Tính toán thiết kế bể SBR - Thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Thư viện chia sẻ tài liệu môi trường miễn phí giới thiệu đến các bạn bài tính toán thiết kế bể SBR, công nghệ xử lý sinh học SBR. Tài liệu chỉ mang tính tham khảo, cảm ơn các bạn đã quan tâm đến Tài liệu môi trường.

Tính toán thiết kế bể SBR

CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

+ Công suất thiết kế: Q=700m3/ngđ.
+ BOD5 = 40,62 mg/l.
+ COD = 153,5 mg/l

CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA: (Theo tiêu QCVN 14 – 2008, cột A)

+ BOD5 =  30 mg/l
+ COD =  50mg/l

CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ

+ Nồng độ bùn hoạt tính ở đầu vào của bể X0 =0.
+ Thời gian lưu bùn (tuổi của bùn)  0c=10 – 30 ngày, chọn 10 ngày
+ Tỷ số F/M = 0,05-0,2 ngày-1
+ Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể: X=2000 – 5000 mg/l, chọn X=3500 mg/l.
+ Độ tro của cặn: Z = 0,3 mg/mg.
+ Chỉ số thể tích bùn: SVI = 120 ml/g
+ BOD5 = 0,65COD
+ Tỷ số MLVSS: MLSS= 0,68
+ Nhiệt độ nước thải: t= 25oC
+ Nồng độ cặn lắng trung bình dưới đáy bể XS=10.000mg/l.
+ Chất lơ lửng trong nước thải đầu ra chứa 20mg/l cặn sinh học và 65% chất có khả năng phân hủy sinh học.

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ SBR

Tổng thời gian của một chu kì hoạt động
T = tF + tA + tS + tD + t1= 3 + 2 + 0,5 + 0,5 =  6h
Với:
+ Thời gian làm đầy: tF = 3h.
+ Thời gian phản ứng: tA = 2h.
+ Thời gian lắng: tS = 0,5h.
+ Thời gian rút nước: tD = 0,5h.
+ 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 kì hoạt động của 1 đơn nguyên trong 1 ngày

n = 24h/6h = 4 (chu kì/đơn nguyên.ngày)

Tổng số chu kì làm đầy trong 1 ngày

N = 2xn = 2x4 = 8 (chu kì/ngày)

Thể tích bể làm đầy trong 1chu kì

Vf =700/8 = 87,5 (m3)

Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong thể tích bùn lắng

Xs = 1000(mg/g) * 1000(ml/l) / SVI = = 8333,33 (mg/l)

Xét sự cân bằng khối lượng

Vt*X = Vs*Xs
=> Vs/Vt = X/Xs = 3500/8333,33 = 0,42

Cần cung cấp thêm 20% chất lỏng phía trên để bùn không bị rút ra theo khi rút nước

Vf/Vt = 0,42 * 1,2=0,5
Ta có: Vt = Vf + Vs
Suy ra Vf/Vt + Vs/Vt = 1
=> Vf/Vt = 1– 0,5 = 0,5 chọn Vf/Vt = 0,5

Thể tích của bể SBR:

Vt = Vf/0,5 = 87,5/0.5 = 175m3
Chọn:
+ Chiều cao của bể, H = 4,5 m
+ Chiều cao bảo vệ bể, hbv = 0,5 m
+ Chiều cao xây dựng bể, Hxd = H + hbv = 4,5 + 0,5 = 5 m

Diện tích của bể:

S = Vt/H = 175/4,5 =38,89 m2
+ Vậy kích thước bể SBR: L x B x H =7m x 5,5 m x 5m
+ Chiều cao phần chứa bùn , Hb=42% x H = 0,42 x 4,5 = 1,89 m
+ Chiều cao an toàn lớp bùn, Han toàn = 0,08 x 4,5 = 0,36 m
+ Thể tích phần chứa bùn, Vs = 0,42 x Vt = 0,42 x 175 = 73,5m3

Thời gian lưu nước của 2 bể trong suốt quá trình:

0 = ( 2 * Vt/Q = 2 * 175/700 ) * 24 = 12 (10 - 50h)

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG BOD5 ĐẦU RA

Tổng BOD5 ra = BOD5 hoà tan + BOD5 của cặn lơ lửng

Hàm lượng chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra:

Vf x 0,65= 87,5 x 0,65 = 56,9 (mg/l)

Hàm lượng BOD của chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra:

56,9 mg/l x 1,42 mg O2tiêu thụ/mg tế bào bị oxi hoá = 80,8mg/l

Hàm lượng BOD5 của chất lơ lửng ở đầu ra:

BOD5(u) = 80,8 x 0,68 = 54,94 (mg/l)

Hàm lượng BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra:

BOD5(ht) = BOD5(u) - BOD5(ra) = 54,94- 30 = 24,94 mg/l

XÁC ĐỊNH TỈ SỐ F/M VÀ TẢI TRỌNG BOD

Hiệu quả làm sạch theo BOD5 hòa tan:

Tỉ số F/M:

Tải trọng thể tích của bể phản ứng:

TÍNH TOÁN LƯỢNG BÙN SẢN SINH RA MỖI NGÀY

Tốc độ tăng trưởng của bùn:

Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 theo VSS trong 1 ngày:

Ta chọn:

Bảng 1. Hệ số động học bùn hoạt tính ở 20oC.

Hệ số	Đơn vị	Giới hạn	Giá trị điển hình
	g VSS/g VSS.ngày	3-13,2	6
Ks	g bCOD/m3	5-40	20
Y	g VSS/g bCOD	0,3-0,5	0,4
kd	g VSS/g VSS.ngày	0,06-0,2	0,12
fd	Không thứ nguyên	0,08-,02	0,15

Tổng lượng bùn sinh ra theo SS trong 1 ngày:

Tổng lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:

Lượng bùn dư cần xử ly(Gd) = tổng lượng bùn – lượng cặn trôi ra khỏi bể

Thể tích cặn chiếm chỗ sau 1 ngày:

Chiều cao cặn lắng trong bể:

Thể tích bùn phải xả một bể (để lại 20%):

Vb = 0,8 * Hb * F =0,8 0,0146 7 5,5 = 0,450m3

Vậy lượng bùn phải bơm bỏ ở hai bể SBR mỗi ngày là:

Vtc(b) = 0,450 * 2 = 0,9 m3/ngày

XÁC ĐỊNH LƯỢNG KHÔNG KHÍ CẦN THIẾT CHO MỘT ĐƠN NGUYÊN:

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- .

OCo = Q(So-S) - 1,42 x Px + 4,57Q(N0 – N)
= (350m3/ngày) x (40,62 - 24,94)g/m3(1kg/103g) -1,42 x (1,79 kg/ngày)/2 + 4,57 x 350 (49,72 – 5,5) g/m3 (1kg/103g) 

= 84,8 kg/ngày 63

Thời gian thổi khí của một bể: tối thiểu một nửa thời gian làm đầy nên thổi khí

( 3H/2 ) = +2h = 3,5 h

Tổng thời gian sục khí một ngày của một bể:

3,5h * 4 = 14h

Tỷ lệ chuyển hoá oxi trung bình:

24,65kgO2 / ngày / 14 = 1,76kg/h

Lượng oxi thực tế:

1,76 kg/h * 2 = 3,52 kg/h

Ta chọn:

+ Hiệu suất chuyển hoá oxi là 9% 

+ Không khí có 23,2% trọng lượng O2

+ Khối lượng riêng không khí là 1,2 kg/m3

Lượng không khí cần cấp: 

Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn một bể:

Trị số này nằm ngoài khoảng cho phép: q = 20-40 L/m3phút

Vậy ta chọn q = 25L/m3.phút

Lượng không khí cần thiết cho quá trình:

Mkk = 25l/m3phút * 85,42m3= 2135,5L/phút = 0,0356m3/s

Số lượng đĩa thổi khí cần lắp đặt trong bể SBR

Vậy số đĩa thổi khí cần lắp đặt trong mỗi bể SBR là: 18 đĩa.

CÁCH PHÂN PHỐI ĐĨA KHÍ TRONG BỂ

- Khí từ máy thổi khí được dẫn qua ống chính đi vào bề SBR (đặt dọc theo chiều dài bể). Mỗi đường ống dẫn vào mỗi bể SBR được chia làm 3 đường ống phụ cấp 1 bổ trí dọc theo thành bể xuống đáy bể phân phối khí cho các đĩa đặt tại đáy mỗi bể SBR. Theo tiêu chuẩn các đầu răng của đĩa thổi khí là răng phi 27 nên chọn ống nhánh cấp 2 là ống phi 27 để dẫn khí vào các đĩa. 

- Tại mỗi bể SBR dọc theo chiều dài bố trí 6 đĩa, mỗi đĩa cách nhau 1m và cách thành bể 0,5m. 

- Khoảng cách giữa 2 đường ống dẫn khí phụ đặt gần nhau là 2m

- Khoảng cách giữa 2 đường ống ngoài cùng đến thành bể là 1m

TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG, BƠM BÙN RA KHỎI BỂ SBR

Đường ống dẫn nước ra khỏi bể SBR:

Vận tốc dòng chảy trong ống có áp là v = 0,7 – 1,5 m/s. Chọn v=1,0 m/s.

Đường kính ống dẫn nước:

- Theo kinh nghiệm thực tế để tránh trường hợp bị tắt nghẽn và giảm thời gian thu nước ra khỏi bể SBR ta chọn ống thoát nước ra khỏi bể SBR là ống uPVC có  114.

- Thu nước ra khỏi bể SBR bằng phao nổi, chọn thiết bị Decanter của nhà cung cấp Công ty TNHH Công Nghệ Môi Trường Thăng Long. Thiết bị gồm một phao nổi làm bằng vật liệu sợi thủy tinh, phía trên là hệ thống cơ điện tử tự động điều khiển việc hút nước, được bao quanh bởi một lớp bảo vệ, phần này được nối với phần chứa nước chìm ở dưới nước, giữa hai phần này được bịt kín hoàn toàn bằng một vòng đệm nằm ở dưới đáy của phao nổi. Các hệ thống này được nối với ống dẫn nước ra bằng nhựa dẻo có thể uốn cong theo sự lên xuống của thiết bị. Sau cùng, ống dẫn nhựa dẻo nối với ống dẫn nước ra cố định bằng nhựa PVC 114mm.

TÍNH TOÁN BƠM BÙN RA KHỎI BỂ SBR VỀ BỂ NÉN BÙN

Lưu lượng bùn cần thải bỏ tại một bể SBR trong: QVb=0,648 m3/ngày. Lượng bùn này được chia điều cho bốn chu kỳ hoạt động của bể SBR.

Lượng bùn cần xả bỏ tại một chu kỳ:

Chiều cao cột áp: H=10m.

Công suất của bơm:

Với:

+ : khối lượng riêng của bùn thải lấy bằng khối lượng riêng của bùn, =1080kg/m3.

+ : hiệu suất hữu ích của bơm. Chọn  =0,8.

Ngoài thị trường không 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, cống suất bơm 0,5Hp, hãng sản xuất Tsurumi – Nhật. 

ĐƯỜNG ỐNG DẪN KHÍ VÀO BỂ SBR:

Đường ống chính:

Đường kính ống dẫn khí chính (cung cấp cho 2 bể SBR)

Với:  

+ vk: Vận tốc khí trong ống dẫn chính

+ vkhí=9m/s.

Chọn ống dẫn khí chính là ống inox SUS304 75mm

Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống:

Đường ống nhánh:

Lượng khí qua mỗi ống nhánh:

Đường kính ống nhánh dẫn khí:

Với: Vn: Vận tốc khí trong ống nhánh:  vn = 9m/s.

Chọn ống nhánh dẫn khí là ống inox SUS304, đường kính   34mm.

Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống:

TÍNH TOÁN MÁY THỔI KHÍ

Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí:

Hk = hd + hc + hf + H
= 0,4 + 0,4 + 0,5 + 4,7 = 6,0 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 = 0,4 m

+ hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối khí; hf   0,5 m, chọn hf = 0,5 m

+ H: Chiều sâu hữu ích của bể SBR, H = 4,7 m

Công suất máy thổi khí:

Với: 

+ e  : Hiệu suất máy thổi khí; e = 0,7 - 0,8, chọn e = 0,8

+ Gk: Trọng lượng dòng khí

+ Gk = Qk x Pk =  (0,0356 + 0,0288) x 1,3  =  0,08372 kg/s

+ R  : Hằng số khí; R = 8,314 KJ/KmoloK (đối với không khí)

+ T1: Nhiệt độ không khí đầu vào  => T1  =  25 + 273  = 298oK

+ P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào =>  P1 = 1 atm

+ P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra:

ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

Điều khiển các pha hoạt động của hai bể SBR bằng các van điện tự động với sự điều khiển của time thời gian. Được thiết kế với mục đích tối ưu hóa các quá 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 200mm, bản đáy dày 300 mm,  sắt Nhật đan thành hai lớp, @200 phi 14, chống thấm sika bên trong 2 lớp, bên ngoài quét bentum.

Bảng 2: Thông số kích thước SBR

STT	Thông số	Đơn vị	Giá trị
1	Lưu lượng thiết kế, Qtb(ngày)	m3/ngày	205
2	Thời gian làm đầy, tF = 3h.	h	3
3	Thời gian phản ứng, tA = 2h.	h	2
4	Thời gian lắng, tS = 0,5h.	h	0,5
5	Thời gian rút nước, tD	h	0,5
6	Thời gian chờ, t­­I	h	0
7	Số đơn nguyên		2
8	Số chu kì /ngày.bể		4
9	Chiều cao bể	m	4,6
10	Chiều cao bảo vệ, Hbv	m	0,4
11	Chiều cao xây dựng, Hxd	m	5
12	Chiều dài bể, L	m	6
13	Chiều rộng bể, B	m	3
14	Thời gian lưu nước	h	20
15	Tỉ số F/M	ngày	0,147
16	Tải trọng thể tích	kgBOD/ngày	0,52

Cộng đồng KS.CNKTMT trên Zalo

Tham gia cộng đồng trên Zalo để nhận được sự tương tác tốt hơn.

Cộng đồng JOB-CNKTMT trên Zalo

Nhóm đăng và tìm thông tin tuyển dụng ngành môi trường.

Hướng Dẫn Download | Liên Hệ

Like và chia sẻ bài viết này ủng hộ mình nhé!