Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày

+) Các thông số cánh khuấy chân vịt [14]: - Số cánh khuấy: 3 - D/d = 3 - S/d = 1,5 - b = 0,1D Trong đó: d - Đường kính cánh khuấy, m D - Đường kính bể phản ứng oxy hóa, m S - Khoảng cách từ đáy bể đến bề mặt dưới của cánh khuấy, m b - bề rộng của cánh khuấy, m Đường kính bể: D = 0,80 (m) Đường kính cánh khuấy: d = D/3 = 0,80/3 = 0,25 (m) Suy ra: S = 1,5 × 0,25 = 0,375 (m) Chiều dài trục khuấy: L = H – S = 2,5 – 0,375 = 2,125 (m) b = 0,1.D = 0,1 × 0,80 = 0,08 (m) +) Số vòng quay của cánh khuấy: Hiệu quả của quá trình khuấy trộn phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn. Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao để tạo ra dòng chảy rối. Trong kỹ thuật xử lý nước thải, sử dụng đại lượng Gradien vận tốc để biểu thị cường độ khuấy trộn: G , (s-1) [15] Trong đó V: thể tích bể khuấy trộn, V = 5,01 (m3) μ: Độ nhớt động lực của nước thải, NS/m2. Coi độ nhớt của nước thải bằng độ nhớt của nước. Nước ở nhiệt độ 25oC, μ = 0,894.10-3 NS/m2. [14] G: Gradien vận tốc, s-1. Trong thực tế, để hòa trộn có hiệu quả, giá trị Gradien vận tốc thường lấy từ 200 đến 1000 s-1. Chọn G = 300 (s-1) [15] P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng là P = K. ρ. n3. d5 [15] Với P: Năng lượng cần thiết, W ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3. Coi khối lượng riêng của nước thải bằng khối lượng riêng của nước. Khối lượng riêng của nước ở 250C, ρ = 997,08 (kg/m3) [14] d: đường kính cánh khuấy, d = 0,25 (m) n: Số vòng quay của cánh khuấy, vòng/giây K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào cánh khuấy K = 0,32 [15] = = 10,5 (vòng/giây) Số vòng quay của cánh khuấy là 10,5 (vòng/giây). +) Tính toán công suất của động cơ cánh khuấy: - Tính chuẩn số Raynod: [14] Trong đó: n: số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s) ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3 731916 › 104 → Chất lỏng trong bể có chế độ chảy xoáy - Công suất tiêu tốn: N = A . n3. d5. ρ , W (*) [14] Trong đó: A: hệ số, A = 0,36 n: số vòng quay (vòng/s), n = 7,5 d: đường kính cánh khuấy, d = 0,3 m ρ: khối lượng riêng của nước thải, kg/m3 N = 0,36 × 10,53 × (0,25)5 × 997,08 = 406 (W) +) Công suất mở máy Nc = Nm + Ng , W [14] Trong đó Nm: công suất để khắc phục ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy, W Nm = N = 406 (W) Ng : công suất tiêu tốn để khắc phục trở lực, W Ng = K . n3. d5. ρ , W (**) Từ (*) và (**) ta có: Nc = (W) +) Công suất của động cơ xác định như sau: , W Trong đó: η: là hiệu suất truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy, thường η = 0,6 ÷ 0,7 [13] Chọn η = 0,65 = 1180 (W) Chọn động cơ có công suất : Ndc = 1,2 KW * Thông số ô nhiễm của nước thải sau khi đi qua các bể oxy hóa và khử với hiệu suất xử lý chung là 99,9%. Để xử lý Cr (VI) đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là: Và hiệu suất để xử lý CN- đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT: Thông số Nồng độ trước khi xử lý Nồng độ sau khi xử lý Cr6+ Cr3+ CN- 50mg/l 40 mg/l 0,1 mg/l 49,9 mg/l 0,1 mg/l Nước thải của các dòng sau khi qua bể khử và bể oxy hóa sẽ tự chảy tràn sang bể kết tủa. IV.2.3. Bể kết tủa: a) Nguyên lý hoạt động: Hình IV.5: Nguyên lý làm việc của bể kết tủa Nguyên lý hoạt động của bể phản ứng kết tủa được trình bày trong hình IV.5. Xút được pha chế thành dung dịch có nồng độ khoảng 20%. Xút từ bể chứa được đưa vào bể phản ứng để tạo kết tủa. Thiết bị đo pH được gắn liền với thiết bị định lượng sữa vôi để đảm bảo pH của môi trường luôn ổn định trong dải pH keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng kết tủa xảy ra. Phân xưởng mạ điện gồm 4 dòng thải với 4 kim loại Cr, Cu, Zn và Ni lưu lượng đầu vào là 200 m3/ngày. Mỗi kim loại sẽ keo tụ với pH thích hợp ([7] và thực tế ở Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai), ứng với đó sẽ cho lượng NaOH thích hợp để đưa pH về môi trường pH kết tủa của kim loại. Các dòng thải khi vào bể keo tụ: + Nước thải dòng Cr lưu lượng lớn đồng thời hàm lượng Cr cao, dòng Cr sẽ tự chảy tràn từ bể khử Cr sang bể kết tủa. Khi đi vào bể keo tụ, tại đây Cr (III) bị kết tủa dưới dạng hydroxyt. + Nước thải dòng Ni với hàm lượng Ni+2 cao, sẽ được bơm trực tiếp từ ngăn thu nước lên bể phản ứng kết tủa. Tại đây Ni+2 kết tủa dưới dạng hydroxyt. + Nước thải dòng Cu sẽ nhập chung với dòng Zn, hàm lượng Cu và Zn trong dòng thải bé. Dòng Zn sẽ bơm trực tiếp tư ngăn thu nước lên bể phản ứng kết tủa, còn dòng thải Cu sẽ tự chảy tràn từ bể oxy hóa xianua sang bể kết tủa. Khi đi vào bể keo tụ, tại đây các kim loại bị kết tủa dưới dạng hyđroxyt. Trong bể có đặt thiết bị khuấy trộn để tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra trong điều kiện tốt nhất. Nước thải sau khi ra khỏi mỗi bể sẽ tiếp tục đưa vào bể lắng. b) Tính toán hóa chất: Tính lượng hóa chất bổ sung: + Dòng Cr: Cr3+ + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3 Na+ (1) Từ phản ứng trên ta thấy để xử lý: 52g Cr3+ phải sử dụng 120g NaOH tạo ra 103g Cr(OH)3 =>Vậy để xử lý 1m3 nước thải chứa 49,9g Cr3+ thì cần 115,15g NaOH => Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ Cr là: 115,15g/m3 Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ trong một giờ là: Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng Cr để xử lý 7,51 m3/h 575,75.7,51 = 4323,88 (g/h) Khối lượng riêng của nước ở 25°C là:[14] Khối lượng riêng của NaOH là: [14] => Khối lượng riêng của NaOH 20% ở 25°C là: =>ρdd = 1101,26(kg/m3) Lượng dung dịch NaOH được cấp vào bể là: = 3,93 (l/h). + Dòng Ni: Ni2+ + 2NaOH = Ni(OH)2 + 2Na+ (2) Từ phản ứng trên ta thấy để xử lý: 59g Ni2+ phải sử dụng 80g NaOH tạo ra 93g Ni(OH)2 =>Vậy để xử lý 1m3 nước thải chứa 80g Ni2+ thì cần 108,5g NaOH => Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ Ni là: 108,5g/m3 Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ trong một giờ là: Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng Cr để xử lý 6,25 m3/h 542,5.6,25 = 3390,625 (g/h) Khối lượng riêng của nước ở 25°C là:[14] Khối lượng riêng của NaOH là: [14] => Khối lượng riêng của NaOH 20% ở 25°C là: =>ρdd = 1101,26(kg/m3) Lượng dung dịch NaOH được cấp vào bể là: = 3,08 (l/h). + Dòng (Cu + Zn): Cu2+ + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2Na+ (3) Zn2+ + 2NaOH = Zn(OH)2 + 2Na+ (4) Từ các phản ứng trên ta thấy để xử lý: 64g Cu2+ phải sử dụng 80g NaOH tạo ra 98g Cu(OH)2 65g Zn2+ phải sử dụng 80g NaOH tạo ra 99g Zn(OH)2 =>Vậy để xử lý 1m3 nước thải chứa 6g Cu2+ thì cần 7,5g NaOH 5g Zn2+ thì cần 6,2g NaOH => Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ là: 13,7g/m3 Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ trong một giờ là: Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng (Cu + Zn) để xử lý 11,26 m3/h 68,5.11,26 = 771,31 (g/h) Khối lượng riêng của nước ở 25°C là:[14] Khối lượng riêng của NaOH là: [14] => Khối lượng riêng của NaOH 20% ở 25°C là: =>ρdd=1101,26(kg/m3) Lượng dung dịch NaOH được cấp vào bể là: = 0,7 (l/h) Tính kích thước thùng chứa NaOH: Lượng NaOH cấp vào các bể kết tủa gồm bể kết tủa Cr, bể kết tủa Ni và bể kết tủa (Cu + Zn) là 7,71(l/h) NaOH được pha dưới dạng dung dịch với nồng độ 20% => Lượng dung dịch NaOH cần bổ sung vào bể kết tủa trong 1 ngày là: 7,71.8 = 61,68 (l/ngày) Lượng NaOH cần thiết cho một ngày tương ứng là 61,68 lít. Ta không xây dựng bể chứa NaOH mà chọn loại thùng hình trụ tròn bằng nhựa , kín để đảm bảo an toàn hóa chất. Phía trên thùng có lắp cánh khuấy để pha hóa chất. Mỗi thùng có bơm định lượng để bơm hóa chất vào các bể phản ứng. VNaOH= 61,68 lit → Chọn loại bình 100 lit . Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày. c) Tính toán kích thước bể kết tủa: Thể tích thiết bị phản ứng tính theo công thức: V = Q ´ t Trong đó: Q: Tổng lưu lượng nước thải và lưu lượng hóa chất sử dụng (m3/h). t: Thời gian phản ứng để kết tủa hết lượng kim loại (h). Tính t (h) Phản ứng kết tủa kim loại diễn ra rất nhanh, khoảng 3 - 5 phút [13]. Để phản ứng diễn ra triệt để, nâng cao hiệu quả tách bỏ kim loại ra khỏi nước thải, chọn thời gian phản ứng là 5 phút, khi đó hiệu suất phản ứng đạt 99,9%. Bể kết tủa dòng Cr: Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể: Nước thải đi vào bể gồm có nước ra từ bể phản ứng khử và lượng xút thêm vào. Lưu lượng nước thải đi ra từ bể phản ứng khử crôm là 7,51m3/h (đầu vào + hóa chất). Lượng xút thêm vào bể kết tủa Cr là Vậy tổng lượng nước thải và hoá chất sử dụng trong bể kết tủa (lưu lượng các dòng vào bể) là: Q = Qthải + Qdd Với : Qthải: lưu lượng dòng thải, Qthải= 7,51 (m3/h) Qdd: lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 3,93.10-3 (m3/h). Thể tích cần thiết của bể kết tủa là: V = (7,51 +3,93.10-3). = 0,63 (m3) Với hệ số dư là 1,2 xác định được thể tích của bể kết tủa là 0,756m3 Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 1,5m, chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,2 m Khi đó bán kính bể là: Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất. Theo các phương trình phản ứng (1), (2): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, thực tế yêu cầu xử lý kết tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là: Khi đó các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là: - Lượng cặn hydroxyt: Lượng cặn lắng Cr(OH)3 là 98,84 g/m3 => Lượng cặn Cr(OH)3 là 5998,39g Vậy lượng bùn tạo ra: 98,84 g/m3 - Hàm lượng các ion kim loại còn lại: Cr6+: 0,1 mg/l Cr3+: 1 mg/l - pH = 8,5 – 9,5 Bể kết tủa dòng Ni: Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể: Nước thải đi vào bể gồm nước thải của dòng thải chứa niken và lượng xút thêm vào. Lưu lượng nước thải của dòng thải niken sau khi ra khỏi bể điều hoà là 6,25m3/h. Lượng xút thêm vào bể kết tủa Ni là Vậy tổng lượng nước thải và hoá chất sử dụng trong bể kết tủa (lưu lượng các dòng vào bể) là: Q = Qthải + Qdd Với : Qthải : lưu lượng dòng thải, Qthải= 6,25 (m3/h) Qdd : lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 3,08.10-3 (m3/h). Thể tích cần thiết của bể kết tủa là: V = (6,25 + 3,08.10-3). = 0,521 (m3) Với hệ số dư là 1,2 xác định được thể tích của bể kết tủa là 0,625m3 Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 1,5m, chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,2 m Khi đó bán kính bể là: Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất. Theo các phương trình phản ứng (1), (2): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Với hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, yêu cầu xử lý kết tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là: Vậy các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là: - Lượng cặn hydroxyt: Lượng cặn lắng Ni(OH)2 là 126,1 g/m3 => Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72g Vậy lượng bùn tạo ra: 126,1 g/m3 - Hàm lượng ion kim loại còn lại: Ni2+: 0,5mg/l - pH = 10 – 11 Bể kết tủa dòng (Cu + Zn): Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể: Nước thải đi vào bể gồm có nước ra từ bể phản ứng oxy hóa, nước thải của dòng thải chứa Zn và lượng xút thêm vào. Lưu lượng nước thải đi ra từ bể phản ứng oxy hóa 5,01 m3/h (đầu vào + hóa chất). Lưu lượng nước thải của dòng thải Zn sau khi ra khỏi bể điều hoà là 6,25m3/h. Lượng xút thêm vào bể kết tủa (Cu + Zn) là Vậy tổng lượng nước thải và hoá chất sử dụng trong bể kết tủa (lưu lượng các dòng vào bể) là: Q = Qthải + Qdd Với : Qthải: lưu lượng dòng thải, Qthải= 11,26 (m3/h) Qdd: lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 0,7.10-3 (m3/h). Thể tích cần thiết của bể kết tủa là: V = (11,26 +0,7.10-3). = 0,938 (m3) Với hệ số dư là 1,2 xác định được thể tích của bể kết tủa là 1,126m3 Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 1,5m, chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,2 m Khi đó bán kính bể là: Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất. Theo các phương trình phản ứng (3), (4): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Với hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, yêu cầu xử lý kết tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là (tính theo đồng): Vậy các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là: - Lượng cặn hydroxyt: Lượng cặn lắng Cu(OH)2 là 9 g/m3 => Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72g Lượng cặn lắng Zn(OH)2 là 7,62 g/m3 => Lượng cặn Zn(OH)2 là 381g Vậy lượng bùn tạo ra: 8,23 g/m3 - Hàm lượng các ion kim loại còn lại: Cu2+: 2mg/l Zn2+: 1,67mg/l - pH = 8 – 9 d) Tính toán cánh khuấy cho bể kết tủa: + Chọn cánh khuấy loại chân vịt, có các thông số sau: [14] - Đường kính cánh khuấy: d = 0,3m - Bề rộng cánh khuấy: b = 0,1D = 0,03 m - Số vòng quay n = 5 vòng/ phút ( cần sử dụng hộp giảm tốc) - Hệ số ma sát A = 0,62 Coi độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải bằng độ nhớt và khối lượng riêng của nước ở 250C Khi đó: [14] Trong đó: n: số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s) ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3 [14] Vậy dung dịch ở chế độ chảy xoáy. + Công suất tiêu tốn: N = A.n3.d5.ρdd [14] Thay số vào, xác định được N = 187,78 W + Công suất mở máy của cánh khuấy: Với K = 0,32 [IV.1] Vậy Nc = 284,7W + Công suất động cơ: W Vậy công suất động cơ của cánh khuấy là 0,5kW Chúng ta có 3 cánh khuấy cho 3 bể keo tụ dòng Cr, dòng Ni và dòng (Cu + Zn). IV.2.4. Bể lắng đứng: a) Nguyên lý hoạt động: Hình IV.6: Thiết bị lắng đứng Nước thải theo đường dẫn nước vào (1) chảy vào ống trung tâm (8) ở giữa bể. Phía dưới ống trung tâm có bố trí tấm hướng dòng (5) để thay đổi hướng chảy của nước thải sang hướng ngang. Nước chảy ra khỏi ống trung tâm dâng lên theo thân bể, sau đó tràn ra máng thu (2) và theo ống dẫn nước ra (4) đi sang bể điều chỉnh pH cuối cùng. Cặn lắng rơi xuống vùng chứa cặn hình chóp (7) và theo ống xả cặn (6) sang thiết bị xử lý cặn. Nước thải 2 dòng sau khi ra khỏi bể keo tụ sẽ nhập dòng sau đó vào bể lắng. Lượng cặn như sau: Lượng cặn lắng Cr(OH)3 là 98,84 g/m3 (Q = 7,51 m3/h). => Lượng cặn Cr(OH)3 là 5998,39g Lượng cặn lắng Ni(OH)2 là 126,1 g/m3 (Q = 6,25 m3/h) => Lượng cặn Ni(OH)2 là 39406,25g Lượng cặn lắng Cu(OH)2 là 9 g/m3 (Q = 5,01 m3/h) => Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72g Lượng cặn lắng Zn(OH)2 là 7,62 g/m3 (Q = 6,25 m3/h) => Lượng cặn Zn(OH)2 là 381g Vậy lượng bùn: 230,5 g/m3. b) Tính toán kích thước bể: Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường từ 50 – 70% . Thời gian lắng cần thiết của hạt cặn : [12] t : thời gian lắng (s) E : Hiệu suất lắng C0 : nồng độ bùn ban đầu trước khi vào bể lắng (mg/l) . C0 = 230,5 (mg/l) Vậy:  Tốc độ lắng nhỏ nhất (độ lớn thủy lực) của phần tử cặn: [12] Uo: tốc độ lắng nhỏ nhất của phần tử cặn (mm/s) α: Hệ số kể tới ảnh hưởng của nhiệt độ tới nước. Chọn α = 1 (theo TCXDVN 51 :2006) n: hệ số kết tụ hấp dẫn. Theo tiêu TCXDVN 51 :2006, với nồng độ bùn 230,5 mg/l thì n=0,3. K: hệ số sử dụng thể tích bể lắng phụ thuộc vào cấu tạo của hệ thống phân phối. Đối với bể lắng đứng thường chọn K=0,35. Hct: độ sâu công tác của bể lắng (m) . Chọn Hct=3,5 (m). h: chiều cao ống nghiệm dùng để lắng trong phòng thí nghiệm (m) . Thường h=500 (mm). ω : vận tốc thành phần theo phương thẳng đứng (mm/s). Vận tốc này phụ thuộc vào vận tốc công tác theo phương nằm ngang . Với bể lắng đứng v=0 [16] → ω=0 Vậy:  Chọn thời gian lưu nước trong bể lắng là 1,5h [12]. Chọn chiều cao của bể lắng là 3,5m. Khi đó vận tốc lắng thực tế của hạt là: (m/h) [7] Tuy nhiên trong thực tế, do nhiều yếu tố ảnh hưởng đế quá trình lắng như lắng chen của các hạt, chuyển động của các lớp nước hoặc do quá trình bơm hút bùn, đưa nước vào bể,... mà vận tốc lắng thực tế thường thâp hơn so với vận tốc lắng lý thuyết. Giả thuyết vận tốc lắng lý thuyết lớn gấp 2 lần vận tốc lắng thực tế. Khi đó: vlt = 2.vtt = 2.2,33 = 4,66 (m/h)= 1,29.10-3 m/s Trong nước thải các hạt lắng đều có dạng hình cầu và chủ yếu là các hydroxit kim loại. Nhưng để tiện cho quá trình tính toán bể lắng, ta tính toán với bể Niken mà các hydroxit niken là chủ yếu. Độ nhớt của môi trường bằng độ nhớt của nước, bỏ qua độ nhớt của các thành phần trong nước thải. Nhiệt độ làm việc của nước thải là 250C. + Giá trị chuẩn số Lyasenco được xác định theo công thức: [14] Với vlt – Vận tốc lắng lý thuyết; vlt = 1,29.10-3m/s μ0 – Độ nhớt của môi trường lắng ở 250C; μ0 = 0,894.10-3 Ns/m2. ρ0 – khối lượng riêng của môi trường lắng; ρ0 =995,68Ns/m3. ρh – khối lượng riêng của hạt; với Ni(OH)2 ρh =996,58Ns/m2. G – gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s2. Thay số vào, xác định được Ly= 1,7.10-4. + Giá trị của chuẩn số Acsimet có thể xác định được từ đồ thị thực nghiệm theo giá trị của chuẩn số Ly. Từ đồ thị II.17/tr408 “Sổ tay các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất tập I”, xác định được Ar ~ 1. + Khi đó đường kính của hạt được xác định theo công thức sau (II.91/tr409 – Sổ tay các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất tập I): Thay số vào công thức ta xác định đươc dh = 0,368.10-4 m. + Kiểm tra lại vận tốc lắng: Đối với động lực học của lớp hạt [14] Vì Ar < 3,6; Ly < 0,0022; Re < 0,2 nên vận tốc lắng của hạt tuân theo định luật Stock [14] Thay số xác định được w0 = 1,21.10-3m/s ~ vlt =1,29.10-3m/s Vậy chọn vận tốc lắng lý thuyết ban đầu là hợp lý. + Diện tích bể lắng là: [12] Với Q – Lưu lượng nước vào bể lắng; Q = 25,03 m3/h vtt – Vận tốc lắng thực tế; vtt = 2,33 m/h => F = 10,74 (m2) + Thể tích bể lắng là: V = Q.t = 25,03.1,5 = 37,545 (m3) + Bán kính của bể lắng là: R = = 1,85 (m) => D = 3,7(m) Hình IV.7: Ống loe và tấm chắn + Diện tích ống trung tâm đưa nước và bể lắng được tính theo công thức: [12] Trong đó: q: lưu lượng nước thải qua ống q = 25,03 m3/h v: vận tốc nước thải qua ống, chọn v = 0,03 m/s Thay số ta có f = 0,232(m2) Khi đó đường kính ống trung tâm là: (m) Phía cuối của ống trung tâm có 1 phần ống loe. Chọn đường kính là chiều cao của phần ống loe bằng 1,35 đường kính ống trung tâm ([12]). Khi đó: dloe = hloe = 1,35.0,544 = 0,734 (m) Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe bằng 1,3 đường kính ống loe. Vậy dtấm chắn = 1,3.0,7344 = 0,955(m) + Ngăn chứa bùn của bể lắng đứng có dạng hình nón, chọn đường kính đáy của đáy ngăn chứa bùn là dbùn = 0,4m. + Chiều cao ngăn chứa bùn được tính theo công thức [12] Thay số, xác định được hb = 1,65m * Kích thước bể lắng đứng được xác định: Đường kính: D = 2R = 2.1,85 = 3,7 m Chiều cao công tác: H = 3,5 + 1,65 = 5,15 m Chiều cao xây dựng Hxd = H + hbảo vệ = 5,15 + 0,30 = 5,45 m * Thời gian tháo bùn Bùn từ bể lắng sẽ được bơm bùn bơm đến hệ thống máy ép bùn để xử lý. Ở đây ta cần tính được thời gian tháo bùn tại bể lắng để đưa ra thời gian hoạt động hợp lý của thiết bị ép bùn. + Dung tích phần chứa cặn là: [7] Trong đó: Wc – Thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng đứng D – đường kính bể lắng đứng; D = 3,7 m d – đường kính của ngăn chứa bùn d = 0,4 m hb – Chiều cao ngăn chứa bùn cặn, hb = 1,65 m Thay số vào ta được Wc = 6,62 m3. + Chu kì xả cặn lắng là: δ – Nồng độ cặn trung bình đã nén => Chọn δ = 25000 mg/l [TCXDVN 51 :2006] N – Số bể lắng N = 1 Q – Lưu lượng nước thải vào bể (25,03 m3/h) C – Hàm lượng cặn ra khỏi bể lắng. Cmax – hàm lượng cặn lớn nhất trong nước thải (lấy Cmax = Co) Như vậy, thay số vào ta sẽ có chu kì xả cặn của bể lắng là: T 3,5 ngày + Lượng bùn tạo thành: Hàm lượng bùn ban đầu: C0 = 230,5 (g/m3) = 230,5 (mg/l) Chọn hiệu suất bể lắng của bể lắng là 70%. Tuy nhiên các hydroxit kim loại có kích thước lớn nên hầu như bị lắng hết ngay khi mới vào bể lắng. Hiệu suất lắng các hạt này đạt 99% [12] Vậy hàm lượng bùn xả ra khỏi bể: 228,195 mg/l => Thể tích bùn sau 1,5 giờ lắng Wb = , m3 Với T – chu kỳ lắng , T = 1,5 giờ Q – lưu lượng nước xử lý, Q = 25.03 (m3/h) C0,C- nồng độ cặn trước và sau khi lắng. - nồng độ trung bình của cặn trong vùng lắng Wb = = 0,34 (m3) * Máng thu nước: Để thu nước trong ra khỏi bể lắng đứng, ta dùng loại máng thu nước đặt ở vị trí cách tâm bể từ 3/4 – 4/5 bán kính bể, ta chọn cách 4/5 bán kính bể m. Chiều dài của máng thu chính bằng chu vi của bể lắng đứng: m. Tải trọng thu nước trên 1 m dài của mép máng: , m3/m.s. [18] Trong đó: Q – Lưu lượng nước thải, m3/s, Q = 0.007 m3/s. L - Chiều dài của máng, m, L = 9,42 m. Þ m3/m.s. Ta chọn tấm xẻ khe chữ V, góc đáy 900 trên máng thu để điều chỉnh độ cao độ của mép máng. Chiều cao đáy chữ V là 10 cm, khoảng cách giữa các đỉnh là 20 cm nên 1 m chiều dài của máng thu sẽ có 5 khe. Do đó, toàn bộ chiều dài máng sẽ có: khe. Lưu lượng nước qua 1 khe sẽ là: m3/s. Mặt khác lưu lượng nước qua 1 khe còn được tính theo công thức: [18] Þ Chiều cao mực nước h trong khe chữ V là: = 0.025 m = 2.5 cm < 10 cm. Do đó, chiều cao này đạt yêu cầu. Dựa vào tính toán trên, ta có kế hoạch hoạt động cho hệ thống máy ép bùn.Nước thải trước khi đưa vào bể lắng chủ yếu chứa các hạt hydroxit kim loại và một lượng nhỏ các hạt huyền phù khó lắng. Các hydroxit kim loại có kích thước lớn nên hầu như bị lắng hết ngay khi mới vào bể lắng. Hiệu suất lắng các hạt này đạt 99% ( sau 25 phút). Các hạt rắn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn nên khó lắng hơn. Hiệu suất lắng đạt khoảng 70%. Như vậy, sau khi qua bể lắng hàm lượng chất lơ lửng trong nước đã giảm đáng kể. Thông số các chất ô nhiễm trong nước thải sau khi ra khỏi bể lắng là: Bảng IV.1: Thông số các chất ô nhiễm sau khi ra khỏi bể lắng Thông số Trước khi vào bể lắng Sau khi ra khỏi bể lắng pH Ni2+ Ni(OH)2 Cu2+ Cu(OH)2 Cr3+ Cr(OH)3 Zn2+ Zn(OH)2 Cr6+ 10 – 11 0,5 mg/l 126,1 mg/l 2 mg/l 9mg/l 0,05 mg/l 98,84mg/l 1,67 mg/l 7,62mg/l 0,1 mg/l 10 – 11 0,5 mg/l 1,26 mg/l 3 mg/l 0,09 mg/l 0,05 mg/l 0,988 mg/l 1,67 mg/l 0,07 mg/l 0,1 mg/l IV.2.5 Bể trung hòa: Kích thước bể trung hòa: Sau khi lắng xong, nước thải được đưa sang bể trung hoà để đưa pH từ 11 xuống 5,5-9 để đạt với QCVN 24: 2009/BTNMT loại B. Trong hệ thống xử lý, tác nhân được chọn để trung hoà là axit H2SO4 . Hệ thống trung hoà bằng H2SO4 có ưu điểm là đơn giản, dễ vận hành và điều chỉnh phù hợp với tình hình sản xuất ở Việt Nam. Sau khi ra khỏi bể lăng, nước thải có pH = 10 hay [H+] = 10-10 Do [OH-].[H+] = 10-14 nên [OH-] = 10-4 (mol/l). Phản ứng trung hòa là : OH- + H+ = H2O Theo phản ứng trên , cứ 1 mol OH- thì phản ứng hết với 1 mol H+ .Vậy số mol H+ để trung hòa hết OH- trong 1 m3 nước là : nH+ = 10-4.103 = 0,1 (mol). Số mol H2SO4 cần để trung hòa 1 m3 nước thải là : n=0,05 (mol) . Tải lượng H2SO4 vào bể trung hòa là : n.M.Q = 0,05.98.25,03 = 122,647 (g/h). Tải lượng dung dịch H2SO4 vào bể trung hòa là : 122,647. = 125,15 (g/h). Nước pha dung dịch có nhiệt độ là 25oC. Khối lượng riêng của dung dịch H2SO4 98% ở 25oC là : ρ=1818 (kg/m3). Vậy , lưu lượng dung dịch H2SO4 98% vào bể là : Chọn thời gian lưu của nước thải trong bể là 10 phút, thể tích của bể trung hoà là: V= Q x t = (25,03 + 6,9.10-5).10/60 = 4,2 (m3) Với hệ sô dư là 1,2 thì thể tích thật của bể là 5,04 m3. Chọn kích thước bể: 1,7 x 2,5 x 1,2(m) + Chiều cao bảo vệ là 0,2 (m) Thể tích thực tế của bể : 1,7 x 2,5 x 1,4 = 5,95 (m3) Bể được nắp tấm đan bảo vệ và được làm bằng bê tông thành dày 10cm, trong có lót nhựa composit, chịu được axit, chịu được mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất. Thùng chứa axit: Theo tính toán ở trên lượng H2SO4 thực tế cần bổ sung cho bể trung hòa là 0,069 x 1,2 0,1 (l/h) H2SO4 được pha dưới dạng dung dịch với nồng độ 98% => Lượng dung dịch H2SO4 cần bổ sung vào bể kết tủa trong 1 ngày là: 0,1 x 8 = 0,8 (l/ngày) Lượng H2SO4 cần thiết cho một ngày tương ứng là 0,8 lít. Ta không xây dựng bể chứa H2SO4 mà chọn loại thùng hình trụ tròn bằng nhựa , kín để đảm bảo an toàn hóa chất. Phía trên thùng có lắp cánh khuấy để pha hóa chất. Mỗi thùng có bơm định lượng để bơm hóa chất vào các bể phản ứng. VH2SO4= 0,8 lit → Chọn loại bình 5 lit . Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày. Hóa chất được pha 3 ngày/lần. Tính toán cánh khuấy bể trung hòa: + Chọn cánh khuấy loại chân vịt, có các thông số sau: [14] - Đường kính cánh khuấy: d = 0,4m - Bề rộng cánh khuấy: b = 0,1D = 0,04 m - Số vòng quay n = 5 vòng/ phút ( cần sử dụng hộp giảm tốc) - Hệ số ma sát A = 0,62 Coi độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải bằng độ nhớt và khối lượng riêng của nước ở 250C Khi đó: [14] Trong đó: n: số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s) ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3 Vậy dung dịch ở chế độ chảy xoáy. + Công suất tiêu tốn: N = A.n3.d5.ρdd [14] Thay số vào, xác định được N = 791,28 W + Công suất mở máy của cánh khuấy: Với K = 0,32 [IV.1] Vậy Nc = 1199,68W + Công suất động cơ: W Vậy công suất động cơ của cánh khuấy là 2kW Bảng IV.2: Đặc tính nước thải sau xử lý của công ty khóa Minh Khai STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN 24: 2009/BTNMT (cột B) 1 pH - 7,3 5,5-9 2 Mùi - KKC KKC 3 Mầu sắc Co- Pt ở pH =7 mg/l 15 70 4 COD mg/l 29,3 100 5 BOD mg/l 15,6 50 6 SS mg/l 5 100 7 Fe mg/l 0,28 5 8 Mn mg/l 0,1 1 9 S2- mg/l 0,1 0,5 10 NH4+ (tính theo Nitơ) mg/l 3,6 10 11 Cl dư mg/l 0,1 2 12 F - mg/l 2,76 10 13 Cu mg/l 0,04 2 14 Pb mg/l < 0,002 0,5 15 Hg mg/l < 0,0002 0,01 16 Ni mg/l < 0,002 0,5 17 Cd mg/l < 0,001 0,01 18 Zn mg/l 0,55 3 19 As mg/l <0,005 0,1 20 Tổng nitơ mg/l 15,1 30 21 Tổng Photpho mg/l 0,4 6 22 Dầu mỡ , khoáng mg/l 0,4 5 23 Cr3+(III) mg/l 0,17 1 24 Cr6+(VI) mg/l 0,16 0,1 25 Xianua (CN-) mg/l < 0,05 0,1 26 Sn mg/l 0,07 1 KKC:Không khó chịu (Nguồn: giấp phép xả thải do sở tài nguyên môi trường Hà Nội cấp 6/2008) IV.3. Tính và chọn các thiết bị khác: IV.3.1. Tính toán và lựa chọn bơm: a) Tính bơm nước thải: Nước thải dẫn từ xưởng sản xuất qua song chắn rác, qua bể điều hòa bằng thuỷ lực. Nước từ bể điều hòa sẽ được bơm lên bể khử Cr đối với dòng Cr, bơm lên bể oxy hóa đối với dòng Xianua và kết tủa đối với dòng Ni và dòng Zn. Nước sau đó sẽ được xả thủy lực sang các bể tiếp theo và ra ngoài. Bùn từ được bơm lên lọc ép khung bản để làm khô và đem chôn lấp. Số bơm nước cần chọn là 4 bơm ở những vị trí: - Hố thu dòng Cr: lưu lượng dòng là 7,5 m3/h = 2,08.10-3 m3/s. - Hố thu dòng Ni: lưu lượng dòng là 6,25 m3/h = 1,74.10-3 m3/s. - Hố thu dòng Cu: lưu lượng dòng là 5 m3/h = 1,39.10-3 m3/s. - Hố thu dòng Zn: lưu lượng dòng là 6,25 m3/h = 1,74.10-3 m3/s. Bơm nước thải được đặt chìm trong nước tại ngăn thu nước. Chiều cao hút của bơm là H1 = 1m, chiều cao đẩy là H2 = 6,5m (do độ sâu của bể lắng là 5,5m cộng thêm 1m chiều cao đẩy của chính hố bơm) Chọn loại bơm dùng là bơm ly tâm Công suất yêu cầu trên trục bơm N = (kW) [14] Trong đó Q: Năng suất bơm (m3/s)  : Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) g : Gia tốc trọng trường (m/s2) H : áp suất toàn phần của bơm (m) : Hiệu suất của bơm. Hiệu suất bơm: = [14] Trong đó : Hiếu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rối qua các chổ hở của bơm . Chọn= 0,9 . : Hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo thành dòng xoáy trong bơm = 0,85 . : Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ lót ,ổ bi = 0,95. Vậy: = 0,9.0,85.0,95 = 0,727 Tính H: H = , suy ra DP = r ´ g ´ H, N/m2 [14] Do đó: : Áp suất toàn phần cần thiết để thắng tất cả sức cản thủy lực trong hệ thống ống dẫn nước (kể cả ống dẫn và thiết bị) khi dòng đẳng nhiệt. P = Pd + Pm + PH +Pt + Pk + PC 1. Đối với dòng nước thải Crôm: Đường kính của ống dẫn: D = , [14]. Trong đó: D- đường kính của ống, m. V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 2,08.10-3 m3/s. w- tốc độ trung bình, m/s. Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, w = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn w = 2.0 m/s. Þ m = 36 mm. D = 0,036 m. - Tính DP: DP = DPđ + DPm + DPH + DPt + DPk + DPc , [14] DPđ – áp suất động lực học tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn: DPđ = , N/m2 , [14] Þ DPđ = = 1994 N/m2. DPm - áp suất để khắc phục trở lực ma sát (khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng), N/m2. DPm = , [14] Trong đó: l- hệ số ma sát. L- chiều dài ống dẫn (ống đẩy), m, L = 8 m. r- khối lượng riêng của nước thải, Kg/m3, r = 997,08 Kg/m3, [14] w- tốc độ của lưu thể, m/s, w = 2 m/s. dtđ – đường kính tương đương, m, dtđ = D = 0,036 m. Þ Xét = 89254 > 4000 suy ra chất lỏng chảy trong ống dẫn ở chế độ chảy xoáy, do đó: , Trong đó: λ- Hệ số ma sát. D- Độ nhám tương đối, . e - Độ nhám tuyệt đối, e = 0.007mm (đối với ống nhựa) => = 1,94´10-4 Do đó: , Suy ra l = 0,019. Þ DPm = = 10273 N/m2. DPH – Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh, N/m2. , N/m2, [14] Trong đó: r- khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm, Kg/m3, r = 997.08 kg/m3. g- gia tốc trọng trường, m/s2, g = 9.81 m/s2. H- chiều cao nâng chất lỏng hoặc cột chất lỏng, m, H = 7,5 m. Þ = 73360 N/m2. DPt – áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, N/m2, DPt = 0. DPk – áp suất cần thiết ở cuối ống dẫn, N/m2, DPk = P1 – P2. P1 - áp suất ở hố gom, N/m2, P1 = Pa (vì hố gom hở). P2 - áp suất ở bể điều hoà, N/m2, P2 = Pa (vì bể hở). Þ DPk = 0. DPc – áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ. , N/m2, [14] Trong đó: z- hệ số trở lực cục bộ. r- khối lượng riêng của nước thải, Kg/m3, r = 997.08 kg/m3. w- tốc độ của lưu thể, m/s, w = 2 m/s. Tại góc cua 900 ta dùng khuỷu 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành. Vì Re = 89254 < 2´105 nên bỏ qua trở lực. Dùng 1 van điều chỉnh lưu lượng (van bướm) có α = 200 và dùng loại ống tròn nên z= 1.54 [14]. Þ = 3071 N/m2. Nên tổn thất áp suất toàn phần là: DP = 1994 + 8946 + 73360 + 3071 = 87371 N/m2. * Năng suất của bơm: Do đó: Công suất yêu cầu của trục bơm: KW Công suất động cơ điện: = 0,282 KW. :Hiệu suất truyền động = 0,85 :Hiệu suất động cơ điện = 0,9 Công suất động cơ điện có tính đến hệ số dự trữ: Vì Ndc = 0,282 KW < 1 nên tra bảng II.33 trang 440 [14] ta có b = 2, do đó: = 0,564 KW. Vậy chọn bơm có công suất 0,6 KW. 2. Đối với dòng nước thải Ni: Đường kính của ống dẫn: D = , [14]. Trong đó: D- đường kính của ống, m. V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 1,74.10-3 m3/s. w- tốc độ trung bình, m/s. Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, w = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn w = 2.0 m/s. Þ m = 33 mm. D = 0,033 m. Lưu lượng dòng thải nhỏ hơn dòng Cr nên tính toán tương tự dòng Cr: Với L = 8,5m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; DPm = 10273 N/m2; DP = 88698 N/m2 Lưu lượng dòng là 1,74.10-3 m3/s => N = 0,220 KW; = 0,479 KW Ta chọn bơm có công suất: 0,5 KW 3. Đối với dòng nước thải đồng: Đường kính của ống dẫn: D = , [14]. Trong đó: D- đường kính của ống, m. V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 1,39.10-3 m3/s. w- tốc độ trung bình, m/s. Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, w = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn w = 2.0 m/s. Þ m = 30 mm. D = 0,030 m. Lưu lượng dòng thải nhỏ hơn dòng Cr nên tính toán tương tự dòng Cr: Với L = 9m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; DPm = 73360 N/m2; DP = 89725 N/m2 Lưu lượng dòng là 1,39.10-3 m3/s => N = 0,178 KW; = 0,386 KW Ta chọn bơm có công suất: 0,4 KW 4. Đối với dòng nước thải Zn: Đường kính của ống dẫn: D = , [14]. Trong đó: D- đường kính của ống, m. V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 1,74.10-3 m3/s. w- tốc độ trung bình, m/s. Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, w = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn w = 2.0 m/s. Þ m = 33 mm. D = 0,033 m. Lưu lượng dòng thải nhỏ hơn dòng Cr nên tính toán tương tự dòng Cr: Với L = 9,5m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; DPm = 10273 N/m2; DP = 88698 N/m2 Lưu lượng dòng là 1,74.10-3 m3/s => N = 0,220 KW; = 0,479 KW Ta chọn bơm có công suất: 0,5 KW b) Máy nén khí: Lưu lượng không khí cần cấp cho bể điều hòa theo nguyên tắc xáo trộn là: Q = n.qkk.L [13] Với Q – Lưu lượng không khí cần cấp n – Số ống phân phối khí qkk – Cường độ thổi khí cho 1m chiều dài; qkk = 3 – 5m3/m.h =>chọn qkk = 5m3/m.h L – Chiều dài bể điều hòa Thay số ta có Q = 2.5.9,2 = 92 (m3/h) (4 bể điều hòa với chiều dài 2,3m => chiều dài tổng: 4.2,3 (m)) => Chọn máy nén khí có năng suất 140m3/h (gấp rưỡi lưu lượng khí cần cung cấp). Áp suất tuyệt đối đầu vào và đầu ra của máy nén khí là p1 = 1at, p2 = 1,5 at => Công suất lý thuyết của máy nén khí là: [14] Với G: Công suất của máy nén khí (kg/s) L: công nén 1kg không khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt (tra bảng II.49/Tr465 - Sổ tay quá trình công nghệ và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 – NXB KHKT 2000) Ta lấy nhiệt độ của không khí ở đầu vào là 250C với áp suất 1 at Vậy với công suất máy nén khí là 140m3/h thì công suất lý thuyết của máy nén khí là: (d = 1136 kg/m3: khối lượng riêng của không khí ẩm trong phòng ở áp suất 1 at và 250C – Tra theo bảng I.10/tr15 – Sổ tay các quá trình công nghệ và thiết bị công nghệ hóa chất tập I – NXB KHKT 2000) Công suất thực tế của máy nén đoạn nhiệt: (ηdc : hiệu suất cơ khí của máy nén, với máy nén li tâm ηdc = 0,8 – 0,9 => Chọn ηdc = 0,8). Công suất của động cơ điện là β: Hệ số dự trữ thường từ 1,1 – 1,15 => Chọn β = 1,1 ηck, ηtt, ηđc: hiệu suất cơ khí, hiệu suất truyền động, hiệu suất động cơ điện => Với máy nén li tâm ηck = 0,96 – 0,98; ηtt = 0,96 – 0,99; ηdc = 0,95 Vậy ta chọn 2 máy nén khí li tâm có QB1 = 140 m3/h, NB1 = 4 kW. Hai bơm này hoạt động luân phiên. c) Bơm bùn: Muốn ép được bùn thải ta cần có bơm bùn để vận chuyển bùn từ bể lắng sang bể chứa sau đó sang máy ép bùn. Lượng bùn thải hút từ có V = 1 – 1,5 m3 mỗi lần hút. Lượng bùn thải này không nhiều và máy ép bùn hoạt động gián đoạn theo chu kì hoạt động đã tính, ta không tính bơm bùn mà lựa chọn loại có khả năng chịu được kiềm, năng suất Q = 2m3/h, công suất N = 3 kW, số lượng 1. IV.3.2. Bể chứa bùn: Lượng bùn sau chu kỳ lắng là 0,34 (m3) Thể tích bể chứa bùn được tính theo công thức: , m3. Chọn t = 1 chính là 1lần bơm cặn từ bể lắng. Bùn được chứa sang bể, diện tích bể hình chữ nhật, giữa bể hình tròn có răng cưa phân phối nước đồng thời tránh hiện tượng sục bùn lên tiếp giáp, thể tích bể là 6,35 m3 Vậy: Kích thước bể chứa bùn: + Chiều dài bể 1,75m + Chiều rộng bể 1,6m + Chiều cao bể 2,3m + Chiều cao bảo vệ 0,2 m Kích thước xây dựng: Vxd = 1,6 x 1,75 x 2,5 = 7 (m3) Kích thước trụ tròn chứa bùn ở giữa để xả bùn từ bể lắng vào là: R = 0,5m; H = 2,5m Được bố trí 1 ống để nước chảy tràn sang bể trung hòa và ống bơm bùn sang máy lọc ép khung bản. IV.3.2. Thiết bị ép bùn: [14] Nhiệm vụ: Tách nước trong bùn thải, tách lượng bùn tạo ra trong quá trình xử lý là lượng bùn ra ở bể lắng đứng. Bùn có thể làm khô bằng phương pháp như dùng sân phơi bùn hoặc các máy lọc như lọc băng tải, máy lọc tấm, máy lọc thùng quay, hoặc máy lọc ép. Làm khô bùn bằng sân phơi bùn có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, chi phí thấp nhưng nhược điểm là phải phụ thuộc vào thời tiết (nếu không có mái che) tốn nhiều công nhân vận hành. Ở đây sử dụng máy lọc ép để xử lý bùn. Thiết bị ép cặn ta lựa chọn ở đây là thiết bị lọc ép khung bản. Cấu tạo của máy lọc ép khung bản: [17] Hình VI.8: Thiết bị lọc ép khung bản Cấu tạo thiết bị lọc ép khung bản được mô tả như hình trên gồm 1 dãy khung bản ghép xen kẽ nhau. Khung rỗng được nối thông với ống dẫn cặn (1). Bản đặc hai mặt xẻ rãnh được nối thông với ống nước rửa (2) và ống thoát nước (3). Trên khung và bản có tay vịn để tựa lên 2 thanh nằm ngang khi lắp. Giữa khung và bản có vải lọc. Nguyên lý hoạt động: Cặn được bơm đẩy vào ống dẫn (1) rồi được đưa vào các khung. Nước thấm qua vải lọc sang một mặt của bản và rãnh thoát theo vòi (3) ra ngoài. Khi cặn đã chứa đầy khung, tốc độ lọc chậm lại, người ta ngừng cung cấp cặn để tiến hành rửa bã. Trong quá trình rửa bã, nước rửa đi theo ống (2) phân phối vào 2 mặt của bảng (khi đó cách 1 vòi khóa 1 vòi), ngấm qua lớp bã trong khung, sang bản bên cạnh và thoát ra ngoài theo vòi thoát. Khi đã rửa xong bã người ta tháo khung và bản ra để xả cặn. Máy lọc ép khung bản có ưu điểm là bề mặt lọc rất lớn, động lực của quá trình lớn nên hiệu suất cũng lớn, kiểm tra được quá trình làm việc và dễ thay vải lọc. Tuy nhiên nhược điểm của thiết bị này là công việc tháo bã thực hiện thủ công bằng tay nên nặng nhọc, quy trình rửa bã chưa hoàn hảo và vải lọc nhanh bị bào mòn. Lượng bùn ép thu được sẽ được lưu giữ trong kho chứa bùn của nhà máy. Lượng bùn này sẽ được xử lý để tận thu kim loại chứa trong nước thải. Nước thải sau khi ép bùn sẽ được dẫn trở lại bể trung hòa để trung hòa trước khi thải. Máy lọc ép khung bản có thể mua sẵn trên thị trường do đó ta không tính toán mà sẽ dựa vào catalog của nhà sản xuất mà lựa chọn cho phù hợp => Ngoài những thiết bị chính và các thiết bị phụ như bơm, máy nén khí, thùng chứa thiết bị thì còn nhiều thiết bị phụ khác như bơm định lượng, ống, rãnh thoát nước thải, phòng thí nghiệm..vv. Nhưng trong khuôn khổ đồ án ta chỉ tính và lựa chọn sơ bộ các thiết bị như trên. CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CHI PHÍ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI V.1. Chi phí ước tính của toàn bộ hệ thống xử lý: V.1.1. Chi phí xây dựng của hệ thống xử lý: Chi phí xây dựng của hệ thống xử lý nước thải được tính tuơng đối, trình bày trong bảng sau: (đơn vị tính theo 1.000.000 đồng). TT Vật tư, thiết bị (1) Quy cách (2) Số lượng (3) Đơn giá (4) Thành tiền (5) Thiết bị chính 1 Song chắn rác Hố gom 2 x 2 cm 4 0,1 0,4 Hố bơm 0,5 x 0,5 cm 4 0,1 0,4 2 Hố thu gom Bể hình chữ nhật, được xây dựng bằng bê tông V = 1,8 m3 1 1 1,8 V=1,275 m3 1 1 1,3 V=1,575 m3 2 1 1,6 3 Bể điều hòa Bể hình chữ nhật, bê tông cốt thép, thành dày 15 cm; lót nhựa composit V = 9,66 m3 1 1 9,66 V = 6,44 m3 1 1 6,44 V = 7,822 m3 2 1 7,82 4 Hố bơm nước Hình chữ nhật, bê tông cốt thép, lót nhựa composit V = 2,1 m3 1 1 2,1 V = 1,4 m3 1 1 1,4 V = 1,7 m3 2 1 1,7 5 Bể khử Cr Hình tròn, bê tông cốt thép, thành dày 10cm, lót nhựa composit V = 4,5 m3 1 1 4,5 6 Bể oxy hóa CN - Hình tròn, bê tông cốt thép, dày 10cm, lót nhựa composit. V = 5,01 m3 1 1 5,0 7 Bể phản ứng kết tủa Hình tròn, bê tông cốt thép, thành dày 10cm, lót nhựa composit V = 0,756 m3 1 1 0,76 V = 0,625 m3 1 1 0,63 V = 1,126 m3 1 1 1,13 8 Bể lắng đứng Xây bằng bê tông, hình trụ tròn, đáy chóp nón, V= 56 (m3) 1 1 56 9 Bể chứa bùn Hình chữ nhật, xây bằng bê tông cốt thép, lót nhựa composit, V = 7 (m3) 1 1 7 9 Bể trung hòa Hình chữ nhật, xây bằng bê tông cốt thép, lót nhựa composit, V= 4,2 (m3) 1 1 4,2 10 Tổng 1 113,84 Thiết bị phụ 11 Máy lọc ép khung bản 2 100 200 12 Tủ điều khiển và bảng hệ thống tín hiệu Chế tạo bằng thép, linh kiện Đài Loan 1 500 500 13 Thùng hóa chất Làm bằng nhựa chịu axit hoặc kiềm. Với các thể tích 50l; 70l; 100l; 5l 4 2 8 14 Máy pH met, hiện số tự động điều chỉnh Dải đo pH từ 0-14. Độ phân giải 0,1; 2 điện kép 6 3 18 15 Hệ thống đường ống, van - Ống có đường kính lần lượt là 110, 36, 33, 30, 33… - Van: 10 cái trên các đường ống 50 16 Cánh khuấy Cho bể oxy hóa, mô tơ N = 1,1 kW 1 2,3 2,3 Cho bể khử, mô tơ N = 1,2 kW 1 2,3 2,3 Cho bể kết tủa, mô tơ N = 0,5 kW 3 1,7 5,1 Cho bể trung hòa, mô tơ N = 2kW 1 3,2 3,2 17 Bơm bùn Q = 2m3/h; N = 3kW 1 4 4 18 Bơm nước thải Q = 7,5m3/h, N = 0,6 kW 1 2,5 2,5 Q = 5m3/h; N = 0,4 kW 1 1,5 1,5 Q= 6,25m3/h; N = 0,5 kW 2 2,0 4 19 Bơm khí nén Cho bể điều hòa Q = 140m3/h; N = 4kW 2 3 6 Cho máy ép bùn áp lực 7 kg/cm2, tốc độ 1302 l/phút 1 8,7 8,7 20 Bơm hóa chất Q = 0,1 – 1 (m3/h) 6 1,5 9,0 21 Nhà điều hành 30,5m2 để chứa hóa chất đang sử dụng, bơm, tủ điều khiển, phòng thí nghiệm..... 1 15 15 22 Nhà chứa hóa chất và chứa bùn 18,7m2 chứa hóa chất mua về và bùn đã được ép khô để mang đi chôn lấp. 1 8 8 23 Phụ kiện các loại 10 24 Máy và vật liệu Xi măng, cát, sỏi, thép, … 25 Nhân công Để xây dựng 30 Chi phí khác 60% nhân công 18 25 Chi phí chạy thử 20 26 Chi phí thiết kế 3% tổng chi phí 31,73 27 Tổng 2 982,33 26 Tổng 3 = 2+1 1096,17 Tổng chi phí xây dựng hệ thống là 1.096.170.000 đồng => Tỉ suất đầu tư tính cho 1 m3 nước thải là: 5.480.850 đồng/m3. V.1.2 Ước tính chi phí vận hành hệ thống Chi phí vận hành hệ thống bao gồm chi phí hóa chất sử dụng, chi phí điện năng và chi phí nhân công vận hành hệ thống. * Chi phí nhân công CP1 Số lượng nhân công cần để vận hành trạm xử lý là 1 người Chi phí cho 1 người/ngày: 60.000 đ/ngày → CP1 = 1.560.000 VNĐ/tháng * Chi phí hóa chất CP2 Lượng hóa chất sử dụng cho quá trình xử lý nước thải trong 1 ngày: STT Tên hóa chất Lượng sử dụng Đơn giá (đồng) Thành tiền 1 Na2SO3 54,54 kg 10.000 đ/kg 545.400 2 H2SO4 (98%) 1,100kg 4.000 đ/kg 4.400 3 NaOH 67,887 kg 13.000 đ/kg 882.531 4 Nước Javen 67,672 lít 5.000 338.360 Tổng chi phí 1.770.691 Chi phí hoá chất cho 1 tháng là: CP2 = 1.770.691 × 26 = 46.038.000 (VNĐ/tháng) * Chi phí điện năng CP3 Tổng công suất điện năng tiêu tốn cho trạm xử lý nước thải là: 60 kW/ngày Chi phí điện công nghiệp là 2.000 đồng/kW Vậy chi phí cho điện năng là 120.000 đồng/ngày → Chi phí điện năng trong 1 tháng: CP3 = 3.120.000 VNĐ/tháng CPvh = CP1 + CP2 + CP3 = 50.718.000 VNĐ/tháng => Tổng chi phí một ngày là: 1.950.691 đ/ngày => Chi phí xử lý là: 9.750 đ/m3.ngày – 9.800 đ/m3.ngày V.2. Mặt bằng xây dựng: Để có thể bố trí mặt bằng một cách hợp lý chúng ta cần phải tuân theo một số nguyên tắc sau: + Vị trí bố trí hệ thống phải phù hợp với quy hoạch chung của công ty, phải đảm bảo cho việc liên hệ và quản lý chung của công ty. + Việc lựa chọn địa điểm để bố trí hệ thống xử lý nước thải cần phải đảm bảo được các yêu cầu như các điều kiện cung cấp điện, nước, hóa chất cho hệ thống. + Hệ thống xử lý cần bố trí ở cuối hướng gió, cuối đường cống thoát nước tránh ảnh hưởng đến các hoạt động khác đồng thời giảm giá thành chung của đường ống, hệ thống cách xa khu dân cư và nơi sản xuất sinh hoạt có đông công nhân. + Cần bố trí cao trình nhà xưởng, thiết bị sao cho đảm bảo nguyên tắc tự chảy của nước thải, để tránh năng lượng tiêu tốn cho việc dùng bơm. Độ chênh lệch mực nước giữa các đơn vị xử lý nước phải được tính toán đủ để khắc phục tổn thất áp lực trong công trình, trên đường ống nối giữa các công trình và các van khóa, thiết bị đo lường. + Bố trí sao cho công nhân dễ vận hành, kiểm tra, sửa chữa thiết bị. + Bố trí thiết bị hợp lý với mặt bằng cho phép, tránh lãng phí đất. + Có lối đi lớn, thuận tiện cho việc vận chuyển hóa chất, bùn thải. Ta sẽ bố trí thiết bị của hệ thống xử lý nước thải trong mặt bằng tổng thể hệ thống như trong bản vẽ số 1 (đính kèm trong đồ án). V.3. Hiệu quả chi phí và lợi ích thu được khi lắp đặt hệ thống * Về mặt kĩ thuật + Các thiết bị trong hệ thống hoạt động ổn định, an toàn và hiệu suất xử lý cao (85% - 99%). + Hệ thống trang bị các thiết bị cơ giới hóa trong nhiều công đoạn xử lý: hệ thống bơm tự động, máy đo pH, cánh khuấy... tạo điều kiện cho công nhân vận hành tốt. + Vận hành đơn giản, thao tác dễ dàng. + Linh hoạt trong xử lý chất ô nhiễm + Có tính đến mọi loại hình sản xuất của công ty kể cả khi có mạ đồng xianua. * Về mặt kinh tế + Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý phù hợp và đảm bảo được tình hình kinh tế của nhà máy. + Chi phí vận hành tương đối. + Nhà máy đảm bảo được các yêu cầu về mặt môi trường nhờ đó tránh được các khoản phạt về vấn đề môi trường, giúp cho các hoạt động sản xuất của nhà máy diễn ra bình thường không bị ngừng trệ vì vi phạm các quy định về vệ sinh môi trường. * Về mặt môi trường + Nước thải ra đảm bảo được yêu cầu xử lý loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT + Bùn thải được tuần hoàn lưu giữ và nếu có thể sẽ tái thu hồi kim loại trong bùn thải, góp phần xử lý triệt để nước thải của nhà máy. + Giải quyết được vấn đề ô nhiễm nước thải phân xưởng mạ của nhà máy. V.4. Vận hành hệ thống và sự cố trong quá trình hoạt động V.4.1. Vận hành hệ thống Hệ thống trước khi đưa vào hoạt động phải tiến hành chạy thử để qua đó kiểm tra và điều chỉnh lại hoạt động của từng thiết bị riêng lẻ cũng như toàn bộ hệ thống so với các thông số kỹ thuật khi thiết kế. Quá trình kiểm tra và vận hành của hệ thống bao gồm việc xác định lượng nước và đặc trưng của từng dòng thải vào và ra hệ thống xử lý cũng như từng thiết bị. Ví dụ các thông số đầu vào hệ thống xử lý của các dòng thải bao gồm lưu lượng, pH, nồng độ Cr6+, ∑Fe, Ni2+, Cu+, Zn2+. Thông số đầu ra của hệ thống xử lý bao gồm lưu lượng, pH, nồng độ các kim loại còn trong nước thải... Đối với riêng bể lắng thì thông số đầu vào là lưu lượng nước vào, nồng độ căn lơ lửng (SS) vào bể lắng, thông số đầu ra là lưu lượng nước ra, SS của nước khi ra khỏi bể lắng. V.4.2. Sự cố trong quá trình hoạt động: Vì ở đây dây chuyền xây dựng và lắp đặt các thiết bị định lượng hóa chất, việc vận hành nhà máy sẽ ít xảy ra sự cố đáng tiếc nào đối với việc sử dụng hóa chất, tuy nhiên trong quá trình thiết kế và tính toán hệ thống cũng đề phòng đến một số trường hợp sự cố như sau: + Hỏng bơm: nên đã bố trí 2 bơm với cùng một công dụng để có thể khắc phục sự cố nếu xảy ra, đồng thời sử dụng 2 bơm song song để đảm bảo độ bền và tính hiệu quả lâu dài. + Hỏng máy cấp khí, hỏng máy ép bùn hay mất điện thì dừng sản xuất vì cơ sở sản xuất không có phương án dự phòng +Mặt khác, qua quá trình hoạt động hệ thống được quan trắc, thí nghiệm để điều chỉnh hợp lý nhằm đạt được hiệu quả xử lý nước thải cao nhất, đồng thời cũng đưa ra hiệu quả xử lý của hệ thống. Hệ thống hoạt động tốt thì nước thải đầu ra của cơ sở sản xuất được xử lý khá tốt, nước trong và không còn kết tủa khi tiến hành thí nghiệm kiểm tra. Trong quá trình hoạt động có thể xảy ra sự cố ở dây chuyền xử lý nước thải trong khi đó tại phân xưởng mạ vẫn tiếp tục hoạt động.Vì vậy, ở đây ta bố trí xây dựng thêm một hồ chứa nước thải với thể tích bằng 1 ngày hoạt động là 200m3 nếu sự cố xảy ra để chứa nước từ phân xưởng mạ, mục đích chính là chứa nước thải sau xử lý để tái sử dụng cho tưới tiêu, tưới đường, chăn nuôi…. KẾT LUẬN Việc xử lý nước thải của cơ sở mạ điện là cần thiết do nước thải công nghiệp mạ điện có pH dao động trong khoảng rộng và có nồng độ các kim loại ô nhiễm với độc tính cao. Muốn nâng cao hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp mạ điện thì cần phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa ô nhiễm và giảm thiểu tại nguồn tức là tại phân xưởng mạ điện. Trong một loạt các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ thì phương pháp oxy hóa khử và keo tụ là phương pháp phù hợp và khả thi nhất đối với điều kiện hiện nay của cơ sở sản xuất như: kinh phí eo hẹp, không có công nhân trình độ cao để vận hành hệ thống... Ưu điểm của hệ thống xử lý thiết kế theo phương pháp oxy hóa khử và keo tụ chính là: Dễ vận hành, dễ thao tác, tính linh hoạt cao có thể thay đổi công suất phù hợp với tình hình sản xuất của nhà máy ngay cả khi quy mô sản xuất của nhà máy được mở rộng, hiệu suất xử lý cao và xử lý được triệt để chất ô nhiễm trong nước thải, lượng bùn thải sinh ra ít, khả năng tái thu hồi kim loại cao, chi phí xử lý cho 1 m3 nước thải là tương đối, các hóa chất đều dễ kiếm và dễ mua trên thị trường. Hệ thống xử lý theo phương pháp kết tủa có thêm tủ điều khiển tự động, vận hành dễ dàng, chỉ cần 1 kỹ thuật viên với trình độ trung bình là có thể điều khiển hệ thống, hiệu quả xử lý kim loại cao. Tuy nhiên, hệ thống này phát sinh ra nhiều bùn. Bùn này đều là các hydroxyt kim loại, rất độc hại, gặp điều kiện pH thuận lợi (pH = 4-5) thì bùn sẽ lại tan vào nước. Việc xử lý bùn của hệ thống chủ yếu là đem đi chôn lấp mà không tận thu tái sử dụng kim loại còn chứa trong bùn nếu hàm lượng còn cao vì chi phí đầu tư ban đầu khá lớn. Ngoài các giải pháp công nghệ xử lý nước thải thì để giảm thiểu ô nhiễm chất thải mạ một cách hiệu quả và tốn ít chi phí nhất, các cơ sở cần áp dụng các giải pháp quản lý và sản xuất sạch hơn trong sản xuất và cần nhận thức đúng về công tác môi trường cũng như được đầu tư vốn để đổi mới công nghệ thiết bị. Đây là đồ án thiết kế và cũng là lần đầu tiên em tiếp xúc với cách làm đồ án nên không tránh khỏi những bỡ ngỡ, sai sót. Rất mong được sự giúp đỡ của thầy cô để em hoàn thiện hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Một số trang Web (www.Artisanplanting.com.vn, www.vinachem.com.vn) 2. Trần Minh Hoàng Công nghệ mạ điện, NXB KH&KT, 2001. 3. Trần Minh Hoàng Phương pháp thiết kế xưởng mạ điện. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội, 1998 4. Sở khoa học, công nghệ và môi trường Tp Hồ Chí Minh Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm công nghiệp trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp – Tập 8. Xử lý ô nhiễm ngành mạ điện, 1998 5. Đinh Bách Khoa, INEST Bài giảng môn các quá trình sản xuất cơ bản trong công nghệ môi trường, năm học 2007 6. Vũ Văn Mạnh Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp mạ điện chứa Crom, Niken, và lựa chọn quy trình thích hợp áp dụng thực tế tại Công ty khóa Minh Khai Hà Nội; Luận văn thạc sĩ, Hà Nội, 1997 7. Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, NXB KH&KT, 2006. 8. Trần Minh Hoàng - Nguyễn Văn Thanh – Lê Đức Trí Sổ tay mạ điện, NXB KH&KT, 2002. 9. Mạc Cẩm Thảo Khảo sát điều tra hiện trạng môi trường công nghiệp mạ điện trên địa bàn Hà Nội; Đánh giá hiện trạng môi trường và thiết kế hệ thống thông gió – Xử lý khí thải tại phân xưởng mạ Công ty khóa Minh Khai. Luận văn thạc sĩ, Hà Nội, 10. Trần Văn Thắng Mô hình hoá và tối ưu hoá quá trình công nghệ khử Crôm (IV) trong xử lý nước thải công nghiệp mạ điện. Luận án Tiến sỹ, Hà nội, 1996 11. Trịnh Xuân Lai Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, 2008, [240 trang]. 12. PGS.TS Hoàng Văn Huệ - PGS.TS Trần Đức Hạ Thoát nước, Tập II, Xử lý nước thải, NXB KH&KT, Hà Nội, 2002. 13. Trần Hiếu Nhuệ Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB KH&KT, 2001. 14. Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Khoa Hóa - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập I và II, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1978. 15. Trịnh Xuân Lai Tính toán các công trình xử lý và phân phối nước cấp, NXB Xây Dựng, 2008 16. Đặng Xuân Hiển, INEST Bài giảng môn xử lý nước thải, năm học 2008. 17. Thí nghiệm Quá Trình Cơ Bản trong Công Nghệ Môi Trường. 18. Trịnh Xuân Lai Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, NXB Xây dựng, 2004. 19. 20. ạ_điện. 21. 22. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cử, Đinh Văn Huỳnh Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, tập I và II. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 1999. 23. Trần Văn Nhân và các cộng sự Nghiên cứu nước thải mạ điện, Hà Nội, 1995. 24. Một số trang web môi trường khác.