Tính Toán Bể SBR

Giới Thiệu Bể SBR

Bể SBR (Sequencing Batch Reactor) hay còn gọi là Bể phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử lý nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một kết cấu. Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ và nitơ cao. Để tính toán bể SBR cần hiểu rõ cơ chế hoạt động của bể để tính toán chính xác và phù hợp với thực tế vận hành.

Cơ Chế Hoạt Động Của Bể SBR

Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình.
Làm đầy nước thải,  Phản ứng,  Làm tĩnh,  Chắt nước,  Xả bùn hoạt tính;
Trong đó quá trình phản ứng hay còn gọi là quá trình tạo hạt (bùn hạt hiếu khí), quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm chất nền trong nước thải đầu vào.
Nói chung, công nghệ SBR đã chứng tỏ được là một hệ thống xử lý có hiệu quả do trong quá trình sử dụng ít tốn năng lượng, dễ dàng kiểm soát các sự cố xảy ra, xử lý với lưu lượng thấp, ít tốn diện tích rất phù hợp với những trạm có công suất nhỏ, ngoài ra công nghệ SBR có thể xử lý với hàm lượng chất ô nhiễm có nồng độ thấp hơn.

Chu trình SBR

Thông thường không gây vướng cho các bọt khí mịn ra khỏi màng đĩa phân phối được dùng cung cấp nhu cầu oxy từ máy thổi khí cho sự sinh trưởng của vi khuẩn. Tốc độ quay chậm của quạt gió và của thiết bị trộn chìm được xem như cách thay đổi luân phiên khác của thiết bị thổi khí cho quy trình SBR.
Quy trình thay đổi luân phiên trong bể SBR không làm mất khả năng khử COD trong khoảng 90 – 92%. Ví dụ, phân hủy yếm khí, quá trình tiếp xúc yếm khí, lọc yếm khí, lọc tiếp xúc, lọc sinh học nhỏ giọt hay các bể bùn hoạt tính truyền thống khác chỉ có thể khử được BOD khoảng 50 – 80%. Vì vậy, việc thay đổi luân phiên được theo sau giai đoạn khác như hệ thống truyền khí hay hệ thống oxy hòa tan.

Hình 2 3 Bể SBR ngoài thực tế

Các Giai Đoạn Xử Lý Sinh Học Bùn Hoạt Tính Theo Mẻ (SBR)

Quy trình hoạt động gồm 5 giai đoạn cơ bản:

Giai đoạn 1: Làm đầy nước thải (Fill – mix)
Ở giai đoạn này nước thải được dẫn vào bể và đường ống cấp khí có thể mở và có thể đóng. Thời gian làm đầy bể chiếm 25% của một mẻ xử lý

Giai đoạn 2: Phản ứng (react)

Ở giai đoạn này bể được sục khí liên tục (van ở ống cấp khí luôn mở). Trong giai đoạn này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm soát các thông số đầu vào như: DO, BOD, COD, N, P, cường độ sục khí, nhiệt độ, pH… để có thể tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này. Quá trình oxy hóa sinh hóa xảy ra như ở bể Aeroten thông thường, thời gian ở giai đoạn này chiếm 35%. Bể này chứa các vi khuẩn hiếu khí có khả năng phân hủy chất hủy cơ, các vi khuẩn được cung cấp đủ lượng oxy cần thiết cho quá trình phân hủy hiếu khí bằng các thiết bị sục khí.
Trong giai đoạn này diễn ra các phản ứng sinh hóa theo các phương trình sau:

– Quá trình oxy hóa (hay dị hóa):

– Quá trình tổng hợp (đồng hóa):
Ghi chú: C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn.

Giai đoạn 3: Lắng tĩnh (Settle)

Ở giai đoạn này bể làm việc như bể lắng thứ cấp (bể lắng đợt 2) nhưng ở trạng thái tĩnh do đó xảy ra điều kiện thiếu khí và có khả năng khử được nitơ có trong nước thải bằng quá trình khử nitrat. Thời gian lắng chiếm 20%.
Trong điều kiện thiếu oxy, các loại vi khuẩn khử nitrat denitrificans (dạng kỵ khí tùy tiện) sẽ tách oxy của nitrat va nitrit để oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ phân tử tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.

Quá trình chuyển hóa:

NO3-→ NO2- → NO → N2O → N2 (NO, N2O, N2 dạng khí)
Trong bể SBR, chúng ta có thể tạo được giai đoạn thiếu khí để khử nitrat sinh ra từ quá trình nitrat hóa. Có xuất hiện thêm những vi khuẩn khử nitrat, các vi khuẩn này sẽ chuyển hóa nitrat thành nitrit, và sau đó chuyển nitrit thành các khí bay hơi ra khỏi nước thải.
Quá trình nitrát hóaTổng phản ứng oxy hóa amoni:

 

 

Quá trình khử nitrat:

Giai đoạn 4: Chắt nước (Decant)

Phần nước trong sau khi lắng được chắt nước ra (lấy nước ra) nhờ thiết bị chắt nước tự động (decantơ) và thiết bị này sẽ tự động dừng chắt nước ở tại mực nước an toàn không lôi kéo bùn lắng theo. Ở giai đoạn này các van nước và khí đều đóng và thời gian hoạt động chiếm 15%.

Giai đoạn 5: xả bùn hoạt tính (Idle)

Thực hiện xả bùn hoạt tính (thời gian 5%) nhưng giữ lại một phần bùn trong bể như lượng bùn hoàn lưu trong bể Aeroten truyền thống. Các van nước và khí đều đóng và chu kỳ (mẻ) mới sẽ được bắt đầu.
Lưu ý:
Số lượng tối thiểu của loại bể này ít nhất không nhỏ hơn 2.

Cách Tính Toán Bể SBR

Chúng tôi giới thiệu đến các bạn cách tích toán bể SBR, cách tính các thông số chi tiết, với các thông số đầu vào và yêu cầu chuẩn đầu ra của bể SBR như sau:

Công suất thiết kế:

Q = 2000 m3/ngđ
BOD5 = 217,6 mg/l
COD = 265 mg/l
SS = 16,3 mg/l
Các thông số đầu ra:
Nước thải đầu ra đáp ứng cột A theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT
BOD5 ≤ 30 mg/l
COD ≤ 75 mg/l
SS ≤ 50 mg/l

Các thông số vận hành:

Nồng độ bùn họat tính ở đầu vào bể Xo = 0 mg/l
BOD5=0,68 BOD20
Nồng độ bùn họat tính được duy trì trong bể X = 2000 – 5000 mg/l
chọn X =3500 mg/l
tỉ số F/M = 0,05 – 0,3 ngày -1
Độ tro của cặn z = 0,3
Tỷ số MLVSS : MLSS = 0,68
Hàm lượng cặn lơ lửng đầu ra SS=50mg/l trong đó 65% cặn lơ lửng là cặn hữu cơ phân hủy
1 g chất rắn phân hủy sinh học = 1,42g BOD20
Thời gian lưu bùn c= 10 – 30 ngày,chọn 15 ngày.
Chỉ số thể tích bùn SVI = 150 ml/g
Nhiệt độ nước thải là 25oC
Nồng độ cặn đuợc cô đặc trong phần chứa bùn phía duới bể = 8000 mg/l (trong đó 0,8 × 8000 = 6400 mg/l là nồng độ của bùn hoạt tính )

Các Thông Số Sinh Học Cần Khi Tính Toán Bể SBR

Hệ số năng suất: Y=0,6 mgVSS/mgBOD5;
Hệ số phân hủy nội bào: Kd=0,06 ngay-1.
Số bể: 2 bể
Trong nước thải có đầy đủ N, P và các kim lọai cần thiết cho sự phát triển của tế bào
Tỷ trọng cặn =1,02.
Nồng độ cặn lắng trung bình dưới đáy bể XS=10000 mg/l.

Xác Định Dữ Liệu Về Thành Phần Nước Thải Đầu Ra Khi Tính Toán Bể SBR

Ta có:
BOD5 đầu ra = BOD5 hòa tan + BOD5 trong cặn lơ lửng
(Tính toán thiết kế các công trình xử lý nuớc thải, Trịnh Xuân Lai, trang 136 )
Lượng BOD20 có trong cặn lơ lửng ra khỏi bể:
0,65 x 30 = 19,5 mg/l
Lượng BOD20 của chất rắn bị phân hủy sinh học ở đầu ra:
1,42 x 19,5 = 27,69 mg/l.
Lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra:
0,68 x 27,69 = 18,83mg/l.
Lượng BOD5 hòa tan còn lại trong nước khi ra khỏi bể phản ứng:
30 – 18,83 = 11,17mg/l.
Hiệu quả làm sạch theo BOD5 hòa tan:
( Lương Đức Phẩm – Công nghệ XLNT bằng biện pháp Sinh hoc, NXB Giáo dục, trang 164)

Xác Định Thời Gian Họat Động Cho 1 Chu Kỳ

Tổng thời gian trong 1 chu kỳ:
Tc = tF + tA + tS + tD + tI
( Nguồn : Waste water engineering treatment and reuse,tr 731 )
Chúng ta phải sử dụng tối thiểu 2 bể để khi một bể làm đầy với :
Thời gian làm đầy tF
Thời gian sục khí tA
Thời gian lắng tS
Thời gian tháo nước trong tD.
Ta có tF = tA + tS +tD
Chọn thời gian cho từng pha:
Pha sục khí: tA = 1,5h
Pha lắng: tS = 1h
Pha tháo nước trong: tD = 0,5h
Pha chờ: tI = 0
tF = 1,5 + 1 +0,5 = 3h cho mỗi bể.
Tc = tF + tA + tS + tD + tI = 6,0 h
Số chu kỳ thực hiện trong 1 ngày:

Chọn bể SBR gồm 2 đơn nguyên, khi đơn nguyên này làm đầy thì đơn nguyên khác đang phản ứng.
Vậy tổng số chu kỳ làm đầy trong 1 ngày:
N = 2 × n = 2 × 4 = 8 (chu kỳ/ngày)

Tính Toán Bể SBR – Xác Định Thể Tích Của Bể

 

 

 

 

 

 

 

Trong đó:
VT: tổng thể tích, m3
VS: thể tích lắng sau khi tháo nước trong, m3
X: nồng độ MLSS ở thể tích đầy VF, g/m3, X=3500g/m3
XS: nồng độ MLSS ở thể tích lắng, g/m3

 

 

 

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

 

 

 

 

 

Chọn chiều cao của bể: h = 5m
Diện tích mỗi bể:
S = V/H = 625/5 = 125m2
Chọn bể hình chữ nhật cạnh D x R = 10m x 12,5m
Chọn chiều cao bảo vệ của bể: hbv=0,5m
Kích thước mỗi bể: D × R × h = 10m × 12,5m × 5,5m =687,5m3
Chiều sâu rút nước trong = 30% h = 1,5m
Thời gian lưu nước trong suốt quá trình:

Tính Toán Lượng Bùn Phát Sinh

Tốc độ tăng trưởng của bùn:

Lượng bùn họat tính sinh ra do khử BOD5 trong 1 ngày:

Lượng cặn lơ lửng sinh ra do khử BOD5 trong 1 ngày:

Xác Định Thể Tích Cặn Xả Bỏ Mỗi Ngày

Tổng lượng cặn sinh ra mỗi ngày:

Tổng lượng cặn dư cần xử lý:

Thể tích cặn chiếm chỗ sau 1 ngày:

( Thể tích bùn choán chỗ đến khi cô dặc là 8000mg/l = 8 kg/m3,tỉ trọng của bùn = 1,02 )
Chiều cao cặn lắng trong bể

Thể tích bùn phải xả 1 bể (để lại 20%):

Xét tỉ số:

Như vậy 3,4% < 40%, thỏa yêu cầu của thông số vào.
Kiểm tra tỉ số:

Nằm trong khoảng cho phép (đối với bể SBR tỷ số F/M = 0,05/ 0,3 ngày-1)

Lượng Không Khí Cần Cung Cấp Khi Tính Toán Bể SBR

Lượng oxy lý thuyết cần cung cấp:

Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:

(Lương Đức Phẩm – Công nghệ XLNT bằng biện pháp Sinh hoc, NXB Giáo dục, trang 174)

Chọn:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tính Toán Bể SBR – Tinh Toán Các Thiết Bị Phụ 

Tính toán máy thổi khí
Mỗi bể hoạt động 4 chu kỳ/ngày, mỗi chu kỳ thời gian sục khí là 1,5h, do đó lượng O2 cần cung cấp trong 1h cấp khí ở 1 bể là:

Lượng không khí cần thiết :Giả sử không khí chứa 23% trọng lượng là oxi,hiệu suất chuyển hóa oxi là 9%, trọng lượng riêng không khí 1,2 kg/m3, lượng không khí cần cung cấp:
Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn

Qkk không thuộc khoảng cho phép ( 20 – 40 lit/m3.phút ).
Nên ta chọn Qkk = 25lít/m3.phút
Lượng không khí cần thiết cho quá trình:
MKK= 25lít/m3.phút × 625m3 =15625 lit/phut= 15,625 m3/phút =0,26m3/s
Chọn loại thiết bị phân phối khí dạng đĩa có lưu lượng khí q = 12m3/h = 200 lit/phut, vậy số lượng đĩa cần đặt vào bể:

Chọn 80 đĩa.

Vậy 2 bể SBR cần đặt 160 đĩa phân phối khí.

Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo công thức:

Htc = (hd + hc) + hf + H
Trong đó:
hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn
hc: Tổn thất áp lực cục bộ, m
hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, m
H: Chiều cao hữu ích của bể SBR, H = 5 m
Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0.4m, tổn thất hf không vượt quá 0.5m, do đó áp lực cần thiết là:
Htc = 0.4 + 0.5 + 5 = 5.9 m
Áp lực không khí sẽ là

Công suất máy thổi khí tính theo công thức sau:

Trong đó
Qkk: Lưu lượng không khí, qkk = 0.26m3/s
n: Hiệu suất máy thổi khí, n = 0.7 – 0.9, chọn n = 0.8
k: Hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế thực tế, chọn n = 2.

Chọn máy thổi khí : Chọn 2 máy cho 1 bể.

Hình 5.6.7 : Máy thổi khí

Máy thổi khí được nối với 1 ống chính và 8 ống nhánh, mỗi ống nhánh lắp 10đĩa.

Vận tốc khí trong ống vkk= 10 – 15 m/s ,có thể chọn vkk = 15 m/s.
Đường kính ống chính

Chọn ống sắt tráng kẽm có Φ168
Đường kính ống nhánh

Chọn ống sắt tráng kẽm có Φ 60

Tính Toán Đường Ống Dẫn Nước vào Và Ra Khỏi Bể

Vận tốc nước chảy trong ống v = 0,7 – 1,5 m/s. chọn v = 1 m/s
Lưu lượng tính toán 250 m3/ngày
Đường kính ống vào

Chọn ống kẽm Φ 60.
Đường kính ống ra
Vì thể tích nước được tháo ra = 250m3, thời gian tháo nước là 0,5h nên lưu lượng thao nước ra sẽ là 500m3/h

Chọn ống kẽm Φ 90

Tính Toán Đường Ống Xả Bùn

Chọn xả bùn mỗi ngày
Thể tích bùn trong 1 ngày = 7,8m3. Chọn xả bùn không lien tục, thời gian xả bùn cho mỗi chu kỳ là 5 phút
Lưu lượng bùn xả trong mỗi chu kỳ hoạt động

Chọn vận tốc bùn chảy trong ống là 0,5m/s
Đường kính ống xả bùn:

Chọn ống kẽm Φ 141

Tính Toán Máy Bơm Từ Bể Trung Gian Sang Bể SBR

Lưu lượng mỗi bơm Q = 250m3, cột áp của bơm H = 10m.

 

 

 

 

 

 

 

Công suất thực N = 0,59× 1,2 =1,2kW

Hình 5.6.8 : Bơm FC300T

Tính Toán Bơm Xả Bùn

Lưu lượng bơm Qw = 0,065m3/s
Chiều cao cột áp H= 5m

 

 

 

 

 

 

 

Hình 5.5 : Máy bơm Series RA

Thiết Bị Thu Nước Trong

Mỗi bể gồm 2 Decanter được nối với 1 ống thông ra ngoài, chọn decanter có công suất 250m3/h

Uư điểm của Bể SBR

– Xử lý hiệu quả các chất hữu cơ có trong nước thải
– Hiệu quả xử lý chất ô nhiễm cao
– Khả năng khử được nitơ và photpho cao
– Phù hợp hệ thống xử lý nước có công suất nhỏ
– Tiết kiệm được diện tích
– Chế độ hoạt động có thể linh động theo nước đầu vào
– Không cần thiết kế thêm bể lắng đợt 2 riêng biệt so với bể Aeroten
– Dễ dàng kiểm soát các sự cố xảy ra

Nhược điểm của Bể SBR

– Cần người vận hành có trình độ, cách vận hành phức tạp
– Khó khăn trong lập trình điều khiển hệ thống tự động
– Nước thải ra có khả năng cuốn theo bùn khó lắng, váng nổi…
– Hệ thống thổi khí dễ bị nghẹt bùn
– Thích hợp cho lưu lượng nước thải nhỏ

Để hiểu thêm về tính toán thiết kế bể aerotank, ứng dụng vận hành bể, hay xử lý các sự cố trong quá trình vận hành.

vui lòng liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí.