TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SBR

Cung cấp các bước tính toán chi tiết thông số kích thước của công nghệ SBR trong hệ thống xử lý nước thải.

Thêm vào giỏ hàng

Chi tiết sản phẩm

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SBR

Công nghệ SBR là gì?
Các chỉ tiêu thiết kế công nghệ SBR
Các thông số tính toán được lựa chọn trong công nghệ SBR
Tính toán chi tiết công nghệ SBR
Kết luận

Công nghệ SBR là gì?

Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor) hay còn gọi là bể phản ứng theo mẻ nghĩa là nước thải sẽ được đưa và bể phản ứng liên tục theo mẻ, được xử lý và sau đó được rút ra ngoài bể chứa. SBR là một trong những công nghệ xử lý hiếu khí, xử lý nước thải dựa trên bùn hoạt tính nhưng quá trình sục khí và lắng diễn ra trong cùng một bể. Do vậy, công nghệ SBR được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải y tế và nước thải từ nhiều ngành công nghiệp khác nhau, phù hợp với các nhà máy như sản xuất hóa chất, dệt nhuộm, giấy, mỹ phẩm, sản xuất bia,…). Công nghệ SBR xử lý nước thải chứa nồng độ chất hữu cơ và nito cao.

Quá trình xử lý của công nghệ SBR bao gồm một chu kỳ gồm năm giai đoạn: làm đầy, phản ứng, lắng, rút nước và nghỉ. Trong giai đoạn phản ứng, oxy được bổ sung bằng hệ thống sục khí. Trong giai đoạn này, vi sinh vật sẽ oxy hóa các chất hữu cơ giống như trong hệ thống bùn hoạt tính. Sau đó, quá trình sục khí được dừng lại để bùn lắng xuống. Trong bước tiếp theo, nước và bùn được tách ra trong quá trình lắng, sử dụng thiết bị thu nước trên phần lớp trong (phần nổi) được bơm qua bể chứa.

Hình. Công nghệ SBR dạng hình trụ tròn

Hình. Công nghệ SBR dạng hình chữ nhật

Các chỉ tiêu thiết kế công nghệ SBR

Bảng. Các chỉ tiêu khi thiết kế công nghệ SBR:

TT	Chỉ tiêu	Giá trị
1	Tổng thể tích	0,2 – 2 % lưu lượng trung bình 1 ngày
2	Số bể	≥ 2
3	Chiều sâu công tác	3 – 6 m
4	Tỷ lệ lượng chất bẩn hữu cơ/lượng bùn	0,04 – 0,2 kg BOD/kg bùn.ngày
5	Thời gian cho 1 chu kỳ	4 – 12 h
6	Đặc điểm cấp khí	Cấp khí cho bước làm đầy và khuấy trộn bùn với nước thải
7	Lượng Oxi	Cấp đủ cho quá trình Oxi hóa chất hữu cơ , Nitrat hóa.

Các thông số tính toán được lựa chọn trong công nghệ SBR

Chọn tỷ số MLVSS : MLSS = 0,8 (lượng bùn có hoạt tính có khả năng phân hủy sinh học /lượng bùn sinh ra mỗi ngày ).
Nồng độ bùn hoạt tính trong toàn bộ thể tích bể X_MLSS= 1500 ÷ 5000 mg MLSS /l.
Vậy X_MLVS = X_MLSS*0,8 (mg MLVSS /l).
Hệ số sản lượng tế bào Y: 0,4 – 0,8 (mg VSS /mg BOD₅) là số mg bùn hoạt tính sinh ra khi chuyển hóa 1mg BOD₅.
Hệ số phân hủy nội bào K_d: 0,025 – 0,075 ngày ^-1
Tỷ trọng của cặn: 1,02
Nồng độ cặn được cô đặc trong phần chứa bùn phái dưới bể X_s= 8000 mg/l
Nồng độ tro của cặn z = 0,3 mg/mg
Trong nước thải có đủ N:P và các vết kim loại cần thiết cho tế bào VSV phát triển

Thời gian cho 1 chu kỳ : T ( giờ)

Số chu kỳ lặp lại trong 1 ngày: 24/T chu kỳ ( đối với 1 bể )

Tổng chu kỳ lặp lại cho cả N bể: S_ck= N*(24/T) chu kỳ

Tổng thời gian của 1 chu kỳ hoạt động:

T = T_F + T_A + T_S + T_D + t

Trong đó:

T_F là thời gian làm đầy
T_A là thời gian phản ứng
T_S là thời gian lắng
T_D là thời gian rút nước
t là thời gian chờ

Thể tích phần nước thải được nạp vào ở mỗi bể trong 1 chu kỳ: V_f = (m³)

Tính toán chi tiết công nghệ SBR

Tính toán kích thước bể

Tính toán thể tích bể (V_t)

V_t= V_f + V_s(m³)

Trong đó:

-V_f : thể tích nước vào bể

– V_s: thể tích bùn hoạt tính chứa sẵn trong bể từ chu kỳ trước, m³.

Xác định V_s/V_t

Lượng sinh khối nằm trong toàn bộ thể tích bể phải bằng với lượng sinh khối 1 trong phần lắng (X_s).

Ta có phương trình cân bằng sau:

V_t*X = V_s*X_s

Trong đó:

V_t: thể tích tổng cộng của bể V_t = V_f + V_s (m³)
V_s: thể tích phần lắng (m³).
X: nồng độ bùn hoạt tính trong toàn bộ thể tích bể (g/m³)
X_s: Nồng độ bùn hoạt tính trong phần lắng, (g/m³)

Vậy:

Xác định V_f/V_t.

Suy ra:

Vậy thể tích cần thiết của bể:

Tính toán kích thước bể (LxBxH).

Theo bảng dưới đây:

Bảng. Kích thước điển hình của bể aeroten xáo trộn hoàn toàn

Thông số	Giá trị
Chiều cao hữu ích, m	3,0 – 6
Chiều cao bảo vệ, m	0,3 – 0,6
Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán	0,45 – 0,75
Tỷ số rộng : sâu (B : H)	1 : 1 – 2,2 :1

Chiều cao bể

Chọn:

Chiều cao hữu ích của bể: H_hi
Chiều cao bảo về bể: h_bv

Vậy chiều cao tổng cộng của bể: H = H_hi + h_bv (m).

Kích thước chiều rộng bể

Chọn tỷ số B : H.

Từ chiều cao của bể suy ra B

Chiều dài bể:

Kích thước bể: L x B x H

Thời gian cấp khí

Thời gian cấp khí cần thiết để oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ (BOD₅) trong Q m³/ngày nước thải.

Với Oc là thời gian lưu bùn trong bể

Thời gian cấp khí:

(giờ)

Trong đó:

So: là nồng độ BOD₅đầu vào
S: là nồng độ BOD₅đầu ra

Một ngày có n chu kỳ nên thời gian cấp khí cho một chu kỳ là :

(giờ)

Thời gian oxi hóa các hợp chất chứa nitơ trong 1 bể của 1 chu kỳ.

Chọn T= 25^º C ; pH=7,2 ; ∑N = 46 mg/l ; NH₄⁺ = 34 mg/l

K_N = 10^{0,051T- 1,158}
Xác định tốc độ sử dụng NH₄⁺ của vi khuẩn nitrat hóa
Ta có :

Thành phần hoạt tính của vi khuẩn nitrat hóa

X_N = f_N. X

Thời gian nitrat hóa

Chọn thời gian xử lý cả BOD₅ và N là thời gian cấp khí.

Tính thời gian lắng.

Tốc độ lắng:

Chọn:

k = 600 tương ứng SVI = 50 – 100 mg/L
V_max = 7 m/h
C_L = 0,5 . C_T

Với C_T là nồng độ bùn hoạt tính C > 10000 mg/L.

Thời gian lắng

Với

V là thể tích bể SBR (m³/h).
Q là lượng nước thải vào bể trong một chu kỳ (m³)

Tính lượng nước xả.

Chiều cao phần bùn lắng khi chưa xả bùn (h_s).

Từ phần tính trên có:

(H_hi – chiều cao hữu ích của bể)

Độ sâu phần chứa nước trong xả ra: h_lưu = H_hi – h_s (m).

Trên thực tế có khoảng 20 % nước trên bề mặt lớp bùn lắng không được loại bỏ từ giai đoạn xả nước. Để tránh trường hợp sinh khối cuốn theo dòng khi xả, chiều cao phần nước trong không xả ra là:

h_lưu = 3,75 . 20% = 0,75 (m).

Thể tích phần nước trong không xả ra là:

V_lưu = F .h_lưu (m³).

Vậy chiều cao phần xả thực tế: h_tt (m).

Thể tích phần nước xả: V_d = F .h_tt (m³).

Chọn:

Thời gian xả nước là: τ_d = 1 h.

Để tháo nước trong với V_d (m³) trong 1 h, ta tính toán bơm và đường ống tháo nước như sau:

Chọn tốc độ nước chảy trong ống trung bình là: V = 1,5 m/s.

Tính toán đường ống nước như sau:

Ta có: Q = V. F

Vậy

Tính toán lượng bùn xả

Chiều cao phần bùn duy trì trong bể (h_b)

Lượng bùn sinh khối luôn duy trì trong bể.

G_b = V_t* X_MLSS * 10^-3 (kg).

Thể tích của bùn:

Trong đó:

P_b: độ ẩm của cặn, P_b = 95%.
ρ_b: khối lượng riêng của bùn, ρ_b = 1,120 tấn/m³ = 1120 kg/m³.
W_b: Tổng lượng bùn, W_b = G_b * n (mẻ) (kg).

(Vì một bể làm việc một ngày là n chu kỳ)

(F – diện tích thiết diện mặt thoáng của bể)

Chiều cao phần bùn xả (h_i)

h_i = h_s – h_b (m)

Thể tích bùn xả: V_i = F * h_i (m³) trong 1 mẻ.

Chọn:

Thời gian xả bùn (Idle time): τ_i = 1 h.
Để tháo bùn trong với Q_b (m³) trong 1 h.

Tính toán bơm và đường ống hút bùn

Chọn tốc độ nước chảy trong ống trung bình là v = 0,6 m/s

Tính đường ống nước:

Ta có: Q = v * F

Vậy

Thể tích bùn xả trong 1 ngày cho 1 bể: V_i^ngày = Q_b . n (m³/ngày).

Thể tích bùn xả trong 1 ngày của N bể là: V = V_i^ngày . N (m³/ngày.

Thời gian lưu bùn là T_b ngày và Thể tích bể chứa bùn là V/ T_b (m³)

Vậy kích thước bể chứa bùn được lựa chọn như sau: L * H * B

Như vậy, với thời gian làm đầy là 1.5h, thời gian sục khí là 3h, lắng trong 1.5h, thời gian xả nước trong là 1h, thời gian xả bùn là 1h.

Vậy tổng thời gian của 1 chu kỳ đối với 1 bể là 8h.

Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể.

Tỷ số

Trị số này nằm trong khoảng cho phép: F/M = 0,05 ÷ 0,3

Lượng không khí cần thiết.

Lượng oxy cần dùng tại nhiệt độ tiêu chuẩn 20^oC.

Trong đó:

N_o: Tổng nitơ đầu vào
N: Tổng nitơ đầu ra
F: hệ số chuyển đổi BOD ra COD, f = 0,45 ÷ 0,68
1,42: Hệ số chuyển đổi từ sinh khối ra COD
4,75: Hệ số sử dụng oxy khi oxy hóa NH₄⁺và NO₃^–
P_x: Lượng sinh khối sinh ra trong 1 mẻ, kg/mẻ

P_x = Y_b .Q . (S_o – S) . 10

Với Y_b là tốc độ tăng trưởng của bùn hoạt tính:

Trong đó:

Q: Lưu lượng nước xử lý trong 1 mẻ, Q = V_f m³/ngày.
Y_b: Tốc độ tăng trưởng của bùn hoạt tính (kg MLSS/kg BOD₅ tiêu thụ)
Y: Hệ số sinh trưởng cực đại (kg MLSS/kg BOD₅ tiêu thụ), Y = 0,6.
K_d: Hệ số phân hủy nội sinh, K_d = 0,05 ngày^-1.
Ɵ_c = 10 ngày.

Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:

Trong đó:

C_s Nồng độ oxy bão hòa trong nước ở 20^oC,
C: nồng độ oxy cần duy trì trong bể
nhiệt độ làm việc
a: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt)

Lượng không khí cần thiết

Trong đó:

f_a : hệ số an toàn (1.5-2)
OU: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối khí (tính theo gam oxy cho 1m³ không khí)

Với:

Ou: Phụ thuộc hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ và mịn => Ou= 7 gO₂/ m³.m

h: Độ ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h=5.5m

Lựa chọn hệ thống phân phối khí dạng đĩa xốp

Đường kính đĩa: 300 mm;

Diện tích bề mặt: F= 0.07 m2 ;

Cường độ cấp khí: 200L/ph.đĩa = 12 m³/h.đĩa

Tổng thời gian sục khí mỗi ngày của mỗi bể: t_R= t_R x N_c(giờ)

Số đĩa cần phân phối trong mỗi bể:

Cách bố trí đầu phân phối khí: tùy vào kích thước tùy bể SBR tính toán mà chọn cách bố trí ống khí sao cho phù hợp.

Khoảng cách ống nhánh ngoài cùng đến thành bể là A m

Khoảng cách giữa hai ống nhánh liền nhau là B m.

Khoảng cách của đầu phân phối ngoài cùng đến thành bể là C m

Khoảng cách giữa hai đầu phân phối liền nhau là D m.

Đường ống chính:

Vận tốc khí trong ống chính

Đường kính ống phân phối chính:

Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống:

Đường ống nhánh:

Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh:

Vận tốc khí trong ống nhánh: Vn= 10-20 m/s

Đường kính ống nhánh:

Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống:

Hệ thống cấp nước cho bể

Đường ống dẫn nước vào và ra khỏi bể

Vận tốc dòng chảy trong ống vào bể : v = 0.7-1.5 m/s

Đường kính ống dẫn nước:

Bơm nước thải vào bể

Lưu lượng của bơm Q m³/ngày

Cột áp của bơm H = 10 m

Công suất mỗi bơm:

Kết luận

Có thể thấy công nghệ SBR là công nghệ sinh học hiếu khí được sử dụng phổ biến để xử lý nước thải. Bài viết trên cung cấp cho các bạn về cách tính toán chi tiết công nghệ SBR khi xây dựng bể. Để nhận tư vấn chi tiết vui lòng liên hệ chuyên viên của WeMe để được hỗ trợ và có thêm thông tin chi tiết hơn.

Ngoài ra, chúng tôi còn cung cấp các loại máy xử lý nước thải khác với đa dạng các loại công suất, phù hợp mọi nhu cầu xử lý nước thải của bạn. Vui lòng xem thêm TẠI ĐÂY. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào vui lòng LIÊN HỆ ngay với chuyên viên của WeMe để được tư vấn, hỗ trợ kịp thời