Hiện trạng môi trường và thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột sắn Quảng Ngãi

ng của phèn trong dung dịch, X = 16%. ρdd = 865.84 kg/m3 Thể tích bể pha phèn ≈ 4.7 (m3). Chọn: bể pha phèn hình trụ với đường kính là D = 1.8 m, chiều cao bể pha phèn H = 2.0 m (chiều cao làm việc 1.84 m). Tính toán cánh khuấy : Hình 6. 3. Các thông số chính của bể và cánh khuấy Để đảm bảo cường độ khấy trộn mạnh trong bể, ta chọn loại cánh khuấy chân vịt, 3 cánh với kích thước như sau: d - Đường kính cánh khuấy, m. D - Đường kính ngăn đông keo tụ, m. h - Chiều cao cánh khuấy, m. s - Khoảng cách là đáy ngăn bể mặt dưới của cánh khuấy, m. b - Bề rộng cánh khuấy, m. Ta có: D/d = 2.5 ÷ 4, ta chọn D/d = 3. h/d = 0.2 ÷ 0.33, ta chọn h/d = 0.25. s/ d = 0.33. Với D = L = B = 1.8 m, suy ra Đường kính cánh khuấy d = 0,6 m. Chiều cao cánh khuấy h = 0,15 m. Khoảng cách từ đáy ngăn đến bề mặt dưới của cánh khuấy, s = 0.198 m, làm tròn s = 0.2 m. Bề rộng cánh khuấy b = 0,1 . d = 0,02m. Tính toán số vòng quay của cánh khuấy : Hiệu quả của quá trình 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 gradient vận tốc để biểu thị cường độ khuấy trộn: , s-1 Trong đó: G - Gradien vận tốc, s-1. µ - Độ nhớt động lực của nước, N.s/m2. Đối với nước ở nhiệt độ 250C, µ = 0.8937 . 10-3 Ns/m2. Ρ - Năng lượng tiêu hao tổng cộng, J/s ( 1 J/s = 10-3 kW ). V - Thể tích bể khuấy trộn, m3. Trong thực tế, để hòa trộn có hiệu quả, giá trị gradien vận tốc thường đựơc lấy từ 200 – 1000 s-1, chọn G = 800 s-1. Năng lượng tiêu hao tổng cộng là: P = k.. ρ.n3.d5 ,W. Trong đó: P - năng lượng cần thiết, W. Ρ - khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 ; ρ = 997.08 kg/m3 ( ở 250C). d - Đường kính cánh khuấy, m ; d = 1.56 m. n - Số vòng quay của cánh khuấy, vòng/giây. k - Hệ số sức cảm của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton: Cánh khuấy chân vịt 3 cánh thì K = 0.32. v/s = 744 v/ph. P = 0,32.997,08.1,243.1,565 = 5 620,4 W = 5,6 kW. Tính toán công suất của động cơ cánh khuấy: Chuẩn số Trong đó: n - Số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s). d - Đường kính cánh khuấy (m). ρ - Khối lượng riêng dung dịch phèn, ρ = 1040 kg/m3. µ - Độ nhớt của nước ở 250C, µ = 0,8937.10-3 Ns/m2. > 104, Chất lỏng trong ngăn có chế độ chảy xoáy. Công suất tiêu tốn: N = A. n 3. d5. ρ , W. Trong đó: A – hệ số, A = 0.62. n – số vòng quay , vòng/s . d - Đường kính cánh khuấy, m . ρ - Khối lượng riêng dung dịch phèn, kg/m3. N = 0,62 . 0,65 . (12,4)3 . 1040 = 95 597 W . =95,597 kW . Công suất mở máy: Nc = Ng + Nm , W. Trong đó: Nm - Công suất khắc phục ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy, W. Nm = N = 21.664 (W). = 21,664 (kW). Ng - Công suất tiêu tốn để khắc phục trở lực, W. Ng = k . n3. d5. ρ (W). Trong đó k = 3,87.a = 3,87. = 3,87.0.1 = 0,387. Nc = Dựa vào Nc để chọn động cơ điện, công suất động cơ điện được 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 ta chọn η = 0.65. W. Chọn Nđc = 54,5 kW. Các thông số của bể chuẩn bị phèn và cánh khuấy Đường kính Dpp = 1.8 m. Chiều cao Hpp = 2m ( chiều cao làm việc 1,7 m). Nguyên liệu làm bể : tôn lá. Cánh khuấy chân vịt 3 cánh. Đường kính cánh khuấy d = 0.6 m. Chiều cao cánh khuấy h = 0,15 m. Khoảng cách từ đáy ngăn đến bề mặt dưới của cánh khuấy s = 0.2 m. Bề rộng cánh khuấy b = 0.02 m. Số vòng quay n = 12,4 vòng/giây. Công suất của động cơ điện Nđc = 54,5 kW. VI.1.3.2. Lượng PAA cần dùng. PAA ( polyacrylamide) là các polymer mạch dài, được đưa vào ngăn kéo tụ với chức năng như 1 chất trợ lắng. Trên suốt chiều dài mạch phân tử PAA có các nhóm chức mang điện tích, chúng sẽ hút các hạt keo và bông keo thành một khối lớn, tăng khả năng lắng của hạt lên. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì lượng PAA dùng cho mỗi lít nước thải là : 5 mg/l. Vậy lượng PAA dùng trong một ngày là: m PAA = 5 . 5000 . 103 . 10-6 = 25 kg/ngày, Thùng pha dung dịch PAA 0.2% tính toán tương tự như bể pha phèn, bao gồm thùng pha dung dịch, cánh khuấy và động cơ khuấy. VI.1.3.3. Ngăn phản ứng Chọn thời gian lưu của nước thải trong ngăn là tl = 5 phút, lưu lượng nước thải trung bình qua bể điều hòa là 208,3 m3/h. Khi đó thể tích cần thiết của ngăn phản ứng tính như sau: m3. Làm tròn Vpư = 17,5 ( m3). Chọn các kích thước của bể phản ứng như sau: + Chiều rộng: Bpư = 3m. + Chiều dài : Lpư = 3m. +Chiều cao : Hpư = 2m ( chiều cao công tác 1.94 m ). Tính toán lựa chọn cánh khuấy: Để đảm bảo cường độ khuấy trộn mạnh trong bể, ta chọn loại cánh khuấy chân vịt 3 cánh. Tính toán cánh khuấy tương tự như phần tính toán cánh khuấy của bể chuẩn bị phèn. Chọn D/d = 3; h/d = 0.25; s/d = 0.33 Với D = Lpư = Bpư = 3 m suy ra: d = 1m; h = 0.25 m; s = 0.33m; b = 0.1m. Tính toán số vòng quay của cánh khuấy: Tương tự như bể chuẩn bị phèn ta có: , s-1. Trong thực tế, để hòa trộn có hiệu quả, giá trị grradien vận tốc thường được lấy từ 200 ÷ 1000 s -1, thời gian hòa trộn lấy từ 3 giây đến 2 phút. Với thời gian trong bể phản ứng chọn là 5 phút thì chọn G = 500 s-1. Năng lượng tiêu hao tổng cộng là: P = k.. ρ. n3. d5 ( W ). Trong đó : d = 1 m. với nước thải t = 310C, µ = 1,0005.10-3 Ns/m2. r = 997,08 kg/m3. Theo Rushton : cánh khuấy chân vịt 3 cánh thì k = 0,32. vòng/giây. Số vòng quay của cánh khuấy là n = 2,39 v/s = 143 v/ph. Tính toán công suất của động cơ cánh khuấy : Tương tự như phần bể chuẩn bị phèn ta có : Chuẩn số Reynol Trong đó : n = 2,39 vòng/s. d = 1 m. ρ = 997,08 kg/m3 ( ở 310C ). µ = 1,0005 . 10-3 N s/m2 ( ở 310C ). . Re > 104 nên nước thải trong ngăn phản ứng nằm trong vùng chảy xoáy. Công suất tiêu tốn cho cánh khuấy được tính : N = A . n3 . d5 . ρ (W ) Trong đó : A = 0,62. n = 2,39 v/s. d = 1 m. ρ = 997,08 kg/m3 ( ở 310C ). N = 0,62 . 2,393 . 15 . 997,08 = 8,439 kW. Khi bắt đầu hoạt động, công suất mở máy của cánh khuấy được tính như sau : Nc = Ng + Nm Trong đó : Nm – công suất khắc phục ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy , w Nm = N = 8,439 kW Ng = k . n3 . d5 . ρ ( W ) Trong đó : Hệ số k = 3,87 . a = 3,87 . 0,1 = 0,387 = 13,706 kW. Dựa vào Nc để chọn động cơ điện, công suất động cơ điện được xác định như sau: ,W. Trong đó : h = 0,6 ÷ 0,7 . Ta chọn η = 0,65. Wđc = 21 ,087 w Chọn Wđc = 22 kw. Các thông số của ngăn phản ứng và cánh khuấy: Chiều rộng Bpư = 3m. Chiều dài Lpư = 3m. Chiều cao Hpư = 2m. Nguyên vật liệu xây dựng bể : gạch, cát, xi măng. Cánh khuấy chân vịt 3 cánh. Đường kính cánh khuấy d = 1 m. Chiều cao cánh khuấy, h = 0,25 m. Khoảng cách từ đáy ngăn đến bể mặt dưới của cánh khuấy ,s = 0,33 m. Bề rộng cánh khuấy b = 0,1 m. Số vòng quay của cánh khuấy là n = 13,7 v/s = 823 v/ph. Công suất của động cơ là Nđc = 4 kW. VI.1.3.4. Ngăn đông keo tụ Sau khi hòa trộn với phèn Al2(SO4)3 ở ngăn phản ứng, nước thải được đưa sang ngăn đông keo tụ nhằm thực hiện quá trình đông keo tụ. Tại đây chất PAA được đưa thêm vào nước thải nhằm tăng kích thước bông keo. Thể tích bể keo tụ : Vkt = Q . tk ( m3 ). Trong đó : Q – lưu lượng nước thải vào ngăn đông keo tụ (m3/h ). tk - thời gian lưu nước thải trong ngăn đông keo tụ ( h ). thường tk = 20 ÷ 60 phút. Ta chọn tk = 30 phút. m3 , làm tròn Vkt = 105 m3. Chiều cao của bể thông thường Hb = 2 ÷ 3. Ta chọn Hb = 3m. Vậy ta chọn các thông số của ngăn đông keo tụ : Chiều cao của ngăn Hkt = 3 m ( chiều cao làm việc 2,8 m ). Chiều dài của ngăn Lkt = 6 m. Chiều rộng của ngăn Gkt = 6 m. Tính toán cánh khuấy : Cánh khuấy trong bể đông keo tụ đòi hỏi có vận tốc quay nhỏ nhằm đảm bảo chế độ làm việc của ngăn và phá vỡ các bông keo. Sử dụng cánh khuấy mái chèo ( gồm 4 cánh hàn vuông góc với nhau ) và ở giữa bể. Tính toán tương tự như phần cánh khuấy ở bể phản ứng, ta có: Chọn D/d = 3 , h/d = 0,25 , s/d = 0,33. Với D = Lkt = Bkt = 6m , suy ra d = 2m , h =0,5 m, s = 0,66 m. Quy chuẩn cánh khuấy mái chèo d = 2000 mm. b = 0,1 . d = 0,2 m. Do chiều cao của bể H = 3 m, nên dùng 2 tầng cánh khuấy mái chèo để khuấy trộn. Tính toán số vòng quay của cánh khuấy : Gradient vận tốc để biểu thị cường độ khuấy trộn: , s-1 Các bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực thường có cường độ khuấy trộn nhỏ, giá trị gradient vận tốc trung bình từ 30 ÷ 70 s-1, thời gian hòa trộn lấy từ 15 ÷ 35 phút. Với thời gian trong bể đông keo tụ chọn là 30 phút, chọn G = 50 s-1. Năng lượng tiêu hao tổng cộng là : P = k . r . n3 . d5 ( W ) Trong đó : P – năng lượng cần thiết, ( W ) Nhiệt độ nước thải t = 310C, m = 1,0005 . 10-3 Ns/m2 ; r = 997,08 kg/m3 d = 2 m. n – số vòng quay của cánh khuấy, vòng/giây. theo Rushton : cánh khuấy mái chèo 4 cánh thì k = 1,7. = 1,69 ( vòng/giây ). Số vòng quay của cánh khuấy là n = 1,69 vòng/giây = 101,4 v/ph. Tính toán công suất của động cơ cánh khuấy : Chuẩn số Re > 104, chất lỏng trong ngăn có chế độ chảy xoáy. Công suất tiêu tốn : W = A . n3 . d5 . r , W . Trong đó : A = 2,1. n = 1,69 vòng/giây. d = 2 m. r = 997,08 kg/m3. n = 2,1 . 25 ( 1,69 )3 . 997,08 = 323,4 W. Do lắp 2 tầng cánh khuấy nên công suất của động cơ là : W = 323,4 . 2 = 646,8 W. Công suất mở máy Nc = Ng + N m , W . Trong đó : Nm = N = 646,8 W. Ng = k . n3 . d5 . r , W . k = 3,87 . = 3,87 . 0,1 = 0.387. Nc = Dựa vào Nc để chọn động cơ điện, công suất động cơ điện được xác định như sau : , W. Trong đó : η = 0.6 ÷ 0.7. ta chọn η = 0.65. Nđc = = 1 178 W . Chọn Nđc = 1,5 kW. Các thông số của ngăn đông keo tụ và cánh khuấy ( bản vẽ số 3 ở phụ lục ): Chiều dài LKT = 6 m. Chiều rộng LKT = 6m. Chiều cao HKT = 3m. Nguyên liệu xây dựng bể: gạch, cát, xi măng. Hai tầng cánh khuấy mái chèo ( mỗi tầng gồm 4 cánh gắn vuông góc). Đường kính cánh khuấy d = 2m. Chiều cao cánh khuấy h = 0,5 m. Khoảng cách từ đáy ngăn đến bề mặt dưới của cánh khuấy s = 0,66 m. Bề rộng cánh khuấy b= 0,2 m. Số vòng quay n = 1,69 vòng/giây. Công suất của động cơ điện Nđc = 1,5 kW. VI.1.3.5. Tính toán hàm lượng SS Lượng SS của nước thải sau khi ra khỏi bể đông keo lại bao gồm các thành phần: Lượng SS vào bể đông keo tụ: 1 529,5 mg/l. Lượng PAA: 5 mg/l. Lượng hyđro xit nhôm tạo thành : 130. = 375.55 mg/l. Lượng CODkhử kèm theo: Hiệu suất khử COD của quá trình đông keo tụ là 40% ÷ 70%, nhưng trong phần tính này chỉ lựa chọn hiệu suất khử 48%. COD vào bể keo tụ là: 6 552 mg/l. Luợng CODbị khử là: 6 552 . 48% = 3145 mg/l. Tổng lượng SS có trong nước thải trước khi đi vào bể lắng bông keo tụ SS = 1529,5 + 5 + 375,5 + 3145 = 5055 mg/l. VI.1.4 Bể lắng bông keo tụ Sau thời gian lưu lại trong bể đông keo tụ, nước thải được đưa sang bể lắng để tách hết các bông keo tụ. Quá trình lắng trong bể lắng là lắng tự nhiên. Chọn bể lắng đứng có dạng hình vuông bể này thích hợp để xử lý nước thải có công suất lớn, tốn ít diện tích và hiệu suất lắng tương đối cao. Coi hạt lắng có dạng hình cầu, quá trình lắng là lắng tự nhiên, độ nhớt của nước thải xấp xỉ độ nhớt của nước, khối lượng riêng của nước thải xấp xỉ khối lượng riêng của nước, nhiệt độ của nước thải là 250C. Các thông số cần thiết: Nước thải ở 310C: Độ nhớt µ = 1,0005. 103 Ns/m2. Khối lượng riêng: ρ0 = 997.08 kg/m3. Đường kính tương đương của hạt lắng dh = 10-4 m. Khối lượng riêng của hạt: ρh = 150 kg/m3. Gia tốc trọng trường: g = 9.8 m/s2. Chuẩn số Archimeder: Trong đó: dh - Đường kính hạt, m. ρh , ρ0 - khối lượng riêng của hạt răn nước kg/m3. m0 - Độ nhớt của nước thải, Ns/m2. g -Gia tốc trọng trường, m/s2. Vậy. Chuẩn số Reynol : Do chuẩn số 3.6 < Ar = 4.9 < 100, nên ta có thể tính chuẩn số Reynol theo công thức sau: Re = 0.0593 . Ar0,92 = 0.0593 . 4,90,92 = 0.255. Với chuẩn số Re = 0.255 < 2, nên ta có thể áp dụng định luật Stockes để tính vận tốc lắng của các hạt hình cầu. Công thức Stockes: Trong đó: ω0 -Vận tốc lắng của các hạt hình cầu, m/s. ρh - ρ -Khối lượngcủa hạt rắn và của nước, kg/m3. dh - Đường kính hạt, m. h0 - Độ nhớt của nước thải, Ns/m2. G - Gia tốc trọng trường, m/s2. m/s = 2.74 (mm/s). Chọn loại bể lắng hình vuông, có buồng phân phối trung tâm. Thể tích hữu ích của bể lắng ( thể tích vùng lắng ): VL = Qmax . T , m3. Trong đó: Qmax - Lưu lượng nước thải cực đại ( m3/h ). T - Thời gian lưu lại trong bể , h, khoảng 0.75 h – 1.5 h. Ta chọn T = 1.5 h. VL = 208,3 . 1,5 = 312,45 m3. Chiều cao phần nước chảy qua bể lắng: h = U0 . T ( m ). U0 - Vận tốc nước dâng từ dưới đáy lên, thường U0 = 0.5 ÷ 0.7 mm/s, chọn U0 = 0.6 mm/s. h = 0,6 . 10-3.1,5.3600 = 3.24 m, làm tròn h = 3,3 m. Diện tích bể mặt phần lắng không kể ống trung tâm ( diện tích vùng lắng): Thiết diện của ống trung tâm đưa nước thải vào bể: , m2 Trong đó : qmax - lưu lượng nước thải chảy cựa đại qua ống , m3/h . V0 - vận tốc nước chảy qua ống trung tâm, m/s . Chọn V = 30 mm/s. m2. Đường kính ống trung tâm được tính như sau : d1 = = 1,567 m , làm tròn d1 = 1,57 m . Chọn đường kính và chiều cao ống loe bằng : d loe = h loe = 1,3 5 . d1 = 1,35 . 1,57 = 2,116 m , làm tròn d loe = h loe = 2,2 m. Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe bằng : d tc = 1,3.d loe = 1,3. 2,2 = 2,75 m . Làm tròn d tc = 2,8 m. Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng xung quanh thành bể. Diện tích mặt cắt ngang của máng ( nước chảy theo 2 chiều ) được tính như sau , m2. Trong đó : qmax – lưu lượng nước thải , m3/s v – vận tốc nước chảy trong máng, v = 0,06 m/s m2. Vậy thiết kế máng có thiết diện : hm . bm = 0,5 m . 0,5 m. Ngăn chứa bùn hình nón, nghiêng một góc 450 Chiều cao ngăn chứa bùn : m. Thể tích bể lắng V = 312,45 m3 . Chọn chiều rộng bể lắng :B = 9,5 m. Chiều dài bể lắng L = 9,5 m. Chiều cao từ mặt nước đến đỉnh bể lắng ( phần dự trữ ) là 0,2 m. Chiều cao xây dựng của bể : H = 4,75 + 0,3 + 0,2 = 8,25 m . Hiệu suất lắng của bể lắng bông keo tụ đạt đến 94%, SS giảm từ 5055 mg/l sau khi đông tụ xuống còn 306 mg/l. Các thông số của bể lắng bông keo tụ ( lắng cấp I ) Chiều cao xây dựng của bể : H = 8,25 m. Chiều cao ngăn chứa bùn hb = 2m. Máng dẫn nước có tiết diện hm .bm = 0,5m . 0,5 m. Thể tích hữu ích của bể lắng VL = 312,45 m3. Thời gian lưu lại trong bể T = 1,5 h. Chiều cao phần nước chảy của bể lắng h = 3,5 m. Đường kính ống trung tâm d1 = 1,57 m. Chiều rộng của bể lắng B = 9,5 m. Chiều dài của bể lắng L = 9,5 m. Đường kính và chiều cao ống loe dloe = hloe = 2,2 m. Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe DTC = 2,8 m. . Hiệu suất tách COD, BOD, SS qua toàn hệ thống đông keo tụ : %COD = 48%, %BOD = 37%, %SS = 80%. Thông số BOD5 COD SS Giá trị đầu vào (mg/l ) 6552 4258,8 1529,5 Hiệu suất tách ( % ) 48 37 80 Giá trị đầu ra ( mg/l) 3407 2768 306 VI.1.7. Bể UASB Chọn hiệu quả làm sạch của bể là 87% . CODra = 442,91 mg/l . Lượng COD cần khử trong 1 ngày G = Q ( CODv – CODr ).10-3, kg/ngày. Trong đó: Q : Lưu lượng dòng vào, m3 /ngày.đêm. CODvào : hàm lượng COD vào, mg/l. CODra : hàm lượng COD ra , mg/l. G =5000 (3407 – 442091 ).10-3 = 14820,5 kg/ngày. Dung tích xử lý yếm khí cần thiết , m3. Trong đó : V : Dung tích bể, m3. G : lượng COD cần khử trong ngày , kg/ngày. a : tải trọng khử COD của bể , kg/m3.ngày. Lấy a =8 kg/m3.ngày. m3. Chia làm 2 bể , mỗi bể gồm 2 ngăn. Dung tích xử lý yếm khí mỗi bể là V’ = 926,3 m3, làm tròn V’ = 927 m3. Tốc độ nước đi lên trong bể : v = 0,9 m/h. Diện tích cần thiết mỗi bể Chọn chiều rộng bể B = 11m. Chiều dài bể L = 11m. Chiều cao phần xử lý yếm khí . Tổng chiều cao của bể H = H1 + H2 + H3 Trong đó: H1 : Chiều cao phần xử lý yếm khí. H2 : Chiều cao vùng lắng, lấy H2 = 2m. H3 : Chiều cao dự trữ,H3 = 0,2m. H = 8,1 + 2 + 0,3 = 10,5m. Thể tích của mỗi bể V = H.F = 8,1.115,8 = 938 m3. Thời gian lưu nước trong mỗi bể Hàm lượng sinh khối trong bể , g/l. Trong đó : q : Thời gian lưu thủy lực , ngày. qc : Tuổi của bùn ,ngày. Y : Hệ số tạo sinh khối, gVSS/gCOD.ngày , Y = 0,08 gVSS/gCOD.ngày. Kđ : Hệ số phân hủy nội bào , mgvss/mgvss.ngày . Thường Kđ =0,02 ÷ 0,05 ngày-1. Chọn Kđ =0,02ngày-1. Ta có : , với K = 0,5 ÷ 2 ngày -1 , chọn K = 1,5 ngày-1. qcM = 11,1 ngày. Chọn hệ số an toàn Mc ≥ 2 ( qc ≥ 2 qcM ). Tuổi của bùn : qc = 23 ngày. Hàm lượng sinh khối trong bể Lượng bùn tạo thành trong một ngày , kg/ngày. Trong đó : Px : Lượng bùn tạo thành trong 1 ngày , kg/ngày. Q : Lưu lượng nước thải , m3/ngày đêm. Y : Hệ số tạo sinh khối, gVSS/gCOD ngày, Y = 0,08 gVSS/gCOD ngày. S0 : Hàm lượng COD vào bể, mg/l. E : Hiệu quả xử lý %. Kd : Hệ số phân hủy nội bào, Kđ = 0.02 ngày-1. qc : Thời gian lưu bùn trong bể, ngày. kg/ngày. Lượng khí CH4 sinh ra G = 0,351 . [ Q . ( S0 – S ) – 1,42 . Px ] G = 0,351 . [ 5000 . ( 3407 – 442,91 ). 10-3 – 1,42 . 812] G = 4797( m3/ngày). Giả thuyết CH4 chiếm 65% tổng lượng khí sinh ra Tổng lượng khí sinh ra bởi vi sinh vật trong bể m3/ngày. Nhu cầu dinh dưỡng của các vi sinh vật trong bể Nhu cầu Nitơ N = 0,12 . Px , kg/ngày. Trong đó : N : Nhu cầu Nitơ của vi sinh vật trong bể, kg/ngày. Px : Lượng bùn tạo thành, kg/ngày. Px = 812 kg/ngày. N = 0,12 . 912,02 = 109,442 kg/ngày . Nhu cầu photpho P = 0,025 . Px , kg/ngày. Trong đó : P : Nhu cầu photpho của vi sinh vật trong bể, kg/ngày. Px : Lượng bùn tạo thành , kg/ngày. P = 0,025 . 812 = 20,3 kg/ngày. Tổng Nitơ vào : Nv = 48 . 103 . 5000 = 240 kg/ngày. Tổng photpho vào : Pv = 9,5 . 103 . 5000 = 47,5 kg/ngày. Tổng COD vào : CODv = 3407 .103. 5000 = 17035 kg/ngày. CODv : Nv : Pv = 17035 : 240 : 47,5 = 385 : 5,05 : 1 Đối với vi sinh vật yếm khí thì tỉ lệ dinh dưỡng tối ưu cho sự phát triển là : COD : N : P = 350 : 5 : 1. Như vậy dòng nước thải vào có tỉ lệ phù hợp với sự phát triển tối ưu của vi sinh vật, tạo điều kiện cho các vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ đạt hiệu suất cao nhất. Thể tích ngăn lắng VL = H.F = 2.115,8 = 231,6 m3. Thời gian lưu nước trong vùng lắng , giờ. Trong đó : tL : thời gian lưu nước trong vùng lắng , giờ . VL : thể tích của ngăn lắng , m3. Q : lưu lượng nước thải , m3/giờ . giờ. Tính toán tấm chắn khí Trong bể ta bố trí 8 tấm chắn khí Tổng diện tích bề mặt phần khe hở giữa các tấm chắn chiếm 15-20% diện tích bề mặt của bể.Chọn bằng 18%. Akhe = 18% . F = 18% . 115,8 = 20,8 m2. Trong đó : Akhe : Tổng diện tích các khe hở , m2. F : Diện tích bề mặt của bể , m2.F = 115,8 m2. Diện tích mỗi khe hở : m2. Khoảng cách giữa các khe hở . , m. Trong đó : l : khoảng cách giữa 2 tấm chắn kề nhau , m. akhe : diện tích mỗi khe hở, m2.a khe = 2,6 m2. B : Chiều rộng của bể, m. B = 11m. m , làm tròn 0,24 m. Chiều dài tấm chắn thứ nhất : L1 = B = 11m. Chiều rộng tấm chắn thứ nhất Trong đó : b1 : Bề rộng tấm chắn thứ nhất, m. HL : Chiều cao vùng lắng, m. HL = 2 m. Hl : Chiều cao phần lắng, m. H1 = 1,5 m. m. Chiều dài tấm chắn thứ hai L2 = B= 11 m. Chiều rộng tấm chắn thứ hai b2 = l . sin 400. Trong đó: l: khoảng cách giữa các khe hở, m. l = 0,24 m. b2 = 0,24 . sin400 = 0,15 m. Khoảng cách giữa hai tấm khí l1 = 4.l. cos50o = 4 . 0,24 . cos 500 = 0,61m. Tính tấm chắn dòng Trong bể ta đặt 6 tấm chắn dòng nghiêng so với mặt ngang một góc 500 và cách tấm chắn khí 0,3m. Tấm chắn dòng có chức năng chặn bùn đi lên từ vùng yếm khí lên vùng lắng, nên bề rộng đáy của tấm chắn dòng lớn hơn khoảng cách giữa hai tấm chắn khí một khoảng 10 ÷ 20 cm. Chiều dài tấm chắn dòng thứ nhất : b = 0,61 + 0,4 = 1,01 m. Chiều rộng tấm chắn dòng . Vận tốc lắng trong ngăn lắng , m/h. Trong đó : VL : vận tốc lắng trong ngăn lắng , m/h. HL : chiều cao ngăn lắng , HL = 2 m. tL : thời gian lắng, tL = 0,56 giờ. Vậy , m/h. Vận tốc trong ngăn lắng = 3,57 > vận tốc nước dâng trong bể (v = 0,6 m/h). Tính toán đường ống dẫn khí Lượng khí sinh ra trong bể Qkhí = 7380,4 m3/ ngày = 2.05 m3/ s. Chọn vận tốc khí đi trong ống v = 15 m/s. Đường kính ống dẫn khí D = = 0,174 m = 174 mm. Tính toán ống dẫn bùn sinh ra trong một ngày của một bể Lượng bùn sinh ra Pcặn = kg/ ngày. Thể tích bùn sinh ra W = = 1,56 m3/ ngày. Lượng bùn sinh ra tính trong một tháng W = 1,56 .30 = 46,9 m3/ tháng. Chiều cao lớp bùn sinh ra trong một tháng Hbùn = , m. Trong đó : Σ W : Lượng bùn sinh ra trong 1 tháng , Σ W= 46,9 m3/ tháng. F : Diện tích của bể , F = 115,8 m2. Hbùn = = 0,4 m. Như vậy mỗi tháng ta xả bùn một lần, mỗi lần khoảng 2 giờ. Thể tích bùn sinh ra trong một tháng W = 1,56 . 30 = 46,8 m3/ tháng. Vậy mỗi giờ cần xả : = 23,4 m3/ h = 0,0065 m / s. Vận tốc bùn trong ống thường v= 0,5 ÷ 1,5 m / s. Chọn v = 0,5 m / s. Vận tốc xả bùn được tính theo công thức: , m/s. Trong đó: v : vận tốc bùn trong ống, m / s. v = 0,5 m / s. q : vận tốc xả bùn, m / s. q = 0,0065 m / s. d : đường kính ống thu bùn, m. Đường kính ống thu bùn d = = 0,13 m = 130 mm. Tính toán hệ thống phân phối nước vào bể Số điểm phân phối nước vào bể cần đảm bảo 4 m2 trên một đầu phân phối. Số đầu phân phối nước vào bể đầu. Nước thải được bơm vào bể UASB theo đường ống chính và phân phối trên 4 đường ống nhánh nhờ hệ thống van và đồng hồ đo lưu lượng đặt trên mỗi đường ống. Đường kính ống chính Dchính = , m. Trong đó : q : lưu lượng nước vào qua ống chính trong mỗi bể , q = 2500 m3 / ngày = 0,028 m3 / s. v : vận tốc nước trong ống, v = 1,5 ÷ 2 m / s. chọn v = 1,5 m / s. Dchính = = 0,154 m = 154 mm. Chọn đường kính ống chính Dchính = 160 mm. Đường kính ống nhánh : Dnhánh = , m. Trong đó : q : lưu lượng nước thải qua mỗi ống nhánh. q = 0,007 m3 / s. v : vận tốc nước trong ống nhánh , v = 2 m / s. D = = 0,067 m = 670 mm Các thông số của bể UASB Dung tích cần thiết của bể V = 927 m3. Chiều cao phần xử lý yếm khi H = 8,1 m. Chiều cao vùng lắng Hl = 2 m. Chiều dài bể L = 11 m. Chiều rộng bể B = 11 m. Ống phân phối nước : Đường kính ống chính d = 154 mm. Đường kính ống nhánh d = 67 mm. Các thông số ô nhiễm của nước thải khi ra khỏi bể UASB Thông số COD (mg/l) BOD5 (mg/l) SS (mg/l) Giá trị đầu vào 3407 2768,2 305,9 Hiệu suất tách ( %) 87 85 83 Giá trị đầu ra 442,9 415,4 52 VI.1.8. Bể Aeroten Chọn các thông số ban đầu như sau: 1. Độ tro của bùn hoạt tính z = 0,3. 2. Nồng độ cặn tuần hoàn Ct = 10 000g/m3 hay 7 000 g/m3 là cặn bay hơi. 3. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten . = 2 500 g/m3. 4. Thời gian lưu trong bể của bùn hoạt tính θc = 10 ngày. 5. Cặn lơ lửng đầu ra SS = 40 mg/l chứa 65% cặn hữu cơ phân hủy BOD5. 6. BOD5 = 0,93 COD. 7. Chọn BOD5 đầu ra là 62mg/l. Tính kích thước bể Aeroten Hiệu xuất xử lý BOD5 của bể E = 100% , %. Trong đó: So : Hàm lượng BOD5 đầu vào, mg/l. S : Hàm lượng BOD5 đầu ra, mg/l. E = = 85% . Cặn lơ lửng đầu ra SS = 40 mg/l chứa 65% cặn hữu cơ phân hủy. Thể tích bể Aeroten V = , m3. Trong đó : Q : Lưu lượng nước thải , m3.Q = 5000 m3/ngày.đêm. Y : Hệ số thu hoạch, Y = 0,6. θc : Thời gian lưu bùn , ngày. θc = 10 ngày. S0 : Hàm lượng BOD5 đầu vào. S : Hàm lượng BOD5 đầu ra. B : Nồng độ bùn hoạt tính trong bể, m /l = 2500 mg/l. Kđ : Hệ số phân hủy nội bào, Kđ = 0,06 /ngày. m3. Chia làm 4 bể, thể tích mỗi bể m3. Chọn H1 = 4,5 m, chiều cao dự trữ h = 0,5 m. Chiều cao xây dựng của bểθ H = H1 + h = 4,5 + 0,5 = 5 m. Diện tích bề mặt của mỗi bể m3. Chọn chiều dài : L = 14 m. Chiều rộng : B = 10 m. Tính lưu lượng cặn dư phải xả ra hằng ngày sau khi hệ thống hoạt động ổn định Hệ số tạo cặn ổn định Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 Px = Yb . Q ( S0 – S ) . 10-3 , kg/ngày. Px = 0,375 . 5000 . ( 415,4 – 62,31 ) = 662,64 kg/ngày.đêm. Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn Chọn dộ tro trong cặn là z = 0,3 m. kg/ngày.đêm. Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi Pxả = Px1 – Q . 10 mg/l . 10-3 Pxả = 916 – 5000 . 40 . 10-3 = 746 kg/ngày.đêm. Tính lượng bùn xả ra hằng ngày Qxả từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn cặn . Qxả = 66 m3/ngày. Tính hệ số tuần hoàn α bỏ qua lượng bùn hoạt tính tăng lên trong bể ( Q + Qt ) = Qt . C1 . Ct = 7000 mg/l B = 2500 Lượng bùn tuần hoàn qt = 0,55 . Q = 0,55 . 208,3= 115 m3/giờ. Thời gian lưu nước trong bể Aeroten ngày = 12,7 giờ. Lượng oxy cần thiết Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn Q = 5000 m3/ngày. S0 = 415,4 mg/l. S = 62,3 mg/l. ƒ = 0,93. Px = 662 kg/ngày. kgO2/ngày. Lượng oxy cần trong điều kiện thực ở 20 0C . CS : nồng độ bão hòa oxy trong nước ở 200C CS = 9,08 mg/l. CL : nồng độ oxy duy trì trong bể Aeroten CL = 2 mg/l. kg/ngày. Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aeroten mg/mg.ngày. ρ = gr/gr.ngày. Tải trọng thể tích kgBOD5/m3.ngày. Tính lượng không khí cần thiết Nếu áp dụng hoàn toàn phương pháp gió bọt khí lớn kiểu bơm Airlift hệ số α = 0,8. Công suất hòa tan oxy OC = 5,5 grO2/m3 khí 1 mét sâu. Xây dựng 4 bể Aeroten , diện tích mỗi bể F = 132,4 m2. Bể Aeroten được thiết kế với bề rộng 9,5 m, bề dài 14 m, cao 5 m, chiều cao ngập nước 4,5 m. Lượng không khí cần thiết Dùng hệ thống phân phối khí có bọt khí kích thước trung bình với α = 0,7, năng suất hòa tan oxy của thiết bị OU = 7grO2/m3,không khí cấp vào ở độ ngập 4,5 m. OCt = 2433 kg/ngày.. OU = 7 gr O2/m3khí 1 m sâu. h = 4,5m độ ngập của lỗ phun. m3/ngày. Kiểm tra chỉ tiêu cấp khí Lưu lượng khí cấp cho 1 m3 nước xử lý m3/m3 Lưu lượng khí cần để khử 1 kg BOD5 m3khí/ 1kg BOD5 khử. Cấu tạo dàn ống Trong mỗi bể đặt 2 dàn ống xương cá, cách nhau 5 m và cách thành bể 2,5 m. Dàn ống xương cá gồm ống chính và các ống nhánh và 1 m hàn vuông góc với ống chính cách nhau 0,3 m. Đáy ống khoan lỗ D5, cách nhau 10 cm thành 1 hàng dọc. Số lỗ trên 1 ống nhánh n1 = 10 lỗ. Số ống nhánh trong 1 dàn ống n0 = 14/0,3 = 47 ống. Số lỗ trên 1 dàn ống ΣnL = 10 . 47 = 470 lỗ. Diện tích 1 lỗ D5, flỗ = 19,625 . 10-6 m2. Tổng diện tích lỗ trên 1 dàn ống Σflỗ = 470 . 19,625 . 10-6 = 9,224 . 10-3 m2. Lưu lượng không khí trên 8 dàn ống Q = m3/s. Vận tốc khí trao đổi vk = m/s. Cường độ thổi gió m3/m3. Các thông số của bể Aeroten: Chiều cao bể H = 5m. Chiều cao dự trữ h = 0,5 m. Chiều dài bể L = 14 m. Chiều rộng bể B = 9,5 m. VI.1.5. Bể lắng đợt II ( bể lắng đứng ) Diện tích mặt bằng của bể lắng m2. Q = 208,3 m3/h. α = 0,55. C0 = 3571 g/m3. Ct = 10 000 g/m3. VL : vận tốc lắng của bề mặt phân chia ứng với nồng độ CL. CL = 1/2 Ct = 1/2 . 10 000 = 5 000 g/m2. VL = VMax . e-K . CL , m/h. VMax = 7 m/h. CL = 5 000 g/m3. K = 600. m/h Diện tích phần lắng của bể m2. Nếu kể cả diện tích buồng phân phối trung tâm Sbể = 1,1 . 339 = 373 m2. Đường kính bể D = 21,8 m. Đường kính buồng phân phối trung tâm d = 5,5 m. Diện tích buồng phân phối trung tâm f = 23 m2. Diện tích vùng lắng của bể SL = 373 – 23 = 350 m2. Tải trọng thủy lực Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể . Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính bằng 0,8 đường kính bể. Dmáng = 0,8 . 21,8 = 17,5 m. Chiều dài máng thu nước L = π . Dmáng = 3,14 . 17,5 = 55 m. Tải trọng thu nước trên 1 m chiều dài của máng < 125. Tải trọng bùn . Xác định chiều cao bể Chọn chiều cao bể : H = 4 m, chiều cao dự trữ trên mặt thoáng : h1 = 0,3 m. Chiều cao cột nước trong bể : 3,7 m, gồm Chiều cao phần nước trong h = 1,5 m. Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 2% về tâm. h3 = 0,02 . 19 = 0,38 m. Chiều cao chứa bùn phần hình trụ h4 = H – h1 – h2 – h3 = 4 – 0,3 – 1,5 – 0,38 = 1,82 m. Thể tích phần chứa bùn vb = S . h4 = 1,134 . 1,82 = 2,064 m3. Nồng độ bùn trong bể Ctb = CL + Ct = 5000 + 10 000 = 15000 g/m3 = 15 kg/m3. Lượng bùn chứa trong bể lắng Gb = vb .Ctb = 15 . 2,064 = 30,7 kg. Lượng bùn cần thiết cho 1 bể Aeroten: Gcần = v . . = 1/4 . 2648 (m3 ) . 3571 = 2364 kg. Thời gian lưu nước trong bể lắng Dung tích bể lắng V = H . S = 3,7 . 373 = 1380 m3. Lưu lượng nước đi vào bể lắng Qt = ( 1 + α ) Q = 1,78 . 208,3 = 370,8 m3/h. Thời gian lưu nước giờ Trong đó : Thời gian lắng giờ. Thời gian cô đặc cặn : giờ. m3/h. Các thông số đặc trưng của bể lắng đợt II: Bể làm bằng bê tông cốt thép, bể hình trụ tròn. Diện tích bề mặt phần lắng S = 339 m2. Chiều cao của bể H = 4 m. Đường kính bể D = 21,8 m. Chiều cao phần chóp đáy bể h = 0.38 m. Diện tích buồng phân phối trung tâm f = 23 m2. Các thông số ô nhiễm của dòng thải sau khi ra khỏi bể lắng cấp II Thông số COD (mg/l) BOD5 (mg/l) SS (mg/l) Giá trị đầu vào 442,91 415,4 52 Hiệu suất phân hủy ( %) 85 85 52 Giá trị đầu ra 66,43 62,31 52 VI.1.10. Hồ sinh học Các thông số đầu vào Đầu vào : Chất rắn lơ lửng : SS = 50 mg/l trong đó 65% là cặn hữu cơ sẽ bị phân hủy. BOD5 = 62,31 mg/l, Hằng số động học chọn Y = 0,65, Kđ = 0,07, K20 = 2,5. Độ tro của bùn hoạt tính z = 0,3. Đầu ra : Hàm lượng cặn lơ lửng : SS = 22 mg/l. BOD5 = 20 mg/l. Điều kiện tự nhiên : Nhiệt độ nước thải về mùa đông : 180C. Nhiệt độ không khí mùa đông : 100C. Nhiệt độ nước thải về mùa hè : 330C. Nhiệt độ không khí về mùa hè : 350C. Điều kiện địa chất và địa hình cho phép hồ đào sâu 2,5 m. Dòng nước thải có thông số BOD5 > 50 mg/l cao hơn TCVN 5945 – 2005 và = 0,93 > 0,5 nên có thể tiếp tục áp dụng phương pháp xử lý nước thải bằng hồ sinh học. Đây là bước xử lý triệt để áp dụng hệ thống hồ sinh học tự nhiên gồm hồ tảo và hồ lục bình, hệ thống này được dùng để loại bỏ hoàn toàn COD và SS đồng thời làm giảm đáng kể lượng N và P. Như vậy nước sau sử lý đạt tiêu chuẩn xả thải vào nguồn loại B. Diện tích bề mặt hồ cần thiết F = , m2. Trong đó: Q – lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngày. T – thời gian lưu thủy học, ngày. H – chiều sâu của hồ, m. Ta có: = . Trong đó: SR – BOD5 ở dòng ra, mg /l. SV – BOD5 ở dòng vào, mg/l. k1 – hằng số tốc độ phản ứng bậc1. k1 = f (t0C) = 0,3 (1,05)(t – 20) ngày-1. Để SR = 20 mg/l ( Đạt TCVN 5945 – 2005, cột F2, Q < 50m3/s ) thì thời gian lưu thủy lực học sẽ bằng T = , giờ. Ta có: SV = 62,31 mg/l, chọn SR = 20mg/l, t = 250C k1 = 0,38. T = 5,567, làm tròn T = 6 ngày. Với Q = 5000 m3/ngày, chọn H = 2,5m. Vậy diện tích bề mặt hồ là F = = 12.000 m2. Chia làm 2 hồ, diện tích mỗi hồ là: A1 = 6000 m2. Chiều dài L = 100 m. Chiều rộng B = 60 m. Phía sau nhà máy đã có 6 cái ao với diện tích nhỏ hơn, có thể cải tạo 6 ao này thành hai hồ sinh học. Tính lượng BOD5 hòa tan ở đầu ra Lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng ở đầu ra a = 22 mg . 0,65 . 1,42 . 0,68 = 13,8 mg/l. Lượng BOD5 hòa tan ở đầu ra b = 20 – 13,8 = 6,2 mg/l. Nhiệt độ nước trong hồ a. Mùa đông : , 0C. A = 12 000 m2. Ta = 100C. Ti = 180C. Q = 5 000 m3/ngày. , 0C. b. Mùa hè A = 12 000 m2. Ta = 35 0C. Ti = 33 0C. Q = 5 000 m3/ngày. , 0C. Hằng số tốc độ phản ứng KT a. Mùa đông : KT = K20 . θT – 20 . K20 = 2,5 . θ = 1,06. T = 13,6. KT = 2,5 . 1,0613,6 – 20 = 1,72. b. Mùa hè : θ = 1,06. T = 34. KT = 2,5 . 1,0634– 20 = 5,65. Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong hồ sinh học , kg/ngày. Q = 5000 m3/ngày. Y = 0,65. Kđ = 0,07 . θ = 6 ngày. , kg/ngày. Nguồn oxy cung cấp cho các vi sinh vật trong hồ là từ khuếch tán tự nhiên nhờ gió và sự quang hợp của tảo và lục bình nhờ ánh sáng Mặt Trời. Diện tích mỗi hồ là 6000 m2, trong hồ có tảo và lục bình đảm bảo đủ lượng oxy hòa tan cung cấp cho vi sinh vật trong hồ. Các thông số chính của hồ sinh học Diện tích bề mặt mỗi hồ A = 6000 m2. Thời gian lưu T = 6 ngày. Chiều dài hồ L = 100 m. Chiều rộng hồ B = 60 m. Các thông số ô nhiễm của nước thải sau khi ra khỏi hồ sinh học BOD5 = 20 mg/l COD = 24 mg/l VI.1.11. Các công trình phụ VI.1.11.1. Tính bể chứa bùn 1. Bể chứa bùn tuần hoàn Vbth = Qth . tth = . 60 = 1,75 m3 . Trong đó: Qth : lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn, Qth = 1,75 m3/h. tth : thời gian lưu bùn tuần hoàn, tth = 60 phút. Kích thước bể chứa bùn tuần hoàn Chọn chiều cao bể h = 1 m. Chiều dài bể = chiều rộng bể = 1,5 m. 2. Tính bể chứa bùn dư Vd = Qd . tđ = 1,75. 5 = 8,75 m3. Chọn Vbd = 8,75 m3. Trong đó Qd: lưu lượng bùn dư, Qd = 1,75 m3/h. td: thời gian lưu bùn dư, td = 5h. Kích thước bể chứa bùn dư: Chọn chiều cao bể h = 2,5 m. Chiều dài bể = chiều rộng bể = 2 m. 3. Tính bể nén bùn ( kiểu lắng đứng ) Bùn vào có nồng độ cặn 2% ( độ ẩm 98% ). Bùn ra có nồng độ cặn 5% ( độ ẩm 95% ). Tải trọng bùn vào av = 39 kg/m2.ngày. Tải trọng bùn ra ar = 42 kg/m2.ngày. Diện tích bể nén bùn = 1,2 m2. Qv : lượng bùn vào, kg/ngày. Đường kính bể nén bùn m. Chọn thời gian lưu bùn trong bể = 2 ngày Chiều cao bể chọn H = 4 m. Thể tích của bể V = S . H = 1,2 . 4 = 4,8 m3. Chọn đường kính buồng phân phối trung tâm d = 20% Dbể = 0,2 . 1,24 = 0,25 m. Diện tích buồng phân phối trung tâm S = = m2. Chọn chiều cao buồng phân phối trung tâm = 2 m. 4. Tính sân phơi bùn Sân phơi làm việc 365 ngày trong năm. Bùn vào có nồng độ 5% ( độ ẩm 95% ), bùn khô ra khỏi sân 25% ( độ ẩm 75% ). Để đạt nồng độ cặn 25% ( độ ẩm 75% ) : chọn chiều dày bùn 8 cm, thời gian phơi 21 ngày. Thể tích dung dịch bùn 5% đưa vào sân phơi mỗi ngày : m3. 1 m2 sân phơi được lượng cặn G = V . S . P , kg/21ngày. V = 1 m2 . 0,08 m = 0,08 m3. S : tỷ trọng bùn khô, S = 1,07 ; P = 0,25. G = 0,08 . 1,07 . 0,25 = 21,4 kg/21ngày. Lượng bùn cần phơi trong 21 ngày G = 21 . 46,0446 = 967 kg. Diện tích sân phơi m2. Diện tích đường bao quanh, hố thu nước, trạm bơm đưa nước về bể điều hòa lấy bằng 50% diện tích ô phơi. Tổng diện tích sân phơi : F = 1,5 . 46 = 69 m2. Có thể bố trí 3 ô. Diện tích 1 ô : f = 69/3 = 23 m2. Ô có kích thước 4 x 7 ( m ). Tích dung dịch bùn và xúc bùn khô theo chu kỳ 21 ngày 1 lần. Chiều cao thành sân phơi : H = h1 + h2 + h3 + h4. h1 : chiều cao lớp sỏi = 20 cm. h2 : chiều cao lớp cát = 20 cm. h3 : chiều cao dung dịch bùn. h3 = m. h4 : chiều cao dự trữ = 30 cm. H = 0,2 + 0,2 + 0,04 + 0,3 = 0,74 m. Lấy H = 1m. VI.1.1.2. Các thiết bị Ngoài các công trình đã tính toán ở trên, các thiết bị cấn tính toán, lựa chọn là: Bơm nước thải. bơm bùn, máy thổi khí, hệ thống ống dầu, các tiết bị điều khiển và các thiết bị quan trắc. VI.1.1.2.1. Bơm bùn Bơm bùn dùng để hút bùn tử bể Aeroten, bể đông keo tụ, bể lắng cấp II, bể UASB. Chọn loại bơm ly tâm với lưu lượng bùn của bơm là 4m3 ngày đêm hay 0,016m3/h. VI.1.1.2.2. Bơm nước thải Bơm nước thải được đặt sau bể điều hòa để bơm nước thải từ bể điều hòa vào bể phản ứng đông keo tụ, bơm nước từ bể đông keo tụ sang bể lắng và UASB, từ bể UASB sang bể Aeroten, từ bể Aeroten sang bể lắng đứng và từ bể lắng đứng sang ra hồ sinh học. Để khắc phục trở lực và ngăn ngừa sự cố có thể xảy ra , cần đặt 5 bơm trong đó 4 bơm hoạt động; một bơm dự phòng, công suất mỗi bơm là 200m3/h (sơ đồ bố trí bơm được thể hiện trên hình vẽ số 6 phần phụ lục). Chọn loại bơm ly tâm hoạt động ổn định, phổ biến, dễ sửa chữa và thay thế. VI.1.6.4. Máy thổi khí Lựa chọn một máy thổi khí để phân phối khí cho cả bể điều hòa và bể Aeroten. Chọn máy thổi khí có các thông số sau đây: Qkk = 1000 m3kk/h, H = 4,5 m. VI.1.6.5. Các thiết bị khác Các thiết bị và phụ kiện cần có hệ thống xử lý nước thải: + Hộp giảm tốc. + Hộp phụ kiện (aptomat, dây dẫn, bóng đèn) + Ống dẫn và các phụ kiện (ống nối, van, khóa, đồng hồ đo) VI.2. BỐ TRÍ MẶT BẰNG Mặt bằng bố trí hệ thống xử lý nước thải được thể hiện trong bản vẽ số 6 ở phần phụ lục. VI.3. QUAN TRẮC HỆ THỐNG Để hệ thống xử lý nước thải làm việc ổn định và có hiệu quả thì phải có hệ thống quan trắc. Điểm quan trắc và các thông số cần quan trắc: + Nước thải trước khi vào hệ thống xử lý: PH, lưu lượng, COD, BOD5,SS. + Nước thải sau khi bể đông keo tụ: PH, t0, COD, BOD5, SS. + Sau bể UASB: PH, t0, COD, BOD5, SS + Sau bể lắng cấp hai: PH, COD, BOD5, SS. + Sau hồ sinh học: PH, COD, BOD5, SS. VI. 4. TÍNH TOÁN CHI PHÍ VI. 4. 1. Chi phí đầu tư ban đầu VI .4. 1.1. Chi phí xây dựng cơ bản Chi phí vây dựng cơ bản được trình bày trong hình 5.5 Bảng được tính toán dựa trên giá cả của các trang thiết bị báo bán trên thị trường cũng như giá thành vây dựng của các công trình. Bảng 6.5 ước tính chi phí trực tiếp xây dựng cơ bản STT Hạng mục công trình Đơn vị Khối lượng ci Đơn giá ( Đồng ) Thành tiền ( (ai + bi ) ci ) Vật liệu ( ai ) Nhân công ( bi ) Tổng ( ai + bi ) I. Buồng đặt song chắn rác 1 Đập phá tường mương cũ m3 0.75 0 68080 68080 872 132,96 2 Xây tường buồng đặt song ( tường gạch ) m3 0.68 75906 85466 1216372 644 102 3 Bê tông lát đáy M150 , đá 4.6 m3 1.004 563371 807317211 644102 313 956 4 Gia công song chắn thép Ф = 8mm kg 36 8000 7211 8721 2 042 400 II. Bể lắng cát 1 Đập phá tường bể cũ ( tường gạch ) m3 30 0 68080 68080 20042 240 III. Bể lắng và tách váng 1 Bê tông lót đáy m3 16 573212 115448 688660 11 018 560 2 Xây thành bể m3 47.2 550906 75466 716372 33 812 758 3 Thép hình dỡ động có gạt cặn và bọt kg 30 4420 0 4420 132 600 IV. bể điều hòa 1 Đập phá tường bể cũ(tường gạch m3 30 0 68080 68080 2 042 400 V. Bể đông keo tụ 1 Bê tông lót đáy bể phản ứng + đông tụ M200 , đá 1x2 m3 16 573212 115448 688660 11 018 560 2 Xây tường thành bể phản ứng + đông tụ(tường gạch) m3 47.2 550906 75466 716372 33 812 758 VI. Bể UASB 1 Bê tông tấm đan thành bể N200, đá1x2 m3 98 x 2 593586 215448 809093 158 582 228 2 Tôn làm ống trung tâm+ống loe+tấm chắn m2 21 x 2 80000 200000 280000 11 760 000 3 Bê tông lót đáy m3 32 x 2 573212 215448 788660 50 474 240 VII. Bể Arroten 1 bê tông lót đáy M3 110 x 4 5732586 215448 788660 347 010 400 2 Xây tường thành Arroten( tương gạch) M3 52.2 x 4 550906 85466 636372 133 638 120 3 Nhôm làm hệ thống đáy sục khí nén M3 11180 x 4 90000 200000 290000 1 276 000 VIII. Bể lắng cấp II 1 Bê tông tấm đan thành bể M200, đá1x2 M3 110 593586 215448 809034 88 993 740 2 Tôn làm ống trung tâm+ống loe+tấm che M2 20 70000 200000 270000 5 400 000 IX. Hồ sinh học 1 Phá bờ cũ, nạo vét,đào đất M3 9543 0 30000 30000 13 290 000 2 Kè bờ (đá hộc300x300) M3 730 30000 70000 100000 25 000 000 Tổng chi phí xây dựng ( Cxd ) 2 090 206 624 Chi phí xây dựng Cxd = 2 090 206 624 (đồng). VI.4.1.2. Chi phí trang thiết bị Các trang thiết bị cần thiết cho hệ thống xử lý nước thải được trình bày trong bảng 5.6 dưới đây: Bảng 6.6. Chi phí các trang thiết bị - hệ thống xử lý nước thải đã chọn TT Thiết bị Thông số Số lượng Đơn vị Đơn giá (Đồng) Thành tiền ( Đồng ) 1 Máy thổi khí Nđc = H = m 01 Chiếc 20000000 20 000 000 2 Động cơ cánh khuấy Nđc1 = 1,5 kw 01 Chiếc 20 000 000 20 000 000 Nđc2 = 120 w 01 Chiếc 5 000 000 5 000 000 Nđc3 = 0,5 kw 01 Chiếc 10 000 000 10 000 000 3 Cánh khuấy Chân vịt D1 = 0,6m 01 Chiếc 1 000 000 1 000 000 D2 = 1 m 01 Chiếc 1 000 000 1 000 000 Mái chèo d3 = 2 m 02 Chiếc 3 000 000 3 000 000 4 Động cơ cánh gạt cặn và gạt bọt Nđc = 0,5kw 02 Chiếc 1 000 000 2 000 000 5 Hộp điều khiển tốc độ n1 = 453 v/ph 01 Chiếc 500 000 500 000 n2 = 143 v/ph 01 Chiếc 500 000 500 000 n3 = 102 v/ph 01 Chiếc 500 000 500 000 6 Bơm định lượng( phèn, PAA ) - 03 Chiếc 5 000 000 15 000 000 7 Bơm nước thải Nđc1 = 200 m3/h 05 Chiếc 1 500 000 7 500 000 8 Bơm bùn Nđc2 = 0,016 m3/h 05 Chiếc 2 000 000 10 000 000 9 Thiết bị xử lý bùn F = 13,6 m2 01 Chiếc 30 000 000 30 000 000 10 Ống dẫn và các phụ kiện - 01 Chiếc 9 300 000 9 300 000 11 Các phụ kiện điện (aptomat, dây dẫn, bóng đèn ) - 01 Chiếc 1 650 000 1 650 000 12 Hệ thống cấp khí - 01 Chiếc 35 000 000 35 000 000 Tổng chi phí thiết bị CTB 171 450 000 Vậy tổng chi phí đầu tư ban đầu là : Cđt = Cxd + Ctb = 2 261 656 624 (đồng). VI.4.2. Chi phí vận hành VI.4.2.1. Chi phí hóa chất Chi phí lượng phèn sử dụng : Cp = 1 265,7 . 10-6 . 5000 . 103 . 1800đ = 11 391 300đ /ngày. Chi phí lượng PAA sử dụng : CPAA = 25 . 50000 = 1 250 000đ /ngày. Tổng chi phí hóa chất : CHC = CP + CPAA = 12 641 300đ /ngày Chi phí hóa chất cho mỗi m3 nước thải cần xử lý trong một ngày 2 528 đ/m3 VI.4.2.2. Chi phí điện năng Tổng công suất sử dụng điện là 50 kW Giá trị điện công nghiệp là 1000 đ/ kWh Vậy chi phí điện năng trong 1 ngày là 1 200 000 đ/ngày VI.4.2.3. Chi phí nhân công Với 07 kỹ thuật viên vận hành, lương tháng trung bình 2 000 000 đ/người. Vậy chi phí nhân công :7 . 2 000 000 = 14 000 000 đ/tháng Chi phí nhân công trung bình CNC = 467 000 đ/ngày Tổng chi phí vận hành CVH = CHC + CĐN + CNC = 12 641 300 + 1 200 000 +467 000 = 14 308 300đ/ngày Chi phí vận hành cho mỗi m3 nước thải cần xử lý : 2 662 ( đ/m3 ). KẾT LUẬN Ngành tinh bột sắn đang trở thành một trong nhưng ngành kinh tế hàng đầu của nước ta. Cùng với sự phát triển không ngừng của ngành tinh bột sắn thì cũng nảy sinh nhiều vấn đề có liên quan cần giải quyết. Đó là nguy cơ gây ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm không khí, ô nhiễm nhiệt và đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước chưa qua xử lý. Hiện nay ở nước ta phần lớn các cơ sở sản xuất tinh bột sắn đều thải thẳng ra nguồn tiếp nhận vì chưa có hệ thống xử lý hoặc đã lắp đặt hệ thống xử lý nhưng hệ thống không hoat động , hoạc hoạt động kém hiệu quả. Chỉ có một số lượng nhỏ cơ sở tinh bột sắn có hệ thống xử lý nước thải hoạt động tốt. Do vậy vấn đề giảm thiểu và quan trọng là xử lý ô nhiễm nước thải ngành tinh bột sắn đang là một vấn đề cấp bách cần được quan tâm và đầu tư. Từ quá trình thực tế và tính toán thiết kế hệ thống xử lý, có thể rút ra kết luận như sau : Đặc điểm hiện trạng môi trương của nhà máy tinh bột sắn Quảng Ngãi : Nước thải : Các thông số ô nhiêm chính của nước thải : Hàm lượng TS lớn ( TS = 3500 mg/l ), cao hơn TCVN 5945-2005 (loại B ) 35 lần. Hàm lượng COD cao hơn TCVN 5945 – 2005 (loại B ) 125 lần (COD = 10000 mg/l). Hàm lượng BOD5 cao hơn TCVN 5945 – 2005 (loại B ) 130 lần (BOD5 = 6500 mg/l ). Khí thải : Ảnh hưởng do hoạt động của nhà máy tới môi trường không khí ở mức độ thấp. Nguồn khí thải chủ yếu là tại lò hơi. Hàm lượng bụi bột trong xưởng cao hơn TCVN 5937 – 1995 khoảng 1,2 lần. Chất thải rắn : Chất thải rắn của nhà máy gồm bã sắn, các thành phần bóc ra từ nguyên liệu, đất , cát từ hố lắng, xỉ than và bùn từ các hồ sinh học. Phần lớn các chất thải rắn này được thu gom và bán cho những người thu mua về để tái chế. Đất và cát được mang trở lại đồn điền. Bùn được mang đi chôn lấp. Nhiệt độ và tiếng ồn : Nguồn gây ô nhiễm nhiệt chủ yếu sinh ra từ lò hơi và nhà sấy. Nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn chủ yếu được sinh ra từ lò đốt than và các máy, các động cơ từ khâu sản xuất. Tuy nhiên sự ô nhiễm này chỉ mang tính cục bộ và chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động, khu vực sản xuất. B .Hệ thống xử lý nước thải – nhà máy tinh bột sắn Quảng Ngãi được thiết kế với lưu lượng nước thải Q = 5000 m3/ngày.đêm bao gồm các thiết bị chính với các thông số như sau : 1. Buồng đặt song và song chắn rác a. Buồng đặt song Chiều cao HB = 0,8 m. Chiều dài LB = 1 m. Chiều rộng BB = 1 m. b. Song chắn rác Đường kính song chắn Ф = 0,008 m . Khoảng cách giữa hai song b = 0,02 m. Bề rộng tấm song chắn Bs = BB = 1 m. Chiều cao tấm song Hs = 0,92 m. Nguyên liệu làm song : thép CT31. 2. Bể lắng cát Chiều dài bể L = 7m. Chiều rộng bể B = 0,6 m. Chiều cao bể H = 1 m. Chiều cao lớp cát HC = 0,2 m. Thể tích lắng hữu ích VL = 1,6 m3. Thời gian lưu nước T = 60 s. 3. Bể lắng cát và tách váng Chiều dài bể L = 20 m. Chiều rộng bể B = 5m. Chiều cao bể H = 3,8 m. Thể tích lắng hữu ích VL = 187 m3. Thời gian lưu nước T = 60 phút. Tốc độ máy gạt cặn v = 0,9m/h. Tốc độ máy gạt bọt v = 0,9m/h. Bể điều hòa Hai bể. Thể tích bể V = 313 m. Phân phối khí Lưu lượng khí Qkk = 882 m3/h. Số ống cấp khí m = 21. Số lỗ khí n = 39. 5. Hệ thống đông keo tụ a. Ngăn phản ứng Thể tích bể V = 175 m3. Cánh khuấy : chân vịt : 3 cách, đường kính d = 1 m , chiều cao h =0,5 m, bề rộng b =0,2m , số vòng quay n = 823 vòng/phút. b. Ngăn đông keo tụ Thể tích bể V = 105 m3. Cánh khuấy : mái chèo 2 tầng , đường kính d = 2 m , chiều cao h = 8,25 ,bề rộng b = 6.5 số vòng quay n = 1,69 vòng/giây. c. Bể lắng đông keo Chiều dài bể L = 14,5 m. Chiều rộng bể B = 14,8 m. Chiều cao bể H =8m. Thể tích lắng hữu ích VL = 776,3 v/ph. Thời gian lưu T = 1,5 h. Đường kính ống trung tâm d1 =1,57 m. Bể USAB Hai bể. Chiều dài bể L = 11 m. Chiều rộng bể B = 11 m. Chiều cao bể H = 8 m. Thời gian lưu T = 8,9 h. Thể tích vùng phản ứng Vpứ = 926,3 m3. Ống phân phối nước Số ống chính m = 1 Số ống nhánh n = 4 Đường kính ống chính d = 0,16 m Đường kính ống nhánh d1 = 0,067 m Phễu thu khí : 4 cái Diện tích đáy phễu F = 20 m2 Chiều dài phễu l = 4,5 m Chiều rộng phễu b = 4,5 m Chiều cao từ đáy tới chóp phễu h = 1,3 m Máng thu nước Máng chữ v : 3 chữ v/1m Chiều dài máng l = 17,6 m Chiều rộng máng b = 0,3 m Chiều cao máng h = 0,2 m Chiều cao mực nước trong máng hn = 0,007m Bể Aeroten Bốn bể. Chiều dài bể L = 14 m. Chiều rộng bể B = 9,5 m. Chiều cao bể H = 5 m. Thời gian lưu T = 12,7 h. Thể tích phản ứng của bể Vpứ = 819 m3. Ống phân phối nước Số ống chính m = 1 Số ống nhánh n = 11 Đường kính ống chính d = 70 mm Đường kính ống nhánh d1 = 50 mm Hệ thống sục khí 08 bơm air Công suất bơm Qkk = 8. Bể lắng cấp II Chiều cao bể H = 4 m Đường kính bể D = 21,8 m Chiều cao ngăn chứa bùn Hb = 0,5 m Thể tích lắng hữu ích VL = 208,3 m3 Thời gian lưu T = 1h Đường kính ống trung tâm d1 = 114 mm 9. Hồ sinh học Số hồ = 2 hồ Diện tích bề mặt mỗi hồ 6000 m2 Thời gian lưu T = 6 ngày Nước thải đầu ra của hệ thống xử lý nước thải ( nhà máy tinh bột sắn Quảng Ngãi ) đạt tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005 ( cột E2, Q < 50 m3/s ). Hiệu suất của hệ thống xửlý : Hiệu suất khử COD: Hiệu suất khử BOD5 Hiệu suất khửT5 Ước tính chi phí Chi phí xây dựng và trang thiết bị : c = 2 051 230 798 Chi phí vận hành : c = 14 039 300 đồng /ngày ứng với 6 662 đồng/1m3 nước thải E. Để hệ thống hoạt động có hiệu quả, công nhân và kỹ thuật viên vận hành phải tuân thủ đầy đủ qui định về an toàn, quan trắc cũng như bảo dưỡng thiết bị và có các phương án khắc phục sự cố bất ngờ có thể xẩy ra. Với doanh thu ( trên 100 tỷ đồng mỗi năm) của các cơ sở tinh bột sắn như nhà máy sắn Quảng Ngãi hiện nay thì hoàn toàn đủ khả năng xây dựng hệ thống xử lý nước thải như trên nhằm bảo vệ môi trường và đảm bảo phát triển bền vững. Đây là hệ thống xử lý có giá thành phù hợp, vật tư dễ kiếm, giá thành không cao. Phương pháp này ưu việt hơn các phương pháp mà các cơ sở tinh bột sắn đang áp dụng, xử lý triệt để hơn các chất ô nhiễm đối với nước thải tinh bột sắn vốn có nồng độ chất ô nhiễm lớn và lưu lượng thay đổi bất thường tùy theo mùa. Nguyên lý vận hành dễ nắm bắt, dễ sửa chữa, chi phí đầu tư xây dựng không vượt quá khả năng so với doanh thu của các nhà máy. Đây là phương pháp xử lý phù hợp với tình hình kinh tế và địa hình của nước ta, mà vẫn đảm bảo tính hiệu quả và tiện dụng Do quĩ thời gian không nhiều, vốn kiến thức còn hạn chế, các kết quả tính toán còn ở trên lý thuyết, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô và các bạn để em hoàn thiện hơn đồ án này và vốn kiến thức của mình. Em xin chân thành cảm ơn./. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002 ), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. Trần Hếu Nhuệ ( 2001 ), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệ, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. Bộ khoa học công nghệ môi trường – Cục môi trường, Tuyển tập các báo cáo khoa học tại hội nghị Môi trường toàn quốc. Viện kỹ thuật nhiệt đới và bảo vệ môi trường (1998 ), Đánh giá tác động môi trường - nhà máy tinh bột sắn Quảng Ngãi. TS. Trịnh Xuân Lai (2000 ), Tính toàn thiết kế các công trình xử lý nước thải, tập 1 , 2, NXB Xây Dựng, Hà Nội . Vũ Thị Thu Hiền ( 2002 ), Nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột, Luận văn thạc sỹ khoa học Công nghệ môi trường, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. Nguyễn Thị Thuý Hà ( 2006 ), Đánh giá hiện trạng môi trường các nhà máy tinh bột sắn và kiến nghị các phương pháp giảm chất thải, Luận văn thạc sỹ khoa học Công nghệ môi trường, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. Cục môi trường – Viện công nghệ và tài nguyên ( 1998 ), Công nghệ môi trường, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. Bộ tài nguyên và môi trường – Cục bảo vệ môi trường ( 2003 ), Báo cáo chuyên đề : Phân loại và nhận dạng các loại hình sản xuất – Áp dụng các giải pháp công nghệ và quản lý đối với một số cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp nhằm cải thiện môi trường sông Nhuệ và sông Đáy, Hà Nội. Bộ tài nguyên và môi trường – Cục bảo vệ môi trường ( 2003 ), Báo cáo chuyên đề : Xác định các điều kiện kinh tế, xã hội và công nghệ sản xuất có kiên quan đến môi trường - Áp dụng các giải pháp công nghệ và quản lý đối với một số cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp nhằm cải thiện môi trường sông Nhuệ và sông Đáy, Hà Nội. Tạp chí Hải Yến ( Tháng 02 – 2004 ), Đầu tư. Bùi Đức Hợi ( 1985 ), Chế biến lương thực, tập 3, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. Hoàng Kim Anh, Ngô Thế Xương ( 2006 ), Tinh bột sắn và các sản phẩm từ tinh bột sắn, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. Hoàng Văn Huệ ( 2002 ), Thoát nước – xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp, tập 1, 2, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. Bộ môn Quá trình và công nghệ hóa chất ( 1978 ), Sổ tay Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1, 2, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. Nguyễn Ngọc Dung ( 1999 ), Xử lý nước cấp, NXB Xây Dựng, Hà Nội. Nguyễn Thị Thu Thủy ( 2000 ), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. Hoàng Đức Liên, Tống Ngọc Tuấn ( 2000 ), Kỹ thuật và thiết bị xử lý chất thải bảo vệ môi trường, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. Bộ Y Tế ( 2002 ), “QĐ số 3733/2002/QĐ – BYT”, 21 tiêu chuẩn vệ sinh lao động. Bộ Tài Nguyên Môi Trường ( 2002 ) – “Quyết định số 35/2002/QĐ – BKHCNMT”, Tuyển tập 31 tiêu chuẩn Việt Nam về Môi Trường bắt buộc áp dụng, Hà Nội. PHẦN PHỤ LỤC MỤC LỤC