Các thông số thiết kế bể lắng 1

STT Thông số Kí hiê ̣u Đơn vi ̣ Giá tri ̣

1 Số lượng bể n bể 2 2 Thời gian lưu nước t giờ 2 3 Đường kính bể D mm 3100 4 Chiều cao vùng lắng htt mm 2700 5 Chiều cao phần nón hn mm 1500 6 Chiều cao bảo vê ̣ hbv mm 300 7 Chiều cao xây dựng H mm 4500 8 Đường kính ống trung tâm d mm 390 9 Đường kính máng thu nước dm mm 2480 10 Bề rô ̣ng máng thu Bm mm 310 11 Chiều cao máng thu hm mm 200 12 Đường kính ống bơm bùn Dbùn mm 49

4.5. Bể SBR

4.5.1. Nhiê ̣m vu ̣

Nhiê ̣m vu ̣ cu ̣ thể là loa ̣i bỏ hàm lượng Nito có trong nước thải mà các công trình khác không làm được và phân hủy các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm nước.

4.5.2. Tính toán

Các thông số đầu vào của bể SBR: BOD5 = 232 mg/l

TSS = 70,8 mg/l Amoni = 45 mg/l Các thống số đầu ra BOD5 ≤30 mg/l Amoni ≤ 5 mg/l TSS ≤ 50 mg/l

Dựa và sách Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - tính toán thiết kế công trình. TS. Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng - Nguyễn Phước Dân. (2006). Các thống số vâ ̣n hành như sau:

 Hàm lượng bùn hoa ̣t tính trong bể MLSS: X = 2500 ÷ 4000 mg/l, cho ̣n X = 3000 mg/l.

 Nồng đô ̣ că ̣n lắng ở đáy bể lắng và cũng là nồng đô ̣ că ̣n tuần hoàn (nồng đô ̣ bùn

tuần hoàn giao đô ̣ng khoảng từ 4000 mg/l đến 12000 mg/l). Cho ̣n Xt = 8000 mg/l

 Thời gian lưu bùn hoa ̣t tính trong công trình, 𝜃𝑐 = 20 ngày.

 Lượng bùn hoa ̣t tính trong nước thải đầu vào (thường rất nhỏ nên được coi bằng 0), X00 = 0 mg/l

 Đô ̣ tro của că ̣n hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là: z = 0,3, 70% là că ̣n bay hơi.  Nhiê ̣t đô ̣ nước thải: t = 25℃

 BOD5 : BOD20 = 0,68

 Nước thải có đầy đủ chất dinh dưỡng BOD5 : N : P = 100 : 5 :1. Thông số sinh ho ̣c :

 Hê ̣ số năng suất: Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5;

 Hê ̣ số phân hủy nô ̣i bào: Kd = 0,06 ngày-1 Tỷ tro ̣ng của căn = 1,02;

Nồng đô ̣ că ̣n lắng trung bình dưới đáy bể Xs = 10000 mg/l Tính toán nồng đô ̣ BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra:

Lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra ta ̣i bể SBR là chất rắn sinh ho ̣c hay còn go ̣i là bùn hoa ̣t tính. Trong đó: 70% là că ̣n bay hơi và 60% là că ̣n hữu cơ có thể phân hủy sinh ho ̣c.

Tổng BOD5 = BOD5 (hòa tan trong nước thải đầu ra) + BOD5 (că ̣n lơ lửng đầu ra) Hàm lượng că ̣n hữu cơ có khả năng phân hủy sinh ho ̣c trong nước thải đầu ra là:

60% × 30 = 18 mg/l

Biết 1mg SS khi bi ̣ oxyhóa hoàn toàn sẽ tiêu tốn 1,42 mg O2 Nhu cầu ôxy hóa că ̣n COD:

18 × 1,42 × 0,7 = 17,9 mg/l BOD5 chứa trong că ̣n lơ lửng sau lắng:

17,9 × 0,68 = 12,17 mg/l Tính toán hiê ̣u quả xử lý

BOD5 hòa tan trong nước thải sau lắng:

S = 30 – 12,17 = 17,83 mg/l Hiê ̣u quả làm sa ̣ch tính theo BOD5 hòa tan:

𝐸 =𝑆𝑜− 𝑆 𝑆𝑜 =

232 − 17,83

232 × 100 = 92,3%

Hiê ̣u quả xử lý tính theo BOD5 tổng cô ̣ng:

𝐸 =𝑆𝑜 − 𝑆 𝑆𝑜 =

232 − 30

232 × 100 = 87,1%

Tỷ lê ̣ chất dinh dưỡng N, P theo BOD là BOD : N : P = 100 : 5 :1 Lượng BOD được các vi sinh vâ ̣t chuyển hóa thành khí là:

M = 232 – 30 = 202 mg/l Vâ ̣y

Lượng Nito cần thiết phải cung cấp trong nước thải:

𝑁𝑐a ́𝑝 = 202

100× 5 = 10,1 𝑚𝑔/𝑙

Lượng Photpho cần cung cấp

𝑃𝑐a ́𝑝 =202

100× 1 = 2,02 𝑚𝑔/𝑙

Tính toán thời gian hoa ̣t đô ̣ng cho 1 chu kỳ trong bể SBR Thời gian tổng cho 1 chu kỳ:

𝑇 = 𝑇𝑙đ+ 𝑇𝑝ư+ 𝑇1+ 𝑇𝑛+ 𝑇𝑐

Trong đó:

 Tlđ: Thời gian làm đầy

 Tpư: Thời gian phản ứng. Cho ̣n Tpư = 1.5h

 Tl: Thời gian lắng, cho ̣n Tl = 1h

 Tn: Thời gian tháo nước, cho ̣n Tn = 0,5h

Ta có:

Tlđ = Tpư + Tl + Tn = 1,5 + 1 + 0,5 = 3h Thờ i gian hoa ̣t đô ̣ng của 1 chu kỳ

T = 3 + 1,5 + 1 + 0,5 + 0 = 6h

Thời gian hoa ̣t đô ̣ng của mỗi chu kỳ là 6 giờ, suy ra trong 24 giờ số chu kỳ là n1 = 4. Cho ̣n bể SBR gồm có 2 bể, trong khi mô ̣t bể đang làm đầy thì bể kia đang phản ứng. Tổng chu kỳ của hai bể:

n2 = 2 × n1 = 2 × 4 = 8 (chu kỳ) Lượng nước làm đầy cho mô ̣t chu kỳ:

𝑉𝑙đ = 𝑄 𝑛2 =

600

8 = 75𝑚

Tính toán kích thước bể SBR

Thể tích của bể SBR được xác đi ̣nh dựa vào phương trình cân bằng vâ ̣t chất: tổng hàm lượng SS đầu vào bằng tổng hàm lượng SS sau lắng:

Vsbr × X = Vb × Xb hay 𝑉𝑏

𝑉𝑠𝑏𝑟 = 𝑋

𝑋𝑏

Trong đó:

 X: Hàm lượng bùn hoa ̣t tính trong bể, X = 3000 mg/l

 Vb: Thể tích bùn lắng trong giai đoa ̣n tháo nước

 Xb: hàm lượng MLSS trong bùn lắng, mg/l

𝑋𝑏 =10

3(𝑚𝑔/𝑔) × 103

𝑆𝑉𝐼 = 8333,3 𝑚𝑔/𝑙

Trong đó:

 103 mg/g: 103 ml/l: Hê ̣ số biến đổi kết quả đầu ra là ml/g Ta có: 𝑉𝑏 𝑉𝑠𝑏𝑟 = 𝑋 𝑋𝑏 = 3000 8333,3 = 0,42

Tránh trường hợp hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước khi tháo nước, thiết kế thêm 20% thể tích bể.

𝑉𝑏

𝑉𝑠𝑏𝑟 = 1,2 × 0,42 = 0,5

Thể tích bể SBR:

𝑉𝑠𝑏𝑟 = 𝑉𝑙đ+ 𝑉𝑏 <=> 𝑉𝑙đ 𝑉𝑠𝑏𝑟+ 𝑉𝑏 𝑉𝑠𝑏𝑟 = 1 => 𝑉𝑙đ 𝑉𝑠𝑏𝑟 = 1 − 𝑉𝑏 𝑉𝑠𝑏𝑟 = 1 − 0,5 = 0,5 𝑉a ̣𝑦 𝑉𝑠𝑏𝑟 = 𝑉𝑙đ 0,5= 75 0,5 = 150𝑚 3

Chiều cao xây dựng bể SBR:

𝐻𝑥𝑑 = 𝐻ℎ𝑖+ 𝐻𝑏𝑣

Trong đó:

 Hhi: Chiều cao công tác, cho ̣n H = 3 m

 Hbv: Chiều cao bảo vê ̣ (tính từ mực nước đến thành bể) Hbv = 0,5 m

 Hxd = Hhi + Hbv = 3,0 + 0,5 = 3,5m Diê ̣n tích mỗi bể là:

𝐴 = 𝑉𝑠𝑏𝑟 2 𝐻𝑥𝑑 = 75 3,5 = 21,4

Vâ ̣y, ta xây dựng 2 bể SBR giống nhau với kích thước mỗi bể là: L × B × Hxd = 5 × 4 × 3,5

Tính thời gian lưu nước ngày đêm của bể SBR: Thời gian lưu nước tổng cô ̣ng của cả 2 bể SBR:

𝐻𝑅𝑇 = 𝑛 × 𝑉𝑠𝑏𝑟× 24

𝑄 =

2 × 150 × 24

𝑄 = 12ℎ = 0,5 𝑛𝑔𝑎𝑦

Trong đó:

 n: Số lượng bể, n = 2

 Vsbr: Thể tích bể SBR, Vsbr = 150 m3

 Q: Lưu lượng nước thải, Q = 600 m3/ngđ. Lượng bùn phát sinh

Tốc đô ̣ tăng trưởng của bùn:

𝑌𝑏𝑙 = 𝑌

1 + 𝜃𝑐× 20 =

0,06

1 + 0,06 × 20 = 0,27

Lượng bùn sinh khối sinh ra do quá trình khử BOD5 trong 1 ngày (tính theo MLVSS)

𝑃𝑥(𝑉𝑆𝑆) = 𝑌𝑏𝑙 × 𝑄 × (𝑆0− 𝑆)

103 =0,27 × 600 × (232 − 17,83)

103 = 33,4 𝑘𝑔/𝑛𝑔𝑎𝑦

Lượng bùn sinh khối tổng cô ̣ng (tính theo MLSS)

𝑃𝑋(𝑆𝑆) =𝑃𝑋(𝑉𝑆𝑆) 1 − 𝑍 =

33,4

1 − 0,3= 47,7 𝑘𝑔/𝑛𝑔𝑎𝑦

Xác đi ̣nh lượng bùn dư loa ̣i bỏ mỗi ngày: Tổng lượng că ̣n sinh ra:

Pvào = PX(SS) + Q × SSvào × 10-3 = 47,7 + 600 × 70,8× 10-3 = 90,18 (kg/ngày) Tổng lượng că ̣n dưa cần xử lý trong mô ̣t ngày:

Pdư = Pvào – Q × SSra × 10-3 = 90,18 – 600 × 50 × 10-3 = 60,18 (kg/ngày) Thể tích că ̣n trong bể sau 1 ngày:

𝑉𝑏 = 𝑃𝑑ư 𝜌 × 𝑋𝐿 = 60,18 1,02 × 8= 7,375 𝑚 3/𝑛𝑔𝑎𝑦 Trong đó:

 Xt: Nồng đô ̣ că ̣n lắng ở đáy bể lắng Xt = 8000mg/l = 8kg/m3

 Tỉ tro ̣ng của bùn: 𝜌 = 1,02 Chiều cao bùn lắng trong bể SBR:

𝐻𝑏 =𝑉𝑏 𝐴 =

7,375

25 × 2 = 0,148 (𝑚)

Thể tích bùn phải loa ̣i bỏ trong 1 bể (giữ la ̣i 20%)

𝑉𝑏 = 0,8 × ℎ𝑏 × 𝐴 = 0,8 × 0,148 × 25 = 2,96 (𝑚3)

Kiểm tra tỉ số 𝑀𝐹

𝐹 𝑀= 𝑆𝑜 𝐻𝑅𝑇 × 𝑋 = 232 0,5 × 3000 = 1,15 𝑚𝑔𝐵𝑂𝐷5/𝑚𝑔. 𝑛𝑔𝑎𝑦

Vâ ̣y tỉ số F/M thỏa mãn điều kiê ̣n F/M = 0,5 ÷ 0,3 ngày-1 Xác đi ̣nh lưu lượng bùn tuần hoàn:

Phương trình cân bằng vâ ̣t chất cho bể SBR:

(Q + Qt) × X = Q × X00 + Qt × Xt Trong đó:

 Q: Lưu lượng nước thải, Q = 600 m3/ngđ

 Qt: Lưu lượng bùn hoa ̣t tính tuần hoàn (m3/ngđ)

 X0: Hàm lượng că ̣n lơ lửng được dẫn vào bể SBR

 X: Hàm lượng bùn hoa ̣t tính trong bể, X = 3000 mg/l

 X00: Hàm lượng bùn hoa ̣t tính trong nước thải đầu vào, X00 = 0 mg/l.

Như vâ ̣y, đa ̣i lượng Q × X00 sẽ được bỏ qua. Phương trình cân bằng vâ ̣t chất sẽ có da ̣ng như sau:

(Q + Qt) × X = Qt × Xt Q×X = Qt × (Xt – X)

Chia 2 vế phương trình cho Q và go ̣i tỷ số Qt/Q là α, ta được: X = α × (Xt – X)

=> 𝛼 = 𝑋 𝑋𝑡− 𝑋 =

3000

8000 − 3000= 0,6

Lưu lượng bùn tuần hoàn:

Qt = α × Q = 0,6 × 600 = 360 m3/ngày Tính toán lượng oxy cần cung cấp cho bể SBR

Lượng ôxy trên lý thuyết cần cung cấp cho bể SBR:

𝑂𝑙𝑡 =𝑄 × (𝑆0− 𝑆)

1000 × 𝜏 − 1,42 × 𝑃𝑋(𝑉𝑆𝑆) =

600 × (232 − 17,83)

1000 × 0,68 − 1,42 × 33,4 = 182𝑘𝑔/𝑛𝑔𝑎𝑦

Lượng oxy cần thiết trong điều kiê ̣n thực tế:

𝑂𝑡𝑡 = 𝑂𝑙𝑡 𝛽 × 𝐶𝑠25− 𝐶𝑑 × 1 1,024𝑇−20×1 𝛼 𝑂𝑡𝑡 = 182 × 9,03 1 × 7,94 − 2× 1 1,02425−20× 1 0,8= 307,2𝑘𝑔/𝑛𝑔𝑎𝑦 Trong đó:

 CS25: Nồng đô ̣ oxy hòa tan trong nước ở 25℃, CS25 = 7,94 mg/l

 𝛽: Hê ̣ số hiê ̣u chỉnh sức căng bề mă ̣t theo hàm lượng muối đối với nước thải,

𝛽 = 1

 Cd: Nồng đô ̣ oxy duy trì trong bể SBR, Cd = 2 mg/l

 α: Hê ̣ số điều chỉnh lượng oxy thấm trong nước thải do ảnh hưởng của hàm

lượng că ̣n, chất hoa ̣t đô ̣ng bề mă ̣t, thiết bi ̣ làm thoáng, hình dáng và kích thức bể, α = 0,6 ÷ 0,9, cho ̣n α = 0,8.

Tính toán máy thổi khí cho bể SBR

Do mỗi bể mô ̣t ngày hoa ̣t đô ̣ng với 4 chu kỳ, mỗi chu kỳ có thời gian su ̣c khi là 1,5h. Vì vâ ̣y, lượng Oxy cần cung cấp trong 1,5h cấp khí ta ̣i bể sẽ là:

𝑀𝑂 = 𝑂𝑡𝑡

2 × 4 × 1,5=

307,2

12 = 25,6 𝑘𝑔𝑜𝑥𝑦/ℎ

Lượng không khí cần cung cấp Giả thiết:

Tro ̣ng lượng oxy trong không khí chiếm 23%. Hiê ̣u suất chuyển hóa oxy là 9%.

Tro ̣ng lượng riêng của không khí 1,2 kg/m3.

𝑀𝐾𝐾 = 𝑀𝑂

1,2 × 0,09 × 0,23=

25,6

0,02484= 1006,44 𝑚

3/ℎ

Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho sự xáo trô ̣n hoàn toàn:

𝑄𝑘𝑘 =𝑀𝐾𝐾 𝑉 =

1006,44

375 = 6,7 𝑚

3/𝑚3. ℎ = 111,67 𝑙/𝑚3. 𝑝ℎ𝑢𝑡

QKK tính toán đã không thuô ̣c khoảng cho phép (QKK = 20 ÷ 40 lít/m3.phút) Cho ̣n Qkk = 30 lít/m3.phút

MKK = QKK × V = 30 × 150 = 4500 lít/phút = 0,075 m3/s = 6480 m3/ngày Áp lực cần thiết cho máy nén khí

𝐻𝑘 = 𝐻ℎ𝑖 + 𝐻𝑐+ 𝐻𝑣 + 𝐻𝑏 = 3 + 0,4 + 0,4 = 3,8(𝑚)

Trong đó:

 Hhi: Chiều cao hữu ích của bể SBR, Hhi = 3 m

 Hc, Hv: Tổn thất áp lực theo chiều dài và tổn thất áp lực cu ̣c bô ̣ ta ̣i các điểm co, cút và uốn. Thường tổng tổn thất này không vượt quá 0,4m. Cho ̣n Hc + Hb = 0,4

 Hb: Tổn thất khi qua vòn phun, 0,5 ≥ Hb, Cho ̣n Hb = 0,4 Áp lực cần thiết của máy thổi khí tính theo atm:

𝑃𝑚 =10,33 + 𝐻𝑚 10,33 =

10,33 + 3,8

10,33 = 1,368 𝑎𝑡𝑚

Công suất máy thổi khí được xác đi ̣nh theo công thức sau:

𝑁 =34400 × (𝑃𝑚 0,29− 1) × 𝐾 × 𝑄𝑘𝑘 102 × 𝑛 = 34400 × (1,3680,29− 1) × 2 × 0,075 102 × 0,9 = 5,347𝑘𝑊 Trong đó:

 n: Hiệu suất máy thổi khí, n = 0,7 – 0,9. Cho ̣n n = 0,9.

 k: Hê ̣ số an toàn khi sử du ̣ng trong thiết kết thực tế, K = 2.

Cho ̣n máy 4 máy thổi khí Longtech với Model: LT-050, công suất 5,5kW.

Tính toán hê ̣ thống phân phối khí

Lưu lượng khí cần thiết cho bể bùn hoa ̣t tính: Cho ̣n:

 Diê ̣n tích bề mă ̣t của đĩa: A = 0,0375 m2.

 Đô ̣ sâu của đĩa phân phối khí bằng chiều cao hữu ích của bể, Hhi = 3 m

 Lưu lượng phân phối khí 𝜔 = 150 – 200 l/phút, cho ̣n 𝜔 = 180 l/phút Số lượng đĩa phân phối khí trong bể:

𝑁 =𝑄𝑘𝑘 𝜔 =

4500 180 = 25

Cho ̣n số lượng đĩa là N = 25 đĩa, bố trí trên 1 ống chính và 5 ống nhánh, mỗi nhánh 5 đĩa thổi khí

Vâ ̣y 2 bể SBR sẽ lắp đă ̣t 50 đĩa thổi khí.

Tính toán kích thước các đường ống phân phối khí:

Vâ ̣n tốc khí trong ống khí nằm trong khoảng 10 – 15 m/s, cho ̣n Vkk = 15 m/s. Đường kính ống dẫn khí chính:

𝐷 = √4 × 𝑄𝐾𝐾 𝜋 × 𝑣𝑘ℎ𝑖 = √

4 × 0,075

𝜋 × 15 = 0,08 (𝑚)

Cho ̣n ống dẫn khí có đường kính D = 90 chất liê ̣u thép ma ̣ kẽm Kiểm tra la ̣i vâ ̣n tốc trong ống dẫn:

𝑉𝑘ℎ𝑖 =4 × 𝑄𝐾𝐾

𝜋 × 𝐷2 =4 × 0,075

𝜋 × 0,092 = 11,79 𝑚/𝑠

Vâ ̣y Vkhí nằm trong khoảng 10 – 15 m/s, đã thỏa mãn điều kiê ̣n (Tri ̣nh, 2009) 5 ống nhánh phân phối khí được đă ̣t cách thành bể là 0,5m và cách đáy 0,3m Khoảng cách giữa các ống nhánh:

𝑙 =𝐿 − 0,5 × 2 𝑛 − 1 =

5,5 − 0,5 × 2

5 − 1 = 1,125(𝑚)

𝑄𝑛 =𝑄 𝑛 =

0,075

5 = 0,015 (𝑚

3/𝑠)

Đường kính ống dẫn khí nhánh:

𝐷𝑛ℎ = √ 4 × 𝑞

𝜋 × 𝑉𝑘ℎ𝑖 = √

4 × 0,015

𝜋 × 15 = 0,036𝑚

Cho ̣n ống nhựa PVC-U Bình Minh có đường kính ∅ 42

Kiểm tra la ̣i vâ ̣n tốc khí trong ống nhánh:

𝑉𝑘ℎ𝑖 =4 × 𝑄𝑛

𝜋 × 𝐷𝑛2 =4 × 0,075

𝜋 × 0,092 = 11,8 (𝑚/𝑠)

Sau khi kiểm tra lại, Vâ ̣n tốc khí trong ống nhánh vân thỏa mãn Vkhí = 10 – 15 m/s Tính toán đường ống dẫn nước

Vâ ̣n tốc nước chảy trong ống: V = 1 – 2 m/s, cho ̣n V = 1,5 m/s Đường kính ống dẫn nước:

𝑑 = √4 × 𝑞𝑠

𝑡𝑏

𝜋 × 𝑉 = √

4 × 0,007

𝜋 × 1,5 = 0,077 (𝑚)

Cho ̣n ống dẫn nước là ống PVC-U Bình Minh Ø90 Tính toán đường ống xả bùn:

Lưu lượng bùn phải loa ̣i bỏ trong 1 ngày được tính thoe công thức:

𝑄 =𝑉𝑏 𝑡 = 7,375 4 × 10 × 60 = 0,003 (𝑚 3/𝑠) Trong đó:

 t: Thời gian xả bùn. Cho ̣n xả bùn không liên tu ̣c và thời gian xả bùn của mỗi

 Vb: Lượng bùn tích lũy trong 1 ngày. Vb = 7,375 m3 Cho ̣n:

 Vận tốc bùn chảy trong ống là v = 0,5 m/s. Đường kính của ống xả bùn:

𝑑 = √4 × 𝑄 𝜋 × 𝑣 = √

4 × 0,003

𝜋 × 𝑣 = 0,087 (𝑚)

Cho ̣n ống dẫn bùn là ống nhựa PVC-U Ø 90 Tính toán bơm xả bùn

Công suất máy bơm:

𝑁 = 𝜌 × 𝑄𝑏 × 𝑔 × ℎ 1000 × 𝜂 =

1000 × 0,003 × 9,81 × 5

1000 × 0,8 = 0,185 𝑘𝑊  𝜌: Khối lượng riêng của bùn, 𝜌 = 1000 kg/m3

 Q: Lưu lượng xả bùn, Q = 0,003 m3/s.

 G: Gia tốc tro ̣ng trường, g = 9,81 m/s2.

 H: Chiều cao cô ̣t áp, H = 5m.

 η: Hiê ̣u suất máy bơm bùn, Cho ̣n η = 0,8.

Công suất bơm thực là:

Công suất thực tế lấy bằng 120% công suất tính toán.

Nt = 1,2 × N = 1,2 × 0,184 = 0,22 kW

Các thông số thiết kế bể lắng 1

Phương pháp cơ ho ̣c

Phương pháp hóa ho ̣c