Tính toán thiết kế bể SBR

tài liệu này hướng dẫn tính toán chi tiết bể sinh học từng mẻ SBR. Bên cạnh đó còn có 1 File Excel phục vụ cho việc tính toán số liệu nhanh và đạt hiệu quả cao, điều chỉnh số liệu 1 cách dễ dàng nhất

DH12MT

THIẾT KẾ BỂ SBR

Sequency Batch Reactor

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2015

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

5.1.2 Điều kiện thiết kế:

1 Sử dụng 2 bể

2 Độ sâu của mực nước trong bể khi đầy là = 4 m

3 Độ sâu của mực nước sạch sau khi lắng = 60% chiều sâu của bể

4 SVI = 150 mL/g

Bảng 5.2: Hệ số động học của quá trinh sinh trưởng hiếu khí

value

aAdapted from Henze et al (1987a); Barker and Dold (1997); and Grady et al (1999)

Bảng 5.3: Thông số phục vụ thiết kế bể SBR

Treatment Cycle Duration 4,0 hours 4,0 - 24 hours Typically Low Water Level Mixed

Liquor Suspended Solids

2.000 - 2.500 mg/L 2.000 – 4.000 mg/L

Source: AquaSBR Design Manual, 1995

5.1 3 Số liệu phục vụ tính toán

- bCOD  S o – S 1,6 138,4 = 221,4 (mg/L)

- f d =0,15 g/g

- Y = 0,40 g VSS/g bCOD

- k (d,40 o C) = 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 (t A ), chọn t A = 2 h

+ Thời gian lắng (t S ), chọn t S = 1,5 h

+ Thời gian rút nước (t D ), chọn (t D) = 0,5 h

+ Thời gian của pha làm đầy (t F ), t F = t A + t S + t D = 4 + 1,5 + 0,5 = 4 h (nạp nước sau 1 giờ thì tiến hành sục khí luôn)

+ Tổng thời gian của 1 mẻ (T c ), T c = t F + t A + t S + t D = 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 V F=    

3

160 6

/ 40 24

m h

m











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

V T X = V S X S

Trong đó: V T = Tổng thể tích bể, m3

X = Nồng độ bùn trong bể khi làm đầy (MLSS), mg/L

V s = Thể tích của bể sau khi rút nước, m3

X s = Nồng độ bùn trong bể khi rút hết nước (MLSS), mg/L

a Ước tính X s dựa vào chỉ số SVI = 150 mL/g

  

g mL

L mL g

mg g

mL SVI

L mL g

mg

/ , 150

/ 10 / 10 /

,

/ 10 /



Chọn giá trị bùn hoạt tính: X = 3500 g/m3 (Table 1)

b Kiểm tra tỉ số thể tích

 

 3

3

/ 6666

/ 3500

m g

m g X

X V

V

S T

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

là 20%

T

S

V

V

= 1,2(0,525) = 0,36

T

F

V

V

+

T

S

V

V

= 1,0

  1 , 0  036  0 , 64

T

F

V

V

> Giá trị chọn ban đầu (60%) (mục 5.1.1.2) Vậy giá trị chọn

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

  3 3

267 6

, 0

160 6 ,

m V

V T  F  

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)

d m

d h e m bê

4 , 13 /

960

) / 24 )(

b / 267 ( 2

3

3







5.4 Xác đinh F/M và tải trọng BOD

a F/M

  

   d

m m

g

m g d

m XV

QS O

/ 15 , 0 267

/ 1700

/ 4 , 138 / 480 MLVSS.d

kg

BOD kg F/M

3 3

3 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,

+ S o = BOD = 138,4 g/m3,

+ X = 1700 mg/L, là nồng bộ bùn hoạt tính tính teo VSS, + V = V T = 267 m3, là thể tích của 1 bể SBR

b Tải trọng BOD

  

   kg m d

kg g m

m g d

m V

QS d

O

/ 10 267

/ 4 , 138 / 960

m

BOD kg

3 3

3 3



Trong đó:

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

+ S o = BOD = 138,4 g/m3,

+ V = V T = 267 m3, là thể tích của 1 bể SBR

5.5 Tính toán thiết bị thu nước

- Lượng nước cần thu trong 1 mẻ = Lượng nước nạp cho 1 mẻ = V F = 160 m3/h

- Thời gian rút nước là: 30 phút

=> Lưu lượng nước rút ra tính theo phút là: Qrút = 5,3

30F 

V

m3/min

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)





8 , 0 14 , 3

4 F

C

V

 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: 94,1

4 

 C N

D

 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

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

4 , 174 7 , 6

1 





p

G

V b (m3)

 Chiều cao cặn lắng trong bể

3 , 1







F n

V h

be

b b

- Xét tỷ số:





 100 4

3 , 1

H

h b

32,5% < 40%

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

4 , 17 7 ,

6 





p

G

Chọn xả bùn vào mẻ cuối của ngày, thời gian xả bùn là 10 phút

Lưu lượng bùn cần xả cho mỗi bể





10 2

bx b

V

b Tính toán đường ống xả bùn

Chọn vận tốc bùn chảy trong ống v = 0,5 m/s







60 5 , 0 14 , 3

4 b

b

Q

 Chọn ống PVC D = 200 mm

c 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

R    10 3 1 , 42 = 91,8 kg/d

Trong đó:

+ Q = Lưu lượng nước thải bơm vào 1 bể, Q = 960 m3/d;

+ S o - S = 221,44 mg/L (mục 5.1.3)

+ P x = 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

- 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:

 h d kgO h

d kgO

/ 2 , 9 /

18

/ 8 , 91 5 , 1

2

5.7.3 Lượng oxy thức tế cần sử dụng cho bể



1 024

, 1

1

) 20 ( 40

20







C S

C h

t

C C

C R

o S

= 16,8 (kg O2/h)

Trong đó:

+ R h : lượng oxy lý thuyết; R h = 9,2 (kg O2/h), + o C

S

C20 : nồng độ oxy bão hò a trong nước 20OC; o C

S

C20 = 9,08 (mg/L),

S

o

C40 : nồng độ oxy bão hò a trong nước 40OC; C

S

o

C40 = 6,41 (mg/L),

+ C : nồng độ oxy câ ̀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





OU

OC

kk 4002,3 (m3/h)

Trong đó:

+OCt: lượng oxy thực tế cần cấp cho bể; OCt = 16,8 (kg O2/h), +OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bi ̣ phân phối khí tính theo gam oxy cho một m3 khí; được tính như sau:

OU = Ou.h = 28 (g O2/m3)

Vơ ́ i:

 Ou: phụ thuô ̣c vào hê ̣ thống phân phối khí, cho ̣n hê ̣ thống phân phối bo ̣t khí nhỏ và mi ̣n; Ou = 7 (gr O2/m3.m), lấy theo bảng

22,

 h: chiều sâu của lớp nước trong bể, h = 4 (m)

Bả ng 5.4: Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bi ̣ bo ̣t khí mi ̣n

Điều kiê ̣n thí

nghiệm

Điều kiê ̣n tối ưu Điều kiê ̣n trung bình

Ou = gr

O2/m3.m

OE = kg

O2/KW

Ou = gr

O2/m3.m

OE = kg

O2/KW

Nước sa ̣ch ở

điều kiê ̣n T =

20OC

Nước thải  =

0,7

(“Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải”, Tri ̣nh Xuân Lai, Nhà xuất bản Xây

dựng, 2011, Trang 112)

5.7.5 Tính toán hê ̣ thống thổi khí cho một đơn nguyên

 Lựa cho ̣n đĩa thổi 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:

2

k

kk

q

Q

200 (đĩa)

Trong đó:

+ Qkk: Lượng không khí cần cấp cho Aerotank; Qkk= 4002,3 (m3/h), + qk: cường đô ̣ thổi khí của 1 đĩa; qk= 10 (m3/h)

 Bố trí các đĩa phân phối khí trong 1 bể:

+ 1 tuyến ống cấp khí chính,

+ 20 tuyến ống nhánh, 2 tuyến ống cách nhau 500 mm

+ 1 tuyến ống nhánh đă ̣t 10 đĩa thổi khí, 2 đĩa cách nhau 560 mm

 Tổng cô ̣ng có 200 đĩa thổi khí

 Lựa cho ̣n máy thổi 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 thiết bi ̣ khuếch tán khí; H = 4m,

 Hc: tổn thất cu ̣c bô ̣; hc = 0,5 m,

 Hd: tổn thất do ̣c đường; hd = 0,5 m

+ Lưu lượng của máy thổi khí: Qm = 33,4(m3/phú t)

Chọn 1 máy thổi khí cho 1 bể SBR

=> Chọn máy thổi 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









60 15 14 , 3

4 m

kc

Q

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:











60 20 15 14 , 3

4 m

kc

Q

Vận tốc khí trong ống dẫn v = 10 – 20 m/s, chọn vkhí = 15 m/s

 Chọn ống inox D = 50mm