STT Thông số thiết kế Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài bể L m 5,5
2 Chiều rộng bể B m 5
3 Chiều cao bể H m 5
4 Thể tích bể V m3 137,5
6 Đường kính ống dẫn nước sang bể Anoxic/SBR D mm 60 7 Đường dẫn ống khí chính dc mm 50 8 Đường kính ống dẫn khí nhánh dn mm 25 9 Số ống nhánh nống ống 4
10 Cơng suất máy thổi khí Ntt Hp 2,5
4.1.4 Bể SBR
Nhiệm vụ
Nước thải từ bể điều hòa sẽ tràn qua bể xử lý sinh học theo mẻ. Tại bể xử lý sinh học theo mẻ diễn ra quá trình khử các chất hữu cơ cịn lại để nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn, vừa có chức năng là lắng bùn để thu nước trong ra ngồi.
Ta có tỉ lệ chất dinh dưỡng N, P theo BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 Lượng N, P cần thiết phải cho vào nước thải trước khi vào bể SBR:
N = 171,5×5
100 = 8,5 mg/l P =171,5 × 1
100 = 1,7 mg/l
Hàm lượng N,P có trong nước thải phân tích là: N = 40 mg/l, P = 6 mg/l
Không cần thêm chất dinh dưỡng vào bể SBR.
Tính tốn
Thơng số đầu vào của bể SBR:
- Công suất thiết kế: Q = 300 m3/ ngày. - BOD5 = 171,5 mg/l.
- SS = 114 mg/l. - Ntổng = 40 mg/l - Ptổng = 6 mg/l
Các thông số đầu ra:
- BOD5 ≤ 30 mg/l - SS ≤ 50 mg/l
- Ntổng ≤ 30 mg/l - Ptổng ≤ 6 mg/l
Các thông số vận hành:
- Nồng độ bùn hoạt tính đầu vào bể: X0 = 0.
- Nồng độ bùn hoạt tính được duy trì trong bể: X = 2500 – 4000. Chọn X = 3000 mg/l.
- Tỷ số: F/M = 0,04 – 0,1gBOD5/ g ( 0,08 – 0,15 mg/l). - Độ tro của cặn: z = 0,3.
- Tỷ số cặn bay hơi/ cặn lơ lửng = 0,7 (MLVSS/MLSS = 0,6 – 0,75 )
- Hàm lượng cặn lơ lửng đầu ra SS = 22,8 mg/l trong đó 65% cặn lơ lửng là cặn hữu cơ phân hủy.
- BOD5 = 0,68 BOD20
- 1 g chất rắn phân hủy sinh học = 1,42 g BOD20 - Thời gian lưu bùn θc = 15 ngày
- Các thông số động học:
Hệ số năng suất: Y = 0,06 mg VSS/mg BOD5
Hệ số phân rã nội bào: Kd = 0,06 ngày-1
- Tỷ trọng cặn = 1,02
- Nồng độ lắng cặn trung bình dưới đáy bể Xs = 10.000 mg/l (8000 – 10000)
Kích thước bể SBR
- Tổng thời gian của một chu kỳ hoạt động:
T = tF + tA + tS + tD + t1 = 3 + 2 + 1,5 + 0,5 = 6 h Với:
tF: Thời gian làm đầy,tF = 2h
tA: Thời gian phản ứng, tA= 2h
tS: Thời gian lắng, tS= 1,5h
tD: Thời gian rút nước, tD = 0,5h
t1: Thời gian pha chờ, t1 = 0
- Chọn SBR gồm 2 đơn nguyên, khi đơn nguyên này đang làm đầy thì đơn nguyên khác đang phản ứng.
- Số chu kỳ hoạt động của 1 đơn nguyên trên 1 ngày:
24h
- Tổng số chu kỳ làm đầy trong 1 ngày:
N = 2.n = 2×4 = 8 (chu kỳ / ngày) - Thể tích bể làm đầy trong 1 chu kỳ:
VF = 300
N =300
8 = 37,5 (m3) - Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong thể tích bùn lắng:
XS = 1000 mg
g .1000ml/l
SVI =1000.1000
100 = 10000 (mg/l) - Xét sự cân bằng khối lượng:
VT.X = VS.XS
→ VS
VT = X
XS = 3000
10000 = 0,3
- Cần cung cấp thêm 20% chất lỏng phía trên để bùn khơng bị rút ra theo khi rút nước. Vs VT. 1,2 = 0,3. 1,2 = 0,36 VF VT = 1 − 0,36 = 0,64 .Chọn VF VT = 0,64 - Thể tích của bể SBR: VT = VF 0,64= 37,5 0,64 = 58,6 (m3) - Chọn:
Chiều cao của bể, H = 4,5 m
Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m - Chiều cao xây dựng bể:
Hxd = H + hbv = 4,5 + 0,5 = 5 m - Diện tích của bể: F = VT H = 58,6 4,5 = 13,02 (m2) → Vậy kích thước bể SBR: Lx Bx H = 5m x 3m x 5m
- Chiều sâu rút nước
- Chiều cao phần chứa bùn
Hb = 42%. H = 0,42. 5 = 2,1 (m) - Chiều cao an toàn lớp bùn
Han toàn = 0,08 . 5 = 0,4 (m) - Thể tích phần chứa bùn
VS = 0,36. VT = 0,36. 58,6 = 21.1 (m3) - Thời gian lưu nước trong suốt quá trình:
𝜃 = 2.𝑉𝑇
𝑄 = 2.58,6
300 . 24 = 12 ∈ 10 – 50 h
Xác định nồng độ bùn hoạt tính cần thiết để duy trì trong bể
- Thể tích mỗi ngăn SBR V = Q. S0 X. (MF) - Trong đó: X: nồng độ bùn hoạt tính, mg/l V: thể tích 1 bể SBR
F/M: tỷ lệ BOD5 có trong nước thải và bùn hoạt tính, F/M = 0,1 gBOD5/g bùn hoạt tính [5]
Q: lưu lượng cần xử lý cho một đơn nguyên (mẻ)
S0: LBOD5 đầu vào
→ Nồng độ bùn hoạt tính trong bể: X = Q.S0
V.(MF)= 60×171,5
58,6×0,1 = 17755,9 (mg/l)
Hàm lượng BOD5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra:
Tổng BOD5 ra = BOD5 hòa tan + BOD5 chứa cặn lơ lửng - Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra:
22,8 × 0,65 = 14,82 (mg/l)
- Lượng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lượng cặn có thể phân hủy sinh học là: 14,82mg/l x 1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxi hóa = 21 (mg/l) → Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng.
- Hàm lượng BOD5 của chất lơ lửng ở đầu ra:
BOD5ll = BOD20 . 0,68 = 21 × 0,68 = 14,28 (mg/l) - Hàm lượng BOD5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra:
𝐵𝑂𝐷5ℎ𝑡 = 𝐵𝑂𝐷5𝑟𝑎− 𝐵𝑂𝐷5𝑙𝑙 = 30 – 14,28 = 15,72 (mg/l)
Hiệu quả xử lý:
- Hiệu quả làm sạch theo BOD5 hòa tan: E = (S0−S) S0 . 100 = 171,5−15,72 171,5 . 100 = 90,8 % - Tải trọng thể tích của bể phản ứng: L = S0.Q VT =171,5 × 300.10−3 58,6 = 0,87 (kg BOD5/m3.ngày) (CT- 6.4/tr.91/[4])
Lượng bùn sản sinh ra mỗi ngày:
- Tốc độ tăng trưởng của bùn: Yobs = 𝑌
1+ 𝐾𝑑.𝜃𝑐 = 0,6
1+ 0,06.15 = 0,32
- Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 theoVSS trong ngày:
Px (VSS) = Yobs. Q.(S0 – S) = 0,32. 300.(171,5 - 15,72).10-3 = 15 (kg/ngày) - Tổng lượng bùn sinh ra theo SS trong 1 ngày:
Ta biết: MLVSS MLSS = 0,7 => MLSS = MLVSS 0,7 Px (SS)=Px (VSS) 0,7 = 15 0,7 = 21,4 (kg/ngày) - Tổng lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:
Lượng bùn dư cần xử lý (Gd ) = tổng lượng bùn – lượng cặn trôi ra khỏi bể = 21,4 – 25.300.10-3 = 14 (kg/ngày)
- Thể tích cặn chiếm chỗ sau 1 ngày: Vc = Gd
1,02 .Xs = 14
1,02.100001000 = 0,11 (m3/ngày) - Chiều cao cặn lắng trong bể:
hc = Vc
2.F= 0,11
- Thể tích bùn phải xả trong 1 bể (để lại 20%):
Vb = 0,8. hc.F = 0,8 × 4,2×10-3 × 13,02 = 0,04 (m3) - Vậy lượng bùn phải bơm bỏ ở hai bể SBR mỗi ngày là:
Vtcb = Vb.2 = 0,04 × 2 = 0,08 (m3/ngày)
Lượng khơng khí cần thiết cho một đơn ngun:
- Lượng oxi cần thiết cung cấp cho mỗi bể theo điều kiện cần để làm sạch BOD, oxy hóa amoni NH+4 thành NO3-, khử NO3- .
OC0 = Q. (S0 –S) - 1,42. Px + 4,57. Q. (N0 – N) (CT-6.15/tr.105/[4]) Trong đó:
OC0: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 200C.
Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ngày).
S0: Nồng độ BOD5 đầu vào (g/m3).
S: Nồng độ BOD5 đầu ra (g/m3).
Px: Phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư (kg/ ngày).
1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD.
N0: Tổng hàm lượng Nitơ đầu vào (TKN) (g/m3).
N: Tổng hàm lượng Nitơ đầu ra (g/m3)
OC0 =[300. (145,78 − 7,56).10-3] – [1,42.(13,27/2)] + [4,57.300.(40 – 7 ).10- 3]
= 77,3 (kgO2/ngày)
- Thời gian thổi khí của một bể: Tối thiểu một nửa thời gian làm đầy nên thổi khí 2
2h + 2h = 3 h
- Tổng thời gian sục khí một ngày của bể 3h . 4 = 12h - Tỷ lệ chuyển hóa oxi trung bình:
77,3 kgO2/ngày
12 = 6,44 kg/h - Lượng oxi thực tế của 2 bể là:
- Chọn khuấy trộn bể bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí nén cần cho thiết bị: Qkhí = R . Vtt = 0,015 . 58,6 = 0,879 m3/ phút = 879 l/ phút Trong đó: R: Tốc độ khí nén, R = 10 – 15 l/m3.phút, Chọn R = 15 l/m3.phút = 0,015 m3/m3.phút VT: Thể tích của bể SBR, VT = 58,6 m3
- Chọn khuếch tán khí bằng đĩa sục khí.Số lượng đĩa sục khí cần lắp đặt trong bể SBR:
N = Qkhí
r = 879
105 = 8,37 đĩa → Vậy số đĩa thổi khí cần lắp đặt trong mỗi bể SBR là: 9 đĩa
- Chọn 1 ống chính,từ ống chính chia làm 3 ống nhánh, với chiều dài ống chính 3m, mỗi ống nhánh dài 4,5m. Mỗi ống nhánh có 3 đĩa. Khoảng cách 2 đĩa thổi khí ngồi cùng đến thành bể là 0,75m, khoảng cách giữa mỗi đĩa là 1,25m.
Tính tốn máy thổi khí:
- Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối thổi khí:
Hk = hd + hc + hf +H= 0,4 + 0,4 + 0,5 + 5 = 6,3 (m) Với:
hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc chiều dài ống; hd ≤ 0,4 m. Chọn hd = 0,4m
hc: Tổn thất cục bộ; hc ≤ 0,4 m. Chọn hc = 0,4m
hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối khí; hf ≤ 0,5 m. Chọn hc = 0,5m
H: Chiều sâu hữu ích của bể SBR, H = 5m. - Cơng suất máy thổi khí:
N = W.R.T1 29,7.n .e. [ (P2 P1)0,283− 1] = 0,018.8,314.298 29,7.0,283.0,8 . [(1,62 1 )0,283− 1] = 0,97kW Với:
e: Hiệu suất máy thổi khí; e = 0,7 – 0,8. Chọn e = 0,8
W: Trọng lượng dịng khí.Q: lưu lượng khơng khí, Q = 0,879m3/phút = 0,015 m3/s.tỷ trọng khơng khí 0,0118 kN/m3.
W = 0,015.11,8
9,81 = 0,018 kg/s
T1: Nhiệt độ khơng khí đầu vào: Nhiệt độ khơng khí đầu vào: T1 = 25 + 273 = 2980K
P1: Áp suất tuyệt đối của khơng khí đầu vào. P1 = 1 atm.
P2: Áp suất tuyệt đối của khơng khí đầu ra: P2 = 1 + Hk 10,12= 1 + 6,3 10,12 = 1,62 atm n: Hệ số n, n = K−1 K = 1,395−1 1,395 = 0,283 (K = 1,395)
→ Chọn máy thổi khí có cơng suất là 1 kW, chọn 2 máy chạy luân phiên.
Đường ống dẫn khí vào bể SBR:
- Đường ống chính:
Đường kính ống dẫn khí chính (cung cấp cho 2 bể SBR) Dk =√4.Qk π.vk = √4.0,015 π.12 = 0,04(m) = 40 (mm) Với: vk: vận tốc khí trong ống dẫn chính. vk = 12 m/s → Chọn ống dẫn khí chính là ống inox ∅ 40 mm Đường ống nhánh:
Lượng khí qua mỗi ống nhánh: qk = Qk 4 = 0,015 4 = 0,004 m3/s Đường kính ống nhánh dẫn khí: dk =√4.qk π.vn= √4.0,004 π.12 = 0,021 (m) Với: vn: Vận tốc khí trong ống nhánh. vn= 12 m/s → Chọn ống nhánh dẫn khí là ống inox ∅ 25mm.
Tính tốn đường ống, bơm bùn ra khỏi bể SBR
- Đường ống dẫn nước ra khỏi bể SBR: Vận tốc dòng chảy trong ống chọn v = 1,5 m/s
Đường kính ống dẫn nước: D = √4.𝑄
𝜋.𝑣 = √ 4.300
𝜋.1,5.24.3600 = 0,054 (m) = 54 (mm) Kiểm tra lại vận tốc dịng chảy trong ống:
vkhí = 4.Q
π.D2= 4.300
π.(0,06)2.24.3600 = 1,23m/s - Tính tốn bơm bùn ra khỏi bể SBR về bể nén bùn:
Lưu lượng bùn cần thải bỏ tại một bể SBR trong: Qb = 0,86 m3/ngày. Lượng bùn này được chia đều cho bốn chu kỳ hoạt động của bể SBR.
Lượng bùn cần xả bỏ mỗi chu kỳ: Qck = 0,86
4 = 0,215 m3/ngày = 2,5. 10-6 m3/s Chiều cao cột áp: H = 10 m.
Công suất của bơm: N = Qck.ρ.g.H
1000.η = 2,5.10
−6.1080.9,81.10
1000.0,8 = 3,31. 10-4 kW Với :
𝜌: Khối lượng riêng của bùn thải lấy bằng khối lượng riêng của bùn, 𝜌 = 1080
kg/m3.
𝜂: Hiệu suất hữu ích của bơm. Chọn 𝜂 = 0,8.
Ngồi thị trường khơng có loại bơm trên, chọn loại bơm nhúng chìm cánh hở. Số lượng bốn cái, mỗi bể SBR đặt hai cái có cột áp H= 10 m, cơng suất bơm 0,5 Hp.
- Điện điều khiển
Điện điều khiển các pha hoạt động của hai bể SBR bằng các van điện tự động với sự điều khiển của thời gian. Được thiết kế với mục đích tối ưu hóa các q trình vận hành hoạt động của hệ thống SBR.
- Vật liệu xây dựng
Chọn vật liệu xây dựng bể SBR là BTCT M250, thành dày 400mm, bản đáy 500mm, sắt Nhật đan thành hai lớp.