I. KHÁI NIỆM
Bể phản ứng theo mẻ hay gọi tắt là công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor) sử dụng quá trình bùn hoạt tính lặp lại quá trình sinh học, tách chất lỏng ra khỏi chất rắn và lọai bỏ nước thải trong 1 phạm vi thể tích, và độ sâu thay đổi theo qui ước. Theo nghiên cứu ở 19 khu xử lý nước thải BOD5 giảm còn 15 mg/l, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 15 mg/l. Hiệu suất nitrat hóa là 90 -96%.
Hình 1. Bể SBR cải tiến theo công nghệ C-Tech
Bảng 1. Hiệu suất xử lý của SBR trong 1 số ngàng công nghiệp
II. ĐẶC ĐIỂM CHUNG
Dự Phòng: Ít nhất 2 bể được thiết kế để dự phòng.
Xử lý sơ bộ: Lược rác tinh, lược rác cơ học và bể điều hòa nên được đặt trước bể SBR.
Thiết kế lưu lượng hoặc tải trọng: Lưu lượng thiết kế nằm trong khoảng từ 1,2 đến 4,3 lần lưu lượng trung bình ngày. Giá trị tiêu biểu thường dùng là gấp 2 lần lưu lượng hằng ngày.
Trong trường hợp bể điều hòa không được sử dụng, yêu cầu cho sục khí mở rộng trong bể là 0,24 kg BOD5/m³ thể tích bể.ngày và tỉ số F/M là 0,05 và 0,1 kg BOD5/ kg MLVSS.ngày.
Thời gian tuần hoàn: Thời gian tuần hoàn thường nằm trong khoảng 4 đến 8 giờ. Khoảng 6 giờ là khoảng được áp dụng nhiều nhất trong các hệ thống xử lý nước thải nhỏ.
Các pha:
+ Làm đầy: Thời gian làm đầy là từ 2 đến 4 giờ. Trong hệ thống 2 bể, thời gian làm đầy bằng tổng thời gian phản ứng, lắng, thu nước và nghỉ vì vậy khi 1 bể làm đầy thì bể còn lại hoàn thành chu trình của nó.
Để tốt cho quá trình lắng hữu cơ, điều kiện anoxic trong pha làm đầy yêu cầu khuấy trộn mà không thổi khí.
+ Phản ứng: Thời gian phản ứng dựa vào yêu cầu sinh động học để đạt chuẩn đầu ra.
Tỉ số giữa thời gian làm đầy và phản ứng là 2:1, đây là yếu tố quan trọng trong quá trình lắng của bùn.
+ Lắng: Thời gian lắng thông thường khoảng 30 đến 60 phút.
+ Thu nước: Thời gian thu nước khoảng 30 phút . Bởi vì nó không đóng vai trò quan trọng trong quá trình lắng hay phân hủy sinh học nên có thể được điều chỉnh dễ dàng.
+ Nghỉ: Thời gian nghỉ trong khoảng từ 0 đến 1 giờ hoặc hơn, được quyết định bởi lưu lượng vào bể.
Nồng độ MLSS nằm trong khoảng 2000 đến 5000 mg/l (Metcalf & Eddy). Tuy nhiên theo nghiên cứu của Schroeder (1982) MLSS nằm khoảng giữa 1700 và 3000 mg/l sẽ tốt cho quá trình lắng bùn.
Kích thước bể: Bể SBR được xây dựng bằng bê tông hoặc sắt (nếu hệ thống nhỏ). Bể thường có hình chữ nhật hoặc hình vuông, hình tròn sẽ rẻ hơn nếu diện tích cho phép. Cho hệ thống nhỏ (Q<20000 m³/ngày) thì kích thước dao động từ 7,5m x 7,5m đến 26m x 26m cho một bể. Thể tích bể sẽ khoảng từ 80 m³ đến 1500 m³. Chiều cao bể thường khoảng 6,6m (trong đó 6m là chiều cao mực nước; 0,6m là chiều cao bảo vệ).
Thời gian lưu bùn: Thời gian thường kéo dài từ 10 đến 30 ngày để oxi hóa BOD cacbon và nitrat hóa, 20 đến 30 ngày cho quá trình khử nitrat, và 20 ngày đến 40 ngày cho quá trình thải bỏ photpho sinh học (Metcalf & Eddy).
DO: Đối với quá trình nitrat hóa, thông thường DO khoảng 2 mg/l. Tỉ lệ nitrat hóa tăng lên khi DO 3 hoặc 4 mg/l.
Thiết bị thu nước ( Decanter): Decanter thường được thiết kế nổi hoạt cố định.
- Dòng ra nên được thu dưới bề mặt nước để tránh bọt .
- Tường chắn bọt nên được xây dựng quanh decanter.
- Đầu vào decanter nên được thiết kế di chuyển với bề mặt nước.
- Decanter cần được thiết kế kết hợp với vài thiết bị cơ khí để chặn MLSS tràn vào trong suốt thời gian phản ứng.
Hình 2. Decanter thường sử dụng ở Việt Nam (BIODEC-S 300-60)
Các thiết bị Decanter:
Hình 3.a Decanter của Lackeby
Hình 3.b Nguyên lý hoạt động của Decanter
Video nguyên lý hoạt động của Decanter' s Lackeby
Hình 4. Decanter sử dụng ống nhựa
Loại Decanter này rất đặc biệt, được dùng trong công nghệ SBR cải tiến gọi là IDEA (Intermittently Decanted Extended Aeration), để học và hiểu toàn bộ cơ chế của quá trình thu nước cho loại Decanter này, mời các bạn tải tài liệu theo link ở đây nha.
Link: https://drive.google.com/open?id=1TDS3dpzt_7vV4KFjqOn6MEt_2vtAjh3b
Hình 5.a Cấu tạo Decanter BIODEC-S 100-200
Hình 5.b Phối cảnh Decanter BIODEC-S 100-200
Hình 6.a Cấu tạo Decanter
Hình 6.b 3D Decanter BIODEC-S 300-6
Mặt khác, ta còn có các loại Decanter như sau:
Hình 7. Decanter thu nước theo trọng lực- loại có và không có motor
Hình 8. Decanter thu nước tự động- loại có và không có motor
- Hình 9. Decanter kết hợp jet aerator
Hình 10. Tách shop Decanter
III. SO SÁNH MỘT SỐ LOẠI BỂ SBR:
Hình 11. Quy trình trong công nghệ C-tech
Hình 12. Cấu tạo bể SBR theo công nghệ ICEAS
Hình 13. Qui trình theo công nghệ ICEAS
Video quá trình hoạt động bể SBR của UTB
Ngoài ra còn 1 số công nghệ SBR khác như iSBR (combi-treat improve SBR), bể gồm 3 ngăn tách biệt: sục khí, lắng và thu nước sạch với dòng vào liên tục. Đặc biệt công trình có hệ thống thu khí Biogas tajio điện năng cung cấp cho công trình, nên giảm bớt 60 - 80 % điện năng cho hệ thống.
Hình 14. 3D bể iSBR
IV. BÀI TẬP VÍ DỤ:
Ví dụ 1 (Ví dụ 23-16/ 1034/ Water and Wastewater Engineering):
Xác định thể tích và kích thước của hệ thống SBR ở Quintuple sử dụng dữ liệu dưới đây:
Dữ liệu dòng vào:
_ Lưu lượng Q = 22700 m³/ngày:
| bCOD = 220 mg/l | TSS = 200 mg/l |
| rbCOD = 50 mg/l | VSS = 170 mg/l |
| TKN = 24 mg/l | bVSS = 80 mg/l |
| NH3-N = 19 mg/l | Nhiệt độ = 20°C |
| pH = 7,2 | Độ kiềm = 200 mgCaCO3/l |
_ Tiêu chuẩn đầu ra:
| bCOD “ =<” 20 mg/l | TSS “=<” 10mg/l |
| NH3-N “=<” 1 mg/l |
Giả sử MLSS = 3000 mg/l, MLVSS = (0,8) MLSS, NOx = 80% TKN, Thời gian lưu bùn 20 ngày
- Những giả thuyết được dựa vào những thảo luận trong thiết kế. Người ta kiểm tra qua tính toán trước đó.
- Giả sử đặt bể điều trước 2 bể SBR
- Giả sử 6 giờ là thời gian của chu trình
- Chọn thời gian cho các pha để hoàn tất trong 6 giờ:
Anoxic trong giai đoạn làm đầy = 135 phút
Thổi khí trong giai đoạn làm đầy = 45 phút
Phản ứng = 90 phút
Lắng = 45 phút
Thu nước = 30 phút
Thời gian nghỉ = 15 phút
- Xác định thể tích làm đầy cho 1 bể SBR
Chia lưu lượng của mỗi bể cho số vòng tuần hoàn để tìm ra thể tích bể:
c.Giả sử nồng độ của bùn lắng theo lý thuyết khoảng 6000 mg/l. Tỉ số của MLSS trước khi lắng với 6000 mg/l là:
Để cung cấp 1 vùng thu nước mà không làm xáo trộn vùng bùn, giả sử 35% thể tích nước sạch xung quanh lớp bùn dựa vào Schroeder ( 1982)
Thừa nhận rằng , xác định hệ số làm đầy:
d. Xác định thể tích bể
e. Giả sử chiều sâu bể là 6m, xác định được kích thước bể:
Giả sử bể hình vuông, chiều rộng và chiều dài là:
Ví dụ 2 ( Ví dụ 8-8/781/ Metcalf & Eddy):
Xác định bao nhiêu nitrat có thể xử lý trong quá trình khuấy trộn, không sục khí trong quá trình làm đầy là một điều kiện thiết kế. Điều kiện thiết kế:
| Số bể : 2 | Thời gian sục khí = 3 giờ | BOD = 200 g/m³ |
| Lưu lượng Q = 3785 m³ | Thời gian lắng = 0,5 giờ | bCOD = 320 g/m³ |
| Thời gian của 1 chu trình: | Thời gian thu nước = 0,5 giờ | rbCOD = 60 g/m³ |
| Thời gian làm đầy = 4 giờ | Thời gian lưu bùn = 20 ngày | TKN = 35 g/m³ |
| Hệ số thể tích làm đầy: VF/VT = 0,3 | Nhiệt độ 16°C | NH4-N = 0,5 g/m³ |
- Xác định thể tích bể:
Tổng thời gian của 1 chu trình = 4 + 3 + 0,5 + 0,5 = 8 giờ
2. Xác định sản phẩm nitrat (NOx)
- Xác định sản phẩm sinh khối dị dưỡng
Xác định sản phẩm sinh khối dị dưỡng bao gồm những phân tử vỡ ra để ước lượng nito sử dụng cho quá trình tổng hợp.
Xác định hệ số theo nhiệt độ ( xem lại các bài viết trước)
b. Xác định N tổng hợp
3. Xác định lượng nitrat thải khỏi trong nước thải được khuấy trộn trong bể SBR sau quá trình thu nước.
Giả sử NO3-N = 0 trước giai đoạn thổi khí, điều này nghĩa là tất cả nitrat trong thể tích chất lỏng trong bể SBR sau khi thu nước được xử lý bởi quá trình khử nitrat hóa trong suốt giai đoạn khuấy trộn và làm đầy.
a. Cân bằng Nito
b. Xác định NOx trong mỗi chu kỳ
g NOx trong mỗi chu kì = 27,9 g/m³ (1261,7m³) = 35201 g NOx
Nồng độ NO3 – N ở cuối giai đoạn thổi khí với bể đầy (V = 4206 m³)
NO3-N đầu ra = 8,4 g/m³ dựa vào tất cả NO3-N là sản phẩm trong giai đoạn thổi khí được xử lý bởi quá trình khử nitrat trong suốt quá trình làm đầy mà không sục khí.
- Xác định nitrat trong bể SBR:
Thể tích duy trì sau quá trình thu nước: 0,7 (4206 m³) = 2944 m³
NO3 – N còn trong bể = 8,4 g/m³ (Vs) = (8,4 g/m³) (2944 m³) = 24729 g
- Xác định SDNRb trong giai đoạn làm đầy
Nồng độ bùn hoạt tính (theo Step 2aii, sinh khối = 158,3 kg/ngày)
= 753 g/m³ tại thể tích đầy
- Xác định tỷ số F/M trong giai đoạn làm đầy
Sinh khối trong hệ thống = (753 g/m³)(4206 m³) = 3167 kg
b. Xác định SDNRb
Hệ số rbCOD = (60 g/m³) / (320g/m³) = 0,19
Tại F/M = 0,48 (F/M trong khoảng từ 0 – 2)
- Xác định NO3 – N thải khỏi bể trong quá trình làm đầy
Pha làm đầy = 4 giờ
Nguồn: Theo Metcalf & Eddy, 2003 trong "Water and Wastewater Engineering". Research Scholar, Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology, Delhi, India. Research Scholar, Department of Microbiology, University of Dhaka, Dhaka, Bangladesh. và các nhà sản xuất như: Aqua Decant, Hnb, Cyclator, Lackeby.
- TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CỤM BỂ SINH HỌC KỴ KHÍ (16.09.2018)
- TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỂ ĐIỀU HÒA (01.09.2018)
- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ LƯỢC RÁC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI (19.08.2018)