Đề tài Tính toán thiết kế Trạm xử lý nước thải công ty TNHH thủy sản SIMMY, công suất 200m3/ng.đêm

MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong những thập niên gần đây, ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nước nói riêng đang trở thành mối lo chung của nhân loại. Vấn đề ô nhiễm môi trường và bảo vệ sự trong sạch cho các thủy vực hiện nay đang là những vấn đề cấp bách trong quá trình phát triển kinh tế, xã hội. Để phát triển bền vững chúng ta cần có những biện pháp kỹ thuật hạn chế, loại bỏ các chất ô nhiễm do hoạt động sống và sản xuất thải ra môi tường. Một trong những biện pháp tích cực trong công tác bảo vệ môi trường và chống ô nhiễm nguồn nước là tổ chức thoát nước và và xử lý nước thải trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Chế biến thủy sản ở nước ta là ngành công nghiệp có mạng lưới sản xuất rộng với nhiều mặt hàng, nhiều chủng loại hiện nay có tốc độ tăng trưởng kinh tế rất cao. Tuy nhiên tăng trưởng kinh tế của ngành mới chỉ là điều kiện cần nhưng chưa đủ cho sự phát triển, vì sản xuất càng phát triển thì lượng chất thải càng lớn.. Các chất thải có thành phần chủ yếu là các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất chứa Cacbon, Nitơ, Photpho… Trong điều kiện khí hậu Việt Nam chúng nhanh chóng bị phân hủy gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Ví dụ, nồng độ COD trong nước thải công ty chế biến thủy sản các loại khoảng 2000 ¸ 6000 mg/l vượt quá 30 lần tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24-2009/BTNMT). Trong những năm gần đây có rất nhiều khiếu kiện và ý kiến phản ứng của nhân dân về ô nhiễm môi trường do ngành chế biến thủy sản gây ra. Điều này cho thấy ngành chế biến thủy sản đang đứng trước nguy cơ làm suy thoái môi trường, ảnh hưởng không những đến cuộc sống hiện tại mà cả cho thế hệ tương lai. Và công ty TNHH thủy sản SIMMY cũng là một trong những nguồn gây tác động đến môi trường, chính vì vậy mà đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty chế biến thủy sản SIMMY” được thực hiện nhằm mục đích giải quyết ô nhiễm của nước thải tại công ty giúp công ty phát triển kinh tế cùng với bảo vệ môi trường bền vững. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Thiết kế công nghệ xử lý nước thải công ty chế biến thủy sản SIMMY với công suất 200 m3/ngày để xử lý nước thải, giảm thiểu tác hại lên môi trường trong điều kiện phù hợp với thực tế của công ty thuỷ sản SIMMY. NỘI DUNG Tổng quan về công ty TNHH THỦY SẢN SIMMY Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải thủy sản Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải thủy sản công ty SIMMY Tính toán thiết kế các công trình đơn vị Tính toán kinh tế Quản lý vận hành Kết luận và kiến nghị PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Đề tài được thực hiện dựa trên các phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp thu thập tài liệu: dữ liệu được thu thập từ các kết quả nghiên cứu, các tài liệu có liên quan. Phương pháp khảo sát thực địa: tiến hành khảo sát về tính chất, thành phần nước thải. Phương pháp phân tích: lấy mẫu đo dạc và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước. PHẠM VI ĐỀ TÀI Phạm vi ứng dụng của đề tài là ứng dụng xử lý nước thải của công ty thủy sản SIMMY và một số công ty khác nếu có cùng đặc tính chất thải đặc trưng. CẤU TRÚC LUẬN VĂN: bao gồm các chương với nội dung như sau Chương 1 Tổng quan về công ty TNHH thủy sản SIMMY Chương 2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải thủy sản Chương 3 Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải thủy sản công ty SIMMY Chương 4 Tính toán thiết kế các công trình đơn vị Chương 5 Tính toán kinh tế Chương 6 Quản lý và vận vận hành Chương 7 Kết luận và kiến nghị CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. CÔNG TY CHẾ BIẾN SẢN XUẤT THỦY SẢN SIMMY 1.1.1 Giới thiệu công ty: Tên công ty: Công ty TNHH thủy sản SIMMY. Địa chỉ: Lô B04-1, KCN Đức Hòa 1 Hạnh Phúc, ấp 5, xã Đức Hòa Đông, huyện Đức Hòa, tỉnh Long An. Lĩnh vực hoạt động: Kinh doanh, gia công chế biến thủy hải sản xuất khẩu. 1.1.2 Sản phẩm và thị trường tiêu thụ Sản phẩm chính của công ty chủ yếu là tôm đông lạnh, khoảng 6884 tấn/năm, tùy theo đơn đặt hàng, sản phẩm chủ yếu xuất ra thị trường Trung Quốc và Đài Loan. 1.1.3 Quy trình sản xuất Sô ñoà coâng ngheä cheá bieán toâm suù Hình1.1 : Sô ñoà quy trình chung cheá bieán toâm suù. 1.2. NGUỒN GỐC PHÁT SINH CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN Các nguồn gây ô nhiễm chủ yếu trong các công ty chế biến đông lạnh thường được phân chia thành 3 dạng: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí. Trong quá trình sản xuất cũng gây ra các nguồn ô nhiễm khác như tiếng ồn, độ rung và khả năng gây cháy nổ. 1.2.1. Chất thải rắn Chất thải rắn thu được từ quá trình chế biến tôm, mực, đầu vỏ tôm, vỏ sị, da, mai mực, nội tạng… Thành phần chính của phế thải sản xuất các sản phẩm thuỷ sản chủ yếu là các chất hữu cơ giàu đạm, canxi, phốtpho. Toàn bộ phế liệu này được tận dụng để chế biến các sản phẩm phụ, hoặc đem bán cho doanh nghiệp làm thức ăn cho người, thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm hoặc thuỷ sản. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ rác thải sinh hoạt, các bao bì, dây niềng hư hỏng hoặc đã qua sử dụng với thành phần đặc trưng của rác thải đô thị. 1.2.2. Chất thải lỏng Nước thải trong công ty chế biến đông lạnh phần lớn là nước thải trong quá trình sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh v nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến, nước vệ sinh cho công nhân. Lượng nước thải và nguồn gây ô nhiễm chính là do nước thải trong sản xuất. 1.2.3. Khí thải Khí thải sinh ra từ công ty cụ thể là: Khí thải Chlo sinh ra trong quá trình khử trang thiết bị, nhà xưởng chế biến và khử trùng nguyên liệu, bán thành phẩm. Mùi tanh từ mực, tôm nguyên liệu, mùi hơi tanh từ nơi chứa phế thải, vỏ sị, cống rãnh. Bụi sinh ra trong quá trình vận chuyển, bốc dỡ nguyên liệu. Hơi tác nhân lạnh có thể bị rò rỉ: NH3 Hơi xăng dầu từ các bồn chứa nhiên liệu, máy phát điện, nồi hơi. 1.2.4. Tiếng ồn, nhiệt độ Tiếng ồn xuất hiện trong công ty chế biến thuỷ sản chủ yếu do hoạt động của các thiết bị lạnh, cháy nổ, phương tiện vận chuyển Trong phân xưởng chế biến của các công ty thuỷ sản nhiệt độ thường thấp và ẩm hơn so khu vực khác. 1.3. CÁC TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CỦA CHẤT THẢI TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN. 1.3.1. Tác động của nước thải đến môi trường. Nước thải chế biến thuỷ sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực. Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thuỷ sản có thể thấm xuống đất và gây ô nhiễm nước ngầm. Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi trùng rất khó xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt. Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chế biến thuỷ sản sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và thủy sinh vật, cụ thể như sau: Các chất hữu cơ Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là dễ bị phân hủy. Trong nước thải chứa các chất như cacbonhydrat, protein, chất béo... khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá. Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Tác động của chất rắn lơ lửng Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu... Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè… Tác động của các chất dinh dưỡng (N, P) Nồng độ các chất nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo, đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxy. Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chất lượng nước của thủy vực. Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dưới không có ánh sáng. Quá trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh, nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước. Amonia rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ. Nồng độ làm chết tôm, cá từ 1,2 ¸ 3 mg/l. Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản của nhiều quốc gia yêu cầu nồng độ Amonia không vượt quá 1mg/l. Vi sinh vật Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước là nguồn ô nhiễm đặc biệt. Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính.. 1.3.2. Tác động của khí thải đến môi trường Các khí thải có chứa bụi, các chất khí COx, NOx, SOx… sẽ tác động xấu tới sức khoẻ của công nhân lao động trong khu vực, đây là tác nhân gây bệnh đường hô hấp cho con người nếu hít thở không khí ô nhiễm lâu ngày. Khí Clo phát sinh từ khâu vệ sinh khử trùng. Nước khử trùng thiết bị, dụng cụ chứa hàm lượng Chlorine 100 – 200 ppm. Chlo hoạt động còn lại trong nước thải với hàm lượng cao và nồng độ khí Clo trong không khí đo được tại chỗ thường cao hơn mức quy định từ 5 đến 7 lần. Clo là loại khí độc, gây ảnh hưởng trực tiếp đến mắt, đường hô hấp khi tiếp xúc ở nồng độ cao có thể gây chết người. ngoài ra, các sản phẩm phụ là các chất hữu cơ dẫn xuất của chlo có độ bền vững và độc tính cao. các chất này đều độc hại và có khả năng tích tụ sinh học. Mùi hôi tanh ở khu vưc sản xuất tuy không có độc tính cấp, nhưng trong điều kiện phải tiếp xúc với thời gian dài người lao động sẽ có biểu hiện đặc trưng như buồn nôn, kém ăn, mệt mỏi trong giờ làm việc. 1.3.3. Tác động do hệ thống lạnh Các hệ thống lạnh trong chế biến thuỷ sản thường xuyên hoạt động, nhiệt độ của các tủ cấp đông hoặc kho lạnh cần duy trì tương ứng -40 oC và –250C, làm tăng độ ẩm cục bộ lên rất cao. Trong điều kiện tiếp xúc với nước lạnh thường xuyên và lâu dài, làm việc ở điều kiện nhiệt độ thay đổi ngột, liên tục, người lao động hay mắc các bệnh về đường hô hấp, viêm khớp. 1.3.4. Vệ sinh lao động và bệnh nghề nghiệp Bất cứ ngành công nghiệp nào cũng gặp phải vấn đề liên quan đến vệ sinh lao động và bệnh nghề nghiệp tác tác động xấu đến sức khoẻ người lao động nếu không có sự quan tâm giải quyết hợp lý. Điều kiện lao động lạnh ẩm trong công ty chế biến thuỷ sản đông lạnh thường gây ra các bệnh cũng hay gặp ở các nghành khác như viêm xoang, họng, viêm kết mạc mắt( trên 60%) và các bệnh phụ khoa ( trên 50%). Các khí CFC (Cloro – Fluo - Cacbon) được dùng trong các thiết bị lạnh, từ lâu đã được coi là tác nhân gây thủng tầng ôzôn và sẽ bị cấm dùng trong thời gian tới. Ngoài ra bản thân CFC là các chất độc, khi hít phải ở nồng độ cao có thể gây ngộ độc cấp tính, thậm chí gây tử vong. Nhận xét chung về nước thải ngành chế biến thủy sản Nước thải ngành chế biến thủy sản có COD dao động trung bình từ 1000 ÷ 6000 mg/l, hàm lượng BOD dao động trung bình từ 400 ÷ 3800 mg/l, hàm lượng Nitơ cũng rất cao. So với tiêu chuẩn TCVN 5945 –1995 thì nước thải ngành chế biến thủy sản đã vượt mức cho phép gấp nhiều lần. Ngoài ra nước thải còn chứa các bã rắn như: vây, dè, đầu, ruột, … rất dễ lắng. Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng và triển khai công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản là vấn đề cấp bách mà chúng ta phải thực hiện. 1.4 CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM. 1.4.1 Biện pháp giảm thiểu nước sử dụng và nước thải: Một số nguyên tắc giảm thiểu lượng nước sử dụng: - Khóa nước khi không cần dùng - Sử dụng nước hiệu quả ở những nơi cần dùng - Xem xét việc lựa chọn các quá trình “khô” thay cho quá trình “ướt” thông thường Một số nguyên tắc giảm thiểu nước thải: - Tách riêng chất thải rắn ra khỏi nước. - Tránh cắt nhỏ hoặc nghiền nhỏ chất thải (khi không cần thiết). - Không ngâm chất thải trong nước hoặc cho nước máy chảy qua chất thải. Không để chất thải rơi vãi xuống sàn ở những nơi có thể. - Loại bỏ chất thải khỏi khu vực chế biến. 1.4.2 Biện pháp xử lý nước thải Yêu cầu đối với hệ thống xử lý nước thải phải đạt được hiệu suất loại bỏ tối thiểu 90% chất rắn lơ lửng, 97 – 98% đối với COD, 96-98% BOD và hơn 99% vi sinh có hại. Công nghệ xử lý: Quy trình xử lý nước thải lựa chọn theo phương án xử lý 3 bậc nhằm hạn chế đến mức tối đa hàm lượng chất thải. Bao gồm các công đoạn như sau: - Lọc rác bằng máy lọc rác tự động. - Thu gom, cân bằng nước thải và tách dầu mỡ. - Xử lý bậc 1 bằng phương pháp sinh học yếm khí trong bể UASB. - Xử lý bậc 2 bằng phương pháp sinh học hiếu khí trong bể Aeroten. - Xử lý bậc 3 bằng phương pháp hoá lý: keo tụ, lắng lọc và khử trùng. Bùn lắng tụ được hút vào ngăn chứa bùn, bể phân huỷ bùn và cuối cùng được hút thải vào bãi rác hoặc dùng để bón cây. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN Do đặc tính nước thải ngành chế biến thủy sản chứa lượng chất hữu cơ lớn, tỉ số BOD/COD dao động khoảng từ 0,5 đến 0,7 nên biện pháp xử lý thường được áp dụng là sử dụng các công trình xử lý sinh học. Trong nước thải còn chứa lượng cặn khá lớn, các mảnh vụn nguyên liệu có đặc tính cơ học tương đối bền vì thế trước khi đưa vào hệ thống xử lý sinh học, nước thải cần được xử lý bằng các công trình xử lý cơ học để loại bỏ cặn này. Do lưu lượng và chất lượng nước thải chế biến thủy sản thay đổi rất lớn theo thời gian, do đó trong công nghệ thường phải sử dụng bể điều hòa có dung tích đủ lớn để ổ định dòng nước thải vào công trình xử lý sinh học tiếp theo. Nước thải sau khi xử lý sinh học vẫn còn một số vi sinh vật gây bệnh, do đó phải qua giai đoạn khử trùng trước khi xả ra ngoài môi trường. 2.1.1 Phương pháp cơ học Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan (rác, cát nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải; điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Các công trình xử lý cơ học nước thải thủy sản thông dụng: 2.1.1.1 Song chắn rác Song chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc có thể đặt tại các miệng xả trong phân xưởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thước lớn như: nhánh cây, gỗ, lá, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác. Dựa vào khoảng cách các thanh, song chắn được chia thành hai loại: Song chắn thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 ÷100mm. Song chắn mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 ÷25mm. 2.1.1.2 Lưới lọc Lưới lọc dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, thu hồi các thành phần quý không tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác có kích thước nhỏ. Kích thước mắt lưới từ 0,5÷1,0mm. Lưới lọc thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay tròn (hay còn gọi là trống quay) hoặc đặt trên các khung hình dĩa. 2.1.1.3 Bể lắng cát Bể lắng cát đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa, trước bể lắng đợt I. Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô nặng như cát, sởi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tán, thanh vụn, vỏ trứng… đế bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý tiếp theo. Bể lắng cát gồm 3 loại: Bể lắng cát ngang,bể lắng cát tổi khí,bể lắng cát ly tâm 2.1.1.4 Bể điều hòa Do đặc điểm công nghệ sản xuất của một số ngành công nghiệp, lưu lượng và nồng độ nước thải thường không đều theo các giờ trong ngày, đêm. Sự dao động lớn về lưu lượng và nồng độ dẫn đến những hậu quả xấu về chế độ công tác của mạng lưới và các công trình xử lý. Do đó bể điều hòa được dùng để duy trì dòng thải và nồng độ vào công trình xử lý ổ định, khắc phục những sự cố vận hành do sự dao động về nồng độ và lưu lượng của nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý sinh học. 2.1.1.5 Bể lắng Dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải theo nguyên tắc dựa vào sự khác nhau giữa trọng lượng các hạt cặn có trong nước thải. Các bể lắng có thể bố trí nối tiếp nhau. Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90 ÷ 95% lượng cặn có trong nước thải. Vì vậy đây là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải, thường bố trí xử lý ban đầu hay sau khi xử lý sinh học. Để có thể tăng cường quá trình lắng ta có thể thêm vào chất đông tụ sinh học. Bể lắng được chia thành các loại sau:bể lắng ngang ,bể lắng đứng,bể lắng ly tâm 2.1.1.6 Bể vớt dầu mỡ Các loại công trình này thường được ứng dụng khi xử lý nước thải công nghiệp, nhằm loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước, chúng gây ảnh hưởng xấu tới các công trình thoát nước (mạng lưới và các công trình xử lý). Vì vậy ta phải thu hồi các chất này trước khi đi vào các công trình phía sau. Các chất này sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong các bể sinh học…và chúng cũng phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aerotank, gây khó khăn trong quá trình lên men cặn. 2.1.1.7 Bể lọc Công trình này dùng để tách các phần tử lơ lửng, phân tán có trong nước thải với kích thước tương đối nhỏ sau bể lắng bằng cách cho nước thải đi qua các vật liệu lọc như cát, thạch anh, than cốc, than bùn, than gỗ, sỏi nghiền nhỏ… Bể lọc thường làm việc với hai chế độ lọc và rửa lọc. Đối với nước thải ngành chế biến thủy sản thì bể lọc ít được sử dụng vì nó làm tăng giá thành xử lý. 2.1.2. Phương pháp hóa-lý Cơ sở của phương pháp hóa lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó, chất này phản ứng với các tạp chất bẩn trong nước thải và có khả năng loại chúng ra khỏi nước thải dưới dạng căn lắng hoặc dưới dạng hòa tan không độc hại. Các phương pháp hóa lý thường được sử dụng để xử lý nước thải chế biến thủy sản là quá trình keo tụ, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi… 2.1.2.1 Keo tụ Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không hể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Quá trình thủy phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau: Me3+ + HOH ( Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH ( Me(OH)+ + H+ Me(OH)+ + HOH ( Me(OH)3 + H+ Me3+ + HOH ( Me(OH)3 + 3H+ Các chất keo tụ thường dùng là phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O); phèn sắt (Fe2(SO4)3.2H2O; Fe2(SO4)3.3H2O; FeSO4.7H2O và FeCl3) hoặc chất keo tụ không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Các chất keo tụ cao phân tử cho phép nâng cao đáng kể hiệu quả của quá trình keo tụ và lắng bông cặn sau đó. 2.1.2.2 Tuyển nổi Tuyển nổi được ứng dụng để xử lý các chất lơ lửng trong nước (bùn hoạt tính, màng vi sinh vật). Nước thải được nén đến áp suất 40-60psi với khối lượng không khí bão hòa. Khi áp suất của hỗn hợp khí-nước này được giảm đến áp suất khí quyển trong bể tuyển nổi thì những bọt khí nhỏ bé được giải phóng. Bọt khí có khả năng hấp phụ các bông bùn và các chất lơ lửng hoặc nhũ tương (dầu, sợi …) làm chúng kết dính lại với nhau và nổi lên trên bề mặt bể. Hỗn hợp khí - chất rắn nổi lên tạo thành váng trên bề mặt. Nước đã được loại bỏ các chất rắn lơ lửng được xả ra từ đáy của bể tuyển nổi. 2.1.3 Phương pháp sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động sống của vi sinh vật có tác dụng phân hóa chất hữu cơ. Do quá trình phân hóa phức tạp nhưng chất bẩn có được kháng hóa và trở thành nước , chất vô cơ và những chất khí như : H2S , Sunfit , Amoniac , Nitơ … Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của các vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số muối khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên. Quá trình phân hủy chất hữu cơ nhờ sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Như vậy nước thải có thể xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ đặc trưng bằng các chỉ tiêu BOD, COD. Để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiệu quả thì tỷ số BOD/COD 0.5 Các phương pháp xử lý sinh học có thể phân loại trên cơ sở khác nhau, dựa vào quá trình hô hấp của sinh vật có thể chia ra làm 2 loại : quá trình hiếu khí và kỵ khí. Các công trình áp dụng phương pháp này như : Bể Aerotank Bể lọc sinh học Mương oxy hóa Bể mêtan Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) 2.2 CÁC CÔNG TRÌNH THỰC TẾ Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể lọc sinh học nhỏ giọt là thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc các khối vật liệu dẻo có hình thù khác nhau. Nước thải phân phối trên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc. Các chất hữu cơ trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 -0,2 mm và bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, do đó, oxy đã bị tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày màng sinh vật. Như vậy môi trường kỵ khí được hình thành ngay sát bề mặt vật liệu lọc. Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hóa chất hữu cơ xảy ra trước khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc. Kết quả là vi sinh vật bị phân hủy nội bào, không còn khả năng dính bám trên bề mặt vật liệu lọc và bị rửa trôi. Hình 2.1. Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt Đĩa sinh học Đĩa sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn phẳng bằng polystyren hoặc PVC lắp trên một trục. Các đĩa được đặt ngập trong nước một phần và quay chậm. Trong quá trình vận hành vi sinh vật sinh trưởng, phát triển trên bề mặt đĩa hình thành một lớp màng mỏng bám trên bề mặt đĩa. Khi đĩa quay lớp màng sinh học sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và với khí quyển để hấp thụ oxy. Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxy và đảm bảo cho vi sinh vật tồn tại trong điều kiện hiếu khí. Hình 2.2. Đĩa sinh học ( RBC ) Bể UASB - Cả 3 quá trình phân hủy, lắng bùn, tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình - Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. . Hình 2.3. Upflow Anaerobic Sludge Blanket(UASB) Nguyên tắc hoạt động: Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các hợp chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám và các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên bề mặt bể. Tại đây, quá trình tách pha khí- lỏng- rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5% – 10%. Bùn sau khi tách bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo máng răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo. Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không nhỏ hơn 2 mg/l. Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bùn hoạt tính phụ thuộc vào: Tỷ lệ F/M Nhiệt độ Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất Lượng các chất cấu tạo tế bào Hàm lượng oxy hòa tan Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí có hiệu quả cần phải hiệu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị phân hủy thành CO2, H2O, NO3-, SO42-,…Một cách tổng quát, vi sinh vật tỏng hệ thống bùn hoạt tính gồm: Pseudomonas, zoogloea, Achromobacter, flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và 2 loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như: Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại. Yêu cầu khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng snr phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/l. pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 60C < t0C < 370C. Hình 2.4. Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí Bể sinh học bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng bám dính Nguyên lý hoạt động của bể này tương tự như trường hợp vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng, chỉ khác là vi sinh vật phát triển dính bám trên vật liệu tiếp xúc đặt trong bể. Sơ đồ cấu tạo bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng bám dính được minh họa trong hình dưới đây: Hình 2.5. Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám Cũng theo Van Huyssteen và cộng sự (1990), sự kết hợp của hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa trong việc xử lý Nitơ trong nước thải có thể được giải thích theo hai cơ chế sau. Đầu tiên, hỗn hợp bùn sinh học và nước thải di chuyển ra xa khỏi hệ thống sục khí trong bể sinh học theo dòng vận chuyển của chất lỏng kéo theo hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO - Dissolved Oxygen) thấp dần, tạo điều kiện thích hợp cho các phản ứng xảy ra trong môi trường thiếu khí. Tiếp đó, các bông bùn hoạt tính có thể chứa đồng thời hai vùng hiếu khí và thiếu khí do hàm lượng DO trong nước thải không thể khuếch tán vào toàn bộ bông bùn . Mô hình bông bùn hoạt tính với cả hai vùng hiếu khí và thiếu khí được mô tả như ở hình 5. Nitrat sinh ra từ quá trình nitrat hóa trong điều kiện hiếu khí có thể khuếch tán vào vùng thiếu khí bên trong cùng với cơ chất, tạo điều kiện thích hợp cho quá trình khử nitrat hóa xảy ra trong cùng một bông bùn. Với sự kết hợp của quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa, nồng độ Nitơ trong nước thải đầu vào được xử lý hiệu quả với bùn hoạt tính và màng vi sinh trên vật liệu tiếp xúc.[8][7][13]. Hình 2.6. Hình biểu diễn hạt bùn hoạt tính với sự kết hợp của vùng hiếu khí và vùng thiếu khí Bể USBF Mô hình được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ carbon (COD, BOD), quá trình nitrat hoá/khử nitrat và quá trình loại bỏ dinh dưỡng (N và P). Nước thải được loại bỏ rắn, sau đó, được bơm vào mương chảy tràn thu nước đầu vào cùng trộn lẫn với dòng tuần hoàn bùn. Hồn hợp nước thải và bùn hoạt tính chảy vào ngăn thiếu khí. Ngăn này có vai trò như là ngăn chọn lọc thiếu khí (Anoxic Selector) thực hiện hai cơ chế chọn lọc động học (Kinetic Selection) và chọn lọc trao đổi chất (Metabolism Selection) để làm tăng cường hoạt động của vi sinh vật tạo bông nhằm tăng cường hoạt tính của bông bùn và kìm hãm sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi gây vón bùn và nổi bọt. Quá trình loại bỏ C, khử nitrat và loại bỏ P diễn ra trong ngăn này. Sau đó, nước thải chảy qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở dưỡi đáy ngăn USBF. Ở đây ôxy được cung cấp nhờ các ống cung cấp khí qua một máy bơm. Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào ngăn USBF và di chuyển tử dưới lên, ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo phương thẳng đứng. Đây chính là công đoạn thể hiện ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh học của chính khối bùn hoạt tính. Phần nước trong đã được xử lý phía trên chảy tràn vào mương thu nước đầu ra. Một phần hỗn hợp nước thải và bùn trong ngăn này được tuần hoàn trở laị ngăn thiếu khí.[7] Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể USBF Bể khử trùng Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả: − Khử trùng bằng các chất oxi hoá mạnh: Cl2, các hợp chất Clo, O3, KMnO4. − Khử trùng bằng các tia vật lý: tia cực tím. − Khử trùng bằng siêu âm. − Khử trùng bằng phương pháp nhiệt. − Khử trùng bằng các ion kim loại nặng. Khử trùng bằng các chất oxi hoá mạnh: Cl2, các hợp chất Clo, O3, KMnO4. Khử trùng bằng Clo lỏng: Khi dùng Clo lỏng để khử trùng , tại nhà máy phải lắp đạt thiết bị chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Cloratơ. Đây là thiết bị có chức năng pha chế và định lượng Clo hơi và nước. Khử trùng bằng Clorua vôi và canxihyphocloit Clorua vôi được sản xuất bằng cách cho Clo + vôi tôi à Cloruavôi. Trong Cloruavôi thì lượng Clo hoạt tính chiếm 20 – 25%. Canxi hypôclorit Ca (OCl)2 là sản phẩm của quá trình làm bão hòa dung dịch vôi sữa bằng Clo. Hàm lượng Clo hoạt tính chiếm 30 – 45%. Khử trùng bằng Natri hypoclorit (nước zaven): NaClo là sản phảm của quá trình điện phân dung dịch muối ăn . Nước zaven có nồng độ Clo hoạt tính từ 6 – 8g/l. Dùng Ôzôn để khử trùng: + Độ hòa tan của Ôzôn gấp 13 lần của oxy. Khi vừa cho vào trong nước khả năng tiệt trùng là rất ít , khi Ôzôn đã hòa tan đủ liều lượng, ứng với hàm lượng đủ oxy hoá hữu cơ và vi khuẩn trong nước, lúc đó tác dụng khử trùng mạnh nhanh gấp 3100 lần so với Clo, thời gian tiệt trùng xảy ra trong khoảng 3 – 8 giây. + Liều lượng cần thiết cho nước ngầm là 0,75 – 1mg/l; 1,0 – 3,0 mg/l nước mặt; sau bể lắng 2 trong xử lý nước thải từ 5 – 15mg/l. Khử trùng bằng tia cực tím: + Tia cự tím UV là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400nm. Dùng tia cực tím để tiệt trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước. + Tia cực tím tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ dài bước sóng 254nm khả năng diệt khuẩn cao nhất. Trong các nhà máy xử lý nước thải, dùng đèn thuỷ ngân áp lực thấp để phát tia cực tím có bước sóng 253,7nm. + Lớp nước đi qua đèn có độ dày khoảng 6mm, năng lượng tiêu thụ từ 6000 – 13000(mocrowat/s), độ bền 3000 giờ đến 8000 giờ. Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này thì chi phí rất cao. Các thực nghiệm gần đây cho thấy nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng SS < 50mg/l sau khi đi qua hộp đèn cực tím với tiêu chuẩn năng lượng nêu trên thì nước còn 200 Colifrom/100ml. CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN 3.1 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở CÔNG TY THỦY SẢN SIMMY. Thành phần và tính chất nước thải của công ty thủy sản SIMMY Nöôùc thaûi của công ty chế bieán thuûy saûn SIMMY goàm 3 loaïi chính: nöôùc thaûi sinh hoaït, nöôùc thaûi saûn xuaát vaø nöôùc thaûi veä sinh coâng nghieäp. Ñaëc ñieåm nöôùc thaûi thuyû saûn laø bò oâ nhieãm bôùi caùc chaát höõu cô, chaát raén lô löûng, caùc chaát dinh döôõng vaø vi sinh vaät gaây beänh. Caùc chaát oâ nhieãm naøy khi thaûi ra ngoaøi moâi tröôøng gaây oâ nhieãm lan toaû tôùi moâi tröôøng ñaát, nöôùc khoâng khí aûnh höôûng tôùi, kinh teá, caûnh quan vaø söùc khoeû con ngöôøi. Bảng 3.1. Nồng độ chất bẩn trong nước thải sinh hoạt STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả phân tích 1 pH 6,5 - 8,5 2 BOD5 mg/l 120 3 BODht mg/l 135 4 COD mg/l 350 5 SS mg/l 200 - 220 6 E.coli MPN / 100 ml 10 – 102 (Nguồn : Báo cáo giám sát chất lượng môi trường công ty TNHH thủy sản SIMMY 08/2010) Bảng 3.2. Nồng độ chất bẩn trong nước thải sản xuất STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả phân tích NT01 Tiêu chuẩn đầu vào của KCN Đức Hòa 1Hạnh Phúc 1 pH - 7,65 5,5-9 2 SS mg/l 667,2 200 3 Tổng N mg/l 153,5 60 4 Tổng P mg/l 65 _ 5 BOD5 mg/l 3800 200 6 COD mg/l 4260 300 7 Amoni (NH4+) mg/l 8,73 1,3 8 Dầu mỡ ĐTV mg/l 161,32 _ 9 Coliform MPN/100ml 93.107 _ (Nguồn : Báo cáo giám sát chất lượng môi trường công ty TNHH thủy sản SIMMY 08/2010) Xác định lưu lượng nước thải Tính toán lưu lượng nước thải sinh hoạt cho 300 công nhân Nước thải sinh hoạt theo khoảng 3 điều 3.7 TCXD: 33 -2006 Nước thải dùng cho sinh hoạt ở các cơ sở sản xuất công nghiệp là 25 (l/người/ca), hệ số không điều hòa giờ là: k = 2 (Điều 3, khoảng 3.7 bảng 3.4 TCXDVN 33 -2006) Lưu lượng nước thải của 300 công nhân tính theo ca là: Qshtb.ca = 300 (người) × 25 (l/người/ca) = 7500 (l/ca) = 7,5 (m3/ca) Lưu lượng của một ca dùng nước: Qshtb.h = Trong T : thời gian làm việc một ca: T = 8h Lưu lượng nước thải sinh hoạt lớn nhất là: Qshmax.h = 0,9375 (m3/h) × 2 = 1,875 (m3/h) K = 2 (hệ số không điều hòa) Lưu lượng nước thải sinh hoạt tính theo ngày đêm: Qshmax.ngày đêm = 1,875 × 24 = 45 (m3/ngày đêm) Qshtb.ngày đêm = 0,625 × 24 = 15 (m3/ngày đêm) Lưu lượng nước thải sản xuất: Qtb.ngày đêm = 90 (m3/ngày đêm) Qmax.ngày đêm = 90 (m3/ngày đêm) × 1,64 = 147,6 (m3/ngày đêm) Trong đó: k = 1,64 (hệ số không điều hòa max) Lưu lượng chung Qtctb = Qshtb + Qnttb = 15 + 90 = 105 (m3/ngày đêm) Qtcmax = Qshmax + Qntmax = 45 + 147,6 = 192,6 (m3/ngày đêm) Chọn lưu lượng thiết kế là 200m3/ đêm 3.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.2.1 các phương án Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ phương án 1 NTXS NTSH SCR Hố tập trung Bể tách dầu mỡ Khử trùng UASB Bể lắng 2 Bể điều hòa SCR tinh Bể Aerotank Bám dính Bể chứa bùn Sân phơi bùn Phân bón Đường đi nước thải Đường đi bùn thải Đường đi bùn tuần hoàn Đường đi nước tuần hoàn Phương án 1: Phương án 2:NTXS NTSH SCR Hố tập trung Bể tách dầu mỡ USBF Khử trùng Bể điều hòa SCR tinh Bể chứa bùn Sân phơi bùn Phân bón Đường đi nước thải Đường đi bùn thải Đường đi bùn tuần hoàn Đường đi nước tuần hoàn UASB Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ phương án 2 3.2.2. Thuyết minh các phương án lựa chọn Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước thải sau khi qua SCR tập trung tại hố tập trung, tại đây dùng bơm, bơm nước thải đến bể gạn dầu mỡ Tại bể này được thiết kế giống bể lắng hình chữ nhật có kết hợp với tấm lắng + Vây vẩy cá tôm được sinh ra trong quá trình rữa nguyên liệu, sơ chế nguyên liệu sẽ được loại bỏ. + Dầu mỡ động vật sau khi chế biến: với lưu lượng nước thải sản xuất 105m3/ngày đêm. Dầu mỡ sẽ nổi trên bề mặt và được thu và máng thu. Nguyên tắc hoạt động của bể như sau: bể có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như bể lắng ngang thu nước ở cuối. Tại vùng lắng chia làm 2 phần. Một phần lắng giống như lắng ngang bình thường. Phần 2 được đặt ở cuối bể , tại vùng lắng ta đặt các bản vách ngăn nghiêng 45 – 600 song song với nhau, nước sau khi qua phần lắng 1 sẽ được hướng dòng từ dưới lên và cặn lắng xuống đến bề mặt bản vách nghiêng sẽ trượt xuống theo chiều ngược lại.[10]. Nước sau khi qua bể này: SS loại bỏ 60%, dầu mỡ hầu như toàn bộ Tại bể điều hòa nước thải sẽ được sục khí liên tục. để điều hòa lưu lượng và chất lương nước thải trước khi được bơm vào bể UASB. Tại bể UASB Nước thải sẽ được giảm nồng độ chất hữu cơ (70%), SS (45%) Phương án 1: Nước thải sẽ tự chảy qua bể bùn hoạt tính kết hợp vật liệu bám dính. Bể này được thiết kế chia làm 3 phần: hiếu khí – thiếu khí – hiếu khí. Phần hiếu khí ta sẽ thực hiện quá trình nitrat hóa. Sau đó chuyển qua ngăn thiếu khí, tại đây ta đặt vật liệu bám dính, mục đích tăng phần tiếp xúc thiếu khí gốp phần tăng quá trình khử nitrat. Tiếp tục tới ngăn hiếu khí và chảy bào bể lắng đứng. Bùn sẽ được tuần hoàn 75% từ bể lắng vào đầu bể bùn hoạt tính . Mục đích tuần hoàn bùn là để thu được nồng độ nitrat trong nước thải nhỏ nhất. Cần phải thêm một chu trình tuần hoàn lại hỗn hợp lỏng từ phái sau của bể.[13]. Phương án 2: Nước thải tự chảy qua bể USBF. Bể này là sự kết hợp của 3 bể hiếu khí, thiếu khí, lắng. Nước sẽ vào ngăn hiếu khí, sau đó tuần hoàn 100% về bể thiếu khí và qua ngăn lắng. Tại đây chất thải hữu cơ và Tổng N sẽ được loại bỏ Nước thải sau khi qua bể aerotank sẽ được cho tự chảy qua bể lắng để loại bỏ bùn ra khỏi bể. Sau khi qua bể lắng nước được dẫn đến bể khử trùng và thoát ra nơi tiếp nhận Bùn được bơm từ bể lắng 1 và bể lắng 2 vào bể chứa bùn. Bùn từ bể chứa bùn được bơm đến sân phơi bùn. CHÖÔNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ Lưu lượng thiết kế: Qtb = 105 (m3/ngày đêm) = = Qmax = 200 (m3/ngày đêm) = = 4.1. SONG CHẮN RÁC Nhiệm vụ Song chắn rác có nhiệm vụ tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải trước khi đưa nước thải vào các công trình xử lý phía sau. Việc sử dụng song chắn rác trong các công trình xử lý nước thải tránh được các hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và gây hỏng hóc bơm. Tính toán Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60o so với mặt đất. Số khe hở của song chắn rác: Trong đó: Qmax : lưu lượng lớn nhất của dòng thải (m3/s). Qmax = 29,17 m3/h = 0,0081 m3/s. b : bề rộng khe hở giữa các song chắn rác (mm), từ 15 ÷ 25 mm. Chọn b = 16 mm ko : hệ số tính đến độ thu hẹp của dòng chảy khi sử dụng công cụ cào rác cơ giới, ko = 1,05. h : chiều sâu mực nước qua song chắn (m) thường lấy bằng chiều sâu mực nước trong mương dẫn. Chọn h = 0,1m. Vmax : tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn rác ứng với lưu lượng lớn nhất (87,5 m3/h), từ 0,6 ÷ 1,0 m/s. Chọn Vmax = 0,8m/s. Chọn n = 7 khe. Chiều rộng song chắn rác: Bs = S(n – 1) + b.n = 0,008(7 – 1) + 0,016 x 7 = 0,16(m) Chọn Bs = 0,2 m. Kiểm tra lại tốc độ dòng chảy ở phần mở rộng trước song chắn ứng với lưu lượng nước thải Qmax = 0,0081 m3/s. Vận tốc này không được nhỏ hơn 0,4 m/s. Tổn thất áp lực qua song chắn rác: Trong đó: Vmax = 0,8 m/s g : gia tốc trọng trường (m/s2) k : hệ số tính đến sự tăng tổn thất do rác đọng lại ở song chắn. k = 2 ÷ 3, chọn k = 3. x : hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh song chắn được tính bởi: b : hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh. Đối với thanh tiết diện hình chữ nhật, b = 2,42 a : góc nghiêng song chắn rác, a = 60o Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn: Trong đó: : góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác. Chọn =20o Bk : chiều rộng của mương dẫn nước thải vào. Chọn Bk = 0,15 m Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn: L2 = 0,5.L1 = 0,5 x 0,069 = 0,035 (m) Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác: L = L1 + L2 + L3 = 0,069 + 0,034 + 1 = 1,102 (m) L3 : chiều dài buồng đặt song chắn rác. Hình 4.1 : Sơ đồ lắp đặt song chắn rác. Bảng 4.1. Các thông số xây dựng mương đặt song chắn rác Thông số Đơn vị Kích thước Bề rộng khe m 16 Số khe hở khe 7 Chiều rộng mương dẫn nước vào m 0,15 Chiều rộng song chắn m 0,2 Chiều dài đoạn kênh trước song chắn m 0,069 Chiều dài mương đặt song chắn m 1,102 4.2. BỂ THU GOM Nhiệm vụ Bể thu gom nước thải tập trung toàn bộ nước thải từ các phân xưởng sản xuất của công ty bao gồm cả nước thải sinh hoạt và để đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho bơm hoạt động an toàn. Trong bể thu gom, sử dụng hai bơm chìm hoạt động luân phiên để bơm nước thải đến bể đến bể điều hòa. Tính toán Thời gian lưu nước trong bể thu gom tối thiểu là 15 đến 20 phút. Chọn thời gian lưu nước là t = 20 phút. Thế tích bể thu gom được tính như sau: V = Qmax x t = 29,17 x = 9,72 (m3) Vậy kích thước của bể thu gom được xây dựng như sau: Chiều dài L = 2,5 m Chiều rộng B = 2 m Chiều cao H = 2 m Chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 m Thể tích thực của bể V = 12,5 m3 Tính bơm Công suất của bơm Trong đó: Qmax : lưu lượng nước thải lớn nhất trong ngày, Qmax= 29,17 m3/h= 0,0081 m3/s Trở lực : P = H = h1 + h2 h1 : chiều cao cột nước trong bể, h1 = 2,0 m h2 : tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn, … lấy trong khoảng từ 2÷3 mH2O. Þ Trở lực H = 2 + 3 = 5 (mH2O) Chọn H = 7 mH2O Công suất của bơm: sai công suất (kW) Công suất thực của bơm lấy bằng 110% công suất tính toán: Ntt = 1,1 x 0,7 = 0,77 (kW) Chọn hai bơm hoạt động luân phiên, công suất mỗi bơm là 1 HP để bơm nước thải từ bể thu gom sang bể điều hòa. Bảng 4.2. Thông số thiết kế bể thu gom Thông số Đơn vị Kích thước Chiều dài m 2,5 Chiều rộng m 2 Chiều cao m 2 Chiều cao bảo vệ m 0,5 Thể tích thực m3 12,5 4.3. HẦM BƠM Mục đích: Đảm bảo lưu lượng vào cho các công trình sau được ổn định Tính toán Bảng 4.3. Thông số đầu vào hố thu. Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6 - 8 640,51 3800 4260 153,5 65 93.107 Thể tích hầm bơm tiếp nhận Vb = Qmax × t = 8,33 (m3/h) × 30 (phút) ×1(h)/60 (phút) = 4,15 (m3). t : thời gian lưu nước , t = 10 ÷ 30 phút, chọn t = 30 (phút) Chọn chiều cao hữu ích h = 2 m Chiều cao an toàn hbv = 0,5 m Chiều sâu tổng: H = h + hbv = 2 + 0,5 = 2,5 (m) Chọn hầm bơm có kích thước hình chữ nhật: Diện tích bề mặt bể là: F = Kích thước hầm bơm là: L × B = 2 × 1,1 (m) Đường kính ống: D = Chọn D = 50(mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Tính toán bơm nước thải từ hố thu: Xác định tồn thất áp lực: Hb Tồn thất của một co là: h’ = 0,5 (m) Ta có tất cả là 4 co: h1 = 4 × 0,5 = 2 (m) Tổn thất ma sát trong 1 đoạn là h” = 0,4 (m) Suy ra tổn thất của cả đường ống: h2 = 0,4 × 5 = 2(m) Tồn thất đường ống: h = 6 (m) Suy ra: Hb = h + h1 + h2 = 6 + 2 + 2 = 10 (m) Công suất bơm là: Công suất bơm làm việc thực tế: Ntt = 2 × 0,283 = 0,566 (Kw) = 1 (hp) Số lượng 2 bơm, thay thế nhau khi có sự cố Chọn bơm: - Hiệu bơm: CRS501 - Nguồn điện: 220V /1 pha - Công suất: 0,75 (kw) - Số tiền : 37,930 (JPY) = 7.654.000 (VNĐ) (1 yên nhật = 201,796296 (VNĐ) Bảng 4.4. Các thông số thiết kế hầm bơm Thông số Giá trị Thể tích 4,15 (m3) Thời gian lưu 30 phút Chiều cao hầm 2m Đường kính hầm: B × L 1,1 × 2 Bơm (2 cái) 600 w Đầu ra hố thu, nồng độ nước thải giảm 0% 4.4. BỂ TÁCH DẦU KẾT HỢP VỚI LẮNG VÁCH NGHIÊNG Mục đích Nước thải thủy sản trong quá trình chế biến thường có lẫn dầu mỡ. Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên mặt nước. Nước thải sau xử lí không có lẫn dầu mỡ mới được phép cho chảy vào các thủy vực. Hơn nữa, nước thải có lẫn dầu mỡ khi vào xử lí sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở vật liệu lọc, ở phin lọc sinh học và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong aerotank... Ngoài cách làm các gạt đơn giản bằng các tấm sợi quét trên mặt nước, người ta chế tạo ra các thiết bị tách dầu, mỡ đặt trước dây chuyền công nghệ xử lí nước thải. Tính toán Bảng 4.5. Thông số đầu vào bể tách dầu Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6 - 8 640,51 3800 4260 153,5 65 93000.104 Chọn thời gian lưu nước là T = 4,5 (h) Tỷ số chiều rộng: chiều sâu: 1:1 – 2,25 : 1 Độ lớn thuỷ lực (tốc độ nổi của hạt dầu) từ 0,4 – 0,6 mm/s. Vận tốc tính toán trung bình trong phần nước chảy của bể v là 4 – 6mm/s. Thể tích của bể lắng: V = Q× T = Xác định kích thước bể: Gọi Chiều dài bể: L (m) Chiều rộng bể: B (m) Chiều sâu bể: H (m) Bố trí tấm mỏng Tấm mỏng: chọn loại tấm nhựa, có phần lượng sóng hình bán lục giác, khi ghép các tấm lại với nhau thành khối sẽ tạo thành các hình ống dạng lục giác.[5]. Với chiều cao h = 69 (mm), d = 80 (mm). chiều dài mỗi tấm: L = 0,5 (m) Các thông số Nhà cung cấp: Công Ty Cổ Phân Môi Trường Công Nghệ Xanh Tiết diện hình lục giác: f= 69 ×40 + 69 ×20 = 4140 (mm2) = 4,14.10-3(m2) Chiều dài ống: L = 0,5 (m) Góc nghiêng α chọn bằng 600 Chiều cao khối trụ lắng: H = L × sin600 = 0,5 × 0,866 = 0,433 (m) Công suất nước đi vào bể lắng: Q = 0,0023 (m3/s) Diện tích mặt bằng của bể: F’ = F’ = Với chiều cao đặt bản là: H = 0,45 (m) Suy ra: Bề rộng bể là: B = 2,6 (m) Suy ra: chiều dài đặt tấm lắng: L = 0,75 (m), chọn L = 2 (m) Lúc này Diện tích đặt tấm lắng là: 5,2 (m2) Vận tốc nước chảy trong ống lắng: Chu vi ướt: c = 6 × 40 = 240 (m) Bán kính thủy lực: Hệ số reynol: Trong đó: v0: Vận tốc nước chảy trong ống (m/s) R: Bán kính thủy lực (m) v: Hệ số nhớt động học của nước. Lấy v = 1,31.10-6 Vậy: Nước trong ống lắng chảy ở chế độ “chảy tầng” Chuẩn số Froude: Như vậy dòng chảy ổn định. Chiều cao phần nước trong phía trên các bản lắng: h1 = 1 (m) Chiều cao đặt tấm lắng nghiêng: Hln = 0,45 (m) Chiều cao phần phía dưới bản lắng. Chọn h2 = 1 (m)) Chiều cao bảo vệ: H = 0,5 (m) Chiều cao tổng của bể: H = hbv + hct + hc Trong đó: Vc : thể tích cặn tươi (m3) Trong đó: G : khối lượng cặn tươi (kg/ ngày). G = Q × Rss × SS Với: + Q : lưu lượng nước thải, Q = 200 (m3/ngày) + R : hiệu suất khử SS, R = 60%. + SS : hàm lượng cặn, SS = 640,51 (mg/l). G = 200 × 0,6 × 640,51 = 76,86(kg/ngày) = 0,07686 (tấn/ngày). - S : tỉ trọng cặn tươi, lấy S = 1,02 (tấn / m3) - P : nồng độ ở tách dầu, lấy P = 5% = 0,05 Suy ra: hc = , chọn hc = 100 (mm) Với chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 (m) Vậy chiều cao tổng: H = 0,1 + 1 + 0,45 + 1 = 2,55 (m) Với chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 (m) Suy ra: Hxd = 2,55 + 0,5 = 3,05 (m) Tóm lại: V = 37,5 (m3) H = 2,65 (m) B = 2,6 (m) Suy ra: L = 6,8 (m) Giả sử chiều dài vùng phân phối nước vào L = 0,5(m) Suy ra: L = 7,3 (m) Vị trí bố trí tấm lamella Bt × Lt × Ht = 2,6 × 2 × 0,45 (m) Thể tích chứa cặn Lưu lượng cặn tạo ra trong 15h là: Trong đó: T : thời gian giữa hai lần xả cặn, chọn T = 15(h) , ( theo quy phạm 6 ÷ 24 h). δ : nồng độ trung bình của cặn đã nén,, chọn δ = 25.000( mg/m3) .[10] Cv: hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, Cv = 653,86 (mg/l) H : hiệu quả lắng, H = 60% Xây dựng hố thu cặn bằng hình thang có thể tích V = 2,5 (m3) Trong đó: H = 1200 (mm), B = 1200 (m), b = 600 (m) Thể tích xả cặn: V = 60% Wc = 0,6 × 2,5 = 1,5 (m3) (Theo quy phạm lưu lượng xả = 30% ÷ 60% Vx) Lưu lượng xả cặn trong thời gian 5 phút: Chọn vận tốc bùn qua ống: vb = 0,5 (m/s) Đường kính ống thu cặn: Chọn D = 200 (mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Chọn độ dốc đáy bể i = 1% Xác định công suất máy bơm cặn Lượng cặn cần lấy ra: Q = 0,3(m3/ phút) Chọn H = 8 (m) Bơm bùn đặt phía ngoài Lấy ρcặn = 1080 (kg/m3) Tồn thất áp lực: Hb Tồn thất của một co là: h’ = 0,5 (m) Ta có tất cả là 4 co: h1 = 4 × 0,5 = 2 (m) Tổn thất ma sát trong 1 đoạn là h” = 0,4 (m) Suy ra tổn thất của cả đường ống: h2 = 0,4 × 10 = 4 (m) Tồn thất đường ống: h = 20,8 (m) Suy ra : Hb = 20,8 + 2 + 4 = 26,8 (m) Để đảm bảo : chọn Hb = 30 (m) Hệ số an toàn là 2 Suy ra công suất bơm là: N = 2 × 1,987 = 3,974(kw) Chọn bơm: - Hiệu bơm: CWT 100 - Nguồn điện: 3 PHA - Công suất: 4 (kw) (Shinmaywa) – Công Ty TNHH Nhật Anh Hệ thống thu dầu nổi bề mặt: Cách thu: dùng cần gạt dầu mỡ vào ngăn chứa dầu mỡ Kích thước ngăn: Chọn Bngăn = 5% L = 0,05× 6,8 = 0,340 (m), chọn Bngăn = 350 (mm) Chiều dài ngăn: lấy bằng chiều rộng bể: Lngăn = 2,5 (m) Độ dốc máng I = 1% Đường ống thu dầu mỡ: chọn D = 27 (mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Thiết bị chứa dầu mỡ: thùng bằng sắt có thể tích 1m3. Ngăn phân phối nước vào: Chọn hệ thống phân phối đục lỗ - Chiều rộng tấm phân phối: B = 2,6 (m) - Chiều cao tấm phân phối, h = 3,2 – 0,5 = 2,7(m). - Khoảng cách giữa tâm các lỗ là : 0,25 ÷ 0,45 (m) chọn 0,3 m - Khoảng cách ngăn phân phối lấy Lngăn = 0,5(m) để phân phối nước đều trong bể, vách ngăn phân phối có các lỗ, tốc độ nước phân phối qua các lỗ theo quy phạm 0,2 ÷ 0,3 ( m/s) . chọn Vlỗ = 0,2 ( m/s). - Chọn các lỗ phân phối hình tròn có d = 30(mm)  - Tiết diện lỗ: Slỗ = - Tổng tiết diện phân phối nước: S =  - Số lỗ cần thiết : n = (lỗ), chọn 16 lỗ Bố trí các lỗ: 4 lỗ hàng ngang và 3 lỗ hàng dọc Ngăn phân phối nước ra: Tiết diện ống thu lớn hơn lưu lượng tính toán từ 20 ÷ 30% chọn tiết diện ống thu lớn hơn lưu lượng tính toán 20%. Vận tốc nước chảy qua ống thu vo theo quy phạm 0,6 ÷ 0,8 m/s, chọn vo = 0,6 (m/s). Đường kính ống thu nước ra: Tiết diện ống thu thực tế: Dt = 0,051 + 16 × 0,051 = 0,867 (m), chọn Dt = 90mm (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Kích thước máng thu: Chọn Bngăn = 5% L = 0,05× 6,8 = 0,340 (m), chọn Bngăn = 350 (mm) Chiều dài ngăn: lấy bằng chiều rộng bể: Lngăn = 2,6 (m) Độ dốc máng I = 1% Thiết bị gạt cặn Khoảng cách giữa các thanh: 2 (m) Tốc độ thanh gạt: 0,9 (m/ph) Thiết bị gạt dầu: Khoảng cách giữa các thanh: 1m Tốc độ thanh gạt: 0,6 (m/ph) Đầu ra bể tách dầu: Tính toán hiệu quả khử BOD5 và SS: Bảng 4.6. Giá trị của hằng số thực nghiệm a, b ở toC > 200C Chỉ tiêu a đơn vị (h) b Khử BOD5 Khử cặn SS 0,018 0,0075 0,02 0,014 Suy ra: Hiệu quả khử BOD5: Hiệu quả khử SS: Về nguyên tắc thì đây là bể lắng vách nghiêng kết hợp tách dầu ra khỏi nước thải. Với mục đích tăng hiệu quả lắng tại bể này ta kết hợp với vách nghiêng để giảm lượng SS đảm bảo vào bể aerotank bám dính SS ≤ 150 (mg/l). Ta ước tính SS giảm 60% tăng 10% so với bể lắng ngang bình thường. Theo phục lục 1, ta có thể ước tính. Bảng 4.7. Hiệu quả xử lý Chỉ tiêu SS (mg/l) BOD5 (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Hiệu suất 60% 25% 25% 10% 5% Bảng 4.8. Các thông số đầu ra Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6 - 8 256,2 2850 3195 138,15 61,75 93000.104 Bảng 4.9. Các thông số thiết kế Thông số Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước Sâu Rộng Dài Máng phân phối nước vào và ra Cao Dài Rộng Tải trọng máng Vận tốc vào máng Đường ống vào Đường kính ống thu Máng thu dầu nổi Cao Rộng Dài Đường kính ống thu Tốc độ thanh gạt cặn Khoảng cách giữa các thanh Tốc độ Tấm lắng lamella Chiều dài Chiều rộng Chiều cao Hố thu cặn: Chiều cao Đáy lớn Đáy bé Chiều dài Đường ống thu H m m m m m m m3/m dài. Ngày m/s mm mm m m m mm m m/phút m m m m m m m mm 4,5 2,65 2,6 6,8 0,35 2,6 0,35 96 0,0038 60 75 0,35 0,35 2,6 27 2 0,9 2 2,6 0,5 1,2 1,2 0,6 2,6 200 4.5. LƯỚI CHẮN RÁC TINH Mục đích : loại bỏ các hạt cặn có kích thước lớn như cát, sạn.. tránh gây hư hỏng bơm. Tính toán Các thông số thiết kế Qmax = 8,33 (m3/h) Vận tốc V = 0,6 m/s Bề rộng kênh B = 1 m Khoảng cách thanh = 1 mm Diện tích của lước chắn rác tinh Trong đó: Fc : tổng diện tích hữu ích Qmax :lưu lượng nước thải cực đại (m3/s) v: vận tốc nước thải chảy qua khe tấm chắn (thường lấy từ 0,8 ÷ 1,0 m/s). Chọn u = 0,8 m/s. (m2) Hàm lượng SS qua song chắn rác tinh giảm 15% Hiệu suất của lưới chắn rác tinh: loại bỏ 15% SS Suy ra lượng SS sau khi qua lưới: 261,544 – 261,544 × 0,15 = 222,31(mg/l) Dựa vào tính chất nước thải ta chọn SCR tinh: (SHINMAYWA) – Công Ty TNHH Nhật Anh. - Hiệu 60S21 - Khe hở SCR: s = 0,5 (mm) Bảng 4.10. Thông số SCR tinh: Model Kích thước SCR tinh (L x W mm) A B C D E 62S 900 × 600 600 648 654 704 150 F G H J K L M N P 640 172 1500 430 363 960 555 450 50 Q R S X Y Z Khối lượng (kg) 15 390 686 65A 125A 40A 105 Bố trí bơm Nước thải sau khi qua bể gạn dầu sẽ được bơm đến SCR tinh Tồn thất của một co là: h’ = 0,5 (m) Ta có tất cả là 4 co: h1 = 4 × 0,5 = 2 (m) Tổn thất ma sát trong 1 đoạn là h” = 0,4 (m) Suy ra tổn thất của cả đường ống: h2 = 0,4 × 2,3 = 0,92(m) Tồn thất đường ống: h = 2,3 (m) Tổng tổn thất : H = 2 + 0,92 + 2,3 = 5,22 (m) Để đảm bảo an toàn: ta chọn H = 8 (m). Công suất bơm: Hệ số an toàn: f = 2 Suy ra: N = 2 × 0,283 = 576 (w) Đường kính ống: V = 1,5 (m/s) Suy ra: D = Chọn ống D = 60 (mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Chọn bơm ly tâm: - Công suất 600 (w) - Hiệu: PC 600E - Giá: 2.930.000 (VNĐ) 4.6. BỂ ĐIỀU HÒA Mục đích - Điều hòa lưu lượng và chất lượng. - Có thiết bị phân tán khí: mục đích để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẫn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể. Tính toán Bảng 4.11. Thông số đầu vào bể điều hòa Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6 - 8 217,77 2850 3195 138,15 61,75 93000.104 a. Kích thước bể : - Thể Tích bể điều hòa: V= Qmax× t Ta chọn thời gian lưu nước tại bể điều hòa t = 4 (h) Suy ra: V= 8,33 (m3/h) × 4 (h) = 33,2 (m3) - Chiều cao hữu ích của bể: h = 3 m - Chiều cao bảo vệ : hbv= 0,5 m Vậy chiều cao tổng cộng là: H = h + hbv = 3 + 0,5 = 3,5 (m) - Diện tích của bể: F = - Ta chọn kích thước bể: L × B × H = 5 × 3 × 3,5(m) Suy ra thể tích xây dựng: Vxd = 52,5 (m3) b. Hệ thống phân phối nước vào và ra: Xác định đường kính ống nước thải vào: Vận tốc nước thải vào là: V = 1(m/s) Lưu lượng nước thải vào: Qv = 8,33 (m3/h) Suy ra: D = Chọn D = 60 (mm) (chọn theo đường kính ống từ đầu ra của bể gạn dầu). (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Xác định đường kính ống nước thải ra: Lưu lượng nước thải ra: Qra = 4,375 (m3/h) Vận tốc nước thải ra: chọn V = 1,5 (m/s). Suy ra: Dra = Chọn Dra = 49 (mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Xác định bơm nước thải ra: - Cột áp toàn phần của bơm: chọn H = 8,3 (m) Chọn hệ số an toàn f = 2 Suy ra: Hb = 8,3 × 2 = 16,6 (m) - Lưu lượng bơm: Q = 4,375 (m3/h) Công suất thực tế của máy bơm: Ntt = 2 N = 2 × 0,247 = 0, 494(kW ) = 0,83 (hp) Chọn bơm - Hiệu bơm: CRC50D - Công suất bơm: 0,75 (kw) c. Hệ thống cấp khí Để tránh hiện tượng lắng cặn và bốc mùi trong bể điều hòa cần cung cấp một lượng khí thường xuyên. Qkk = qkk × V = 0,013 (m3/m3.phút) × 52 (m3) = 0,676(m3/phút) = 40,56 (m3/h). Trong đó qkk – Lượng khí cần thiết để xáo trộn qkk = 0,01 ÷ 0,015 (m3/m3.phút), chọn qkk = 0,013(m3/m3 phút). V: thể tích bể điều hòa (m3).[1] d. Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí tính theo mét cột nước: Áp lực của máy thổi khí, P được xác định theo công thức: Độ ngập của thiết bị phân tán khí trong nước, H = 3 m Tổn thất của hệ thống cung cấp khí h1 = 0,05 (m) Tổn thất trong đường ống dẫn khí : h2 = 0,4 (m) Tổn thất trong các co: h3 = 0,5 (m) Suy ra: tổng tổn thất Hs = H + h1 + h2 + h3 = 3 + 0,05 + 0,4 + 0,5 = 3,95 (m) Suy ra: Công suất máy thổi khí: N= .[2] Hệ số an toàn: f = 2 Suy ra: N = 2 × 0,661 =1,32 (kw) = 1,8 (HP) (1HP = 0,736 kw) Chọn máy thổi khí: - N = 1,5 (kw) - Loại ARS 50 Thiết bị phân phối khí: Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng đĩa xốp ,đường kính 170mm,cường độ thổi khí 72l/phút đĩa = 0,072 (m3/phút) Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều sâu hữu ích của bể H = 3 m đặt sát đáy bể Suy ra: Số đĩa cần phân phối trong bể :(đĩa), chọn 10 đĩa (Trong các hệ thống cấp khí áp lực thấp khi vận tốc không khí ra khỏi lỗ từ 5 –10 m/s lấy bằng 0,015 – 0,05m cột nước.[11]) Chọn Vk = 6 (m/s) Đường kính ống dẫn khí: Chọn D = 60 mm Từ ống chính ta phân thành 5 ống nhánh cung cấp khí cho bể, mỗi nhánh đặt 2 đầu đĩa phân phối khí Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh : Đường kính ống nhánh : chọn d = 27 (mm) Ống dẫn khí bằng nhựa PVC, D = 27 (mm) Vận tốc khí trong ống chính Vchính = 8 (m/s) Vận tốc khí trong ống nhánh Vnhánh = 6 (m/s) Bảng 4.12. Các thông số thiết kế Thông số Giá trị Thể tích 52,5 (m3) Chiều cao 3,5 (m) Diện tích 15 (m2) Chiều dài 5 (m) Chiều rộng 3 (m) Bơm 1 (Hp) Đường kính ống chính (1 ống) 60 (mm) Đường kính ống nhánh ( 3 ống ) 27 (mm) Công suất máy nén khí 1,8 (kw) Bảng 4.13. Hiệu quả xử lý khi qua bể điều hòa: Thông số SS (mg/l) BOD5 (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Hiệu suất 0% 30% 30% 20% 5% Bảng 4.14. Thông số đầu ra bể điều hòa Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6 – 8,5 217,77 1995 2236,5 110,52 58,66 93000.104 4.7. BỂ UASB Mục đích: Giảm nồng độ BOD và COD trước khi vào bể aerotank Tính toán Bảng 4.15. Thông số đầu vào bể UASB Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6 - 8 217,77 1995 2236,5 110,52 58,66 93000.104 Các thông số thiết kế Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân hủy kỵ khí từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30 (kgSS/m3) Tỷ lệ MLSS:MLVSS của bùn trong bể UASB = 0,75 Tải trọng bề mặt phần lắng 12 (m3/m2.ngày) Ở tải trọng thể tích L0 = 8 (kg COD/m3.ngày), Hiệu quả này khử COD (75 - 80%) Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu có TS = 5% Y = 0,05(gVSS/gCOD), kd = 0,025 (ngày-1), θc = 60 (ngày). A. Tính toán kích thước bể Chọn hiệu suất của bể là E = 75% Suy ra: COD đầu ra là: Lượng COD cần khử trong ngày: G = Q × (CODvào – CODra) = 105 × (2236,5 – 559,125 ) = 176,12(kgCOD/ngày) Thể tích bể gồm 2 phần chính: + Phần thể tích mà các hạt cặn lơ lửng sau khi tách khí đi vào (còn gọi là thể tích phần lắng). + Phần thể tích mà ở đó diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ hay thể tích phần xử lý kị khí. Bảng 4.16 : Số liệu kỹ thuật từ kết quả vận hành bể UASB và bể lọc yếm khí Nguồn nước thải Hàm lượng COD đầu vào (mg/l) Thời gian lưu nước trong bể (h) Tải trọng COD (kg/COD/m3ngày) Hiệu quả khử COD (%) Nước thải sinh hoạt 500 – 800 4 - 10 4 - 10 70 - 75 Nhà máy rượu, men rượu 20.000 5-10 14-15 60 Chế biến bột khoai tây 4500 - 7000 5 - 10 8 - 9 75 - 80 Chế biến sữa 3000 - 3400 5 - 10 12 80 Nhà máy hóa chất hữu cơ tổng hợp 18000 5 - 10 7 - 9 90 Chế biến rau và hoa quả 8300 5 - 10 18 55 Giấy các loại 7700 5 - 10 12 80 Chế biến hải sản 2300 - 3000 5 - 10 8 - 10 75 - 80 Chọn tải trọng: L = 8 (kg/COD/m3ngày) Thể tích phần xử lý kỵ khí , chọn V = 25 (m3) Nước thải được bơm vào bể với tốc độ nước dâng trong bể khoảng vd = 0,6 – 0,9 (m/h), nhằm giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Chọn Vd = 0,65 (m/h) Diện tích bể cần thiết là: Bể hình chữ nhật, chiều dài mỗi cạnh Chọn chiều dài bể: L = 3,5 ( m) Chiều rộng bể: B = 2 (m) Diện tích bể cần xây dựng: Fb = 3,5 × 2 = 7 (m2) Chiều cao phần xử lý kị khí Chọn chiều cao phần xử lý kị khí: H1 = 4(m) Chiều cao vùng lắng chọn H2 = 1,5 (m) (với H2 ≥ 1 (m) Chiều cao an toàn khoảng 0,3 – 0,5 m, chọn H3 = 0,5 m Tổng chiều cao của bể là: H = H1 + H2 + H3 = 4 + 1,5 + 0,5 = 6 (m) Thể tích xây dựng: Vxd = 6 × 7 = 42 (m3) Thể tích công tác của bể: Vct = Hct × Fb = (4 + 1,5) ×7 = 38,5 (m3) Thời gian lưu nước: t = , chọn t = 8,5 (h) Bảng 4.17 : Tóm tắt về kết quả tính bể UASB Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Số lượng Bể 1 Chiều cao bể H m 6 Cạnh bể L × B m 3,5 × 2 Thể tích phần xây dựng Vxd m3 38,5 B.Tính chi tiết bể UASB Nước thải trước khi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm chắn khí. Các tấm chắn này được đặt nghiêng một góc so với phương ngang một góc lớn hơn 550. Chọn góc nghiêng 550. Ta thiết kế bể 1 ngăn lắng Vì chiều dài của bể là 3 (m), ta đặt 2 tấm hướng dòng và 4 tấm chắn khí đặt dọc theo chiều rộng của bể. Nước khi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm chắn khí đặt nghiêng so với phương ngang một góc 45-600. Chọn 550 Xác định chiều cao phần lắng: Suy ra: Hnglang = 2,85 - H3 = 2,85 - 0,5 = 2,35 (m) Chọn Hng lắng = 2400 (mm) Suy ra chiều cao của bể là: H = 4 + 2,4 + 0,5 = 7 (m) Kiểm tra: (thỏa mãn yêu cầu) Xác định bề rộng khe hở: Tống diện tích các bể này chiếm 15% - 20% diện tích bể [8] Chọn Fkhe = 0,15Fbể = 0,15 × 7 = 1,05 (m2) Trong bể ta bố trí 4 tấm chắn khí và 2 tấm hướng dòng, các tấm này đặt song song với nhau và nghiên một góc 550. Như vậy có 4 khe, các khe giữa các tấm này được chọn bằng nhau. Diện tích mỗi khe: Chiều dài khe bằng chiều rộng của bể và bằng 2 (m) Chiều rộng khe: Thời gian lưu nước trong ngăn lắng phải lớn hơn 1 (thỏa mãn) Tính các tấm chắn khí và tấm hướng dòng Khoảng cách của 2 tấm chắn khí: bkhe = 130 (mm) + Tấm chắn khí 1: Chiều dài: L1 = B = 2m Chiều rộng: w1 = + Tấm chắn khí 2: Chiều dài: L2 = B = 2m Chiều rộng: w2 = Ta có: h = bkhe ×sin550 = 150 × sin550 = 123 (mm) Suy ra: w2 = + Tấm hướng dòng : Tấm hướng dòng được đặt nghiêng 1 góc 450 và cách tấm chắn khí 75mm Chiều dài: L3 = B = 2m Khoảng cách từ đỉnh tam giác đến tấm chắn khí 1: L = Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng bên dưới khe hở từ 10 -20 cm. Chọn mỗi bên nhô ra 20cm D = 2 × L + 2 × 150 = 2 × 183,85 + 2 × 130 = 627,7 mm Chiều rộng tấm hướng dòng: Tính lượng khí sinh ra và ống thu khí + Lượng khí sinh ra: Thể tích khí metan sinh ra mỗi ngày: Lượng khí sinh ra trong bể = 0,5 (m3/kgCODloaịbỏ ) (Metcalf & Eddy – Waste water engineering Treating, Diposal, Reuse, MccGraw-Hill, Third edition, 1991). Qkhí = 0,5 (m3/kgCOD loại bỏ) × 269,34 (kgCOD loại bỏ /ngày) = 134,67 (m3/ngày) = 5,61 (m3/h) = 1,56 (l/s) Trong đó lượng khí metan sinh ra chiếm 70 ÷ 80% Chọn metan sinh ra chiếm 70%. Lượng khí methane sinh ra : = 0,5 × 0,7 = 0,35 (m3 /kgCOD loại bỏ) QCH4 = 0,35 (m3/kgCOD loại bỏ) × 269,34 (kgCOD loại bỏ /ngày) = 94,3 (m3/ngày) + Tính ống thu khí: Khí đi trong ống với vận tốc: Vkhí = 10(m/s) Đường kính ống dẫn khí: Chọn ống thu khí bằng ionx: Φ21 – Công Ty Cổ Phần Kim Khí Vật Liệu Xây Dựng. Tính lượng bùn sinh ra và ống thu bùn: + Lượng bùn sinh ra: Lượng bùn sinh ra trong bể bằng 0,05 ÷ 0,1 (kg VSS/kgCODloại bỏ) Chọn Y = 0,05 (kg VSS/kgCODloại bỏ) Lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày: Ta có: 1 m3 bùn tương đương 260 (kgVSS) Thể tích của bùn sinh ra trong một ngày Lượng bùn sinh ta trong ngày là: 0,0135 (m3) Lượng bùn sinh ra trong một tháng: 0,0135 × 30 = 0,405(m3/tháng) Chiều cao bùn trong một tháng là: + Ống thu bùn Chọn thời gian xả bùn là: 12 tháng/lần Thể tích bùn sinh ra trong 12 tháng: Vbùn = 0,405 × 12 = 4,86 (m3) Chọn thời gian xả bùn là: 15 (phút). Lưu lượng bùn xả: Qxả bùn = (m3/phút) Chọn vận tốc bùn chảy trong ống là: vbùn = 0,3 (m/s) Đường kính ống thu bùn là: Chọn D = 200 (m) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Bùn xả nhờ áp lực thủy tĩnh thông qua 2 ống inox: Φ200, đặt cách đáy bể: 200 (mm) Tính toán công suất bơm bùn: Lấy mẫu Để kiểm tra sự hoạt động bên trong bể ,dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu Với các mẫu thu được ở cùng 1 van ,ta có thể ước đoán lượng bùn ở độ cao đặt van đó. Dựa vào kết quả đo đạt và quan sát màu sắc bùn, từ đó mà có sự điều chỉnh thích hợp. Trong điều kiện ổn định, tải trọng của bùn gần như không đổi , do đó mật độ bùn tăng lên đều đặn .Việc lấy mẫu được thực hiện đều đặn hằng ngày. Khi mở van , cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được bùn gần giống trong bể vì nếu mở van lớn quá thì nước sẽ thoát ra nhiều hơn. Thể tích mẫu thường lấy 500/1000 m3 . Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng Ф27 - Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh. Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 5%) (tấn) Trong đó: Css: hàm lượng bùn trong bể, kg/m3 Vr: thể tích ngăn phản ứng: 25,56 (m3) TS: hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu, % Hệ thống phân phối nước và máng thu nước Với loại bùn bông, tải trọng lớn hơn 4 (kgCOD/m3.ngày) thì số điểm phân phối nước trong bể cần bố trí theo diện tích của bể khoảng từ 2 ÷ 5 (m2/đầu phân phối). Chọn diện tích phân phối là 2 (m2/ đầu). Số đầu phân phối cần: n = (đầu) , chọn 8 (đầu) Nước từ bể điều hòa được bơm vào bể UASB theo đường ống chính, phân phối đều ra 4 ống nhành nhờ hệ thống van và đồng hồ đo lưu lượng đặt trên từng ống. Mỗi nhánh có 2 đầu phân phối. Ống phân phối đặt cách đáy bể 0,5m. + Chọn hệ thống phân phối là ống Vận tốc nước trong ống chính (ống đẩy của bơm): Vchính = 1,5 ÷ 2,5 (m/s) Chọn Vchính = 2 (m/s). Đường kính ống chính: Chọn D = 49mm. (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Vận tốc nước chảy trong ống nhánh 2÷ 3 (m/s), chọn Vnhánh = 2 (m/s) Lưu lượng nước trong mỗi nhánh: Đường kính ống nhánh: Chọn đường kính ống nhánh Φ21 - PVC - Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh. + Đầu phân phối nước: Lưu lượng qua mỗi đầu Qqua đầu = Vận tốc nước qua mỗi đầu phân phối: chọn V = 1,5 (m/s) Đường kính mỗi đầu: Dđầu = Chọn Dđầu = 21(mm) - (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh + Tính máng thu nước : Chọn máng thu nước được làm bằng thép không rỉ. Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng, thiết kế 1 máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều dài của bể. Vận tốc nước chảy trong máng: 0,1-0,4(m/s) Chọn Vmáng= 0,15 (m/s) Diện tích mặt cắt ướt của mỗi máng: Độ đầy của bể lấy bằng 0,7 chiều cao cao của máng Bề rộng của máng bằng 2 lần chiều cao của máng: b = 2h Sướt = 0,7h × 2h = 1,4h2 = 0,076 Suy ra: h = 0,076 (m) = 7,6 (cm), chọn h = 8 (cm),chọn h = 100 (mm) Bề rộng của máng: b = 2 × 8= 16(cm), chọn b = 200 (mm) Máng được làm bằng thép không rỉ có độ dày là 5mm Chọn độ dốc máng thu 2% Máng răng cưa cũng được làm bằng thép không rỉ, máng xẻ khe chữ V, góc đáy 900. Chiếu cao hình chữ V là: 5cm, đáy chữ V là: 10cm, mỗi mét dài có 5 khe chữ V, khoảng cách giữa các đỉnh là 20cm. Chiều cao máng răng cưa là 25cm bao gồm cả chiều cao bắt vít. Tính toán ống nước thải Đường kính ống dẫn nước thải : Nước tự chảy qua bể bùn hoạt tính Chọn v = 0,6 (m/s) Chọn ống có đường kính Ф = 75 mm - (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Bảng 4.18. Hiệu quả xử lý ở bể UASB Thông số SS (mg/l) BOD5 (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform Hiệu suất% 45% 75% 75% 15% 50% 75% Bảng 4.19. Thông số đầu ra bể UASB: Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6-8 119,78 498,75 559,125 93,942 29,3 2325.105 4.8. BỂ BÙN HOẠT TÍNH CÓ VẬT LIỆU BÁM DÍNH . Mục đích: Loại bỏ chất hữu cơ và tổng N khỏi nước thải Tính toán Bảng 4.20. Thông số đầu vào của bể Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6-8 119,78 498,75 559,125 93,942 29,3 2325.105 Các điều kiện để tính toán quá trình bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn : + Hàm lượng bùn tuần hoàn Cu = 7000mgSS/l + Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aerotank : MLSS = 3000mg/l + Nước thải sau lắng II chứa 50 (mg/l) cặn sinh học ; 65% cặn dễ phân hủy sinh học + BOD5 : BOD20 = 0,68 + BOD5 sau khi lắng II còn lại 50 (mg/l) + Dựa vào tỷ số BOD5 : N :P = 100 : 5 :1 và thành phần N, P của nước thải Giả sử theo kết quả thực nghiệm tìm được các thông số động học như sau: Ks = 60(mg/l). Y = 0,5 (mgVSS/ mgBOD5); kd = 0,06(1/ngày).[3] Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cạn lơ lửng Xác định BOD5 của cặn lơ lửng ở đầu ra: Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra : 50 × 0,65 = 32,5 (mg/l) BODL của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là : 32,5 × 1,42 = 46,15 (mg/l) Thông số 1,42 mg O2 tiêu thụ / mg tế bào bị oxy hóa được xác định theo phương trình dưới đây : C5H7O2N + 5O2 ® 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/L 160 mg/L 1 mg/L 1,42 mg/L BOD5 của chất rắn lơ lửng đầu ra là : 46,15 × 0,68 = 31,382 (mg/l) BOD5 hòa tan trong nước ở đầu ra : BOD5ht = 50 - 31,382 = 18,6 (mg/l) Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan: Hiệu quả xử lí tính theo tổng cộng: Xác định thể tích bể tính theo TN Các thông số tham khảo: Bảng 4.21 : Các thông số động học của quá trình nitrat hóa trong môi trường bùn hoạt tính lơ lững ở nhiệt độ 200C. [1] Hệ số Đơn vị đo Giá trị Khoảng dao động Giá trị đặc trưng µmax Ngày-1 0,4 -2 0,9 KN NH4+-N, mg/l 0,2 - 3 0,5 YN mg BHT/mgNH4+ 0,1 - 3 0,16 KdN Ngày-1 0,03 – 0,06 0,04 Xác định tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn trong điều kiện vận hành bể ổn định: Nhiệt độ thấp nhất vào mùa đông: T = 180C µN max = 0,45 (ngày-1) ở 150C N0 = 105,678 (mg/l); KN = 100,051T-1,158 = 100,051 × 18 – 1,158 = 0,575 DO = 2 (mg/l); KO2 = 1,3 (mg/l), pH = 7,2 (ngày-1) Xác định tốc độ sử dụng NH4+ của vi khuẩn nitrat hóa ρN theo yêu cầu đầu vào 91,868(mg/l), đầu ra 15 (mg/l). Áp dụng công thức: K = KN = 0,575 (mg/l) N = 15 (mg/l) ρN = (mg NH4/mg bùn N ngày). Xác định thời gian lưu bùn θCN tối thiểu cho quá trình oxy hóa hiếu khí theo công thức: KdN (180C) = KdN (200C) × 1,0418-20 = 0,04 × 0,924 = 0,036 (ngày-1) Suy ra: θCN = 3,2 (ngày) Xác định thời gian lưu tế bào thiết kế với hệ số an toàn là 2 và hệ số dao động là 1,5 θc = 3,2 × 1,5 × 2 = 9,6 (ngày) Tính thời gian lưu tế bào của hệ (hiếu khí + thiếu khí) Giả thiết là thể tích bể thiếu khí chiếm 15% của thể tích phản ứng F = θs = F × θc = 1,12 × 9,6 = 10,75 (ngày) Hằng số động học vi sinh dị dưỡng tại 200C Ys = 0,5 (gSKHH/gBOD5) ks = 5 (ngày-1), ks (T) = ks(200C).1,09T – 20 = 5 × 1,0918 – 20 = 4,2 (ngày-1) kp,s = 0,06 (ngày-1), kp,s (T) = kp,s (200C) .1,04T – 20 = 0,06 × 1,0418-20 = 0,055 (ngày-1) Ks = 60 (mg/l); Ks(T) = Ks (200C).1,09T – 20 = 60 × 1,0918-20 = 50,5 (mg/l). [4] Xác định nồng độ BOD tan sau khi xử lý Tính nồng độ amoni sau xử lý với giả thiết là toàn bộ TKN đầu vào đều có khả năng được oxy hóa thành nitrat: Tính nồng độ amoni do vi sinh (dị dưỡng) tiêu thụ để tổng hợp tế bào, giả thiết là hàm lượng nitơ trong tế bào chiếm 12%. ==23,17(mg/l) Xe: nồng độ vi sinh sau khi lắng (50 mg/l). Nồng độ vi sinh hữu hiệu chiếm 75% của tổng Nồng độ amoniac cần oxy hóa thành nitrat NO = 93,942 – 23,17 - 0,21 = 70,562 (mg/l) Tính thể tích bể xử lý hiếu khí đáp ứng oxy hóa thành amoniac Xác định thành phần hoạt tính của vi khuẩn Nitrat hóa trong bùn hoạt tính Xn = fn × X fN = XN = 0,0436 × 3000 = 130,8 (mg/l) Xác định vị trí đặt giá thể Xác định dung tích vùng annoxic của bể khử NO3-. Áp dụng công thức: Trong đó: X: Nồng độ bùn hoạt tính của giai đoạn khử BOD. ΡN2: Tốc độ khử NO3- tính bằng mg cho 1 ng bùn hoạt tính trong một đơn vị thời gian ở nhiệt độ T0C. ρN2T = ρN2200C × 1,09(T – 20) × (1 – DO) (ngày-1) Trong đó: ρN2200C: Tốc độ khử NO3- ở nhiệt độ 200C = 0,10 (mg NO3-/mg bùn hoạt tính ngày. T: Nhiệt độ nước thải oC DO: Hàm lượng oxy hòa tan trong bể (mg/l) Đầu vào NO3- : 70,562 (mg/l) Đầu ra NO3- : 20 (mg/l) Tốc độ khử NO3- ở nhiệt độ 180C áp dụng công thức: Do đó: Lưu lượng: Q = 4,375(m3/h) Suy ra: Vtk = 4,375 × 6 = 26,25 ( m3) Tổng thể tích hiếu khí + thiếu khí = 54,43 + 26,25 = 80,68 (m3) Chọn chiều cao của bể: H = 4 (m) Suy ra: Fhk = 13,6 (m2), Fth = 6,56(m2) Chọn chiều rộng bể B = 3 (m) Suy ra: Lhk = 4,53 (m), L tk = 2,2 (m) Suy ra tổng chiều dài bể: L = 6,73 (m). Chọn L = 6,8(m) Cách bố trí: Bể bùn hoạt tính chia làm 3 phần ( chỉnh lại chiều dài của hình vẽ) Như vậy: - Thể tích ngăn hiếu khí 1: V1 = 2,8 × 3× 4 = 33,6 (m3) Thời gian lưu nước trong ngăn này là: t1 = 8,5 (h) - Thể tích ngăn thiếu khí: V2 = 2 × 3 × 4 = 24 (m3) Thời gian lưu trong ngăn thiếu khí: t2 = 4,5 (h) - Thể tích ngăn hiếu khí 2: V3 = 2 × 3 × 4 = 24 (m3) Thời gian lưu trong ngăn hiếu khí: t3 = 4,5 (h) - Tính thể tích vật liệu bám dính đặt ngập trong bể Để tăng hiệu quả xử lý nitrat, tại khu vực thiếu khí ta đặt vật liệu bám dính Giả sử thể tích vật liệu chiếm 50% bể Suy ra thể tích ngăn thiếu khí: Vtk còn = 0,5 × 26,25 = 13,125 (m3) Thời gian lưu nước trong bể hiếu khí bám dính: T = Thời gian lưu nước trong bể là: 15 (h) Tính lưu lượng bùn dư thải ra mỗi ngày : Hệ số sản lượng quan sát : Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày Mbùn = Yobs × Qx ( BODvào – BODra ) + SS × Qx = 0,333 ×105 × ( 498,75 – 3,65 ) + × (119,78 – 60) × 105 = 23,59 (kg/ngày) Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn 0,8% và khối lượng riêng là 1,008 (kg/lít). Vậy lượng bùn dư cần xử lý: Xác định tỷ số bùn tuần hoàn : S Hình 4.3. Sơ đồ tỷ số bùn tuần hoàn Phương trình cân bằng vật chất Ta có pt cân bằng vật chất trong bể aerotank : Q.Xo + Qr.Xth = ( Q + Qr ) X Với Q : Lưu lượng nước thải Qth : Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn Xo : Nồng độ VSS ở bể aerotank X = 3000 mg/l Xth : Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn Giả sử Xo = 0 thì pt có dạng : Qth.Xth = ( Q + Qth )X Chia 2 vế pt cho Q Đặt α = ( α : tỷ số bùn tuần hoàn ) Lưu lượng bùn tuần hoàn :Qth = 0,75×105 = 78,75 (m3/ngày ) Kiểm tra tải trọng thể tích LBOD và tỉ số F/M) Tải trọng thể tích : Tính lượng khí cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính : Theo lý thuyết, lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng oxy cần để làm sạch BOD, oxy hóa amoni NH4+ thành NO3-, khử NO3- OC0: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 200C. Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ngày).Q = 105 (m3/ng đ) S0: Nồng độ BOD5 đầu vào (g/m3): S0 = 498,75 (mg/l) S: Nồng độ BOD5 đầu ra (g/m3): S = 3,65 (mg/l) f: Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20: f = BOD5/COD, thường f = 0,45 – 0,68. chọn f = 0,68 Px: Phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư = YbQ(S0 – S).10-3 (kg/ngày). Px = 0,333 × 105 (498,75 – 3,65).10-3 = 17,31 (kg/ngày) 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD N0: Tổng hàm lượng ni tơ đầu vào (TKN) (g/m 3): N0 = 93,942 (mg/l) N: Tổng hàm lượng ni tơ đầu ra (g/m3): N = 0,21 (mg/l) 4,57: Hệ số sử dụng oxy kho oxy hóa NH4+ thành NO3-. Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế: OCttrung bình = Trong đó: β: Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường lấy β = 1. Csh: Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ (T0C) và độ cao của nhà máy so với mặt biển tại nhà máy xử lý (mg/l), 9,08 (mg/l) Cs20: Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 200C (mg/l), 9,08 (mg/l) Cd: Nồng độ oxy cần duy trì trong công trình (mg/l). Khi xử lý nước thải thường lấy Cd = 1,5 -2 (mg/l) α: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng và kích thước bể, có giá trị từ 0,6 – 0,94. Tính lượng không khí cần thiết: Lượng không khí cần thiết: = 6,723 (m3/phút) = 6723(l/phút) Trong đó: OU = Ou . h: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1 m3 không khí. Ou: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tình theo gram oxy cho 1 m3 không khí, ở độ sâu ngập nước h = 1m h: Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối, h = 4 (m) f: Hệ số an toàn, thường từ 1,5 – 2, chọn 1,5. - Ống dẫn không khí: để dẫn không khí, có thể chọn ống thép không gỉ, ống nhựa gia cường bằng sợi thủy tinh, ống PE hoặc ống nhựa chịu sự thay đổi của nhiệt độ. - Nếu dùng ống thép và ống gang dẻo phải bọc lớp bảo vệ bên ngoài bằng nhựa than đá epoxit và láng xi măng bên ngoài hoặc phủ lớp nhựa than đá epoxit chống rỉ. Tốc độ chuyển động không khí trong ống dẫn và qua hệ thống phân phố từ 10 – 15 (m/s). Tốc độ qua lỗ phân phối 15 – 20 (m/s) Đường kính ống dẫn khí: Chọn D = 141,1mm - Thép hàn đen - Công Ty Cổ Phần Kim Khí Vật Liệu Xây Dựng. Từ ống chính chia làm 8 ống nhánh Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh là Qnhánh1 = Đường kính ống nhánh : Chọn ống thép có đường kính ngoài là 59,9(mm), độ dày: 2,3 (mm) (Thép hàn đen - Công Ty Cổ Phần Kim Khí Vật Liệu Xây Dựng.) Áp lực cần thiết của máy nén khí tính theo mét cột nước: Áp lực của máy nén khí, P được xác định theo công thức: Hs : độ ngập của thiết bị phân tán khí trong nước, Hs = 4 m Suy ra: Công suất máy nén khí: N = . [2] Chọn máy nén khí - Công suất: 10 (kw) - Hiệu máy nén khí: TCA15T/320 - Dung tích bình chứa khí: 320 - Dòng điện: 380V/ 3 phase - Kích thước: 184 × 84 × 132 - Khối lượng: 520 (kg) Số lượng thiết bị khuếch tán khí : - Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 200 (mm), diện tích bề mặt F = 0,02(m2), cường độ khí 120 l/phút.đĩa = 2(l/s) Bảng 4.22. Thông số kỹ thuật đĩa phân phối khí Vật liệu Thân đĩa ABS + màng cao su Đường kính 200mm Công suất Q 2 – 5 (m5/h) Áp lực nước 5mH2O Hiệu suất chuyển hóa oxy 30% Giá bán 90.000 (đ/cái) Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều sâu hữu ích của bể H = 4m đặt sát đáy bể. Suy ra: Số đĩa cần phân phối trong bể :(đĩa) Chọn số đĩa là 64 (đĩa). Phân bố: Phần 1: 40 đĩa, phân thành 5 ống nhánh, mỗi ống nhánh 8 đĩa. Phần 2: 24 đĩa, phân thành 3 ống, mỗi ống 8 đĩa. Tính toán ống nước thải Đường kính ống dẫn nước thải : - Chọn v = 0,6 (m/s) - Chọn ống có đường kính Ф = 75 mm - (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh. Đầu ra của bể bùn hoạt tính sinh trưởng bám dính SS: giảm 50%, COD: giảm 90%, BOD5: giảm 95%, TN: giảm 40%, TP: giảm 80%, Vi sinh: 90%. Bảng 4.23. Thông số đầu ra bể bùn hoạt tính sinh trưởng bám dính Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6 58,89 29,94 55,9375 56,3652 5,86 2325.104 Bảng 4.24. Thông số bể bùn hoạt tính Thông số Đơn vị Giá trị Chiều cao bể Chiều rộng bể Chiều dài bể Chiều dài ngăn hiếu khí 1 Chiều dài ngăn hiếu khí 2 Chiều dài ngăn thiếu khí Vật liệu đệm vi sinh + Chiều cao + Số lượng Hệ thống phân phối khí + Máy nén khí + Đường ống dẫn khí chính (thép) + Đường ống dẫn khí nhánh (thép) + Đĩa phân tán khí mịn Đường kính ống dẫn nước thải vào và ra (nhựa PVC) Đường kính ống tuần hoàn bùn (nhựa PVC) Hành lang (sắt) m m m m m m m m3 kw mm mm mm mm m 4,5 3 7,8 3,8 2 2 3 11 141,1 59,9 200 75 75 4.9. BỂ USBF (PHƯƠNG ÁN 2) Mục đích Tính toán: Tham khảo trong tạp chí phát triển KH & CN, tập 9, số 7/2006. Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Đô Thị Bằng Công Nghệ Sinh Học Kết Hợp Lọc Dòng Ngược USBF (the upflow sludge blanket filter). (Trương Thanh Cảnh, Trần Công Tấn, Nguyễn Quỳnh Nga, Nguyễn Khoa Việt Trường) Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Các thông số động học K, Y, Kd , Ks và μm: K = 2,18 (ngày-1) Ks = 238,73 (mg/l) Y = 0,4 – 0,8 (mgVSS/mg COD), trong trường hợp này ta chọn Y = 0,4 Kd = 0,078 (ngày-1) µmax = 7,905 (ngày-1) Bảng 4.25. Các thông số động học Thông số Giá trị F/M 0,01 to >1 MLVSS (mg/l) 4000 - 6000 Hydraulic loading (average to peak ratio) 1 to 6 SVI 80 - 120 SRT days 5 - 70 (Mr. John M. Smith of J.M. Smith & Associates of Cincinnati, Ohio. Mr. Smith) Tính toán bể USBF Bảng 4.26. Nồng độ COD đầu vào bể USBF Chỉ tiêu pH SS (mg/l) BOD (mg/l) COD (mg/l) TN (mg/l) TP (mg/l) Coliform MPN/100ml Chỉ số 6-8 119,78 498,75 559,125 93,942 29,3 2325.105 Xác định thể tích ngăn hiếu khí Tại thời gian lưu nước: tr = 5,9 (h). Hiệu quả chuyển đổi TN sang nitrat và nitrit là gần như 98%, thời gian lưu bùn là 10 (ngày) Vì vậy chọn tr = 5,9 (h) Chọn: nồng độ đầu vào bể là: COD = 525 (mg/l) Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra : 50 × 0,65 = 32,5 (mg/l) COD của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là : 32,5 × 1,42 = 46,15 (mg/l) Thông số 1,42 mg O2 tiêu thụ / mg tế bào bị oxi hóa được xác định theo phương trình dưới đây : C5H7O2N + 5O2 ® 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/L 160 mg/L 1 mg/L 1,42 mg/L COD của chất rắn lơ lửng đầu ra là : 46,15 × 0,68 = 31,382 (mg/l) COD hòa tan trong nước ở đầu ra : CODht = 50 - 31,382 = 18,6 (mg/l) Như vậy nồng độ COD tan sau xử lý là: 18,6 (mg/l) Giả sử nồng độ COD tan sau khi xử lý: 18,6 (mg/l) Nồng độ bùn hoạt tính X = Chọn X = 4700 (mg/l) Thể tích ngăn hiếu khí đáp ứng oxy hóa amoiac XL: Nồng độ SS có trong bể Xác định ngăn thiếu khí Nồng độ nitrat ở dòng ra của ngăn hiếu khí: 98% Suy ra: NO = 93,942 × 0,98 = 92 (mg/l) Thử lại bằng Suy ra: NOr = 93,942 – 0,21 = 93,732 (mg/l) Tính nồng độ amoni do vi sinh (dị dưỡng) tiêu thụ để tổng hợp tế bào, giả thiết là hàm lượng nitơ trong tế bào chiếm 12%. = = 19,076(mg/l) Nồng độ amoniac cần oxy hóa thành nitrat NO = 93,942 – 18,15- 0,21 = 75,582 (mg/l) Tính nồng độ nitrat quay vòng về bể thiếu khí từ các dòng hồi lưu: hỗn hợp bùn – nước (Q) và bùn (Q) Trong đó: Q1: tốc độ quay vòng bùn: Q1 = 0,75Q Q2: tốc độ quay vòng bùn – nước: Q2 = Q Suy ra: Tính Lượng oxy tương đương với nitrat từ dòng quay vòng hỗn hợp bùn nước với giả thiết là nồng độ oxy hòa tan là 2 (mg/l), nồng độ oxy từ vòng quay bùn bỏ qua: Tính lượng nitrat từ dòng hồi lưu bùn – nước và bùn về bể xử lý thiếu khí Nồng độ nitrat sau xử lý chính bằng nồng độ nitrat quay vòng về bể hiếu khí: 28 (mg/l) Lượng nitrat cần xử lý chính là tổng của lượng nitrat và oxy tương đương nitrat Thể tích bể thiếu khí: Trong đó: X: Nồng độ bùn hoạt tính của giai đoạn khử BOD. ΡN2: Tốc độ khử NO3- tính bằng mg cho 1 ng bùn hoạt tính trong một đơn vị thời gian ở nhiệt độ T0C. ρN2T = ρN2200C × 1,09(T – 20) × (1 – DO) (ngày-1) Trong đó: ρN2200C: Tốc độ khử NO3- ở nhiệt độ 200C = 0,10 (mg NO3-/mg bùn hoạt tính ngày. T: Nhiệt độ nước thải oC DO: Hàm lượng oxy hòa tan trong bể (mg/l) Đầu vào NO3- : 49,7 (mg/l) Tốc độ khử NO3- ở nhiệt độ 180C áp dụng công thức: Do đó: Q = Q + 1,75Q = 2,75Q = 4,375 × 2,75 = 12,031 (m3/h) Suy ra: V = 12,031 × 3,5 = 42,1 (m3) Tính toán thiết bị khuấy trộn Dùng máy khuấy chân vịt ba cánh, nghiêng góc 45oC hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên trên. + Năng lượng truyền vào nước: P = G2×V×µ Trong đó: G: giadient vận tốc, G = 160 s-1 V: thể tích bể, V = 42,1 m3 µ : độ nhớt động lực học của nước, ứng với t = 250 C, µ = 0,9.10-3 (Ns/m2) Suy ra: P = 1602 × 42,1 × 0,9.10-3 = 0,97 (kw) Hiệu suất động cơ = 0,8 Công suất động cơ là: N = = 1,21(kw) = 2(Hp) Chọn mấy khuấy công suất 1,21 (kW). + Số vòng quay: Giả sử motour – hộp số có sẵn trên thị trường gồm các dạng sau : Bảng 4.27 Thông số động học Tốc độ quay (vòng/phút) Công suất (kW) 30, 45, 70, 110, 175 45, 70, 110, 175 45, 110, 175 45, 110, 175 70, 110, 175 0,37 0,56 0,75 1,12 1,5 Chọn số vòng quay: 70 (vòng/phút) + Đường kính cánh khuấy: Trong đó : P : Năng lượng khuấy, P = 1,5(kW). g : Gia tốc trọng trường , g = 9,81 (m/s2). n : Số vòng quay, n = 70 (vòng/phút). ρ : Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m3. Bảng 4.28. Giá trị KT Loại cánh Giá trị Chân vịt 3 lưỡi 0,32 Turbine 4 cánh phẳng 6,3 Turbine 6 cánh phẳng 6,3 Turbine 6 cánh cong 4,8 Bản phẳng, 2 cánh D/W = 4 2,25 Bản phẳng, 2 cánh D/W = 6 1,6 Bản phẳng, 2 cánh D/W = 8 1,15 Chọn loại cánh chân vịt 3 lưỡi: có KT = 0,32 Chọn đường kính cánh khuấy: D = 300 mm Kiểm tra số Reynold : Như vậy D và số vòng quay n đã chọn đạt chế độ chảy rối.[5] Chọn cánh khuấy: Hiệu HP – 5005 Công suất N = 1,5 (kw) Giá: 50.000.000 (VNĐ) Công ty cổ phần HANWA KAKOKI Xác định ngăn lắng lọc ngược Tải tọng bùn = Ta có nồng độ bùn tuần hoàn: Xth Tỷ số tuần hoàn bùn: r = 0,75 Suy ra: Xth = 1100 (mg/l) Với: - Vmax = 7 m/h - K = 600 (khi 50 < SVI <150) và đây là thông số phải sử dụng. Trong trường hợp này 80 < SVI < 120 (thỏa mãn điều kiện) Nồng độ bùn hoạt tính trong ngăn hiếu khí C0 = Nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn: Cth = Xth = 11000 (mg/l) Ta có CL = (mg/l) VL được xác định theo công thức: VL: Vận tốc lắng của bề mặt phân chia ứng với nồng độ CL. VL = Vmax× = F = Tải trọng thủy lực Vận tốc của nước đi lên trong bể: V = Tải trọng bùn B= Chiều vao ngăn lăng: chọn H = 3,5 (m) Dựa vào thể chiều cao lắng: chọn H1 = 1,5 (m) Chiều cao phần nước trong: H2 = 1,5 (m) Chiều cao phần chứa cặn: H3 = 0,5 (m) Chiều cao bảo vệ : hbv = 0,5 (m) Suy ra thể tích ngăn lắng: V = 3,5 × 10,5 = 36,75 (m3) Kích thước phần ngăn USBF: Chiều cao: h = 3,5 (m) Bề rộng của bể: B = 3,5 (m) Góc nghiên với đáy bể: φ = 540 Suy ra: thể tích của bể: VUSBF = (½ × h×tan360 × h + ½ ×h × tan360 ×h ) × B = h2 × 0,726 × 3,5 = 3,52 × 0,726 × 3,5 = 28,5 (m3) Thời gian lưu nước: t = Tính toán các tấm chắn trong ngăn: Các tấm chắn này được đặt nghiêng một góc so với phương ngang một góc 540. Xác định bề rộng khe hở: Chọn: chiều rộng khe: Bkhe = 250 (mm) Kích thước tấm chắn 1: Chiều dài tấm chắn: L1 = Bbể = 3,5 (m) Góc nghiên so với phương ngang: φ = 540 Chiều cao H = 3,5 (m) Suy ra: B1 = Kích thước tấm chắn 2: Chiều dài tấm chắn: L2 = Bbể = 3,5 (m) Gọi chiều cao vùng lắng: h = 1,5 (m) Chiều cao H = 3,5 (m) Góc nghiêng so với phương ngang là: φ = 540 Suy ra: B2 = Kích thước tấm chăn 3: Chiều dài tấm chắn: L3 = Bbể = 3,5 (m) Tạo với phương ngang 1 góc 560 Chiều rộng :B3 = Ta có: h = bkhe ×sin340 = 250 × sin340 = 140 (mm) => B3 =3067 (mm) Kích thước ngăn thiếu khí: Chiều cao: h = 4 (m) Đáy ngăn: Dtk = 5 (m) Bề rộng bể: B = 3,5 (m) Thời gian lưu nước: t = Kích thước ngăn hiếu khí: Chiều cao: h = 4 (m) Đáy ngăn: Dhk = 6500 (m) Bề rộng bể: B = 3,5 (m) Tải lượng COD (τ) là: τ = (kg/m3 COD/ngày) Tỷ số: F/M = (thỏa mãn) Tính toán lượng bùn sinh ra và tuần hoàn: Trong đó: Yobs = Hệ số sản lượng quan sát Y = Hệ số năng suất sử dụng cơ chất cực đại, Y = 0,4 (mg bùn hoạt tính/mgBOD) θc = thời gian lưu bùn: 10 (ngày) Kd = 0,078 (ngày-1) Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS : Px(VSS) = Yobs × Qx ( CODvào – CODra ) Px(VSS) = 0,224 ×105 × ( 559,125 – 18,6 ) × 10-3 = 12,71 (kgVSS/ngày) Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS : Lượng bùn dư cần xử lí mỗi ngày : Mdư(SS) = 15,89 – ( 105 × 50 × 10-3 ) = 10,64 (kgSS/ngày) Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lí : Mdư(VSS) = 10,64 x 0,8 = 8,512 (kgVSS/ngày) Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn 0,8% và khối lượng riêng là 1,008 (kg/lít). Vậy lượng bùn dư cần xử lý: Lượng bùn sinh ra khi có sự tuần hoàn nước thải có giá trị tương đường với khi chưa tuần hoàn, nên ta chấp nhận giá trị trên cho toàn bộ quá trên tính toán. Tính toán lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ: Theo lý thuyết, lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng oxy cần để làm sạch BOD, oxy hóa amoni NH4+ thành NO3-, khử NO3- OC0: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 200C. Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ngày).Q = 105(m3/ng đ) S0: Nồng độ BOD5 đầu vào (g/m3): S0 = 498,75 (mg/l) S: Nồng độ BOD5 đầu ra (g/m3): S = 18,6 (mg/l) f: Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20: f = BOD5/COD, thường f = 0,45 – 0,68. Chọn f = 0,68 Px: Phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư = YbQ(S0 – S).10-3 (kg/ngày). Px = 12,71 (kgVSS/ngày) 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD N0: Tổng hàm lượng ni tơ đầu vào (TKN) (g/m 3): N0 = 93,942 (mg/l) N: Tổng hàm lượng ni tơ đầu ra (g/m3): N = 28 (mg/l) 4,57: Hệ số sử dụng oxy kho oxy hóa NH4+ thành NO3-. Xác định oxy cần thiết trong điều kiện thực tế: Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số khi sử dụng trong thiết kế là 2 Giả sử không khí chứa 23,2% O2 theo trọng lượng và trọng lượng riêng của không khí ở 200C là 0,0118 (kN/m3), lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết là: Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển là 8% là: =2,78(m3/phút) Lượng không khí cấn thiết để chọn máy nén khí là: 2,78 × 1,5 = 4,17 (m3/phút) Tính hệ thống phân phối khí: Số lượng thiết bị khuếch tán khí : Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 200 (mm), diện tích bề mặt F = 0,02(m2), cường độ khí 120l/phút.đĩa = 2(l/s). Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều sâu hữu ích của bể H = 4 m đặt sát đáy bể. Suy ra: Số đĩa cần phân phối trong bể :(đĩa) Chọn số đĩa là 40 (đĩa) Đường kính ống dẫn khí: Chọn D = 100 mm - Thép hàn đen - Công Ty Cổ Phần Kim Khí Vật Liệu Xây Dựng. Từ ống chính ta phân làm 2 ống nhánh Từ ống nhánh ta phân thành 6 ống nhánh Mỗi ống nhanh phân bố 5 đĩa phân phối khí Chia làm 5 ống nhánh: Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh: Qnhánh = Đường kính ống nhánh 1: Chọn D = 59,9 (mm) (thép hàn đen) - Ống dẫn không khí: để dẫn không khí, có thể chọn ống thép không gỉ, ống nhựa gia cường bằng sợi thủy tinh, ống PE hoặc ống nhựa chịu sự thay đổi của nhiệt độ. - Nếu dùng ống thép và ống gang dẻo phải bọc lớp bảo vệ bên ngoài bằng nhựa than đá epoxit và láng xi măng bên ngoài hoặc phủ lớp nhựa than đá epoxit chống rỉ. Phân bố :5 ống nhánh, mỗi ống 9 đĩa k. Tính áp lực khí máy nén: Vận tốc khí thoát ra khỏi khe hở :10 m/s. Ap lực cần thiết cho hệ thống ống khí nén xác định theo công thức : Hd = hd + hc + hf + H. Trong đó :  hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn (m).  hc : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m).  hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). Giá trị này không vượt quá 0,5 (m)  H: chiều cao hữu ích của bể: H = 3,5 (m) Tổng tổn thất hd và hc không vượt quá 0,4 (m) Vậy áp lực cần thiết là : Hd = 0,4 + 0,5 + 3,5 = 4,4 (m) Áp lực của máy nén khí, P được xác định theo công thức: Hs : độ ngập của thiết bị phân tán khí trong nước, Hs = 4 m Suy ra: Công suất máy nén khí: N = . [2] Tính toán ống nước thải , ống dẫn bùn vào bể : Đường kính ống dẫn nước thải : Chọn v = 0,6 (m/s) Chọn ống có đường kính Ф 75mm - (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Đường kính ống dẫn bùn : Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qbùn th = 97,5 (m3/ngày) Lưu lượng bùn dư: Qbùn dư = 7,712 (m3/ngày) Lưu lượng bùn tổng: Qbùn tổng: = 97,5 + 7,712 = 105,212 (m3/ngày) Thời gian giữa 2 lần bơm bùn trong ngày là: 4 (h) Suy ra có 6 lần bơm Thể tích bùn bơm trong 1 lần là: 18(m3) Thời gian bơm là: 30 (phút) Suy ra lưu lượng bơm là: Qbom = Đường kính dẫn bùn tổng = Đường kính dẫn bùn dư: , chọn D = 200 (mm) Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn là: D’’th = 200 (m) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Công suất máy bơm bùn Tính tổn thất cột áp: Hb Tính tốn thất áp lực: Hb Tồn thất của một co là: h’ = 0,5 (m) Ta có tất cả là 4 co: h1 = 4 × 0,5 = 2 (m) Tổn thất ma sát trong 1 đoạn là h” = 0,4 (m) Suy ra tổn thất của cả đường ống: h2 = 0,4 × 6 = 2,4 (m) Tồn thất đường ống: h = 12 (m) Vậy : Hb = 2 + 2,4 + 12 = 16,4 (m) Để đảm bảo an toàn: chọn Hb = 18 (m) N = Để đame bảo an toàn chọn f = 2 Chọn bơm có công suất: 5,4(kw) Hiệu bơm: CWT 100 Công suất bơm: 5,5 (kw) Thiết kế 2 bơm để thay thế khi gặp sự cố. Đường ống dẫn nước tuần hoàn: Chọn D”’ = 60 (mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Đường ống dẫn nước thải ra: Lưu lượng nước ra: Q = 4,375 (m3/h) Vận tốc nước: V = 0,6 (m/s). Suy ra: Dnt ra = Chọn Dnt ra = 75 (mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Chọn công suất bơm nước tuần hoàn: Chọn tổn thất cột áp: Hb = 18 (m) N = Chọn công suất bơm: 700 (W) Thiết kế 2 máy bơm đề phòng gặp sự cố. Máng phân phối nước ra: máng răng cưa Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng, thiết kế 1 máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều dài của bể. Vận tốc nước chảy trong máng: 0,1-0,4(m/s). Chọn Vmáng= 0,15 (m/s) Diện tích mặt cắt ướt của mỗi máng: Độ đầy của bể lấy bằng 0,7 chiều cao cao của máng. Bề rộng của máng bằng 2 lần chiều cao của máng: b = 2h Sướt = 0,7h × 2h = 1,4h2 = 0,015 Suy ra: h = 0,1035 (m) = 10,35 (cm), chọn h = 300 mm Bề rộng của máng: b = 2 × 120 = 240(mm) Để đảm bảo an toàn, ta chọn b = 450 mm Máng được làm bằng thép không rỉ có độ dày là 5mm Chọn độ dốc máng thu 2% Máng răng cưa cũng được làm bằng thép không rỉ, máng xẻ khe chữ V, góc đáy 900. Chiếu cao hình chữ V là: 5cm, đáy chữ V là: 10cm, mỗi mét dài có 5 khe chữ V, khoảng cách giữa các đỉnh là 20cm. Chiều cao máng răng cưa là 25cm bao gồm cả chiều cao bắt vít. Tính công suất bơm bùn và bơm bùn tuần hoàn Lưu lượng bùn nước tuần hoàn là: Tỉ số tuần hoàn là 100% Suy ra: Qth = Q = 105 (m3/ngày) Bảng 4.29. Thông số thiết kế bể USBF Thông số Đơn vị Giá trị Chiều cao Chiều rộng Chiều dài Thể tích ngăn hiếu khí Thể tích ngăn thiếu khí Thể tích ngăn lắng Hệ thống phân phối khí + Máy nén khí + Đường ống dẫn khí chính (thép) + Đường ống dẫn khí nhánh (thép) + Đĩa khuếch tán khí Cánh khuấy trong ngăn thiếu khí Máng thu nước Đường kính ống thu nước (nhựa PVC) Đường kính ống thu bùn (nhựa PVC) Đường kính ống nước tuần hoàn (nhựa PVC) Đường kính ống thu bùn tuần hoàn (nhựa PVC) Công suấy bơm bơm nước tuần hoàn Công suất bơm bơm bùn tuần toàn và thải Hành lang (sắt m m m m3 m3 m3 kw mm mm mm mm m mm mm mm mm w w m 4,5 3,5 11500 57,56 42,1 28,5 3,83 100 59,9 200 1,5 240 x 120 75 200 60 200 700 2 4.10. BỂ LẮNG ĐỨNG 2 Diện tích ướt của ống trung tâm: = Vtt: Tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, Vận tốc nước trong ống trung tâm không lớn hơn 30 mm/s, chọn Vtt = 20 (mm/s). [11] Qtt: Lưu lượng tính toán khi có tuần hoàn Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng Với: - Vmax = 7 m/h - K = 600 (khi 50 < SVI <150) và đây là thông số phải sử dụng. Nồng độ bùn hoạt tính trong ngăn hiếu khí C0 = Nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn: Cth = 7000 (mg/l) Ta có CL = (mg/l) VL được xác định theo công thức: VL: Vận tốc lắng của bề mặt phân chia ứng với nồng độ CL. VL = Vmax× = F = Tải trọng thủy lực Vận tốc của nước đi lên trong bể: V = = 0,194.10-3 (m/s) Tải trọng bùn B= V: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng,V = 0,392.10-3 (m/s) (Thỏa điều kiện V = 0,5 (mm/s). [11]. Diện tích tổng cộng của bể lắng 2: F = F’ + F” = 0,13 + 3,1 = 3,23 (m2) Đường kính ống trung tâm: Chọn D = 400 mm (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Tính kích thước bể lắng đứng: Xây dựng bể lắng đứng hình vuông Nên cạnh bể lắng đứng là: A = Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: Hl = V × t = 0,000194 × 4 × 3600 = 2,7 (m) Trong đó: t: Thời gian lắng, t = 4 giờ V: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng,V = 0,000194 (m/s). [11] Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định: Trong đó: h2: chiều cao lớp trung hòa (m) h3: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể A: chiều rộng của bể lắng, A = 3 (m) dn: đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,3 m α : góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, α không nhỏ hơn 500, chọn α=500. Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 5,65 m. Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm: Dloe = hloe = 1,35 × D = 1,35 × 0,4 = 0,54 (m) Đường kính tấm chắn: lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe và bằng: Dtc = 1,3 × Dloe = 1,3 × 0,54 = 0,7 (m) Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o. Chiều cao từ mặt dưới của tấm hắt đến bề mặt lớp cặn là 0,3m. Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là: H = htt + hn + hbv = 2,7 + 1,2 + 0,3 = 4,1m) Trong đó: hbv: Khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, hbv = 0,3 (m). Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể. Xác định kích thướt máng thu: Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng, thiết kế 1 máng thu nước đặt xung quanh bể. Vận tốc nước chảy trong máng: 0,1-0,4(m/s) Chọn Vmáng= 0,15 (m/s) Diện tích mặt cắt ướt của mỗi máng: Độ đầy của bể lấy bằng 0,7 chiều cao cao của máng Bề rộng của máng bằng 2 lần chiều cao của máng: b = 2h Sướt = 0,7h × 2h = 1,4h2 = 0,015 Suy ra: h = 0,1035 (m) = 10,35 (cm),chọn h = 120 (mm) Bề rộng của máng: b = 2 × 120 = 240 (mm). Máng được làm bằng thép không rỉ có độ dày là 5mm Chọn độ dốc máng thu 2% Máng răng cưa cũng được làm bằng thép không rỉ, máng xẻ khe chữ V, góc đáy 900. Chiếu cao hình chữ V là: 5cm, đáy chữ V là: 10cm, mỗi mét dài có 5 khe chữ V, khoảng cách giữa các đỉnh là 20cm. Chiều cao máng răng cưa là 25cm bao gồm cả chiều cao bắt vít. Lưu lượng bùn trong bể: Nồng độ bùn trong bể: CL: Nồng độ bùn trong bể lắng (mg/l) Ct: Nồng độ bùn trong dòng bùn tuần hoàn (mg/l), Ct = 7000 (mg/l) CL = Ct/2 = 7000/2 = 3500 (mg/l) Suy ra: Cbùn = = 5250 (g/m3) = 5,25 (kg/m3) Lượng bùn chứa trong bể lắng: Gbùn = Vbể × Cbùn = 5,73 × 5,25 = 30,0825 (kg) Kiểm tra lại thời gian lắng nước Thể tích phần lắng: Thời gian lắng: Thể tích phần chứa bùn: Vb = F × h n = 3,232 × 1,2 = 12,52(m3 ) Thời gian lưu bùn Qb: lượng bùn xả : 3,534 (m3/ngđ) = 0,147(m3/h) Qth = 0,75 × 4,375 = 3,28 (m3/h). Tính toán ống thu bùn Lưu lượng bùn: Qbùn = Qbùn xả + Qbùn th = 0,147 + 3,28 = 3,427 (m3/h) Thể tích bùn xả: Vxả = 3,427 × 1,35 = 4,627 (m3) Thời gian xả: t = 5 (phút) à Lưu lượng bùn xả trong 5 phút: Q = (m3/phút) Vận tốc trong đường ống: V = 0,5 (m/s) Đường kính ống thu bùn Dthu bùn = Chọn ống thu bùn có D = 200 (mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Tính toán đường ống nước thải vào: - Lưu lượng nước đi vào bể lắng: QL = (1 + 0,75)×Qtb = (1 + 0,75) × 4,375 = 7,66 (m3/h) - Vận tốc nước đi vào ống trung tâm: chọn V = 30 (mm/s) = 0,03 (m/s) để tạo vận tốc trong ống trung tâm là 20 (mm/s). - Suy ra đường kính ống nước thải vào: Dống = Chọn Dống = 80 (mm) (PVC) – Công Ty Cổ Phần Nhựa Bình Minh Tính toán công suất máy bơm bùn ra khỏi bể lắng Tổn thất áp lực: Hb + Đường ống dẫn bùn thải: H1 Tồn thất của một co là: h’ = 0,5 (m) Ta có tất cả là 6 co: h1 = 6 × 0,5 = 3 (m) Tổn thất ma sát trong 1 đoạn là h” = 0,4 (m) Suy ra tổn thất của cả đường ống: h2 = 0,4 × 3 = 1,2(m) Tồn thất đường ống: h = 4 (m) Suy ra : H1 = 2 + 1,2 + 4 = 7,2 (m) + Đường ống dẫn bùn tuần hoàn : H2 Tồn thất của một co là: h’ = 0,5 (m) Ta có tất cả là 4 co: h1 = 6 × 0,5 = 3 (m) Tổn thất ma sát trong 1 đoạn là h” = 0,4 (m) Suy ra tổn thất của cả đường ống: h2 = 0,4 × 6 = 2,4(m) Tồn thất đường ống: h = 17,8 (m) Suy ra : H2 = 17,8 + 2,4 + 3 = 23,2 (m) Vậy : Hb = H1 + H2 = 7,2 + 23,2 = 30,4 (m) Để đảm bảo an toàn: chọn Hb = 32 (m) Chọn hệ số an toàn: f = 2 Chọn bơm có công suất N = 7 (kw) Hiệu: CNT 1001 Công suất: 7,5 (kw) (shinmaywa) – Công Ty TNHH Nhật Anh. Chuẩn bị 2 bơm, thay phiên nhau hoạt động khi có sự cố. Bảng 4.30. Các thông số thiết kế STT Thông số Giá trị thiết kế Đơn vị 1 Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm (f) 0,13 (m2) 2 Diện tích tiết diện ướt của bể lắng (F) 3,1 (m2) 3 Đường kính ống trung tâm (d) 400 (m) 4 Kích thước bể 3 × 3 (m) 5 Chiều cao bể (H) 7,15 (m) 6 Thời gian lắng (t) 4 (h) 7 Kích thước máng thu 240 × 120 (mm) 4.11. BỂ CHỨA BÙN Mục đích Tính toán Lượng cặn tươi từ bể lắng đợt 1 (hay còn gọi bể gạn dầu) Lưu lượng cặn tạo ra trong ngày là: Trong đó: T : thời gian giữa hai lần xả cặn, chọn T = 15(h) , ( theo quy phạm 6 ÷ 24 h). δ : nồng độ trung bình của cặn đã nén, chọn δ = 25.000( mg/m3). [10]. Cv: hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, Cv = 640,51 (mg/l) H : hiệu quả lắng, H = 60% Lượng bùn hoạt tính dư Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày Mbùn = Yobs × Qx ( BODvào – BODra ) + SS × Qx = 0,333 ×105 × ( 498,75 – 3,65 ) + × (119,78 – 60) × 105 = 23,59 (kg/ngày) Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn 0,8% và khối lượng riêng là 1,008 (kg/lít). Vậy lượng bùn dư cần xử lý: Lượng bùn tại lưới chắn rác tinh: 39,2 (mg/l) Trong đó: Cv: nồng độ cặn thu được (mg/l) Q: lưu lượng nước thải, Qmax(m3/ng. đ) K: hệ số tính đến khả năng tăng lượng cặn do có cỡ hạt lơ lững lớn, k = 1,1 P: độ ẩm của cặn: P = 93% Giả sử lượng rác thu được: 0,1 (m3/ngày) Ta có Tổng lượng bùn đưa vào bể chứa bùn là: Qbùn = 1,92 + 3,5 + 0,005 + 0,1 = 5,525 (m3/ng.đ) Thời gian lưu bùn trong bể là 2 (ngày) Suy ra: V = 11,05 (m3) Chọn thể tích bể là: 15 (m3) Chiều cao bể: H = 2,5 (m) Suy ra: B × L = 2 × 3 Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3 (m) Vật thể tích xây dựng là: H × B × L = 2,8 × 2 ×3 (m) 4.12. SÂN PHƠI BÙN Mục đích: - Sân phơi bùn có nhiệm vụ làm ráo nước trong cặn để đạt đến độ ẩm cần thiết thuận lợi cho vận chuyển và xử lý cặn tiếp theo. - Tạo hình cho bùn dễ vận chuyển. Tính toán: Lượng bùn từ bể lắng 1 (hay còn gọi là bể gạn dầu) Hiệu quả xử lý cặn lơ lửng đạt 60%, lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày là: Mtươi = 835,2 (g/m3) × 60% * 200 (m3/ngày) = 100,224 (kg/ngày) Lưu lượng bùn cần xử lý: Trong đó:  S: tỷ trọng cặn tươi, S = 1,053 kg/l. [1].  P: nồng độ cặn, P = 5% =0,05 (độ ẩm 95%) (bảng 13-5) Lượng bùn từ bể lắng II  ở bể Aerotank, lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày là 23,59 kg/ngày  Lưu lượng bùn cần xử lý Trong đó:  S = 1,005 (bảng 13-1-Trịnh Xuân Lai)  P: nồng độ cặn, P = 1% =0,01 (bảng 13-5) Lưu lượng bùn xả trong bể UASB là: 0,0127 (m3/ngày) Thể tích bùn đưa vào sân mỗi ngày là: Vb = 1,9039 + 2,347 + 0,0127 = 4,2636(m3) Chỉ tiêu thiết kế: đạt nồng độ cặn 25% (độ ẩm 75%) Chọn chiều dày bùn 25% là 10 cm, sau 4 tuần (28 ngày) 1m2 sân phơi được lượng cặn: g = V . S . P = 0,1 x 1,4 x 0,25 = 0,035 (tấn) = 35 (kg/28 ngày) Trong đó:  V = 1m2 x 0,1 = 0,1 m3.  S: tỷ trọng bùn khô, S = 1,4 (bảng 13-1); P = 0,25.  Lượng bùn cần phơi trong 28 ngày G = 28 x (100,224 + 28,23 + 5 ) = 133,454(kg) Diện tích sân phơi bùn , chọn F = 4 (m2) Diện tích các công trình phụ của sân phơi (đường bao, hố thu nước, trạm bơm, …) lấy bằng 20 % diện tích sân phơi bùn. Tổng diện tích sân phơi: Ftổng = 1,2 × 4 = 4,8(m2) Ta bố trí: 3 ô, mỗi ô diện tích 1,6 (m2) Mỗi ô có kích thước: 1,6 × 1 (m). Bùn được thu gom theo chu kỳ, 28 ngày 1 lần Máy bơm bùn từ bể chứa bùn sang sân phơi bùn Tại bể chứa bùn: lượng bùn trong 2 ngày 11,65 (m3). Thời gian bơm bùn là 15 (phút) Suy ra lưu lượng cần bơm là: Qbùn = 0,0129 (m3/s) Đường kính ống dẫn bùn: Dbùn = (mm) Chọn đường ống thu bùn có D = 200 (mm) Chọn máy bơm bùn: Tính tốn thất áp lực: Hb Tồn thất của một co là: h’ = 0,5 (m) Ta có tất cả là 4 co: h1 = 4 × 0,5 = 2 (m) Tổn thất ma sát trong 1 đoạn là h” = 0,4 (m) Suy ra tổn thất của cả đường ống: h2 = 0,4 × 4 = 1,6 (m) Tồn thất đường ống: h = 5,5 (m) Vậy : Hb = 2 + 1,6 + 5,5 = 9,1 (m) Để đảm bảo an toàn: chọn Hb = 11 (m) Chọn hệ số an toàn f = 2 Suy ra: N = 2 × 1,879 = 3,758 (kw) Chọn bơm: Hiệu: CWT 100 Công suất: 5,5 (kw) – (shinmaywa) – Công Ty TNHH Nhật Anh Đường ố