Thuyết minh tính toán bể SBR công suất 700m3ngày

Tính toán bể SBR công suất 700m3/ngày đêm
4.2.1

Bể SBR
Các thông số đầu vào của bể SBR:

♦

- 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)

θ

=10 – 30 ngày, chọn 10 ngày

c

- 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.
4.2.4.1 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 =

1000mg / gx1000ml / l
SVI

=

1000 × 1000
120

= 8333,33 (mg/l)

Xét sự cân bằng khối lượng
VTxX =VSxXS
3500
8333,33



VS
VT

=

X
XS

=

= 0,42

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

= 0,42x 1,2=0,5

Ta có: VT = VF + VS

Suy ra

VF VS
+
=1
VT VT




VF
VT

= 1 – 0,5 = 0,5chọn

VF
VT

= 0,5

Thể tích của bể SBR:
87 ,5
0,5

VT = VF/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:
VT 175
=
H 4,5

S=

=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 x4,5 = 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:
θ=

2 × VT 2 × 175
=
× 24 = 12
Q
700
∈

10 – 50 h

4.2.4.2 Xác định hàm lượng BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra:SRA COD

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

ll
5

BOD

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

ht
5

BOD

=

BOD5ll

-

ra
5

BOD

= 54,94- 30 = 24,94 mg/l

4.2.4.3 Xác định tỉ số F/M và tải trọng BOD

Hiệu quả làm sạch theo BOD5 hòa tan:
E=

(S0 − S )
(40,62 − 24,94)
× 100 =
× 100 = 38,6%
S0
40,62

Tỉ số F/M:

F
M

=

Q × So
VT × X

=

700 × 40,62

= 0,046
175 × 3500

ngày-1

∈

[0,04-0,1] ngày-1

Tải trọng thể tích của bể phản ứng:
LBOD =



Q × S 0 40,62 × 700 × 10 −3
=
VT
175

=0,162 kgBOD5/m3.ngày

Tính toán lượng bùn sản sinh ra mỗi ngày.

Tốc độ tăng trưởng của bùn:
Yb =

Y
0,4
=
1 + K d × θ C 1 + 0,146 × 10

=0,163

Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 theo VSS trong 1 ngày:
PX = Yb x Q x (s0 – S) =0,163x700x (40,62-24,94) x 10-3 = 1,79(kg/ngày)
Ta chọn:
Y=0,4 g VSS/g bBOD


Kd.T = k20 x

(T-20)

θ

= 0,12 g/g.ngày (1,04)25-20 = 0,146 g/g.ngày

Bảng 4.6 Hệ số động học bùn hoạt tính ở 20oC.
Hệ số
µm

Đơn vị
g VSS/g VSS.ngày

Giới hạn
3-13,2

Giá trị điển hình
6

Ks
Y
kd
fd

g bCOD/m3
g VSS/g bCOD
g VSS/g VSS.ngày
Không thứ nguyên

5-40
0,3-0,5
0,06-0,2
0,08-,02

20
0,4
0,12
0,15

Tổng lượng bùn sinh ra theo SS trong 1 ngày:
PSS =

PX
1,79
=
1 − Z 1 − 0,3

=2,56kg/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
= 2,56– 20 x700 x10-3 = 14 kg/ngày.
Thể tích cặn chiếm chỗ sau 1 ngày:
Vb =

Gd
14
=
1,02 × X S 1,02 × 10000
1000

=1,17m3/ngày.

Chiều cao cặn lắng trong bể:
hb =

Vb
1,17
=
= 0,0146m
2× S
2 × 40

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:
Vtcb = 0,450x2 = 0,9 m3/ngày
4.2.4.4 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:
3,5hx4 = 14h
Tỷ lệ chuyển hoá oxi trung bình:
24,65kgO2 / ngaøy
14

= 1,76kg/h

Lượng oxi thực tế:
1,76 kg/h x2 = 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:
Mkk =

3,52kg / h
0,09(1,2kg / m 3 )( 0,232)

= 140,48 m3/h

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

M kk
V

=

140,48m /ngaøy× 1000L/m
85,42m 3 × 1440phuùt/ ngaøy
3

3

= 1,142L/m3.phút

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
N=

M kk
q

=

2135,5L/phuùt
120l / phuùt.ñóa

= 17,79 đĩa

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

4.2.4.5

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
4.2.4.6

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:
4 xQ
4 x 205
=
πxv
π × 1,0 x 24 × 60 × 60

D=

=0,055 (m).

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

φ

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: Q Vb=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:

Qck

0,648
4

= 0,162 m3/ngày = 1,875.10-6 m3/s.

- Chiều cao cột áp: H=10m.
- Công suất của bơm:

N=

Qck × ρ × g × h

1000 × η

=

1,875 × 10 −6 × 1080 × 9,81 × 10
1000 × 0,8

= 2,48.10-4 kW

Với:
+

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

+

η: hiệu suất hữu ích của bơm. Chọn η=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)
Dk =

=
4 xQk

πxv k

4 × 0,0356
9×π

= 0,07 m.

Với:
vk: Vận tốc khí trong ống dẫn chính


vkhí=9m/s.
Chọn ống dẫn khí chính là ống inox SUS304 75mm
φ
Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống:
v khí

4 xQ K
4 × 0,0356
=
=
2
π ×D
π × (0,075) 2

=8,06m/s

- Đường ống nhánh:
Lượng khí qua mỗi ống nhánh:
qk =

Qk
6

=

0,0356
6

= 0,0059 m3/s

Đường kính ống nhánh dẫn khí:
dk =

4 × qk
π ×v

=

4 × 0,0059
π ×9

=28,89mm

Với: vn: Vận tốc khí trong ống nhánh
vn = 9m/s.
Chọn ống nhánh dẫn khí là ống inox SUS304, đường kính

φ

34mm.

Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống:
v khí

= 6,5 m/s.

4 ×q K
4 ×0,0059
=
=
2
π ×D
π ×(0,034) 2

4.2.4.7 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
chọn hd =0,4m

≤

0,4 m;


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:

Pk =

=

Gk × R × T1  P2
× 
29,7 × n × e  P1






0 , 28 3



− 1


0 , 28 3

0,08372 × 8,314 × 298  1,593 
× 
− 1

29,7 × 0,283 × 0,8
 1 


= 4,345 kW.

Với:
e : Hiệu suất máy thổi khí; e = 0,7 - 0,8, chọn e = 0,8
Gk: Trọng lượng dòng khí
Gk = Qk x

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

ρk

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:
P2 = 1 +

n: hệ số n, n =

♦

Hk
10,12

K −1
K

=

=1+

6,0

= 1,593 atm

10,12

1,395 − 1
1,395

= 0,283 (K = 1,395)

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 4.7 Thông số kích thước SBR
STT
1

Thông số
Lưu lượng thiết kế, Q

Đơn vị
m3/ngày

Giá trị
205

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

12
13
14
15

Thời gian làm đầy, tF = 3h.
Thời gian phản ứng, tA = 2h.
Thời gian lắng, tS = 0,5h.
Thời gian rút nước, tD
Thời gian chờ, tI
Số đơn nguyên
Số chu kì /ngày.bể
Chiều cao bể
Chiều cao bảo vệ, hbv
Chiều cao xây dựng, Hxd
Chiều dài bể, L
Chiều rộng bể, B
Thời gian lưu nước
Tỉ số F/M

h
h
h
h
h

3
2
0,5
0,5

0
2
4
4,6
0,4
5
6
3
20
0,147

16

Tải trọng thể tích

kgBOD/ngày

tb
ngaøy

m
m
m
m
m
h
ngày

−1

0,52