Đề tài Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Châu Đức, huyện Châu Đức, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, công suất 5000 m 3 /ngày đêm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 1 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, trong thời gian qua luơn là một trong những tỉnh cĩ tốc độ phát triển kinh tế cao, thu hút vốn đầu tư trong và ngồi nước ngày càng tăng. Hiện nay Bà Rịa vũng Tàu cĩ rất nhiều khu cơng nghiệp đã và đang hình thành như: khu cơng nghiệp Phú Mỹ, khu cơng nghiệp Mỹ Xuân A, khu cơng nghiệp Mỹ Xuân A2, khu cơng nghiệp Cái Mép, khu cơng nghiệp Mỹ Xuân B1… tuy nhiên trong đĩ cĩ một số khu cơng nghiệp hoạt động khơng hiệu quả dù thời gian hoạt động đã tương đối dài. Chủ trương của tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu là tiếp tục cơng cuộc cơng nghiệp hĩa hiện đại hĩa mà cụ thể là tiếp tục xây dựng những khu cơng nghiệp mới phát triển một cách cĩ hiệu quả đồng bộ các hệ thống hạ tầng kỹ thuật, thay đổi chức năng sử dụng đất từ những khu sản xuất nơng nghiệp kém hiệu quả thành khu vực sản xuất cơng nghiệp cĩ hiệu quả cao, trong đĩ cĩ khu cơng nghiệp Châu Đức. Sự ra đời của khu cơng nghiệp Châu Đức thu hút hàng vạn lao động trực tiếp trong các nhà máy và tạo thêm việc làm cho nhiều lao động trên cơng trường xây dựng và các dịch vụ khác, đồng thời giải quyết việc làm cho người lao động tại chỗ trong huyện, tỉnh và cả nước, là nơi thu hút các nhà đầu tư sử dụng các cơng nghệ sạch và giảm tối đa các tác động gây ơ nhiễm cho người dân và mơi trường xung quanh. Trong tương lai khu cơng nghiệp sẽ khơng ngừng lớn mạnh kéo theo sự gia tăng các vấn đề mơi trường. Hoạt động theo tơn chỉ: “Tơn trọng và bảo vệ mơt trường” các vấn đề mơi trường của khu cơng nghiệp đều được Ban quản lý khu cơng nghiệp quan tâm. Nước thải của các doanh nghiệp hoạt động trong khu cơng nghiệp phải xử lý sơ bộ đạt tiêu chuẩn loại B (QCVN 24:2009/BTNMT), để từ đĩ nước thải sau xử lý sơ bộ sẽ được tiếp tục làm sạch hơn trong hệ thống xử lý nước thải tập trung của tồn khu cơng nghiệp, tương tự như mơ hình đã và đang áp dụng với hang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 2 loạt khu cơng nghiệp khác ở tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu cũng như các tỉnh khác của nước ta. Do đĩ, việc đầu tư xây dựng một trạm xử lý nước thải tập trung cho khu cơng nghiệp Châu Đức trước khi xả vào hệ thống kênh, rạch thốt nước tự nhiên là một yêu cầu cấp thiết, và phải tiến hành đồng thời với quá trình hình thành và hoạt động của khu cơng nghiệp nhằm mục tiêu phát triển bền vững cho khu cơng nghiệp trong tương lai và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Chính vì lý do đĩ đề tài “Tính tốn thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung khu cơng nghiệp Châu Đức, huyện Châu Đức, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu, cơng suất 5000 m3/ngày đêm” được lựa chọn làm đồ án tốt nghiệp trong báo cáo này. 1.2 Mục tiêu đề tài Tính tốn thiết kế chi tiết trạm xử lý nước thải cho khu cơng nghiệp Châu Đức đạt tiêu chuẩn xả thải loại A (QCVN 24:2009/BTNMT) trước khi xả ra nguồn tiếp nhận để bảo vệ mơi trường sinh thái và sức khỏe cộng đồng. 1.3 Đối tượng và phạm quy nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu Cơng nghệ xử lý nước thải cho loại hình Khu Cơng nghiệp. 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài giới hạn trong việc tính tốn thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung cho Khu Cơng nghiệp Châu Đức, huyện Châu Đức, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu. Nước thải đầu vào của hệ thống đã được xử lý sơ bộ đạt loại B (QCVN 24:2009/BTNMT) và được tập trung tại họng thu qua hệ thống cống dẫn từ các nhà máy trong khu cơng nghiệp đến bể tiếp nhận của khu xử lý nước thải tập trung khu cơng nghiệp Châu Đức.Nước thải phát sinh từ hoạt động sản xuất cũng như sinh hoạt của các nhà máy trong khu cơng nghiệp Châu Đức. Lượng nước mưa phát sinh sẽ được thốt trực tiếp ra sơng theo hệ thống cống dẫn riêng biệt. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 3 1.4 Nội dung đề tài Tìm hiểu về khu cơng nghiệp Châu Đức. Xác định đặc tính nước thải: Lưu lượng, thành phần, tính chất nước thải, khả năng gây ơ nhiễm, nguồn xả thải. Đề xuất dây chuyền cơng nghệ xử lý nước thải phù hợp với mức độ ơ nhiễm của nước thải đầu vào. Tính tốn thiết kế các cơng trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải. Dự tốn chi phí xây dựng, thiết bị, hĩa chất, chi phí vận hành trạm xử lý nước thải. 1.5 Phương pháp thực hiện  Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các tài liệu về khu cơng nghiệp, tìm hiểu thành phần, tính chất nước thải và các số liệu cần thiết khác.  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu những cơng nghệ xử lý nước thải cho các khu cơng nghiệp qua các tài liệu chuyên ngành.  Phương pháp so sánh: So sánh ưu, nhược điểm của cơng nghệ xử lý hiện cĩ và đề xuất cơng nghệ xử lý nước thải phù hợp.  Phương pháp tốn: Sử dụng cơng thức tốn học để tính tốn các cơng trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải, dự tốn chi phí xây dựng, vận hành trạm xử lý.  Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCad để mơ tả kiến trúc các cơng trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải. 1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Xây dựng trạm xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn mơi trường giải quyết được vấn đề ơ nhiễm mơi trường do nước thải Khu Cơng nghiệp. Gĩp phần nâng cao ý thức về mơi trường cho nhân viên cũng như Ban quản lý Khu Cơng nghiệp. Khi trạm xử lý hồn thành và đi vào hoạt động sẽ là nơi để các doanh nghiệp, sinh viên tham quan, học tập. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ KHU CƠNG NGHIỆP CHÂU ĐỨC 2.1 Giới thiệu chung về khu cơng nghiệp Châu Đức 2.1.1 Vị trí địa lý -Thuộc địa bàn hai xã Nghĩa Thành và Suối Nghệ, huyện Châu Đức tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu -Phía Đơng giáp khu dân cư thuộc xã Suối Nghệ và xã Nghĩa Thành - Phía Tây giáp sơng Dinh, sơng Xồi và ranh giới hành chính Xã Châu Pha (Huyện Tân Thành). - Phía Nam giáp Sơng Cầu và ranh giới hành chính của Xã Hồ Long (Thị xã Bà Rịa). - Phía Bắc giáp Hồ Đá Đen thuộc xã Suối Nghệ, huyện Châu Đức. Diện tích: 2.288 ha 2.1.2 Khoảng cách đường bộ - Cách quốc lộ 56: 06km - Cách quốc lộ 51: 13 km - Cách thành phố Vũng Tàu: 44km - Cách Thành phố Hồ Chí Minh ( IDC Phước Long): 100km 2.1.3 Khoảng cách đường sơng - Cách cảng Thị Vải: 16km - Cách cảng Cái Mép: 19km - Cách cảng Gị Dầu: 21 km 2.1.4 Khoảng cách đến sân bay - Cách sân bay quốc tế Long Thành:54 km 2.2 Cơ sở hạ tầng khu cơng nghiệp Châu Đức 2.2.1 Giao thơng - Đường thảm nhựa nĩng, tải trong 30 tấn - Đường trục trung tâm của khu gồm 04 làn xe, dải phân cách 02m, lộ giới 50m - các nhánh đường cĩ 2 làn xe, lộ giới 29m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 5 2.2.2 Cấp điện Hai trạm biến áp 110/22 KV cơng suất mỗi trạm 2x 63 MVA để cấp điện. Giá điện: theo quy định của giá điện của nhà Việt Nam cho cấp điện áp tu7222KV đến 110 KV. - Giờ cao điểm (18:00 – 22:00): VND 1.830/kWh - Giờ thấp điển: (22:00 – 06:00) VND 510/kWh - Giờ bình thường(06:00 – 18:00): VND 920/kWh 2.2.3 Cấp nước Hợp tác xây dựng nhà máy cấp nước sạch cơng suất giai đoạn I là 50.000 và m3/ngày và tối đa khoảng 200.000 m3/ngày trong tương lai. Gía nước tính theo đơn giá hiện hành trên địa bàn tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu 2.2.4 Xử lý nước thải Dự kiến đầu tư 03 nhà máy xử lý nước thải tập trung cĩ tổng cơng suất xử lý dự kiến khoảng 45.000m3/ngày.đêm. Nước thải phải xử lý: nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất. Phí xử lý nước thải sẽ được tính tốn trên nguyên tắc khơng thấp hơn phí xử lý nước thải các khu cơng nghiệp tương tự của Việt Nam. 2.2.5 Định hướng phát triển của khu cơng nghiệp Phân khu cơng nghệ sạch và cơng nghệ cao phía Bắc sẽ thu hút các ngành đầu tư như: - Lắp ráp linh kiện điện tử, máy tính và chất bán dẫn. - Cáp và vật liệu viễn thơng. - Dược phẩm thiết bị y tế. - Lắp ráp ơ tơ, xe máy , xe đạp. - Cơ khí chính xác. - Thiết bị điện gia dụng. - Các ngành nghề thủ cơng, chế tác vàng bạc, đá quý, kim cương và kim loại quý. Phân khu cơng nghiệp đa ngành phía Nam sẽ thu hút những ngành như: - Gia cơng cơ khí, cấu kiện thép. - Chế biến nơng sản, nơng dược(khơng bao gồm chế biến tinh bột sắn). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 6 - Sản xuất vật liệu xây dựng( khơng bao gồm sản xuất bê tong thương phẩm và cấu kiện bê tong). - May mặc thời trang cao cấp, dệt, dày da( khơng bao gồm cơng đoạn nhuộm và thuộc da). - Sản xuất sản phẩm nhựa. - Chế biến gỗ và đồ gỗ cao cấp. - Các sản phẩm hĩa dầu, hĩa chất các loại( khơng bao gồm sản xuất hĩa chất cơ bản, sản xuất hĩa chất bảo vệ thực vật và sản xuất hĩa chất bảo vệ thực vật cĩ phát sinh nước thải cơng nghiệp). Các ngành nghề khơng tiếp nhận và hạn chế trong khu cơng nghiệp: - Sản xuất bột giấy. - Cơng nghệ xi mạ. - Sản xuất thủy sản. - Chế biến mủ cao su. - Luyện thép từ nguyên liệu là thép phế liệu sử dụng lị luyện cơng nghệ khơng liên tục. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 7 CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐANG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY 3.1 Các thơng số ơ nhiễm đặc trưng của nước thải 3.1.1 Các thơng số vật lý a) Hàm lượng chất rắn lơ lửng Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total) Suspended Solids – (T)SS - SS) cĩ thể cĩ bản chất là: - Các chất vơ cơ khơng tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét) - Các chất hữu cơ khơng tan. - Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…). Sự cĩ mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hĩa chất trong quá trình xử lý. b) Mùi Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S _ mùi trứng thối. Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí cĩ thể gây ra những mùi khĩ chịu hơn cả H2S. c) Độ màu Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, cơng nghiệp, thuốc nhuộm hoặc do các sản phẩm được tao ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Đơn vị đo độ màu thơng dụng là mgPt/L (thang đo Pt _Co). Độ màu là một thơng số thường mang tính chất cảm quan, cĩ thể được sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải. 3.1.2 Các thơng số hĩa học a) Độ pH của nước ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 8 pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ cĩ trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước. Độ pH của nước cĩ liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hồ tan trong nước. pH cĩ ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước. Độ pH cĩ ảnh hưởng đến các quá trình trao chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do vậy rất cĩ ý nghĩa về khía cạnh sinh thái mơi trường b) Nhu cầu oxy hĩa học (Chemical Oxygen Demand - COD) Theo định nghĩa, nhu cầu oxy hĩa học là lượng oxy cần thiết để oxy hĩa các chất hữu cơ trong nước bằng phương pháp hĩa học (sử dụng tác nhân oxy hĩa mạnh). Về bản chất, đây là thơng số được sử dụng để xác định tổng hàm lượng các chất hữu cơ cĩ trong nước, bao gồm cả nguồn gốc sinh vật và phi sinh vật. Trong mơi trường nước tự nhiên, ở điều kiện thuận lợi nhất cũng cần đến 20 ngày để quá trình oxy hĩa chất hữu cơ được hồn tất. Tuy nhiên, nếu tiến hành oxy hĩa chất hữu cơ bằng chất oxy hĩa mạnh (mạnh hơn hẳn oxy) đồng thời lại thực hiện phản ứng oxy hĩa ở nhiệt độ cao thì quá trình oxy hĩa cĩ thể hồn tất trong thời gian rút ngắn hơn nhiều. Đây là ưu điểm nổi bật của thơng số này nhằm cĩ được số liệu tương đối về mức độ ơ nhiễm hữu cơ trong thời gian rất ngắn. COD là một thơng số quan trọng để đánh giá mức độ ơ nhiễm chất hữu cơ nĩi chung và cùng với thơng số BOD, giúp đánh giá phần ơ nhiễm khơng phân hủy sinh học của nước từ đĩ cĩ thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp. c) Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD) Về định nghĩa, thơng số BOD của nước là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện chuẩn: 20oC, ủ mẫu 5 ngày đêm, trong bĩng tối, giàu oxy và vi khuẩn hiếu khí. Nĩi cách khác, BOD biểu thị lượng giảm oxy hịa tan sau 5 ngày. Thơng số BOD5 sẽ càng lớn nếu mẫu nước càng chứa nhiều chất hữu cơ cĩ thể dùng làm thức ăn cho vi khuẩn, hay là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (Carbonhydrat, protein, lipid..) BOD là một thơng số quan trọng: - Là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ cĩ khả năng phân huỷ sinh học trong nước và nước thải. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 9 - Là tiêu chuẩn kiểm sốt chất lượng các dịng thải chảy vào các thuỷ vực thiên nhiên. - Là thơng số bắt buộc để tính tốn mức độ tự làm sạch của nguồn nước phục vụ cơng tác quản lý mơi trường. d) Oxy hịa tan (Dissolved Oxygen - DO) Tất cả các sinh vật sống đều phụ thuộc vào oxy dưới dạng này hay dạng khác để duy trì các tiến trình trao đổi chất nhằm sinh ra năng lượng phục vụ cho quá trình phát triển và sinh sản của mình. Oxy là yếu tố quan trọng đối với con người cũng như các thủy sinh vật khác. Oxy là chất khí hoạt động hĩa học mạnh, tham gia mạnh mẽ vào các quá trình hĩa sinh học trong nước: - Oxy hĩa các chất khử vơ cơ: Fe2+, Mn2+, S2-, NH3.. - Oxy hĩa các chất hữu cơ trong nước, và kết quả của quá trình này là nước nhiễm bẩn trở nên sạch hơn. Quá trình này được gọi là quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên, được thực hiện nhờ vai trị quan trọng của một số vi sinh vật hiếu khí trong nước. - Oxy là chất oxy hĩa quan trọng giúp các sinh vật nước tồn tại và phát triển. Các quá trình trên đều tiêu thụ oxy hịa tan. Như đã đề cập, khả năng hịa tan của Oxy vào nước tương đối thấp, do vậy cần phải hiểu rằng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên là rất cĩ giới hạn. Cũng vì lý do trên, hàm lượng oxy hịa tan là thơng số đặc trưng cho mức độ nhiễm bẩn chất hữu cơ của nước mặt. e) Nitơ và các hợp chất chứa nitơ Nito là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất. Nito là thành phần cấu thành nên protein cĩ trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào. Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào mơi trường với lượng rất lớn. Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khống hĩa trở thành các hợp chất Nito vơ cơ như NH4+, NO2-, NO3- và cĩ thể cuối cùng trả lại N2 cho khơng khí. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 10 Như vậy, trong mơi trường đất và nước, luơn tồn tại các thành phần chứa Nito: từ các protein cĩ cấu trúc phức tạp đến các acid amin đơn giản, cũng như các ion Nito vơ cơ là sản phẩm quá trình khống hĩa các chất kể trên: - Các hợp chất hữu cơ thơ đang phân hủy thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước, cĩ thể hiện diện với nồng độ đáng kể trong các loại nước thải và nước tự nhiên giàu protein. - Các hợp chất chứa Nito ở dạng hịa tan bao gồm cả Nito hữu cơ và Nito vơ cơ (NH4+, NO2-, NO3-). Thuật ngữ “Nito tổng” là tổng Nito tồn tại ở tất cả các dạng trên. Nito là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. f) Phospho và các hợp chất chứa phospho Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho cĩ liên quan đến sự chuyển hĩa các chất thải của người và động vật và sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong nơng nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp cĩ chứa phosphate sử dụng trong sinh hoạt và một số ngành cơng nghiệp trơi theo dịng nước. Trong các loại nước thải, Phospho hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphate. Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vơ cơ và phosphat hữu cơ. Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định P tổng là một thơng số đĩng vai trị quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1). Phospho và các hợp chất chứa Phospho cĩ liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hĩa nguồn nước, do sự cĩ mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam. g) Chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đĩ trong dầu và trong nước. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong một số ngành cơng nghiệp. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 11 3.1.3 Các thơng số vi sinh vật học Nhiều vi sinh vật gây bệnh cĩ mặt trong nước thải cĩ thể truyền hoặc gây bệnh cho người. Chúng vốn khơng bắt nguồn từ nước mà cần cĩ vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản. Một số các sinh vật gây bệnh cĩ thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, virus, giun sán. * Vi khuẩn Các loại vi khuẩn gây bệnh cĩ trong nước thường gây các bệnh về đường ruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do vi khuẩn Salmonella typhosa... * Virus Virus cĩ trong nước thải cĩ thể gây các bệnh cĩ liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan... Thơng thường sự khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý cĩ thể diệt được virus. * Giun sán Giun sán là loại sinh vật ký sinh cĩ vịng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người cĩ thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả. Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm bẩn rác, phân người và động vật. Trong người và động vật thường cĩ vi khuẩn E.coli sinh sống và phát triển. Đây là loại vi khuẩn vơ hại thường được bài tiết qua phân ra mơi trường. Sự cĩ mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn. Khả năng tồn tại của vi khuẩn E.coli cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác. Do đĩ nếu sau xử lý trong nước khơng cịn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệng của nước qua việc xác định số lượng số lượng E.coli đơn giản và nhanh chĩng. Do đĩ vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 12 3.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải 3.2.1 Phương pháp cơ học Mục đích của xử lý cơ học là loại bỏ các tạp chất cĩ kích thước lớn và đầu ra khỏi nước thải, cân bằng lưu lượng và hàm lượng nước thải đi vào hệ thống xử lý nước thải tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý tiếp theo. Phương pháp xử lý cơ học dùng để tách các chất khơng hịa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải a) Song chắn rác và lưới lọc rác Nhiệm vụ: nhằm loại bỏ các loại rác có kích thước lớn, nhằm bảo vệ các công trình phía sau, cản các vật lớn đi qua có thể làm tắc nghẽn hệ thống (đường ống, mương dẫn, máy bơm) làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của các công trình phía sau Song chắn rác làm bằng sắt trịn hoặc vuơng đặt nghiêng theo dịng chảy một gĩc 60o nhằm giữ lại các vật thơ. Lưới lọc giữ lại các cặn rắn nhỏ, mịn cĩ kích thước từ 1mm - 1,5mm. Phải thường xuyên cào rác trên mặt lọc để tránh tắc dịng chảy. b) Bể lắng Các loại bể lắng thường được dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước khi xử lý sinh học hoặc như một cơng trình xứ lý độc lập nếu chỉ yêu cầu tách các loại cặn lắng khỏi nước thải trước khi xả ra nguồn nước mặt. Dùng để xử lý các loại hạt lơ lửng. Nguyên lý làm việc dựa trên cơ sở trọng lực. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn bể lắng là nồng độ chất lơ lửng và tính chất vật lý của chúng, kích thước hạt, động học quá trình nén cặn, độ ẩm của cặn sau lắng và trọng lượng riêng của cặn khơ. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng: Lưu lượng nước thải, thời gian lắng (khối lượng riêng và tải trọng tính theo chất rắn lơ lửng), tải trọng thủy lực, sự keo tụ các chất rắn, vận tốc, dịng chảy trong bể, sự nén bùn đặc, nhiệt độ nước thải và kích thước bể lắng. c) Bể vớt dầu mỡ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 13 Cơng trình này thường được ứng dụng khi xử lý nước thải cơng nghiệp, nhằm loại bỏ các tạp chất cĩ khối lượng riêng nhỏ hơn nước, chúng gây ảnh hưởng xấu tới các cơng trình thốt nước (mạng lưới và các cơng trình xử lý). Vì vậy phải thu hồi các chất này trước khi đi vào các cơng 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 khĩ khăn trong quá trình lên men cặn. d) Lọc qua lớp vật liệu lọc Bể lọc cĩ tác dụng tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, cơng trình này áp dụng chủ yếu cho 1 số loại nước thải cơng nghiệp. Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học cĩ thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% các tạp chất khơng hịa tan và 20% BOD. Hiệu quả xử lý cĩ thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 30-35% theo BOD bằng các biện pháp làm thống sơ bộ hoặc đơng tụ sinh học. Nếu điều kiện vệ sinh cho phép, thì sau khi xử lý cơ học nước thải được khử trùng và xả vào nguồn, nhưng thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi cho qua xử lý sinh học 3.2.2 Phương pháp hĩa lý Bản chất của quá trình xử lý hĩa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hĩa học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đĩ để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hĩa học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hịa tan nhưng khơng độc hại hoặc gây ơ nhiễm mơi trường. Các phương pháp hĩa lý được áp dụng để xử lý nước thải là đơng tụ, keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, trích li, chưng cất, cơ đặc, lọc ngược và siêu lọc, kết tinh, nhả hấp... Các phương pháp này được ứng dụng để loại ra khỏi nước thải các hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng), các khí tan, các chất vơ cơ và hữu cơ hịa tan. a) Phương pháp đơng tụ và keo tụ Quá trình lắng chỉ cĩ thể tách được các hạt rắn, huyền phù nhưng khơng thể tách được các chất nhiễm bẩn dưới dạng keo và hịa tan vì chúng là những hạt rắn cĩ kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn đĩ một cách hiệu quả bằng phương pháp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 14 lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lực địi hỏi trước hết cần trung hịa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hịa điện tích thường gọi là quá trình đơng tụ, cịn quá trình tạo thành các bơng lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ. Phương pháp đơng tụ Quá trình thuỷ phân các chất đơng tụ và tạo thành các bơng 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+ + 3HOH  Me(OH)3 + 3 H+ Chất đơng tụ thường dùng là muối nhơm, sắt hoặc hoặc hỗn hợp của chúng. Việc chọn chất đơng tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hố lý, giá thành, nồng độ tạp chất trong nước, pH . Các muối nhơm được dùng làm chất đơng tụ: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)2Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O. Thường sunfat nhơm làm chất đơng tụ vì hoạt động hiệu quả pH = 5 – 7.5, tan tốt trong nước, sử dụng dạng khơ hoặc dạng dung dịch 50% và giá thành tương đối rẻ. Các muối sắt được dùng làm chất đơng tụ: Fe(SO3).2H2O, Fe(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3. Hiệu quả lắng cao khi sử dụng dạng khơ hay dung dịch 10 - 15%. Phương pháp keo tụ Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước. Khác với quá trình đơng tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra khơng chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà cịn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 15 Chất keo tụ thường dùng cĩ thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp chất keo tự nhiên là tinh bột, ete, xenlulozơ, dectrin (C6H10O5)n và dioxyt silic hoạt tính (xSiO2.yH2O). b) Hấp phụ Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hịa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải cĩ chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đĩ. Những chất này khơng phân hủy bằng con đường sinh học và thường cĩ độc tính cao. Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ khơng lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả. Các chất hấp phụ thường được sử dụng như: than hoạt tính, các chất tổng hợp và chất thải của vài ngành sản xuất được dùng làm chất hấp phụ (tro, rỉ, mạt cưa …). Chất hấp phụ vơ cơ như đất sét, silicagen, keo nhơm và các chất hydroxit kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn. Chất hấp phụ phổ biến nhất là than hoạt tính. c) Tuyển nổi Tuyển nổi được ứng dụng để loại ra khỏi nước các tạp chất phân tán khơng tan và khĩ lắng. Trong nhiều trường hợp tuyển nổi cịn được sử dụng để tách chất hịa tan như các chất hoạt động bề mặt. Về nguyên tắc, tuyển nổi được dùng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi là hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành khơng lớn, thiết bị đơn giản, vận tốc nổi lớn hơn vận tốc lắng, cĩ thể thu cặn với độ ẩm nhỏ (90 - 95%), hiệu quả xử lý cao (95 - 98%), cĩ thể thu hồi tạp chất. Tuyển nổi kèm theo sự thơng khí nước thải, giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt và các chất dễ bị oxi hĩa. Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là khơng khí) vào pha lỏng. Các khí đĩ kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bĩng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đĩ chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 16 Hiệu suất của quá trình tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bọt khí. Kích thước tối ưu của chúng nằm trong khoảng 15 - 30µm. Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí cĩ ý nghĩa quan trọng. Để đạt được mục đích này, đơi khi người ta bổ sung vào nước các chất tạo bọt cĩ tác dụng làm giảm năng lượng bề mặt phân pha như dầu bạch dương, phenol, natri ankylsilicat, cresol… Tùy thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu, quá trình tuyển nổi sẽ đạt hiệu suất cao đối với các hạt cĩ kích thước từ 0,2 – 1,5mm. Điều kiện tốt nhất để tách các hạt trong quá trình tuyển nổi là khi tỷ số giữa lượng pha khí và pha rắn Gk/Gr = 0,01 ÷ 0,1. 3.2.3 Phương pháp hĩa học Thực chất của phương pháp xử lý hố học là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đĩ để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hố học và tạo cặn lắng hoặc tạo dạng chất hồ tan nhưng khơng độc hại, khơng gây ơ nhiễm mơi trường. Phương pháp xử lý hố học thường được áp dụng để xử lý nước thải cơng nghiệp. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hố học cĩ thể hồn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải. a) Phương pháp trung hịa Dùng để đưa mơi trường nước thải cĩ chứa các axit vơ cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH = 6,5 – 8,5. Phương pháp này cĩ thể thực hiện bằng nhiều cách; trộn lẫn nước thải chứa axit và chứa kiềm, bổ sung thêm tác nhân hĩa học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc cĩ tác dụng trung hịa. b) Phương pháp oxy hĩa khử Để làm sạch nước thải người ta cĩ thể sử dụng các chất ơxy hĩa như clo ở dạng khí và hĩa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, permanganat kali, bicromat kali, peoxyhyro (H2O2), ơxy của khơng khí, ơzon, pyroluzit (MnO2),…. Trong quá trình ơxy hĩa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hại hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 17 các tác nhân hĩa học, do đĩ quá trình ơxy hĩa hĩa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước khơng thể tách bằng những phương pháp khác. Ví dụ khử xyanua hay hợp chất hịa tan của asen. c) Phương pháp khử trùng bằng chất oxy hĩa mạnh Khử trùng bằng Clo Tác dụng giữa Clo hơi và nước thải là phản ứng thuận nghịch Cl2 + H2O HCl +HOCl Kết quả của phản ứng là cho ta axit clohydrit và axit hypoclorơ. Sự cĩ mặt của ion hypocloro và đặc biệt là ion OCl- tạo mơi trường axit tiêu diệt vi khuẩn.mặt khác axit hypocloro rất yếu dễ phân hủy thành axit clohydrit và oxy nguyên tử tự do. Oxy nguyên tử này sẽ oxy hĩa vi khuẩn. Ngồi ra trong quá trình clo hĩa nước thải, thì bản chất clo trực tiếp tác động lên tế bào vi sinh vật và biến đổi liên kết với các chất thuộc thành phần nguyên sinh tế bào đưa đến cái chết của vi khuẩn. Khử trùng bằng ozon Độ hịa tan của ozon vào nước gấp 13 lần độ hịa tan của oxy. Khi vừa mới cho ozon vào nước, tác dụng khử trùng rất ít, nhưng khi ozon hịa tan đủ liều lượng ứng với hàn lượng đủ để oxy hĩa chất hữu cơ và vi khuẩn cĩ trong nước, lúc đĩ tác dụng khử trùng của ozon mạnh và nhanh hơn gấp 3100 lần so với clo và thời gian khử trùng xảy ra trong khoảng 3 – 8 giây. Liều lượng ozon cần để khử trùng nước thải sau khi lắng ở bể lắng đợt 2 thường dao động từ 5 – 15 mg/l tùy thuộc vào chất lượng nước đã xử lý. Ozon cĩ tác dụng tiêu diệt virut rất mạnh khi thời gian tiếp xúc đủ daì, khoảng 5 phút. 3.2.4 Phương pháp sinh học Phương pháp xử lí sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất bẩn hữu cơ cĩ trong nước thải. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hĩa sinh hĩa. Phương pháp xử lý sinh học cĩ thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí ( với sự cĩ mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí( khơng cĩ oxy). Phương pháp xử lý sinh học cĩ thể ứng dụng để làm sạch hồn tồn các loại nước thải chứa chất hữu cơ hồ tan hoặc phân tán nhỏ. Do vậy phương pháp này ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 18 thường được áp dụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thơ ra khỏi nước thải cĩ hàm lượng chất hữu cơ cao. 3.2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên. Để tách các chất bẩn hữu cơ dạng keo và hồ tan trong điều kiện tự nhiên người ta xử lí nước thải trong ao, hồ ( hồ sinh vật) hay trên đất ( cánh đồng tưới, cánh đồng lọc…). a) Hồ sinh vật Hồ sinh vật là các ao hồ cĩ nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, cịn gọi là hồ oxy hố, hồ ổn định nước thải, … xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học. Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hĩa sinh hĩa các chất hữu cơ nhờ các lồi vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác, tương tự như quá trình làm sạch nguồn nước mặt. Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từ khơng khí để oxy hố các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân huỷ, oxy hố các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ khơng được thấp hơn 60C. Theo bản chất quá trình sinh hố, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồ hiếu khí, hồ sinh vật tuỳ tiện (Faculative) và hồ sinh vật yếm khí. b) Cánh đồng tưới - Cánh đồng lọc Cánh đồng tưới là những khoảng đất canh tác, cĩ thể tiếp nhận và xử lý nước thải. Xử lý trong điều kiện này diễn ra dưới tác dụng của vi sinh vật, ánh sáng mặt trời, khơng khí và dưới ảnh hưởng của các hoạt động sống thực vật, chất thải bị hấp thụ và giữ lại trong đất, sau đĩ các loại vi khuẩn cĩ sẵn trong đất sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ. Nước thải sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng sử dụng. Phần cịn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sơng hoặc bổ sung cho nước nguồn. 3.2.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 19 a) Bể lọc sinh học Bể lọc sinh học là cơng trình nhân tạo, trong đĩ nước thải được lọc qua vật liệu rắn cĩ bao bọc một lớp màng vi sinh vật. Bể lọc sinh học gồm các phần chính như sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảo tưới đều lên tồn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống phân phối khí cho bể lọc. Quá trình oxy hĩa chất thải trong bể lọc sinh học diễn ra giống như trên cánh đồng lọc nhưng với cường độ lớn hơn nhiều. Màng vi sinh vật đã sử dụng và xác vi sinh vật chết theo nước trơi khỏi bể được tách khỏi nước thải ở bể lắng đợt 2. Để đảm bảo quá trình oxy hố sinh hĩa diễn ra ổn định, oxy được cấp cho bể lọc bằng các biện pháp thơng giĩ tự nhiên hoặc thơng giĩ nhân tạo. Vật liệu lọc của bể lọc sinh học cĩ thể là nhựa Plastic, xỉ vịng gốm, đá Granit… b) Bể hiếu khí bùn hoạt tính – Bể Aerotank Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hĩa các chất hữu cơ cĩ trong nước thải. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đĩng vai trị là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bơng cặn gọi là bùn hoạt tính. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hố chúng thành các chất trơ khơng hịa tan và thành các tế bào mới. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải ban đầu đi vào trong bể khơng đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ do đĩ phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hồn bùn về bể Aerotank để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể. Phần bùn hoạt tính dư được đưa về bể nén bùn hoặc các cơng trình xử lý bùn cặn khác để xử lý. Bể Aerotank hoạt động phải cĩ hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục. Bể sinh học theo mẻ SBR (Sequence Batch Reactor) Sequencing Batch Reactor (Lị phản ứng theo chuỗi) là hệ thống bùn hoạt tính kiểu làm đầy-và-rút, một hệ thống phản ứng kiểu khuấy trộn hồn tồn bao gồm tất cả các bước của quá trình bùn hoạt tính xảy ra trong một bể đơn nhất, hoạt động theo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 20 chu trình mỗi ngày. SBR khơng cần sử dụng bể lắng thứ cấp và quá trình tuần hồn bùn, thay vào đĩ là quá trình xã cặn trong bể. Thường cĩ 5 pha xảy ra trong một chu kì hoạt động của bể, bao gồm: Pha đầy, pha phản ứng, pha lắng, pha rút, pha để yên c) Bể xử lý sinh học kỵ khí dịng lội ngược – (Bể UASB) Nước thải được đưa trực tiếp vào dưới đáy bể và được phân phối đồng đều ở đĩ, sau đĩ chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học hạt nhỏ (bơng bùn) và các chất bẩn hữu cơ được tiêu thụ ở đĩ. Các bọt khí mêtan và cacbonic nổi lên trên được thu bằng các chụp khí để dẫn ra khỏi bể. Nước thải tiếp theo đĩ sẽ diễn ra sự phân tách 2 pha lỏng và rắn. Pha lỏng được dẫn ra khỏi bể, cịn pha rắn thì hồn lưu lại lớp bơng bùn. Sự tạo thành và duy trì các hạt bùn là vơ cùng quan trọng khi vận hành bể UASB. d) Bể xử lý sinh học thiếu khí – (Bể Anoxic) Trong bể này xảy ra các quá trình khử BOD, COD, đặc biệt N và P. Nhu cầu oxy cần thiết trong hệ thống sinh học làm chức năng chuyển hĩa chất nền và phân huỷ nội sinh để khử nitrat. Tiếp theo sau quá trình nitrat hố, vùng khử nitrat cũng cĩ thể kết hợp chặt chẽ vào hệ thống bùn hoạt tính trước khi lọc thứ cấp. Sau khi nitrat hố, nồng độ các chất hữu cơ ở mức thấp nhất và tốc độ khử nitrat phụ thuộc vào tốc độ hơ hấp của các vi khuẩn sử dụng thức ăn dữ trữ từ quá trình phân huỷ nội bào. 3.3 Xử lý bùn cặn Nhiệm vụ của xử lý cặn (cặn được tạo nên trong quá trình xử lý nước thải): - Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn - Ổn định cặn - Khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau Rác (gồm các tạp chất khơng tan kích thước lớn: cặn bã thực vật, giấy, giẻ lau…) được giữ lại ở song chắn rác cĩ thể chở đến bãi rác (nếu lượng rác khơng lớn) hay nghiền rác và sau đĩ dẫn đến bể mêtan để tiếp tục xử lý. Cát từ bể lắng được dẫn đến sân phơi cát để làm ráo nước và chở đi sử dụng vào mục đích khác. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 21 Để giảm thể tích cặn và làm ráo nước cĩ thể ứng dụng các cơng trình xử lý trong điều kiện tự nhiên như: sân phơi bùn, hồ chứa bùn, hoặc trong điều kiện nhân tạo: thiết bị lọc chân khơng, thiết bị lọc ép dây đai, thiết bị ly tâm cặn…). Độ ẩm của cặn sau xử lý đạt 55-75%. Máy ép băng tải: bùn được chuyển từ bể nén bùn sang máy ép để giảm tối đa lượng nước cĩ trong bùn. Trong quá trình ép bùn ta cho vào một số polyme để kết dính bùn. Lọc chân khơng: Thiết bị lọc chân khơng là trụ quay đặt nằm ngang. Trụ quay đặt ngập trong thùng chứa cặn khoảng 1/3 đường kính. Khi trụ quay nhờ máy bơm chân khơng cặn bị ép vào vải bọc. Quay li tâm: Các bộ phận cơ bản là rơtơ hình cơn và ống rỗng ruột. Rơtơ và ống quay cùng chiều nhưng với những tốc độ khác nhau. Dưới tác động của lực li tâm các phần rắn của cặn nặng đập vào tường của rơtơ và được dồn lăn đến khe hở, đổ ra thùng chứa bên ngồi. Lọc ép: Thiết bị lọc gồm một số tấm lọc và vải lọc căng ở giữa nhờ các trục lăn. Mỗi một tấm lọc gồm hai phần trên và dưới. Phần trên gồm vải lọc, tấm xốp và ngăn thu nước thấm. Phần dưới gồm ngăn chứa cặn. Giữa hai phần cĩ màng đàn hồi khơng thấm nước. Để tiếp tục làm giảm thể tích cặn cĩ thể thực hiện sấy bằng nhiệt với nhiều dạng khác nhau: thiết bị sấy dạng trống, dạng khí nén, băng tải … Sau khi sấy, độ ẩm cịn 25-30% và cặn ở dạng hạt dễ dàng vận chuyển. Đối với trạm xử lý cơng suất nhỏ, việc xử lý cặn cĩ thể tiến hành đơn giản hơn: nén sau đĩ làm ráo nước ở sân phơi cặn trên nền cát. 3.4 Một số hệ thống xử lý nước thải đang áp dụng tại các khu cơng nghiệp 3.6.1 Khu cơng nghiệp Tân Tạo Thơng số cơ bản Tổng lưu lượng nước thải: 6000m3/ngđ Lưu lượng trung bình giờ (24h): 250 m3/h Lưu lượng tối đa: 400 m3/2h Tính chất cơ bản của nước thải đầu vào pH ≤ 6 - 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 22 SS ≤ 200mg/l BOD5 ≤ 400mg/l COD ≤ 600mg/l Yêu cầu: nước thải đầu ra phải được: Xử lý đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN 5945-2005) Hình 3.1 Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải khu cơng nghiệp Tân Tạo Cơng nghệ chủ đạo: Cơng nghệ truyền thống xử lý sinh học với bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng. Ưu điểm: - Cơng nghệ đơn giản, dễ vận hành. - Sử dụng trong trường hợp nước thải cĩ lưu lượng lớn. Nước thải từ các nhà máy (tiền xử lý) Bể thu gom Bể điều hịa Hệ điều chỉnh (pH,NaOH, H2SO4 ) Bể bùn hoạt tính Bể tách bùn Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận Dinh dưỡng N/P Khí nén Bể gom bùn Máy ép bùn Bánh bùn Thu gom xử lý Clo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 23 - Hệ thống được điều khiển hồn tồn tự động, vận hành đơn giản, ít sửa chữa. Nhược điểm - Diện tích xây dựng lớn. - Địi hỏi nhiều năng lượng trong suốt quá trình hoạt động - Khơng đề phịng được sự cố kim loại nặng, dễ gây chết bùn. 3.6.2 Khu cơng nghiệp Việt Nam – Singapore (VSIP) Thơng số cơ bản Lưu lượng dịng thải thiết kế: 6.000 m3/ngày.đêm. Lưu lượng dịng thải thực tế hiện nay: 2.500 m3/ng.đêm. Tính chất nước thải đầu vào COD ≤ 600 mg/l BOD ≤ 400 mg/l SS ≤ 400 mg/l TDS ≤ 400 mg/l Dầu mỡ ≤ 60 mg/l Yêu cầu: nước thải đầu ra phải được: Đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN 5945 – 2005) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 24 Hình 3.2 Sơ đồ cơng nghệ HTXLNT khu cơng nghiệp Việt Nam - Singapore Cơng nghệ chủ đạo: Sử dụng cơng nghệ vi sinh bám dính (lọc sinh học) kết hợp với bùn hoạt tính aerotank truyền thống. Ưu điểm: - Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, kết hợp xử lý bằng vi sinh vật lơ lửng và dính bám vì vậy hiệu quả xử lý rất cao. - Hệ thống xử lý nước thải hồn chỉnh, nước thải đầu ra đạt chất lượng tốt Nhược điểm: - Khá tốn kém do phải thường xuyên thay vật liệu lọc. - Chi phí đầu tư ban đầu cao, tốn nhiều diện tích xây dựng - Sử dụng trong trường hợp lưu lượng nước thải khơng lớn. 3.6.3 Khu cơng nghiệp Linh Trung 1 Lưu lượng nước thải thiết kế: 5.000m3/ngđ Tính chất nước thải đầu vào BOD5 ≤ 500 mg/l COD ≤ 800 mg/l Bể lắng Bể lắng Hố thu gom Bể phân phối Trống lọc Bể điều hịa Hố bơm Tháp lọc sinhhọc Bể tuần hồn Bể aerotank Bể nén bùn Máy ép bùn Nước thải sau xử lý ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 25 SS ≤ 300 mg/l Nhiệt độ ≤ 45C pH ≤ 5 - 9 Yêu cầu: nước thải đầu ra phải được: Xử lý đạt tiêu chuẩn loại A (TCVN 5945-2005) Hình 3.3 Sơ đồ cơng nghệ HTXLNT khu cơng nghiệp Linh Trung 1 Cơng nghệ chủ đạo: Sử dụng cơng nghệ bùn hoạt tính theo phương pháp SBR là chủ yếu, cĩ kết hợp cơ học - vật lý. Ưu điểm: - Khả năng xử lý nước thải cĩ BOD cao, khử Nitơ, tiết kiệm diện tích, khơng cần nhiều nhân viên. - Khơng tốn chi phí cho việc tuần hồn bùn. - Thời gian xử lý cĩ thể điều chỉnh linh hoạt Nhược điểm: - Địi hỏi người vận hành phải cĩ trình độ cao, vận hành phức tạp, chi phí xây dựng tốn kém. - Địi hỏi nhiều năng lượng để cấp cho máy thổi khí trong suốt quá trình hoạt động. Bể thu gom Lưới chắn rác tinh Bể điều hịa Bể SBR Bể chứa sau xử lý sinh học Bộ lọc tinh Bể đệm Bể tiếp xúc Clorine Đầu ra Bể lọc than hoạt tính Máy ép bùn Bể nén bùn Polymer Bánh bùn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 26 - Chi phí đầu tư xây dựng bể lọc than hoạt tính khơng hợp lý, tốn kém do phải thay than hoạt tính theo định kì, nước thải cĩ thể khơng cần qua giai đoạn này mà vẫn đạt hiệu quả. 3.6.4 Khu Chế Xuất Tân Thuận Cơng suất thiết kế: 10.000m3/ngày Yêu cầu: nước thải đầu ra phải được: Xử lý đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN 5945-2005) Hình 3.4 Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải KCX Tân Thuận Ưu điểm: - Hệ thống xử lý hố học là chủ yếu - Ít tốn diện tích xây dựng - Khơng địi hỏi nhiều năng lượng trong suốt quá trình hoạt động Nhược điểm: - Chi phí xử lý cao - Người điều hành cần cĩ kỹ năng: Theo dõi, kiểm tra các chỉ tiêu đầu ra thường xuyên. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 27 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN VÀ ĐỀ XUẤT CƠNG NGHỆ XỬ LÝ PHÙ HỢP CHO KCN CHÂU ĐỨC 4.1 Cơ sở lựa chọn cơng nghệ Đề xuất cơng nghệ xử lý nước thải dựa vào - Cơng suất trạm xử lý. - Chất lượng nước sau xử lý. - Thành phần, tính chất nước thải khu cơng nghiệp. - Những quy định xả vào cống chung và vào nguồn nước. - Hiệu quả quá trình. - Diện tích đất sẵn cĩ của khu cơng nghiệp - Quy mơ và xu hướng phát triển trong tương lai của khu cơng nghiệp. - Yêu cầu về năng lượng, hĩa chất, các thiết bị sẵn cĩ trên thị trường. 4.2 Thành phần tính chất nước thải tại khu cơng nghiệp Châu Đức Lưu lượng nước thải Do đây là dự án hồn tồn mới nên việc xây dựng nhà máy xử lý nước thải tập trung là yêu cầu cấp thiết nhằm thu hút đầu tư và phù hợp với chủ trương với chính sách của nhà nước hiện nay. Trên cơ sở đĩ việc xác định lưu lượng cho nhà máy chỉ là dự tốn ban đầu với cơng suất thiết kế 5000m3/ngày.đêm Thành phần và tính chất nước thải Tất cả các nhà máy xí nghiệp trong khu cơng nghiệp Châu Đức đều phải cĩ hệ thống xử lý nước thải cục bộ hoặc nước thải phải đáp ứng giới hạn của nước thải chảy về trạm xử lý nước thải tập trung. Giới hạn đĩ được trình bày trong bảng4.1 như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 28 Bảng 4.1: Giới hạn các thơng số ơ nhiễm trong nước thải đầu vào và yêu cầu của nước thải đầu ra tại khu cơng nghiệp Châu Đức. STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị đầu vào QCVN 24:2009/BTNM T (loại A) 01 Nhiệt độ 0C 40 40 02 pH 6 – 9 6 – 8,5 03 BOD5 (20oC) mg/l 300 30 04 COD mg/l 500 50 05 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 200 50 06 Độ màu Pt-Co 200 20 07 Asen (As) mg/l 0.1 0.05 08 Cadmi (Cd) mg/l 0.01 0.005 09 Chì (Pb) mg/l 0.5 0,1 10 Clo dư (Cl) mg/l - 1 11 Crom (IV) (Cr4+) mg/l 0.1 0.05 12 Crom (III) (Cr3+) mg/l 1 0.2 13 Dầu mỡ khống mg/l 5 5 14 Dầu mỡ thực vật mg/l 20 10 15 Đồng (Cu) mg/l 2 2 16 Kẽm (Zn) mg/l 3 3 17 Mangan (Mn) mg/l 1 0.5 18 Niken (Ni) mg/l 0.5 0.2 19 Phốtpho hữu cơ mg/l 0.5 - 20 Phốt pho tổng số mg/l 6 4 21 Tetracloetylen mg/l 0.005 - 22 Thiếc (Sn) mg/l 1 0.2 23 Thuỷ ngân (Hg) mg/l 0.01 0.005 24 Tổng Nitơ mg/l 30 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 29 STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị đầu vào QCVN 24:2009/BTNM T (loại A) 25 Tricloetylen mg/l 0.1 - 26 Amoniac (NH3) mg/l 10 5 27 Florua (F) mg/l 10 5 28 Phenol mg/l 0.5 0.1 29 Sulfua (S) mg/l 0.5 - 30 Xianua (CN) mg/l 0.1 0.07 31 Coliform MPN/100ml 5.000 3000 32 Tổng hoạt độ phĩng xạ Bp/l 0.1 0.1 33 Tổng hoạt độ phĩng xạ Bp/l 1 1 4.3 Đề xuất quy trình cơng nghệ xử lý phù hợp Dựa trên việc phân tích lưu lượng, thành phần nước thải, yêu cầu mức độ xử lý, điều kiện kinh tế kỹ thuật đề xuất 2 phương án xử lý nước thải cho KCN như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 30 4.3.1 Phương án 1 Hình 4.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ phương án 1 Polymer anion FeCl3 Thổi khí Thổi khí Bùn dư Bùn tuần hồn Bơm nước thải NƯỚC THẢI HỐ THU & TRẠM BƠM Cặn rác THIẾT BỊ LƯỢC RÁC TINH CHƠN LẤP BỂ TẠO BƠNGPolymer Bùn lắng BỂ KEO TỤ BỂ LẮNG I BỂ ĐIỀU HỊA Bơm nước thải Nư ớc dư BỂ NÉN BÙN MÁY ÉP BÙN BỂ AEROTANK BỂ LẮNG II BỂ TRUNG GIAN BỒN LỌC ÁP LỰC THÙNG CHỨA BÙN CHƠN LẤP NaOH BỂ KHỬ TRÙNG NGUỒN TIẾP NHẬN NaOCl ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 31 4.3.2 Phương án 2 Hình 4.2 Sơ đồ quy trình cơng nghệ phương án 2 Poymer Bùn dư Bùn tuần hồn Bơm nước thải NƯỚC THẢI HỐ THU & TRẠM BƠM Cặn rác THIẾT BỊ LƯỢC RÁC TINH CHƠN LẤP Thổi khí BỂ TẠO BƠNGPolymer Bùn lắng BỂ KEO TỤ FeCl BỂ LẮNG I BỂ ĐIỀU HỊA Bơm nước thải Nư ớc dư BỂ NÉN BÙN MÁY ÉP BÙN MƯƠNG OXY HĨAThổi khí BỂ LẮNG II HỒ SINH VẬT NGUỒN TIẾP NHẬN THÙNG CHỨA BÙN CHƠN LẤP NaOH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 32 4.3.3 So sánh 2 phương án xử lý Bảng 4.2: So sánh 2 phương án xử lý Phương án Phương án 1 (Bể Aerotank) Phương án 2 (Mương Oxy hĩa) Ưu điểm - Bể Aerotank phù hợp sử dụng trong trường hợp nước thải cĩ lưu lượng bất kì. - Hệ thống được điều khiển hồn tồn tự động, vận hành đơn giản, ít sửa chữa. - Dễ khống chế các thơng số vận hành - Hiệu quả xử lý BOD, COD khá cao - Cơng nghệ đơn giản, dễ vận hành và dễ bảo dưỡng - Cấu tạo đơn giản. - Khơng cần cán bộ vận hành cĩ chuyên mơn cao. - Hiệu quả xử lý BOD, COD, Nitơ, Photpho … cao. Nhược điểm - Lượng bùn sinh ra nhiều - Khả năng xử lý N, P khơng cao - Cần diện tích lớn, dung tích lớn gấp 3 – 10 lần so với aerotank xử lý nước thải cùng mức độ - Tốn nhiều năng lượng cho khuấy trộn. Phương án Phương án 1 (Bể khử trùng) Phương án 2 (Hồ sinh vật) Ưu điểm - Oxy hĩa tiếp tục các chất hữu cơ cịn sĩt lại trong nước. - Tiêu diệt gần như hồn tồn các vi sinh vật gây bệnh. - Tốn ít diện tích - Quản lý đơn giản, dễ dàng - Phương pháp tốn ít kinh phí, đơn giản, dễ vận hành, khơng địi hỏi cung cấp năng lượng. - Cĩ khả năng làm giảm các vi sinh gây bệnh trong nước thải. - Cĩ khả năng loại các chất hữu cơ, vơ cơ tan trong nước. Nhược điểm - Tốn nhiều hĩa chất -Tốn nhiều diện tích ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 33 Nhận xét: Sau khi so sánh ưu, nhược điểm 2 cơng nghệ xử lý thấy rằng: Phương án 1 cĩ nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu thiết kế cho trạm xử lý nước thải KCN Châu Đức về quy mơ, kinh tế, quản lý, vận hành. Chính vì vậy chọn phương án 1 để tính tốn thiết kế cho Châu Đức cơng suất 5000m3/ngày đêm. 4.3.4 Thuyết minh quy trình cơng nghệ lựa chọn Nước thải từ các cơ sở sản xuất trong Châu Đức sẽ tự chảy về hố thu của nhà máy xử lý nước thải theo đường ống chính. Nước thải trước khi đi vào hố thu đi qua song chắn rác để loại bỏ những loại rác thơ để bảo vệ bơm trong hố thu. Nước thải từ hố thu được luân phiên bơm bằng 2 bơm chìm lên thiết bị lược rác tinh. Thiết bị này dùng để tách các loại rác, đá, sỏi cĩ kích thước lớn hơn 1,5mm ra khỏi nước thải. Nước thải sau khi tách rác đi vào bể điều hịa. Bể điều hịa cĩ nhiệm vụ điều hịa lưu lượng và hàm lượng chất thải trong nước thải đi vào nhà máy, đồng thời hạn chế vi sinh kị khí phát triển do cĩ gắn các đĩa phân phối khí. Nước thải từ bể điều hịa được bơm qua hệ thống xử lý hĩa học bằng 2 bơm chìm. Trên đường ống dẫn vào bể keo tụ thì nước thải được châm NaOH để nâng pH của nước thải lên khoảng 9,2 - 9,7. Với pH cao thì kim loại nặng sẽ chuyển sang dạng hidroxit khơng tan. Nước thải tiếp tục đi vào bể keo tụ tại đây chất keo tụ FeCl3 được thêm vào để giúp quá trình keo tụ các hidroxit kim loại. Tiếp theo nước thải đi vào bể tạo bơng và sự cĩ mặt của chất trợ keo tụ là một loại polimer anion để tiếp tục làm tăng kích thước và trọng lượng bơng cặn tạo thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo. Sau bể tạo bơng là bể lắng sơ cấp (lắng I) các chất kết tủa lắng xuống đáy bể, dưới đáy bể cĩ hệ thống cào bùn vào trung tâm đáy bể hình nĩn và được 2 bơm bùn luân phiên định kì bơm về bể nén bùn. Nước sau khi ra khỏi bể lắng I sẽ tự chảy về bể Aerotank. Ở đây khí được cung cấp nhờ các đĩa phân phối khí giúp cho quá trình hịa tan oxy được hiệu quả. Mục đích giai đoạn này là dựa vào hoạt động phân hủy của vi sinh vật làm giảm lượng hữu cơ trong nước thải cũng như làm đơng tụ các chất thải dưới dạng keo lắng. Sinh khối vi sinh vật tăng lên đồng thời, hàm lượng chất hữu cơ giảm đi. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 34 Sau đĩ nước tự chảy về bể lắng thứ cấp (bể lắng II), bể lắng II cĩ nhiệm vụ giúp cho việc lắng tách bùn hoạt tính và nước thải đã được xử lý, bùn lắng phần lớn được bơm tuần hồn lại bể Aerotank, lượng bùn dư được bơm vào bể nén bùn. Để đảm bảo nước thải đầu ra đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột A, ta tiến hành lọc lại nước thải sau khi lắng. Do đĩ nước thải sau lắng II cho chảy vào bể chứa trung gian. Bể chứa trung gian cĩ nhiệm vụ điều hịa lưu lượng trước khi bơm lên bể lọc áp lực. Quá trình lọc xảy ra nhờ lớp áp lực nước phía trên vât liệu lọc, giữ lại những cặn lơ lửng và kết tủa chưa lắng ở các cơng trình trước. Sau một thời gian hoạt động, ta tiến hành rửa ngược bể lọc. Nước sau rửa lọc được đưa về bể điều hịa và thực hiện quá trình xử lý tiếp theo. Nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận phải cho qua bể khử trùng (khử trùng bằng NaOCl) nhằm loại bỏ các vi trùng gây bệnh. Mục đích của việc xử lý bùn là để ổn định khối lượng bùn thải, khử nước để làm giảm thể tích bùn. Bùn được bơm từ 2 bể lắng để phân hủy . Bùn sau đĩ được bơm về về máy ép bùn, trộn lẫn với 1 loại Polymer Cation để giúp bùn kết vĩn lại và tăng hiệu quả tách loại nước. Nước tại máy ép bùn được bơm ngược về hố thu. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 35 CHƯƠNG 5 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ 5.1 Mức độ cần thiết xử lý và thơng số tính tốn 5.1.1 Mức độ cần thiết xử lý  Mức độ cần thiết phải xử lý hàm lượng chất lơ lửng SS SS = %75100 200 50200100  v rv SS SSSS Trong đĩ: SSv: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải chưa xử lý, (mg/l) SSr: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước, (mg/l)  Mức độ cần thiết phải xử lý hàm lượng BOD BOD = %90100 300 30300100 5 55  v rv BOD BODBOD Trong đĩ: 5vBOD : Hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào, (mg/l) 5 rBOD : Hàm lượng BOD5 trong nước thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước, (mg/l)  Mức độ cần thiết phải xử lý hàm lượng COD COD = %90100 500 50500100  v rv COD CODCOD Trong đĩ: vCOD : Hàm lượng COD trong nước thải đầu vào, (mg/l) rCOD : Hàm lượng COD trong nước thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước, (mg/l) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 36 5.1.2 Xác định các thơng số tính tốn Hệ thống xử lý nước thải hoạt động 24/24 vậy lượng nước thải đổ ra liên tục Lưu lượng trung bình ngày: Q )/(5000 3 ngdmngdtb  Lưu lượng trung bình giờ: Q htb = )/33.20824 5000 24 3 hm Q ngdtb  Lưu lượng trung bình giây: Q stb = )/(87.576,3 33,208 6,3 sl Q htb  Lưu lượng giờ lớn nhất: Chọn hệ số khơng điều hịa, giờ cao điểm: kmax = 1,6 Q hmax = 208,33 x 1,6 = 333,33 (m 3/h) 5.2 Tính tốn các cơng trình đơn vị 5.2.1 Bể thu gom Nhiệm vụ Tập trung nước thải từ các nhà máy trong Khu Cơng nghiệp về trạm xử lý. Tính tốn Chọn thời gian lưu nước: t = 20 phút (10 – 60 phút) Thể tích cần thiết W = Qmax.h . t = )(11,111)/(60 )(20)/(33,333 3 3 m hphút phúthm  Chọn chiều cao hữu ích của bể H = 5 (m) Chiều cao xây dựng của bể thu gom Hxd = H + hbv Với: H : Chiều cao hữu ích của bể, (m) hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 (m)  Hxd = 5 + 0,5 =5,5 (m) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 37  Diện tích mặt bằng: A = )(22.22 5 11,111 2m H W  Kích thước bể thu gom: L x B x Hxd = 5m x 5m x 5.5m Thể tích xây dựng bể: Wt = 5 x 5 x 5,5 = 137.5(m3)  Chọn ống dẫn nước vào bể thu gom Chọn ống dẫn nước vào với vận tốc v = 0,9(m/s), D = 500(mm) (Điều 4.6.1 TCVN 7957 – 2008) Theo điều 6.2.5 (TCVN 5957 – 2008) thì độ sâu đặt ống đối với nơi cĩ nhiều xe cơ giới đi lại Hmin = 0,7(m). Vậy, Chọn H = 1(m).  Ống dẫn nước thải sang bể điều hịa Nước thải được bơm sang bể điều hịa nhờ một bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2(m/s) (1 – 2,5 m/s _TCVN 51 – 2008) Tiết diện ướt của ống A = )(046,0 2 0926,0 2max m v Q s  Đường kính ống dẫn nước thải ra D = 242,0 2142,3 046,044    v A  (m) Chọn D = 250 (mm).  Chọn máy bơm Qmax = 208.33 (m3/h) = 0,092 (m3/s), cột áp H = 10 (m). Cơng suất bơm: N = 8,01000 1081,91000092,0 1000      HgQ = 9.02 (Kw) = 12(Hp) Trong đĩ:  : Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn = 0,8 ρ : Khối lượng riêng của nước 1.000 (kg/m3) Chọn bơm chìm, được thiết kế 2 bơm cĩ cơng suất như nhau (12Hp). Trong đĩ 1 bơm đủ để hoạt động với cơng suất tối đa của hệ thống xử lý, 1 bơm cịn lại là dự phịng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 38 Bảng 5.1: Tổng hợp tính tốn bể thu gom Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước t Phút 20 Kích thước bể thu gom Chiều dài L mm 5000 Chiều rộng B mm 5000 Chiều cao Hxd mm 5500 Đường kính ống dẫn nước thải ra D mm 250 Thể tích bể thu gom Wt m3 137.5 5.2.2 Lưới lọc tinh Nhiệm vụ Loại bỏ các hạt cĩ kích thước nhỏ hơn 1mm giúp bảo vệ thiết bị trước khi đưa vào bể điều hồ. Lưới lọc tinh được đặt trước bể điều hịa, lưới được làm bằng vật liệu Inox cĩ kích thước L x B = 1.5 x 1m Tính tốn Đặc điểm lưới lọc tinh - Loại lưới: Cố định. - Số lượng: 2 lưới. - Đường kính mắt lưới: 1,5 mm. Hàm lượng SS và BOD5, COD sau khi qua lưới lọc tinh giảm: 1 SSL = 0SSL x (1 – 5%) = 200 x 0,95 = 190 (mg/l) 1 BODL = 0BODL x (1 – 5%) = 300 x 0,95 = 285 (mg/l) 1 CODL = 0CODL x (1 – 5%) = 500 x 0,95 = 475 (mg/l) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 39 5.2.3 Bể điều hịa Nhiệm vụ Điều hồ lưu lượng và nồng độ, tránh cặn lắng và làm thống sơ bộ. Qua đĩ oxy hĩa một phần chất hữu cơ, giảm kích thước các cơng trình đơn vị phía sau và tăng hiệu quả xử lý nước thải của trạm. Tính tốn Chọn thời gian lưu nước của bể điều hồ t = 5h (4 – 12h) Thể tích cần thiết của bể: W = ngàytbQ x t = 524 5000  = 1041,67 (m3) Chọn chiều cao hữu ích của bể: H = 4m. Diện tích mặt bằng: A = )33,208 5 67,1041 2m H  .  Chọn L x B = 16m x 10,5m Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = H + hbv = 5 + 0,5 = 5,5 (m) Với: H : Chiều cao hữu ích của bể, (m) hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 (m)  Kích thước của bể điều hồ: L x B x Hxd = 18m x 12m x 5m Thể tích thực của bể điều hịa: Wt = 18 x 12 x 5,5 = 1188 (m3)  Tính tốn hệ thống đĩa, ống, phân phối khí Hệ thống đĩa Chọn khuấy trộn bể điều hồ bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí nén cần cho thiết bị khuấy trộn: qkhí = R x Wdh(tt) = 0,012 (m3/m3.phút) x 833,33 (m3) = 10(m3/phút) = 600 (m3/h) = 10.000 (l/phút). Trong đĩ: R : Tốc độ khí nén, R = 10 – 15 (l/m3.phút). Chọn R = 12 (l/m3.phút) = 0,012 (m3/m3.phút) (Nguồn[6]: Bảng 9 – 7) Wdh(tt) : Thể tích hữu ích của bể điều hồ, (m3) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 40 Chọn khuếch tán khí bằng đĩa bố trí dạng lưới. Vậy số đĩa khuếch tán là: n = )/(70 )/(10000 phútl phútl r qkk  = 142,23 (đĩa) Trong đĩ: r : Lưu lượng khí, chọn r = 70 (l/phút) (r =11 – 96 l/phút)_( Nguồn[6]: Bảng 9 – 8) Chọn đường kính thiết bị sục khí d = 170mm. Chọn đường ống dẫn Với lưu lượng khí qkk = 10(m3/phút) = 0,166(m3/s) và vận tốc khí trong ống vkk= 10 – 15 (m/s) cĩ thể chọn đường kính ống chính D = 140mm. Tính lại vận tốc khí trong ống chính: vc = 4 140,0 )/(166,0 4 2 3 2     sm D qkk = 13,53 (m/s) => thoả mãn vkk= 10 – 15 (m/s) (Nguồn[3]) Đối với ống nhánh cĩ lưu lượng qnh = )/(22,918 )/(166 slsl  = 0.00922 (m3/s) và chọn đường kính ống nhánh dnh = 49 (mm) ứng với vận tốc ống nhánh: vn = 4 049,0 009255,0 4 2 /3 2     s kk m D q = 10,12(m/s) => thoả mãn (vkk= 10 – 15 m/s) (Nguồn[3]) Bố trí đường ống và đĩa phân phối khí: Một đường khí chính D 140mm, 18 đường khí nhánh D 49mm. vật liệu SKT Mỗi ống nhánh cĩ 8 đĩa phân phối khí cách nhau 1500mm. Áp lực và cơng suất của hệ thống nén khí Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo cơng thức: Htc = hd + hc + hf + H Trong đĩ: hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, (m) hc : Tổn thất áp lực cục bộ, hc thường khơng vượt quá 0,4m hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối , hf khơng vượt quá 0,5m ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 41 H : Chiều cao hữu ích của bể điều hồ, H = 5 m Do đĩ áp lực cần thiết là: Htt = 0,4 + 0,5 + 5= 5,9 (m) => Tổng tổn thất là 5,9 (m) cột nước Áp lực khơng khí sẽ là: P = 10,33 10,33 4,9 1,474 10,33 10,33   ttH at Cơng suất máy thổi khí tính theo cơng thức sau: N = n qkP kk   102 )1(34400 29,0 = 8,0102 166.02)1511,1(34400 29,0   = 19,59(Kw) = 26 (Hp) Trong đĩ: qkk : Lưu lượng khơng khí, (m3/s) n : Hiệu suất máy thổi khí, n = 0,7 – 0,9, chọn n = 0,8 k : Hệ số an tồn khi sử dụng trong thiết kế thực tế, chọn k = 2. Chọn 2 máy thổi khí cơng suất 26 Hp (2 máy hoạt động luân phiên)  Tính tốn các ống dẫn nước ra khỏi bể điều hồ Nước thải được bơm sang bể keo tụ nhờ một bơm chìm, lưu lượng nước thải 104,16 m3/h, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2m/s, đường kính ống ra: Dr = 36002 33,2084    = 0,192 (m) Chọn ống nhựa uPVC cĩ đường kính  =200mm.  Chọn máy bơm nước từ bể điều hịa sang bể trộn Các thơng số tính tốn bơm Lưu lượng mỗi bơm QTB = 5000 (m3/ngày) = 0,058 (m3/s) Sử dụng hai bơm hoạt động luân phiên để bơm nước thải từ bể điều hịa lên bể keo tụ. Thiết bị đi kèm với bơm gồm: đường ống dẫn nước chiều dài ống L = 10m, một van, ba co 900, một tê. Cơng suất của bơm:     1000 HgQN TB h Trong đĩ:  :Khối lượng riêng chất lỏng  =1.000 (kg/m3) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 42 TBhQ : Là lưu lượng trung bình giờ nước thải )/(029,0 3 smQtbs  H :Là chiều cao cột áp (tổn thất áp lực) (m) g :Gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2)  : Là hiệu suất máy bơm  = 0,73 - 0,93 chọn  = 0,8 Xác định chiều cao cột áp của bơm theo định luật Bernulli: H = Hh +  h = Hh + Ht + Hd +Hcb Trong đĩ: Hh : Cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học, (m). Ht : Tổn thất áp lực giữa hai đầu đoạn ống hút và ống đẩy, (m). Hd : Tổn thất áp lực dọc đường, (m) Hcb: Tổn thất áp lực cục bộ, (m) Xác định cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học: Hh = Z1 – Z2 = 4,5 (m) Trong đĩ: Z1 : Chiều cao đẩy (độ cao bể điều hịa) Z1 = 4,5 (m) Z2 : Chiều cao hút, Z2 = 0 (m) Xác định tổn thất áp lực gữa hai đầu đoạn ống hút và ống đẩy: g ppHt    12 Trong đĩ: p1, p2 : Áp suất ở hai đầu đoạn ống p1 = p2.  : Khối lượng riêng của nước thải Suy ra Ht = 0 Xác định tổn thất áp lực dọc đường: Hd = i x L Tổn thất theo đơn vị chiều dài. Với Q = 57,87 (l/s) và đường kính ống D =200(mm) tra bảng tra thủy lực đối với ống nhựa ta được vận tốc trong ống v = 0,7 (m/s), 1000i = 2,19. Tổn thất cục bộ: Hcb = g v  2 2  Tổn thất qua van = 1,7, cĩ 1 van ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 43 Tổn thất qua co 900 = 0,5, cĩ 3 co Tổn thất qua tê = 0,6, cĩ 1 tê. V : Vận tốc nước chảy trong ống, V = 0,7 (m/s). H = 5,5 +   22,19 0,7110 1 1,7 3 0,5 1 0,6 1000 2 9,81          = 5,6 (m). Chọn cột áp bơm H = 10 (m) )(1,7 8,01000 1081,9058,01000 1000 Kw HgQp N tb s     = 9,5 (Hp)  Chọn bơm nước thải bể điều hịa Chọn bơm chìm, được thiết kế 2 bơm cĩ cơng suất như nhau cơng suất 10HP. Trong đĩ 01 bơm đủ để hoạt động với cơng suất tối đa của hệ thống xử lý, bơm cịn lại là dự phịng. Các bơm tự động luân phiên nhau theo chế độ cài đặt nhằm đảm bảo tuổi thọ lâu bền.  Hàm lượng BOD5, COD sau khi qua bể điều hịa 2BODL = 1BODL x (1 – 10%) = 285 x 0,9 = 256,5 (mg/l) 2CODL = 1CODL x (1 – 10%) = 475 x 0,9 = 427,5 (mg/l) Bảng 5.2: Tổng hợp tính tốn bể điều hồ Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước của bể điều hồ T h 6 Kích thước bể điều hồ Chiều dài L mm 18.000 Chiều rộng B mm 12.000 Chiều cao hữu ích H mm 5.000 Chiều cao xây dựng Hxd mm 5.500 Số đĩa khuyếch tán khí n đĩa 144 Đường kính ống dẫn khí chính D mm 140 Đường kính ống nhánh dẫn khí dn mm 49 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể Dr mm 200 Thể tích bể điều hịa Wt m3 1188 Cơng suất máy thổi khí N HP 26 Cơng suất bơm dẫn nướ thải qua bể trộn N HP 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 44 5.2.4. Bể trộn Nhiệm vụ Xáo trộn đều các chất keo tụ với nước thải nhằm tăng hiệu quả keo tụ tạo bơng. Tính tốn Chọn: Thời gian khuấy trộn t = 8 phút (t = 5– 15 phút)_(Nguồn: Điều 8.21.8 TCVN 7957 – 2008) Thể tích bể trộn cần: W = Q x t = 5000 (m3/ngày) x 6024 8  = 27.8 (m 3) Chọn bể keo tụ hình vuơng, kích thước bể: 3,2m x 3,2m x 3,0 m =30(m3) Chiều cao xây dựng bể: Hxd = h + hbv = 3,0 + 0,5 = 3,5 (m) Thể tích thực của bể trộn: Wt = 3,2 x 3,2 x 3,5 = 35,84 (m3) Đường kính cánh khuấy D  ½ chiều rộng bể, chọn D = 2 2,3 = 1,6 (m) Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng : h = D = 1,6 (m) Chiều rộng bản cánh khuấy = 6,1 5 1 5 1 D = 0,32 (m) = 320 (mm) Chiều dài bản cánh khuấy = 6,1 4 1 4 1 D = 0,4 (m) = 400(mm) Vậy năng lượng cần truyền vào nước: P = G2 x W x  Trong đĩ: G : Cường độ khuấy trộn, G = 800 (s-1) (Nguồn: Điều 8.21.9 TCVN 7957 – 2008) W : Thể tích bể, W = 30 (m3)  : Độ nhớt động học của nước, ở 25oC  = 0,9.10-3 (Ns/m2) )/(1728010.9,030800 32 sJP   Hiệu suất động cơ chỉ đạt H = 0,8 nên cơng suất động cơ: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 45 N = )/(21600 8,0 17280 sJ 21.6 (W) Xác định số vịng quay của máy khuấy: n = 3 1 5 )( DK P   Trong đĩ: P : Năng lượng khuấy trộn, (J/s) K :Hệ số sức cản của nước, chọn cánh khuấy 4 cánh phẳng đầu vuơng, ta cĩ K= 4,2  : Khối lượng riêng của nước, (kg/m3) D : Đường kính cánh khuấy, D = 1,6 (m) 54,0 6,1102,4 7031 3 1 53    n (vịng/s)  111 (vịng/phút) Kiểm tra số Reynold: NR= 63 322 10.536.1 109,0 1054,06,1    pnD > 10.000 Vậy đường kính máy khuấy và số vịng quay đã chọn đạt chế độ chảy rối.  Tính tốn ống dẫn nước thải ra khỏi bể trộn Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7 (m/s) Lưu lượng nước thải: Q = 208,33 (m3/h). Đường kính ống là: D =   v Q 3600 4 = 14,37,03600 33,2084   =0,32 (m) = 320mm) Chọn ống nhựa uPVC cĩ đường kính = 350mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 46 Bảng 5.3: Tổng hợp tính tốn bể trộn Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước bể trộn t phút 10 Kích thước bể trộn Chiều dài L mm 3.200 Chiều rộng B mm 3.200 Chiều cao xây dựng H mm 3.500 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể D mm 350 Thể tích bể trộn Wt m3 35,84 5.2.5. Bể tạo bơng Nhiệm vụ Là nơi phản ứng keo tụ, tạo bơng xảy ra hình thành những bơng cặn lớn giúp quá trình lắng tại bể lắng I cĩ hiệu quả cao hơn. Tính tốn Dung tích bể W = Q x t = 208,33 (m3/h) x 30 (phút/60 phút/h) = 104,16 (m3) Trong đĩ: Q : Lưu lương nước thải trung bình giờ, (m3/h) T : Thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 30phút (t = 20  30 phút) (Nguồn: Điều 8.21.8 TCVN 7957 – 2008) Theo chiều dài của bể ta chia làm 3 buồng bằng 2 vách ngăn hướng dịng dày 100mm theo phương thẳng đứng, kích thước chiều rộng và chiều cao của mỗi buồng là: 3,5m x 3m Tiết diện ngang của ngăn phản ứng: f = b x h = 3,5 x 3 = 10.5(m2) Chiều dài bể: L W f  = )(10 5.10 96,104 m Chiều dài mỗi buồng: l = 3,3 (m) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 47 Dung tích mỗi buồng: 3,3m x 3,5m x 3m = 34.65 (m3) Tổng chiều cao bể ứng với chiều cao bảo vệ bằng 0,3m: Htc = 3 + 0,3 = 3,3 (m) Tổng chiều dài bể ứng với 3 vách ngăn 100mm và 1 ngăn thu nước 600mm: Ltc = 9.9 + (3 x 0,1) + 0,65 = 10.9 (m) Thể tích thực của bể tạo bơng: Wt = 10.9 x 3,5 x 3,3 = 125.9 (m3) Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay, 4 cánh khuấy và 8 bản cánh đặt đối xứng qua trục, tồn bộ đặt theo phương thẳng đứng. Chọn chiều dài bản cánh là: 1m Chiều rộng bản cánh: 0,25m Tổng diện tích bản cánh: fc = 0,25 x 1 x 8 = 2 (m2) Cánh khuấy đặt ở khoảng cách tính từ mép ngồi đến tâm trục quay là R2 = 1m; R1 = 0,5m  Cường độ khuấy trộn Buồng phản ứng 1 Dung tích 34.65m3 Chọn tốc độ của guồng khuấy n = 12 (vịng/phút). Tốc độ tương đối của bản khuấy so với nước: v1 = 60 75,05,014,3212 60 75,02 1  Rn  0,39 (m/s) v2 = 60 75,0114,3212 60 75,02 2  Rn  0,87 (m/s) Cơng suất cần thiết để quay cánh khuấy: N = 51 x C x fc x (v13 + v23) Trong đĩ: N :Cơng suất, (W) fc :Tổng diện tích của bản cánh quạt, fc = 0,8 (m2) C :Hệ số trở lực của nước phụ thuộc vào tỉ số dài/rộng C = 1,2 Vậy: N = 51 x 1,2 x 0,8 x (0,393 + 0,873) = 38 (W) Gradient vận tốc trung bình: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 48 G = W N  10 Trong đĩ: G : Gradient vận tốc trung bình, (s-1) N : Nhu cầu năng lượng, (W)  : Độ nhớt động lực học, (N.S/m2). Ở 25oC,  = 0,0092 (N.S/m2) W : Thể tích buồng tạo bơng, (m3) G = 5,170092,0 3810  = 94 (s -1) < 100 (s-1)  thoả (Nguồn[1]) Buồng đầu G = 80 – 100 (s-1) (Nguồn[1]) Buồng phản ứng 2 Dung tích 34.65 (m3) Tốc độ quay của guồng khuấy n = 10 (vịng/phút) Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy so với nước: v1 = 60 75,05,014,3210 60 75,02 1  Rn  = 0,0.39m/s) v2 = 60 75,0114,32110 60 75,02 2  Rn  = 0,73 (m/s) Cơng suất cần thiết để quay cánh khuấy:  N = 51 x 1,2 x 0,8 x (0,393 + 0,733) = 27 (W) Gradient vận tốc trung bình: G = 5,170092,0 2710  = 76(s -1): thoả (Nguồn[1]) Buồng hai G = 40 – 80 (s-1) (Nguồn[1]) Buồng phản ứng thứ 3 Dung tích 34.65 (m3) Tốc độ quay của guồng khuấy n = 6 (vịng/phút) Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy so với nước: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 49 v1 = 60 75,05,014,327 60 75,02 1  Rn  0,21(m/s) v2 = 60 75,00114,327 60 75,02 2  Rn  = 0,38 (m/s) Cơng suất cần thiết để quay cánh khuấy: N = 51 x 1,2 x 0,8 x (0,213 + 0,383) = 3.13 (W) Gradient vận tốc trung bình: G = 5,170092,0 13.310  = 36 (s -1) < 40 (s-1): thoả (Nguồn[1]) Buồng cuối G = 20 – 40 (s-1) (Nguồn[1])  Tính tốn ống dẫn nước thải ra khỏi bể keo tụ tạo bơng Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7 (m/s) Lưu lượng nước thải : Q = 208,33 (m3/h). Đường kính ống là: D =   v Q 3600 4 = 14,37,03600 33,2084   = 0,320 (m) Chọn ống nhựa uPVC cĩ đường kính  = 350mm Bảng 5.4: Tổng hợp tính tốn bể tạo bơng Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước bể tạo bơng t phút 30 Kích thước bể tạo bơng Chiều dài Ltc mm 10.900 Chiều rộng B mm 3.500 Chiều cao xây dựng Htc mm 3.300 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể D mm 350 Thể tích bể keo tụ tạo bơng Wt m3 125.9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 50 5.2.6 Bể lắng I Nhiệm vụ Loại bỏ các chất lơ lửng và các bơng cặn cĩ khả năng lắng được trong nước thải sau khi đã qua quá trình phản ứng keo tụ tạo bơng trước đĩ. Tính tốn Chọn bể lắng I cĩ dạng hình trịn trên mặt bằng, nước thải vào từ tâm và thu nước theo chu vi bể. Bảng 5.5:Các thơng số cơ bản thiết kế cho bể lắng I Thơng số Giá trị Trong khoảng Đặc trưng Thời gian lưu nước, giờ Tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày - Lưu lượng trung bình - Lưu lượng cao điểm Tải trọng máng tràn, m3/m.ngày Ống trung tâm: - Đường kính - Chiều cao Chiều sâu H của bể lắng, m Đường kính D của bể lắng, m Độ dốc đáy bể, mm/m Tốc độ thanh gạt bùn, vịng/phút 1,5  2,5 31  50 81  122 124  490 15  20% D 55  65% H 3,0  4,6 62  167 0,02  0,05 2,0 40 89 248 12 - 45 4,2 3,7 12  45 83 0,03 (Nguồn: Bảng 4 – 3; 4 – 4, Tính tốn thiết kế các cơng trình XLNT, TS. Trịnh Xuân Lai) Diện tích mặt thống của bể lắng ly tâm trên mặt bằng được tính theo cơng thức: A = )(88,138 )./(36 )/(24)/(33,208 2 23 3 m ngàymm ngàyhhm L Q A h tb  Trong đĩ: Q htb : Lưu lượng giờ trung bình, (m3/h). LA : Tải trọng bề mặt, (m3/m2.ngày) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 51 Đường kính bể lắng: D = A 4 = 88,1384  = 13,3 (m) Đường kính ống trung tâm: d = 20% x D = 20% x 13,3 = 2,66 (m) Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng H = 3,5(m), chiều cao lớp bùn lắng hbl = 0,5(m), chiều cao hố thu bùn ht = 0,3(m), chiều cao lớp trung hồ hth = 0,2(m), chiều cao bảo vệ hbv = 0,3(m). Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng đợt I là Htc = H + hbl + ht + hth + hbv = 3,5 + 0,5 + 0,3 + 0,2 + 0,3 = 4,8 (m) Chiều cao ống trung tâm h = 60% x H = 60% x 3,5 = 2,1 (m)  Kiểm tra thời gian lưu nước của bể lắng Thể tích bể lắng: W = )(6,4665,3)66,23,13( 4 )( 4 32222 mHdD   Thời gian lưu nước: t =  )5,25,1()(24,2 )/(33,208 )(6,466 3 3 h hm m Q htb thoả mãn (Nguồn [3]) Thể tích thực của bể: Wt = )(86,6398,4)66,23,13(4 )( 4 32222 mHdD    Máng thu nước Vận tốc nước chảy trong máng: chọn v = 0,6 (m/s). Diện tích mặt cắt ướt của máng A = )(09645,0 )/(86400)/(6,0 )/(5000 23 m ngàyssm ngàym v Q  = 96450 (mm 2)  (cao x rộng) = ( 150mm x 200mm)/máng Để đảm bảo khơng quá tải trong máng chọn kích thước máng: cao x rộng = (300mm x 300mm). Máng bê tơng cốt thép dày 100mm, cĩ lắp thêm máng răng cưa thép tấm khơng gỉ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 52  Máng răng cưa Đường kính máng răng cưa được tính theo cơng thức Drc = D – (0,3 + 0,1 + 0,003) x 2 = 13,32 – 2 x 0,403 = 12,500 (m) Trong đĩ D : Đường kính trong bể lắng I, (m) 0,3 : Bề rộng máng tràn = 300 (mm) = 0,3 (m) 0,1 : Bề rộng thành bê tơng = 100 (mm) = 0,1 (m). 0,003 : Tấm đệm giữa máng răng cưa và máng bê tơng = 3mm Máng răng cưa được thiết kế cĩ 4 khe/m dài, khe tạo gĩc 90o Như vậy tổng số khe dọc theo máng bê tơng là 12,494 x  x 4 = 158 (khe) Lưu lượng nước chảy qua mỗi khe: Qkhe = )/(10.68,3)/(86400)(158 )/(5000 343 sm ngàyskhe ngàym Sokhe Q  Mặt khác ta lại cĩ: Qkhe = )/(10.6,242,12 2 15 8 342 5 2 5 smHtgHgCd   Trong đĩ: Cd : Hệ số lưu lượng, Cd = 0,6 g : Gia tốc trọng trường (m/s2).  : Gĩc của khía chữ V, o90 H : Mực nước qua khe (m) Giải phương trình trên ta được: 5/2 x lnH = ln(1,83.10-4) => lnH = -3,442 => H = e-3,442 = 0,032 H = 0,032 (m) = 32 (mm) < 50 (mm) chiều sâu của khe  đạt yêu cầu Tải trọng thu nước trên 1m dài thành tràn: q = rcD Q 2 = )./(13,64494,122 )/(5000 3 3 ngàymm m ngàym  < 248 (m 3/m.ngày) (Tải trọng máng tràn)  Lượng bùn sinh ra mỗi ngày Wtươi = 1000 )( 21 CCQ  (Nguồn [1]) Trong đĩ: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 53 C2 :Hàm lượng cặn đi ra khỏi bể lắng, (mg/l) C1 : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng. C1 = C0 + k x ap + 0,25 x M C0 : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng, C0 = 190 (mg/l) ap : Hàm lượng phèn, ap = 20 (mg/l) k : Hệ số tạo cặn từ phèn, đối với phèn nhơm kĩ thuật, k = 1. M : Độ màu của nước, M = 200  C1 = 190 + 1x 20 + 0,25x 200 = 260 (mg/l) Vậy : Wtươi = 10151000 )57260(5000  (kgbùn/ngày). Giả sử nước thải cĩ hàm lượng cặn 5% (độ ẩm 95%), tỷ số VSS : SS = 0,8 và khối lượng riêng của bùn tươi = 1,082 (kg/l). Vậy lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý là: Qtươi =  1000 1 )/(082,105,0 )/(1015 lkg ngàykg 18,76 (m3/ngày). Lượng bùn tươi cĩ khả năng phân huỷ sinh học: Mtươi (VSS)= 1015 (kgSS/ngày) x 0,8 = 812 (kgVSS/ ngày). Bùn dư từ quá trình sinh học được đưa về bể nén bùn.  Tính tốn ống dẫn nước thải ra khỏi bể lắng I Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 1 (m/s) (v ≤ 2m/s) Lưu lượng nước thải: Q = 208,33 (m3/ngày). Đường kính ống là: D = 14,313600 33,2084 43600 4    v Q = 0,271 (m) = 271 (mm) Chọn ống nhựa PVC cĩ đường kính  = 300mm  Tính tốn đường ống dẫn bùn Lưu lượng nước thải: Q = 18,76 (m3/ngày). Bơm bùn hoạt động 4 (giờ/ngày) Đường kính ống là: D = 14,36,043600 76,184 3600 4    v Q = 0,053 (m) Chọn ống nhựa uPVC cĩ đường kính  = 60mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 54  Chọn bơm bùn tươi từ bể lắng I tới bể nén bùn Lưu lượng bùn thải: Q = 18,76 (m3/ngày) = 2,17.10-4 (m3/s). Cơng suất bơm N = 8,01000 1081,9100010.17,2 1000 4       HgQ = 0,024(Kw) = 0,03 (Hp) Trong đĩ:  : Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn = 0,8 ρ : Khối lượng riêng của nước (kg/m3) Chọn bơm bùn được thiết kế 1 bơm cĩ cơng suất 0,15 Kw.  Thiết bị cào bùn bể lắng Loại cầu trung tâm. Hoạt động với vận tốc chậm, gom bùn lắng ở đáy bể về hố gom bùn. Từ đây, bùn được bơm hút đi. Chế độ vận hành 24/24. Thanh gạt bùn Chiều dài: l = 90%D = 90% x 13.300 = 11.970(m). + Năng lượng cần truyền vào nước: P = G2 x µ Trong đĩ: G: cường độ khuấy. G = 30 s-1 V: thể tích bể. V = 530 (m3) µ: độ nhớt động lực bùn. µ =0,00105 (N.s/m2)  P = 302 x 466 x 0.00105 = 440.27(J/s) = 0.44(Kw) + Xác định số vịng quay của thanh gạt bùn: )/(011.0 970.1110501 440 3 1 5 3 1 5 svịngDK PN          = 0.66 (vịng/ phút) Hàm lượng SS và BOD5, COD sau khi qua bể lắng I giảm: 2SSL = 1SSL (1 – 0,7) = 190 x 0,3 = 57 (mg/l) 3BODL = 2BODL (1 – 0,4) = 256,5 x 0,6 = 153,6 (mg/l) 3CODL = 2CODL (1 – 0,4) = 427,5 x 0,6 = 256,5 (mg/l) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 55 Bảng 5.6: Tổng hợp tính tốn bể lắng I Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Đường kính bể lắng D mm 13.300 Chiều cao xây dựng bể lắng Hxd mm 4.800 Đường kính ống trung tâm d mm 2.660 Chiều cao ống trung tâm h mm 2.100 Tổng số khe máng răng cưa n khe 108 Kích thước máng Đường kính máng răng cưa Drc mm 12.500 Chiều rộng máng thu nước B mm 300 Chiều cao máng thu nước H mm 300 Đường kính ống dẫn nước ra D mm 300 Thể tích bể lắng Wt m3 466 5.2.7 Bể Aerotank Nhiệm vụ Loại bỏ các hợp chất hữu cơ hồ tan cĩ khả năng phân huỷ sinh học nhờ quá trình vi sinh vật lơ lửng hiếu khí. Tính tốn  Các thơng số tính tốn quá trình bùn hoạt tính xáo trộn hồn tồn Hàm lượng BOD5 trong nước thải dẫn vào Aerotank = 153,6 (mgBOD5/l) và SS = 57(mg/l) tỷ số BOD5/COD = 0,6 Yêu cầu BOD5 và SS sau xử lý sinh học hiếu khí là: 30 (mg/l) và 50 (mg/l). Trong đĩ: Q : Lưu lượng nước thải, Q = 5000 (m3/ngđ) t : Nhiệt độ trung bình của nước thải, t = 25oC. Xo : Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể, Xo= 0 (mg/l) X : Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính MLVSS, X = 2.500 (mg/l) (cặn bay hơi 2.500 – 4.000 mg/l) XT : Nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt II cũng là nồng độ cặn tuần hồn. XT =10.000 (mg/l). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 56 c : Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong cơng trình. 1575,0 c (ngày). Chọn 10c (ngày) Chế độ thủy lực của bể: Khuấy trộn hồn chỉnh. Y :Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (hệ số sinh trưởng cực đại). Y= (0,4 – 0,6) (mg bùn hoạt tính/mgBOD). Chọn Y = 0,6. Kd : Hệ số phân hủy nội bào. Kd = (0,02 – 0,1) (ngày-1), chọn Kd = 0,06. Z : Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng II, Z = 0,2 trong đĩ cĩ 80% cặn bay hơi. F/M : Tỷ lệ BOD5 cĩ trong nước thải và bùn hoạt tính, F/M = (0,2 – 1,0) (kg BOD5/kg bùn hoạt tính) với bể Aerotank xáo trộn hồn tồn. L : Tải trọng các chất hữu cơ sẽ được làm sạch trên một đơn vị thể tích của bể xử lý, L= (0,8 – 1,9) (kgBOD5/m3.ngày) với bể Aerotank xáo trộn hồn tồn. Các thành phần hữu cơ khác như Nitơ và Photpho cĩ tỷ lệ phù hợp để xử lý sinh học (BOD5 : N : P = 100 : 5 :1) (Nguồn: Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải – TS. Trịnh Xuân Lai). Dự đốn BOD5 hồ tan trong dịng ra dựa vào mối quan hệ: BOD5 dịng ra = BOD5 hồ tan trong dịng ra + BOD5 của SS ở đầu ra  Tính nồng độ BOD5 hịa tan trong nước đầu ra Nồng độ cặn hữu cơ cĩ thể bị phân hủy: a = 0,65 x 30 = 19,5 (mg/l) 1 mg SS khi bị ơxy hĩa hồn tồn tiêu tốn 1,42 (mgO2). Vậy nhu cầu ơxy hĩa cặn như sau: b = 19,5 x 1,42 = 27,69 (mg/l) Lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra (chuyển đổi từ BOD20 sang BOD5): c = 27,69 x 0,68 = 18,83 (mg/l) Lượng BOD5 hịa tan cịn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng S = 30 – 18,83 = 11,17 (mg/l)  Xác định hiệu quả xử lý Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hịa tan ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 57 E = o o (S - S) S = 6,153 )17,116,153(  = 92,7% Hiệu quả xử lý tính theo BOD tổng cộng: 6,153 )306,153( E = 80% Thể tích bể Aerotank: )1( )( 0 cd c KX SSYQW     Trong đĩ: W : Thể tích bể Aerotank, (m3) Q : Lưu lượng nước thải đầu vào, Q = 5000 (m3/ngđ) Y : Hệ số sản lượng bùn, Y = 0,6 (mgVSS/mgBOD) So – S : 196,8 – 11,17 = 142.43 (mg/l) X : Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi được duy trì trong bể Aerotank, X = 2.500 (mg/l) Kd : 0,06 (ngày-1) c : Thời gian lưu bùn 10 ngày. Vậy: W = )1006,01(2500 )17,116,153(6,0500010   = 1068(m3) Diện tích của Aerotank trên mặt bằng: A = W H = )(276 4 1068 2m Trong đĩ: H: Chiều cao cơng tác của Aerotank, chọn H = 4 (m)  Chọn L x B = 18m x 15m. Với thể tích như tính tốn thì bể aerotank quá lớn hiệu quả xử lý khơng cao trong quá trình xử lý vì vậy nên chia bể aerotank thành 2 bể nhỏ cĩ kích thướt: L x B = 18m x 7.5m Chiều cao xây dựng của bể Aerotank: Hxd = H + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Trong đĩ: hbv: Chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,5 (m) Thể tích thực của bể của 1 bể aerotank ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 58 Wt = 18 x 7,5 x 4,5 = 607,5 (m3)  Tính tổng lượng cặn sinh ra hằng ngày Tốc độ tăng trưởng của bùn: Yb = cdk Y 1 (Nguồn: Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai – trang 67) Yb = 1006,01 6,0  = 0,375 Lượng bùn hoạt tính sinh ra mỗi ngày do khử BOD5: Px = Yb x Q x (So – S).10-3 = (0,375 x 2.500 x (153,6 - 11,17).10-3 )x2 = 267 (kg/ngđ) Tổng lượng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn Z = 0,2 Px(SS) = x P 1 - Z = 2,01 267  = 333,82(kg/ngđ)  Tính lượng bùn dư phải xả hàng ngày Qxả Qxả = Tc crr X XQXV     (Nguồn [5](CT 6.11). Qxả = 2.58800010 1065,13500050001068   (m3/ngày). Trong đĩ: V : Thể tích của bể V = 1068 (m3). Qr = Qv = 5000 (m3/ngày) coi lượng nước theo bùn là khơng đáng kể. X : Nồng độ bùn hoạt tính trong bể, (mg/l) c : Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong cơng trình. c = 0,75 ÷ 15 (ngày). Chọn c = 10 (ngày). XT : Nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt II cũng là nồng độ cặn tuần hồn. XT= 0,8 x 10.000 = 8.000 (mg/l). Xr : Nồng độ bùn hoạt tính đã lắng Xr = 0,7 x 19,5 = 13,65 (mg/l), (0,7 là tỷ lệ lượng cặn bay hơi trong tổng số cặn hữu cơ, cặn khơng tro). Thời gian tích lũy cặn (tuần hồn lại) khơng xả cặn ban đầu: 8 85710 2500534  xP XVT (ngày) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 59 Sau khi hệ thống hoạt động ổn định lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày B = Qxả x 10.000 = 10,03 x 10.000 = 100300 (g/ngày) = 100,3(kg/ngày) Trong đĩ cặn bay hơi B’ = 0,7 x 100,3 = 70,21 (kg/ngày) Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể lắng B” = 5000 x 13,65 = 68250 (g/ ngày) = 68,25 (kg/ngày). Tổng lượng cặn hữu cơ sinh ra: B’ + B” = 100,3 + 68,25 = 168,55 (kg/ngày)  Xác định lưu lượng bùn tuần hồn QT : tính cho mỗi bể lưu lượng 2500m3 XT.Q T. xaX T.Q Q rXX.S Q + Q 0S LẮNG II AEROTEN r.X V T S VQXo. Để nồng độ bùn trong bể luơn giữ ở giá trị 2.500 (mg/l) ta cĩ: Phương trình cân bằng vật chất: XQQXQXQ TVTTOv  )( 1125250045,045,0 25008000 2500  TTV T Q XX X Q Q (m3/ngày) = 46,87(m3/h)  Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank F/M = X So  (Cơng thức 5 – 22. Nguồn [3]) = 250016,0 6,153  = 0,384 (mgBOD/mgbùn.ngđ) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép thiết kế bể khuấy trộn hồn chỉnh là 0,2 ÷1. Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong 1 ngày 250016,0 17,116,1530    X SS  = 0,356 (mg/mg.ngđ) Tải trọng thể tích bể: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 60 534 250010.6,153 30   W QS L = 0.94(kgBOD5/m3.ngđ)  (0,8 – 1,9kg BOD5/m3.ngày) (Nguồn: Bảng 6 – 1, Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý NT, TS. Trịnh Xuân Lai)  Thời gian lưu nước trong bể Aerotank  = tW Q = 2500 534 = 0,2136 ( ngày )5.12(giờ)  Tính lượng ơxy cần thiết cung cấp cho 1 bể Aerotank Lượng ơxy lý thuyết cần cung cấp theo điều kiện chuẩn OCo = o x Q (S - S) - 1,42×P f (Cơng thức 6 – 15. Nguồn [3]) Với f: hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,67 OCo = 71,8542,167,0 10).17,116,153(2500 3   = 409,7 (kgO2/ngđ) Lượng ơxy cần thiết trong điều kiện thực: OCt = OCo x S20 (T-20) sh L C 1 1x x βC - C 1,024 α     Trong đĩ: Cs20 : Nồng độ ơxy bão hịa trong nước ở 20oC, (mg/l) CL : Lượng ơxy hịa tan cần duy trì trong bể, (mg/l) Csh : Nồng độ ơxy bão hịa trong nước sạch ứng với nhiệt độ 25oC (nhiệt độ duy trì trong bể), (mg/l)  : Hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối. Đối với nước thải,  = 1  : Hệ số điều chỉnh lượng ơxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thống, hình dạng và kích thước bể cĩ giá trị từ 0,6  2,4. Chọn  = 0,6. T : Nhiệt độ nước thải, T= 25oC OCt = 7,8696,0 1 024,1 1 2)3,81( 08,97,409 )2025(   (kgO2/ngđ)  Lượng khơng khí cần thiết cung cấp cho bể ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 61 Qkk = fOU OCt  Trong đĩ: OCt : Lượng ơxy thực tế cần sử dụng cho bể OU : Cơng suất hịa tan ơxy vào nước thải của thiết bị phân phối. OU = Ou x h Trong đĩ: h : Chiều sâu ngập nước của thiết bị phân phối. Chọn độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối (xem như gần sát đáy) và chiều cao của giá đỡ khơng đáng kể h = 4 (m). Ou : Lượng ơxy hịa tan vào 1m3 nước thải của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn ở chiều sâu 1m. Chọn Ou = 8 (gO2/m3.m)  OU = Ou x h = 8 x 4 = 32 (gO2/m3) f: Hệ số an tồn, chọn f = 1,5 Vậy Qkk = tOCOU x f = 32 107,869 3 x 1,5 = 40767 (m3/ngđ) = 0,47m3/s Chọn đĩa phân phối khí dạng đĩa xốp đường kính 250mm. Lưu lượng riêng phân phối khí của đĩa thổi khí  = 150 – 200 (l/phút), chọn  = 200 (l/phút). Lượng đĩa thổi khí trong bể Aerotank: N = 5.141 2006024 4076710 )/(6024 )/(10 333    phútl ngàymQkk (đĩa) Chọn N = 144 đĩa thổi khí. (phù hợp với việc bố trí số đĩa trên mỗi ơng nhánh)  Tính tốn máy thổi khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí: Hm = h1 + hd + H Trong đĩ: h1 : Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển h1 = 0,4 (m) hd : Tổn thất qua đĩa phun khơng quá 0,7m. Chọn hd = 0,6 (m) H : Độ sâu ngập nước của miệng vịi phun H = 4 (m) Hm = 0,4 + 0,6 + 4 = 5 (m) Cơng suất máy thổi khí ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 62 Pmáy =   en TRG 7,29 1         1 283,0 1 2 p p Trong đĩ: Pmáy : Cơng suất yêu cầu của máy nén khí , (Kw) G : Trọng lượng của dịng khơng khí , (kg/s) G = Qkk  khí = 0,47  1,3 = 0,611(kg/s) R : Hằng số khí , R = 8,314 (KJ/K.mol.0K) T1 : Nhiệt độ tuyệt đối của khơng khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 (0K) P1 : Áp suất tuyệt đối của khơng khí đầu vào P1= 1 (atm) P2 : Áp suất tuyệt đối của khơng khí đầu ra P2 = )(49,1113,10 atm Hm  n = K K 1 = 0,283 ( K = 1,395 đối với khơng khí ) 29,7 : Hệ số chuyển đổi e : Hiệu suất của máy, chọn e = 0,8 Vậy: Pmáy = 8,0283,07,29 298314,8611,0   0,2831, 49 1 1          = 44,9 (Kw) = 60 (Hp) Chọn 3 máy thổi khí cĩ cơng suất 30 Hp hoat động luân phiên từng cặp  Tính tốn đường ống dẫn khí Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính, chọn vkhí = 15 (m/s) Lưu lượng khí cần cung cấp, Qkk = 40767 (m3/ngđ) = 0,47 (m3/s) Đường kính ống phân phối chính D =   khi kk v Q4 = 14,315 47,04   = 0,2(m) Chọn ống thép cĩ đường kính D = 200 mm. Từ ống chính ta phân làm 18 ống nhánh cung cấp khí cho bể, lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh: Q’k = 11 kkQ =  11 47,0 0,026 (m3/s) Vận tốc khí qua mỗi ống nhánh v’khí = 15 (m/s) Đường kính ống nhánh: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 63 d =   ' '4 khi k v Q =   14,315 026,04 0,047 (m) Chọn loại ống thép cĩ đường kính  = 49 mm.  Kiểm tra lại vận tốc Vận tốc khí trong ống chính Vkhí = 2 4 D Qk  = 215,014,3 47,04   = 14,86 (m/s) Vậy Vkhí nằm trong khoảng cho phép (10 - 15 m/s) Vận tốc khí trong ống nhánh: v’khí = 2 '4 d Q k  = 2049,014,3 042,04   = 14,86 (m/s) Vậy v’khí nằm trong khoảng cho phép (10 - 15 m/s) (Nguồn[3])  Tính tốn đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể Chọn vận tốc nước thải trong ống: v = 1,2 (m/s) Lưu lượng nước thải: Q = 2.500 (m3/ngày) = 0,029 (m3/s) Lưu lượng bùn tuần hồn: Qt = 1.125 (m3/ngày) = 0,013 (m3/s) Lưu lượng nước thải ra khỏi bể Aerotank hay vào bể lắng: Qv = Q + Qt = 2.500 + 1.125 = 3.625 (m3/ngày) = 151(m3/h). Chọn loại ống dẫn nước thải là ống uPVC, đường kính của ống: D = t4(Q Q ) v   = 14,31 )013,0029,0(4   = 0,231 (m) Chọn ống uPVC cĩ đường kính  250 mm.  Tính tốn đường ống dẫn bùn tuần hồn Lưu lượng bùn tuần hồn Qt = 1.125 (m3/ng.đ) = 0,013 (m3/s). Chọn vận tốc bùn trong ống v= 2 (m/s) D = v Q4 = 14,32 013,04   = 0,09 (m) = 90 (mm) Chọn ống uPVC cĩ đường kính  90 mm. 4 CODL = 3CODL (1 – 60%) = 153,9 x 0,4 = 30,78 mg/l. - Bố trí đường ống và đĩa phân phối khí: + Ống khí chính D200 vật liệu SKT. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 64 + Ống khí nhánh D49 vật liệu SKT. + Số lượng ống nhánh 18. + Số đĩa phân phối khí trên mỗi ống nhánh là 8. Bảng 5.7: Tổng hợp tính tốn bể Aerotank Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước t h 4,8 Kích thước bể Chiều dài L mm 18.000 Chiều rộng B mm 7500 Chiều cao hữu ích H mm 4.000 Chiều cao xây dựng Hxd mm 4.500 Số đĩa khuyếch tán khí n đĩa 288 Đường kính ống dẫn khí chính D mm 200 Đường kính ống nhánh dẫn khí dn mm 49 Đường kính ống dẫn nước vào Dv, mm 300 Đường kính ống dẫn nước ra D r mm 250 Thể tích bể Aerotank Wt m3 607,5 Số lượng Bề 2 5.2.8. Bể lắng II . Nhiệm vụ Bùn sinh ra từ bể Aerotank và các chất lơ lửng sẽ được lắng ở bể lắng II. Bùn hoạt tính sẽ được tuần hồn trở lại bể Aerotank. Tính tốn Bảng 5.8: Thơng số cơ bản thiết kế bể lắng đợt II Quy trình xử lý Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Tải trọng bùn (kg/m2.ngày) Chiều cao bể (m) Ngày Trung bình Ngày Cao điểm Giờ Trung bình Giờ Cao điểm Sau bể Aerotank 16,4 – 32,8 41 – 49,2 3,9 – 5,85 9,75 3,7 – 6,1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 65 (Nguồn: Bảng 9 – 1, Tính tốn thiết kế các cơng trình XLNT, TS. Trịnh Xuân Lai) Diện tích mặt thống của bể lắng II trên mặt bằng ứng với lưu lượng trung bình tính theo cơng thức: F1 = tb ngày 1 Q L = 25 2500 = 100 (m2) Trong đĩ: Qtbngđ : Lưu lượng trung bình ngày đêm. L1 : Tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình lấy theo bảng. Diện tích mặt thống của bể lắng II trên mặt bằng ứng với tải trọng chất rắn lớn nhất tính theo cơng thức: )(62 8,9 102500)6,065,16665,166(10)( 23 2 3max 2 mL XQQF th hh   Trong đĩ: maxhQ : Lưu lượng lớn nhất giờ. thhQ : Lưu lượng bùn tuần hồn lớn nhất trong giờ = 0,6x maxhQ . 0,6 : Hệ số tuần hồn  = 0,6 L2 : Tải trọng chất rắn lớn nhất lấy theo bảng. Diện tích mặt thống thiết kế của bể lắng đợt II trên mặt bằng sẽ là giá trị lớn nhất trong số 2 giá trị của F1, F2 ở trên. Như vậy, diện tích mặt thống thiết kế chính là F = F1 = 100 (m2). Đường kính bể lắng: 10044   FD = 11,28 (m) Chọn D = 11,3 (m). Đường kính ống trung tâm: d = 20% x D = 20% x 11,3 = 2,26 (m) Chọn chiều cao hữu ích của bể lắng là H = 3,5m, chiều cao lớp bùn lắng hbl = 1m, chiều cao hố thu bùn ht = 0,3m, chiều cao lớp trung hịa hth = 0,2m và chiều cao bảo vệ hbv= 0,3m. Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng II: Htc = H + hbl + ht + hth + hbv = 3,5 + 1 + 0,3 + 0,2 + 0,3 = 5,3 (m) Chiều cao ống trung tâm: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 66 h = 60% x H = 60% x 3,5 = 2,1 (m) Thể tích thực của bể lắng ly tâm đợt II: W = F x H = 100 x 5,3 = 530 (m3) Thời gian lưu nước của bể lắng: t = )(2,3 )/(6,016,10416,104 )(530 3 3 h hm m QQ th  Trong đĩ: Q :Lưu lượng nước thải trung bình giờ, (m3/h). Qth : Lưu lượng tuần hồn về bể Aerotank = 104,16 x 0,6 (m3/h). 0,6 : Hệ số tuần hồn  = 0,6  Máng thu nước Vận tốc nước chảy trong máng: chọn v = 0,6 (m/s) (Quy phạm 0,6 – 0,7m/s) Diện tích mặt cắt ướt của máng: A = )(07,0 )/(86400)/(6,0 )/(11252500 23 m ngàyssm ngàym v QQ t    (cao x rộng) = ( 300mm x 300mm)/máng Để đảm bảo khơng quá tải trong máng chọn kích thước máng: cao x rộng = (300mm x 300mm). Máng bê tơng cốt thép dày 100mm, cĩ lắp thêm máng răng cưa thép tấm khơng gỉ.  Máng răng cưa Đường kính máng răng cưa được tính theo cơng thức: Drc = D – (0,3 + 0,1 + 0,003) x 2 = 11,3 – 2 x 0,403 = 10,5 (m) Trong đĩ D : Đường kính bể lắng II, D = 11,3 (m) 0,3 : Bề rộng máng tràn = 300 (mm) = 0,3 (m) 0,1 : Bề rộng thành bê 66ong = 100 (mm) = 0,1 (m) 0,003 : Tấm đệm giữa máng răng cưa và máng bê 66ong = 3 (mm) Máng răng cưa được thiết kế cĩ 4 khe/m dài, khe tạo gĩc 90o Như vậy tổng số khe dọc theo máng bê 66 ống là : 10,5 x  x 4 = 132 (khe) Lưu lượng nước chảy qua mỗi khe: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 67 Qkhe = 4 3 10.17,3 )/(86400)(132 1125)/(2500   ngàyskhe ngàym Sokhe QQ t Mặt khác ta lại cĩ: Qkhe = )/(10.8,342,12 2 15 8 342 5 2 5 smHtgHgCd   Trong đĩ: Cd : Hệ số lưu lượng, Cd = 0,6 g : Gia tốc trọng trường (m/s2)  : Gĩc của khía chữ V, o90 H : Mực nước qua khe (m) Giải phương trình trên ta được:  2 5 lnH = ln(2,67.10-4) => lnH = -3,47 => H = e-3,47 = 0,0317 H = 0,0317 (m) = 31,7 (mm) < 50 (mm) chiều sâu của khe  đạt yêu cầu Tải trọng thu nước trên 1m dài thành tràn: q = t rc Q+Q 2πD = )./(248)./(555,102 11252500 33 ngàymmngàymm    (Nguồn [3])  Tính ống dẫn nước thải, ống dẫn bùn Ống dẫn nước thải ra Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 1 (m/s) Lưu lượng nước thải : Q = 104,16 (m3/h). Đường kính ống là: D =   v Q 3600 4 = 14,313600 16,1044   =0,192 (m) = 192 (mm) Chọn ống nhựa uPVC cĩ đường kính =200mm Ống dẫn bùn: Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 2 (m/s) Lưu lượng bùn: Qb = Qt + Qw = 46,875 + 0,27 = 47,055 (m3/h) Trong đĩ: Qt : Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hồn về bể Aerotank 1125 (m3/ngày) = 46,87 (m3/h) Qw : Lưu lượng bùn dư từ bể Aerotank 6,45 (m3/ngày) = 0,27 (m3/h) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 68 Đường kính ống dẫn là: D =   v Qb 3600 4 = 14,323600 055,474   = 0,09 (m) Chọn ống nhựa uPVC đường kính ống = 90mm.  Bơm bùn tuần hồn Lưu lượng bơm: Qt = 1.125 (m3/ng.đ) = 0,013 (m3/s). Cột áp của bơm: H = 10 (m) Cơng suất bơm: 8,01000 1081,91000013,0 1000      HgQN t = 1,6 (Kw) Trong đĩ:  : Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93 , chọn = 0,8  : Khối lượng riêng của nước (kg/m3) Chọn bơm bùn lắng: Loại bơm ly tâm trục ngang. Cơng suất 2 (Kw). Bùn chủ yếu được tuần hồn lại bể Aerotank, bùn dư dẫn vào bể nén bùn.  Thiết bị cào bùn bể lắng Loại cầu trung tâm. Hoạt động với vận tốc chậm, gom bùn lắng ở đáy bể về hố gom bùn. Từ đây, bùn được bơm hút đi. Chế độ vận hành 24/24. Thanh gạt bùn Chiều dài: l = 90%D = 90% x 11.300 = 10.170 (m). + Năng lượng cần truyền vào nước: P = G2 x µ Trong đĩ: G: cường độ khuấy. G = 30 s-1 V: thể tích bể. V = 530 (m3) µ: độ nhớt động lực bùn. µ =0,00105 (N.s/m2)  P = 302 x 530 x 0.00105 = 500(J/s) = 0.5 (Kw) + Xác định số vịng quay của thanh gạt bùn: )/(96.0)/(016.0 170.1010501 500 3 1 3 1 5 phútvịngsvịngDK PN          ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 69 Hàm lượng SS và BOD5, COD sau khi qua bể lắng II giảm: 4SSL = 3SSL (1 – 70%) = 71,12 x 0,3 = 21,37 (mg/l) 5BODL = 4BODL (1 – 85%) = 102,6 x 0,15 = 15,39 (mg/l) 5CODL = 4CODL (1 – 60%) = 153,9 x 0,4 = 30,78 (mg/l) Bảng 5.9: Tổng hợp tính tốn bể lắng đợt II Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Đường kính bể lắng D mm 11.300 Chiều cao bể lắng Htc mm 5.300 Đường kính ống trung tâm d mm 2.260 Chiều cao ống trung tâm h mm 2.100 Thời gian lưu nước t h 3,2 Đường kính máng răng cưa Drc mm 10.500 Tổng số khe của máng răng cưa n 132 Thể tích bể lắng đợt II W m3 530 Số lượng Bể 2 5.2.9 Bể chứa trung gian Bể chứa trung gian dùng để chứa nước sau lắng trước khi bơm lên bể lọc áp lực nhằm điều hịa lưu lượng để thuận lợi cho quá trình lọc. Tính tốn kích thước bể Chọn thời gian lưu nước là 30 phút. Bể xây nửa chìm nửa nổi. Thể tích bể trung gian V = Qtb, h x t = 208,33 x 0,5 = 104,16 (m3) Chọn kích thước bể H x B x L  Chiều cao H = 5 (m);  Chiều rộng B = 3.5 (m);  Chiều dài L = 6 (m);  Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 (m). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 70 Chiều cao xây dựng Hxd = 5 + 0,5 = 5,5 (m). Thể tích thực của bể V = 6 x 3,5 x 5.5 = 115,5 (m3) Bể đơn thuần là chứa nước thải nên ta chọn vật liệu xây dựng là bê tơng cốt thép dày 200mm, bên trong cĩ phủ lớp composit bảo vệ chống ăn mịn. Tính bơm từ bể trung gian lên bể lọc áp lực  Tính tốn ống dẫn nước ra khỏi bể trung gian Nước thải được bơm sang bể trung gian nhờ một bơm chìm, lưu lượng nước thải 104,16 m3/h, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2m/s, đường kính ống ra: Dr = 36002 16,1044    = 0,135 (m) Chọn ống nhựa uPVC cĩ đường kính  = 140mm.  Chọn máy bơm nước từ bể trung gian sang bồn lọc áp lực Các thơng số tính tốn bơm chọn giống như bơm ở bể điều hịa  Chọn bơm nước thải bể trung gian Chọn bơm chìm, được thiết kế 2 bơm cĩ cơng suất như nhau (10HP). Trong đĩ một bơm đủ để hoạt động với cơng suất tối đa của hệ thống xử lý, bơm cịn lại là dự phịng. Các bơm tự động luân phiên nhau theo chế độ cài đặt nhằm đảm bảo tuổi thọ lâu bền. 5.2.10 Bể lọc áp lực Nhiện vụ Bể lọc áp lực là bể lọc kín, quá trình lọc xảy ra nhờ lớp áp lực nước phía trên lớp vật liệu lọc. Dùng để giữ lại một phần hay tồn bộ lượng cặn cĩ trong nước, khử các hạt mịn vơ cơ hoặc hữu cơ, những cặn lơ lửng và kết tủa chưa lắng được ở cơng trình trước. Sử dụng các vật liệu lọc than Anthracite và cát thạch anh kết hợp với máy nén khí tạo áp lực cho nước.  Tính tốn kích thước bể Chọn bể lọc áp lực 2 lớp: (1) Than Anthracite và (2) Cát thạch anh. Chọn: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 71  Chiều cao lớp cát h1 = 0,5 (m) cĩ đường kính hiệu quả de = 0,5 (mm), hệ số đồng nhất U = 1,6;  Chiều cao lớp than h2 = 0,5 (m) cĩ đường kính hiệu quả de =1,2 (mm), hệ số đồng nhất U = 1,5.  Lớp sỏi đỡ h3 = 200 (mm) (3 - 4mm)  Tốc độ lọc v = 18 (m/h),  Số bể n = 2 bể. Bảng 5.10: Kích thước vật liệu lọc Đặc tính Giá trị Giá trị đặc trưng Anthracite Chiều cao h (m) Đường kính hiệu quả de (mm) Hệ số đồng nhất U Cát Chiều cao h (m) Đường kính hiệu quả de (mm) Hệ số đồng nhất U Tốc độ lọc v (m/h) 0,3 – 0,6 0,8 – 2,2 1,3 – 1,8 0,15 – 0,3 0,4 – 0,8 1,2 – 1,6 5 – 24 0,45 1,2 1,6 0,3 0,5 1,5 18 Tổng diện tích bề mặt bể lọc : )(57,11 18 33,208 2, m v Q A htb  Lưu lượng 1 bể lọc : )/(16,104 2 33,208 2 3, hm Q Q htbl  Diện tích bề mặt 1 bể lọc : )(7.5 2 57.11 2 ' 2mAA  Đường kính bể lọc áp lực : )(69.2 14,3 7.54'4 mAD   . Chọn D = 2.7 (m) Thu nước sau lọc bằng chụp lọc. Trên đầu chụp lọc, đổ một lớp sỏi đỡ đường kính 2 – 4mm, dày 15 – 20cm để ngăn ngứa cát chui vơ khe gây tắc nghẽn. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THÁI HƯNG 72  Hệ thống dàn chụp lọc Thu nước lọc bằng chụp lọc. Chụp lọc:số lượng chụp lọc ≥ 35 – 50 cái cho 1 m2 diện tích cơng tác. ( điều 6.112: TCXD33 – 2006). Chọn số chụp lọc trên 1m2 bể là 40 cái. Số chụp lọc trong bồn: N = 40 x F Với : D: đường kính của bồn lọc. D = 2.7 m F: diện tích bề mặt bồn lọc. F = )( 4 2 2 mD   F = )(7.5 4 7.2 22 m  N = 5.7 x 40 = 230 cái Chiều cao tổng cộng của bể lọc áp lực H = HVL + hcn + hđỡ + hthu = (0,5 +0,5) + 1 + 0,2 + 0,4 x 2 = 3 (m) Trong đĩ: hcn : chiều cao phần chứa nước hcn = 1 (m) hđỡ : chiều cao lớp sỏi đỡ , hđỡ = 0,2 (m) (qui phạm 0,15 – 0,2m); hthu : chiều cao phần thu nước (tính từ mặt chụp