Luận văn Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty TNHH dệt Jo Mu Việt Nam

mm, bầu dục,vận tốc dòng chảy thường lấy 0,8-1m/s để lắng cát. Hình 4.10. Song chắn rác c. Tính toán Song chắn rác được tính theo lưu lượng lớn nhất vì nước thải chưa điều hòa. Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn ứng với Qmax: h = 0,618 (m) Số khe hở của song chắn rác được tính theo công thức: n = (thanh) trong đó: n- số khe hở Qmax- lưu lượng lớn nhất của nước thải, Qmax = 0,0309(m3/s) v- tốc độ nước chảy qua song chắn, v = 0,8 m/s (theo Giáo trình Xử lý nước thải- Hoàng Huệ), chọn v = 1(m/s) b- khoảng cách giữa các khe hở (2 thanh), b = 16 mm = 0,016 (m) kz- hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác (kz = 1,05) d- chiều rộng của thanh: d = 9 mm = 0,009 (m) q = v h Bk Bk = 0,5 (m) Chiều rộng của song chắn được tính bằng công thức: BS = (n+1)d + b(n+2) = 0,866 (m) Tổn thất áp lực ở song chắn rác: = trong đó: vmax- vận tốc của nước thải trước song chắn ứng với Qmax k- hệ số sự tăng tổn thất áp lực do rác mắc vào song chắn (k=2,42) - hệ số sức cản cục bộ của song chắn được xác định theo công thức: = - hệ số phụ thuốc vào tiết diện ngang của thanh song chắn. Lấy tiết diện ngang của song chắn rác là hình chữ nhật (loại I) = 2,42 (m) - góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy, = 60o = Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn: trong đó: - góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy = 20o Chiều dài của đoạn mở sau song chắn: l2 = l1 0,5 = 0,503 0,5 = 0,2515 (m) Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn: H = h + hc + 0,5 = 0,618 +0,097 + 0,5 = 1,215 (m) Chọn chiều dài sàn công tác a” = 1m a’: chiều dài phần mương đặt song chắn a’ = (m) ≈ 2 (m) Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn: L = l1 + l2 + lS = 0,503 + 0,2515 + 2 = 2,7545 (m) * Hàm lượng chất lơ lửng ( và BOD5 () của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4%, còn lại:(Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Tính toán thiết kế công trình- Lâm Minh Triết) = Bảng 4.3: Các thông số thiết kế mương và song chắn rác STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Chiều dài mương (L) 2,7545 (m) 2 Chiều rộng mương (BS) 0,866 (m) 3 Chiều cao mương (H) 1,215 (m) 4 Số thanh song chắn 33 Thanh 5 Kích thước khe hở (b) 16 (mm) 6 Chiều rộng thanh song chắn (d) 9 (mm) Hình 4.10: Song chắn rác 4.8.1.2. Hầm bơm tiếp nhận Thể tích hầm bơm tiếp nhận: Vb = Qmax-h t = 111,329 15 phút = 27,83 m3 trong đó: t: là thời gian lưu nước, t = 10 – 30 phút, chọn t = 15 phút Chọn chiều sâu hữu ích, h = 3m Chiều cao an toàn: hf = 1m. Vậy chiều sâu tổng cộng: H = 3 + 1 = 4 m Diện tích bề mặt: F = Kích thước hầm bơm tiếp nhận: LBH = 3,1m3m3 m Chọn loại hầm bơm nhúng chìm đặt tại hầm bơm có: Qb = Qmax-h = 111,329 m3/h, cột áp H = 8 – 10 m 4.8.1.3. Bể điều hòa a. Khái niệm Trong nước thải các ngành công nghiệp, đặc biệt là nước thải dệt nhuộm thường dao động không đều trong ngày. Lưu lượng, thành phần, tính chất của nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố và thường không đều giữa các giờ trong ngày. Sự dao động về lưu lượng và nồng độ của nước thải sẽ ảnh hưởng đến công tác của công trình xử lý, gây tốn kém khi xây dựng và khó khăn trong quản lý. Khi lưu lượng nước thải dao động lớn phải xây dựng hệ thống thoát nước có tiết diện lớn để đáp ứng thoát nước trong những giờ có lưu lượng lớn. Khi lưu lượng, tính chất nước thải thay đổi thì kích thước các công trình xử lý cơ học, sinh học phải lớn, chế độ làm việc mất ổn định nếu nồng độ các chất bẩn trong nước thải chảy vào công trình xử lý sinh học đột ngột tăng lên, đặc biệt là các chất độc hại với vi sinh vật thì có thể làm cho công trình hoạt động mất công dụng của chúng. Các công trình xử lý bằng phương pháp hóa học sẽ kém hiệu quả khi lưu lượng, tính chất nước thải thay đổi. Nếu muốn công trình làm việc tốt thì phải thường xuyên thay đổi nồng độ, liều lượng hóa chất đầu vào. Điều này rất khó khăn khi điều kiện tự động hóa chưa cho phép. Kết quả nước thải sau khi ra khỏi công trình xử lý chưa đạt yêu cầu làm sạch. Do đó, trong mạng lưới thoát nước và các công trình xử lý nước thải làm việc tốt đạt hiệu quả kinh tế cao, cần phải xây dựng bể điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải. Ngoài ra, việc điều hòa nhiệt độ nước thải cũng rất cần thiết. Nếu nhiệt độ cao sẽ gây ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của các công trình xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí. b. Phân loại và vị trí bể điều hòa Bể điều hòa lưu lượng: đặt gần nơi tạo ra nước thải. Bể điều hòa nồng độ: với lưu lượng ít hoặc không đổi có thể đặt trong phạm vi xử lý. Khi đó, trong dây chuyền công nghệ xử lý bể điều hòa có thể đặt: + Sau bể lắng nếu nước thải chứa 1 lượng lớn các hợp chất hữu cơ không tan, có độ lớn thủy lực lớn hơn 4-5 mm/s, kích thước hạt lớn hơn 2 mm. + Trước bể lắng nếu nước thải chứa chủ yếu các hợp chất hữu cơ không tan, nếu trong dây chuyền công nghệ có bể trộn với hóa chất thì đặt bể điều hòa trước bể trộn. Bể điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải: Theo chế độ hoạt động người ta chia bể điều hòa thành 2 bể như sau: + Bể điều hòa hoạt động gián đoạn theo chu kỳ: là những bể chứa (có ít nhất 2 bể) khi một bể tích lũy nước thải bể kia xả nước ra ngoài và ngược lại. + Bể điều hòa hoạt động liên tục Theo nguyên tắc chuyển động của nước: bể điều hòa hoạt động liên tục theo nguyên tắc xáo trộn (chế độ chảy rối) và bể điều hòa hoạt động theo nguyên tắc đẩy (chế độ chảy tầng). Theo nguyên tắc xáo trộn bể điều hòa được chia thành 2 loại: Xáo trộn cưỡng bức bằng các máy hướng trục, máy cánh quạt, bằng khí nén, bơm li tâm, Xáo trộn tự nhiên nhờ gió hoặc nhờ sự khuyếch tán do sự khác nhau về tỉ trọng, nhiệt độ, nồng độ nước thải chảy đến bể điều hòa. c. Lựa chọn bể điều hòa Chọn bể điều hòa hoạt động liên tục và làm việc theo nguyên tắc xáo trộn bằng cách thổi khí nén. Chọn loại bể này vì: - Vừa điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải - Tránh được hiện tượng lắng cặn các chất lơ lửng trong nước thải d. Tính toán bể điều hòa Lưu lượng nước thải trung bình trong 1 ngày: Qtb-ngđ = 1000 m3/ngđ Lưu lượng nước thải trung bình trong 1 giờ: Qtb-h = 41,667 m3/h Thể tích bể điều hòa: W = Qhtb t = 41,667 4 = 166,67m3 trong đó: t- thời gian lưu trung bình của nước thải trong bể điều hòa, chọn t = 4h ( t 4 8h) W = L B H = 166,67 m3 168 m3 Chọn chiều cao của bể là H = 3,5 m Diện tích của bể điều hòa: F = (m2) Kích thước bể điều hòa: L B = 8 6 (m) Chọn chiều cao bảo vệ là: 0,5m chiều cao tổng cộng (chiều cao xây dựng): 3,5 + 0,5 = 4 (m) Thể tích thực của bể điều hòa: L B H = 8 6 4 = 192 (m3) Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điểu hòa: Vk = vk W = 0,015 166,67 = 2,5 m3/ph = 41,67l/s trong đó: Vk - tốc độ cấp khí trong bể điều hòa, v = 0,01 0,015 m3/m3.phút, chọn vk= 0,015 m3/m3.phút W- dung tích bể điều hòa ( Theo Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải -Trịnh Xuân Lai 1999) Không khí được phân phối qua hệ thống ống khoan lỗ có đường kính 5mm để cấp khí cho bể điều hòa, khoảng tâm lỗ = 100 mm. Đường kính ống chính dẫn khí vào bể điều hòa: Dk = chọn ống = 100 (mm) trong đó: v- vận tốc khí trong ống, v = 1015m/s, chọn v =10m/s Ống nhánh đặt vuông góc với bể và chạy dọc theo chiều rộng của bể. Chọn ống nhánh dài 6m với = 50mm. Khoảng cách giữa 2 ống chọn là 1m. Số ống nhánh: n = ống trong đó: L- chiều dài bể điều hòa Tổng diện tích lỗ trên ống nhánh: Flỗ = flỗ = trong đó: f- diện tích 1 lỗ d- đường kính lỗ thổi khí Số lỗ trên ống nhánh: m = lỗ Khoảng cách giữa các lỗ trên ống: l = trong đó: B- chiều rộng bể điều hòa m- số lỗ trên ống nhánh Áp lực cần thiết cho hệ thống ống khí nén được xác định theo công thức: Hc = hd + hc + hf + H trong đó: hd- tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, (m) hc- tổn thất qua thiết bị phân phối, (m). Tổn thất hd, hc không vượt qua 0,4(m) hf- tổn thất cục bộ của ống phân phối khí, (m); không vượt qua 0,5(m) Vậy: Hc = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9(m) Áp lực của không khí: p = Công suất máy nén khí: N = trong đó: Qk- lưu lượng khí cần cung cấp, Qk = 2,5(m3/ph) = 150(m3/h) - hiệu suất máy nén khí, chọn = 80% = 0,8 p- áp lực của khí nén, p = 1,47(atm) * Hàm lượng chất lơ lửng (C’tc) của nước thải sau khi qua bể điều hòa giảm 4% & BOD (L’tc) giảm 25% còn lại: C’tc = Ctc (100 – 4%) = 1200 ( 100 – 4%) = 1152 (mg/l) L’tc = Ltc ( 100 -25%) = 1618,56 ( 100 – 4%) = 1553,81 (mg/l) Bảng 4.4: Các thông số thiết kế bể điều hòa STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Chiều dài bể (L) 8 (m) 2 Chiều rộng bể (B) 6 (m) 3 Chiều cao bể (H) 4 (m) 4 Thời gian lưu nước 4 giờ 5 Công suất máy nén khí 2,076 KW/h 6 Thể tích xây dựng bể 192 m3 7 Diện tích xây dựng 48 m2 H ình 4.11: Bể điều hòa 4.8.1.4. Tính toán bể tạo bông (cơ khí) a. Chức năng Bể tạo bông có chức năng tạo nên các hạt bông cặn, dính kết các chất lơ lửng tạo nên các bông cặn có khả năng lắng ở bể lắng đợt I. b. Tính toán Dung tích bể: W = Qh-tb T = = 20,84 (m3) Trong đó: Qtb-h: lưu lượng nước thải trung bình giờ T: thời gian lưu nước trong bể, chọn T = 30 phút ( quy phạm 1030 phút - Xử lý nước cấp - Nguyễn Ngọc Dung) Xây dựng một bể có kích thước chiều cao 1(m) và rộng là 2,5 (m). Tiết diện ngang của bể: F = 1 2,5 = 2,5 (m2) Chiều dài của bể: L = = = 8,4 (m) Theo chiều dài của bể chia làm 3 buồng, chiều dài mỗi buồng là: + Buồng 1: 2,5m + Buồng 2: 3m + Buồng 3: 3m Vậy chiều dài thực của bể là: L = 2,5 + 3 + 3 = 8,5m Các buồng được ngăn cách với nhau bằng các vách ngăn hướng dòng theo phương thẳng đứng. Dung tích mỗi buồng: + Buồng 1: 2,5 2,5 = 6,25 (m3) + Buồng 2: 32,5 = 7,5(m3) + Buồng 3: 32,5 = 7,5(m3) Chọn hệ thống khuấy trộn dạng cơ khí, cấu tạo cánh khuấy gồm trục quay và 4 bản cánh khuấy đặt đối xứng nhau qua trục, toàn bộ đặt theo phương thẳng đứng. Tổng diện tích ( cánh b) bản cánh khuấy bằng 15% diện tích mặt cắt ngang bể ( quy phạm 15 – 20%). Diện tích cánh khuấy: Fc = ( F 15)/ 100 = ( 2,5 15)/ 100 = 0,375 m2 Diện tích bản cánh: 0,375/4 = 0,094 m2 Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và 4 bản cánh khuấy đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương thẳng đứng. Chiều dài cánh khuấy: tính từ trục quay nhỏ hơn bề rộng bể, chọn 1m. Chiều dài toàn cánh khuấy: Lc = 1 2 = 2 m Chiều rộng bản cánh: b = m Tỷ lệ diện tích cánh khuấy so với diện tích tiết diện ngang của bể ( theo quy phạm 15 – 20%) Mỗi buồng đặt 1 động cơ điện tốc độ quay cơ bản lấy: Buồng 1: 6 vòng/ phút Buồng 2: 5 vòng/ phút Buồng 3: 4 vòng/ phút. Cường độ khuấy trộn trong các buồng dự kiến đạt các giá trị Gradien vận tốc là: 72,23 s-1; 50,22 s-1; 36 s-1 KIỂM TRA CÁC TIÊU CHUẨN KHUẤY TRỘN CƠ BẢN Buồng phản ứng 1: - Dung tích: W1 = 6,25 (m3) - Tốc độ chuyển động của cánh khuấy 6 vòng/ phút. - Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước: v = 0,75 = 0,471 (m/s) trong đó: R- bán kính chuyển động của cánh khuấy tính từ mép ngoài của cánh khuấy đến tâm trục quay R = 1m n- số vòng quay, n = 6 vòng / phút - Năng lượng cần quay cánh khuấy: N1 = 51 C Fc v3 = 51 1,5 0,375 0,4713 = 3 W trong đó: C- hệ số sức cản của nước, chọn theo 1/b, chọn C = 1,5 ( theo Giáo trình xử lý nước thải-PTS Nguyễn Ngọc Dung) Fc- tiết diện của bản cánh khuấy - Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước. Z1 = = = 0,48 (W/m3) - Giá trị Gradien vận tốc: G1 = 10 = 72,23 s-1< 100s-1 trong đó: - độ nhớt động học của nước, = 0,0092 (Kgm2/s) * Quy phạm G = 80 100 s-1 đối với buồng đầu ( Xử lý nước thải – PTS Nguyễn Ngọc Dung) - Trạng thái tối ưu: P1 = G1 T = 72,23 1800 = 130014 < 200.000 trong đó: T- thời gian lưu nước trong bể, T = 30 phút = 1800 giây * Giá trị tới hạn của P = 40.000 200.000 Buồng phản ứng 2: - Dung tích: W2 = 7,5 (m3) - Tốc chuyển động của cánh khuấy 6 vòng/ phút - Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước: v2 = 0,75 = 0,393 (m/s) - Năng lượng cần quay cánh khuấy: N2 = 51 C Fc v3 = 51 1,5 0,375 0,3933 1,74 (W) trong đó: C- hệ số sức cản của nước, chọn theo 1/b, chọn C = 1,5 ( theo Giáo trình xử lý nước thải, PTS Nguyễn Ngọc Dung) Fc- tiết diện của bản cánh khuấy - Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước. Z2 = = = 0,232 (W/m3) - Giá trị Gradien vận tốc: G2 = 10 = 50,22 (s-1) trong đó: - độ nhớt động học của nước, = 0,0092 (Kgm2/s) - Trạng thái tối ưu: P2 = G2 T = 50,22 1800 = 90396 < 200.000 trong đó: T- thời gian lưu nước trong bể, T = 30 phút = 1800 giây * Giá trị tới hạn của P = 40.000 200.000 Buồng phản ứng 3: - Dung tích: W3 = 7,5 (m3) - Tốc chuyển động của cánh khuấy 6 vòng/ phút - Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước: v3 = 0,75 = 0,314 (m/s) - Năng lượng cần quay cánh khuấy: N3 = 51 C Fc v3 = 51 1,5 0,375 0,3143 0,89 (W) trong đó: C- hệ số sức cản của nước, chọn theo 1/b, chọn C = 1,5 ( theo Giáo trình xử lý nước thải- PTS Nguyễn Ngọc Dung) Fc- tiết diện của bản cánh khuấy - Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước. Z3 = = = 0,119 w/m3 - Giá trị Gradien vận tốc: G3 = 10 = 36 s-1 trong đó: - độ nhớt động học của nước, = 0,0092 Kgm2/s - Trạng thái tối ưu: P3 = G3 T = 36 1800 = 64800 < 200.000 trong đó: T- thời gian lưu nước trong bể, T = 30 phút = 1800 giây * Giá trị tới hạn của P = 40.000 200.000 Bảng 4.5: Các thông số thiết kế bể tạo bông STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Chiều dài bể (L) 8,5 (m) 2 Chiều rộng bể (B) 2,5 (m) 3 Chiều cao bể (H) 1 (m) 4 Thời gian lưu nước (t) 30 phút 5 Dung tích bể (W) 20,84 m3 6 Tiết diện ngang của bể (F) 2,5 m2 Hình 4.12: Bể tạo bông 4.8.1.5. Bể lắng đứng đợt I a. Nhiệm vụ Bể lắng đứng được tính toán thiết kế căn cứ vào công suất của trạm xử lý dưới 20.000 m3/ngđ (TCXD-51-84 - điều 6.5.1) Nước thải sau khi qua bể keo tụ, tạo bông được dẫn đến bể lắng đợt I. Nhiệm vụ của bể lắng đợt I là lắng các tạp chất phân tán nhỏ ( chất lơ lửng) dưới dạng cặn lắng xuống đáy bể hoặc nổi lên trên mặt nước, làm giảm tối đa hàm lượng cặn lơ lửng (SS) ban đầu có trong nước thải. b. Cấu tạo - Chọn bể lắng đợt I là bể lắng đứng, có ngăn lắng hình trụ, có dạng hình tròn trên mặt bằng và đáy bể có dạng hình nón hay chóp cụt. - Bể lắng đứng thường có kết cấu đơn giản, đường kính bể không vượt quá 3 lần chiều sâu công tác và có thể lên đến 10m. - Nước thải theo ống dẫn chảy vào ống trung tâm. Sau khi ra khỏi ống trung tâm, nước thải va vào tấm chắn và đổi hướng từ đứng sang ngang rồi dâng lên theo thân bể. Nước đã lắng tràn qua máng thu đặt xung quanh thành bể. - Khi nước thải dâng lên theo thân bể thì cặn lắng thực hiện chu trình ngược lại. Như vậy cặn chỉ lắng được trong trường hợp tốc độ lắng Uo lớn hơn tốc độ nước dâng Vd (Uo > Vd). c. Tính toán Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm được tính theo công thức: F1 = = 0,386 (m2) trong đó: Qtb-h- lưu lượng nước thải trung bình giờ, Qtb-h= 41,667 (m3/h) Vtt- tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30 (mm/s) = 108 (m/h) (điều 6.5.9 TCXD-51-84). Đường kính ống trung tâm: d = = = 0,7 m Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm: D1 = hl = 1,35 d = 1,35 0,7 = 0,945 m, chọn D1 = 1m Đường kính tấm chắn: lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe và bằng: Dc = 1,3 DL = 1,3 1 = 1,3 m Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng được tính theo công thức: trong đó: V- tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, V = 0,50,8mm/s (Điều 6.5.4-TCXD-51-84), chọn V=0,8 mm/s= 2,88m/h Diện tích tổng cộng của bể lắng: F = F1 + F2 = 0,386 +14,468 = 14,854 (m2) Đường kính của bể lắng: , chọn D = 4,5(m) Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: htt = Vt = 2,88 1,5 = 4,32 (m) trong đó: t- thời gian lắng, chọn t = 1,5h Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định: h n = h2 + h3 = ( = ()tg45o = 1,95 (m) trong đó: h2- chiều cao lớp trung hòa (m) h3- chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể D- đường kính trong của bể lắng, D = 4,5 (m) dn- đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,6 m - góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, chọn = 45o Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 4,32 m. Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức: l = = 0,4 (m) trong đó: Vk- tốc độ dòng nước chảy qua khe hở với miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm chắn, Vk £ 20mm/s, chọn Vk = 20 mm/s = 0,02m/s. Qmax-s – Lưu lượng nước thải lớn nhất giây, Qmax-s = 0,0309 (m3/s) Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là: H = htt + hn + ho = htt + ( h2 + h3) + ho = 4,32 + 1,95 + 0,3 = 6,57 (m) trong đó: ho- khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, ho = 0,3 (m) Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể. Tải trọng thủy lực: ngày Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể: (m/h) Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính 0,8 đường kính bể Dmáng= 0,8 4,5 = 3,6m Chiều dài máng thu nước: L = Dmáng = 3,14 3,6 = 11,304m Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: aL = (m3/mdài.ngày) Tải trọng bùn: b = (kg/m2.h) Hiệu suất lắng của bể lắng đứng có sự hỗ trợ của chất keo tụ, hàm lượng SS giảm 70% và hàm lượng BOD giảm 20% (Xử lý nước thải- Hoàng Huệ). Do đó: Hàm lượng SS còn lại trong dòng ra: SSra = 1152 (100% – 70%) = 345,6 (mg/l) Hàm lượng BOD còn lại trong dòng ra: BODra = 432(100% - 20%) = 345,6 (mg/l) Hàm lượng COD còn lại sau bể lắng: CODra = 1216(100% - 40%) = 729,6 (mg/l) Tổng thể tích ngăn chứa cặn: WC = trong đó: Q- lưu lượng nước thải, Q = 41,667 (m3/h) T- Thời gian giữa 2 lần xả cặn, (t = 624h, điều 6.5.8-20TCN 51-84), chọn t = 8h C- Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải ra khỏi bể lắng I, C=345,6 (mg/l) Cmax- Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải đi vào bể lắng I, Cmax= 1250 (mg/l) - Nồng độ trung bình của cặn đã nén (chọn theo bảng 3.3 Xử lý nước thải- Nguyễn Ngọc Dung), = 36000 (g/m3) WC = Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng % lượng nước xử lý: trong đó: Kp- hệ số pha loãng cặn Kp = 1,21,5, chọn Kp = 1,2 Ống xả cặn: việc xả cặn ra khỏi bể lắng dùng ống nhựa PVC có đường kính 60mm với sự hỗ trợ của bơm hút bùn. Bảng 4.6: Các thông số thiết kế bể lắng I STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm (F1) 0,386 (m2) 2 Diện tích tiết diện ướt của bể lắng (F2) 14,468 (m2) 3 Đường kính ống trung tâm (d) 0,7 (m) 4 Đường kính của bể lắng(D) 4,5 (m) 5 Chiều cao bể (H) 6,57 (m) 6 Thời gian lắng (t) 1,5 giờ 7 Diện tích của bể lắng 14,854 (m2) 8 Thể tích ngăn chứa cặn 8,4 (m3) Hình 4.13: Bể lắng I 4.8.1.6. Bể Aerotank a. Chức năng Nước thải sau khi qua bể lắng đợt I có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiếu khí (Aerotank). Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Vi khuẩn và các vi 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. Quá trình chuyển hóa thực hiện theo từng bước xen kẻ và nối tiếp nhau. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hóa thải ra các hợp chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản hơn, một vài loại vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chất thải cuối cùng không thể dùng làm thức ăn cho bất cứ lọai vi sinh vật nào nữa. 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 II bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở 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. Quy trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính lơ lửng trong các bể phản ứng hiếu khí gồm các công đoạn sau: - Khuấy trộn đều nước thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng. - Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy ôxy cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra trong bể. - Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt II. - Tuần hoàn lại một lượng bùn cần thiết từ đáy bể lắng đợt II vào bể Aerotank để hòa trộn với nước thải đi vào. - Xả bùn dư và xử lý bùn. b. Các thông số thiết kế + Lưu lượng nước thải: Qtb-h = 1000 (m3/ngàyđêm) + Nhiệt độ nước thải: t = 40oC + Hàm lượng BOD5 đầu vào = hàm lượng BOD5 đầu ra của bể lắng I So = 345,6(mg/l) + Hàm lượng BOD5 trong nước thải cần đạt sau xử lý BOD5 đầu ra= S = 30(mg/l) + Hàm lượng COD trong nước thải cần đạt sau xử lý COD đầu ra= 50(mg/l) + Tỉ số f = + Hàm lượng chất lơ lửng SS trong nước thải vào bể Aerotank: SSvào = 345,6(mg/l) + Hàm lượng chất lơ lửng SS trong nước thải cần đạt sau xử lý: SSra = 50(mg/l), trong đó 65% là cặn hữu cơ, a% = 65%. + Lượng cặn bay hơi ra khỏi bể lắng là 70%, độ tro z = 0,3mg/mg (Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải- Trịnh Xuân Lai) + Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể, Xo= 0. + Chế độ xáo trộn hoàn toàn. c. Tính toán Tính toán thiết kế Aerotank căn cứ vào các yếu tố sau: - Thành phần và tính chất của nứơc thải. - Nhu cầu ôxy cần cho quá trình ôxy hóa sinh học (BOD5). - Mức độ xử lý nước thải. - Hiệu quả sử dụng không khí. Nội dung tính toán Aerotank gồm các phần sau: - Xác định lượng không khí cần thiết cung cấp cho Aerotank. - Chọn kiểu bể và xác định kích thước bể. - Chọn kiểu và tính toán thiết bị khuyếch tán không khí. Xác định hiệu quả xử lý: Lượng cặn hữu cơ trong nước thải đi ra khỏi bể lắng I (phần cặn sinh học dễ bị phân hủy) b Lượng cặn hữu cơ trong nước thải đi ra khỏi bể lắng I (tính theo COD) c = trong đó: 1,42 là hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD ( lượng BOD5 khi bị ôxy hóa hết chuyển thành cặn tăng lên 1,42 lần) Lượng BOD5 có trong cặn ra khỏi bể lắng: d = Lượng BOD5 hòa tan ra khỏi bể lắng = tổng lượng BOD5 cho phép ở đầu ra trừ cho lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng: e = BOD5 cho phép – d = 30 – 16,1525 = 13,85(mg/l) Hiệu quả xử lý được xác định bởi phương trình: trong đó: So- BOD5 trong nước thải dẫn vào Aerotank, So= 345,6(mg/l) S- Hàm lượng BOD5 trong nước thải cần đạt sau xử lý, S = 30(mg/l) + Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan: + Hiệu quả xử lý tính theo tổng cộng: + Hiệu quả xử lý COD: Xác định thể tích bể Aerotank: - Thể tích bể Aerotank được tính theo công thức: trong đó: - thời gian lưu bùn (tuổi của bùn hoạt tính) ứng với việc khuấy trộn hoàn chỉnh, = 0,75ngày, chọn = 10ngày (theo bảng 6.1- Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải- Trịnh Xuân Lai) Q- Lưu lượng trung bình ngày, Q = 1000 m3/ngày đêm Y- Hệ số sản lượng bùn, đây là 1 thông số động học được xác định bằng thực nghiệm, Y = 0,40,8 (mgVSS/mgBOD5), chọn Y = 0,6 (mgVSS/mgBOD5) (bảng 5.1-Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải- Trịnh Xuân Lai) X- Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính, quy phạm X = 25004000 (mg/l), chọn X = 4000 (mg/l) kd: hệ số phân hủy nội bào, chọn kd = 0,055 ngày-1(quy phạm kd=0,020,1) V = (m3) Thời gian lưu nước: ngày = 7,68h = 7h40’ Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày - Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức: (1/ngày) - Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5: Px = Q= 128,39 (kg/ngàyđêm) - Tổng lượng cặn sinh ra theo độ tro z: (kg/ngày) - Lượng cặn dư xả ra hàng ngày: Pxả = với: Pra = SSraQ = 50.10-6 1000.103 = 50 (kg/ngày) Pxả = 183,41 – 50 = 133,41 (kg/ngày) - Lượng bùn xả ra ngoài theo tiêu chuẩn: Xra = SSra a% = 50 0,65 = 32,5 (mg/l) - Lưu lượng bùn xả (nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng) Qxả = (m3/ngày) trong đó: XT- Nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn (cặn không tro), XT = (1-0,3)10000 = 7000 (mg/l) Qxả- lưu lượng bùn xả ra (m3/ngàyđêm) Kích thước bể - Diện tích của Aerotank trên mặt bằng: (m2) trong đó: H- chiều cao công tác của Aerotank, chọn H = 4(m) - Tổng chiều dài các hành lang của Aerotank: (m) trong đó: b- chiều rộng của bể Aerotank, chọn b = 2H = 8 (m) - Chiều cao xây dựng của bể Aerotank: Hxd = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Xác định lượng bùn tuần hoàn: Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị X = 4000 (mg/l), ta có: trong đó: QT- lưu lượng bùn từ bể lắng II tuần hàon về bể Aerotank (m3/ngày) rút ra: hằng số tuần hoàn Lưu lượng bùn tuần hoàn: QT = 1,3 Q = 1,3 1000 = 1300 (m3/ngày) = 54,17 (m3/h) Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank : - Giá trị của tốc độ sử dụng chất nền (BOD5) của 1 gram bùn hoạt tính trong 1 giờ: = = (mgBOD5/1grambùn.h) - Tỷ số : : tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính (Food-Microoganism) = - Tải trọng thể tích: (kg BOD5/m3.ngày) * Cả 2 giá trị đều nằm trong giới hạn cho phép đối với Aerotank xáo trộn hoàn toàn = 0,20,6 (kg/kg.ngày) Tải trọng thể tích: 0,81,92 (kg BOD5/m3.ngày) Tính lượng ôxy cần thiết: - Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện chuẩn (không cần xử lý Nitơ) = 192,415 (kgO2/ngày) trong đó: f- Hằng số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD20, 1,42- Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD - Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện thực tế: trong đó: CS- Nồng độ ôxy bão hòa trong nước sạch ở 20oC, CS 9.08 (mg/l) C- Nồng độ ôxy cần duy trì trong bể, C = 1,52 (mg/l) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải- Ts.Trịnh Xuân Lai) T = 40oC, nhiệt độ nước thải - Hệ số điều chỉnh lượng ôxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng của hàm lựơng cặn, chất hoạt động bề mặt), = 0,60,94, chọn = 0,7 (kg/ngày) Lượng không khí cần thiết: Qkhí = trong đó: fa - hệ số an toàn, fa = 1,52, chọn fa = 1,5 OU- công suất hòa tan ôxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam ôxy cho 1m3 không khí. OU = Otth1 trong đó: Ott- công suất hòa tan ôxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gram ôxy cho 1m3 không khí, ở độ sâu ngập nước h = 3,5 (m) Chọn hệ thống phân phối bọt khí kích thước trung bình, (tra bảng 7-2 sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải- Ts.Trịnh Xuân Lai). Bảng 4.7: Công suất hòa tan ôxy vào nước của thiết bị phân phối bọt khí kích thước trung bình Điều kiện thí nghiệm Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình grO2/m3.m kgO2/KW grO2/m3.m kgO2/KW Nước sạch T=20oC 7 1.4 6 1.1 Nước thải T=20oC,=0,8 5.5 1.1 4.5 0.8 Ott = 4,5 (gO2/m3.m) h1- Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h1 = 3,5 (m) OU = 4,5 3,5 = 15,75 (gO2/m3) = 15,75.10-3 (kgO2/m3) Qkhí = = 20893,3 (m3/ngày) = 870,554 (m3/h) = 0,242 (m3/s) Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170(mm), diện tích bề mặt F = 0,02(m2), cường độ khí 200l/phút.đĩa = 3,3(l/s) - Số đĩa phân phối trong bể là: Số lượng đĩa: 74 Đường kính ống chính dẫn khí: (m) D= 160(mm) trong đó: V- tốc độ chuyển động của không khí trong mạng lưới trong ống phân phối, V=1015 (m/s), chọn V = 12 (m/s) Ống D lại chia thành 5 nhánh nhỏ để gắn đĩa sục khí đường kính là : d = (m) d = 70(mm) Bố trí hệ thống sục khí: Với các số liệu đã tính như trên, hệ thống phân phối khí được chia thành 5 nhánh, đặt theo chiều dài của bể, mỗi nhánh có 15 đĩa phân phối khí. Lượng khí cần khử 1kg BOD5: (m3/kgBOD5) Lượng không khí cần thiết để chọn máy nén khí: qk= 2 0,242 = 0,484 (m3/s) Tính áp lực máy nén: - Áp lực cần thiết 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) hf- tổn thất qua thiết bị phân phối (m) H- chiều sâu hữu ích của bể, H = 4(m) Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4(m), tổn thất hf không quá 0,5(m). Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hct = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9(m) Áp lực không khí là: p = Công suất máy nén khí: N = trong đó: qk- lưu lượng không khí n- Hiệu suất máy nén khí, n = 0,70,9, chọn n = 0,8 * Hàm lượng chất bẩn trong nước thải ra khỏi bể Aerotank( BOD giảm 96%, COD giảm 95,04%) B’= B(100% - 96%) = 345,64% = 13,824 (mg/l) C’ = C(100% - 95,04%) = 729,64,96% = 36,19 (mg/l) Bảng 4.8: Các thông số thiết kế bể Aerotank STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Chiều dài bể (L) 10,03 (m) 2 Chiều rộng bể (B) 8 (m) 3 Chiều cao bể (H) 4,5 (m) 4 Thời gian lưu nước () 7,68 giờ 5 Thời gian lưu bùn () 10 ngày 6 Công suất máy nén khí 24,3 KW/h 7 Số lượng đĩa 74 đĩa H ình 4.14: Bể Aerotank 4.8.1.7. Bể lắng đứng đợt II a. Chức năng 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 Aerotank. Hỗn hợp nước và bùn hoạt tính chảy ra từ công trình xử lý sinh học được dẫn đến bể lắng II. Bể này có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính đã xử lý ở bể Aerotank hay màng vi sinh vật đã chết từ bể Biophin và các phần nhỏ chất không tan. Bùn sau khi lắng một phần sẽ tuần hoàn lại bể Aerotank để tạo hỗn hợp bùn và nước có nồng độ MLSS = 25004000 mg/l. Cấu tạo: Lựa chọn bể lắng II là bể lắng đứng có dạng hình tròn, cấu tạo của bể lắng đứng đợt II giống bể lắng đứng đợt I. b. Tính toán Diện tích tiết diện ướt ống trung tâm của bể lắng đứng đợt II được tính toán theo công thức: f = trong đó: Qtt- Lưu lượng tính toán, Qmax-s= 0,0309 m3/s vtt- Tốc độ dòng chảy trong ống trung tâm, vtt= 30mm/s = 0,03m/s (Điều 6.5.9a-Bể lắng đứng- TCXD-51-84) Diện tích tiết diện ướt của phần lắng của bể được tính theo công thức: Fo = Trong đó: v2- tốc độ chảy trong bể lắng đứng, v2 = 0,5mm/s hay bằng 0,0005m/s (Điều 6.5.6, bảng 29-TCXD-51-84) Diện tích tổng cộng của bể lắng đứng đợt II là: F = Fo + f = 61,8 + 1,03 = 62,83m2 Chọn đường kính của bể lắng đợt II: D = 6m. Diện tích của mỗi bể sẽ là: F1 = 28,26m2 Số lượng bể lắng đợt II được tính theo công thức: n = Đường kính của ống trung tâm: d = = Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm: D1 = hl = 1,35 d = 1,35 0,8 = 1,08 m Đường kính tấm chắn: lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe và bằng: Dc = 1,3 DL = 1,3 1,08 = 1,404 m Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o Chiều cao lớp nước trong bể lắng đứng đợt II: htt = Vt = 0,0005 1,5 3600 = 2,7 (m) trong đó: t- thời gian lắng, chọn t = 1,5h V = 0,50,8mm/s (Điều 6.5.4-TCXD-51-84), chọn V=0,5 mm/s Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định: h n = h2 + h3 = ( = ()tg45o = 2,5 (m) trong đó: h2- chiều cao lớp trung hòa (m) h3- chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể D- đường kính trong của bể lắng, D = 6 (m) dn- đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 1 m - góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, chọn = 45o Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức: l = = 0,3 (m) trong đó: Vk- tốc độ dòng nước chảy qua khe hở với miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm chắn, Vk £ 20mm/s, chọn Vk = 20 mm/s = 0,02m/s. Qmax-s – Lưu lượng nước thải lớn nhất giây, Qmax-s = 0,0309 (m3/s) Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là: H = htt + hn + ho = htt + ( h2 + h3) + ho = 2,7 + 2,5 + 0,5= 5,7 (m) trong đó: ho- khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, ho = 0,5 (m) Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể. Tải trọng thủy lực: ngày Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể: (m/h) Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính 0,8 đường kính bể Dmáng= 0,8 6 = 4,8m Chiều dài máng thu nước: L = Dmáng = 3,14 4,8 = 15,072m Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: aL = (m3/mdài.ngày) Tải trọng bùn: b = (kg/m2.h) Tổng thể tích ngăn chứa cặn: WC = trong đó: Q- lưu lượng nước thải, Q = 41,667 (m3/h) T- Thời gian giữa 2 lần xả cặn, (t = 624h, điều 6.5.8-20TCN 51-84), chọn t = 8h C- Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải ra khỏi bể lắng I, C=345,6 (mg/l) Cmax- Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải đi vào bể lắng I, Cmax= 1250 (mg/l) - Nồng độ trung bình của cặn đã nén (chọn theo bảng 3.3 Xử lý nước thải- Nguyễn Ngọc Dung), = 36000 (g/m3) WC = Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng % lượng nước xử lý: trong đó: Kp- hệ số pha loãng cặn Kp = 1,21,5, chọn Kp = 1,2 Ống xả cặn: việc xả cặn ra khỏi bể lắng dùng ống nhựa PVC có đường kính 60mm với sự hỗ trợ của bơm hút bùn. * Hàm lượng chất bẩn trong nước thải sau khi ra khỏi bể lắng II: Hàm lượng chất lơ lửng sau khi qua bể lắng II giảm 95% S’ = S 345,65% = 17,28 (mg/l) Bảng 4.9: Các thông số thiết kế bể lắng II STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Đường kính bể (D) 5,7 m 2 Đường kính buồng trung tâm (Dtt) 0,8 m 3 Chiều cao tính toán của vùng lắng 2.5 m 4 Đường kính phần loe của ống trung tâm 1,404 m 5 Đường kính tấm chắn 1,08 m 6 Chiều cao tổng cộng (H) 5,7 m 7 Thời gian lắng (t) 1,5 giờ H ình 4.15: Bể lắng II 4.8.1.8. Bể khử trùng a. Chức năng Nước thải sau khi xử lý trước khi xả vào nguồn nước cần thực hiện khử trùng. Khử trùng nước thải là nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải. Có nhiều phương pháp khử trùng nước thải được áp dụng trên thực tế như Clo hóa, ozon, khử trùng bằng tia cực tím,... Trong trường hợp đang xét chọn phương pháp Clo hóa để khử trùng nước thải vì phương pháp này tương đối đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả có thể chấp nhận được. Phản ứng thủy phân giữa Clo và nước thải xảy ra như sau: Cl2 + H2O HCl + HOCl Axit hypoclric (HOCl) rất yếu và dễ dàng phân hủy thành HCl và ôxy nguyên tử: HOCl HCl + O Hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- Cả HOCl, OCl- và O là các chất ôxy hóa mạnh có khả năng tiêu diệt vi trùng. b. Tính toán Lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được tính theo công thức: (theo Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp,Tính toán thiết kế công trình- Lâm Minh Triết) trong đó: Ya- lưu lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải (kg/h) Q- lưu lượng tính toán của nước thải, Q = 41,667(m3/h) a- liều lượng Clo hoạt tính trong Clo nước lấy theo điều 6.20.3-TCXD-51-84, nước thải sau khi xử lý sinh học hoàn toàn, a = 3 (kg/h) Để xáo trộn nước thải với Clo ta chọn bể trộn có vách ngăn hướng dòng (dòng chảy zích zắc) Kích thước bể: V = Qtb-h t = 41,667 = 20,834 (m3) trong đó: t- thời gian lưu nước, chọn t = 30 phút (Xử lý nước thải- Hoàng Huệ) - Chọn Chiều cao bể: h = 2(m) Chiều cao bảo vệ: hbv= 0,5(m) - Diện tích bề mặt: F = - Chọn chiều dài bể: L = 3,5 (m) chiều rộng bể: B - Chọn bể có 3 vách ngăn, số vách ngăn là 2, chiều dày mỗi vách ngăn d = 0,1m - Chiều rộng của 1 vách ngăn: - Chiều dài tổng cộng của bể: Lbể = L + nd = 3,5 + 20,1 = 3,7 (m) - Chiều dài vách ngăn lấy bằng 2/3 chiều dài bể chiều dài vách ngăn: = 2,467(m)2,5(m) Lượng hóa chất cần thiết để khử trùng nước thải: - Lượng Clorua cần sử dụng: M = aQ= 61000 10-3 = 6 (kg/m3.ngày) trong đó: a- liều lượng Clo hoạt tính, chọn a = 6 (mg/l) Q- lưu lượng nước thải, Q = 1000 (m3/ngày.đêm) Lượng Clo cần thiết là 28 mg/l đối với nước thải sau bể bùn hoạt tính (Theo Waste water Engineering: Treatment, Reuse, Disposal, 1991) Dùng clorua vôi có hiệu suất sử dụng là 30% Lượng clorua vôi sử dụng là: 6 0,3 = 20(kg/ngày) Bảng 4.10: Các thông số thiết kế bể khử trùng STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Chiều dài bể (D) 3,7 m 2 Chiều rộng bể 3 m 3 Chiều cao bể (H) 2,5 m 4 Chiều dài vách ngăn 2,5 m 5 Chiều rộng 1 vách ngăn 0,93 m Hình 4.16: Bể khử trùng 4.8.1.9. Hố thu bùn a. Chức năng Sau khi bùn thải từ bể lắng I và bể lắng II sẽ được dẫn về hố thu bùn. Hố thu bùn có nhiệm vụ chứa bùn và làm cô đặc cặn nhằm giảm độ ẩm của bùn bằng cách lắng cơ học để đạt độ ẩm thích hợp. b. Tính toán Hàm lượng bùn hoạt tính dư có thể xác định theo công thức sau:(Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải- Lâm Minh Triết) Bd = = (1,3345,6)-17,28 = 432(mg/l) Trong đó: Bd- Hàm lượng bùn hoạt tính dư, (mg/l) - Hệ số tính toán lấy bằng 1,3 (khi bể Aerotank xử lý ở mức độ hoàn toàn) Cll- Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng I, Cll = 345,6mg/l Ctr- Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng II, Ctr = 17,28mg/l Lượng tăng bùn hoạt tính lớn nhất (Bdmax) có thể tính theo công thức: (Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải- Lâm Minh Triết) Bdmax = k Bd = 1,15432 = 496,8(mg/l) Trong đó: k- Hệ số tăng trưởng không điều hòa tháng (chọn k = 1,15) Lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất theo giờ được tính theo công thức: qmax = trong đó: qmax- lưu lượng bùn hoạt tính max, m3/h p-% bùn hoạt tính tuần hoàn về bể Aerotank, p tính như sau: p = = = 48,66% trong đó: QT- lưu lựơng trung bình của hỗn hợp bùn hoạt tính tuần hoàn, QT = 54,17m3/h Chọn thời gian lưu nước trong bể: t = 72h Như vậy thể tích bể chứa bùn cần: W = qmax t = 2,6672 = 191,52(m3) Chọn kích thước bể: = 864(m) Chọn đường kính ống dẫn bùn vào bể: D = F60 Chọn đường kính ống dẫn nước sau lắng trở lại bể bơm: d = F80 Bùn đưa vào hố thu sau 20 ngày sẽ được xe chở ra bãi rác, phần nước lắng được bơm lại bể điều hòa. Bảng 4.11: Các thông số thiết kế Hố thu bùn STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị 1 Chiều dài bể (D) 8 m 2 Chiều rộng bể (B) 6 m 3 Chiều cao bể (H) 4 m H ình 4.17: Hố thu bùn 4.8.1.10. Máy ép bùn Khối lượng bùn cấn ép = 183,41+345,6 = 529,01kg/ngày Nồng độ bùn sau khi nén = 3% Nồng độ bùn sau khi ép = 25% Khối lượng sau khi ép = kg/ngày Số giờ hoạt động của thiết bị = 8h/ngày Tải trọng bùn tính trên 1m chiều rộng băng ép chọn 90kg/m.h Chiều rộng băng ép: Chọn thiết bị lọc ép dây đai bề rộng băng 1m - 2 bơm bùn (1 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng) - Đặc tính bơm bùn Q = 4m3/h, cột áp H = 10m 4.8.2. Phương án II Trong hai phương án đã lựa chọn thiết kế, các công trình chi tiết giống như phương án I, chỉ khác quá trình hấp phụ và ozon hóa. 4.8.2.1. Quá trình hấp phụ a. Chức năng Quá trình xử lý nước thải bằng hấp phụ được tiến hành ở điều kiện khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ (than hoạt tính) với nước thải, hoặc lọc nước thải qua lớp chất hấp phụ hay trong lớp lỏng giả trong các hệ thống thiết bị làm việc gián đoạn và liên tục. Khi tiến hành quá trình này có sự khuấy trộn chất hấp phụ với nước, người ta thường sử dụng than hoạt tính ở dạng hạt có kích thước nhỏ hơn hoặc bằng 0,1mm. Quá trình hấp phụ có thể tiến hành một bậc hoặc nhiều bậc. Hấp phụ một bậc ở trạng thái tĩnh được ứng dụng trong trường hợp khi chất hấp phụ có giá thành thấp hoặc là chất thải sản xuất. Tuy nhiên, khi quá trình tiến hành trong hệ thống nhiều bậc sẽ có hiệu quả cao hơn. Vì là nước thải sản xuất nên quá trình xử lý là một bậc theo sơ đồ sau: Hình 4.18: Sơ đồ quá trình hấp phụ 1. Bồn khuấy trộn chất hấp phụ và nước 2. Bể lắng b. Tính toán Các thông số thiết kế: + Hàm lượng chất lơ lửng SS trong nước thải ra bể lắng I: SSvào = Cd = 345,6(mg/l) + Hàm lượng chất lơ lửng SS trong nước thải cần đạt sau xử lý: SSra = Cc = 50(mg/l) + Lưu lượng nước thải: Q = 41,667m3/h + Than hoạt tính dạng hạt, đường kính 0,75mm + Hấp phụ một bậc Lượng than hoạt tính cần thiết cho quá trình hấp phụ: m = trong đó: a- hệ số hấp phụ, a = kCC với k là hệ số phân phối chất bẩn giữa chất hấp phụ và dung dịch, theo quy phạm k = 0,70,8, chọn k = 0,7 (theo Giáo trình công nghệ xử lý nước thải-Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga) a = 0,750 = 35 W- lượng nước thải, m3 W = Qt = 41,6670,167 (m3) với: t là thời gian tiếp xúc giới giữa chất hấp phụ và nứơc thải, t = 10phút m = 59,12(kg) Thể tích bể khuấy trộn nước thải và than hoạt tính: W = 7m3 Chọn: - Chiều cao bể: H = 1m - Chiều cao bảo vệ: 0,5m - Chiều cao tổng cộng của bể: 1,5m - Dung tích bể: F = LB = 3,5(m) Tính toán bể lắng: - Hỗn hợp nước và than được bơm từ buồng trộn sang phễu loe, diện tích tiết diện phễu từ dưới lên tăng dần. - Chiều cao tháp theo quy phạm lấy bằng 4m - Chiều cao phễu theo quy phạm từ 0,51m, chọn Hp = 1m - Lăng trụ ngoài cao hơn mép trên của phễu là 1,5m. Vậy chiều cao phần đáy nón của tháp hình trụ là 1,5m. (Theo Thoát nước và Xử lý nước thải công nghiệp- Trần Hiếu Nhuệ) Thể tích bể lắng: Wb = Qt = 41,6672= 83,334(m3) trong đó: t- Thời gian hấp phụ cho đến khi đạt trạng thái cân bằng, quy phạm t=23h, chọn t=2h Diện tích phần hình trụ phía trên của tháp: Str = trong đó: Htr- Chiều cao bể phần hình trụ: 1,5m Str = 4.8.2.2. Quá trình ozon hóa a. Chức năng Ôxy hóa bằng ozon cho phép đồng thời khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các vị lạ và mùi đối với nước và tiệt trùng nước. Quá trình ozon hóa có tểh làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, hydrosunfua (H2S), các hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm, Trong xử lý nước bằng ozon, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và xảy ra sự khử trùng đối với nước. Các vi khuẩn bị chết nhanh hơn so với xử lý nước bằng Clo vài nghìn lần. Độ hòa tan của ozon trong nước phụ thuộc vào pH và hàm lượng của chất hòa tan trong nước. Một hàm lượng không lớn axit và muối trung tính sẽ làm tăng độ hòa tan của ozon và sự có mặt của kiềm sẽ làm giảm độ hòa tan của ozon. b. Tính toán Thể tích bể hòa tan và khuấy trộn ozon vào nước: W = Qt trong đó: t- là thời gian tiếp xúc cần thiết, t = 48 phút, chọn t = 8phút W = Lượng ozon cần thiết để tiệt trùng: C = C1Q= 50 1000 = 50000(g/ngày) = 50 (kg/ngày) trong đó: C1- lượng ozon cần thiết = 50(gO3/m3nước thải) 4.9. Tính toán kinh tế Tính toán kinh tế là việc xác định chi phí xây dựng các công trình, mua các thiết bị,và chi phí vận hành hệ thống. Trên cơ sở chi phí xây dựng, xác định thời gian khấu hao và vốn thu hồi, cùng với chi phí vận hành, duy tu, dự phòng,Từ đó, xác định được tổng chi phí cần cho hệ thống trong một đơn vị thời gian và xác định giá thành xử lý cho 1m3 nước thải. 4.9.1. Vốn đầu tư xây dựng Bảng 4.12: Chi phí xây dựng các công trình STT Tên công trình Vật liệu Đơn vị tính Số lượng Đơn giá (triệu VNĐ/đơn vị) Thành tiên (triệu VNĐ) 1 Song chắn rác BTCT m3 2,9 2 5,8 2 Hầm bơm tiếp nhận BTCT m3 27,83 2 55,66 3 Bể điều hòa BTCT m3 192 2 384 4 Bể tạo bông BTCT m3 20,834 2 41,668 5 Bể lắng đợt I BTCT m3 97,6 2 195,2 6 Bể Aerotank BTCT m3 321,05 2 642,1 7 Bể lắng đợt II BTCT m3 358,13 2 716,26 8 Hố thu bùn BTCT m3 191,52 2 383,04 9 Bể khử trùng BTCT m3 20,834 2 41,668 10 Bể hấp phụ BTCT m3 145,894 2 291,79 11 Bể ozon TCT m3 903.6 2 1807,2 Tổng chi phí xây dựng Phương án I 2463,496 Phương án II 2779,418 4.9.2. Vốn đầu tư trang thiết bị Bảng 4.13: Chi phí đầu tư trang thiết bị STT Tên công trình Đơn vị tính Số lượng Đơn giá (triệu VNĐ/đơn vị) Thành tiền (triệu VNĐ) 1 Bơm nước thải Cái 3 10 30 2 Bơm bùn Cái 3 7,5 22,5 3 Máy thổi khí Cái 2 15 30 4 Hệ thống điện 15 15 5 Ống nhựa PVC, van Ống thép dẫn khí 15 15 6 Đĩa Diffusre Cái 74 0,75 55,5 7 Bơm nước sạch Cái 2 8 16 8 Hệ thống gạt bùn Bộ 2 10 20 9 Hệ thống hòa trộn Clo (motor + cánh khuấy) Bộ 3 3 9 10 Song chắn rác Cái 2 0,7 1,4 11 Máy ép bùn Bộ 1 125 125 12 Thiết bị định lượng phèn Cái 1 3 3 13 Thiết bị đo ozon Cái 1 18 18 14 Máy phát ozon Cái 2 85 170 15 Máy nén khí Cái 2 20 40 16 Cầu thang Cái 5 0,5 2,5 17 Lan can Cái 7 0,5 3,5 18 Sàn công tác Cái 5 0,6 3 19 Máng thu váng nổi Cái 2 0,7 1,4 20 Chi phí đào đất 3 Tổng chi phí đầu tư thiết bị Phương án I 395,8 Phương án II 565,3 4.9.3. Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống Phương án I Chi phí đầu tư cho hệ thống: MÑT = Mxd + MTB = 2463,496 + 395,8 = 2859,3 (triệuVNĐ) Chi phí khấu hao: + Phần đầu tư xây dựng tính khấu hao trong 20 năm: Mxd1kh = Mxd1 : 20 = 2463,496: 20 = 123,175 (triệuVNĐ) + Phần đầu tư cho thiết bị tính khấu hao trong 10 năm: Mkhxd = Mtb : 10 = 395,8 : 10 = 39,58 (triệuVNĐ) Tổng chi phí khấu hao: Mkh1 = Mxd1kh + Mkhxd = 123,175 + 39,58 = 162,76 (triệuVNĐ) Phương án II Chi phí đầu tư cho hệ thống: MÑT = Mxd + MTB = 2779,418 + 565,3 = 3344,72 (triệuVNĐ) Chi phí khấu hao: + Phần đầu tư xây dựng tính khấu hao trong 20 năm: Mxd2kh = Mxd2 : 20 =2779,418: 20 = 138,97 (triệuVNĐ) + Phần đầu tư cho thiết bị tính khấu hao trong 10 năm: Mkhxd = Mtb : 10 = 565,3: 10 = 56,53 (triệuVNĐ) Tổng chi phí khấu hao: Mkh2 = Mxd2kh + Mkhxd = 138,97 + 56,53 = 195,5 (triệuVNĐ) 4.9.4. Chi phí vận hành Hóa chất: Lượng phèn cần thiết để keo tụ. Hóa chất dùng để keo tụ là phèn nhôm Al2(SO4)3. Khối lượng phèn nhôm sử dụng trong một năm: m = Trong đó: a- Hàm lượng phèn, kg/m3 a = 4= 4= 164,9(mg/l) + với M là độ màu của nước thải, M = 1700(Pt-Co) Qn- Lưu lượng nước thải trong một năm, Q= 1000m3/ngày = Qn = 312000m3/năm Giá thành 1kg phèn 2.000VNĐ, số tiền sử dụng phèn nhôm trong một năm 51448,82.000 = 102,89 (triệuVNĐ) Điện: Với số lựơng bơm như trên cộng với nhu cầu thấp sáng và hoạt động sinh hoạt của nhân viên vận hành trạm, ước tính điện năng tiêu thụ hằng ngày khoảng 100KWh. Giá điện cho sản xuất 1.200KWh. Vậy chi phí điện cho một năm: P = 100 (triệuVNĐ) Lương công nhân: Với một hệ thống xử lý nước thải như vậy cần phải có một kỹ sư và một công nhân vận hành với mức lương như sau: + Kỹ sư: 1,2 triệuVNĐ + Công nhân: 0,8 triệuVNĐ + Số tiền phải trả trong một năm: S = 12 (triệuVNĐ) Chi phí bảo dưỡng định kỳ: Quá trình vận hành nhà máy không thể không tính đến chi phí bảo dưỡng định kỳ, có thể ước tính chi phí bảo dưỡng 15 triệuVNĐ/năm. Tổng chi phí vận hành trong năm: Mvh = 102,89 + 43,8 + 33,6 + 15 = 195,29 (triệuVNĐ) 4.9.5. Tính toán giá thành xử lý Phương án I: Tổng chi phí cho hệ thống xử lý nước thải hoạt động trong 1 năm: M = Mvh + Mkh = 195,29 + 162,76 = 358,05 (triệuVNĐ) Giá thành xử lý 1m3 nước thải: G = (VNĐ/m3) Phương án II: Tổng chi phí cho hệ thống xử lý nước thải hoạt động trong 1 năm: M = Mvh + Mkh = 195,29 + 195,5 = 390,79 (triệuVNĐ) Giá thành xử lý 1m3 nước thải: G = (VNĐ/m3) 4.10. Lựa chọn phương án thi công Cả hai phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty TNHH dệt JoMu Việt Nam đều mang lại hiệu quả xử lý cao, chất lượng nước sau khi xử lý đều đạt tiêu chuẩn loại B (theo TCVN 5945-1995). Với phương án 1 sử dụng phương pháp sinh học, công trình xử lý sinh học đó là bể Aerotank, bể có cấu tạo tương đối đơn giản là hình khối chữ nhật, được xây dựng bằng bêtông cốt thép. Trong bể được bố trí hệ thống phân phối khí với các đĩa phân phối khí. Với phương án 2 thay thế bể Aerotank bằng cách sử dụng phương pháp hóa học đó là phương pháp ôxy hóa bằng ozon. Quá trình ôxy hóa bằng ozon có thể làm sạch nước thải khỏi chất nhuộm, trong xử lý nước bằng ozon các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và xảy ra sự khử trùng đối với nước. Mặc dù, thực hiện quá trình ôxy hóa bằng ozon đem lại hiệu quả cao trong xử lý như không có mùi, khử màu, không có sản phẩm phụ gây độc hại,nhưng lại có nhược điểm là vốn đầu tư ban đầu cao. Bởi vì ozon là chất không bền vững và không lưu giữ lâu trong bình chứa nên phải dùng máy sản xuất ozon ngay tại nơi sử dụng dẫn đến việc tiêu tốn năng lượng điện. Theo Giáo trình công nghệ xử lý nước thải của Trần Văn Nhân-Ngô Thị Nga-1999 để khử màu của 1g thuốc nhuộm hoạt tính cần 0,5g O3 và chi phí để sản xuất 1kg O3 là 2,4DM (tiền Đức). Do đó dự toán giá thành của phương án này tương đối cao. Xét về khía cạnh vận hành và bảo trì thì phương án II sẽ phức tạp phương án I rất nhiều.Về mặt kinh tế dự toán phương án 1 có giá thành rẻ hơn phương án 2 vì vậy ta nên lựa chọn phương án 1 để thi công. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nước thải sản xuất tại Công ty TNHH dệt Jo Mu (Việt Nam) bị ô nhiễm bởi dầu mỡ, chất hoạt tính bề mặt, axít, kiềm, tạp chất thuốc nhuộm, chất điện ly , tinh bột men, chất ôxy hóa, kim loại nặng,với thành phần tính chất: pH = 8.52, BOD = 600mg/l, COD = 1216mg/l, SS = 1250mg/l, độ màu 1700 Pt- Co. Nồng độ chất ô nhiễm này đã vượt quá giá trị cho phép xả vào nguồn loại B TCVN (5945-1995) và gây ô nhiễm môi trường cho nguồn tiếp nhận- sông Đồng Nai. Do vậy cần phải nhanh chóng xử lý. - Công nghệ xử lý được lựa chọn là thích hợp cho việc xử lý nước thải sản xuất tại công ty TNHH dệt Jo Mu (Việt Nam) với thành phần ô nhiễm như trên. Nước thải đầu ra đạt TCVN 5945-1995 loại B. - Với công nghệ đã lựa chọn cho giá thành đầu tư hợp lý, chi phí vận hành rẻ và có thể triển khai ứng dụng. Kiến nghị Qua quá trình thực hiện đồ án tham khảo tài liệu, có một số kiến nghị sau: - Theo dõi thường xuyên diễn biến chất lượng môi trường và kiểm soát ô nhiễm ở công ty được tổ chức thực hiện kết hợp giữa các cơ quan chuyên môn có chức năng và cơ quan quản lý môi trường ở địa phương (Sở Khoa Học Công Nghệ và Môi trường tỉnh Đồng Nai) để bảo đảm hoạt động của công ty một cách ổn định, đồng thời khống chế các tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh. - Cần có người vận hành và quản lý giỏi thường xuyên kiểm tra theo dõi hoạt động của trạm xử lý. Và thường xuyên tổ chức các lớp đào tạo nâng cao trình độ chuyên môn cho đội ngũ cán bộ của Công ty tham gia. - Hạn chế sử dụng các hóa chất trợ, thuốc nhuộm ở dạng độc hoặc khó phân hủy sinh học, giảm các chất gây ô nhiễm nước thải trong quá trình tẩy. - Đôn đốc và giáo dục cán bộ công nhân viên trong công ty thực hiện về các qui định về an toàn lao động, phòng chống cháy nổ. Thực hiện việc kiểm tra sức khỏe, kiểm tra y tế định kỳ cho nhân viên Công ty.