1.3.7. Bể Aeroten hoạt động theo mẻ (SBR)
Bể hoạt động gián đoạn (sequencing batch reactor) là hệ xử lý nước thải với bùn hoạt tính kiểu làm đầy và xả cặn. Bể gồm năm quá trình chính là: Làm đầy, phản ứng, lắng – làm trong, xả cặn, ngừng.
>>>Bài liên quan: tính toán thiết kế bể SBR
Các thông số đầu vào :
– Lưu lượng nước thải QhTB = 4673,88 m3/ngđ = 194,75 m3/h
– Hàm lượng BOD đầu vào BOD5 (vào) = 314,1 mg/l
– Cặn lơ lửng đầu vào LSSvào= 132,5 mg/l (cặn có thể phân hủy sinh học)
– Hàm lượng COD đầu vào COD = 280 mg/l
– Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính XTSS = 3500 mg/l (Trang 202- [10])
– Chỉ số SVI: Giá trị SVI nằm trong khoảng 100-150 (ml/g), giá trị SVI cao hơn 150 nghĩa là bùn lắng không tốt. Giá trị này chọn là 120 ml/g. (Trang 202- [10])
– Tỷ lệ F/M = 0,1 gr BOD5/l gr bùn hoạt tính lơ lửng MLVSS (qui phạm từ 0,1-0,2) (Theo bảng 5.1-[9])
– Độ tro của cặn Z = 0,3 (thường từ 0,2 – 0,3) hay cặn bay hơi bằng 0,7 cặn lơ lửng.
– Hệ số động học Y=0,6 gr/gr và Kd = 0,05 ngày-1 (Theo trang 431-[8])
Các thông số đầu ra:
Bảng 1.4: Các thông số đầu ra aeroten hoạt động theo mẻ
Thông số |
Đầu vào bể SBR (mg/l) |
Hiệu suất xử lý
(%) |
Đầu ra bể SBR
(mg/l) |
COD |
280 |
65 |
99 |
BOD5 |
314,1 |
84,3 |
49,5 |
SS |
132,5 |
25,3 |
99 |
1.3.7.1. Xác định chu kỳ vận hành của bể SBR
– Ta xây dựng 4 bể SBR. Giả sử 1 mẻ hoạt động là 12 h
– Ta có : Tc= Tf + Ta+Ts+Td+Ti = 12 h
Trong đó:
Bảng 1.5: Giờ vận hành bể SBR
Tc Thời gian tổng cộng của quá trình
Tf Thời gian làm đầy
Ta Thời gian phản ứng
Ts Thời gian lắng tĩnh
Td Thời gian rút nước
Ti Thời gian chờ |
Tc= 12 h
Tf = 3 h
Ta = 5,2 h
Ts = 2 h
Td =1,8 h
Ti = 0 h |
– Số mẻ một bể hoạt động trong một ngày: n = 24/12 = 2 mẻ/bể
– Số chu kỳ cả 4 bể hoạt động trong một ngày: n = 4 bể x 2 mẻ/bể = 8 (mẻ)
– Thể tích phần lấp đầy cho một chu kỳ: VF = 4673,88 / 8 = 584,24 (m3)
1.3.7.2. Xác định kích thước bể
Ta có : Tổng lượng SS dòng vào = Tổng lượng SS sau lắng: VTX = VSXS
Trong đó:
VT : Tổng lưu lượng của 1 bể , m3
X : Nồng độ MLSS trong dòng vào, X = 3500 mg/l
VS : Thể tích bùn lắng sau khi rút nước, m3
XS : Nồng độ MLSS trong bùn lắng, mg/l
Xs = 1/SVI = 1/120 = 6,66 ×10-3 g/ml= 8333,33 (g/m3)
– Ta có tỉ số
– Để đảm bảo SS không ra khỏi bể khi gạn nước, ta tính thêm 20 %: = 0,5
– Ta có : VT = VF + VS Þ Þ = 0,5
Chọn = 0,5 Þ VT = 1168,5 (m3)
– Chiều sâu hoạt động bể SBR: H = 4 m
– Chiều sâu xây dựng của bể SBR: Htc = H + hbv
Trong đó: hbv : chiều cao bảo vệ, hbv = 1 m
Þ Htc = 4 + 1 = 5 (m)
– Diện tích mặt bằng bể : F= 292,13 (m2)
– Chọn kích thước bể : B x L = 17,1 m x 17,1 m = 292,41 (m2)
– Chiều sâu rút nước hF = 50%H = 2 (m)
– Chiều cao phần chứa bùn: hb = 42% H = 0,42x 4 = 1,68 (m)
– Chiều cao an toàn của lớp bùn : han toàn = 8% x 4 = 0,32 (m)
– Thể tích phần chứa bùn :
VS = 0,42 x VT = 0,42 x 1168,5 = 490,77 (m3)
– Thời gian lưu nước tổng cộng của cả 4 bể: t = 1ngày
1.3.7.3. Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong nước đầu ra:
Hàm lượng BOD5 đầu ra 49,5 mg/l xả ra nguồn tiếp nhận, cặn lơ lửng 80 mg/l (trong đó 65% là cặn hữu cơ BOD20 ). Hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học theo BOD20 trong tế bào bằng 1,42 nồng độ tế bào đã chết (Hay là hệ số chuyển đổi tế bào sang COD) (Trang 431-[8]). Nước thải có đủ N, P và vết các kim loại cần thiết cho tế bào phát triển.
LBOD5 đầu ra = LBOD5 hoà tan + LBOD5 chứa trong cặn lơ lửng = 49,5 mg/l
– Hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học theo BOD20 chứa trong 80 mg/l cặn lơ lửng đầu ra:
+ LBOD20 chứa trong cặn lơ lửng= 0,65 x 80 = 52 mg/l
+LBOD20 khi bị oxy hoá hết chuyển thành cặn tăng lên 1,42 lần (1 mg BOD5 tương đương 1,42 mg O2): 1,42 x 52 = 73,84 mg/l
+ Lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra:
LBOD5 chứa trong cặn lơ lửng = 0,68 x 73,84 = 35,44 mg/l
à Lượng chất hữu cơ theo BOD5 hoà tan khi ra khỏi bể:
LBOD5 hoà tan = 49,5 – 35,44 =14,06 mg/l
1.3.7.4. Xác định nồng độ bùn hoạt tính cần thiết để duy trì trong bể
– Thể tích mỗi ngăn SBR:
(m3) (Công thức 5.28-trang 128-[9 ])
Trong đó:
X: Nồng độ bùn hoạt tính, mg/l
V: Thể tích 1 bể SBR, m3
F/M: Tỷ lệ BOD5 có trong nước thải và bùn hoạt tính, F/M = 0,1grBOD5/1gr bùn hoạt tính.
Q: Lưu lượng cần xử lý 1 mẻ
So :LBOD5 đầu vào
è Nồng độ bùn hoạt tính trong bể: 1570,5 (mg/l)
– Hàm lượng chất hữu cơ bay hơi trong cặn lơ lửng đầu vào:
65% x LSS = 0,65 x 132,5 = 86,125 (mg/l)
– Nồng độ bùn cặn thực trong bể: X1 = Xcặn vô cơ + X / 0,7
è X1 = (132,5 – 86,125) + 1570,5 / 0,7 = 46,375 + 2243,6 = 2290 (mg/l)
– Khối lượng bùn hoạt tính cần có trong bể ( không xả đi):
Gbùn= V × X = 1168,5 × 1570,5 × 10-3 = 1835,13 (kg)
– Khối lượng bùn cặn trong bể: Go = 1168,5 x 2290 x 10-3= 2675,87 (kg)
1.3.7.5. Tính thể tích bùn trước khi xả
– Chọn thời gian lưu bùn là 25 ngày. Mỗi bể làm việc 2 mẻ/ngày, nên sau 25 ngày thì mỗi bể làm việc 50 mẻ.
– Ta có lượng bùn trong bể trong mẻ thứ n là: (kg)
Trong đó:
G0 : Lượng bùn cần duy trì trong bể sau mỗi lần xả, G0= 2675,87 kg
Px : Lượng bùn sinh ra trong mẻ thứ n, kg
SS : Lượng cặn hữu cơ đi vào bể mỗi mẻ, kg
Pxn =Y (So – S)Q – Kd.Gn-1
Trong đó:
Y : Hệ số động học = 0,5 mg/mg
So : Lượng BOD5 đầu vào: So = 314,1 mg/l
S : Lượng BOD5 hoà tan khi ra khỏi bể: S = 14,06 mg/l
Kd = 0,05 ngày-1
Gn-1 : Nồng độ bùn hoạt tính trong bể ở mẻ trước.
– Mẻ thứ nhất:
Px1= 0,6 × (314,1 – 14,06) × 584,24 ×10-3 – 0,05 × 1835,13 = 13,42 (kg)
SS1 = (132,5 – 86,125) × 584,24 × 10-3 = 27,1 (kg)
Tổng bùn cặn sau mẻ thứ nhất :
G1 = Go + Px1/0,7 + SS1 = 2675,87 + 13,42/0,7 + 27,1 = 2722,1 (kg)
Lượng bùn cần xả sau mẻ 1:
Gxả = G1 – Go = 2722,14 – 2675,87 = 46,27 (kg)
– Mẻ thứ hai:
Px2 = 0,6 × (314,1 – 14,06) × 584,24 × 10-3 – 0,05 × (1835,13 + 13,42) = 12,75 (kg)
G2 = G1 + Px2/0,8 + SS1 = 2722,14 + 12,75/0,7 + 27,1 = 2767,46 (kg)
– Tính toán tương tự cho các mẻ tiếp theo.
1.3.7.6. Chiều cao bùn trong bể
– Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng xuống có hàm lượng chất rắn 10 g/l và khối lượng riêng là 1,008 kg/lit. (Trang 434-[8])
– Thể tích bùn trong mẻ thứ n: Vbùn = Gn/(1,008 x10) (m3)
– Chiều cao bùn trong bể: hb= Vbùn/Fbể
Bảng 1.6: Thông số bùn trong từng mẻ
Số mẻ |
Q (m3) |
Gn-1 (kg) |
SSn |
S0 |
S |
Gb |
Kd |
Y |
Px (kg) |
G (kg) |
Vb (m3) |
Diện tích bể (m2) |
Chiều cao bùn (m) |
(kg) |
mg/l |
mg/l |
kg |
Mẻ 1 |
584.24 |
2675.9 |
27.1 |
314.1 |
14.06 |
1835.13 |
0.05 |
0.6 |
13.42 |
2722.14 |
270.05 |
292.13 |
0.92 |
Mẻ 2 |
584.24 |
2722.14 |
12.75 |
2767.46 |
274.55 |
0.94 |
Mẻ 3 |
584.24 |
2767.46 |
12.78 |
2812.82 |
279.05 |
0.96 |
Mẻ 4 |
584.24 |
2812.82 |
12.78 |
2858.18 |
283.55 |
0.97 |
Mẻ 5 |
584.24 |
2858.18 |
12.78 |
2903.54 |
288.05 |
0.99 |
Mẻ 6 |
584.24 |
2903.54 |
12.78 |
2948.90 |
292.55 |
1.00 |
Mẻ 7 |
584.24 |
2948.90 |
12.78 |
2994.26 |
297.05 |
1.02 |
Mẻ 8 |
584.24 |
2994.26 |
12.78 |
3039.62 |
301.55 |
1.03 |
Mẻ 9 |
584.24 |
3039.62 |
12.78 |
3084.97 |
306.05 |
1.05 |
Mẻ 10 |
584.24 |
3084.97 |
12.78 |
3130.33 |
310.55 |
1.06 |
Mẻ 11 |
584.24 |
3130.33 |
12.78 |
3175.69 |
315.05 |
1.08 |
Mẻ 12 |
584.24 |
3175.69 |
12.78 |
3221.05 |
319.55 |
1.09 |
Mẻ 13 |
584.24 |
3221.05 |
12.78 |
3266.41 |
324.05 |
1.11 |
Mẻ 14 |
584.24 |
3266.41 |
12.78 |
3311.77 |
328.55 |
1.12 |
Mẻ 15 |
584.24 |
3311.77 |
12.78 |
3357.13 |
333.05 |
1.14 |
Mẻ 16 |
584.24 |
3357.13 |
12.78 |
3402.49 |
337.55 |
1.16 |
Mẻ 17 |
584.24 |
3402.49 |
12.78 |
3447.85 |
342.05 |
1.17 |
Mẻ 18 |
584.24 |
3447.85 |
12.78 |
3493.21 |
346.55 |
1.19 |
Mẻ 19 |
584.24 |
3493.21 |
12.78 |
3538.57 |
351.05 |
1.20 |
Mẻ 20 |
584.24 |
3538.57 |
12.78 |
3583.93 |
355.55 |
1.22 |
Mẻ 21 |
584.24 |
3583.93 |
12.78 |
3629.29 |
360.05 |
1.23 |
Mẻ 22 |
584.24 |
3629.29 |
12.78 |
3674.65 |
364.55 |
1.25 |
Mẻ 23 |
584.24 |
3674.65 |
12.78 |
3720.01 |
369.05 |
1.26 |
Mẻ 24 |
584.24 |
3720.01 |
12.78 |
3765.37 |
373.55 |
1.28 |
Mẻ 25 |
584.24 |
3765.37 |
12.78 |
3810.73 |
378.05 |
1.29 |
Mẻ 26 |
584.24 |
3810.73 |
12.78 |
3856.09 |
382.55 |
1.31 |
Mẻ 27 |
584.24 |
3856.09 |
12.78 |
3901.45 |
387.05 |
1.32 |
Mẻ 28 |
584.24 |
3901.45 |
12.78 |
3946.81 |
391.55 |
1.34 |
Mẻ 29 |
584.24 |
3946.81 |
12.78 |
3992.16 |
396.05 |
1.36 |
Mẻ 30 |
584.24 |
3992.16 |
12.78 |
4037.52 |
400.55 |
1.37 |
Mẻ 31 |
584.24 |
4037.52 |
12.78 |
4082.88 |
405.05 |
1.39 |
Mẻ 32 |
584.24 |
4082.88 |
12.78 |
4128.24 |
409.55 |
1.40 |
Mẻ 33 |
584.24 |
4128.24 |
12.78 |
4173.60 |
414.05 |
1.42 |
Mẻ 34 |
584.24 |
4173.60 |
12.78 |
4218.96 |
418.55 |
1.43 |
Mẻ 35 |
584.24 |
4218.96 |
12.78 |
4264.32 |
423.05 |
1.45 |
Mẻ 36 |
584.24 |
4264.32 |
12.78 |
4309.68 |
427.55 |
1.46 |
Mẻ 37 |
584.24 |
4309.68 |
12.78 |
4355.04 |
432.05 |
1.48 |
Mẻ 38 |
584.24 |
4355.04 |
12.78 |
4400.40 |
436.55 |
1.49 |
Mẻ 39 |
584.24 |
4400.40 |
12.78 |
4445.76 |
441.05 |
1.51 |
Mẻ 40 |
584.24 |
4445.76 |
12.78 |
4491.12 |
445.55 |
1.53 |
Mẻ 41 |
584.24 |
4491.12 |
12.78 |
4536.48 |
450.05 |
1.54 |
Mẻ 42 |
584.24 |
4536.48 |
12.78 |
4581.84 |
454.55 |
1.56 |
Mẻ 43 |
584.24 |
4581.84 |
12.78 |
4627.20 |
459.05 |
1.57 |
Mẻ 44 |
584.24 |
4627.20 |
12.78 |
4672.56 |
463.55 |
1.59 |
Mẻ 45 |
584.24 |
4672.56 |
12.78 |
4717.92 |
468.05 |
1.60 |
Mẻ 46 |
584.24 |
4717.92 |
12.78 |
4763.28 |
472.55 |
1.62 |
Mẻ 47 |
584.24 |
4763.28 |
12.78 |
4808.64 |
477.05 |
1.63 |
Mẻ 48 |
584.24 |
4808.64 |
12.78 |
4853.99 |
481.55 |
1.65 |
Mẻ 49 |
584.24 |
4853.99 |
12.78 |
4899.35 |
486.05 |
1.66 |
Mẻ 50 |
584.24 |
4899.35 |
12.78 |
4944.71 |
490.55 |
1.68 |
– Theo kết quả tính ta thấy: chiều cao bùn sau 25 ngày (chu kì xả bùn) là 1,68 m tương ứng là 4944.71 kg bùn, chiếm 490.55 m3
– Lượng bùn cần duy trì trong bể là G0 = 2675,87 (kg)
à Lượng bùn xả Gbx = (4944.71-2675,87) x 4 bể = 9075,38 (kg)
– Thể tích bùn cần xả ra mỗi 25 ngày:
Vbx = G / (1,008 × 10) = 9075,38 / (1,008 × 10) = 900,34 (m3)
– Chiều cao phần nước trong đã lắng trên lớp bùn: hn = 4 – 1,68 =2,32 m
– Chiều sâu rút nước đã tính toán: hF = 50% × H = 2 (m)
– Như vậy nếu sau 25 ngày xả một lần:
+ Chiều cao lớp nước đã lắng trên mặt bùn ngày thứ 25: 2,32 m
+ Chiều cao lớp nước trong xả đi từng đợt: 2 m
+ Phần nước trong dự trữ dưới ống rút nước để khỏi kéo cặn: h dự trữ= 2,32 – 2 = 0,32 m
1.3.7.6. Tính lượng oxy cần thiết để khử LBOD5 cho một mẻ
– Lưu lượng không khí đơn vị tính bằng m3 để làm sạch 1m3 nước thải:
(m3/m3).
Trong đó:
Z: Lưu lượng oxy của không khí, đơn vị tính bằng mg để giảm 1mg BOD5.Với bể Aerôten làm sạch không hoàn toàn thì z = 0,9 (mg/mg).
La, Lt: LBOD5 của nước thải trước và sau xử lý.
k1: Hệ số kể đến kiểu thiết bị nạp khí. Theo bảng 47-[2], thiết bị phân tán khí dạng tạo bọt khí nhỏ. Ta có k1 = 2, Imax = 50 m3/m2.h ứng với f/F = 0,5.
k2: Hệ số kể đến chiều sâu đặt thiết bị. Theo bảng 48-[2], ta có k2=2,52, Imin = 3,5 m3/m2.h với h = 4 m (Chọn h = 3 m theo 6.15.16-[II]).
n1: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải.
n1 = 1 + 0,02. (ttb – 20) = 1 + 0,02. (37,5 – 20) = 1,35.
n2: Hệ số kể đến mối quan hệ giữa tốc độ hòa tan của oxy vào hỗn hợp nước và bùn với tốc độ hòa tan của oxy trong nước sạch. Đối với nước thải sản xuất, lấy n2 = 0,7 (Điều 8.16.13-[2]).
Cp: Độ hoà tan ôxy của không khí vào trong nước:
Ct: Độ hoà tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Được xác định theo bảng 3-33-[8]. Theo đó ứng với nhiệt độ 37,5oC và áp suất khí quyển 760 mm thủy ngân, ta có CT = 33,975 (mg/l).
C: Nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten (mg/l) lấy bằng 2 mg/l.
à1,3 (m3/m3).
– Xác định cường độ nạp khí: (m3/m2.h)
Trong đó:
HA: Chiều sâu làm việc của Aeroten, H= 4 m.
ta : Thời gian nạp khí cho Aeroten, ta = 5,2 h.
(m3/m2.h).
Ta có: IA = 1 (m3/m2.h) < Imin = 3,5 (m3/m2.h). Như vậy cần phải tăng thêm lưu lượng không khí để đạt giá trị Imin.
(m3/m3).
– Lưu lượng không khí cần cấp cho 1mẻ:
(m3/h) = 0,74 m3/s = 44400 (l/phút)
– Hệ thống phân phối khí được bố trí trên thành bể rồi chạy dọc theo thành bể xuống đáy bể với các ống nhánh. Ống chính được đặt trên thành bể với lưu lượng khí thổi vào Qch = 0,74 m3/s.
– Chọn trên ống chính gồm 20 ống nhánh, khoảng cách giữa tâm 2 ống nhánh liên tiếp là L/24 = 17,1 / 20 = 0,855m.
– Lưu lượng vào mỗi ống nhánh là: qn = Qch/15 = 0,74/20 = 0,037 m3/s.
– Chọn thiết bị phân phối khí loại đĩa sứ, bố trí dạng lưới với lưu lượng khí là 11 – 96 l/phút.cái. Chọn lưu lượng 50 l/phút.cái. (Bảng 9.8-[8])
– Suy ra số đĩa sứ cần dùng trong một mẻ một bể là: Qch / 50 = 44400/50 = 888 cái
– Số đĩa trên một nhánh: 888/20 = 44 đĩa trên 12 nhánh và 8 nhánh còn lại mỗi nhánh 45 đĩa.
– Khoảng cách giữa các đĩa trên một nhánh là 17,1 / 44 = 0,39 m.
– Lưu lượng vào ống chính là Qch = 0,74 m3/s và vận tốc từ (9 15m/s), chọn đường kính D = 250mm. (Bảng 9.9-[8])
– Tiết diện ống chính : m2
– Ta có, vận tốc khí đi trong ống : v = Qch/S = 0,74/0,05 = 14,8 m/s (9 15) m/s
– Lưu lượng vào mỗi ống nhánh là qn = 0,037 m3/s, với vận tốc từ (6 9 m/s), chọn đường kính ống nhánh d = 75mm, v = 8,3 m/s.