Đồ án Xử lý nước thải nhà máy chế biến mũ cao su

-----š›&š›----- ĐỒ ÁN Đề Tài: XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN MŨ CAO SU MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề 7 1.2. Mục tiêu đồ án 8 1.3. Nội dung đồ án 8 1.4. Phương pháp đồ án 8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 2.1. Sơ lược về công nghệ chế biến mủ cao su (mủ cốm) 9 2.1.1. Thành phần và cấu tạo của nguyên liệu 10 2.1.2. Quy trình chế biến mủ cao su 10 2.2. Thành phần và tính chất của nước thải chế biến mủ cao su 14 2.2.1. Thành phần nước thải 14 2.2.2. Tính chất đặc trưng của nước thải 14 2.3. Đánh giá về mức độ ô nhiễm môi trường của nhà máy chế biến cao su 16 2.3.1 Các nguồn gây ô nhiễm từ nhà máy 16 2.3.2 Đánh giá mức độ ô nhiễm của nhà máy chế biến cao su 17 2.4. Các phương pháp xử lý nước thải 17 2.4.1. Phương pháp cơ học 19 2.4.2. Phương pháp hóa học và hóa lý 21 2.4.3. Phương pháp sinh học 22 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG 3.1. Thành phần nước thải đầu vào 25 3.2. Đề xuất phương án xử lý 25 3.2.1. Cơ sở để lựa chọn phương án xử lý 25 3.2.2. Sơ đồ công nghệ. 26 3.2.3. Thuyết minh dây chuyền công nghệ 27 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 4.1 Song chắn rác 28 4.2 Hố thu gom 30 4.3 Bể tách mủ 32 4.4 Bể keo tụ, tạo bông 34 4.5 Bể lắng 37 4.6 Bể UASB 41 4.7 Bể Aerotank 50 4.8 Bể lắng 2 58 4.9 Bể trộn 61 4.10 Bể chứa bùn 64 4.11 Bể nén bùn 64 4.12 Máy ép bùn 67 4.13 Hồ hoàn thiện 68 4.14 Hồ tùy nghi 69 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. Kết luận 69 5.2. Kiến nghị 69 Tài liệu tham khảo 71 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Biochemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa, mgO2/l. COD: Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học, mgO2/l. DO: Dissolved Oxygen – Oxy hòa tan, mgO2/l. TS: Chất rắn tổng cộng UASB: Uflow Anaerobic Sludge Blanket SCR: Song chắn rác QCVN: Quy chuẩn Việt Nam TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học của mủ cao su Bảng 2.2: Thành phần hóa học của nước thải cao su Bảng 2.3: Các phương pháp xử lý nước thải cao su Bảng 3.1: Thành phần nước thải đầu vào Bảng 4.1: Thông số thiết kế song chắn rác Bảng 4.2: Thông số thiết kế hố thu Bảng 4.3: Thông số thiết kế bể tách mủ Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể keo tụ tạo bông Bảng 4.5: Thông số thiết kế bể lắng ngang Bảng 4.6: Thông số thiết kế UASB Bảng 4.7: Thông số thiết kế Aerotank Bảng 4.8: Thông số thiết kế lắng 2 Bảng 4.9: Thông số thiết kế bể trộn và cánh khuấy tuabin Bảng 4.10: Thông số thiết kế bể nén bùn Bảng 4.11: Thông số thiết kế bể chứa bùn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ chế biến mủ cốm Hình 2.2: Song chắn rác thủ công Hình 2.3: Bể lắng ngang Hình 2.4: Bể lắng 2 Hình 2.5: Bể kết tủa tạo bông Hình 2.6: Bể aerotank Hình 4.1: Bể khuấy trộn CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Môi trường và những vấn đề liên quan đến môi trường là đề tài được bàn luận một cách sâu sắc trong kế hoạch phát triển bền vững của bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Trái đất – ngôi nhà chung của chúng ta đang bị đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt dần nguồn tài nguyên, nguồn gốc của mọi sự biến đổi về môi trường trên thế giới ngày nay là do các hoạt động kinh tế - xã hội. Các hoạt động này, một mặt đã cải thiện chất lượng cuộc sống con người và môi trường, mặt khác đem lại hàng loạt các vấn đề như: khan hiếm, cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng môi trường khắp nơi trên thế giới. Ngành công nghiệp chế biến mủ cao su là một trong những ngành công nghiệp hàng đầu của nước ta và tiềm năng phát triển của ngành này vô cùng lớn. Theo xu hướng phát triển chung của thế giới thì nhu cầu tiêu thụ cao su ngày càng tăng. Cao su được sử dụng hầu hết trong những lĩnh vực từ nhu cầu sinh hoạt hằng ngày đến nhu cầu nhiên liệu công nghiệp và xuất khẩu. Ngoài tiềm năng công nghiệp, cây cao su còn có tác dụng phủ xanh đất trống, đồi trọc, bảo vệ tài nguyên đất tránh rửa trôi, xói mòn, tạo môi trường không khí trong lành… Hiện nay, để chế biến hết lượng số mủ cao su thu hoạch được nâng cấp và xây dựng mới tại nhiều tỉnh phía Nam, chủ yếu tập trung ở các tỉnh Đông Nam Bộ như Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước. Những năm gần đây, cao su trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu chiến lược mang lại hàng trăm triệu USD cho đất nước, giải quyết công ăn việc làm cho hàng ngàn công nhân làm việc trong nhà máy và hàng trăm ngàn công nhân làm việc trong các nông trường cao su. Tuy nhiên tăng trưởng kinh tế chỉ là điều kiện cần và sẽ không bền vững nếu không kết hợp yếu tố môi trường – xã hội. Ở nước ta, ước tính hàng năm ngành chế biến mủ cao su thải ra khoảng 5 triệu m3 nước thải. Lượng nước thải này có nồng độ các chất hữu cơ dễ bị phân hủy rất cao như acetic, đường, protein, chất béo… Hàm lượng COD đạt đến 2.500 – 35.000 mg/l, BOD từ 1.500 – 12.000 mg/l được xả ra nguồn tiếp nhận mà chưa được xử lý hoàn toàn ảnh hưởng trầm trọng đến thủy sinh vật trong nước. Ngoài ra vấn đề mùi hôi phát sinh do chất hữu cơ bị phân hủy kỵ khí tạo thành mercaptan và H2S ảnh hưởng môi trường không khí khu vực xung quanh. Do đó vấn đề đánh giá và đưa ra phương án khả thi cho việc xử lý lượng nước thải chế biến mủ cao su được nhà nước và chính quyền địa phương quan tâm một cách đầy đủ. 1.2 Mục tiêu của đồ án Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến mủ cao su (mủ cốm) với yêu cầu đặt ra nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN 01: 2008) cho nước thải đạt loại B và TCVN 6584-2001. 1.3 Nội dung của đồ án Tổng quan về công nghệ sản xuất, khả năng gây ô nhiễm môi trường và phương pháp xử lý trong ngành chế biến mủ cao su. Lựa chọn công nghệ, tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống xử lý nước thải cao su công suất 1500 m3/ngày đêm. Khai toán chi phí công trình xây dựng hệ thống xử lý. 1.4 Phương pháp nghiên cứu Thu thập số liệu, tài liệu liên quan, phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước. Phương pháp lựa chọn Tổng hợp số liệu Phân tích khả thi Tính toán kinh tế CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU (MỦ CỐM) 2.1. Sơ lược về công nghệ chế biến mủ cao su (mủ cốm) 2.1.1. Thành phần hóa học và cấu tạo của nguyên liệu Cây cao su (có tên quốc tế là Hevea brasiliensis) được tìm thấy ở Mỹ, rừng mưa Amazon bởi Columbus trong khoảng năm 1493 – 1496. Brazil là quốc gia xuất khẩu cao su đầu tiên vào thế kỷ thứ 19 (Webrsre and Baulkwill, 1989). Mủ từ cây cao su Hevea brasiliensis là một huyền phù thể keo, chứa khoảng 35% cao su. Cao su này là một Hydrocacbon có cấu tạo hóa học là 1,4 – sis – polyisopren, có mặt trong mủ cao su dưới dạng các hạt nhỏ được bao phủ bởi một lớp các phospholipid và protein. Kích thước các hạt nằm trong khoảng 0,02µm đến 0,2µm.Nước chiếm khoảng 60% trong mủ cao su và khoảng 5% còn lại là những thành phần khác của mủ, gồm có khoảng 0,7% là chất khoáng và khoảng 4,3% là chất thải hữu cơ. Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dịch gọi là nhũ thanh hoặc serium. Hạt cao su hình cầu có đường kính d < 0,5 µm chuyển động hỗn loạn (chuyển động Brown) trong dung dịch. Thông thường 1 gram mủ có khoảng 7,4.1012 hạt cao su, bao quanh các hạt này là các protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định. Thành phần hóa học của latex: Phân tử cơ bản của cao su là isoprene polymer (cis-1,4-polyisoprene[C5H8]n) có khối lượng phân tử 105 – 107. Nó được tổng hợp từ cây bằng một quá trình phức tạp của carbonhydrate. Cấu trúc hóa học của cao su tự nhiên (cis-1,4-polyisoprene): CH2C = CHCH2 – CH2C = CHCH2 = CH2C = CHCH2 CH3 CH3 CH3 Bảng 2.1: Thành phần hóa học của mủ cao su Thành phần Phần trăm (%) Cao su 35 – 40%. Protein 2% Quebrachilol 1%. Xà phòng, acid béo 1% Chất vô cơ 0,5%. Nước 50 – 60%. 2.1.2. Quy trình chế biến mủ cao su Phương pháp chế biến mủ cốm Trong công nghệ này, mủ nước từ vườn cây sau khi được đánh đông bằng acid và mủ đông vườn cây được đưa vào dây chuyền máy sơ chế để đạt kết quả sau cùng là các hạt cao su có kích thước trung bình 3 mm trước khi đưa vào lò sấy. Cao su sau khi sấy được đóng thành bành có trọng lượng 33,3 kg hay 35 kg tùy theo yêu cầu của khách hàng. Phương pháp này cũng được sử dụng để chế biến cao su cốm từ mủ đông phát sinh từ mủ skim. Hình 2.1: Sơ đồ chế biến mủ cốm Công đoạn xử lý nguyên liệu: mủ mới thu hoạch được chống đông bằng ammonia, sau đó được đưa về xả vào bể chứa, trộn đều bằng máy khuấy. Tiếp theo mủ nước được dẫn vào các mương đánh đông bằng các máng dẫn bằng inox, ở đây mủ được làm đông nhờ axit acetic 5%. Công đoạn gia công cơ học: mủ đông trong các mương đánh đông được đưa qua máy cán, máy kéo, máy cán tạo tờ, máy cắt băm cốm để cuối công đoạn tạo ra các hạt cao su cốm sau đó sẽ được rửa sạch trong hồ chứa mủ. Công đoạn sấy: nhờ hệ thống bơm thổi rửa và hệ thống phân phối mủ tự động có sàn rung để làm ráo nước và tạo độ xốp cho mủ, sau đó mủ được cho vào xe đẩy để đưa vào lò sấy ở nhiệt độ 110 – 120 0C trong khoảng 90 phút thì mủ chín và vận chuyển ra khỏi lò sấy. Công đoạn hoàn thiện sản phẩm: mủ được quạt nguội, đem cân và ép bánh với kích thước và trọng lượng theo tiêu chuẩn TCVN 3769 – 83 (33,3 kg mỗi bánh). Các bánh cao su được bọc bằng bao PE và đưa vào kho trữ sản phẩm. Hóa chất cho vào theo từng công đoạn mà chủ yếu là khâu đánh đông, khâu trộn hóa chất: NH3 chống đông và khử khuẩn. Ở khâu trộn hóa chất thì tùy theo từng mùa, từng loại sản phẩm mà chủng loại, thành phần, liều lượng cho vào thay đổi khác nhau, nhưng chủ yếu là: Na2S2O3 để chống oxi hóa, HNS giúp ổn định độ nhớt, Pepsin TMD nhằm cắt mạch phân tử. Ngoài ra còn có Metabbisulfatnatri, Phenol, Canxiclorua… Ở khâu đánh đông: CH3 – COOH, NaHS … 2.2. Thành phần và tính chất của nước thải chế biến mủ cao su 2.2.1. Thành phần nước thải Trong chế biến cao su cốm, nước thải sinh ra ở các công đoạn khuấy trộn, làm đông và gia công cơ học. Nước thải ra từ bồn khuấy trộn là nước rửa bồn và dụng cụ, là loại nước thải chứa nồng độ chất ô nhiễm thấp với ít mủ cao su. Còn nước thải từ các mương đông tụ chứa một lượng lớn chất hữu cơ, có pH thấp vì phần lớn là serum được tách ra khỏi mủ trong quá trình đông tụ và có châm axit. Nước thải từ công đoạn gia công cơ học cũng chứa các chất ô nhiễm tương tự nhưng ở nồng độ thấp hơn , có nguồn gốc từ nước rửa được phun vào khối cao su trong quá trình gia công cơ học để loại bỏ tiếp tục serum, axit và các chất bẩn. 2.2.2. Tính chất đặc trưng của nước thải Trong quá tình chế biến mủ cao su, nhất là khâu đánh đông mủ (quy trình chế biến mủ nước) các nhà máy chế biến mủ cao su thài ra một lượng lớn nước thải khoảng từ 600-1.800 m3 cho mỗi nhà máy với tiêu chuẩn sử dụng nước 20-30 m3/tấn DRC. Lượng nước thải này có nồng độ các chất hữu cơ dễ bị phân hủy rất cao như acid acetic, đường, protein, chất béo... Hàm lượng COD đạt đến 2.500-35.000 mg/l, BOD từ 1.500-12.000 mg/ đã làm hầu hết các nguồn nước, tuy thực vật có thể phát triển, nhưng hầu hết các loại động vật nước đều không thể tồn tại. Bên cạnh việc gây ô nhiễm các nguồn nước (nước ngầm và nước mặt), các chất hữu cơ trong nước thải bị phân hủy kỵ khí tạo thành H2S và mercaptan là những hợp chtấ không những không gây độc và ô nhiễm môi trường mà chúng còn là nguyên nhân gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường và khu dân cư khu vực. Bảng 2.2: Thành phần hóa học của nước thải chế biến cao su (mg/l) Chỉ tiêu Khối từ mủ đông (mg/l) N hữu cơ 8,1 NH3 – N 40,6 NO3 –N Vết NO2 – N KPHN PO4 – P 12,3 Al Vết SO42- 10,3 Ca 4,1 Cu Vết Fe 2,3 K 48 Mg 8,8 Mn Vết Zn KPHN (Nguồn: Bộ môn chế biến, viện nghiên cứu cao su Việt Nam) Nhận xét kết quả trên: Hai thành phần quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử ký: hàm lượng muối SO42- và Ca2+. Khi hàm lượng 2 thành phần trên cao giảm hiệu quả xử lý. Nguyên nhân: Trong nước thải cao su, khi qua giai đoạn phân hủy kỵ khí SO42- è H2SO3 + H2S Trong giai đoạn hiếu khí, để oxy hóa một phân tử SO32- thành SO42- cần 2 phân tử oxy. Điều này giảm hiệu quả xử lý trong bể sinh học hiếu khí. Hàm lượng muối hòa tan Ca2+ cao, tạo thành lớp màng chắn không cho sự vận chuyển chất dinh dưỡng đến tế bào vi sinh vật. 2.3. Đánh giá về mức độ ô nhiễm môi trường của nhà máy chế biến cao su. 2.3.1 Các nguồn gây ô nhiễm từ nhà máy: Ô nhiễm nước: Nước thải sinh hoạt: được thải ra từ quá trình giặt giũ, tắm rửa, vệ sinh của công nhân ở nhà máy. Nước thải công nghiệp: được thải ra từ các khâu sản xuất như đánh đông, cán, vắt, ép… Ô nhiễm không khí: Ô nhiễm mùi: Mùi trong nước thải thường gây ra bởi các khí được sản sinh trong quá trình phân huỷ vật chất hữu cơ. Mùi rõ rệt nhất rong nước thải bị phân huỷ kỵ khí thường là mùi cùa H2S, vốn là kết quả hoạt động của các vi khuẩn khử sunfat. Ngoài ra H2S củng là kết quả của sự phân huỷ cả kỵ khí lẫn hiếu khí các axit amin có chứa lưu huỳnh ở tạng thái khử. Các axit béo bay hơi (VFA) là sản phẩm của sự phân huỷ do vi sinh vật, chủ yếu là trong điều kiện kỵ khí, các lipid và phospholipid có trong chất ô nhiễm hữu cơ. Đây là những axit hữu cơ mạch thẳng chứa các nguyên tử cacbon và 1một nhóm caboncyl. Công thức tổng quát của các axít này là CnH2n+1COOH với số nguyên tử C từ 6 trở xuống. Các VAF có số nguyên tử C từ 4 đến 6 (butyric, valeric, caproic) có mùi tanh hôi. Các amin và các chất hữu cơ chứa lưu huỳnh như các sunphua và mercaptan cũng có mùi đặc biệt khó chịu thường gặp trong nước thải chứa chất ô nhiễm hữu cơ. Khí thải từ buồng sấy: Do có sử dụng một lượng axit trong quá trình đánh đông, hơn nữa lại được sấy ở nhiệt độ 110 – 11000C, một lượng hơi khí độc hại sẽ phát sinh trong quá trình này. Thành phần chủ yếu là hơi axít và các loại hydrocacbon. Các khí thải khác: Khí thải từ các phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu tới các cơ sở sản xuất, phương tiện xếp dỡ và vận chuyển nội bộ trong cơ sở. Khi hoạt động như vậy, các phương tiện vận tải với phương tiện tiêu thụ chủ yếu là xăng và dầu diezel sẽ thải ra môi trường một lượng khói thải chứa các chất ô nhiễm không khí. Thành phần khí thải chủ yếu là COx, NOx, SOx, cacbuahydro, aldehyde, bụi và quan trọng hơn cả là chì nếu các phương tiện này có sử dụng nguyên liệu pha chì. Chất thải rắn: Ở nhà máy chất thải rắn phát sinh trong quá trình hoạt động gồm có: Rác sinh hoạt sinh ra do hoạt động sinh hoạt của công nhân trong nhà máy bao gồm: thực phẩm, rau quả dư thừa, bọc nilon, giấy, lon, chai. Chất thải rắn sinh ra do quá trình sản xuất bao gồm các loại mủ cao su phế thải, các loại bao bì chứa hoá chất, phụ gia. Ngoài ra còn có các chất thải rắn là cắn bùn đất được cô đặc lại ở các hố ga và từ hệ thống xử lý nước. 2.3.2 Đánh giá mức độ ô nhiễm của nhà máy chế biến cao su. Hiện nay, hiện trạng ô nhiễm môi trường tại các nhà máy sơ chế cao su đang là vấn đề bức bách cần giải quyết kịp thời. Nước thải sơ chế cao su, sau thời gian tồn trữ vào khoảng 2 – 3 ngày, xảy ra hiện tượng phân huỷ, oxy hoá ảnh hưởng xấu đến môi trường. Nước thải ra nguồn gây ô nhiễm trầm trọng đối với nguồn nước màu, nước đục, đen ngôm, nổi ván lợn cợn, bốc mùi hôi thối nồng đặc. Hàm lượng chất hữu cơ khá cao, tiêu huỷ dưỡng khí cho quá trình tự huỷ, thêm vào đó cao su đông tụ nổi ván lên bề mặt ngăn cản oxy hoà tan dẫn đến hàm lượng DO rất bé, làm chết thuỷ sinh vật, hạn chế sự phát triển thực vật, nhất là ở những vị trí nước tù độ nhiễm bẩn còn biểu hiện rõ rệt. Tại nguồn tiếp nhận nước thải, do quá trình lên men yếm khí sinh ra các mùi hôi lan toả khắp vùng, gây khó thở, mêt mỏi cho dân cư, nước nguồn bị nhiễm bẩn không thể sử dụng cho sinh hoạt. 2.4. Các phương pháp xử lý nước thải Mục đích của xử lý nước thải: Mục đích chính là loại bỏ bớt những chất ố nhiễm có trong nước thải đến mức độ chấp nhận được theo tiêu chuẩn quy định. Mức độ xử lý tùy thuộc vào các yếu tố sau: Xử lý để tái sử dụng Xử lý để thải ra môi trường Hầu hết nước thải được xử lý để thải ra môi trường, trong trường hợp này yêu cầu xử lý phụ thuộc vào nguồn tiếp nhận nước thải và quy định của từng khu vực khác nhau. Phương pháp xử lý cơ học Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý Phương pháp xử lý sinh học Các phương pháp và công trình thường được sử dụng trong xử lý nước thải cao su Hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh có thể gồm một vài công trình đơn vị được trình bày trong bảng sau: Bảng 2.3: Các phương pháp xử lý nước thải cao su Quy trình xử lý Các công đoạn có thể áp dụng Cơ học Lọc qua song chắn rác hoạc lưới chắn Lắng cát Lắng cặn hữu cơ Tách các tạp chất nổi Làm thoáng Lọc Hoá học và hoá lý Trung hoà Oxy hoá và khử trùng… Đông tụ và keo tụ Tuyển nổi Hấp thụ và hấp phụ Trao đổi ion Các quá trình tách bằng màng Các phương pháp điện hoá Sinh học Các phương pháp hiếu khí Xử lý nước thải trong các công trình tự nhiên Xử lý nước thải trong các công trình nhân tạo - Các phương pháp yếm khí Các công trình thường được áp dụng trong xử lý nước thải cao su. 2.4.1. Phương pháp cơ học Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tách các chất này ra khỏi nước thải thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực ly tâm, và lọc. Tùy theo kích thước tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp. Song chắn rác: Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây, các thành phần có kích thước lớn: lá cây, bao nilon, rác… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống, kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn cho cả hệ thống xử lý nước thải. Song chắn rác đươc làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một góc 45 – 60o nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75 – 85o nếu làm sạch bằng máy. Vận tốc qua song chắn rác giới hạn trong khoảng 0,6 – 1 m/s. Vận tốc cực tiểu 0,4 m/s, vận tốc cực đại dao động 0,75 – 1 m/s. Hình 2.2: Song chắn rác thủ công Bể lắng: Nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải hoặc cặn được tao ra từ quá trình keo tụ tao bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng 2). Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5 giờ. Hình 2.3: Bể lắng ngang Hình 2.4: Bể lắng 2 2.4.2. Phương pháp hóa học và hóa lý Trung hòa: Nước thải chứa các acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa về pH khoảng 6,5 đến 8,5 trước khi thải vào nguồn tiếp nhận hoặc sử dụng cho công nghệ tiếp theo. Để trung hòa nứơc thải chứa acid có thể sử dụng: NaOH, KOH, Na2CO3, đômômít (CaCO3.MgCO3),… Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước và chi phí hóa chất sử dụng. Keo tụ: Trong nguồn nước, một phần các hạt tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1-10 µm. Các hạt này không nổi cũng không tách do đó tương đối khó tách loại. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Waals giữa các hạt. Lực này có thể dính kết giữa các hạt ngay trong khi khoảng cáh giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như: Al2(SO4)3, NaAlO2, FeCl3,… Để tăng hiệu quả của quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ. Việc sử dụng chất keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose… Hình 2.4: Bể kết tủa bông cặn 2.4.3. Phương pháp sinh học Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Có thể chia làm hai loại: Phương pháp xử lý kỵ khí: sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian, có thể biểu diễn đơn giản như sau: Vi sinh vật Chất hữu cơ → CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Xảy ra theo 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử Giai đoạn 2: Acid hóa Giai đoạn 3: Acetate hóa Giai đoạn 4: Methanne hóa Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic contact Process), quá trìnhxử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB). UASB: có đặc diểm sau Cả ba quá trình, phân hủy – lắng bùn – tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình. Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. Phương pháp xử lý hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình xử lý hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau: Oxy hóa các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 → CO2 + H2O + △H Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 → Tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 - △H Phân hủy nội bào: C5H7NO2 + O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 ± △H Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo chia thành: Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng chủ yếu sử dụng để khử chất hữu cơ chứa cacbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng… Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, đĩa sinh học… Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng (Aerotank): quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lương oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng 2 không được nhỏ hơn 2 mg/l. Tốc độ sử dụng oxy hòa tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào: Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật, tỷ lệ F/M. Nhiệt độ Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất Lượng các chất cấu tạo tế bào Hàm lượng oxy hòa tan Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/l; pH = 6,5 - 8,5; nhiệt độ 6℃ < t℃ < 37℃. Hình 2.6: Bể Aerotank CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG Thành phần nước thải đầu vào Bảng 3.1: Thành phần nước thải đầu vào Thông số Đầu vào Đơn vị QCVN 01:2008 Lưu lượng trung bình (Qtb) 1500 m3/ngày đêm - Tổng rắn lơ lửng (SS) 1600 mg/l 100 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) 7000 mg/l 50 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 10000 mg/l 80 Nồng độ Nitơ tổng (Ntổng) 160 mg/l 30 Nồng độ Photpho tổng (Ptổng) 90 mg/l 6 pH 5,6 - 6 – 9 Lưu lượng nước thải cần xử lý là 1500m3/ngày đêm. Nước thải sau khi xử lý phải đạt theo QCVN 01:2008 đối với nước thải công nghệp để thải ra môi trường. 3.2. Đề xuất phương án xử lý 3.2.1. Cơ sở để lựa chọn phương án xử lý Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý dựa vào các yếu tố cơ bản sau đây: Công suất của trạm xử lý Thành phần và đặc tính của nước thải Mức độ cần thiết xử lý nước thải Tiêu chuẩn xả nước thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng Phương pháp sử dụng cặn Khả năng tận dụng các công trình có sẵn Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác. 3.2.2. Sơ đồ công nghệ 3.2.3. Thuyết minh dây chuyền công nghệ Nước thải trong quá trình sản xuất của nhà máy được thu gom qua hệ thống mương thu gom có đặt song chắn rác và được dẫn đến bể thu gom để tránh làm hư hại bơm ở công trình phía sau.. Tại đây nước thải được bơm lên bể tách mủ, nước thải nhà máy chế biến cao su có hàm lượng mủ cao su lớn vì thế trước tiên cần cho qua bể gạn mủ rồi mới đến bể gom để loại bỏ một phần mủ cao su và các chất dạng lơ lửng. Do thời gian lưu nước thải trong bể tách mủ rất dài nên có khả năng điều hòa nồng độ chất ô nhiễm có trong nước thải (thay cho bể điều hòa), tại bể nồng độ chất rắn lơ lửng giảm rất nhiều. Nước thải đưa qua bể keo tụ - tạo bông, mục tiêu của quá trình keo tụ là đưa các hoá chất vào trạng thái phân tán đều trong mối trường nước khi phản ứng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa chúng với các phần tử tham gia phản ứng. Việc này được thực hiện bằng cách khuấy trộn để tạo ra các dòng chảy rối trong nước. Các cặn lơ lửng gắn kết với nhau, nước thải đưa qua bể lắng ngang bùn được đưa ra bể nén bùn. Tiếp sau đó nước thải tiếp tục được bơm qua bể kị khí (bể UASB). Tại bể UASB, quá trình phân huỷ chất hữu cơ xảy ra nhờ hệ vi sinh vật kị khí. Do đó, nồng độ BOD chứa trong nước thải giảm xuống, nhằm tạo điều kiện cho bể Aerotank tiếp theo hoạt động hiệu quả hơn. Ở bể sinh khí mêtan được thu lại bằng máy thu khí. Nước thải từ bể UASB sẽ tự chảy vào bể xử lý sinh học hiếu khí (bể Aerotank). Tại đây nước thải được bổ sung thêm một lượng bùn vi sinh được tuần hoàn từ bể lắng 2, và trong nước thải xảy ra hiện tượng phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vật hiếu khí. Đồng thời một lượng không khí được cấp vào bể thông qua hệ thống phân phối khí đặt dưới đáy bể, nhằm tăng hiệu quả xử lý. Nước thải sau khi đã xử lý trong bể Aerotank sẽ được dẫn đến bể lắng 2. Nhiệm vụ của bể lắng đợt 2 là giữ các màng vi sinh vật lại bể dưới dạng cặn lắng. Tại đây, bùn sinh học sẽ lắng xuống dưới đáy bể, một phần bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn về bể Aerotank để bổ sung lượng sinh khối và một phần dư sẽ được đưa vào bể mêtan, nhằm mục đích tận dụng lượng khí thu được từ quá trình phân hủy bùn kị khí. Sau đó qua hồ tùy nghi, hồ hoàn thiện nước thải sau khi qua các công trình trên vẫn còn nitơ và có mùi hôi gây ra bởi các khí được sinh ra trong quá trình phân huỷ vật chất hữu cơ. Vì vậy cần tiếp tục cho qua hồ hoàn thiện để xử lý nitơ và mùi. Sau đó nước được dẫn qua bể khử trùng để loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh, đồng hải sau khi qua bể khử trùng phải đạt quy chuẩn: QCVN 01: 2008 loại B trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Hoá chất khử trùng tại bể khử trùng là (Ca (OCl)2). Bùn sinh ra từ bể tuyển nổi, bể Aerotank và bể lắng 2 sẽ được thu gom tập trung vào bể chứa bùn, sau đó được cho qua bể nén bùn nhằm tăng hàm lượng TS để tăng hiệu quả tách nước ở giai đoạn ép bùn. Bùn khô sau xử lý được dùng làm phân bón. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 4.1. SONG CHẮN RÁC Chức năng: Có nhiệm vụ tách rác và các tạp chất thô có kích thước lớn ở trong nước thải, tạo điều kiện cho các công trình xử lý ở phía sau. Việc sử dụng song chắn rác sẽ tránh được hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và hư hỏng bơm do rác gây ra. Q = 1500m3/ngày đêm = 62,5m3/h = 0,0174 (m3/s) Tính toán mương dẫn: Diện tích mặt ướt Wm: Wm =QV Vận tốc chuyển động nước thải trước song chắn rác (SCR): v=0,4 ÷1( m/s) Ta chọn v=0,6 (m/s) => Wm =Qv=0,01740,6=0,029 m2 Chiều rộng của mương B: B=0,3m Chiều sâu mực nước trong mương dẫn hm=WmB=0,0290,3=0,097 (m) Tính toán song chắn rác: Số khe hở song chắn rác: n=Q×k0l×hl×v Trong đó: k=1,05 (hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác). hl=hm=0,097 (m): chiều sâu của lớp nước ở SCR = chiều sâu mực nước mương dẫn hm. Chọn l=0,016 m khoảng cách giữa các khe hở. Vậy : v=Q×kol××hl×v=0,017×1,050,016×0,097×0,6=19,62 khe. Chọn 20 khe Số thanh chắn : n-1=20-1=19 (thanh) Tính chiều rộng của SCR Bs: Bs=sn-1+(l×n) Trong đó bề dày của thanh chắn s: thường lầy 0,008(m) Bs=s×n-1+l×n=0,00820-1+0,016×20=0,472 (m) Chiều dài xây dựng của phần mương đặt SCR: L=L1 +L2+Ls+1 Trong đó: L1 là chiều dài đoạn kên mở rộng trước song chắn rác L1=Bs -Bm2tgμ=0,472-0,32tg20=0,24 (m) µ:góc nghiêng mở rộng µ chọn 20o L2 chiều dài đoạn thu hẹp sau SCR : L2=L12=0,12 (m) Ls : chiều dài mỗi đoạn thanh Ls=Hsin600=0,7 Vậy L=L1+L2+Ls=0,24+0,12+17=17,36(m) Tổn thất áp lực qua SCR: hs=β×v×(sl)4/3×v22g×sinθ (m) Trong đó: ∅=600 (vớt rác thủ công, quy phạm 45-600). β=2,42 (hệ số phụ thuộc vào thanh đan – thanh hình chữ nhật. S: bề dày của thanh chắn s = 0,008 (m). l: khoảng cách giữa các ke hở :l = 0,016 (m.) =>hs=β×sl43×v229sin∅=2,24×(0,0080,016)4/3×0,622×9,81sin600=0,015 (m) Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt SCR: H=hm+hs+0,5 với hm: chiều sâu mực nước trong mương dẫn: hm= 0,097 => H=hm+hs+0,5=0,097+0,015+0,5=0,612 (m) Vì H = 0,612 (m) => Ls: chiều dài của mỗi thanh Ls=Hsin60=0,612sin60=0,7 Vậy chiều dài xây dựng của phần mương đặt SCR: L=L1+L2+Ls+1=0,24+0,12+0,7+1=2,06 Bảng 4.1: Thông số thiết kế SCR được tóm tắt như sau: Stt Thông số Giá trị 1 Chiều dài SCR(L) 2,06(m) 2 Bề rộng SCR(Bs) 0,472(m) 3 Chiều cao SCR (H) 0,612(m) 4 Số khe (n) 20 (khe) 5 Chiều rộng khe (b) 0,016(m) 6 Chiều dày song chắn(σ) 0,008(m) 4.2. HỐ THU GOM Chức năng: Tiếp nhận và lưu trữ nước sau khi loại bỏ rác và một số tạp chất để đưa nước vào các công trình tiếp theo. Tính toán: Thời gian lưu: 20 phút Thể tích bể thu gom: V=Qmaxh×t=106,25×2060=35,42 (m3) Kích thước hố thu: H×B×L=2×3×6 (m) Chọn chiều cao bảo vệ: Hbv= 0,3 m Thể tích xây dựng: Vxd=L×B×H+Hbv=6×3×2×0,3=41,4 m3 Chọn Vxd=42m3 Ta có: Vb=35,42m3==Qmaxh×t=106,25×2060=35,42 Chọn chiều sâu hữu ích 2,5 m Chiều sâu an toàn 0,5 m Chiều sâu tổng cộng: H=2,5×0,5=3 (m) Chọn hầm bơm vuông cạnh hầm bơm tiếp nhận: b=Vbh=35,422,5=3,8 m Chọn 2 bơm chìm hoạt động luân phiên đặt ở hầm bơm, mỗi bơm có: Q=Qmaxh=106,25 m3/h cột áp H=12 (m) Công suất bơm: N=Q×Hb×ρ×g1000×μ=29,5×10-3×2×1000×9,811000×0,7=4,96 kw=5kw Trong đó: Q=106,253600=29,5×10-3m3/s Hb: cột áp bơm Hb = 12m ρ: hiệu suất bơm 70% Bảng 4.2: Thông số thiết kế hố thu: Stt Thông số Giá trị 1 Chiều dài (L) 6 (m) 2 Chiều rộng (B) 3 (m) 3 Chiều sâu (H) 3 (m) 4 Hầm bơm tiếp nhận (b) 3,8 (m) 4.3. BỂ TÁCH MỦ Chức năng: Bể tách mủ có nhiệm vụ vừa loại bỏ những hạt mủ cốm nhỏ, vừa điều hòa lưu lượng và nồng độ cho nước thải tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình ở phía sau. Tính toán Lưu lượng Qtb= 1500m3/ngày đêm = 62,5 m3/h Thời gian lưu nước trong bể: 3 ngày = 72 giờ Vậy dung tích của bể là: V=Qtb×t=62,5×72=4500m3 Chọn chiều cao bảo vệ là: 0,5(m) Chiều sâu lớp nước trong bể là: 5(m) Diện tích hữu ích của bể gạn mũ là: F=WH=45005=900 (m2) Thể tích hữu ích là: V=45×20×5=4500 Thể tích thực tế của bể: V=45×20×(5+0,5) Chia bể tách mũ ra làm 9 ngăn Diện tích hữu ích của mỗi ngăn: f=F9=9009=100m2 Tỉ lệ chiều dài × rộng của môi ngăn: l×B=20×5=100m2 Khấu trừ lối đi vào các ngăn : 9×0,5=4,5 (m) Bề dày của thành: σ=20 cm=0,2 (m) Chiều cao bể: 5+0,5=5,5 (m) Chiều dài thanh chọn: lt=2,7 (m) Khoảng cách giữa các thanh: r=2-0,1=1,9(m) Hiệu suất xử lý: SS là 75%=1360×1-0,75=340 mg/l BOD là 35%=6650×1-0,35=432215 mg/l COD là 35%=95001-0,35=6175 mg/l Bảng 4.3: Thông số thiêt kế bể tách mủ: tt Thông số Giá trị 1 Chiều cao bể (m) 5,5 2 Chiều dài bể (m) 45 3 Chiều rộng bể (m) 20 4 Số ngăn (ngăn) 9 5 Khoảng cách giữa các ngăn (m) 0,5 6 Bề dáy của thành δ (cm) 20 7 Chiều cao thanh lt (m) 2,7 8 Khoảng cách giữa các thanh r (m) 1,9 4.4 BỂ KEO TỤ TẠO BÔNG Chức năng Mục đích của quá trình keo tụ tạo bông là tạo điều kiện thuận lợi để các hạt phân tán trong nước sau quá trình pha và trộn với phèn đã mất ổn định và có khả năng kết dính với nhau, va chạm với nhau để tạo thành các hạt cặn có kích thước đủ lớn có thể lắng trong bể lắng. Ta chọn bể phản ứng tạo bông cơ khí.bể phản ứng cơ khí dung năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sự sáo trộn dòng chảy.bể phản ứng được chia thành nhiều buồng, trong mỗi buồng có đặt một guồng cánh khuấy,…giá trị gradient tốc độ buồng điện thường 60-70s-1, buồng cuối cùng là 30-20-1, số lượng buồng lấy 3-4, sự chênh lệch gradient tốc độ giữa 2 buồng kế tiếp 15 – 20-1. Tính toán bể: Lưu lượng đầu vào: Q = 0,017 m3/s Thời gian lưu nước: 20phút Vậy dung tích của bể tạo bông cần thiết kế là: m3 .Chọn 20 m3 Chọn chiều sâu của bể là 1,6 (m), chiều sâu dự phòng 0,4; chiều sâu mặt 2(m) Thể tích mặt thoáng của bể là: Chọn chiều rộng 1,7 (m) Chiều dài 7,5 (m) Chia toàn bộ bể thành 3 ngăn theo chiều dài mỗi ngăn 2,5 (m), trong mỗi ngăn đặt một máy khuấy như vậy tổng số máy khuấy là 3 máy Cường độ khuấy trộn của cánh khuấy giảm: G1=70 m-1, G2=50m-1, G3=30m-1. Bể được chia thành 3 ngăn bởi các tấm chắn khoan lỗ, đường kính các lỗ khoan này khoảng 200-250 mm.chọn D = 200mm Tính toán máy khuấy: Thể tích nước khuấy trộn cho 1 máy là: Công suất tiêu thụ cần thiết của máy khuấy bậc một là: Ta chọn chánh khuấy 3 cánh dọc trục: K=1,7; D=1 (m) Số vòng quay động cơ: Hiệu suất động cơ chọn 0,75. Công suất động cơ là: Công suất tiêu thụ máy khuấy bậc 2: Số vòng quay của động cơ là: Chọn 14 vòng/phút. Công suất động cơ là: Công suất tiêu thụ cần thiết của máy khuấy bậc 3 là: Số vòng quay của động cơ: Chọn 10 vòng/phút Công suất động cơ: Hiệu suất xử lý của bể keo tụ tạo bông: Hiệu suất xử lý SS là 20%→SS còn lại Hiệu suất xử lý COD là 40%→COD còn lại = 6175(1-0,4)=3705(mg/l) Hiệu suất xử lý BOD là 40%→BOD còn lại = 4322,5(1-0,4)=2593,5 (mg/l) Hình 4.1 Bể khuấy trộn Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể keo tụ tạo bông: Stt Thông số Giá trị 1 Chiều dài L 7,5 (m) 2 Chiều rộng B 1,7 (m) 3 Chiều sâu H 2 (m) 4.5. BỂ LẮNG NGANG Đảm bảo việc lượng chất rắn lơ lửng khi ra khỏi bể phải <150 mg/l trước khi đến công trình xử lý UASB. Chiều dài bể lắng ngang: L=v×Hk×u=8×30,5×3,5=13,71 m Trong đó: v: vận tốc tính toán trung bình của hạt lơ lững v=5÷10 ms=>chọn v=8(m/s) H: chiều cao tính toán của vùng lắng: chọn H = 3(m). K: hệ số phụ thuộc kiểu bể lắng: lấy K= 0,5. Uo:độ tăng thủy lực của hặt cặn lơ lững. Ta có u0=1000×K×Hα×t×(K×Hh)n=1000×0,5×30,9×3600×1,32=3,5 Với t: là thời gian lắng thực nghiệm. Với n = 0,25 hiệu quả xử lý 59%. Vì SS = 512(mg/l) => t= 360(s) = 6phút Khi t = 25oc =>α = 0,9: tỉ số (k ×H/h)n=1,32 (chiều cao 3m ứng với bể lắng ngang 1,32) Tiết diện ướt của bể được tính: S=Q×sv=0,01740,008=2,17 m2 Với v: vận tốc tính toán trung bình của nước thải: 0,008(m/s) Chiều ngang của bể là: B=Sh=2,173=0,72 chọn 0,8 m Thể tích phần lắng:0,8×13,71×3=32,9(m3) Chọn kich thước W=2×6×3=36 m3 Vậy B×l=2×6 (rộng×dài) Ta chọn chiều dài vùng thu nước vào và vùng thu nước ra là 0,5+0,5=1 (m) Vậy chiều dài thực l=7(m). sau máng phân phối và trước máng thu nước có đặt tấm chắn nữa nổi nữa chìm với chiều sâu 0,4 (m) phần trên cao 0,8(m) ngập dưới nước là 0,2(m). Thời gian lưu nước: t=Wqmaxh=3662,5=0,576=0,6 giờ=36phút Chiều cao xây dựng của bể lắng ngang: h1+h2+h3=3+0,4+0,5+0,35=4,3 (m) Trong đó: h1 chiều cao lớp trung hòa: lấy 0,4 (m) h2: chiều cao từ mực nước đến thành bể lấy 0,5(m) h3:chiều cao phần nước cặn lấy 0,35(m) Đáy bể xây dốc về phía trước 1góc 45o để thu bùn phái trước Vận tốc lắng thực tế của bùn là: u=H3,6×t=33,6×0,6=1,39 (m/s) Thời gian giữa 2 lần xả cặn là 8h Hiệu suất khử công trình SS: 55% BOD giảm 30% Thể tích ngăn chứa cặn là: Wc=Ctc×Q×E×t100-p×1000×1000=272×62,5×55×8100-95×1000×1000=1,496m3 Trong đó: Ctc: hàm lượng chất rắn sau khi tách mũ. Ctc=272 Q: hàm lượng trung bình giờ: Q = 62,5 E: Hiệu suất lắng tổng cộng 55% T: Thời gian giữa 2 lần xã cặn P: Độ ẩm của cặn tươi trong bể lắng p = 95 Chọn vận tốc của bùn trong ống dẫn bùn là 0,3 (m/s). Thời gian xả bùn là 10 phút vậy đường kính ống dẫn bùn là 140 (mm) đây là ống PVC. Công suất bơm hút bùn là: N = Q Ta xây dựng 2 bể lắng 1 hoạt động và 1 dự phòng. Vậy bể lắng gồm 2 đơn nguyên Kích thước bể lắng W: W=2×7×4,3=60,2 m2 Thời gian lưu nước t = 0,6 (h) = 36 phút Hiệu suất xử lý cặn lơ lửng SS là 55% ở tải trong 300 m3/m2ngày. Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày là: Mbùn= kgSS/ngày. Giả sử bùn dư của nước thải cao su có hàm lượng cặn 15%, độ ẩm 90%. Tỉ số VSS:SS=0,8 và khối lượng riêng của bùn tươi là 1055 kg/l. Vậy lưu lượng bùn dư là: m3/ngày Lượng bùn tươi có khả ngăn phân hủy sinh học: MVSS=224,4×0,8=179,52 kgVSS/ngày Hiệu suất xử lý: Hiệu suất xử lý SS là 55% → SScòn lại = 272(1- 0,55) = 122,4 Hiệu suất xử lý BOD là5% → BOD còn lại = 2593(1-0,05) = 2463,35 Hiệu suất xử lý COD là 5%→COD còn lại = 3705(1-0,05) = 3519,75 Bảng 4.5: Thông số thiết kế bể lắng ngang: Stt Thông số thiết kế Giá trị 1 Kích thước thể tích(m3) 36 2 Chiều dài (m) 6 3 Chiều rộng (m) 2 4 Chiều cao (m) 3 5 Thể tích ngăn chứa cặn (m3) 1,5 6 Chiều dài chứa cặn (m) 3 7 Chiều rộng ngăn chưa cặn (m) 1 8 Chiều cao ngăn chứa cặn (m) 0,5 4.6. BỂ UASB Chức năng: Là công trình xử lý sinh học bước đầu của hệ thống xử lý nước thải, trong đó các tác nhân gây ô nhiễm được phân hủy bởi vi sinh vật dưới điều kiện kị khí. Sự chuyển hóa sinh học xảy ra theo các hướng sau: Chuyển hóa các chất hữu cơ thành khí sinh học và các sản phẩm hữu cơ đơn giản khác. Giảm một phần N,P do vi sinh vật sử dụng để xây dựng tế bào. Tính toán: Nước thải sau khi ra khỏi bể UASB thì hàm lượng COD phải nhỏ hơn 600 mg/l để vào bể Aerotank. Hiệu quả xử lý của bể UASB là: E = × 100 = = 82,95% Lượng COD cần khử mỗi ngày là: G = Q×(CODv – CODr)×10-3 = 1500×(3519,75 – 600)×10-3 = 4378 kgCOD/ngày đêm. Tải trọng khử COD của bể UASB, a = 8 kgCOD/m3 ngày đêm. Dung tích xử lý yếm khí cần thiết: Để giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng thì tốc độ nước dâng trong bể phải giữ trong khoảng 0,6 – 0,9 m/h. Ta chọn vận tốc nước dâng là v = 0,6 m/s. Diện tích cần thiết là: Chọn F = 104 m2 Chọn 4 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có chiều dài: Thể tích ngăn phản ứng của bể: Chiều cao ngăn phản ứng của bể: Chiều cao của bể là: H = H1 + H2 + H3 H1: chiều cao phần xử lý, chọn H1 = 5,3 (m) H2: chiều cao vùng lắng, 1-1,5 m, chọn 2(m) H3: chiều cao dự trữ, H3 = 0,3(m) → H = 5,3 + 2 + 0,3 = 7,6 m Thể tích làm việc của bể UASB: Vlv = (H1 + H2) × F = (5,3 + 2) × 104,2 = 761 (m3). Thể tích xây dựng bể: Vxd = F × H = 104,2 × 7,6 = 791,92 (m3). Kiểm tra thời gian lưu nước: = 12,7 (h) . Chọn thời gian lưu là 13h. Vậy kích thước bể UASB: 13,5×8×7,6 Phễu thu khí cặn Vách nghiêng 450 - 600, chọn 600 Chiều cao phễu thu khí 1,5 – 2 m, chọn 1,5 m Đáy phễu thu khí có chiều dài bằng cạnh đơn nguyên là 5 m, chiều rộng chọn 2 m. Vậy phần diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí là: Trong đó: A: diện tích bề mặt Akhí: diện tích khe hở giữa các phễu thu khí Ap: diện tích đáy phễu thu khí Akhí/A: theo tiêu chuẩn từ 15 – 20% Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng có 4 tấm chắn dòng khí đặt theo hình chữ U, mỗi bên đặt 2 tấm, các tấm đặt song song và nghiêng một góc 600. Các tấm có khe hở bằng nhau chiếm 15 – 20% diện tích bể. Fkhe = 0,15 × F= 0,15×104,2=15,63 (m2). Trong ngăn có 4 khe: Fkhe = = 3,9 (m2 ). Khoảng cách giữa các khe: = 0,98( m) Diện tích chụp thu khí: Fchụp= F – Fkhe = 15,63 – 3,9 = 11,79 m2. Chọn Fchụp=12 m2 Kích thước của chụp thu khí: 3,5×3,5 Chiều cao thiết bị thu khí: Hệ thống phân phối nước vào bể qua 3 ống nhánh: Vận tốc dòng nước chảy trong đường ống chính dao động từ 0,8 – 2 m/s. Ta chọn vận tốc ống v = 1 m/s Đường kính ống là: Dống= = 0,15 (m). Chọn ống nhựa PVC đường kính 150 mm. Vận tốc ống nhánh 1-3 m/s. Chọn vnhánh= 1,5m/s Lưu lượng nước trong mỗi ống nhánh: Qnhánh =20,8 m/h = 0,006 (m/s) Đường kính ống nhánh: Dnhánh= = 0,07( m) . Chọn ống PVC có đường kính 70 mm. Tại mỗi ống nhánh có 3 đầu phân phối nước, mỗi đầu phân phối nước có 3 lỗ phân phối nước. Lưu lựơng nước qua mỗi lỗ phân phối: Qlỗ=0,001 (m3/s). Đường kính mỗi lỗ là: dlỗ =m Chọn ống PVC có đường kính 29 mm. Kiểm tra lại vận tốc ống chính vống= (thỏa mãn yêu cầu). Kiểm tra lại vận tốc ống nhánh: vnhánh = (thỏa mãn yêu cầu). Lượng bùn nuôi cấy, bùn dư và sinh khối hình thành mỗi ngày. Tính lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể: Mb== Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân hủy kỵ khí từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30 kgSS/m3. Thể tích ngăn phản ứng của bể UASB là: Vr = Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu TS = 5% Lượng bùn nuôi cấy (tấn). Trong đó: Css: hỗn hợp bùn trong bể Vr: thể tích ngăn phản ứng TS: hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu Hàm lượng BOD, COD sau xử lý kỵ khí BODra = (1 - EBOD) × BODv = (1- 0,75)×2463,35 = 615,83 mg/l Lượng bùn sinh ra trong bể bằng 0,05 – 0,1 gVSS/COD loại bỏ. Vậy khối lượng bùn sinh khối hình thành mỗi ngày: Mbùn = = = 162,1 kgVS/ngày Khối lượng bùn sinh ra mỗi ngày là: Mbùn = 162,1 kgVSS/ngày 1m3 bùn tương đương 260 kgSS. Vậy lưu lượng bùn sinh ra mỗi ngày vbùn = m3/ngày Lượng bùn sinh ra trong 1 tháng: 0,623 × 30 = 18,69 m3/tháng Chiều cao của bùn trong 1 tháng: Hbùn = Chọn thời gian xả bùn là 1 tháng xả một lần. Vậy thể tích bùn cần xả là 18,69 m3. Chọn thời gian xả bùn là 45 phút. Vậy lưu lượng xả ra là: Qbùn == 0,026m3/s Bố trí 3 ống thu bùn, vận tốc bùn trong ống 0,5m/s Diện tích ống xả cặn: Fbùn = Đường kính ống thu bùn: Dbùn = Chọn ống PVC có đường kính 40 mm. Lượng chất rắn từ bùn dư: MSS= Vbùn×30 = 0,623×30=18,69 kgSS/ngày. Hàm lượng SS qua UASB giảm 75% → SSra = 122,6×(1-0,25) = 91,95 mg/l. Tính toán lượng khí: COD của 1 mol CH4 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 1mol 2×32gO2 hay 64gO2/mol CH4 Ở đktc (O0C, 1 atm) thể tích của 1 mol CH4 là 22,4 lít. → 22,4 l/64gCOD = 0,35 l/gCOD Ở điều kiện (300, 1 atm) thể tích của 1 mol CH4 là: V= Trong đó: n = 1 mol R = 0,082057 atm l.g/mol 0K T = 273 + 30 = 303 0K ρ = 1atm → Vậy ở điều kiện (300,1atm) thể tích của 1 mol CH4 là 0,3906 l/gCOD. Vận tốc khí trong ống từ 10 – 15 m/s. Ta chọn 10 m/s. Vậy đường kính ống dẫn khí là: Dkhí = Đường kính của ống HDPE có đường kính 46 mm để thu khí thoát ra. Lượng khí CH4 sinh ra khoảng 0,35 m3/kgCOD loại bỏ. m3/ngày Lượng khí sinh ra loại bỏ 1 kg COD là 0.5 m3 Vkhí = = m3/ngày. Bảng 4.6: Thông số thiết kế bể UASB Stt Thông số Giá trị 1 Kích thước của bể 13,5×8×7,6 (m) 2 Chiều cao ngăn phản ứng 5,3 (m) 3 4 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên 5 (m) 4 Vách nghiêng phễu thu khí 45÷60o 5 Chiều cao phễu thu khí 1,5 (m) 6 Đáy phễu thu khí có chiều dài, chiều rộng cạnh đơn nguyên 5×2 (m) 7 Tấm chắn dòng khí nghiêng 60o 8 Mỗi ngăn có 4 khe 9 Khoảng cách giữa các khe 0,98 (m) 10 Kích thước ống chụp khí 3,5×3,5 (m) 11 Đường kính ống chính dẫn nước 0,15 (m) 12 Đường kính ống nhánh dẫn nước 0,07 (m) 13 Đường kính lỗ phân phối nước 0,029 (m) 14 Đường kính ống thu bùn PVC 0,04 (m) 15 Đường kính ống dẫn khí HDPE 0,046 (m) 4.7. BỂ AEROTANK Các thông số thiết kế Lưu lượng nước thải Q = 1500 m3/ngày Hàm lượng COD ở đầu vào = 1231,91 mg/l Hàm lượng BOD ở đầu vào = 616 mg/l SSvào= 110,1 mg/l Nhiệt độ duy trì trong bể 250C Nước thải khi vào bể Aeroten có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi ( nồng độ vi sinh vật ban đầu) X0 = 0 Tỉ lệ : = 0,7 Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn (4000-12000mg/l). Chọn MLSS = 10000mg/l, Xr = 7000 mg/l Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì trong bể Aerotank là : X = 3200 mg/l Thời gian lưu bùn trong hệ thống, qc = 5-15 ngày, chọn qc=10 ngày Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 ( BOD hoàn toàn) là 0,67 Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,06 -0,15ngày-1 chọn kd=0,075ngày-1 Hệ số sản lượng tối đa Y = 0,4045 Kg VSS/Kg BOD5 (thực nghiệm) a. Tính hiệu quả xử lý Xác định nồng độ BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra - Phương trình cân bằng vật chất: BOD5 ở đầu ra = BOD5 hoà tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra Trong đó: BOD5 ở đầu ra : 92,39 mg/l BOD5 hòa tan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/l Cặn lơ lửng ở đầu ra SSra = 93,64 mg/L gồm có 65% là cặn có thể phân huỷ sinh học. BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác định như sau : Lượng cặn có thể phân huỷ sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra: 0,65 ´ 93,64 = 60,87 mg/l Lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá hết lượng cặn có thể phân huỷ sinh học là : 60,87mg/l ´ 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 86,43 mg/l . Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5 BOD5 = BOD20 ´ 0,67 =86,43 ´ 0,67 = 57,91 mg/l Vậy: 92,39 (mg/L) = S + 57,91 (mg/l) Þ S = 34,5 mg/L - Tính hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hoà tan: E = ´ 100 = 616-34,5616×100 = 94,4% - Hiệu quả xử lý BOD5 của toàn bộ sơ đồ E0 = 616-92,39616 ´ 100 = 85% b. Tính thể tích của bể - Thể tích bể Aerotank: V = Trong đó: V: Thể tích bể Aerotank , m3 Q: Lưu lượng nước đầu vào Q = 1500 m3/ngày Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,4045 X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank , X= 3,200 mg/L kd: Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,075 ngày-1 qc: Thời gian lưu bùn trong hệ thống, qc = 10 ngày So: BOD5 của nước thải vào bể aeroten So = 616 mg/L S: BOD5 của nước thải sau lắng II: S = 34,5 mg/L V = 1500×0,0405×10×(616-34,5) 3200(1+0,075×10) = 630m3 Chia 2 đơn nguyên. Khi đó thể tích mỗi bể: m3 Chiều cao hữu Chiều sâu chứa nước của ích cho bể aeroten xáo trộn hoàn toàn:3-4,6m Chiều cao bảo vệ cho bể aeroten xáo trộn hoàn toàn: 0,3-0,6m Chọn: H = 4,5m Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m Chiều cao tổng: Htc= H+ hbv =4,5+0,5 = 5m Thể tích hữu dụng của bể: Vt = = 648m3 Diện tích bể F = = 6305 126m2 Tỷ số rộng∕sâu: W∕ H = 2 :1 Chiều rộng của bể là W =9,5 Chiều dài bể L= 16 Vậy bể Aerotank có kích thước như sau: L ´ B ´ H = 16×9,5×5=720m3 c. Thời gian lưu Thời gian lưu nước trong bể q = = = 0,48 ngày=11,52 giờ d. Lượng bùn phải xả ra mỗi ngày - Tính hệ số tạo bùn từ BOD5 Yobs = = = 0,231mg/mg Trong đó: Y : hệ số sản lượng, Y= 0,4045 kg VSS/ kg BOD5 kd: hệ số phân huỷ nội bào, kd= 0,075 ngày-1 c: thời gian lưu bùn, c = 10 ngày. - Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 (tính theo MLVSS) Px(VSS)= Yobs ´ Q ´ (S0 – S)= 0,231 1500 ´ (616-34,5) ´ 10-3 = 201,5 kgVSS/ngày - Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày = 0,7 Þ MLSS = Pxl (SS) = == 287,4 kgSS/ngày - Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi Pxả = Pxl – Q ´ SSra´ 10-3 = 287,84 - 150034,510-3= 236,1 kgSS/ngày - Tính lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn bùn qc = Þ Qw = Trong đó X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank X = 3200 mg/L · qc : Thời gian lưu bùn qc = 10 ngày Qe : Lưu lượng nước đưa ra ngoài từ bể lắng đợt II ( lượng nước thải ra khỏi hệ thống). Xem như lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là không đáng kể nên Qe = Q = 1500 m3/ngày Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống Xe= 0,7´ SSra = 0,7 ´ 93,64 = 65,6 mg/l Xr nồng động chất rắn bay hơi có trong bùn hoạt tính tuần hoàn Xr= 0,710000=7000mg/L Þ Qw = = 14,7 m3/ngày e. Tính hệ số tuần hoàn (a) từ phương trình cân bằng vật chất Từ phương trình cân bằng vật chất : X(Q+Qr) = XrQr + XrQW Suy ra Qr == =1237,2 m3/ngày Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải, Q = 1500 m3/ngày X: Nồng độ VSS trong bể Aeroten, X = 3200mg/L Qr : Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn X0 : Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aeroten, X0 = 0 Xr : Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xr = 7000 mg/L Vậy: a = = = 0,8 f. Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể : Chỉ số F/M: = Trong đó: S0: BOD5 đầu vào, S0 = 616 mg/L X: Hàm lượng SS trong bể, X = 3200mg/L : Thời gian lưu nước, = 0,48 ngày = = 0,4 ngày-1 Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số thiết kế bể (0,2 - 0,6 ngày-1) - Tốc độ oxy hoá của 1 g bùn hoạt tính = = = 0,379 (mg BOD5/g.ngày) - Tải trọng thể tích của bể Aerotank L= = = 1,283 (kgBOD5/m3ngày) Giá trị này trong khoảng thông số cho phép khi thiết kế bể (0,8-1,92 kgBOD5/m3. ngày) g. Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD20 - Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn OC0 = - 1,42Px(VSS) Với f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20, f= 0,67 OC0= =1015,7 kgO2/ngày - Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể: OCt = OCo Lấy nồng độ oxi cần duy trì trong bể là 2 mg/l. Hệ số điều chỉnh lượng oxi ngấm vào nước thải, a = 0,8 (Tra phụ lục D, Unit operation processes in environment engineering) Nồng độ oxi bão hoà trong nước sạch ở 20oC : Cs20 = 9,17 mg/l Nồng độ oxi bão hoà trong nước sạch ở 26oC : CSH = 8,22 mg/l Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối đối với nước thải b =1 OCt = 1015,7 =1623,5 kg O2/ ngày - Tính lượng không khí cần thiết để cung cấp vào bể Qkk = ´ f Trong đó: OCt : Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể : OCt = 2213 kgO2/ngày OU: Công suất hoà tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối Chọn dạng đĩa xốp, có màng phân phối dạng mịn, đường kính 170 mm , diện tích bề mặt F = 0,02 m2 Cường độ thổi khí 300 L/phút đĩa = 18 m3/giờ Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h = 4m (lấy gần đúng bằng chiều sâu bể) Ta có: Ou = 7 gO2/ m3.m OU = Ou ´ h = 7´ 4 = 28 g O2/m3 Ou: Công suất hoà tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo g O2/m3 không khí f: hệ số an toàn, thường f =1,5 - 2, chọn f = 1,5 Qkk = ´ 1,5 86,97103(m3/ngày) =3623,9 m3/h - Số đĩa cần phân phối trong bể N = = » 201,3 đĩa. Chọn N = 202 đĩa Tính toán máy thổi khí Chọn 4 máy thổi khí, 3 máy hoạt động, 1 máy dự phòng - Áp lực cần thiết của máy thổi khí Hm = h1 + hd + H Trong đó: h1: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển h1 = 0,5m hd : Tổn thất qua đĩa phun phân phối hd £ 0,5m chọn hd = 0,5m H : Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun H = 4m Hm = 0,5 + 0,5 + 4 = 5m Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphere: Pm = = = 0,49atm - Năng suất yêu cầu Qkk = 1/3 x 3623,9m3/h = 0,34m3/s - Công suất máy thổi khí Pmáy = Trong đó: Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW G: Trọng lượng của dòng không khí, kg/s G = Qkk ´ rkhí = 0,34 ´ 1,2 = 0,408 kg/s R: hằng số khí, R = 8,314 KJ/K.mol 0K T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 0K P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 = Pm + 1=0,49 +1=1,49 atm n= = 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí ) 29,7 : hệ số chuyển đổi e: Hiệu suất của máy, chọn e = 0,7 Vậy: Pmáy = = 20,53kW 27,53Hp (với Hp =0,7457kw) Chọn 2 máy, một hoạt động, một dự phòng. Bơm bùn tuần hoàn: Lưu lượng bơm: Qr = 1237,2 m3/ng = 0,0143m3/h - Cột áp của bơm: Hb = 8m - Công suất bơm N = = = 1,403 kW =1,046Hp=140W h : hiệu suất chung của bơm từ 0,72 - 0,93, chọn h= 0,8 Chọn 2 bơm: một sử dụng và một dự phòng. Chọn máy bơm nước thải vào bể aerotank Lưu lượng bơm :Q =1500m3/ngày = 0,0174m3/s Cột áp bơm: H =8m N= =1,71 kW = 1710 W : hiệu suất chung của bơm từ 0,72-0,93, chọn = 0,8 Chọn 4 bơm, hai hoạt động, hai dự phòng. Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn Lưu lượng bùn tuần hoàn : Qr= 1237,2m3/ngày = 51,55m3/h = 0,0143m3/s Chọn vận tốc bùn trong ống v = 0,3m/s D= Chọn PVC đường kính 250 mm. Tóm lại: Bể aerotank một đơn nguyên. Bảng 4.7: Thông số thiết kế bể Aerotank: Stt Thông số của bể Giá trị 1 Kích thước bể aerotank (m) 16×9×5 2 Thời gian lưu nước (h) 11.52 3 Hiệu xuất khử BOD(%) 92.39 4 Hiệu xuất khử COD(%) 246.38 5 Lượng cặn loại bỏ mỗi ngày (kg/ngày) 236.1 6 Số đĩa khí(đĩa) 202 7 Máy bơm nước vào aerotank(cái) 4(1710W) 8 Bơm bùn tuần hoàn(cái) 2(140W) 9 Máy thổi khí (cái) 2(20.53kW) 4.8. BỂ LẮNG 2 Thông số đầu vào: Q = 1500 m3/ngày Qr = 1237,2 m3/ngày Qw = 14,1 m3/ngày Diện tích mặt bằng của bể lắng 2: Trong đó: MLSS là nồng độ cặn trong bể Aerotank MLSS= Q: lưu lượng đầu vào Q = 1500m3/ngày Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn Qr= 1237,2 m3/ngày Ls: tải trọng chất rắn, kgSS/m2ngày. Ls=3,9 – 5,8 kg/m2h. Chọn Ls=4,2 kg/m2h Diện tích bề mặt lắng tính theo tải trọng chất rắn là: Chọn 2 đơn nguyên, mỗi bể có diện tích bề mặt: Sb= 62,07 m2. Chọn S = 62 m2 Đường kính mỗi bể: Chọn Db= 9 m Đường kính buồng phân phối trung tâm: dtt= 0,2×9=1,8 m Đường kính ống loe: d1= 1,35×dtt= 1,35×1,8 = 2,43 m Chiều cao ống loe: h1= 0,2 ÷ 0,5 m. Chọn h1= 0,3 m Đường kính tấm chắn: d2= 1,3×d1=1,3×2,43 = 3,159 m ≈ 3,2 m Chiều cao từ tấm chắn đến ống loe là h2= 0,2 – 0,5 m. Chọn h2= 0,3 m. Tính kích thước bể lắng 2: Chọn chiều cao bể lắng 2: h1= 3 m Chiều cao lớp bùn lắng: hbùn= 1,5 m Chiều cao an toàn: hbv= 0,3 m Chiều cao tổng cộng của bể lắng 2: H = h1+ hb + hbv= 3+1,5+0,3 = 4,8 m Thể tích bể lắng 2: Thể tích phần lắng: Thời gian lưu nước trong bể lắng: giờ Thể tích phần chứa bùn: Vbùn= Sb×hb= 62×1,5 = 93 m3 Thời gian lưu bùn trong bể lắng: tbùn giờ Tải trọng máng tràn: Lmáng= SS giảm 20%: 93,64×(1-0.2) = 74,912 (mg/l) BOD giảm 40% : 92,39 ×(1-0,4) = 55,434 (mg/l) COD giảm 40%: 246,38× (1-0,4) = 147,828 (mg/l) Bảng 4.8: Thông số thiết kế bể lắng 2: Stt Thông số Giá trị 1 2 đơn nguyên, đường kính mỗi bể 8,8 (m) 2 Đường kính buồng phân phối trung tâm 1,8 (m) 3 Đường kính ống loe 2,43 (m) 4 Chiều cao ống loe 0,3 (m) 5 Đường kính tấm chắn 3,2 (m) 6 Chiều cao tấm chắn đến ống loe h2 0,3 (m) 7 Chiều cao bể lắng h1 3 (m) 8 Chiều cao lớp bùn lắng hbùn 1,5 (m) 4.9. BỂ TRỘN Chọn motour có tốc độ vòng quay n=175 vòng/phút, và công suất Pm= 0,37 kW. Với hiệu suất truyền 75% Năng lượng truyền vào nước thực sự là: P = 0,75 × Pm = 0,75 × 370 = 278 W Chọn cường độ khuấy trộn, G = 1000 (s-1) Thể tích bể trộn: (m3) Trong đó: V: thể tích bể trộn nhanh G: gradient vận tốc, s-1 m: độ nhớt động học (N.S/m2). m = 0,89.10-8 (N.S/m2) ở nhiệt độ 250C Thời gian lưu nước: t = Giá trị tính toán (t =18,03 s) và G lựa chọn ( G=1000 s-1) là phù hợp với thông số thiết kế. - Dùng máy khuấy tuabin 6 cánh có hệ số KT= 6,3. Với số vòng quay 175 vòng/phút, có thể xác định đường kính cánh khuấy theo công thức sau: Trong đó: P: năng lượng khuấy, P = 278 W g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; n: số vòng quay, n =175 v/phút; r: khối lượng của nước thải ở t0 250C, r = 997 kg/m3; - Kiểm tra số Reynold NR = Như vậy D và số vòng quay n đã chọn đạt chế độ chảy rối - Kích thước bể trộn Kích thước bể trộn và cánh khuấy tuabin 6 cánh có thể tham khảo theo bảng sau: Bảng 4.9: kích thước bể trộn Thông số Giá trị HL/D Di/D Wb/D Di/q Di/r Số vách ngăn D/s Chiều dài cánh gắn trên đĩa trung tâm 0,5-1,1 0,3-0,5 0,1 5 4 4 4 1/2r Trong đó: HL = Chiều cao lớp nước D = Dường kính hoặc cạnh bể Di = Đường kính cánh khuấy Wb = Chiều rộng vách ngăn Q = Chiều rộng cánh khuấy S = Đường kính đĩa trung tâm Giả sử Di/D = 0,5 - Vậy đường kính bể trộn tròn: -Chiều cao lớp nước hữu ích: Tỉ lệ HL/D: Tì số trên thuộc khoảng giá trị nên việc chọn kích thước đạt yêu cầu. Dựa vào bảng trên, kết quả tính toán kích thước cánh khuấy tuabin thể hiện như sau: D = 890 mm Di = 445 mm Wb = 89 mm Số vách ngăn = 4 Số cánh = 6 q = 89mm r = 111mm s = 222,5mm 4.10. BỂ CHỨA BÙN Bể chứa bùn bao gồm 2 ngăn: ngăn chứa bùn tuần hoàn và ngăn chứa bùn dư sau bể lắng, bể UASB và bể lắng 2. Lưu lượng bùn đến ngăn chứa bùn tuần hoàn là 1237,2 m3/ngày, lượng bùn chảy tràn sang ngăn chứa bùn dư là 16,741 m3/ngày. Chọn thời gian lưu tại ngăn chứa bùn tuần hoàn là 10 phút và thời gian lưu tại ngăn chứa bùn dư là 12 giờ. Thể tích ngăn chứa bùn tuần hoàn: - Thể tích ngăn chứa bùn dư: Kích thước ngăn chứa bùn tuần hoàn: L x B x H = 2,15×2×2 Kích thước ngăn chứa bùn cần xử lý: L x B x H =2,1×2×2 4.11. BỂ NÉN BÙN Bể nén bùn có nhiệm vụ làm giảm độ ẩm của bùn từ 99,2% xuống còn 96%. Chọn kiểu bể nén bùn đứng. Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày: Qbd= Q1 + Q2 + Q3=1,418 + 0,623 + 14,7 = 16,741 m3/ngày. Diện tích hữu ích của của bể nén bùn đứng được xác dịnh theo công thức: A1= Trong đó: Qbd: lưu lượng bùn hoạt tính dư dẫn vào bể nén bùn. v1: vận tốc lắng (v1= 0,1mm/s – theo tiêu chuẩn xây dựng – 51 – 84) Diện tích ống trung tâm của bể nén bùn: A2= Trong đó: Qbd: lưu lượng bùn hoạt tính dư dẫn vào bể nén bùn. v2: vận tốc bùn trong ống trung tâm, v2= 28 ÷30 mm/s. Chọn v2= 28 mm/s. Diện tích tổng cộng của bể nén là: A = A1+ A2= 1,94 + 0,007 = 1,947 m2. Chọn A = 2 m2 Đường kính bể nén bùn: D =. Chọn D = 1,6 m Đường kính ống trung tâm: d = Đường kính phần ống loe trung tâm: d1= 1,35×d =1,35×0,094=0,127 m. Đường kính phần tấm chắn: dch= 1,3×d1=1,3×0,127=0,165 m. Chiều cao phần lắng của bể nén bùn: h1= v1×t×3600 = 0,0001×8×3600=2,88 m Chiều cao phần lắng góc nghiêng 450, đường kính D = 1,6 m, đường kính của đỉnh đáy bể là 0,3 m h2= Chiều cao phần nén bùn hoạt tính đã nén bùn là: hb= h2 – h0 – hth= 0,65 – 0,25 – 0,3 = 0,1 m Trong đó: h0: khoảng cách đáy ống loe đến tấm chắn, h0= 0,25 m. hth: chiều cao lớp trung hòa, hth= 0,3 m Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn: Htc=h1+h2+h3=2,88+0,65+0,4=3,93 m. Chọn Htc=4 m. Trong đó: h3: khoảng cách mực nước trong bể đến thành bể, h3= 0,4 m Kích thước bể nén bùn theo đường kính và chiều cao của bể: D×H=1,6×4 Máng thu nước: Máng thu nước đặt vòng tròn quanh bể, cách thành bể 0,3 m. Đường kính máng thu nước: Dm=0,8×D=0,8×1,6=1,28 m Chiều dài máng thu nước: Lm=D×π=1,6×3,14=5,024 m. Chọn Lm=5,1 m Lượng nứơc tách ra khỏi bùn: 99,2%-96%=3,2% Lượng bùn sau khi nén: qb=Qbd−3,2%×Qbd=16,741−0,032×16,741 =16,2 m3/ngày=0,68 m3/h=0,00019 m3/s. Tính công suất bơm hút bùn: Thời gian hút bùn là 30 phút, 8 giờ lấy bùn một lần. Trong đó: qd: lưu lượng bùn sau khi nén (m3/s) H: chiều cao cột áp toàn phần, H=8 (mH2O) ρ: khối lượng riêng của bùn sau khi nén (kg/m3), ρ=1200 (kg/m3) η: hiệu suất bơm (%). Chọn η=0,8 Công suất thực tế của máy bơm: Ntt=1,2×N=1,2×0,022=0,0264 kW Chọn 2 bơm có công suất 0,026 kW hoạt động luân phiên nhau. 4.12. MÁY ÉP BÙN Nhiệm vụ: Cặn sau khi qua bể nén bùn có nồng độ 3-8%, đưa qua máy ép bùn để giảm độ ẩm xuống còn 70-80%, tức nồng độ cặn khô từ 20-30%. Mục đích: Giảm khối lượng bùn vô cơ ta khỏi bể. Cặn khô dễ chôn lấp hay cải tạo cặn ướt. Giảm lượng nước bẩn có thể thấm vào nước ngầm ở bãi thu. Ít gây mùi khó chịu và ít độc tính. Tính toán: Lượng cặn đến lọc ép dây đai: Qb= Trong đó: qb: lượng bùn đưa đến máy ép P1: độ ẩm bùn dư, P1=99,2% P2: độ ẩm bùn sau khi nén ở bể nén bù, P2=96% Giả sử lượng bùn sau khi nén có C=80 kg/m3, lượng cặn đến máy ép bùn là: Q=C×Qb=80×0,136=10,88 kg/h=261,12 kg/ngày. Máy làm việc 8 giờ trong 1 ngày, 1 tuần làm 5 ngày. Lượng cặn đưa đến máy trong 1 tuần: 261,12×7=1827,84 kg Lượng cặn đưa đến máy trong 1 giờ: G = Tải trọng cặn trên 1m rộng của băng tải dao động trong khoảng 90-650 kg/m chiều rộng băng giờ. Chọn băng tải có công suất 150 kg/m rộng giờ. Chiều rộng băng tải: b = Chọn máy có chiều rộng 0,31 m và năng suất 150 kg/m rộng giờ. 4.13. HỒ TÙY NGHI Các thông số kĩ thuật: Lưu lượng Q = 1500m3/ngày đêm Thời gian lưu nước lớn: chọn t =5 ngày V= (Q×t)=1500×5=7500m2 Chọn chiều cao hữu dụng của bể là 6m Chiều cao bảo vệ Hbv= 0,5m Vậy thể tích hữu dụng của bể là: B×L×H=25×50×6 Thể tích xây dựng thực tế là : B×L×H=25×50×6,5 BOD giảm 20%: 55,3472×(1-0,2) = 44,3472 (mg/l) COD giảm 35% : 147.6×( 1-0,35) = 95,94(mg/l) 4.14. HỒ HOÀN THIỆN Chọn thời gian lưu nước trong hồ là 7 ngày. Thể tích hữu ích của hồ: W=1500 x 7 =10500 m3 Chọn chiều cao hữu ích của hồ H = 6,5m Chiều cao bảo vệ của hồ h = 0,5m Chiều cao tổng cộng của hồ: Htc= H+h = 6,5+0,5 =7m Kích thước bể: L x B x H = 60m × 25m × 7m CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1.KẾT LUẬN: Nước thải chế biến mủ cao su là một trong những loại nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao thuộc loại bậc nhất của nước thải công nghiệp. Do đó yêu cầu về công nghệ có khả năng xử lý đến giới hạn cho phép nhưng phải đáp ứng yêu cầu về chi phí bình quân thấp, cộng với chi phí quản lý và vận hành không quá cao là điều không phải dễ dàng thực hiện. Hệ thống xử lý được đề xuất với quá trình cơ học (bể lắng cát, bể điều hòa thổi khí nén...) , tiếp theo là quá trình sinh học kị khí (sử dụng bể UASB) và được xử lý triệt để tại hệ thống hồ tùy nghi, đã đáp ứng được yêu cầu đặt ra. 5.2. KIẾN NGHỊ: Hệ thống xử lý nước thải đã được thiết kế chi tiết trên bản vẽ, nhưng vấn đề thi công cần được chặt chẽ. Nhanh chóng áp dụng các kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và hạ giá thành bình quân xử lý cho 1m3 nước hiện tại. Trong quá trình vận hành bể UASB cần chú ý thời gian khởi động của bể thường kéo dài từ 12-24 tháng. Không ngừng hoạt động vì bất cứ lý do gì vì khi ngừng hoạt động phải khởi động lại quá trình xử lý lại từ đầu. Tốn kém chi phí.khi thiếu kinh phí nhà máy nên nhờ sự hỗ trợ của công ty và nhà nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO LÂM MINH TRIẾT, NGUYỄN THANH HÙNG, NGUYỄN PHƯỚC DÂN - Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - Nhà xuất bản Đại Học quốc gia TP HCM, 2004. TRỊNH XUÂN LAI - Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2003. PHẠM VĂN BÔN, VŨ BÁ MINH, HOÀNG MINH NAM - Ví dụ và bài tập trình và thiết bị công nghệ hoá học tập 10.