Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất bột giấy của công ty nông công nghiệp trách nhiệm hữu hạn Tam Hiệp, xã Long Thành, huyện Bến Cầu, tỉnh Tây Ninh công suất 250 m3/ngày đêm

i sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành các tế bào mới. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt II bằng cách tuần hoàn bùn ngược lại đầu bể Aerotank để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể. Bùn dư ở đáy bể lắng được xả ra khu xử lý bùn. Bể lọc sinh học (Biophin) Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc. Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệ thống cùng với nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có hai lớp: lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài. Do đó quá trình lọc sinh học thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiếu - yếm khí. Theo chiều sâu từ mặt xuống đáy bể lọc, nồng độ chất hữu cơ trong nước thải giảm dần và tại một vùng nào đó các vi sinh vật ở trạng thái đói thức ăn. Thường BOD được chiết ra chủ yếu ở 1,8 m phần trên của lớp đệm. Phần sinh khối vi sinh vật thừa sẽ bị tróc ra, theo nước ra ngoài bể lọc. So sánh hai phương án Hiệu quả xử lý của bể Aerotank và bể Biophin gần như nhau nên cần có những so sánh ở những khía cạnh khác để chọn được công trình tốt nhất. Bảng 5.3: So sánh giữa bể Aerotank và bể Biophin. Yếu tố so sánh Phương án 1 Phương án 2 Tổng đầu tư Nhỏ hơn. Lớn do bể lọc sinh học đòi hỏi kích thước lớn và vật liệu đệm cung cấp cho bể rất lớn. Vận hành Vận hành phức tạp hơn, tuy nhiên nhờ các thiết bị tự động việc vận hành không còn là vấn đề phức tạp cần phải cân nhắc. Vận hành đơn giản hơn, tuy nhiên cần phải kiểm tra chất lượng nước đầu vào thường xuyên. Khả năng đáp ứng sự cố Tốt, trong trường hợp xấu nhất có thể thay thế bùn khởi động lại từ đầu với thời gian ngắn. ít có khả năng đáp ứng sự cố, trong trường hợp xấu nhất việc thay thế vật liệu đệm trong bể sinh học tốn nhiều thời gian và chi phí. Khả năng ảnh hưởng tới môi trường Không gây ảnh hưởng đến môi trường Đối với khí hậu nóng ẩm, về mùa hè ruồi, muỗi và nhiều loại côn trùng xâm nhập và sinh sôi gây ảnh hưởng đến công trình và môi trường xung quanh. Thời gian khởi động Ngắn hơn, việc kiếm bùn hoạt tính để khởi động dễ dàng và sẵn có. Việc tạo màng VSV ở bể sinh học lâu đòi hỏi thời gian khởi động lâu hơn. Diện tích xây doing Nhỏ Lớn do diện tích bể lọc sinh học lớn. Chi phí vận hành Lớn do tiêu tốn nhiều điện năng và hóa chất. ít hơn do bể sinh học không cần sục khí. Đơn giá / m3 xử lý Lớn hơn ít hơn Khả năng mở rộng(tăng công suất) Có thể mở rộng công suất do các bể chiếm diện tích nhỏ, thời gian lưu không lớn ít có khả năng mở rộng do bể sinh học có diện tích lớn, thời gian lưu lâu hơn. Qua so sánh ta có thể thấy bể Aerotank có nhiều ưu điểm hơn bể Biophin, do đó ta lựa chọn phương án 1 cho hệ thống xử lý nước thải để thiết kế. Thuyết minh sơ đồ công nghệ xử lý đã lựa chọn: Nước thải được chảy qua song chắn rác, song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô (giấy vụn, sợi, . . .) có kích thước ³ 16mm. Nước được đưa sang hố thu. Sau đó nước bơm đến bể điều hòa. Tại bể điều hòa có quá trình khuấy trộn và cấp khí để nước thải được điều hòa về lưu lượng và nồng độ. Sau đó nước thải được bơm sang bể lắng I. Nước thải đi vào xiclon ở phần trên theo phương tiếp tuyến với tiết diện ngang và quay chung quanh trục của xiclon rồi đi vào ống thu đặt trên đỉnh đồng trục với xiclon. Cặn bị văng ra thành xiclon, trượt xuống dưới đi côn thu rồi được tháo liên tục ra ngoài qua ống đặt ở đáy côn. Tiếp tục nước được đưa qua bể trộn, nước được đưa từ dưới lên tạo nên dòng chảy rối làm cho nước trộn đều với dung dịch chất phản ứng (vôi sữa); và được đưa sang bể phản ứng xoáy kết hợp với bể lắng đứng. Tại bể phản ứng sẽ hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo với cặn bẩn. Sau đó, nước thải được đưa sang bể Aerotank, tại bể Aerotank diễn quá trình sinh học hiếu khí được duy trì nhờ không khí cấp từ các máy thổi khí. Tại đây, các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như là CO2, H2O. Hiệu quả xử lý BOD của bể aerotank đạt từ 90 - 95%. Từ bể Aerotank, nước thải được dẫn sang bể lắng II, tại đây diễn ra quá trình phân tách giữa nước và bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính lắng xuống đáy, nước ở phía trên được đưa sang bể khử trùng. Tại bể khử trùng, nước thải được khử trùng thời gian tiếp xúc khoảng 15-20 phút. Sau khi qua bể khử trùng nước thải được xả thải ra nguồn thải. Bùn hoạt tính ở đáy bể lắng được chuyển sang bể chứa bùn hai ngăn. Một phần bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn về bể Aerotank nhằm duy trì hàm lượng vi sinh vật trong bể. Lượng bùn dư còn lại được bơm đến ngăn khuấy trộn của máy lọc ép băng tải rồi cùng với bùn từ bể lắng đứng được khuấy trộn với polymer rồi đi qua hệ thống băng tải ép bùn. Nồng độ cặn sau khi làm khô đạt được từ 15-25%. TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH Song chắn rác Chọn loại song chắn có kích thước khe hở b = 16 mm. Tiết diện song chắn hình chữ nhật có kích thước: s * l = 8 * 50 mm. Số lượng khe hở n=Qmaxvs*b*h1*kz=26,05/36000,6*0,016*0,1*1,05=7,5 (khe) Chọn số khe là 8 số song chắn là 7 Trong đó: + n: số khe hở + Qmax: lưu lượng lớn nhất của nước thải, (m/s). + vs: tốc độ nước qua khe song chắn, chọn vs = 0,6 m/s. + kz: hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy, chọn kz = 1,05. Bề rộng thiết kế song chắn rác Bs = s * (n – 1) + (b * n) = 0,008 * (8 – 1) + (0,016 * 8) = 0,184 (m) Chọn Bs = 0,2 m. Trong đó: s: bề dày của thanh song chắn, chọn s = 0,008 Tổn thất áp lực qua song chắn rác hs=x*vmax22g*k Trong đó: + vmax: vận tốc nước thải trước song chắn ứng với Qmax, vmax = 0,6. + k: hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, k = 2 ÷ 3. Chọn k = 2 + x: hệ số tổn thất áp lực cục bộ, được xác định theo công thức: x=j*sb3/4*sinjù=2,42*0,0080,0164/3*sin600=0,83 + Với: α: góc nghiêng đặt song chắn rác, chọn j = 600. + α: hệ số phụ thuộc vào hình dạng thành đan, j = 2,42 hs=0,83*0,622*9,81*3=0,05 m=5 (cm) Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác L1=Bs-Bk2tgx=0,3-0,22tg200=0,14 (m) Chọn L1 = 0,2 Trong đó: + Bs: chiều rộng song chắn rác. + Bk: bề rộng mương dẫn, chọn Bk = 0,2 m. + j: góc nghiêng chỗ mở rộng, chọn j = 200. Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác L2 = 0,5L1 = 0,5 * 0,2 = 0,1 (m) Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác L = L1 + L2 + LS = 0,2 + 0,1 +1 ,1= 1,4 (m) Trong đó: Ls: chiều dài phần mương đặt song chắn rác, L = 1,1m. Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác H = hmax + hs + 0,5 = 0,1 + 0,05 + 0,5 = 0,65 (m) Trong đó: + hmax = hl: độ đầy ứng với chế độ Qmax. + hs: tổn thất áp lực qua song chắn. + 0,5: khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất. Hàm lượng SS và BOD5 của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 5% còn lại: SS = 850.(100-5)% = 807,5 (mg/l) BOD5 = 1730.(100-5)% = 1643,5 ( mg/l) Bảng 5.4: Tóm tắt thông số thiết kế mương và song chắn rác TT Thông số Đơn vị Số lượng 1 Chiều dài mương, L m 1,4 2 Chiều rộng mương, Bs m 0,2 3 Chiều sâu mương, H m 0,65 4 Số thanh song chắn Thanh 7 5 Số khe, n Khe 8 6 Kích thước khe mm 16 7 Bề rộng thanh, s mm 0,008 8 Chiều dài thanh mm 50 Hố thu Chọn thời gian lưu nước t = 30 phút. Vậy thể tích hố thu nước: V= QngàyTB*t24*60=250*3024*60=5.2 m3 Chọn kích thước ngăn phân phối: L * B * H = 1,8 * 1,2 * 2.5 m Bể điều hòa Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa là T = 4 giờ. Thể tích bể điều hòa: W = QgiờTB * T = 10,42* 4 = 41,68 (m3) Kích thước bể điều hòa: L * B * H = 7 * 3 * 2 m. Lưu lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa: Lkhí = QgiờTB * a Trong đó: + QgiờTB: Lưu lượng nước thải trung bình theo giờ QgiờTB = 10,42 m3/giờ + a: Lưu lượng không khí cấp cho bể điều hòa a = 3,74 m3 khí/m3 nước thải Lkhí = 10,42 * 3,74 = 38,97 (m3/giờ) Khí được cung cấp bằng hệ thống ống PVC có đục lỗ, bao gồm 3 ống đặt dọc theo chiều dài bể (7m), các ống cách nhau 2m. Lưu lượng khí trong mỗi ống qống = (m3/giờ) Vận tốc khí trong ống 10 - 15 m/s. Chọn vống = 10 m/s. Đường kính ống dẫn khí: dống = 4*qốngð*vống*3600= = 0,02 (m) =20 (mm) Chọn ống f = 20 (mm) Đường kính các lỗ 2 - 5 mm. Chọn dlỗ = 4 mm = 0,004 m. Vận tốc khí qua lỗ 5 - 20 m/s. Chọn vlỗ = 10 m/s. Lưu lượng khí qua một lỗ: qlỗ=vlỗ*ð*dlỗ24=10*ð*0,00424*3600=0,452 (m3/giờ) Số lỗ trên một ống : N = = = 29 (lỗ) Số lỗ trên 1m dài ống : n = = 4.8 (lỗ/m) Chọn n = 3 lỗ/m.ống. Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí: Hm = hl + H Trong đó: + hl: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển hl = 0,4 m + H: Độ sâu ngập nước của ống H = 2 m Hm = 0,4 + 2 = 2,4 (m) Chọn Hm = 2,4 m = 0,24 atm Năng suất yêu cầu: Lkhí = 10,42*3,74 = 38,97 (m3/giờ) = 0,011 (m3/s) Công suất của máy thổi khí: Pmáy = Trong đó: + Pmáy: Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW. + G: Trọng lượng của dòng không khí, kg/s. G = Lkhí * rkhí = 0,011*1,3 = 0,0143 kg/s + R: Hằng số khí R = 8,314 KJ/K.mol oK. + T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1 = 273 + 25 = 298 o K. + P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1 = 1atm. + P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 = Hm + 1 =1,34 atm. n = = 0,283 (K = 1,395 đối với không khí) + 29,7: Hệ số chuyển đổi. + e: Hiệu suất của máy, chọn e = 0,7. Vậy: Pmáy = = 0,38 (kW) Bảng 5.5: Các thông số thiết kế và kích thước bể điều hòa TT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng trung bình giờ m3/h 10,42 2 Thời gian lưu nước, t Giờ 4 3 Thể tich hữu ích, W m3 41,68 4 Kích thước (mặt hình chữ nhật): + Rộng, B + Dài, L + Độ sâu, H m m m 3 7 2 5 Lượng khí nén cho 1m3 nước thải m3khí/m3nước thải 3,74 6 Lượng khí nén cần thiết kế để xáo trộn m3/giờ 38,97 Bể lắng I Chọn loại bể lắng ly tâm, có mặt bằng hình tròn. Lưu lượng nước thải xử lý QngTB = 250 m3/ngày Tổng chiều cao vùng lắng hl = 3 m (Chọn theo bảng 4-4, Trịnh Xuân Lai - Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải) Tải trọng bề mặt v0 = 40m3/m2.ngày Diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng Fl == = 6,25 m2 Trong đó: + QngàyTB là lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày.đêm. + V0 là tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày. Đường kính bể lắng: D= 4ð*F1 = 43,14*6,25 = 2,82 m Chọn Dbể = 3m Đường kính ống trung tâm: d = 20%D = 0,2 * 3 = 0,6 m Chiều cao ống trung tâm: h = H = 0,6 * 3,0m = 1,8 m Tính lại diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng: F1=ð*Dbể24=3,14*324=7,07(m2) Xác định lại tải trọng bề mặt của bể theo QgiờTB: U0TB=Q*24Fi=10,42*247,07=35,37(m3/m2.ngày) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép 32 - 48 m3/m2ngày Xác định lại tải trọng bề mặt của bể theo Qgiờmax: U0max=Qmax*24Fi=26,05*247,07=88,43 (m3/m2.ngày) Giá trị Uomax phù hợp với các thông số tính toán bể lắng I cho trong bảng 4 - 3 của giáo trình Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai. Bể lắng có dạng hình trụ có đổ thêm bêtông dưới đáy để tạo độ dốc 10%. Hố thu gom bùn đặt ở chính giữa bể và có thể tích nhỏ vì cặn sẽ được tháo ra liên tục, đường kính hố thu gom bùn lấy bằng 20% đường kính bể. Chiều cao phần chóp đáy bể, có độ dốc 10% hướng về tâm: hc = * 0,1 = 3 * 0,1 = 0,3 (m) Chiều cao dự trữ trên mặt thoáng hdt = 0,3 (m) Chiều cao tổng cộng của toàn bộ bể: Hbể = hl + hdt = 3 + 0,3 = 3,3 (m) Thể tích phần công tác của bể: vct=ð*Dbể24*h1=3,14*324*3=21,195(m3) Thể tích tổng cộng của bể: vc=ð*Dbể24*Hbể=3,14*324*3,3=23,312(m3) Thời gian lưu nước trong bể lắng: t = = * 24 = 2,23 (giờ) Vận tốc giới hạn trong vùng lắng: Trong đó: + K: Hằng số phụ thuộc vào tính chất cặn, chọn k = 0,06 (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) + r: Tỷ trọng hạt, chọn r = 1,25 (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) + g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2 + d: Đường kính tương đương của hạt, chọn d = 10-4 (m) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) + f: Hệ số ma sát, hệ số này phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của hạt và hệ số Reynold của hạt khi lắng. Chọn f = 0,025 (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). vH=8*0,06*1,25-1*10-40,0251/2=0,0686 (ms) Vận tốc nước chảy trong vùng lắng ứng với Qhmax mmax=4*Qhmaxð*Dbể2*3600=4*26,053,14*32*3600=1,02*10-3(ms) Ta thấy rằng vmax < vH Þ Điều kiện đặt ra để kiểm tra được thỏa mãn. Máng thu nước sau lắng được bố trí sát thành ngoài bể và ôm theo chu vi bể. Máng răng cưa được neo chặt vào thành trong bể có nhằm điều chỉnh chế độ chảy lượng nước tràn qua để vào máng máng thu. Tổng chiều dài máng răng cưa L = p * Dbể = 3,14 * 3 = 9,42 (m) Tải trọng thủy lực của máng thu utb = = = 26,54 (m3/m.ngày) Xác định hiệu quả khử BOD5 và SS R=ta+b+*t Trong đó: + t: Thời gian lưu nước t = 2,23 (giờ) + a,b: Các hằng số thực nghiệm (Chọn theo bảng 4 - 5 Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai). Đối với BOD5 thì a = 0,018; b = 0,02; đối với SS thì a = 0,0075; b = 0,014. RBOD = = 35,623% RSS = = 57,59% Lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày : G = G = 116,26 BOD5 = 1643,5*(100 – 32,623)% = 1107,34 (mg/l) Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày: Trong đó: + G: Lượng bùn sinh ra mỗi ngày G = 116,26 kg/ngày + C: Hàm lượng chất rắn trong bùn nằm trong khoảng 40 - 120 g/L = 40 - 120 kg/m3, lấy trung bình C = 80 kg/m3. Vbùn = = 1,53 (m3/ngày) Bảng 5.6: Các thông số thiết kế và kích thước bể lắng đợt I TT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Thời gian lưu nước giờ 2,23 2 Tải trọng bề mặt m3/m2.ngày 35,37 3 Tải trọng máng tràn m3/m2.ngày 26,54 Ống trung tâm: + Đường kính + Chiều cao m 0,6 1,8 5 Chiều sâu H của bể lắng m 3,3 6 Đường kính D của bể lắng m 3 7 Độ dốc đáy mm/m 83 8 Tốc độ thanh gạt bùn Vòng/phút 0,3 Bể trộn Chọn bể trộn đứng với tiết diện ngang của bể: f1=Qvd=0,00290,025=0,12 (m2) Trong đó: + Q = lưu lượng nước xử lý Q = 250 m3/ngày = 0,0029 m3/s. + vd = vận tốc nước dâng, chọn vd = 0,025 m/s (bảng 11-8, xử lý nước thải đô thị và công nghiệp tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết). Chọn bể trộn hình vuông, chiều dài mỗi cạnh hình vuông: b1=f1=0,12=0,35 (m) Chọn chiều dài hình vuông: b1 = 0,4 (m). Chọn đường kính ống dẫn nước nguồn vào bể D = 60 mm. Kiểm tra lại vận tốc dòng nước đưa vào phía đáy: vd=4*Qð*D2=4*0,0029ð*0,062=1,03 ms<1,5 (ms) Diện tích phần đáy bể chỗ nối ống: fd = 0,07 * 0,07 =0,0049 (m2) Chọn gốc nón á = 400, chiều cao hính chóp đáy bể: hd=12b1-bdcotg4002=120,4-0,07*2,747=0,45 (m) Trong đó: + b1: chiều rộng phần trên của bể. + bd: chiều rộng phần đáy của bể. Thể tích phần hình chóp của bể trộn: Wd=13 hdf1+fd+f1*fd=13*0,45*(0,16+0,0049+0,16*0,0049=0,07m2 Trong đó: + f1: tiết diện ngang phần trên của bể f1 = 0,4 * 0,4 = 0,16 m2. + fd: tiết diện ngang phần đáy của bể fd = 0,07 * 0,07 = 0,0049 m2. Chọn thời gian lưu nước trong bể t = 1,5 phút = 90 s. Thể tích toàn phần của bể: W = Q * t = 0,0029 * 90 = 0,26 m3 Thể tích phần trên của bể: Wt = W – Wd = 0,26 – 0,07 = 0,19 m3 Chiều cao phần trên của bể: ht = Wt/f1 = 0,19/0,16 = 1,18 (m) Chiều cao toàn phần của bể: H = ht + hd + 0,28 = 1,18 + 0,45 + 0,28 = 1,91 » 1,9 m Trong đó: + 0,28: chiều cao dự trữ Nước được thu bằng máng bao quanh thành bể, chọn vận tốc nước chảy trong máng 0,6 m/s,chiều rộng của máng là 0,16m, vậy chiều cao lớp nước trong máng là 0,15 m. Bảng 5.7: Các thông số thiết kế và kích thước của bể trộn TT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều dài bể, b1 m 0,4 2 Chiều cao của bể, H m 1,9 3 Chiều dài đáy bể, bd m 0,07 4 Chiều cao đáy bể m 0,45 5 Vận tốc nước chảy trong máng m/s 0,6 6 Chiều cao phần ttrên của bể m 1,18 7 Chiều rộng của máng m 0,16 8 Thời gian lưu nước Phút 1,5 Bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp với bể lắng đứng Tính toán bể phản ứng Chiều cao tính toán của vùng lắng h1 = V2 * t = 0,7*10-3*4200 = 3 (m) Trong đó: + t: thời gian lắng, lấy t = 1 giơ 10 phút = 4200 s. + V2: vận tốc của nước trong vùng lắng (vận tốc nước dâng), lấy V2 = 0,7 mm/s = 7 * 10-3 m/s. Diện tích ngăn phản ứng xoáy hay diện tích ống trụ trung tâm: fh=Q*t60*Hr=10,42*2060*2,7=1,3 m2 Trong đó: + Hr: chiều cao tính toán của bể phản ứng lấy bắng 0,9 chiều cao vùng lắng của bể lắng Hr = 0,9 * 3 = 2.7 (m). + t: thời gian nước lưu lại trong bể, lấy t = 20 phút (bảng 11-9, xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết). Đường kính của bể phản ứng hay đường kính ống trung tâm: d=4ð*fh=4ð*0,8=1,3 (m) Chọn d = 1,3 m. Vận tốc nước chảy trong ống: v=4*Qð*D2 Trong đó: + Q: lưu lượng nước với Q = 250 m3/ngày = 0,0029 m3/s. + v: vận tốc nước chảy trong ống, chọn v = 0,8 m/s (bảng 11-9, xử lý nước thải đôthị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình – Trịnh Xuân Lai). D=4*Qð*v=4*0,0029ð*0,8=0,07 (m) Đường kính miệng phun: df=1,13*Qì*vr=1,13*0,00290,906*2=0,04 (m) Trong đó: + µ: hệ số lưu lượng đối với miệng phun hình nón có góc nón â = 250 lấy µ = 0,96. + vr: vận tốc nước qua vòi phun, chọn vr = 2 m/s (bảng 11-9, xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình – Trịnh Xuân Lai). Chọn dr = 40 mm. Tổn thất áp lực ở miệng phun: h=0,06*vkinhtế2=0,06*2,62=0,4056 (m) Trong đó: vkinh tế2=1,132*Qdr2*ì=1,132*0,00290,042*0,908=2,6 (ms) Tính toán phần bể lắng Chiều cao tính toán vùng lắng h1 = 3m, đường kính ống trung tâm bằng đường kính ngăn phản ứng d = 1,3m. Đường kính tấm chắn hình nón: dchắn = 1,3 * d = 1,3 * 1,3 = 1,7 (m) Góc nghiêng giữa đường sinh nón với phương ngang á = 170. Suy ra chiều cao nón: hchắn=1,32*tg170=0,26 (m) Khoảng cách từ ống trung tâm đến tấm chắn, chọn = 0,3 m. Diện tích tiếp diện ướt của vùng lắng: F=QV2=0,00290,7*10-3=4,14 (m2) Diện tích tổng cộng của bể lắng: Fh = F + fb = 4,14 + 1,3 = 5,44 (m2) Đường kính bể lắng: D=4*Fhð=4*5,44ð=2,6 (m) Chọn khoảng cách từ đáy miệng lọc ống đến đỉnh tấm chắn hL = 0,3 m, chiều cao lớp nước trung hòa hTH = 0,3 m, chiều cao lớp bảo vệ hv = 0,3 m, chiều cao tổng cộng của bể lắng: H = Hf + hL + hTB + hchắn + hbv = 2,7 + 0,3 + 0,3 + 0,2 + 0,3 = 3,8 (m) Chọn chiều cao lộ thiên của bể là 2 m. Suy ra chiều cao chon sâu dưới mặt đất là 1,8 m. Tính toán lượng bùn sinh ra Thể tích tổng cộng của bể: Vt = Fh * H = 5,44 * 3,8 = 20,67 (m3) Thời gian lưu nước: t=VtQ*24= 20,67250*24=1,98(h) Xác định hiệu quả khử BOD5 và SS: R=ta+b+*t Trong đó: + t: Thời gian lưu nước t = 1,98 (giờ) + a,b: Các hằng số thực nghiệm (Chọn theo bảng 4 - 5 Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai). Đối với BOD5 thì a = 0,018; b = 0,02; đối với SS thì a = 0,0075; b = 0,014. RBOD = = 34,38 % RSS = = 56,22% Lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày : G = G = 126,27 Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày: Trong đó: + G: Lượng bùn sinh ra mỗi ngày G = 89,68 kg/ngày + C: Hàm lượng chất rắn trong bùn nằm trong khoảng 40 - 120 g/L = 40 - 120 kg/m3, lấy trung bình C = 80 kg/m3. Vbùn = = 1,58 (m3/ngày) Hàm lượng BOD5 sau bể lắng I là: 1107,34.(100 – 34,38)% = 726,64 mg BOD5/l. Hàm lượng SS sau bể lắng I là: 116,26.(100 – 56,22)% = 50,89 mg/l. Hàm lượng COD sau lắng I là: COD = 3620 mgCOD/l Bảng 5.8: Thông số thiết kế và kích thước của bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp với bể lắng đứng TT Thông số Đơn vị Giá trị Bể phản ứng 1 Chiều cao bể phản ứng m 3 2 Đường kính ống trung tâm m 1,3 3 Đường kính miệng phun m 0,04 4 Đường kính ống dẫn nước m 0,07 Bể lắng 1 Đường kính tấm chắn hình nón m 1,7 2 Chiều cao noun m 0,26 3 Đường kính bể lắng m 2,6 4 Chiều cao của bể lắng m 3,8 Ngăn trung hòa V= QngàyTB*t24*60=250*6024*60=10.42m3 Trong đó: t: thời gian lưu, chon t = 1 giờ Chọn: L*B*H = 3 * 2 * 1,5 m Bể gồm 3 vách ngăn mỗi vách ngăn dài 1,2 m; chiều rộng vách ngăn là 0,1 m. Bể Aerotank Các thông số thiết kế Lưu lượng nước thải Q= 250m3/ngày đêm. Hàm lượng BOD5 ở đầu vào = 726,64 mg BOD5/l. Hàm lượng COD ở đầu vào = 3620 mg/L. Nhiệt độ duy trì trong bể 300C. Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi ( nồng độ vi sinh vật ban đầu) X0 = 0. Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,7. = 0,7 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,3) Nồng độ bùn hoạt tính tuần hòan (MLSS = 10.000 mg/l) Xr = 7.000 mg/L Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì trong bể - Aerotank là: X = 3.500 mg/L Thời gian lưu tế bào trong hệ thống, qc = 10 ngày Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 (BOD hòan toàn) là 0,68 Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,072 ngày-1 Hệ số sản lượng tối đa (tỷ số giữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ), Y = 0,46 Kg VSS/Kg BOD5 Loại và chức năng bể: Aerotank khuấy trộn hòan chỉnh. Ưu điểm: không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể. Tính hiệu quả xử lý: Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra Trong đó:+ Q, Qr, Qw, Qe: lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, lưu lượng bùn xả và lưu lượng nước đầu ra, m3/ngày + S0, S: nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng, mg/L + X, Xr, Xc: nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, nồng độ bùn tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng II, mg/L Phương trình cân bằng vật chất: BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra Trong đó: + BOD5 ở đầu ra: 50 mg/L + BOD5 hòa tan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/L + Cặn lơ lửng ở đầu ra SSra = 60 mg/L gồm có 65% là cặn có thể phân hủy sinh học. BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác định như sau: + Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra: 0,65 * 60 = 39 mg/l + Lượng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lượng cặn có thể phân hủy sinh học: 39 * 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 55,38 mg/l + Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng. Quá trình tính toán dựa theo phương trình phản ứng: C5H7O2N + 5O2 ® 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/L 160 mg/L 1 mg/L 1,42 mg/L oxy hóa hoàn toàn 1 mg tế bào cần 1,42 mg oxy + Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5 BOD5 = BOD20 * 0,68 = 55,38 * 0,68 = 37,66 mg/L Vậy: 50 mg/L = S + 37,66 mg/L Þ S = 12,34 mg/L + Tính hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan: E = * 100 = * 100 = 98,3% + Hiệu quả xử lý BOD5 của toàn bộ sơ đồ E0 = * 100 = 93,12% Tính thể tích của bể Thể tích mỗi bể Aerotank V = Trong đó: + V: Thể tích bể Aerotank , m3 + Q: Lưu lượng nước đầu vào mỗi bể Q = 250 m3/ngày đêm + Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,46 + S0 - S: tải lượng xử lý của mỗi bể, S0 - S = 726,64 – 12,34= 714,3 mg/L + X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank , X = 3500 mg/L + kd: Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,06 ngày-1 + qc: Thời gian lưu bùn trong hệ thống, qc = 10 ngày V = = 140 m3 Kích thước bể Aerotank + Thể tích bể V = 140 m3 + Chọn chiều sâu chứa nước của bể h = 5 m Diện tích bể F = = = 28 m2 + Chiều dài bể L = 7 m + Chiều rộng bể B = 4 m + Chiều cao bảo vệ hdt = 0,5m + Chiều cao tổng cộng của bể H = h+ hdt = 5 + 0,5 = 5,5 m Vậy bể Aerotank có kích thước: L * B * H = 7 * 4 * 5,5 (m3) Thời gian lưu: Thời gian lưu nước trong bể q = = 0,6 ngày = 14,4 giờ Lượng bùn phải xả ra mỗi ngày: Tính hệ số tạo bùn từ BOD5: Yobs = = = 0,2875 Trong đó: + Y: hệ số sản lượng, Y= 0,46 kg VSS/ kg BOD5 + kd: hệ số phân hủy nội bào, kd= 0,06 ngày-1 + qc: thời gian lưu bùn, qc = 10 ngày. Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 (tính theo MLVSS) Px(VSS) = Yobs * Qt * (S0 - S) = 0,2875*250 * (726,64 - 12,34) * 10-3 = 51,34 kgVSS/ngày Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày: = 0,7 Þ MLSS = Pxl (SS) = = = 73,34 kgSS/ngày Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi: Pxả = Pxl - Q ** 10-3 = 73,34 kgSS/ngày - 250 ´ 60 ´ 10-3 = 58,34 kg/ngày Tính lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần hòan bùn: qc = Þ Qw = Trong đó: + X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank X = 3500 mg/L + qc: Thời gian lưu bùn qc = 10 ngày + Qe: Lưu lượng nước đưa ra ngoài từ bể lắng đợt II ( lượng nước thải ra khỏi hệ thống). Xem như lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là không đáng kể nên Qe = Q = 250 m3/ngày. + Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống Xe=0,7* SSra = 0,7 * 60 = 42 mg/L + Xr: Nồng độ chất rắn bay hơi có trong bùn hoạt tính tuần hoàn Xr = 0,7 * 10.000 = 7.000 mg/L Þ Qw = = 5,5 m3/ngày Tính hệ số tuần hoàn (a) từ phương trình cân bằng vật chất: Từ phương trình cân bằng vật chất: X( Q+Qr ) = XrQr + XrQW Suy ra: Qr === 239 (m3/ngày) Trong đó: + Q: Lưu lượng nước thải, Q = 250 m3/ngày. + X: Nồng độ VSS trong bể Aerotank, X = 3500 mg/l. + Qr: Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn. + Xr: Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xr =7000 mg/L. Vậy: a = = = 0,96 Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể: Chỉ số F/M: = Trong đó: + S0: BOD5 đầu vào của mỗi bể. + X: Hàm lượng SS trong bể, X = 3500 mg/l. + q: Thời gian lưu nước, q = 0,6 ngày. = = 0,35 ngày-1 Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số thiết kế bể (0,2 0,6 kg/kg. ngày). Tải trọng thể tích của mỗi bể Aerotank: L= = = 1,29 (kgBOD5/m3ngày) Giá trị này trong khoảng thông số cho phép khi thiết kế bể (0,8-1,92 kgBOD5/m3. ngày) Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD20: Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn: OC0 = - 1,42 * Px(VSS) Với f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20, f= BOD5/BOD20 = 0,68 OC0 = - 1,42 * 49= 193,03 (KgO2/ngày) Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể: OCt = OC0= 193,03* = 247,56 ( Kg O2/ ngày) Trong đó: + Lấy nồng độ oxi cần duy trì trong bể là CL = 2 mg/l. + Nồng độ oxi bão hoà trong nước sạch ở 300C: Cs = 9,08 mg/l Tính lượng không khí cần thiết để cung cấp vào bể: Qkk = ´ f Trong đó: + OCt: Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể: OCt =247,56 kgO2/ngày + OU: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối + f: hệ số an toàn , chọn f = 1,5 Chọn dạng đĩa xốp , có màng phân phối dạng mịn, đường kính 170 mm , diện tích bề mặt F=0,02 m2 Cường độ thổi khí 220 L/phút đĩa = 13,2 m3/giờ Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h =5m (lấy gần đúng bằng chiều sâu bể) Chọn OU = 7 gO2/ m3.m (Bảng 7 – 1 trang 112, Tính toán thiết kế cácn công trình xử lý nước thải – TS. Trịnh Xuân Lai), chọn h = 4,8 m OU = OU * h = 7* 4,8 = 33,6 g O2/m3 OU: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo g O2/m3 không khí: => Qkk = = 11051,34 m3/ngày Số đĩa cần phân phối trong bể: N = = 34 đĩa. Chọn N = 32 đĩa h. Cách bố trí đầu phân phối khí: Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1ống chính, 4 ống nhánh với chiều dài mỗi ống là 6 m, đặt cách nhau 1m. - Đường kính ống chính dẫn khí: D=4*Qkhí ð*V=4*11051,34/(24*3600)3,14*10=0,12m=120mm D = Þ 120 (mm) Trong đó: + V: tốc đọ chuyển động của không khí trong mạng lưới trong ống phân phối, V = 10 ÷ 15 (m/s), chọn V= 10 (m/s) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS. Trịnh Xuân Lai) + Đường kính ống nhánh dẫn khí: D=4*Qkhí ð*V=4*11051,34/(24*3600)4*3,14*10=0,06m=60 (mm) Số lượng đĩa là 34 đĩa, chia làm 4 hàng mỗi hàng 8 đĩa phân bố cách sàn bể 0,2 m và mỗi tâm đĩa cách nhau 0,65 m. Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn: Db=4*Qthð*vb=4*2403,14*1,5*86400=0,0486=0,05 m Chọn: Db = Þ 50 Qth: Lưu lựong bùn tuần hoàn Qth = 0,96 * 250 = 240 (m3/ngày.đêm) vb: Vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện bơm, vb = 1 ÷ 2 m/s. Chọn vb = 1,5 m/s Tính toán các thiết bị phụ Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí Hm = hd + hf + hc + h Trong đó: + hd: Tổn thất do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn ( m ) + hc: Tổn thất cục bộ ( m ) + Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4 m + hf: Tổn thất qua đĩa phun thường không vượt quá 0,5 m , hf = 0,5m + h: Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun h = 5m Hm = 0,4 + 0,5 + 5 = 5,9 ( m ) Lấy Hm = 5,9 m Áp lực không khí: p=10,33+Hct10,33=10,33+5,910,33=1,57 (atm) Năng suất yêu cầu: Qkk = 11051,34 m3/ngày = 0,128 m3/s Công suất của máy thổi khí Pmáy = Trong đó: + Pmáy: Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW. + G: Trọng lượng của dòng không khí, kg/s. G = Qtt * rkhí = 0,1281,3 = 0,1664 kg/s + R: Hằng số khí R = 8,314 KJ/K.mol oK. + T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1 = 273 + 25 = 298 o K. + P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1 = 1atm. + P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 =1,57 atm. + n = = 0,283 (K = 1,395 đối với không khí). + 29,7: Hệ số chuyển đổi. + e: Hiệu suất của máy, chọn e = 0,7 ( e = 0,6 - 0,8 ). Vậy Pmáy = = 9,54 (kW) Tính toán đường ống dẫn nước thải vào bể Chọn vận tốc nước thải trong ống: v = 0,7 m/s ( giới hạn 0,3 - 0,7 m/s ) Lưu lượng nước thải: Q = 250 m3/ngày = 0,0029 m3/s Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC, đường kính của ống: D = = 0,073 m Chọn ống PVC Ftrong= 75 mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống v= = = 0,66 m/s Chọn máy bơm Áp lực cần thiết kế cho hệ thống ống nén: Hd = hd + hc + hf + H Trong đó: + hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, (m). + hc: tổn thất cục bộ (m) + Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4 (m). + hf : tổn thất qua thiết bị phân phối (m) + Tổn thất hf không quá 0,5 (m) + H: chiều sâu hữu ích của bể, chọn H = 3 (m) Do đó áp lực cần thiết kế: Hd = 0,4 + 0,5 +3 = 3,9 (m) Áp lực không khí: p=10,33+Hct10,33=10,33+3,910,33=1,38 Công suất máy nén khí: N=34400*p0,29-1*qk102*ç=34400*1,380,29-1*0,128102*0,75=5,64 (KW) Với ç = 0,6 ÷ 0,8; chọn ç = 0,75 Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn Lưu lượng bùn tuần hoàn Qr = 239 m3/ngày.đêm = 0,0028 m3/s. Vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện có bơm là 1 - 2 m/s. Chọn vận tốc bùn trong ống v=1 m/s. D = = 0,06 m Chọn ống PVC Ftrong = 60 mm Bơm bùn tuần hoàn Lưu lượng bơm: Qr = 239 m3/ngày = 0,0028 m3/s Cột áp của bơm: H= 7 m Công suất bơm N = =.1,5 = 0,4 kW h : hiệu suất chung của bơm từ 0,72 - 0,93 chọn h= 0,72 Chọn công suất của bơm N = 0,5 Kw Bơm bùn dư đến bể chứa bùn Lưu lượng bơm Qw = 5,5 m3/ngày = 0,23 m3/h Công suất bơm: N == = 0,004 Kw Trong đó: Cột áp của bơm :H = 5 h : hiệu suất chung của bơm từ 0,72 - 0,93 , chọn h= 0,72 Chọn bơm có công suất N = 0,005 Kw Tính toán đường dẫn bùn dư Lưu lượng bùn dư Qw = 5,5 m3/ngày = 6,37.10-5 m3/s. Chọn vận tốc bùn trong ống v= 1 m/s D = = = 0,028 m Chọn ống PVC F 30 mm Bảng 5.9: Các thông số thiết kế và kích thước bể Aeroten T T Thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều dài bể, L m 7 2 Chiều rộng bể, B m 4 3 Chiều cao bể, H m 5,5 4 Thời gian lưu nước, q Giờ 14,4 5 Thời gian lưu bùn, qc Ngày 10 6 Đường kính ống dần khí chính mm 120 7 Đường kính ống dẫn khí nhánh mm 60 8 Công suất máy nén khí kW 5,64 9 Số lượng đĩa Đĩa 32 Bể lắng II Diện tích mặt bằng của bể lắng: S = Trong đó: + Q : lưu lượng nước xử lý Q = 250 (m3/ ngày) = 10,42 (m3 / h). + Co: nồng độ cặn trong bể Aerotank (tính theo chất rắn lơ lửng). Co = = = 5.000 (mg/l) = 5000 (g/m3) + a: hệ số tuần hoàn = 0,75. + Ct: nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn, Ct = 10.000 mg/l. + vL: vận tốc lắng của bề mặt phân chia (m /h) phụ thuộc vào nồng độ CL và tính chất của cặn. vL = vmax Trong đó: + CL: nồng độ cặn tại mặt lắng L (bề mặt phân chia). CL = .Ct = 0,5 x 10.000 = 5.000 mg/l = 5.000 (g/m3) + vmax = 7 m/h. + K = 600 (cặn có chỉ số thế tích 50 < SVI < 150). vL = 7. = 0,35 (m/h) Diện tích phần lắng của bể: S = = 29,47 (m2) + Diện tích bể nếu tính thêm buồng phân phối trung tâm: Sbể = 1,1 * 29,47= 32,42 (m2) + Đường kính bể: Dbể = = = 6,4(m) + Đường kính buồng phân phối trung tâm: Dtt = 0,25Dbể = 0,25 * 6,4 = 1,6 (m) + Diện tích buông phân phối trung tâm: F = = 2 (m2) + Diện tích phần bể lắng: SL = 32,42 - 2 = 30,42 (m 2) + Tải trọng thủy lực: a = = 8,22 (m3/m2. Ngày) + Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể: V = = 0,343 m/h + Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính bằng 0,8 đường kính bể. Đường kính máng thu nước: Dmáng = 0,8 x 6,4 = 5,12 (m) + Chiều dài máng thu nước L = p.Dmáng = p x 5,12 =16,1 (m) + Tải trọng thu nước trên 1 mét chiều dài máng: a1 = = = 15,53 (m3/m dài.ngđ) + Tải trọng bùn: b = = = 3,35 (kg/m2.h) 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: h = 4 - 0,3 = 3,7 m + Chiều cao phần nước trong: h2 = 1,5m + Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 2% về hướng tâm: h3 = 0,02 * = 0,02 * = 0,064 (m) + Chiều cao chứa bùn phần hình trụ: h4 = H - h1 - h2 - h3 = 4 - 0,3 - 1,5 - 0,064 = 2,136 (m) + Thể tích phần chứa bùn: Vb = Sbể .h4 = 32,42 x 2,136 = 69,25 (m3) + Nồng độ bùn trong bể: Ctb = = = 7.500 g/m3 = 7,5 (kg/m3) + Lượng bùn chứa trong bể lắng G = Vb.Ctb = 69,25 * 7,5 = 519,38 (kg) Thời gian lưu nước trong bể lắng: + Dung tích bể lắng: Vbể = h.Sbể = 3,7 * 32.42 = 119,96 (m3) + Nước đi vào bể lắng: Qt = (1 + a) Q = (1 + 0,98) x 250 = 495 (m3/ngày đêm) + Thời gian lắng: t = = = 5,8 (giờ) Bảng 5.10: Các thông số thiết kế và kích thước bể lắng 2 TT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm, F m2 2 2 Diện tích ướt bể lắng, S m2 34,42 3 Đường kính ống trung tâm, d m 1,6 4 Đường kính của bể lắng, D m 6,4 5 Chiều cao bể, H m 4 6 Thời gian lắng, t Giờ 5,8 7 Đường kính máng thu m 5,12 TÍNH TOÁN BỂ KHỬ TRÙNG Lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được tính theo công thức: (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết). Ya=a*Q1000=3*10,421000=0,0313 (kgh) Trong đó: + Q: lưu lượng tính toán của nước thải, Q = 10,42 (m3/h). + a: liều lượng Clo hoạt tính trong Clo lấy theo điều 6.20.3 – TCXD – 51 – 84, nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn, a = 3. Vậy lượng Clo dùng cho 1 ngày: 0,9 (kg/ngày) = 27 (kg/tháng). Dung tích bình Clo: V = m/P = 27/1,47 = 18,36 (l) Trong đó: + P là trọng lượng riêng của Clo Tính toán máng trộn: Để xáo trộn nước thải với Clo, chọn máng trộn vách ngăn có lỗ để tính toán thiết kế. Thời gian xáo trộn trong vòng 1 ÷ 2 phút. Máng gồm 3 ngăn với các lỗ có d = 20 ÷ 100 (mm) (xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết). Chọn d = 30 mm Chọn chiều rộng máng: B = 0,5 (m) Khoảng cách giữa các vách ngăn: l = 1,5*B = 1,5*0,5 = 0,75 (m) Chiều dài tổng cộng của máng trộn với 2 ngăn có lỗ: L = 3*l +2*d = 3*0,75 + 2*0,2 = 2,65 (m) Chọn thời gian xáo trộn là 2 phút. Thời gian lưu lại trong máng trộn được tính bởi công thức: t= H1*B*LQmax=H1*0,5*2,650,0029=2*60 (giây) Vậy chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ nhất: H1=2*60*0,00290,5*2,65=0,26 (m) Chọn H1 = 0,3 m Số hàng lỗ theo chiều đứng: + Có: H1 = 2d*(nd -1) + d Vậy: Số lỗ theo chiều ngang: + Có: B = 2d*(nn -1) + 2d Vậy: Chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ 2: H2 = H1 + h = 0,3 +0,13 = 0,43 (m) Trong đó: h là tổn thất áp lực qua các lỗ của vách ngăn thứ 2. h=v2ì2*2*g=10,622*2*9,81=0,13 (m) Trong đó: + v: tốc độ chuyển động của nước qua lỗ. Chọn v = 1(m/s) + µ: hệ số lưu lượng. Chọn µ = 0,62 (Xử lý nước thải đo thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết) Chiều cao xây dựng: H = H2 + Hbv = 0,43 + 0,17 = 0,6m Bảng 5.11: Các thông số thiết kế và kích thước bể khử trùng TT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Chiều rộng máng m 0,5 2 Chiều dài bể m 2,65 3 Chiều cao bể m 0,6 4 Số lỗ theo chiều đứng lỗ 6 5 Số lỗ theo chiều ngang lỗ 8 6 Đường kính lỗ mm 30 7 Thời gian xáo trộn phút 2 8 Chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ nhất m 0,3 9 Chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ 2 m 0,43 Ngăn chứa bùn Ngăn chứa bùn bao gồm hai ngăn: ngăn chứa bùn tuần hoàn và ngăn chứa bùn dư. Lưu lượng bùn đến ngăn chứa bùn tuần hoàn là 55 m3/ngày và lượng bùn sinh ra từ bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp bể lắng đứng là 126,27 kg/ngày , lượng bùn chảy tràn sang ngăn chứa bùn dư là 5,5 m3/ngày. Thời gian lưu tại ngăn chứa bùn tuần hoàn là 10 phút và thời gian lưu tại ngăn chứa bùn dư là 2 ngày. Vậy lượng bùn sinh ra là: 55 + 126,27 = 181,27 (kg/ngày) Thể tích ngăn chứa bùn tuần hoàn V1 = = 1,26 (m3) Thể tích ngăn chứa bùn dư V2 = 5,5 *2 = 11 (m3) Kích thước ngăn chứa bùn tuần hoàn L * B * H = 3 * 0,6 * 1,2 m Kích thước ngăn chứa bùn dư L * B * H = 3 * 2,4 * 1,2 m Bể nén bùn. Lượng bùn hoạt tính dư từ bể lắng đợt II : 55 (kg/ngày) Lưu lượng bùn xả hàng ngày từ bể lắng đợt II : 5,5 (m3/ngày) Hàm lượng bùn hoạt tính dư : P = 10 (kg/m3) Lưu lượng nước tách ra từ bể nén bùn qx = Trong đó: + P1: Độ ẩm ban đầu của bùn P1 = 99 %. + P2: Độ ẩm của bùn sau khi nén P2 = 95 %. + q: Lưu lượng bùn xả hàng ngày q = 5,5 m3/ngày. qx = = 4,4 (m3/ngày) = 0,18 (m3/h) + Diện tích phần nén bùn của bể: F1 = Trong đó: + qx: Lưu lượng bùn dư dẫn vào bể q = 0,18 m3/giờ. + v: Vận tốc nước bùn v = 0,05 mm/s. F1 = = 1 (m2) Diện tích ống trung tâm F2 = Trong đó: + q: Lưu lượng bùn dư dẫn vào bể q = 5,5 m3/ngày. + v2: Vận tốc chuyển động của bùn trong ống trung tâm v2 = 0,1 m/s. F2 = = 0,015 (m2) Diện tích tổng cộng bể nén bùn: F = F1 + F2 = 1 + 0,015 = 1,015(m2) Đường kính của bể nén bùn đứng: D = = = 1,14 (m) Đường kính ống trung tâm: d == =0,14(m) Chọn d = 140 mm Đường kính phần lọc của ống trung tâm: dL = 1,35 * d = 1,35 * 0,14 = 0,19 (m) » 0,2(m) Chiều cao phần ống lọc lấy bằng đường kính ống lọc hL = 0,2 m Đường kính tấm chắn lấy bằng 1,3dL: dc = 1,3* dL = 1,3 * 0,2 = 0,26 (m) Chiều cao phần lắng của bể nén bùn: h1 = v1 * t Trong đó: + v1: Vận tốc nước bùn trong vùng lắng của bể nén đứng v1 = 0,00005 m/s. + t: Thời gian nén bùn t = 12 giờ. h1 = v1 t 3600 = 0,00005123600 = 2,16 (m) Dung tích phần chứa bùn của bể: Wb = Trong đó: + q: Lưu lượng bùn dư dẫn vào bể qx = 0,18 m3/h. + P1: Độ ẩm ban đầu của bùn P1 = 99 %. + P2: Độ ẩm của bùn sau khi nén P2 = 95%. + t: Thời gian giữa hai lần lấy bùn t = 8 h Wb = = 0,3 (m3) Chiều cao phần chứa bùn: h2 = = = 0,295 (m) Chiều cao toàn phần của bể: H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 Trong đó: + h1: Chiều cao phần lắng h1 = 2,16 m. + h2: Chiều cao phần bùn h2 = 0,295 m. + h3: Chiều cao phần trung hòa, lấy h3 = 0,3 m. + h4: Chiều cao dự trữ h4 = 0,3 m. + h5: Khoảng cách giữa ống trung tâm và tấm lá chắn h5 = 0,25 m. H = 2,16 + 0,295 + 0,3 + 0,3 + 0,25 = 3,305 (m) Chọn chiều cao bể H = 3,3 m Bùn được lấy ra khỏi bể bằng ống D = 70 mm đặt dưới áp lực thủy tĩnh khoảng 2,0 - 2,5 m. Độ dốc đáy bể i = 5%. Lọc ép dây đai Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính sau khi nén C = 50 kg/m3 Lưu lượng cặn đến lọc ép dây đai: qb = Trong đó: + q: Lưu lượng bùn dư dẫn vào bể q = 0,18 m3/h + P1: Độ ẩm ban đầu của bùn P1 = 99 %. + P2: Độ ẩm của bùn sau khi nén P2 = 95%. qb = = 0,04 (m3/h) Lượng cặn đưa máy: Q = C * qb = 50 * 0,04 = 2 kg/giờ = 48 kg/ngày Máy ép làm việc 4 giờ/ngày, 3 ngày/tuần khi đó lượng cặn đưa đến máy trong 1 tuần là 48 * 7 = 336 kg. Lượng cặn đưa đến máy trong 01 giờ G = 336/(34) = 28 kg/giờ. Tải trọng cặn trên 1 m rộng của băng tải dao động trong khoảng 90 - 680 kg/m chiều rộng băng giờ. Chọn băng tải có năng suất 90 kg/m rộng giờ Chiều rộng băng tải b = = 0,31 (m) Chọn máy có chiều rộng băng 0,5 m và năng suất 90 kg/m. CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN KINH TẾ CHO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VỐN ĐẦU TƯ CHO TỪNG HẠNG MỤC Phần xây dựng Bảng 6.1: Bảng giá cho chi phí xây dựng TT Hạng mục - quy cách Số lượng Đơn giá ( đồng) Thành tiền (đồng) 1 Hố thu (5,2 m3) 1 2.500.000 13.000.000 2 Bể điều hòa (41,68 m3) 1 2.500.000 104.200.000 3 Bể lắng I ( 23,312m3) 1 2.500.000 58.280.000 4 Bể trộn (0,26 m3) 1 2.500.000 650.000 5 Bể phản ứng xoáy kết hợp với bể lắng đứng (27,66m3) 1 2.500.000 69.150.000 6 Ngăn trung hòa ( 10,42m3) 1 2.500.000 26.050.000 7 Bể lắng II( 69,25 m3) 1 2.500.000 173.125.000 8 Bể khử trùng (0,8 m3) 1 2.500.000 2.000.000 9 Ngăn chứa bùn (12,26m3) 1 2.500.000 30.650.000 10 Bể nén bùn (0,3 m3) 1 2.500.000 750.000 Tổng 477.850.000 Phần thiết bị Bảng 6.2: Bảng giá cho chi phí thiết bị TT Hạng muc - quy cách Số lượng Đơn giá ( đồng) Thành tiền (đồng) 1 Máy cấp khí bể điều hòa 1 17.235.000 17.235.000 2 Máy cấp khí bể Aerotank 1 85.540.000 85.540.000 3 Song chắn rác 1 10.000.000 10.000.000 4 Bơm nước vào bể Aeroank 2 39.000.000 78.000.000 5 Bơm bùn tuần hoàn 2 39.000.000 78.000.000 6 Bơm bùn dư 1 7.000.000 7.000.000 7 Đầu phân phối khí 24.480.000 24.480.000 8 Hệ thống van, đường ống, phụ kiện 90.000.000 90.000.000 9 Vận chuyển, lắp đặt, hướng dẫn vận hành 120.000.000 120.000.000 10 Lọc ép dây đai 1 342.500.000 342.500.000 11 Cloratơ 1 40.000.000 40.000.000 Tổng 892.755.000 Tổng chi phí các hạng mục công trình. Sđấutư = 447.855.000 + 892.755.000 = 1.340.610.000 (đồng) Chi phí đầu tư này được tính khấu hao trong 15 năm, khấu hao trong 1 năm là: S 1 = Sđấutư /15 = 89.374.000 Chi phí quản lý và vận hành. Chi phí nhân công. Lương nhân công: 4 người x 1.800.000 đồng/ người tháng x 12 = 86.400.000 (đồng) Lương cán bộ: 3 người x 3.000.000 đồng/ người tháng x 12 =108.000.000 (đồng) Tổng chi phí nhân công: 194.400.000 (đồng) Chi phí điện năng. Chi phí điện năng tính cho 1 năm. Bảng 6.3 : Bảng giá điện sử dụng Hạng mục Công suất (kW) Chi phí (đồng) Bơm nước vào bể Aerotank 8,87 77.701.200 Bơm bùn tuần hoàn 0.5 4.380.000 Bơm bùn dư 0,004 35.040 Tổng 82.116.240 3. Chi phí hóa chất Bảng 6.4: Bảng giá thành hóa chất sử dụng Hóa chất Khối lượng (kg) Đơn giá (đồng/kg) Thành tiền (đồng) Phèn sắt (III) clorua 37.960 3.000 113.880.000 PAC 875 5.5000 4.812.500 NaOH 10.392 7.500 77.940.000 Clo 324 11.000 3.762.000 Tổng 200.394.500 Tổng chi phí quản lý và vận hành trong 1 năm: S2 = 282.116.240+ 200.394.500+ 194.400.000 = 676.910.740 (đồng) 4. Giá thành một m3 nước thải Tổng chi phí đầu tư: S = S1 + S2 = 89.374.000+ 676.910.740 = 766.284.740 (đồng) Lãi suất ngân hàng: i = 1% Tổng vốn đầu tư: S0 = (1+i). S = (1+0,01 ) x 766.284.740 = 773.947.587 (đồng). Giá thành cho 1m3 nước thải: s = = = 8.482 (đồng) Vậy giá thành để xử lý 1 m3 nước thải xấp xỉ 8.482 đồng CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Để góp phần tích cực vào việc thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhiều ngành công nghiệp trong nước đã có những chuyển biến rất rõ nét mà trong đó ngành công nghiệp giấy có thể xem là một trong những trường hợp điển hình. Tuy nhiên, để quá trình phát triển mang một ý nghĩa toàn diện, ngoài những nghiên cứu tập trung cho việc cải tiến quy trình công nghệ nhằm tăng hiệu suất, cải thiện tính năng, việc xử lý nguồn nước thải từ các nhà máy giấy cũng có một ý nghĩa thiết thực và rất quan trọng bởi nó ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường sống. Để có thể thiết kế hệ thống xử lý nước thải bột giấy cho nhà máy Tam Hiệp, đề tài đã tiến hành tìm hiểu về quy trình sản xuất sản phẩm bột giấy và giấy cũng như các thành phần, tính chất cơ bản của nước thải sản xuất của nhà máy, đồng thời cập nhật những công nghệ xử lý nước thải ngành giấy tiên tiến hiện nay để từ đó đề xuất dây chuyền công nghệ thích hợp nhất. Công nghệ xử lý được lựa chọn trong đề tài này là kết hợp phương pháp hóa lý với phương pháp sinh học nhằm mục tiêu đem lại hiệu quả xử lý cao, quy trình công nghệ đơn giản và chi phí thấp. Đề tài cũng đã tính toán chi tiết các công trình xử lý và thể hiện chúng trên các bản vẽ kỹ thuật. Ngoài ra, chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý cũng được khái toán để đảm bảo tính khả thi về mặt kinh tế cho đề tài. KIẾN NGHỊ Qua quá trình tìm hiểu tình hình môi trường tại Công ty Nông Công Nghiệp TNHH Tam Hiệp, đề tài có một vài ý kiến đóng góp vào việc bảo vệ môi trường tại Công ty như sau: Cần tiến hành xây dựng hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh như đã đề xuất trong khóa luận nhằm đảm bảo sức khỏe cho công nhân trực tiếp sản xuất trong Công ty - là những người phải chịu sự ô nhiễm nhiều nhất, tiếp đến là nhân dân sống quanh vùng sản xuất, đồng thời góp phần cải thiện môi trường sống cho các khu vực phụ cận. Tận dụng lại bột giấy từ lắng đợt 1 nhằm tiết kiệm nguyên liệu sản xuất giấy đồng thời giảm chi phí xử lý bùn. Tiến hành các nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch hơn cho Công ty Nông Công Nghiệp TNHH Tam Hiệp nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, tiết kiệm nguyên vật liệu, năng lượng, hóa chất đồng thời giảm nhẹ các gánh nặng về môi trường, đặc biệt là vấn đề nước thải. Bồi dưỡng, đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật và quản lý môi trường có trình độ và ý thức trách nhiệm để quản lý, giám sát và xử lý chất thải nói chung và nước thải nói riêng tại Công ty.