Đồ án Thiết kế một hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thủy sản

nước đã lắng (mg/l) : tốc độ thay đổi bùn hoạt tính trong bể Aeroten Phương trình cân bằng chất nền: Chất nền dòng vào Chất nền đã sử dụng Chất nền dòng ra Sự thay đổi chất nền theo thời gian + = + Trong đó: S0: nồng độ chất nền dòng vào (mg/l) S: nồng độ chất nền dòng ra (mg/l) rsu: tốc độ sử dụng chất nền (mg/m3.ngày) Tính dung tích bể Aeroten: Xét quá trình ổn định: Từ phương trình cân bằng sinh khối cho bể phản ứng suy ra: Ta có là thời gian lưu của bùn trong công trình và gọi là tuổi của bùn. Khi thiết kế hệ thống xử lý sinh học thường thiết kế với thời gian lưu bùn lớn hơn so với thời gian lưu bùn nhỏ nhất và tỉ số Tính thời gian lưu bùn nhỏ nhất: Ta có: Khi thời gian lưu bùn nhỏ nhất thì hệ thống xử lý không đạt hiệu quả tức là S=S0. Trong nhiều trường hợp S0>>KS và coi tốc độ phân hủy đầu vào rất nhỏ Kd=0 Vậy suy ra Khi đã chọn thì có thể tính thể tích bể: Từ phương trình cân bằng chất nền ta có: Suy ra: Thể tích bể: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHUNG CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI: Trong công trình xử lý nước thải có thể phân loại theo công đoạn như sau: Tiền xử lý hay xử lý sơ bộ Xử lý sơ cấp hay xử lý bậc I Xử lý thứ cấp hay xử lý bậc II Khử trùng Xử lý cặn Xử lý bậc III Các công đoạn xử lý nước thải được mô tả ở sơ đồ hình 3.3 Xử lý cấp I Xử lý cấp III Xử lý cấp II Xử lý sơ bộ Cl2 Nước thải vào Dòng ra 6 5 4 3 2 Tạp chất Cát sỏi Bùn hoạt tính Bùn thải 9 8 7 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý và các mức độ xử lý nước thải Song chắn rác 4. Xử lý cấp II 7. Bể lắng bùn Bể lắng cát 5. Bể lắng II 8. Bể tiêu hủy bùn Bể lắng cấp I 6. Bể tiếp xúc Clo 9. Thiết bị tách nước 3.3.1 Tiền xử lý hay xử lý sơ bộ: Công đoạn này có nhiệm vụ khử các vật rắn nổi có kích thước lớn và các tạp chất rắn có thể lắng ra khỏi nước để bảo vệ bơm và các đường ống. Xử lý sơ bộ thường gồm các thiết bị: Song chắn rác Máy nghiền, cắt vụn rác Bể lắng cát, bể vớt dầu mỡ Bể làm thoáng sơ bộ Bể điều hòa chất lượng và lưu lượng 3.3.2 Xử lý sơ cấp hay xử lý bậc I: Chủ yếu là quá trình lắng để loại bỏ bớt cặn lơ lửng. Có nhiều loại bể lắng như bể lắng hai vỏ, hố ga, bể lắng ngang, bể lắng đứng… 3.3.3 Xử lý thứ cấp hay xử lý bậc II: Giai đoạn này gồm các quá trình sinh học (đôi khi có cả quá trình hóa học) có tác dụng khử hầu hết các tạp chất hữu cơ hòa tan có thể phân hủy bằng sinh học. Đó là các quá trình: hoạt hóa bùn, lọc sinh học hay oxy hóa sinh học trong các hồ và phân hủy yếm khí, chuyển các chất hữu cơ dễ phân hủy thành các chất vô cơ; các chất hữu cơ ổn định thì tạo thành bông cặn dễ loại bỏ ra khỏi nước. Các công trình và thiết bị trong công đoạn này thường chia ra các nhóm: - Bể hiếu khí với bùn hoạt tính - Lọc sinh học hoặc qua cánh đồng lọc - Mương oxy hóa - Đĩa quay sinh học - Lắng lần II Trong nhiều trường hợp, công đoạn này chỉ gồm một trong các công trình hoặc thiết bị trên kết hợp với lắng lần II. Người ta có thể dùng các loại hình trang thiết bị kỵ khí đóng vai trò cơ bản cho công đoạn này đó là: bể phân hủy kỵ khí, lên men metan, hồ kỵ khí, hồ tùy tiện, lọc kỵ khí... hoặc kết hợp kỵ khí trước, hiếu khí sau đối với nước thải nhiễm bẩn nặng. Có nhiều trường hợp công đoạn này không phải là các quá trình sinh học mà theo quá trình hóa học hoặc hóa lý: keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion… 3.3.4 Khử trùng: Mục đích của quá trình khử trùng là nhằm đảm bảo nước thải trước khi xả vào nguồn tiếp nhận không còn vi trùng, vi rút gây và truyền bệnh, khử màu, khử mùi và giảm nhu cầu oxy sinh hóa của nguồn tiếp nhận. Công đoạn khử trùng có thể thực hiện sau công đoạn xử lý sơ bộ, nhưng thông thường là sau xử lý thứ cấp. Khử trùng có nhiều phương pháp: dùng clo, ozon, tia cực tím… 3.3.5 Xử lý cặn: Công đoạn này có vai trò làm cho cặn ổn định và loại bớt nước để giảm thể tích, trọng lượng trước khi đưa ra nguồn tiếp nhận hoặc sử dụng. Có nhiều phương pháp xử lý cặn: Cô đặc cặn hay nén cặn Ổn định cặn Sân phơi bùn Làm khô bằng cơ học Đốt cặn trong lò thiêu 3.3.6 Xử lý bậc III: Xử lý bậc III thường được tiến hành tiếp sau công đoạn xử lý thứ cấp nhằm nâng cao chất lượng nước thải đã được xử lý để dùng lại hoặc xả vào nguồn tiếp nhận với yêu cầu vệ sinh cao. Có thể dùng các công trình, thiết bị sau: - Lọc cát, lọc nổi, lọc qua màng để lọc trong nước; lọc qua than hoạt tính để ổn định chất lượng nước - Xử lý hóa chất để ổn định chất lượng nước - Dùng hồ sinh học để xử lý thêm… 3.4 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO MỘT NHÀ MÁY CBTS: 3.4.1. Tham khảo một số quy trình xử lý đã triển khai thực hiện đối với nước thải ngành thủy sản: 1 2 4 9 11 10 7 3 6 5 Khí Clo Hình 3.4 Công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản của công ty Agrex Sài Gòn 9. Bể nén bùn 10. Trạm bơm bùn Sân phơi bùn 5. Bể lắng đợt II 6. Bể tiếp xúc 7. Công trình xả nước thải ra sông Sài Gòn 8. Cấp không khí nén 1. Song chắn rác 2. Bể điều hòa 3. Bể lắng I Bể xử lý sinh học dính bám Nước thải Bể gom Bể điều hòa Bể tuyển nổi Bể UASB Bể Aeroten Bể lắng Máng trộn Nguồn tiếp nhận Clorine Nước hòa khí cao áp Sục khí Sục khí Bể mêtan Bể chứa bùn Bể nén bùn Máy lọc ép băng tải Bùn khô dạng bánh Bùn đặc Nước tách bùn Cặn váng nổi Bùn đã phân hủy Bùn tuần hoàn Bùn Hình 3.5 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản công ty TNHH Hùng Vương Song chắn rác Bể lắng cát Bể thu gom Máy sàng rác Bể điều hòa Bể UASB Bể lọc sinh học Bể lắng Bể tiếp xúc Nguồn tiếp nhận Chlorine Không khí Nước thải Thùng thu rác Sân phơi cát Thùng thu rác Bể thu bùn Bể nén bùn Máy ép bùn Bể thu nước dư Thải bỏ Nước dư Nước tuần hoàn Hình 3.6 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải công ty chế biến thủy sản NATFISHCO Nước thải SCR Bể gom Bể điều hòa Bể lắng I Bể UASB Sông Bể khử trùng Bể phân hủy bùn Bể lắng II Aeroten Chế biến thức ăn gia súc Bùn tuần hoàn Bùn Thải bỏ Sân phơi bùn Bể nén bùn Bể chứa bùn Hình 3.7 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải công ty chế biến thủy sản Việt-Nga Tóm tắt các quy trình tham khảo trên: Có thể tóm tắt các phương pháp xử lý của các quy trình đã tham khảo ở trên như sau: Phương pháp xử lý sinh học: quy trình yếm khí và hiếu khí kết hợp: Xử lý cơ học UASB Aeroten Lắng II Xử lý bùn cặn Bể lọc sinh học Xử lý bùn cặn Lắng II UASB Xử lý cơ học Phương pháp xử lý sinh học: quy trình yếm khí kết hợp bể lọc sinh học: Ưu, nhược điểm của từng quy trình: * Cả hai quy trình trên đều có những ưu điểm như sau: Vận hành tương đối đơn giản Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao Phương pháp kết hợp quá trình yếm khí và hiếu khí được sử dụng rất phổ biến * Tuy nhiên, các quy trình xử lý trên có những nhược điểm như sau: Quy trình yếm khí và hiếu khí kết hợp: Rất nhạy cảm với các chất gây ức chế Thời gian vận hành khởi động dài Trong một số trường hợp cần xử lý thứ cấp để giảm sự sinh mùi Quy trình yếm khí kết hợp bể lọc sinh học: Không phù hợp với nước thải có hàm lượng SS cao Dễ bị bít kín Chiếm nhiều diện tích, thường sử dụng ở vùng nông thôn, thị trấn. Lựa chọn thông số thiết kế: Mục đích của đồ án là thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho một nhà máy chế biến thủy sản với các yêu cầu sau: Giảm nồng độ các tác nhân gây ô nhiễm xuống dưới tiêu chuẩn cho phép Phù hợp với quy hoạch của các nhà máy chế biến thủy sản nói chung Phù hợp với khả năng đầu tư của doanh nghiệp Theo phân tích và tìm hiểu hiện trạng nước thải, dựa vào đặc trưng nước thải của một số cơ sở chế biến thủy sản đã đề cập ở bảng 1.2, chọn các thông số đầu vào để thiết kế hệ thống xử lý như bảng dưới đây: Bảng 3.1 Đặc trưng nước thải vào hệ thống xử lý TT Thông số Giá trị 1 Q(m3/ngày) 150 2 pH 7 – 7,5 3 BOD5(mg/l) 1200 4 COD(mg/l) 1800 5 SS(mg/l) 400 6 Tổng Nitơ(mg/l) 75 7 Tổng Photpho(mg/l) 10 Lựa chọn phương án xử lý: Dựa trên đặc trưng nước thải đã lựa chọn thiết kế, nhận thấy nước thải ở đây có hàm lượng chất hữu cơ cao, tỷ lệ BOD5/COD>0,5, đồng thời nước thải không chứa các chất độc đối với vi sinh vật như các kim loại nặng, các axit hoặc kiềm mạnh…nên rất thích hợp cho xử lý sinh học. Đồng thời, qua tham khảo các quy trình xử lý đã được áp dụng, lựa chọn hệ thống Aeroten để xử lý nước thải chế biến thủy sản của nhà máy. Tuy nhiên, do hàm lượng BOD5, COD, SS trong nước thải khá cao (BOD5 = 1200, COD = 1800, SS = 400) nên trước khi đi vào hệ thống Aeroten, cần kết hợp các biện pháp xử lý khác để giảm hàm lượng các chất ô nhiễm, để phù hợp với điều kiện làm việc của bể Aeroten và giảm tải trọng cho bể Aeroten. Phương pháp tuyển nổi có khả năng khử được một lượng lớn các chất rắn lơ lửng, do đó có thể xử lý nước thải bằng phương pháp này trước khi vào hệ thống Aeroten. Trên cơ sở đó, đề xuất một công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản như sau: Nước thải Song chắn rác Bể điều hòa kết hợp lắng sơ cấp Bể tuyển nổi Nước tuần hoàn Đổ bỏ Máy ép bùn băng tải Bể nén bùn Nguồn tiếp nhận Bể khử trùng Bể lắng đợt II Bể Aeroten Bùn tuần hoàn Chú thích: Nước thải Bùn Nước tuần hoàn Hình 3.8 Dây chuyền công nghệ hệ thống xử lý nước thải thủy sản Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Nước thải từ các công đoạn trong nhà máy được thu gom vào hệ thống cống dẫn và đi vào trạm xử lý. Từ cống nước thải qua song chắn rác thô để loại bỏ các rác có kích thước lớn, rồi sau đó đổ bể điều hòa kết hợp lắng sơ cấp, tại bể điều hòa, dòng nước thải được ổn định lưu lượng và nồng độ các chất bẩn tạo điều kiện vận hành tốt và giúp giảm thể tích cho các công trình xử lý nước thải phía sau, đồng thời tại bể điều hòa kết hợp lắng sơ cấp sẽ lắng được một phần chất rắn lơ lửng trong nước thải. Hàm lượng chất lơ lửng trong thành phần nước thải thủy sản khá cao, tiếp đó nước thải được bơm lên bể tuyển nổi và thực hiện quá trình tuyển nổi áp lực, các chất màu, máu, mỡ từ bể tuyển nổi được đưa đi xử lý ở các thiết bị xử lý bùn cặn. Sau khi ra khỏi bể tuyển nổi, BOD5, COD, SS trong nước thải giảm một lượng đáng kể và được đi qua bể Aeroten để tiếp tục phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải. Tại đây nước thải được trộn đều với bùn hoạt tính nhờ oxy không khí mà máy thổi khí cung cấp. Nước thải ở đầu ra của bể Aeroten có lẫn bùn hoạt tính được dẫn vào bể lắng để tách bùn. Một phần bùn dư từ đáy của bể lắng được bơm tuần hoàn hồi lưu trở lại bể Aeroten để đảm bảo hiệu quả xử lý, lượng bùn dư thừa được bơm bùn dẫn đến bể nén bùn. Nước trong sẽ chảy tràn qua bể tiếp xúc khử trùng và được hòa trộn chung với dung dịch chlorine nhằm diệt các vi khuẩn. Nước thải sau xử lý đạt TCVN 5945 - 2005 và được xả ra nguồn tiếp nhận gần đó. Bùn được đưa vào bể nén bùn được xử lý nhằm giảm ẩm ở bể, tách nước bằng máy ép bùn băng tải. Bùn sau khi tách nước được đem đi thải bỏ. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ: Để thiết kế hệ thống XLNT, sử dụng các số liệu lựa chọn, hoạt động sản xuất của công ty hàng ngày thải ra lượng nước thải là 150m3, lưu lượng nước thải không đều nhau theo từng giờ trong ngày và thường giao động so với lưu lượng trung bình giờ. Chọn hệ số không điều hoà K = 1,5 [1], khi đó tính được: Lưu lượng giờ trung bình: Qtb : 6,25m3/h = 0,0017m3/s Lưu lượng cực đại Qmax : 9,375m3/h = 0,0026m3/s Lưu lượng cực tiểu Qmin: 4.17m3/h = 0,0016m3/s Một số thông số đầu vào và yêu cầu đầu ra cho toàn hệ thống cho trong bảng sau Bảng 4.1 Các thông số đầu vào và đầu ra Thông số Đầu vào Đầu ra (TCVN 5945-2005 B) Thời gian thải (giờ) 24 - Lưu lượng (m3/ngày) 150 - pH 7,1 – 7,3 5,5 – 9 BOD5 (mg/l) 1200 50 COD (mg/l) 1800 100 TSS (mg/l) 400 100 Tổng nitơ (mg/l) 75 30 Tổng phốt pho (mg/l) 10 6 4.2 TÍNH SONG CHẮN RÁC: Hình 4.1 Song chắn rác ho h1 hs h1 α L1 L1 Ls Bs Bm Song chắn rác là công trình xử lý sơ bộ để chuẩn bị điều kiện cho xử lý nước thải sau đó. Song chắn rác được thiết kế nhằm ngăn những vật liệu lớn như vỏ hộp, rác, đá, vật thải khác đi vào hệ thống làm tắc bơm, đường ống… gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống XLNT. Song chắn rác được làm bằng kim loại , đặt ở cửa vào kênh dẫn. Với lưu lượng nước thải 150m3/ngày đêm, lưu lượng nước thải không lớn nên chọn song chắn rác với tách rác bằng thủ công. Nguyên tắc cấu tạo song chắn rác chỉ ra ở hình 4.1. Các thông số lựa chọn tính toán cho song chắn rác chỉ ra ở bảng 4.2 Bảng 4.2 Các thông số tính toán cho song chắn rác [7] Thông số Làm sạch thủ công Kích thước song chắn rác: Chiều rộng thanh chắn b (mm) Chiều dày thanh chắn s (mm) 5 – 15 26 – 28 Khe hở giữa các song chắn (mm) 16 – 50 Độ dốc theo phương thẳng đứng α (độ) 30 – 45 Tốc độ dòng chảy trong mương đặt song chắn vs (m/s) 0,3 – 0,6 Tổn thất áp lực cho phép Δp (mm) 150 Trên cơ sở số liệu bảng trên, chọn các thông số sau: Vân tốc nước trong mương là vs = 0,4 (m/s) Độ dốc theo phương đứng của song chắn rác là 30o, hay độ dốc theo phương ngang là α = 60o Chọn loại thanh thông dụng nhất là thanh có tiết diện hỗn hợp: cạnh vuôn góc ở phía sau và canh tròn ở phía trước hướng đối diện với dòng chảy Chiều rộng của thanh chắn rác là s = 5(mm) à d = 25 (mm) Khoảng cách giữa các thanh chắn b = 16 (mm) Chiều rộng mương đặt song chắn rác chọn Bs = 350 (mm) 4.2.1 Tính toán các kích thước song chắn rác: Giả sử song chắn rác có n thanh, vậy số khe hở là m = n + 1 Mối quan hệ giữa chiều rộng mương, chiều rộng thanh va khe hở như sau: Bs = n x s + (n +1) x b Với: Bs : là chiều rộng mương đặt song chắn rác, Bs = 350mm N: số thanh chắn rác s: chiều rộng thanh chắn rác, s = 5mm b: khoảng cách giữa các thanh, b = 16mm Phương trình trên trở thành: 350 = n x 5 + (n+1) x 16 ó n = 15,9 n là số thanh chắn rác theo lý thuyết, khi tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy do ứ đọng rác thì số thanh được xác định như sau: nt = k.n (k: hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy k = 1,05 [4]) nt = 1,05x15,9 = 16,695 Chọn n = 17 thanh, có thể điều chỉnh kích thước khe hở giữa các thanh lại như sau: 350 = 5 x 17 + (17 + 1) x b => b = 15mm 4.2.2 Tính mương đặt song chắn rác: Chiều cao lớp nước trong mương đặt song chắn rác [6]: Trong đó: Qmax : lưu lượng nước thải cực đại trong 1 giờ vs: Tốc độ nước trong mương, vs = 0,4 m/s Bs: Chiều rộng mương đặt song chắn rác Bs = 0,35m Chọn: Chiều rộng đường dẫn nước thải đến song chắn rác Bm = 200mm Góc thu trước khi vào song chắn rác φ = 30o Chiều dài phần mương lắp đặt song chắn rác chọn Ls = 1m [2] Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác [6]: Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác [6]: 4.2.3 Lượng rác giữ lại ở song chắn rác: Sau khi qua song chắn rác SS giảm 4% Lượng SS đi vào song chắn rác: ngày .SS = 150(m3/ngày).400(mg/l) = 150(m3/ngày).400.10-3(kg/m3) = 60 (kg/ngày) Lượng rác được giữ lại ở song chắn rác: Wr = 4%W = 0,04.60 = 2,4 (kg/ngày) 4.2.4 Tổn thất áp lực qua song chắn rác [5]: Trong đó: v: vận tốc dòng thải trước song chắn, chọn v = 0,6m/s [5] p: Hệ số tính toán đến trở lực do song chắn bị bít kín bởi dòng thải, chọn p=3[5] ξ: trở lực cục bộ của song chắn, phụ thuộc tiết diện của thanh đan [5]: Với: β là hệ số hình dạng, β = 1,83 α là góc nghiêng song chắn so với mặt phẳng ngang α = 60o => β = Vậy hp = Trở lực qua song nhỏ, không ảnh hưởng nhiều đến dòng chảy Tổng kết tính toán song chắn rác: Bảng 4.3 Kết quả tính toán song chắn rác Mương đặt song chắn Song chắn Thông số Kích thước Thông số Kích thước L1 0,13m s 5mm L2 0,075m d 25mm Ls 1m b 16mm Bs 0,35m N 17song Bm 0,2m α 60o BỂ ĐIỀU HÒA KẾT HỢP VỚI BỂ LẮNG: Tính bể điều hòa: Điều hòa lưu lượng dùng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý. Trong thực tế khi nhà máy hoạt động nước thải sẽ sinh ra với lưu lượng không, thiết kế bể này sẽ tránh được tình trạng hệ thống xử lý làm việc quá tải so với công suất thiết kế. Tính toán bể điều hòa: Do nước thải có sự dao động về lưu lượng và chất lượng nên chọn thời gian lưu nước = 3h Thể tích cần thiết của bể: Vđiều hòa Tính bể lắng: Các thông số tính toán bể lắng đợt 1 dựa trên số liệu của các nhà khoa học đưa ra từ thực nghiệm [1] Bảng 4.4 Các thông số tính toán bể lắng đợt 1 Tên thông số Đơn vị đo Giá trị các thông số Khoảng dao động Giá trị tiêu biểu Thời gian lưu nước h 1,5 – 2,5 2 Tải trọng bề mặt Giờ trung bình Giờ cao điểm m3/m2.ngày 31 – 50 81 – 122 40 89 Chọn thời gian lưu trong bể lắng đợt 1 là = 2h Thể tích bể: Vlắng = Q.= (m3) Nhận thấy Vđiều hòa>Vlắng, vậy ta thiết kế một bể kết hợp điều hòa và lắng với thể tích V=Vđiều hòa = 25(m3) Bể điều hòa thường được thiết kế với chiều sâu từ 1,5 – 2m [5]. Chọn H1 = 1,5m Thiết diện bề mặt bể: (m2) Chọn L x W = 4,5 x 3(m) Chiều cao vùng lắng cặn chọn H2 = 0,5[2] Chiều cao bảo vệ chọn H3 = 0,5 Chiều cao bể H = 2,5m Vậy kích thước bể là L x W x H = 4,5 x 3 x 2,5 Thời gian lưu nước trong bể: (ngày) = 4,32(h) Kiểm tra vận tốc nước trong vùng lắng: Vận tốc nước chảy trong vùng lắng: Vận tốc giới hạn trong vùng lắng: Trong đó: k: hệ số phụ thuộc vào tính chất cặn, lấy k = 0,05 [1] : tỷ trọng của hạt, chọn = 1,25.103kg/m3 [1] g: gia tốc trọng trường g = 9,8m/s2 d: đường kính tương đương của hạt, thường chọn d = 10-4m f: hệ số ma sát phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của hạt và chỉ số Reynold của hạt khi lắng, chọn f = 0,025 [1] Vậy (m/s) Vậy vận tốc nước chảy trong vùng lắng nhỏ hơn vận tốc giới hạn trong vùng lắng. Hiệu quả khử BOD5 và SS [1]: Trong đó: R: hiệu quả khử BOD5 hoặc SS (%) : thời gian lưu nước (h) a, b: các hằng số thực nghiệm chọn theo bảng 4.5 Bảng 4.5 Giá trị của các hằng số thực nghiệm a, b [1] Chỉ tiêu a b Khử BOD5 Khử cặn lơ lửng 0,018 0,0075 0,020 0,014 Vậy hiệu quả khử BOD5: (%) Hiệu quả khử SS: (%) Để an toàn khi thiết kế các công trình xử lý phía sau, chọn hiệu quả khử BOD5 và SS của bể điều hòa kết hợp lắng sơ cấp là RBOD5 = 30%, RSS = 50%. 4.4 BỂ TUYỂN NỔI: Hàm lượng chất lơ lửng trong thành phần nước thải thủy sản khá cao, quá trình tuyển nổi làm cho các hạt lơ lửng, các chất dễ nổi như mỡ, dính kết với các bọt khí và nổi lên trên bề mặt, nhờ đó tách được các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Thông số đầu vào bể tuyển nổi: Thông số đầu vào bể tuyển nổi: Giả sử sau khi qua song chắn rác và bể điều hòa SS giảm 50%, BOD5 giảm 30%, COD giảm 20%, Nitơ tổng giảm 10% vậy ta có các thông số đầu vào bể tuyển nổi như sau: Bảng 4.6 Các thông số đầu vào bể tuyển nổi Chỉ tiêu BOD5 COD SS N P Hàm lượng (mg/l) 840 1440 200 67,5 10 Điều kiện tốt nhất để tách các hạt (mỡ cá, máu, thịt cá) trong quá trình tuyển nổi là khi tỉ số giữa lượng pha khí & rắn A/S = 0,01 ÷ 0,1 [6], chọn A/S = 0,05 Với : tỷ số giữa lượng không khí và lượng hạt rắn, ml không khí/mg chất rắn [6] => Trong đó: b: độ hòa tan của không khí trong nước ở áp suất khí quyển và phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải. Ở nhiệt độ 20oC => b = 18,73 ml/l [6] f: Độ bão hòa của không khí trong nước thường bằng 0,5 ÷ 0,8[6]. Chọn f = 0,5 mg/l P: áp suất tuyệt đối tại đó nước được bão hòa, at 1,3: trọng lượng tính theo mg của một ml không khí 1: hằng số tính đến hệ thống làm việc ở điều kiện khí quyển Sa: nồng độ chất thải rắn trong nước thải Sa = 200mg/l Áp suất yêu cầu của máy nén khí được tính theo công thức: 0,05 P = 2,82(atm) Chọn các thông số của bể tuyển nổi: Tải trọng bề mặt là 48 m3/m2ngày Hiệu quả khử cặn lơ lửng 70% Hiệu quả khử dầu mỡ đạt 85% 4.4.1 Kích thước bể tuyển nổi: Chọn bể tuyển nổi hình tròn. Diện tích bề mặt tuyển nổi được tính: Đường kính bể tuyển nổi: Chọn D = 2(m) Thể tích yêu cầu của bể tuyển nổi: Trong đó: : thời gian tuyển nổi, =15 – 60 phút [6]chọn = 30ph = 0,5h Chiều cao phần tuyển nổi: Chọn hn = 1,2m Chiều cao tổng cộng bể tuyển nổi là: H = hn + hl + hbv Trong đó: hl: chiều cao phần lắng, chọn hl = 0,8 (m) hbv: chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,50 (m) H = 1,2 + 0,8 + 0 5 = 2,5 (m) 4.4.2 Lượng khí cung cấp: Từ = 0,05 => Trong đó: A: lưu lượng khí cần cấp Q: lưu lượng nước thải Sa: hàm lượng ăn lơ lửng 4.4.3 Công suất của máy nén khí: Công suất của máy nén khí: Pc = k . Pm Trong đó: k: hệ số dự trữ, chọn k = 1,2 Pm: năng lượng cần thiết của máy nén khí Tính Pm [3]: (W) Trong đó: m: chỉ số đa biến, m = 1,2 – 1,62. Chọn m = 1,5 R: Hằng số khí, R = T1: Nhiệt độ ban đầu của dòng khí, T1 = 20 + 273 = 293oK P1: Áp suất ban đầu của dòng khí P1 = 1atm P2: Áp suất tuyệt đối ra, P2 = 2,82 atm F: Lưu lượng khối lượng của dòng khí (kg/s) F = ρ.Q : Khối lượng riêng của không khí tại 20oC, ρ = 1,205 (kg/m3) E: Hiệu suất của máy, chọn E = 0,7 Vậy công suất động cơ của máy nén khí: Pc = 1,3.0,31 = 0,403 (kW) Chọn máy nén khí có công suất P = 0,5kW 4.4.4 Thiết kế bình áp lực: Bình áp lực được chế tạo bằng thân hình trụ hàn chịu áp suất, kích thước bình áp lực được tính toán như sau: Chọn thời gian lưu nước ở cột áp lực là = 3 phút Thể tích cột áp lực: V = Q .= Chọn chiều cao cột áp lực H = 1,2m. Đường kính cột áp lực: Sau khi tuyển nổi, hiệu quả khử cặn lơ lửng 70%, khử dầu mỡ 85%, hàm lượng COD qua song chắn rác và bể tuyển nổi giảm 40%, BOD5 giảm 30%. Vậy hàm lượng COD sau tuyển nổi: 1440.(1 – 0,4) = 864 (mg/l) Hàm lượng BOD5 sau tuyển nổi: 840(1 – 0,3) = 588 (mg/l) Hàm lượng SS sau tuyển nổi: 200.(1 – 0,7) = 60 (mg/l) Hàm lượng dầu mỡ sau tuyển nổi: 45.(1 – 0,85) = 6,25 (mg/l) Lượng chất lơ lửng và dầu mỡ thu được mỗi ngày: M = (200.0,7 + 45.0,85).10-3.150 = 26,74(kg/ngày) Giả sử hỗn hợp váng và cặn lắng có hàm lượng chất rắn là 65% Tổng lượng bùn cần xử lý mỗi ngày: Mb = Mhh.0,65 = 26,74.0,65 = 17,4 (kg/ngày) Dung tích bùn tươi cần xử lý: V = Với : khối lượng riêng của bùn tươi, = 1,02kg/l Vậy V = Trong đó: : khối lượng riêng của bùn tươi P: nồng độ phần trăm của cặn khô trong hỗn hợp P = 5%[1] (m3/ngày) Bảng 4.7 Kết quả tính toán bể tuyển nổi Kích thước bể Bình áp lực Đường kính 2 Đường kính 0,6 Chiều cao 2,5 Chiều cao 1,2 4.5 BỂ AEROTEN: Sau khi qua bể tuyển nổi, BOD5 đầu vào bể Aeroten là: BOD5 = 840 x (1-0,3) = 588 (mg/l) Hiệu quả làm sạch chất bẩn trong bể Aeroten [2]: Trong đó: S0: BOD5 đầu vào, S0 = 168mg/l S : BOD5 đầu ra, S = 40g/l Vậy Thể tích bể Aeroten [2]: Trong đó: Q: lưu lượng nước thải cần xử lý, Q = 150m3/ngày Y: hệ số sử dụng chất nền cực đại,chọn Y = 0,4mg/mg c: thời gian lưu của bùn hoạt tính, chọn c = 10 ngày X: hàm lượng bùn hoạt tính trong bể, với S0 = 588 mg/l chọn X = 2800mg/l Kd: hệ số phân hủy nội bào, chọn Kd = 0,06 l/ngày (Các hệ số động học chọn theo bảng 15-1 tài liệu [1]) 4.5.2 Kích thước bể: Bảng 4.8 Các kích thước điển hình của bể Aeroten xáo trộn hoàn toàn: Thông số Giá trị Chiều cao hữu ích, m Chiều cao bảo vệ, m khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí, m Tỉ số rộng : sâu (W : H) 3,0 - 4,6 0,3 - 0,6 0,45 - 0,75 1,1:1 - 2,2:1 Chiều cao của bể, chọn H = 3,5m Diện tích mặt bằng của bể Chọn chiều dài và chiều rộng bể: L x W = 6 x 3,5(m) Chiều cao bảo vệ chọn Hbv = 0,3m Kích thước bể: L x W x H = 6 x 3,5 x 3,8 Thể tích làm việc của bể V = L x W x H = 6 x 3,5 x 3,8 = 73,5m3 4.5.3 Thời gian lưu nước trong bể: (ngày) = 10,76 (h) 4.5.4 Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5: Tốc độ tăng trưởng của bùn [2]: Lượng bùn sinh ra trong một ngày: (g/ngày) =20,55 (kg/ngày) Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn (z = 0,2) (kg/ngày) Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi: Pxả Pxả =(kg/ngày) 4.5.5 Lưu lượng xả Qw: Q + Qr S, X Qe , Xe , S Q , S0, X0 Bể lắng II Bể Aeroten Qr , Xr ,S Qw, Xr Từ công thức tính tuổi của bùn: Lưu lượng xả: Trong đó: Xe: nồng độ bùn hoạt tính ra khỏi bể lắng Xe = SSra = 30 mg/l Qe: lượng nước thải đã xử lý đi ra khỏi bể lắng Qe = Q = 150 m3/ngày Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong dung dịch tuần hoàn (mg/l) + Tính Xr: Phương trình cân bằng sinh khối của dòng vào và ra khỏi bể: Qr.Xr = (Q + Qr).X = : tỉ lệ tuần hoàn, chọn α = 0,55 (m3/ngày) Lượng bùn xả hàng ngày: Pxả = Qw.Xr = 2,04 x 7890 = 16080 (g/ngày)16,1 (kg/ngày) 4.5.6 Thời gian tích lũy cặn: (tuần hoàn lại toàn bộ lượng bùn để đạt nồng độ X = 2000mg/l) (ngày) 4.5.7 Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aeroten: Tỉ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính: (mg BOD5/mg bùn.ngày) Tốc độ sử dụngchất nền của 1 gam bùn hoạt tính trong một đơn vị thời gian [2]: (g BOD5/g bùn.ngày) Tải trọng thể tích: (kg BOD5/m3.ngày) 4.5.8 Lượng không khí cần thiết: Theo lý thuyết, lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng oxy cần để làm sạch BOD5, oxy hóa NH4+ thành NO3- , khử NO3- [1]. (kg O2/ngày) Trong đó: OC0: lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 200C f: hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD, f = 0,45 – 0,68, chọn f = 0,68 Px: phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư, Px = 21,2 kg/ngày 1,42: hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD N0: tổng hàm lượng Nitơ đầu vào, giả sử qua bể tuyển nổi giảm được 10% Nitơ, khi đó N0 = 60 g/m3 N: tổng hàm lượng Nitơ đầu ra theo tiêu chuẩn, để an toàn chọn N = 20g/m3, 4,57: hệ số sử dụng oxy khi oxy hóa NH4+ thành NO3- (kg O2/ngày) Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:[1] Trong đó: β: hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, thường lấy β = 1 Csh: nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ T0C và độ cao so với mặt nước biển tại nhà máy xử lý. Nhà máy thiết kế ở nhiệt độ 200C, Csh=9,08mg/l Cs20: nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 200C, Cs20 = 9,08mg/l Cd: nồng độ oxy cần duy trì trong công trình Cd = 1,5-2, chọn Cd = 2mg/l α: hệ số điều chỉnh lưu lượng oxy ngấm vào nước thải, α = 0,6-0,94, chọn α=0,8 (kg O2/ngày) Suy ra lượng không khí cần thiết: Trong đó: : hàm lượng oxy trong không khí (phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm), ở 250C và độ ẩm 85% thì = 0,232 kg/kg không khí : khối lượng riêng của không khí, ở 250C, độ ẩm 85% thì = 1,29 kg/m3 (m3 kk/ngày) Hiệu suất hòa tan oxy vào nước của đĩa khi độ sâu mực nước là 3,5m là 10%, lấy hệ số an toàn f = 1,5, suy ra lượng không khí cần thiết để chọn máy nén khí: (m3/ngày) = 396(m3/h) Lượng không khí cần cấp cho 1m3 nước: (m3 kk/m3 nước) 4.5..9 Tính toán hệ thống cấp khí: Bố trí hệ thống cấp khí có bọt khí kích thước mịn. Dàn ống gồm 1 ống chính, các ống nhánh vuông góc với ống chính, số lượng ống nhánh là 12 ống. Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng đĩa, lưu lượng khí đi qua đĩa là 5m3/h Số lượng đĩa khuếch tán khí: (đĩa) Số lượng đĩa khuếch tán trên mỗi ống nhánh: Lấy n = 7 đĩa Tổng số lượng đĩa cần thiết: N = 7.12 = 84(đĩa) Khoảng cách giữa 2 ống nhánh: 0,5m Khoảng cách giữa 2 đĩa trên cùng một ống nhánh: 0,5m Lưu lượng không khí cần cấp vào bể: Qkk = qd.n = 5.84 = 420(m3/h) Tốc độ chuyển động của dòng khí trong ống dẫn và qua hệ thống phân phối khí là 8-15m/s. Chọn vận tốc khí trong ống chính là 10m/s. Vậy đường kính ống chính là: Chọn đường kính ống chính là 120mm, kiểm tra tốc độ dòng khí trong ống: Chọn số lượng ống nhánh là 12 ống, vận tốc khí trong ống nhánh là 10m/s, suy ra đường kính ống nhánh: Chọn đường kính ống nhánh là 40mm, kiểm tra tốc độ dòng khí trong ống: Vậy: Số lượng ống nhánh trong bể: 12 Tổng số đĩa phân phối khí: N = 84 đĩa Khoảng cách giữa 2 ống nhánh: 0,5m Khoảng cách giữa 2 đĩa trên cùng một ống nhánh: 0,5m. Tính máy nén khí: Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn khí [3]: Trong đó: : hệ số ma sát L : chiều dài ống L = 10m : khối lượng riêng không khí tại 200C = 1,205 (kg/m3) d : đường kính ống dẫn khí d = 0,12m : tốc độ dòng khí 11m/s Công suất máy nén khí [3]: Pc = k.Pm Trong đó: k: hệ số dự trữ, chọn k = 1,2 Pm: năng lượng cần thiết của máy nén khí Tính Pm: Trong đó: m: chỉ số đa biến, m = 1,2 – 1,62, chọn m = 1,5 R: hằng số khí T1: nhiệt độ ban đầu của dòng khí T1 = 20 + 273 = 2930K P1: áp suất ban đầu của dòng khí, P1 = 1atm P2: áp suất tuyệt đối ra P2 = P1 + H + Hbv + (hd + hc) + hf Trong đó: H: độ ngập sâu của hệ thống phân phối khí chiều sâu bể H = 3,5 hbv: chiều sâu bảo vệ của bể hbv = 0,3 hf: tổn thất qua thiết bị phân phối, chọn hf = 0,6m hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài đường ống dẫn hc: tổn thất cục bộ tổng hd + hc thường không vượt quá 0,4m Vậy P2 = 3,5 + 0,5 + 0,4 + 0,6 = 5(m) (atm) F: lưu lượng khối lượng của dòng khí (kg/s) F = .Q = 1,205.0,14 (kg/s) E: hiệu suất của máy, chọn E = 0,8 Vậy công suất động cơ máy nén: Pc = 1,2.Pm = 1,2.6,38 = 7,66(kW) Chọn máy nén khí có công suất 8 kW Bảng 4.9 Kết quả tính toán bể Aeroten Kích thước bể Ống phân phối khí Đĩa phân phối khí Chiều dài L (m) 6 Loại ống Số lượng Đường kính (mm) Khoảng cách giữa các ống (mm) Số đĩa/ống nhánh 7 Chiều rộng W (m) 3,5 Ống chính 1 120 500 Khoảng cách giữa các đĩa (mm) 500 Chiều cao H (m) 3,8 Ống nhánh 12 40 4.6 BỂ LẮNG II: Bể lắng đợt II có nhiệm vụ lắng trong nước ở phần trên để xả ra nguồn tiếp nhận và cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể để bơm tuần hoàn lại bể Aeroten. Thiết kế bể tròn, phân phối nước vào theo ống trung tâm đứng ở tâm bể và thu nước ra bằng máng thu đặt vòng quanh chu vi bể. Trong bể có thiết bị gạt cặn quay quanh trục đặt ở trung tâm bể để gạt cặn lắng ở đáy bể về hố thu cặn và cặn từ hố thu được xả bằng bơm hút bùn đưa ra ngoài. 4.6.1 Kích thước bể: - Diện tích mặt bằng của bể lắng [1]: (m2) Trong đó: Q: lưu lượng đầu vào, Q = 150 m3/ngày a: hệ số tuần hoàn, a = 0,55 Ct: nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn, Ct = 7890 g/m3 C0: nồng độ bùn hoạt tính từ bể Aeroten sang bể lắng II VL: vận tốc nước đi xuống do dòng tuần hoàn tạo ra (m/h) VL được xác định bằng thực nghiệm của Lee 1982 và Wilson 1996 [1] VL = Với: Vmax = 7 (m/h) K = 600 CL = VL =7.e= 0,66 (m/h) (m2) Nếu kể cả diện tích buồng phân phối trung tâm: Sbể = 1,1.5,24 = 5,764(m2) Đường kính bể lắng: Lấy D = 3m Diện tích mặt bằng bể lắng: Đường kính buồng phân phối trung tâm: d = 0,25D = 0,25.3 = 0,75 (m) [1] Diện tích buồng phân phối trung tâm: Diện tích vùng lắng của bể: SL = 7,07 – 0,44 = 6,63 (m2) Tải trọng thuỷ lực: (m3/m2.ngày) Tải trọng bùn [1]: b = b = Chiều cao bể: Chọn chiều cao của bể H = 3m Trong đó: Chiều cao dự trữ trên mặt thoáng h1 = 0,3 m Chiều cao cột nước trong bể 2,7 m Gồm: + Chiều cao phần nước trong h2 = 1,5 m + Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 2% về tâm h3 = 0,02.1,5 = 0,03 (m) + Chiều cao chứa bùn phần hình trụ h4 = H – (h1 + h2 + h3) = 3 – (0,3 + 1,5 + 0,03) = 1,17 (m) Thể tích làm việc của bể: V = H.S = 2,7.7,07 = 19,09(m3) Thời gian lắng: (ngày) = 2 (h) Trong đó: Thời gian lưu nước: (ngày) = 1,6 (h) Thời gian cô đặc cặn: (ngày) = 2,63 (h) 4.6.2 Tính toán máng tràn: Máng thu nước đặt ở vòng tròn quanh bể có đường kính bằng 0,8 đường kính bể Dm = 0,8.D = 0,8 x 3 = 2,4 (m) Chu vi máng thu nước: Pm = Dm. = 2,4.=7,54 (m) Tải trọng thu nước trên một mét dài của máng: (m3/m.ngày) < 125 (m3/m.ngày) Chọn tấm xé khe hình chữ V với góc ở đáy 900, chiều cao chữ V là 40mm, chiều rộng chữ V là 80mm, số khe trên 1m dài của máng là 5 khe, chiều cao tổng cộng của máng răng cưa là 180mm. Lưu lượng nước qua mỗi khe hình chữ V: =(m3/ngày) = 4,6.10-5 (m3/s) Tổng hợp các thông số thiết kế cơ bản Bảng 4.10 Kết quả tính toán bể lắng II TT Nội dung Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Diện tích mặt bằng của bể S m2 7,07 2 Dung tích bể lắng V m3 18,3 3 Chiều cao của bể H m 3 4 Đường kính của bể D m 3 5 Đường kính buồng phân phối trung tâm d m 0,75 6 Đường kính máng thu nước Dmáng m 2,4 7 Tải trọng thuỷ lực a m3/m2ngày 22,6 4.7 BỂ KHỬ TRÙNG: Khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải. Hóa chất khử trùng là clorua vôi (CaOCl2) hay chính là hypoclorit canxi (Ca(ClO)2.2H2O). Lượng Clo hoạt tính Ya = Trong đó: Ya: lượng clo hoạt tính cần để khử trùng nước thải, kg/h a: liều lượng Clo hoạt tính, a = 5 g/m3 Q: lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/h Ya = Lượng Clo tiêu thụ hàng ngày: Yngày = 24 .Ya Yngày = 24.0,03125 = 0,75(kg/ngày) Lượng Clo được phép dự trữ tối đa cho 1 tháng: Ym = Yngày . 30 = 0,75.30 = 22,5 (kg) * Tính bể tiếp xúc Thời gian lưu nước trong bể = 30 phút Dung tích làm việc của bể: V = Q.= .0,5 = 3,125 (m3) Chọn chiều cao bể H = Hlv + Hbv = 1,5m Trong đó: Hlv: chiều cao làm việc của bể Hlv = 1,2m Hbv: chiều cao bảo vệ Hlv = 0,3 Diện tích thiết diện bể khử trùng Vậy chọn kích thước bể L x W x H = 3 x 1 x 1,5(m) Tổng hợp các thông số thiết kế cơ bản: Bảng 4.11 Kết quả tính toán bể khử trùng TT Nội dung Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Dung tích công tác V m3 3,6 2 Thời gian nước lưu vùng tiếp xúc khử trùng giờ 0,5 3 Diện tích mặt thoáng F m2 3 4 Chiều cao H m 1,5 XỬ LÝ BÙN CẶN: Bùn cặn trong các nhà máy xử lý là hỗn hợp của nước và cặn lắng có chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân hủy, dễ bị thối rữa và có các vi khuẩn có thể gây độc hại cho môi trường vì thế cần có các biện pháp xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Mục đích của quá trình xử lý bùn cặn là: Giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách một phần hay phần lớn lượng nước có trong hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước công trình xử lý và giảm thể tích cặn phải vận chuyển tới nơi tiếp nhận. Phân hủy các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các chất hữu cơ ổn định và các chất hữu cơ để dễ dàng tách nước và không gây tác động xấu đến môi trường nơi tiếp nhận. Xác định khối lượng và lưu lượng cặn đưa vào bể: Cặn sau bể lắng đợt I: Qua bể lắng đợt I lắng được 50% cặn lơ lửng. Lượng cặn lắng ở bể lắng I là G1 = Q.0,5.SS Trong đó: Q: lưu lượng nước thải cần xử lý SS: hàm lượng cặn lơ lửng, SS = 400mg/l G1 = 150.0,5.400.10-3 = 30(kg/ngày) Thể tích cặn lắng ở bể lắng I Trong đó: : tỷ trọng hỗn hợp cặn lắng, = 1,02(T/m3) P: nồng độ phần trăm của cặn khô trong hỗn hợp P = 0,05 (m3/ngày) Cặn sau bể tuyển nổi: G2 = 17,4kg/ngày V2 = 0,34m3/ngày Cặn sau bể lắng II: G3 = 13,14 kg/ngày V3 = 2,01m3/ngày Khối lượng cặn đưa vào bể nén bùn: G = G1 + G2 + G3 = 30 + 17,4 + 13,14 = 60,54(kg/ngày) Lưu lượng cặn đưa vào bể nén bùn: V = V1 + V2 + V3 = 0,59 + 0,34 + 2,01 =2,94 (m3) 4.8.2 Bể nén bùn trọng lực: Bể cô đặc cặn trọng lực làm việc như bể lắng đứng hình tròn. Dung dịch cặn loãng đi vào buồng phân phối đặt ở tâm bể, cặn lắng xuống và được lấy ra từ đáy bể, nước được thu bằng máng vòng quanh chu vi bể đưa trở lại khu xử lý. Trong bể đặt máy gạt cặn để gạt cặn quanh bể về hố thu trung tâm, để tạo ra các khe hở cho nước chuyển động lên trên, bề mặt trên tay đòn của máy gạt cặn gồm các thanh dọc, khi máy gạt cặn chuyển động quanh trục, hệ thanh dọc này khuấy nhẹ khối cặn, nước trào lên trên làm cho cặn đặc lại. Khối lượng cặn đưa vào bể mỗi ngày: G = 60,54 kg/ngày Tải trọng bùn trên 1m2 diện tích bể cô đặc trọng lực được chọn theo bảng 14.1 tài liệu [1], chọn a = 20kg/m2.ngày Diện tích bề mặt của bể nén bùn: Đường kính bể: Chọn D = 2m Khi đó diện tích bề mặt bể: Chọn chiều cao bể: H = H1+(H2+Hc)+Hbv = 3,5m Trong đó: H1: chiều cao buồng phân phối trung tâm (có đường kính bằng 20% đường kính bể) H1 = 1m H2+Hc: chiều cao phần chứa bùn hình trụ và phần chop đáy bể H2+Hc = 2,2m Hc: chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 10% về tâm Hc = H2 = 2,1m Hbv: chiều cao phần bảo vệ, Hbv = 0,3m Thể tích phần chứa bùn của bể: V = (H2+Hc).F = 2,2 . 3,14= 6,908(m3) Lượng bùn rút ra hàng ngày: Trong đó: : tỷ trọng cặn sau bể nén bùn, = 1,005T/m3 P: nồng độ cặn sau khi nén P = 3 – 8% [1], chọn P = 5% Vậy: (m3/ngày) Thời gian lưu cặn: (ngày) Lượng nước dư thu từ bể nén bùn: Qnuocdu = 2,94 – 1,2 = 1,74(m3/ngày) Chọn ống dẫn bùn ra: Chọn ống dẫn bùn vào: Tổng kết kết quả tính toán bể nén bùn: Bảng 4.12 Kết quả tính toán bể nén bùn Bể nén bùn trọng lực Đường kính 2m Chiều cao 3,5m Ống dẫn bùn vào 90mm Ống dẫn bùn ra 90mm Máy lọc ép băng tải: Nguyên lý làm việc: hệ thống lọc ép cặn trên băng tải gồm máy bơm bùn từ bể cô đặc đến thùng hòa trộn hóa chất keo tụ và định lượng cặn, thùng này đặt trên đầu vào của băng tải, hệ thống băng tải và trục ép, thùng đựng và xe vận chuyển cặn khô, bơm nước sạch để ra băng tải, thùng thu nước lọc và bơm nước lọc về đầu khu xử lý. Đầu tiên cặn từ thùng định lượng và phân phối đi vào đoạn đầu của băng tải, ở đoạn này nước được lọc qua băng tải theo nguyên tắc lọc trọng lực, đi qua cần gạt để san đều cặn trên toàn chiều rộng băng, rồi đi qua trục ép có lực ép tăng dần. Chỉ tiêu thiết kế [1]: Máy ép bùn băng tải trên thị trường có chiều rộng băng từ 0,5 – 3,5m, phổ biến là loại máy có chiều rộng băng 1m; 1,2m; 1,5m và 2m. Chọn chiều rộng băng tải 1m Tải trọng trên 1m rộng của băng tải 90 – 680(kg/m chiều rộng băng.h), chọn tải trọng 150 kg/m.h. Lượng cặn đưa vào ép mỗi ngày: 60,54kg Thời gian vận hành máy mỗi ngày: (phút) 4.9 CAO TRÌNH CỦA TRẠM XỬ LÝ: Cao độ của từng công trình ảnh hưởng lớn đến sơ đồ cao trình của trạm xử lý, để nước thải tự chảy qua các công trình được thì mực nước ở công trình đầu tiên của trạm xử lý phải đạt cao độ đủ để khắc phục tổng tổn thất áp lực qua các công trình. Cao trình các thiết bị được thiết kế để nước thải tự chảy từ đầu dây chuyền ra hệ thống cống chung nhằm tiết kiệm năng lượng tiêu tốn cho việc vận chuyển này. Cao trình các thiết bị được tính theo chênh lệch mặt thoáng giữa các thiết bị bằng tổn thất áp suất đi qua thiết bị trước và đi qua hệ thống thủy lực giữa 2 thiết bị. Song chắn rác và bể điều hòa: Song chắn rác được đặt trước bể điều hòa, vì vậy tổn thất thủy lực giữa song chắn và hầm bơm chính bằng tổn thất thủy lực của nước thải khi đi qua song chắn rác và bằng 0,0185m Bể tuyển nổi và bể Aeroten: Nước thải từ bể tuyển nổi sang bể Aeroten được dẫn bằng hệ thống ống dẫn có bề mặt nhám = 0,1mm. Chọn vận tốc nước chảy qua hệ thống ống dẫn là 1m/s. Ống dẫn dài 6m Tổn thất áp suất: Trong đó: : tổn thất áp suất do ma sát : tổn thất áp suất cục bộ Tổn thất áp suất do ma sát [3]: Trong đó: : hệ số ma sát L: chiều dài ống dẫn, L = 6m : khối lượng riêng của nước ở 200C, = 998,23 kg/m3 : tốc độ dòng chảy qua ống, = 1 m/s dtd: đường kính tương đương của ống dẫn, dtd = d Chọn d = 0,05m = 50mm phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng và độ nhám của thành ống dẫn Trong đó: : độ nhớt của nước thải ở 200C, = 1,005.10-3(Ns/m2) [3] Trị số Reynold giới hạn trên của khu vực nhẵn thủy học được xác định như sau: = Chuẩn số Reynold khi xuất hiện vùng nhám được xác định theo công thức sau [3]: Vậy Regh < Re < Ren, khi đó hệ số ma sát được xác định theo công thức: = Vậy =0,16(m) Tổn thất áp suất cục bộ: Trong đó: : hệ số tổn thất cục bộ khuỷu = 0,32; đột thu = 2; ống = 0,5 Đoạn ống dẫn nước thải từ bể tuyển nổi sang bể Aeroten gồm 2 khuỷu, 1 van, do đó: = 0,16(m) Vậy H = 0,16 + 0,16 = 0,32(m) Bể Aeroten và bể lắng II: Nước thải từ bể Aeroten sang bể lắng II được dẫn bằng hệ thống ống dẫn có bề mặt nhám = 0,1mm. Chọn vận tốc nước chảy qua hệ thống ống dẫn là 1m/s. Ống dẫn có chiều dài 6m Tổn thất áp suất: Trong đó: : tổn thất áp suất do ma sát =0,16(m) : tổn thất áp suất cục bộ (đoạn ống gồm 3 khuỷu, 1 đột thu) = 0,176(m) Vậy H =0,16+ 0,176= 0,336(m) Bể lắng II và bể khử trùng: Coi = 0,16m = 0,176m = 0,16 + 0,176 = 0,336(m) Bể khử trùng và hệ thống cống thải: Coi = 0,16m = 0,176m = 0,16 + 0,176= 0,336(m) TÍNH BƠM: Bơm nước thải trong dây chuyền được sử dụng để bơm nước thải từ bể điều hòa và lắng sơ cấp lên bể tuyển nổi. Bơm bùn được sử dụng để vận chuyển bùn từ bể lắng I, II sang bể nén bùn, từ bể nén bùn lên máy lọc ép băng tải. Tính bơm nước thải: Áp suất toàn phần do bơm tạo ra [3]: Trong đó: P1, P2: áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy và hút Coi P1 = Pkhí quyển , P2 = Pbình áp lực = 3,64(atm) 1, 2: vận tốc chất lỏng trong ống đẩy và ống hút của bơm, chọn 1=2 : khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm, = 998,23kg/m3 H0: chiều cao nâng chất lỏng, H0 = 6m hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy : hệ số ma sát, = 0,0265 L: chiều dài đường ống, L = 12m : hệ số tổn thất cục bộ khuỷu = 0,32; van = 15 = 10820,8(N/m2) = 1,1(m) Vậy H = Công suất cần thiết của bơm [3]: Trong đó: Q: năng suất của bơm (m3/s) : khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm, = 998,23kg/m3 H: áp suất toàn phần của bơm : hiệu suất của bơm, chọn = 0,75 Công suất động cơ: Nđ = k.N = 1,25.0,78 = 0,975(kW) Chọn bơm có công suất 1kW Tính bơm bùn: Chọn vận tốc chất lỏng trong ống hút và ống đẩy của bơm là 1m/s Đường kính ống hút và ống đẩy: , chọn d = 0,05m Áp suất toàn phần do bơm tạo ra [3]: Trong đó: P1, P2: áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy và hút Coi P1 = P2 = Pkhí quyển : khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm, = 1005kg/m3 H0: chiều cao nâng chất lỏng, H0 = 8m hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy : tổn thất áp suất do ma sát L: chiều dài đường ống, L = 10m : hệ số ma sát phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng và độ nhám của thành ống dẫn Trong đó: : độ nhớt của nước thải ở 200C, = 1,005.10-3(Ns/m2) [3] Trị số Reynold giới hạn trên của khu vực nhẵn thủy học được xác định như sau: = Chuẩn số Reynold khi xuất hiện vùng nhám được xác định theo công thức sau [3]: Vậy Regh < Re < Ren, khi đó hệ số ma sát được xác định theo công thức: = Vậy =0,27(m) : tổn thất áp suất cục bộ = 0,8(m) Vậy H = 8 + 0,27 + 0,8 = 9,07(m) Công suất của bơm [3]: Trong đó: Q: năng suất của bơm (m3/s) : khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm, = 998,23kg/m3 H: áp suất toàn phần của bơm : hiệu suất của bơm, chọn = 0,75 Lấy hệ số dự trữ k = 1,3 Nđ = 1,3.N = 1,3. 0,14 = 0,182(kW) Chọn bơm có công suất 0,2kW CHƯƠNG V TÍNH TOÁN KINH PHÍ TÍNH TOÁN KINH PHÍ XÂY DỰNG: Căn cứ vào giá cả vật liệu trên thị trường, giá thành xây dựng các công trình như sau: Bảng 5.1 Giá thành xây dựng STT Tên bể Thể tích (m3) Đơn giá (VND/m3) Thành tiền (VND) 1 Bể điều hòa 35 1.000.000 35.000.000 2 Bể tuyển nổi 6 1.200.000 7.200.000 3 Bể Aeroten 80 1.000.000 80.000.000 4 Bể lắng II 21,21 1.200.000 25.452.000 5 Bể khử trùng 4,5 800.000 3.600.000 6 Bể nén bùn 11 1.200.000 13.200.000 Kinhphí xây dựng nhà điều hành kích thước L x W = 3 x 2 là 20.000.000 Vậy chi phí xây dựng: Cxd = 164.452.000 VND TÍNH TOÁN CHI PHÍ THIẾT BỊ: Bảng 5.2 Chi phí thiết bị STT Hạng mục Tên thiết bị Số lượng Đơn giá Thành tiền 1 Song chắn rác Song chắn rác 1 bộ 2.000.000 2.000.000 2 Bể điều hòa và lắng sơ cấp Bơm Công suất động cơ 1kW 2 bộ 4.500.000 9.000.000 3 Bể tuyển nổi Hệ thống thiết bị tuyển nổi 1 bộ 20.000.000 20.000.000 Máy nén khí Công suât 0,5kW 2 bộ 30.000.000 60.000.000 Bơm bùn thải Công suất 0,2kW 2 bộ 3.500.000 7.000.000 4 Bể Aeroten Máy thổi khí Công suât 8kW 2 bộ 55.000.000 110.000.000 Dàn ống sục khí Đĩa phân phối khí 1 bộ 25.000.000 25.000.000 5 Bể lắng II Mô tơ giàn quay 2 cái 3.000.000 6.000.000 Thanh gạt bùn, thanh đỡ 1 bộ 10.000.000 10.000.000 Bơm bùn Công suất 0.2kW 2 bộ 3.500.000 7.000.000 Máng thu nước răng cưa 1 bộ 5.000.000 5.000.000 Ống phân phối trung tâm 1 bộ 5.000.000 5.000.000 8 Bể khử trùng Bơm định lượng hóa chất (USA) 1 bộ 7.500.000 7.500.000 9 Bể nén bùn Thanh gạt bùn, thanh đỡ 1 bộ 10.000.000 10.000.000 Bơm bùn Công suất 0,2kW 2 bộ 3.500.000 7.000.000 10 Máy ép bùn băng tải 1 cái 50.000.000 50.000.000 11 Hệ thống đường ống công nghệ Ống, van 30.000.000 30.000.000 12 Hệ thống động lực và chiếu sang Tủ điều khiển tự động Hệ thống điện, thắp sáng 1 bộ 30.000.000 30.000.000 13 Hệ thống an toàn Cầu thang, lan can, sàn công tác 1 bộ 15.000.000 15.000.000 14 Vận chuyển, lắp đặt 15.000.000 15.000.000 Tổng chi phí 430.500.000 CHI PHÍ VẬN HÀNH: Chi phí điện năng: Bảng 5.3 Điện năng tiêu thụ của các thiết bị Công trình Tên thiết bị Điện năng tiêu thụ Thời gian vận hành trong 1 ngày Bể điều hòa Bơm nước thải 1kW 24 Bể tuyển nổi Máy nén khí 0,5kW 24 Bể Aeroten Máy nén khí 8kW 24 Bể lắng II Bơm bùn 0,2kW 24 Bể khử trùng Bơm định lượng 0.08kW 24 Bể nén bùn Bơm bùn 0.4kW 0.42 Điện chiếu sáng 0.2kW 10 Tổng điện năng tiêu thụ trong 1 ngày 236,8kWh Giá điện sản xuất: 1000VND/kWh điện Tổng chi phí điện năng trong 1 năm: 236,8 x 1000 x 365 = 86.432.000(VND) => Tổng chi phí điện năng trong 10 năm:Cđ =86.432.000 x 10 =864.320.000(VND) Chi phí nhân công: Số lượng nhân viên: 2 người Mức lương: 1.200.000VND/người.tháng Chi phí nhân công trong 10 năm: Cnc = 1.200.000 x 2 x 12 x 10=288.000.000(VND) Chi phí hóa chất: Bảng 5.4 Chi phí hóa chất Tên hóa chất Sử dụng Đơn giá (VND/kg) Thành tiền (VND) CaOCl2 0,75 kg/ngày = 273,75 kg/năm 1500 410.625 Chi phí hóa chất sử dụng trong 10 năm: Chc = 4.106.250(VND) Vậy tổng chi phí vận hành trong 10 năm: Cvh = Cđ + Cnc + Chc =86.432.000 + 288.000.000 + 4.106.250 = 1.156.426.250(VND) 5.4 CHI PHÍ XỬ LÝ 1M3 NƯỚC THẢI CÓ TÍNH KHẤU HAO THIẾT BỊ: Tổng chi phí: S = Cxd + Ctb + Cvh = 164.452.000 + 430.500.000 + 1.156.426.250 = 1.751.378.250(VND) Để tính toán chi phí xử lý 1m3 nước thải ta áp dụng công thức: Trong đó: G: chi phí xử lý 1m3 nước thải Q: lượng nước thải xử lý trong 10 năm, m3 Vậy (VND/m3 nước thải)3200(VND/m3 nước thải) Nhận thấy với chi phí tính toán như trên thì hệ thống xử lý này: về mặt kinh tế có thể chấp nhận được. KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải công suất 150m3/ngày đêm cho một nhà máy CBTS” được hình thành dựa trên kiến thức đã học những năm qua và được thể hiện qua 5 chương, 5 bản vẽ kỹ thuật. CBTS là một trong những ngành công nghiệp quan trọng của nước ta, ngành đã đóng góp rất lớn vào tổng thu nhập quốc dân và tạo nhiều việc làm nhưng sản xuất và khai thác của ngành đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường sống và ảnh hưởng không nhỏ đến sức khoẻ cộng đồng, vì vậy việc xử lý ô nhiễm mang tính cấp thiết và có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển bền vững ngành CBTS. Về mức độ ô nhiễm nước thải ngành CBTS có thể kết luận như sau: hầu hết các cơ sở đều có độ nhiễm bẩn vượt giới hạn cho phép nhiều lần: SS 1 -5 lần, BOD 3-18 lần, COD 2 – 14 lần, Nts đến 1,8 lần, Pts đến 4,2 lần, hàm lượng dầu mỡ động vật đến 2,6 lần. mức độ ô nhiễm của nước thải tại các cơ sở CBTSĐL quy mô vừa và nhỏ hiện nay được đánh giá ở ngưỡng từ trung bình đến rất nặng. Đồ án đã đưa ra một số giải pháp giảm thiểu việc tiêu thụ nước từ đó giảm lượng nước thải, giảm được chi phí xử lý nước thải. Trên cơ sở tham khảo các thông số về thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải của một số nhà máy CBTS, cùng với cơ sở lý thuyết và tham khảo các tiêu chuẩn thiết kế, em đã chọn và tính toán một hệ thống xử lý nước thải cho một nhà máy CBTS. Kết quả cho thấy: + Về mặt kỹ thuật: nước thải sau khi qua song chắn rác được dẫn đến bể điều hòa kết hợp với lắng sơ cấp, sau đó được bơm lên bể tuyển nổi và thực hiện quá trình tuyển nổi áp lực. Nước thải sau khi qua bể lắng và bể tuyển nổi giảm được một phần hàm lượng COD, BOD5 được đưa vào xử lý ở bể Aeroten. Sau đó nước thải có lẫn bùn hoạt tính được dẫn vào bể lắng thứ cấp để tách bùn. Một phần lượng bùn từ bể lắng thứ cấp được bơm tuần hoàn lại bể Aeroten để đảm bảo hiệu quả xử lý. Sau đó nước trong sẽ chảy qua bể tiếp xúc khử trùng và hòa trộn chung với dung dịch Clorine nhằm diệt các vi khuẩn. Nước thải sau xử lý đạt TCVN 5945 – 2005(loại B) rồi chảy ra nguồn tiếp nhận ở gần đó. Hiệu quả xử lý của hệ thống: Chỉ tiêu BOD5 COD SS N P Đầu vào (mg/l) 1200 1800 400 75 10 Đầu ra (mg/l) 50 100 80 30 6 Hiệu quả xử lý (%) 95 94 80 60 40 + Về kinh tế: sau khi tính toán kinh tế với các chi phí vận hành và chi phí đầu tư thì giá thành xử lý 1m3 nước thải là 3200 với niên hạn giả sử là 10 năm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS. Trịnh Xuân Lai. Tính toán và thiết kế các công trình xử lý nước thải. NXB Xây dựng, Hà Nội - 2000 2. TS. Đặng Xuân Hiển. Bài giảng Xử lý nước thải K47QN, Viện KH&CNMT, Đại học Bách khoa Hà Nội 3.TS. Trần Xoa, TS. Nguyễn Trọng Khuông, KS. Hồ Lê Viên. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 1. NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội - 2006 4. Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hạ. Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp. NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội – 2000 5. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga. Giáo trình công nghệ xử lý nước thải. NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội – 2005 6. PGS.TS. Hoàng Văn Huệ, PGS.TS. Trần Đức Hạ. Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp. NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội – 2001 7. www.moi.gov.vn 8. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân. Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình. NXB ĐH Quốc gia TP.HCM – 2004 9. PGS.TS Nguyễn Thị Sơn. Bài giảng Hoá sinh môi trường K47QN, Viện KH&CNMT, Đại học Bách khoa Hà Nội. 10. PGS.TS Nguyễn Thị Sơn. Giáo trình thí nghiệm thực hành Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học K47QN, Viện KH&CNMT, Đại học Bách khoa Hà Nội. 11. PGS.PTS. Hoàng Huệ. Xử lý nước thải. NXB Xây dựng, Hà Nội – 1996 12. Bộ thủy sản. Kỷ yếu hội thảo toàn quốc về khai thác, chế biến và dịch vụ hậu cần nghề cá. NXB Nông nghiệp, Hà Nội – 2005 13. Tạp chí thuỷ sản, số 4 – 2005 14. Tạp chí thuỷ sản, số 1 – 2006 15. Lê Minh Nguyệt. Công nghệ chế biến lạnh đông thuỷ sản. NXB Nông nghiệp, TP.HCM – 2003 16. Nguyễn Thị Lệ Diệu. Nguyên liệu thuỷ sản. NXB Nông nghiệp, Hà Nội – 1997 PHỤ LỤC