lên đến 4 – 7%.
Hiệu quả xử lý SS của bể lắng sơ cấp 50 – 65% (theo tính toán ở trước là 63,05%). Tuy nhiên, thường lấy hiệu suất của bể lắng sơ cấp = 60% để ước tính lượng bùn sơ cấp khô:
G1=QηSSSS=10000.0,6.375=2250000g/d=2250kg/d
Theo Trịnh Xuân Lai (2007) khối lượng riêng nước bùn sơ cấp = 1020 kg/m3, nồng độ bùn sơ cấp khô = 5%.
Lưu lượng bùn sơ cấp:
¿2250 1020.0,05=44,12m
3
/d
Tổng lượng bùn sơ cấp khô và bùn thứ cấp khô có thể tính theo:
G=Q.(0,8.SS+0,3.BOD5).10−3,kg/d ¿10000.(0,8.375+0,3.406,25).10−3 ¿4218,75kg/d
Lượng bùn thứ cấp:
G2=G−G1=4218,75−2250=1968,75kg/d
Cũng theo Trịnh Xuân Lai (2007) khối lượng riêng nước bùn thứ cấp = 1005 kg/m3, nồng độ bùn thứ cấp khô = 1 %.
Lưu lượng nước bùn thứ cấp:
¿1968,75 1005.0,01=196m
3
/d
Tổng lưu lượng nước bùn:
V1=44,12+196=240,12m3/d=10m3/h
Khối lượng riêng của PRI + WAS = 1000+4(TSS%) – 1000+6(TSS%), kg/m3, giả sử = 1010 kg/m3. Nồng độ bùn khô của PRI + WAS:
¿4218,75 1010.240,12=0,0174=1,74
Theo Biosolids Treatment Process PRI + WAS có thể được bể nén bùn trọng lực nén đến nồng độ bùn khô 5 %.
A=Gs
ML,m
2
ở đây ML = tải trọng bùn kg/m2.h được chọn tùy theo loại bùn đưa vào bể nén bùn trọng lực, đối với hỗn hợp bùn sơ cấp và bùn thứ cấp như trong trường hợp thiết kế thì ML = 1 – 3,5 kg/m2.h (Biosolid Treatment Process), chẳng hạn ta chọn ML = 3 kg/m3.h.
A=0,5.4218,75 24.3 =29,3m
2
Kiểm tra tải trọng thủy lực:
HL=0,5.10.1000 29,3=170,65L/m
2
.h
Theo Biosolid Treatment Proces đối với bùn hoạt tính dư hoặc bùn có tính chất tương tự bùn hoạt tính dư thì tải trọng thủy lực nên ở mức thấp HL = 200 – 400 L/m2.h, như vậy HL trong thiết kế hơi thấp so với khuyến cáo.
Đường kính bể nén bùn trọng lực:
D=√4A
π=√4.29,3
π=6,11m
Đường kính ống phân phối trung tâm d = 20%D = 0,2.6,11 = 1,2 m, chiều cao ống phân phối trung tâm h = 1 – 1,25 m, ở đây lấy h = 1 m.
Chiều cao của bể nén bùn trọng lực gồm:
+ Chiều cao dự trữ;
+ Chiều cao vùng lắng;
+ Chiều cao vùng nén (chứa) bùn. a) Chiều cao dự trữ
Chiều cao dự trữ phụ thuộc vào: D, kết cầu cầu treo, bố trí bơm nước bùn vào, hệ thống gạt bùn. Theo Biosolid Treatment Process chiều cao dự trữ tối thiểu 0,6 – 0,9 m, đôi khi có thể 2 – 3 m. Do đó, ở đây thiết kế chiều cao dự trữ H1= 1 m.
b) Chiều cao vùng lắng
Chiều cao vùng lắng thường yêu cầu 1,2 – 1,8 m hoặc lớn hơn cho những loại bùn khó lắng tương tự như bùn hoạt tính dư. Do đó, ta chọn chiều cao vùng lắng H2 = 2 m.
c) Chiều cao vùng nén bùn
Thể tích vùng nén bùn đảm bảo cho bùn lưu lại trong khoảng thời gian (trong thực tế không quá 24h) đủ để bùn nén đến nồng độ cần thiết và hạn chế khí sinh ra do
quá trình lên men yếm khí hoặc denitrate hóa. Chiều cao vùng nén bùn được tính theo công thức của US EPA (1979) [2]:
Ht=Gs.t
́
Ps.ρ.A
ở đây: Gs = 4218,75 kg/d
t = thời gian nén bùn, ở nơi có điều kiện nóng ẩm nên lấy t nhỏ = 1 d
́