Đề tài Bể sinh học từng mẻ (squencing biological reactor)

MỤC LỤC BỂ SINH HỌC TỪNG MẺ (Squencing biological reactor) I. Vị trí và chức năng của bể sinh học từng mẻ. 1. Vị trí SBR nằm trong giai đoạn xử lý sinh học. SBR là một dạng aeroten kết hợp với lắng hoạt động theo mẻ, là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính thường được áp dụng trong điều kiện nước thải không ổn định 2. Chức năng SBR loại bỏ lượng cặn lơ lửng, BOD, chất bẩn hữu cơ, vô cơ ở trong nước thải. Hệ thống SBR có thể khử được nitơ, phốtpho sinh hoá do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiều khí và kị khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp khí. Khi thiết kế SBR, có thể không cần xây dựng bể điều hoà lưu lượng và chất lượng, không cần xây dựng bể lắng đợt 1, bể lắng đợt 2. Nước thải chỉ cần qua song chắn rác, bể lắng cát và tách dầu (nếu cần), rồi nạp thẳng vào bể. II. Nguyên tắc hoạt động. 1. Nguyên tắc hoạt động. Hệ thống SBR là hệ thống mà trong đó bao gồm các quá trình cơ bản như: đưa nước thải vào bể phản ứng, tạo các điều kiện cần thiết như môi trường thiếu khí (không có O2 ), hiếu khí (có O2,) để cho vi sinh tăng sinh khối, hấp thụ và tiêu hóa các chất thải hữu cơ trong nước thải Chất thải hữu cơ (C, N, P) từ dạng hòa tan trong nước sẽ chuyển hóa vào sinh khối vi sinh và khi lớp sinh khối vi sinh này lắng xuống đáy bể sẽ còn lại lớp nước trong đã tách chất ô nhiễm. Chu kỳ xử lý trên lại tiếp tục cho một mẻ nước thải mới. Một mẻ xử lý của bể trải qua 5 giai đoạn: - Làm đầy nước - Thổi khí, cung cấp oxy - Quá trình lắng tĩnh tách lớp bùn - Tháo phần nước sạch đã xử lý - Xả bùn dư - Lập lại chu kỳ mới Giai đoạn làm đầy nước hay nạp nứơc thải vào bể. Nước thải qua song chắn rác và bể l ắng cát, tách dầu mỡ, tự chảy hoặc bơm vào bể đến mức đã định trước bằng rơle phao. Rơle phao phát tín hiệu để tự động đóng van hoặc bơm cấp nước vào. Giai đoạn cung cấp khí Tạo phản ứng sinh hoá giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Giai đoạn này các chất được oxy hoá Nếu trong nước thải chứa nhiều nitơ thì phải khuấy trộn nhẹ bằng thiết bị khuấy trộn để tạo môi trường yếu khí trước khi sử dụng các thiết bị cấp khí. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải. Khí được cung cấp bằng các thiết bị như: Máy nén khí, máy sục khí dạng Jet, dạng dĩa, thiết bị khuấy trộn cơ học Giai đoạn lắng tĩnh Quá trình lắng diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thuỷ lực của bể đặt 100%. Thời gian lắng khoảng từ 1-2h Giai đoạn tháo phần nước sạch. Ở các nhà máy có công suất nhỏ, có thể dùng ống khoan l ỗ, đạt dọc 2 thành bể để lấy nước ra sao cho cặn không bị kéo ra ngoài. Ở các nhà máy lớn thì thường tháo bằng hệ thống máng thu nước trên các phao nổi, để xả nhanh nước ra nguồn tiếp nhận. Giai đoạn xả bùn dư. Bùn dư sẽ được xả theo chu kì. Chu kì dài hay ngắn phụ thuộc vào lượng cặn lắng trong bể, và thể tích bể. Lặp lại chu kì mới Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước. Sau đấy hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổi khí đúng như thời gian yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ được ôxy hoá trong giai đoạn này. Bước thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh. Sau đó nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể. Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể, các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục, vì thế số bể phải lớn hơn 2. Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ. Các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn... diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao. BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 50 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 10 đến 45 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l. Bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai. Trong nhiều trường hợp, người ta cũng bỏ qua bể điều hoà và bể lắng đợt một. Hệ thống aeroten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử được nitơ và phốt pho sinh hoá do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy. Các ngăn bể được sục khí bằng máy nén khí, máy sục khí hoặc thiết bị khuấy trộn cơ học. Chu kỳ hoạt động của ngăn bể được điều khiển bằng rơle thời gian. Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt váng, thiết bị đo mức bùn, ... . H ình 1. Sơ đồ hoạt động của bể SBR 2. Ưu và nhược điểm của bể SBR. Ưu điểm: Cho phép thiết kế đơn giản với các bước xử lý cơ bản theo quy trình “từng mẻ”; Không cần xây dựng bể sục khí và bể lắng riêng biệt nên tiết kiệm trên 40% diện tích xây dựng và trên 30% khối lượng betông Cho phép xử lí mà không cần hệ thống bơm bùn hoạt tính tuần hoàn và do đó cho phép giảm năng lượng cần xử lí dẫn tới giảm chi phí vận hành Bể xử lí rất linh hoạt, cùng tạo ra các điều kiện hiếu khí, thiếu khí, yếm khí trong 1 chu kỳ. Điều này cho phép xử lí tốt các chất Nitơ và Photpho trong nước thải Khoảng thời gian cho mỗi chu kỳ có thể điều chỉnh được và là một quy trình có thể điều khiển tự động bằng PLC; Hiệu quả xử lý có độ tin cậy và độ linh hoạt cao; Công nghệ kỹ thuật đơn giản, lập trình được và có khả năng xử lý khi tải lượng chất ô nhiễm đầu vào dao động lớn và là quy trình xử lý bằng vi sinh đầy triển vọng trong tương lai. Nhược điểm: Công suất xử lý từng mẻ nhỏ Đòi hỏi trình độ của người vận hành và cần phải theo dõi thường xuyên III. Phương pháp tính toán và ví dụ áp dụng. Tính toán thiết kế bể SBR với dân số tính toán 10.000 người. 1. Chỉ tiêu chất lượng nước thải. Tiêu chuẩn thải nước: 200 l/người.ngđ Tải lượng BOD5 tính cho một người trong một ngày đêm: 30 g/ng.ngđ Tải lượng chất rắn lơ lửng tính cho một người trong một ngày đêm: 50 g/ng.ngđ Tiêu chuẩn trên được lấy theo bảng 1-3_ tải lượng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm_Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp_Lâm Minh Triết Nhịêt độ trung bình của nước thải là 200C Hàm lượng chất hữu cơ bay hơi trong cặn lơ lửng: 150 mg/l 2. Chỉ tiêu thiết kế. Tỷ lệ. F/M =0,1 gr BOD5/1gr bùn hoạt tính lơ lửng MLVSS(qui phạm từ 0.08-0.1) Độ tro của bùn cặn Z=0,2 (thường từ 0,2-0,3) hay lượng cặn bay hơi bằng 0,8 cặn lơ lửng Hệ số động học Y=0,65 gr/gr và Kd = 0,05 ngày -1 Nồng độ cặn được cô đặc trong phần chứa bùn phía dưới bể l à 8.000 mg/l Tỷ trọng cặn: 1,02 Chọn 65% thể tích bể chứa nước được tháo đi mỗi ngày Chu kì xả cặn 21 mẻ 1 lần Hàm lượng BOD5 đầu ra 20mg/l xả ra nguồn tiếp nhận, cặn lơ lửng 20 mg/l, trong đó 65% là cặn hữu cơ BOD20 (COD) BOD5/COD=0,68 (qui phạm 0,68-0,8) BOD20 trong tế bào bằng 1,42 nồng độ tế bào đã chết (Hay là hệ số chuyển đổi tế bào sang COD) Nước thải có đủ N,P và vết các kim loại cần thiết cho tế bào phát triển. 3. Thiết kế chi tiết Công suất xử lý của bể: Q= 200*10.000 = 2.000.000 l/ng đ = 2000 m3/ngđ Hàm lượng BOD5 trong nước thải: DOB5 = 30*1000/200=150 mg/l Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải: SS= 50*1000/200=250 mg/l 3.1 Xác định nồng độ BOD5 đã hoà tan trong nước xử lý BOD5 đầu ra = BOD5 hoà tan + BOD5 chứa cặn lơ lửng BOD5 chứa trong 20 mg/l cặn lơ lửng đầu ra: Cặn hữu cơ: 0,65*20=13 mg/l = BOD20 BOD20 đã bị oxy hoá thành cặn: 1,42*13=18,5 mg/l Lượng BOD5 bằng 0,68 BOD20 (COD): 0,68*18,5=12,6 mg/l Lượng BOD5 hoà tan khi ra khỏi bể: 20 – 12,6 = 7,4 mg/l 3.2 Tính thể tích cần thiết của bể SBR. - Thời gian sục khí cần thiết để giảm BOD5 của nước thải từ 150 mg/l xuống 20 mg/l để xả ra nguồn tiếp nhận được xác định theo công thức 6.55_trang 214_Xử lý nước thải đô thị_Trần Đức Hạ Trong đó: a- Liều lượng bùn hoạt tính trong bể SBR, kg chất khô/m3, chọn bằng 1,8 g/l Z- Độ tro của bùn hoạt tính L0, Lt - hàm lượng BOD5 trước và sau xử lý, mg/l Kt - Hệ số tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình xử lý, được xác định bằng công thức 6.56_trang 214_Xử lý nước thải đô thị_Trần Đức Hạ , T- Nhiệt độ nước thải Chọn một ngày hệ thống xử lý 6 mẻ, chu kì mỗi mẻ khoảng 6-8 h với thời gian sục khí t=2h, thời gian lắng là 1,5h, thời gian bơm nước vào bể 1,5 h, thời gian xả nước ra khỏi bể là 1,5h. Chọn hệ thống gồm 2 ngăn làm việc xen kẻ. Thể tích phần nước của một ngăn SBR : Wk= 2000/6 = 333,3 m3 Thông thường khi xây dựng, thể tích phần nước chiếm 60% thể tích bể SBR. Thể tích tổng cộng của 1 ngăn SBR: W= 333,3/0,6=555,5 m3 Chọn ngăn SBR là hình vuông, chiều cao H=6 m mỗi cạnh chiều rộng A =10 m Kích thước mỗi ngăn: A x A x H = 10 x 10 x 6, m3 3.3 Xác định nồng độ bùn hoạt tính cần thiết để duy trì trong bể. - Từ công thức 6-1_trang 90_Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải tính thể tích mỗi ngăn SBR: , m3 Với: X- Là nồng độ bùn hoạt tính, mg/l W- Thể tích tổng cộng của 1 ngăn SBR,m3 F/M- Tỷ lệ BOD5 có trong nước thải và bùn hoạt tính Q – Lưu lượng cần xử lý mỗi mẻ, m3/mẻ - Nên nồng độ bùn hoạt tính trong bể: - Nồng độ bùn cặn thực trong bể: X1 = Cặn rắn lơ lửng (cặn hữu cơ) + Cặn bùn hoạt tính X1 = (250- 150) + 900/0,8=1225 mg/l - Khối lượng bùn hoạt tính cần có trong bể ( không xả đi): Gbùn= Q*X = 333,3*900*10-3= 300 kg - Khối lượng bùn cặn trong bể(sau mẻ 1): Gcặn= 333,3*1225*10-3= 408,3 kg 3.4 Tính thể tích bùn choán chỗ sau 21 mẻ là việc (trước khi xả): G0 - lượng bùn cần duy trì rong bể sau mỗi lần xả, G0=408,3 kg Pxn - Lượng bùn sinh ra sau mỗi mẻ, kg SS- Lượng cặn lơ lửng ( cặn hưu cơ) đi vào bể mỗi mẻ, kg SS = (250-150)*333,3*10-3=33,33 kg (không đổi) V ới: Pxn=Y*(L0-L1)*Q Y- Hệ số động học L1- L ư ợng BOD5 hoà tan khi ra khỏi bể: L1 = 7,4 mg/l - Mẻ thứ nhất: Px1= 0,65*(150-7,4)*333,3*10-3=31 kg Vậy thẻ tích bùn choán chỗ sau 21 mẻ(do lượng bùn sinh ra sau mỗi mẻ bằng nhau) nên: G21 = 408,3 + 31*21/0,8+33,33 = 1.255,38 kg 3.5 Chiều cao bùn trong bể sau 21 mẻ: - Thể tích bùn choán chỗ khi cô đặc đến 8000mg/l (hay 8kg/m3), và tỉ trọng bùn là 1,02 Vbùn = 1.255,38/(1,02*8)=153,85 m3 - Chiều cao bùn trong bể: hb= Vbùn/Fbể = 153,85/10*10 = 1,54 m 3.6 Chiều cao phần nước trong đã lắng trên lớp bùn: hn = 6-1,54= 4,46 m Chiều cao phần nước trong phía trên bùn theo tính toán hay độ sâu của ống rút nước ra: h =0,65*6=3,9 m Như vậy nếu sau 21 mẻ xả một lần: Chiều cao lớp nước đã lắng trên mặt bùn mẻ th ứ 21: 4,46 m Chiều cao lớp nước trong xả đi từng đợt: 3,9 m Phần nước trong dự trữ dưới ống rút nước để khỏi kéo cặn: h dự trữ= 4,46-3,9=0,56 m 3.7 Tính lượng oxy cần thiết để khử BOD5 cho một mẻ: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 200C: Áp dụng công thức 6-15_trang 105_Tính toán thiết kế các công trình XLNT_Trịnh Xuân Lai: f, hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay f = BOD5/COD P, phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư, P=Px1 1.42, hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD Lượng oxy thực tế cần: Áp dụng công thức 6-16_trang 106_Tính toán thiết kế các công trình XLNT_Trinh Xuân Lai Với: - Hệ sô điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường lấy = 1 Csh, Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ (T0C), mg/l Cs20, nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 200C, mg/l Cd, nồng độ oxy cần duy trì trong công trình (mg/l). Thường lấy 1,5-2 mg/l đối với xử lý nước thải. 3.8 Tính lượng không khí cần thiết và công suất máy thổi khí. Dùng hệ thống phân phối khí bằng dĩa, với hệ số điều chính oxy ngấm vào nước thải =0,7 ( thường từ 0,6-0,94), năng suất hòa tan oxy của thiết bị OU=7grO2/m3, không khí cấp từ dưới lên, độ ngập sâu là 5,5m. Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết: Giả sử hệ số vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 70%. Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển 70% sẽ bằng: 837,66/0,7=1200 m3/mẻ=0,17 m3/s Áp lực và công suất hệ thống máy nén khí Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo công thức: Với: - hd, Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m - hc, Tổn thất cục bộ,m - hf, tổn thất qua thiết bị phân phối khí, m - H, chiều sâu hữu ích của bể, H=5,5 m Tổng tổn thất hd,và hc thường không vượt qua 0,4m, tổn thất hf không quá 0,5 m. Do đó áp lực cần thiết: Hct = 0,4+0,5+5,5=6,4 m Áp lực không khí sẽ là: Công suất máy nén khí: Công thức trang 148_Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp_Lâm Minh Triết (chủ biên) Chọn công suất máy nén khí là: 11 kW 3.9 Bố trí hệ thống dĩa. Hệ thống dĩa được bố trí theo hàng dọc cách nhau 1,2m, cách thành bể 0,8 m, mỗi dĩa cách nhau 1,2m, cách thành bể 0,8m. Ta sẽ có 8 hàng, mỗi hàng 8 dĩa nên tổng ta có: 8*8=64 dĩa. Đường kính của dĩa là 350mm, giữa 2 dĩa có ô đỡ có chiều dài 500mm, rộng 300mm. Đường kính của hệ thống ống nhỏ dẫn khí trong bể là 50mm, đường kính của ống dẫn khí từ máy nén khí là 100mm. Ta có lưu lượng không khí thoát ra tại miệng dĩa: 3.10 Một số hạng mục khác. Chọn đường ống dẫn nước vào có dường kính là 250mm, đường kính ống thu nước ra là 200 mm. Ống thu vớt váng có D=200mm. Đường kính ống xả bùn 160mm. Cột cố định phao bằng inốc, đường kính 50mm.