Tính toán thiết kế bể SBR

DH12MT

THIẾT KẾ BỂ SBR
Sequency Batch Reactor

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2015
1


Huỳnh Mạnh Phúc ()
5. 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 khi 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:
1.
2.
3.
4.

Sử dụng 2 bể
Độ sâu của mực nước trong bể khi đầy là = 4 m
Độ sâu của mực nước sạch sau khi lắng = 60% chiều sâu của bể
SVI = 150 mL/g
Bảng 5.2: Hệ số động học của quá 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

1


Huỳnh Mạnh Phúc ()

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. 3. 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 của cặn lơ lửng; Z = 0,15
- X = Nồng độ bùn trong bể SBR, X = 2000 mg/L
5.2. Tính toán số mẻ
Do là nước thải công nghiệp khó phân hủy sinh học nên ta chọn thời gian cho các
chu kì như sau:
+ Thời gian sục khí phản ứng (tA), chọn tA = 2 h
+ Thời gian lắng (tS), chọn tS = 1,5 h
+ Thời gian rút nước (tD), chọn (tD) = 0,5 h
+ Thời gian của pha làm đầy (tF), tF = tA + tS + tD = 4 + 1,5 + 0,5 = 4 h (nạp nước
sau 1 giờ thì tiến hành sục khí luôn)
+ Tổng thời gian của 1 mẻ (Tc), Tc = tF + tA + tS + tD = 8 h
Vậy

-

Số mẻ trong 1 ngày của 1 bể là: 3 mẻ
Tổng số mẻ trong 1 ngày: 6 mẻ

-

Lượng nước nạp cho 1 mẻ VF= 

THIẾT KẾ BỂ SBR





 24 h  40 m 3 / h 
3
  160 m
6



2


Huỳnh Mạnh Phúc ()
5.3. Tính toán thể tích bể

5.3.1. Phương trình cân bằng vật chất trong bể
Lượng bùn trong bể khi đầy = Lượng bùn trong bể khi rút hết nước

VTX = VSXS
Trong đó: VT = Tổng thể tích bể, m3
X = Nồng độ bùn trong bể khi làm đầy (MLSS), mg/L
Vs = Thể tích của bể sau khi rút nước, m3
Xs = Nồng độ bùn trong bể khi rút hết nước (MLSS), mg/L
a. Ước tính Xs dựa vào chỉ số SVI = 150 mL/g.
XS 

10

3

mg / g 10 3 mL / L  10 3 mg / g 10 3 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 3  = 0,3
X


VT
X S 6666 g / m 3 

Chọn giá trị ăn toàn để đảm bảo lớp bùn không bị lấy ra khỏi bể khi rút nước sạch

là 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 là hợp lý
5.3.2. Thể tích của bể
Chiều cao của bể = 4,0 m
Chiều cao của vùng chứa nước sau sau khi lắng = 0,6(4,0m) = 2,4 m

THIẾT KẾ BỂ SBR

3


Huỳnh Mạnh Phúc ()





VF
160 m 3
VT 

 267 m 3
0,6
0,6

Chọn kích thước bể như sau:
+ Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m
+ Chiều cao của bể H = 4 m
+ Chiều cao của 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 của bể, F = 66,8 m2
+ Chiều rộng của bể B =6 m
+ Chiều rộng của bể L =11 m
5.3.3. Thời gian lưu nước (HRT)


2 bê (267 m 3 / be)(24h / d )
 13,4h
960m 3 / d 

5.4. Xác đinh F/M và tải trọng BOD
a. F/M
F/M 

QS O 480 m 3 / d 138,4 g / m 3 
kg BOD


 0,15 / d
kg MLVSS.d XV
1700 g / m 3 267 m 3 

 Đối chiếu với Bảng 5.3, thì giá trị F/M vẫn nằm trong giới hạn cho phép.
Trong đó:
+ Q = 480 m3/d, là lưu lượng bơm vào 1 bể SBR,
+ So = BOD = 138,4 g/m3,
+ X = 1700 mg/L, là nồng bộ bùn hoạt tính tính teo VSS,
+ V = VT = 267 m3, là thể tích của 1 bể SBR.
b. Tải trọng BOD
L org 

kg BOD QS O 960 m 3 / d 138,4 g / m 3 


 0,50kg / m 3 .d
3
3
3
V
267 m 10 g / kg 
m .d

Trong đó:
+ Q = 960 m3/d, là lưu lượng nước thải trong 1 ngày,

+ So = BOD = 138,4 g/m3,
+ V = VT = 267 m3, là thể tích của 1 bể SBR.
5.5. Tính toán thiết bị thu nước
THIẾT KẾ BỂ SBR

4


Huỳnh Mạnh Phúc ()
- Lượng nước cần thu trong 1 mẻ = Lượng nước nạp cho 1 mẻ = VF = 160 m3/h
- Thời gian rút nước là: 30 phút
=> Lưu lượng nước rút ra tính theo phút là: Qrút =

VF
 5,3 m3/min
30

a. Tính toán ống dẫn nước chính ra khỏi bể SBR
Chọn vận tốc nước ra khỏi bể SBR là 0,8 m/s (0,5 -1 m/s)
4V F
 376,2 mm
3,14  0,8

Đường kính ống nước ra là: DC 

 Chọn ống thép mạ kẽm với DN = 400 mm
Kiểm tra lại vận tốc v = 0,7 m/s, vẫn nằm trong mức cho phép.
b. Tính toán ống dẫn nước nhánh
Chọn 4 ống thu nước trong bể SBR
Chọn vận tốc nước ra khỏi bể SBR là 0,8 m/s (0,5 -1 m/s)

Đường kính ống nước ra là: DN 

DC
 94,1 mm
4

 Chọn ống thép mạ kẽm với DN = 90 mm
c. Bố trí hệ thống thu nước trong bể SBR như sau
+ Ống chính bố trí cách đáy lên 1 m, và có chiều dài là 4,5 m nằm ở cuối bể,
+ 4 ống nhánh bố trí đứng với độ dài mỗi ống là 3,4 m, 2 ống cách nhau 1 m,
+ Gồm 2 ống thủy lực để giữ hệ thống ông thu nước và di chuyển ống thu nước
trong bể SBR.
5.6. Tính toán bùn
5.6.1. Lượng bùn cần thiết trong bể
a. Khối lượng bùn hoạt tính cần có trong bể (không xả đi)
Gbùn hoạt tính = 2×800 × 3500.10-3 × 0,85 = 4760 kg.
b. Khối lượng bùn cặn trong bể :
Gcặn = 2×800 × 3500.10-3 = 5600 kg.
5.6.2. Tính toán lượng sinh ra trong ngày
a. Lượng cặn hữu cơ đi vào bể mỗi ngày
Pss = Z(SS)Q = 0,15× 230,2 × 960 × 10-3 = 33,1 kg
THIẾT KẾ BỂ SBR

5


Huỳnh Mạnh Phúc ()
b. Lượng bùn sinh ra trong 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 ra trong 1 ngày là: Go = Pss + Px = 118,2 kg
=> Lượng bùn tồn tại trong bể trong 1 ngày: G1 = Gcặn + 10 × G1 = 1186,2 kg
 Thể tích bùn choán chổ khi cô đặc đến 6,7 kg/m3
Vb 

G1
 174,4 (m3)
p  6,7

 Chiều cao cặn lắng trong bể
hb 

-

Vb
 1,3
n be  F

Xét tỷ số:
hb 1,3

 100  32,5% < 40%
H
4

Lượng bùn sinh ra trong ngày vẫn nằm trong kiểm soát, không ảnh hưởng tới

thiết kế của 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 trong 1 ngày
Vbx 

Go
 17,4 (m3)
p  6,7

Chọn xả bùn vào mẻ cuối của ngày, thời gian xả bùn là 10 phút.
Lưu lượng bùn cần xả cho mỗi bể

THIẾT KẾ BỂ SBR

6


Huỳnh Mạnh Phúc ()
Qb 

Vbx
 0,9 m3/min
2  10

b. Tính toán đường ống xả bùn
Chọn vận tốc bùn chảy trong 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 = 5 m

Lựu chọn máy bơm:
 Số lượng 2 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: 6 – 54 m3/h
+ Cột áp: 15.3 – 3.8 mét
+ Điện áp: 380V-50Hz Chọn 1 bơm xả bùn hiệu TECO
5.7. Tính toán lượng oxy cần cung cấp
5.7.1. Lượng oxy cần cấp cho quá trinh xử lý của 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 1 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 giờ
-

Thời gian sục khí trong 1 mẻ là: 5 h
Tổng thời gian sục khí trong ngày là: 15 h

THIẾT KẾ BỂ SBR

7


Huỳnh Mạnh Phúc ()
-

Hệ số an toàn để cung cấp đủ lượng O2 khi xử lý cao tải ở giai đoạn nạp nước
ban đầu là 1,5
Lượng oxy cần cấp cho 1 giờ 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
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 trong nước 20OC; C 20 C = 9,08 (mg/L),
S

S

o

o

+ CS40 C : nồng độ oxy bão hòa trong nước 40OC; C S40 C = 6,41 (mg/L),
+ C : nồng độ oxy cầ n duy trì trong bể ; C = 2 (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;́ được tính như sau:
OU = Ou.h = 28 (g O2/m3)

Với:
 Ou: phu ̣ thuô ̣c vào hê ̣ thố ng phân phố i khi,́ cho ̣n hê ̣ thố ng phân
phố i bo ̣t khí nhỏ và min;
̣ Ou = 7 (gr O2/m3.m), lấ y theo bảng
22,
 h: chiề u sâu của lớp nước trong bể , h = 4 (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
=
2
3
2
O /m .m
O /KW
THIẾT KẾ BỂ SBR

Điề u kiê ̣n trung bình
kg Ou
=
2
3
O /m .m

gr OE
=
2
O /KW

kg

8


Huỳnh Mạnh Phúc ()
Nước sa ̣ch ở 1,2
điề u kiê ̣n T =

20OC

2,2

10

1,7

Nước thải
0,7

1,5

7

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 hê ̣ 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: 5 – 26 m3/h,

+ Đường kính: 127 mm,
+ Đầu nối: ren 27 mm.
 Số đĩa cần phân phối trong 1 bể:
N=

Qkk
 200 (điã )
qk  2

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 1 điã ; q k = 10 (m3/h)
 Bố trí các đĩa phân phối khí trong 1 bể :
+ 1 tuyế n ố ng cấ p khí chính,
+ 20 tuyế n ố ng nhánh, 2 tuyế n ố ng cách nhau 500 mm
+ 1 tuyế n ố ng nhánh đă ̣t 10 điã thổ i khi,́ 2 điã cách nhau 560 mm.
 Tổ ng cô ̣ng có 200 điã thổ i khi.́
 Lựa cho ̣n máy thổ i khí:
+ Áp lực cần thiết của máy thổi khí: Ht = H + hc + hd = 5,5 m
Trong đó:
 H: đô ̣ ngâ ̣p trong nước của thiế t bi ̣khuế ch tán khi;́ H = 4m,
THIẾT KẾ BỂ SBR

9


Huỳnh Mạnh Phúc ()
 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 (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 đi kèm từ 1Hp (0.75kW) đến 100Hp (75kW).
b. Tính toán đường ống dẫn khí
-

Đường kính ống phân phối chính
Dkc 

4Qm
 217,4 mm
3,14  15  60

Vận tốc khí trong 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 trong ống dẫn v = 10 – 20 m/s, chọn vkhí = 15 m/s.
 Chọn ống inox D = 50mm

THIẾT KẾ BỂ SBR

10