Đồ Án nước thải dệt nhuộm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành Kỹ thuật môi trường ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI Đề tài Tính toán thiết kế cụm bể xử lý sinh học (bể hiếu khí (liên tục) + bể lắng sinh học) và cụm bể xử lý hóa lý 2 (bể khử màu, bể keo tụ, bể tạo bông, bể lắng hóa lý 2) cho xử lý nước thải dệt nhuộm, công suất 3000 m3ngày đêm GVHD DƯƠNG THỊ THÀNH Sinh viên thực hiện 1 NGUYỄN HUỲNH YẾN NHI 171249.

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM

Giới thiệu chung về ngành dệt nhuộm

Ngành công nghiệp dệt nhuộm và may mặc ở Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, trở thành một trong những ngành công nghiệp chủ lực với kim ngạch xuất khẩu lớn, đồng thời tạo ra nhiều việc làm và nâng cao đời sống cho người dân Tuy nhiên, sự phát triển này cũng kéo theo vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là từ nước thải dệt nhuộm có chứa nhiều hóa chất độc hại và khó phân hủy Nước thải này thường có nhiệt độ cao, độ pH lớn và màu sắc cao, nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm Do đó, cần thiết lập các hệ thống xử lý hiệu quả nhằm giảm thiểu các tác nhân gây ô nhiễm như tính kiềm, kim loại nặng và các hợp chất độc hại trong nước thải.

Công nghệ dệt nhuộm

Sơ đồ dây chuyền công nghệ dệt nhuộm

Hình 1.1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ dệt nhuộm Chú thích:

- Mỗi công đoạn của sơ đồ dây chuyền sản xuất chung đều có dòng vào và dòng ra

Dòng vào bao gồm các hóa chất được nêu trong bảng 1.1, trong khi dòng ra là nước thải chứa các dung dịch hóa chất đã được sử dụng trong từng công đoạn.

- Thành phần và tính chất của nước thải từ các dây chuyền trên được liệt kê tại bảng 1.1

Bảng 1.1 Nguồn phát sinh, thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm

Giai đoạn Thành phần hóa chất

Mục đích Thành phần và tính chất của nước thải

1 Hồ sợi Tăng cường lực cho sợi qua quá trình dệt

Nước thải tẩy dệt có pH 9.6 và chứa hàm lượng chất hữu cơ cao với COD đạt 1200 mg/l và BOD là 850 mg/l Ngoài ra, nồng độ chất rắn lơ lửng (SS) trong nước thải có thể lên đến 500 mg/l, nhưng nồng độ này giảm dần vào cuối chu kỳ xả thải.

- Nước thải nhuộm không ổn định và đa dạng Nước thải nhuộm thường chứa các gốc R- SO3Na,

N-OH, R- Cl…pH nước thải thay đổi từ 2 – 14, độ màu rất cao hàm lượng COD

2 Phân trục Xác định lượng phẩm màu và các phụ gia

3 Làm bóng Dung dịch kiềm

NaOH có nồng độ từ

Làm cho sợi cotton trương nở, tăng kích thước các mao quản, tăng khả năng bắt màu thuốc nhuộm

H2O2, chất hoạt động bề mặt

Phá hủy các tạp chất xenluloza như peptin chứa nitơ, pentoza…

5 Giũ hồ Acid loãng, NaOH,

Loại bỏ các tạp chất, tinh bột thực vật, động vật, xà bông thay đổi từ 80 – 1800 mg/l

CH3COOH, chất tạo môi trường kiềm hay axit, phẩm nhuộm chất hoạt động bề mặt, chất khử, chất điện ly

Tạo màu sắc khác nhau của vải

Làm sạch vải, loại bỏ các tạp chất, mẫu nước nhuộm thừa…

7 Công đoạn hoàn tất Hồ chống co, hồ mềm

Tạo vải có chất lượng tốt và đúng yêu cầu.

Quy chuẩn áp dụng trong xử lý nước thải dệt nhuộm

QCVN 13-MT: 2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm

Giá trị tối đa cho phép các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt may vào nguồn nước tiếp nhận không được vượt quá giá trị Cmax, được tính toán theo công thức cụ thể.

Cmax là nồng độ tối đa cho phép của các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt may khi xả vào nguồn tiếp nhận, được tính bằng miligam trên lít nước thải (mg/l).

• C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm

• Kq là hệ số lưu lượng/dung tích nguồn nước tiếp nhận nước thải

• Kf là hệ số lưu lượng nguồn thải

Không áp dụng công thức tính nồng độ tối đa cho phép trong nước thải cho thông số nhiệt độ, pH, mùi và độ màu

Giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép

Giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép Cmax

Cmax = C x Kq x Kf trong nước thải công nghiệp dệt may khi thải vào các nguồn nước tiếp nhận nước thải được quy định tại Bảng 1.3

Bảng 1.2 Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép

Thứ tự Thông số Đơn vị

3 Độ màu (pH=7) Pt-Co

Cơ sở đang hoạt động:

6 Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 50 100

Tổng các chất hoạt động bề mặt mg/l 5 10

Cột A Bảng 1 quy định các giá trị C cho các thông số ô nhiễm trong nước thải từ ngành dệt nhuộm khi xả ra nguồn nước, nhằm đảm bảo nguồn nước này đáp ứng tiêu chuẩn sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

Cột B Bảng 1 quy định giá trị C cho các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm khi xả ra nguồn nước không phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

Thành phần nước thải dệt nhuộm

Trong quá trình sản xuất dệt nhuộm, nước thải chủ yếu phát sinh từ các công đoạn giặt, làm mềm vải và nhuộm Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều thành phần chất thải khác nhau, được phân loại thành các nhóm cụ thể.

Các hóa chất, chất trợ (textile auxiliaries), chất xử lý hoàn tất (finishing agents), và phẩm nhuộm (dyestuffs) được sử dụng trong các công đoạn khác nhau của quy trình sản xuất, cùng với hồ (sizing agent) được tách ra để tối ưu hóa hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

• Các tạp chất thiên nhiên (naturelly occring dirt) muối, dầu mỡ trong sợi bông (cotton), sợi len (wool)

• Sợi (fibers) bị tách ra do tác động hóa học và cơ học trong quá trình gia công xử lý

Mức độ ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm phụ thuộc vào loại và lượng hóa chất sử dụng, cơ cấu mặt hàng sản xuất, tỷ lệ sợi tổng hợp và công nghệ sản xuất Nước thải này có thành phần không ổn định, thay đổi theo từng loại vải và thuốc nhuộm, với môi trường thuốc nhuộm có thể là axit, bazơ hoặc trung tính Độ màu của nước thải rất cao, có thể lên tới 10.000 Pt-Co trong giai đoạn tẩy ban đầu Hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm của vải chỉ đạt 60-70%, trong khi 30-40% phẩm nhuộm vẫn ở dạng nguyên thủy hoặc đã bị phân hủy Ngoài ra, các chất điện ly, chất hoạt động bề mặt và chất tạo môi trường cũng tồn tại trong nước thải, góp phần vào độ màu cao của nó.

Trong khảo sát thành phần nước thải, chúng tôi đã xác định các nhóm hòa tan như axit axetic, axit formic, chất oxy hóa (NaClO, H2O2), phẩm nhuộm trực tiếp, hoạt tính, axit, chất tẩy giặt và chất khử Ngoài ra, các nhóm không tan bao gồm phẩm nhuộm azô, aline black, naphatine và tinh bột Đây là nội dung chính của đồ án môn học Kỹ thuật xử lý nước thải.

Nước thải từ các quy trình giặt, tẩy, nhuộm có thành phần và tính chất biến đổi liên tục trong ngày, dẫn đến sự không ổn định về độ màu, hàm lượng chất hữu cơ, độ pH và hàm lượng cặn Đặc biệt, pH của nước thải tẩy giặt dao động từ 9 đến 12, với hàm lượng chất hữu cơ cao (COD từ 1.000 đến 3.000 mg/l) do các chất tẩy gây ra Hàm lượng cặn lơ lửng (SS) có thể lên tới 2.000 mg/l và thường giảm dần vào cuối chu kỳ xả và giặt Thành phần chính của nước thải bao gồm thuốc nhuộm thừa, chất hoạt động bề mặt, các chất ôxy hóa, xenlulô, sáp, xút và chất điện ly.

Khi hòa trộn nước thải của các công đoạn, thành phần nước thải có thể khái quát như sau:

Bảng 1 1 Thành phần chung của nước thải dệt nhuộm

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Xử lý bằng phương pháp cơ học

Quá trình xử lý nước thải thường bắt đầu bằng việc loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ không tan, nhằm đảm bảo an toàn cho thiết bị và các quy trình xử lý tiếp theo Tùy thuộc vào kích thước, tính chất hóa lý, hàm lượng cặn lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch, có thể áp dụng các phương pháp như lọc qua song chắn rác, lắng dưới tác dụng của lực ly tâm hoặc trọng trường, cũng như lọc và tuyển nổi.

Xử lý cơ học nhằm mục đích:

✓ Tách các chất không hòa tan, những vật chất có kích thước lớn như nhánh cây, gỗ, nhựa, lá cây, giẻ rách, dầu mỡ ra khỏi nước thải

✓ Loại bỏ cặn nặng như sỏi, thủy tinh, cát

✓ Điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

✓ Nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo

Song chắn rác được chế tạo từ các thanh kim loại có tiết diện hình tròn, chữ nhật hoặc bầu dục, và được phân thành hai loại: di động và cố định Chúng thường được lắp đặt nghiêng với góc từ 60 đến 90 độ so với hướng dòng chảy, nhằm mục đích giữ lại các chất thải có kích thước lớn như giấy, cây cỏ, và rác.

2.1.2 Lưới chắn rác Để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị, thường sử dụng lưới lọc có kích thước lỗ từ 0,5 – 1mm Khi tang trống quay, thường với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải thường lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đường ống dẫn nước vào Các vật thải được cào ra khỏi mặt lưới bằng hệ thống cào

Bể điều hòa thường được lắp đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng I, đóng vai trò quan trọng trong công nghệ xử lý nước thải, đặc biệt trong ngành công nghiệp dệt nhuộm Do các quy trình nhuộm, tẩy và giặt thường diễn ra không liên tục, nên nước thải xả ra cũng có tính gián đoạn, với lưu lượng không ổn định và thành phần nước thải thay đổi theo từng công đoạn sản xuất.

Việc điều hòa lưu lượng nước thải trong ngành công nghiệp dệt nhuộm rất quan trọng cho các quy trình xử lý hóa lý và sinh học Điều này không chỉ giúp giảm kích thước bể xử lý mà còn đơn giản hóa công nghệ và nâng cao hiệu quả xử lý Hơn nữa, điều hòa nước thải còn có tác dụng lớn trong việc điều chỉnh nhiệt độ từ công đoạn nấu nhuộm trước khi đưa vào hệ thống xử lý.

Trong thời gian ổn định, hệ thống điều hòa không khí giữ cho các chất như sợi vải, vỏ hạt bông và bùn không lắng xuống đáy bể Bể điều hòa thường sử dụng thiết bị trộn cơ học để khuấy trộn không khí, đảm bảo sự phân tán đồng đều của các chất trong bể.

Nước thải trước khi đi vào xử lý sinh học, cần loại bỏ các cặn bẩn không tan ra khỏi dòng bằng bể lắng (bể lắng I)

Bể lắng được thiết kế với mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình tròn, nhằm mục đích loại bỏ các hạt có trong nước thải bằng phương pháp trọng lực, cho phép dòng nước thải chảy liên tục vào và ra khỏi bể.

Bể lắng gồm: Bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng li tâm.

Xử lý bằng phương pháp hóa học

Các phương pháp hóa học xử lý nước thải bao gồm trung hòa, oxy hóa và khử, tất cả đều sử dụng tác nhân hóa học và tốn kém chi phí Những phương pháp này được áp dụng để loại bỏ các chất hòa tan trong các hệ thống nước khép kín Thỉnh thoảng, chúng cũng được sử dụng để xử lý sơ bộ trước khi tiến hành xử lý sinh học hoặc như một bước cuối cùng trước khi thải nước ra môi trường.

Nước thải từ ngành dệt nhuộm chứa acid và kiềm, dẫn đến pH dao động lớn Để ngăn ngừa xâm thực và bảo vệ quá trình sinh hóa tại các công trình xử lý nước, cần trung hòa nước thải Việc trung hòa cũng giúp loại bỏ một số kim loại nặng Đặc biệt, để xử lý nước thải hiệu quả bằng phương pháp sinh học, pH cần được điều chỉnh về mức 6,5 – 8.

Trong quá trình trung hòa nước thải, một lượng bùn cặn sẽ được hình thành Số lượng bùn này chịu ảnh hưởng từ nồng độ và thành phần của nước thải, cũng như loại và lượng các tác nhân được sử dụng trong quá trình này.

Trung hòa nước thải được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

- Trộn lẫn nước thải với axit hoặc kiềm

- Bổ sung các tác nhân hóa học

- Lọc nước axit qua vật liệu lọc có tác dụng trung hòa

- Hấp thụ khí axit bằng chất kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit

2.2.2 Phương pháp oxy hóa và khử

Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển hóa thành những hợp chất ít độc hơn và được tách ra khỏi nước Phương pháp này tiêu tốn nhiều hóa chất, vì vậy thường chỉ áp dụng khi các tạp chất không thể loại bỏ bằng các phương pháp khác Oxy hóa hóa học đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý độ màu của nước thải dệt nhuộm Hiện nay, oxy hóa Fenton và oxy hóa bằng ozone đang được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải.

Quá trình oxy hóa là phương pháp hóa học phổ biến trong xử lý nước thải dệt may, với mục tiêu chính là khử màu Hydro peroxide (H2O2) là một trong những tác nhân oxy hóa chính, được kích hoạt để tạo ra các gốc hydroxyl, có khả năng làm mất màu nhiều loại thuốc nhuộm Phương pháp Fenton là một trong những cách đầu tiên để kích hoạt sự hình thành gốc hydroxyl từ H2O2, thông qua việc thêm hydro peroxide vào dung dịch axit (pH = 2-3) chứa ion Fe 2+.

Phản ứng tỏa nhiệt thường diễn ra ở nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh, nhưng trong các nhà máy quy mô lớn, chúng thường được thực hiện ở nhiệt độ môi trường với sự sử dụng một lượng lớn sắt và hydro peroxide Dưới những điều kiện này, các ion không đóng vai trò xúc tác và lượng COD lớn bị loại bỏ chủ yếu nhờ vào sự kết tủa của Fe(OH)3 Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhược điểm lớn như cần bổ sung axit và kiềm để đạt độ pH cần thiết, giảm nồng độ sắt dư thừa và sản xuất một lượng bùn cao.

Ozon có tác động mạnh mẽ đến các chất khoáng và hữu cơ, với khả năng khử mùi và tiệt trùng nước hiệu quả Sau quá trình ozon hóa, hơn 99% vi khuẩn bị tiêu diệt, đồng thời ozon còn oxy hóa các hợp chất Nito và Photpho Ngoài ra, ozon cũng có khả năng khử màu rất tốt, đặc biệt là đối với nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính.

Việc cải thiện khả năng phân hủy sinh học của chất thải có chứa các thành phần độc hại là một lợi ích quan trọng, nhờ vào khả năng chuyển đổi các chất ô nhiễm thành các chất dễ phân hủy hơn Hơn nữa, quy trình xử lý này không làm tăng thể tích nước thải hay khối lượng bùn Hiện nay, các ứng dụng quy mô lớn đang được phát triển, đặc biệt trong xử lý nâng cao ở giai đoạn cuối, thường yêu cầu các phương pháp xử lý ngược dòng như lọc để giảm hàm lượng chất rắn lơ lửng và cải thiện hiệu quả khử màu.

2.3 Xử lý bằng phương pháp hóa lý

Phương pháp hóa lý xử lý nước thải hoạt động bằng cách thêm vào nước thải các chất phản ứng, giúp chúng tương tác với chất bẩn Qua quá trình keo tụ, chất bẩn sẽ được loại bỏ dưới dạng cặn lắng hoặc hợp chất không độc hại Những phương pháp hóa lý phổ biến bao gồm tuyển nổi, keo tụ - tạo bông và hấp phụ.

Tuyển nổi là phương pháp hiệu quả để tách các chất rắn lơ lửng, chất hoạt tính bề mặt và dầu mỡ trong nước thải thông qua bọt khí Nguyên lý hoạt động của phương pháp này dựa trên việc sử dụng bọt khí để đẩy các hạt rắn nhỏ hoặc chất lỏng không tan lên bề mặt, từ đó tách chúng khỏi dòng nước thải Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong việc loại bỏ các sợi có trong nước thải.

2.3.2 Phương pháp lắng và keo tụ - tạo bông

Phương pháp lắng và keo tụ - tạo bông là kỹ thuật phổ biến trong xử lý chất lơ lửng, độ đục và độ màu, đặc biệt trong nước thải dệt nhuộm Các chất bẩn nhỏ trong nước thải có điện tích ngăn cản sự kết tụ, dẫn đến tốc độ lắng thấp Thường sử dụng phèn nhôm, phèn sắt và sữa vôi như sunfat sắt, sunfat nhôm hoặc hỗn hợp của hai loại phèn cùng hydroxyt canxi Ca(OH)2 để khử màu và giảm COD Hiệu quả tối ưu khi dùng sunfat sắt (II) ở pH = 10 và sunfat nhôm ở pH = 5 – 6.

Các hạt keo thường mang điện tích âm, do đó, chất keo tụ thường là cation vô cơ hoặc hữu cơ với điện tích dương trong nước Hơn nữa, chất trợ keo tụ hỗ trợ trong việc hình thành các bông cặn lớn, từ đó tăng cường quá trình lắng đọng nhanh chóng.

Hấp phụ là phương pháp phổ biến trong xử lý nước thải hóa lý, thường sử dụng vật liệu xốp như than hoạt tính và đất sét để loại bỏ các chất ô nhiễm Chất hấp phụ như than hoạt tính, polyme silic và cao lanh có khả năng hấp phụ chọn lọc các loại thuốc nhuộm khác nhau, với than hoạt tính được công nhận là hiệu quả nhất trong xử lý nước thải nhuộm Phương pháp này có thể giảm 92,17% màu sắc và 91,15% COD trong nước thải, đáp ứng tiêu chuẩn ngành dệt may và cho phép tái sử dụng nước Mặc dù than hoạt tính có khả năng loại bỏ hiệu quả các thuốc nhuộm hòa tan như thuốc nhuộm hoạt tính và azo, nhưng không thể sử dụng trực tiếp trong xử lý nước thải dệt nhuộm ban đầu do chi phí tái sinh cao.

Xử lý bằng công nghệ màng

Phương pháp lọc sử dụng màng thấm chọn lọc để tách các chất trong nước thải đang ngày càng được ưa chuộng, đặc biệt trong xử lý nước thải nhuộm Các kỹ thuật như thẩm thấu ngược, siêu lọc, lọc nano và vi lọc dựa trên áp suất màng cho hiệu quả tách cao, tiêu thụ năng lượng thấp và dễ vận hành Mặc dù công nghệ này không gây ô nhiễm và có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do yêu cầu về thiết bị đặc biệt, chi phí đầu tư cao và vấn đề tắc nghẽn màng lọc.

Màng thẩm thấu ngược có khả năng giữ lại trên 90% hầu hết các hợp chất ion, mang lại chất lượng thẩm thấu cao Quá trình khử màu và loại bỏ các chất trợ hóa học trong nước thải từ nhà máy nhuộm có thể thực hiện hiệu quả chỉ trong một bước nhờ vào thẩm thấu ngược Phương pháp này giúp loại bỏ hoàn toàn các muối khoáng, thuốc nhuộm phản ứng thủy phân và các phụ gia hóa học Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nồng độ muối hòa tan càng cao thì áp suất thẩm thấu càng quan trọng, dẫn đến việc năng lượng cần thiết cho quá trình phân tách cũng tăng lên (B Ramesh Babu và cộng sự, 2007).

Lọc nano đã được ứng dụng hiệu quả trong việc xử lý nước thải từ ngành dệt may nhờ vào kích thước lỗ màng chỉ khoảng vài nanomet Việc kết hợp giữa hấp phụ và lọc nano giúp tối ưu hóa quy trình xử lý, trong đó bước hấp phụ được thực hiện trước để giảm phân cực nồng độ, từ đó nâng cao sản lượng Màng lọc nano có khả năng giữ lại các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp, ion hóa trị hai, ion đơn trị lớn, cũng như các loại thuốc nhuộm phản ứng thủy phân Nồng độ cao của thuốc nhuộm và muối trong nước thải nhà nhuộm có thể gây ra tác động tiêu cực, và trong nhiều nghiên cứu, nồng độ muối khoáng thường không vượt quá mức cho phép.

20 g/L và nồng độ thuốc nhuộm không vượt quá 1,5 g/L

Nước thải nhuộm thường chỉ được xử lý bằng một loại thuốc nhuộm với khối lượng nghiên cứu hạn chế Xử lý nước thải bằng lọc nano là một trong những phương pháp hiếm hoi có khả năng xử lý các dung dịch đặc và phức tạp (B Ramesh Babu et al., 2007) Tuy nhiên, sự tích tụ chất rắn hòa tan là một thách thức lớn, khiến việc thải nước thải đã xử lý vào môi trường nước trở nên khó khăn Các nhóm nghiên cứu đã nỗ lực phát triển công nghệ kinh tế khả thi để xử lý hiệu quả nước thải nhuộm, và lọc nano đã được chứng minh là một giải pháp thỏa đáng và thân thiện với môi trường.

Siêu lọc với khẩu độ từ 1nm đến 0,05μm có khả năng loại bỏ đại phân tử và hạt, nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm như thuốc nhuộm Ngay cả khi xử lý tốt nhất, chất lượng nước thải vẫn không đủ để tái sử dụng cho các quy trình nhạy cảm như nhuộm vải Do đó, thiết bị đeo phân tử cần được duy trì trong khoảng từ 1000 đến 300000 da.

Theo nghiên cứu năm 1999, 40% nước được xử lý bằng siêu lọc có thể được tái chế cho các quy trình như giũ và giặt trong ngành dệt may, nơi độ mặn không phải là vấn đề Siêu lọc có thể được sử dụng như một bước tiền xử lý cho thẩm thấu ngược hoặc kết hợp với bể phản ứng sinh học (B Ramesh Babu et al., 2007).

Vi lọc với đường kính lỗ màng từ 0,1 - 1μm là giải pháp lý tưởng để xử lý nước thải từ quá trình nhuộm, giúp loại bỏ thuốc nhuộm màu và hỗ trợ cho các bước giặt rửa tiếp theo Tuy nhiên, các hóa chất trong dung dịch nhuộm không được lọc qua vi lọc vẫn tồn tại trong nước Ngoài ra, vi lọc còn có thể được áp dụng như một bước tiền xử lý cho các phương pháp lọc nano hoặc thẩm thấu ngược.

Nước thải dệt nhuộm chứa một lượng lớn chất hữu cơ khó phân hủy và vô cơ

Xử lý bằng phương pháp sinh học

Phương pháp này dựa trên hoạt động phân hủy chất hữu cơ trong nước thải nhờ vào quần thể vi sinh vật Các vi sinh vật này sử dụng các chất hữu cơ hòa tan như carbohydrate, protein, và các hợp chất chứa nitrogen từ protein, cũng như chất béo, cùng một số khoáng chất trong nước thải để làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng.

Quá trình phân hóa phức tạp giúp khoáng hóa các chất bẩn thành nước, chất vô cơ và khí như H2S, sulfit, Amoniac Trong quá trình phát triển, vi sinh vật hấp thụ chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản, từ đó tăng sinh khối Phương pháp này hiệu quả trong việc xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải.

- Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học cần thỏa mãn những điều kiện sau:

✓ Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ sinh vật trong nước thải

✓ Hàm lượng kim loại nặng và muối của các kim loại nặng có trong nước thải ảnh hưởng nhiều đến hoạt động sống của vi sinh vật

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học cần chú ý đến chỉ tiêu COD và BOD Tỉ số giữa hai thông số này phải đạt yêu cầu: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0.5 để đảm bảo quá trình xử lý hiệu quả Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần và chứa các thành phần như xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan, thì cần phải áp dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí.

- Xử lý sinh học dựa vào nhu cầu oxy được phân loại như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ phân loại phương pháp xử lý sinh học [7]

2.5.1 Xử lý sinh học hiếu khí

Vi khuẩn được phân loại dựa trên yêu cầu oxy, bao gồm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí và vi khuẩn khoa học Xử lý sinh học hiếu khí sử dụng vi khuẩn hiếu khí để làm sạch nước, đồng thời loại bỏ vi khuẩn gây bệnh trong môi trường có oxy Phương pháp này được chia thành hai loại chính: quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học.

Bùn hoạt tính là khối vi sinh vật có khả năng phân hủy và hấp phụ mạnh các chất hữu cơ, giúp làm sạch nước thải sau khi tách bùn Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được duy trì nhờ máy thổi khí và thiết bị phân tán khí, đảm bảo nước thải được xáo trộn hoàn toàn Sau thời gian lưu nước nhất định, hỗn hợp tế bào cũ và mới được chuyển sang bể lắng để tách tế bào khỏi nước thải đã xử lý Một phần tế bào lắng được tuần hoàn để duy trì nồng độ vi sinh vật cần thiết trong bể phản ứng Quá trình bùn hoạt tính là phương pháp hiệu quả trong xử lý nước thải, đặc biệt là quá trình SBR, cho phép đạt hiệu quả loại bỏ cao hơn khi tuân thủ các quy luật khoa học.

Bể Aerotank là công trình được xây dựng bằng bê tông hoặc bê tông cốt thép, có dạng hình chữ nhật Trong bể, hỗn hợp bùn và nước thải được dẫn chảy dọc theo chiều dài của bể, giúp xử lý nước thải hiệu quả.

Bùn hoạt tính hiếu khí trong bể Aerotank được duy trì ở dạng lơ lửng nhờ vào quá trình sục khí liên tục và khuấy đảo cơ học Khi bùn tiếp xúc với nước thải, quá trình phân hủy diễn ra hiệu quả, nhờ vào việc cung cấp đủ oxy cho vi sinh vật xử lý Điều này giúp oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải, nâng cao hiệu quả xử lý.

MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) là công nghệ xử lý nước thải tiên tiến, kết hợp giữa Aerotank truyền thống và lọc sinh học hiếu khí, cho phép vi sinh vật phát triển trên các vật liệu giá thể Công nghệ này được đánh giá cao trong lĩnh vực xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp nhờ hiệu quả vượt trội và khả năng tiết kiệm diện tích xây dựng.

Bể MBBR sử dụng nhựa (giá thể vi sinh di động) trong quá trình xử lý nước thải, giúp tăng cường lượng vi sinh vật có sẵn để phân hủy các chất hữu cơ Hệ thống thổi khí trong bể đóng vai trò quan trọng trong việc khuấy trộn giá thể, đảm bảo vi sinh vật được xáo trộn liên tục Khi khối lượng vi sinh vật đạt độ dày nhất định, những vi sinh vật bên trong không còn tiếp xúc với nguồn thức ăn sẽ chết, dẫn đến việc chúng không bám vào vật liệu nữa Những vi sinh vật này sẽ bong ra và rơi vào nước thải, trong khi một lượng nhỏ vẫn bám trên vật liệu, tiếp tục sử dụng các hợp chất hữu cơ để hình thành quần xã sinh vật mới.

2.5.2 Xử lý sinh học kỵ khí

Quá trình sinh học kỵ khí là phương pháp hiệu quả để phân hủy chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải bằng cách sử dụng vi sinh vật kỵ khí trong điều kiện không có oxi hòa tan, tạo ra các sản phẩm khí như CO2 và CH4 Trong ngành dệt may, nước thải có nồng độ hữu cơ cao, như nước thải từ giặt len và nhuộm, có thể đạt tới 1000 mg/L hoặc hơn, cho thấy quá trình xử lý kỵ khí có khả năng mang lại kết quả tốt Thông thường, quy trình xử lý kỵ khí được áp dụng cho nước thải nồng độ cao, trong khi xử lý hiếu khí được sử dụng cho nước thải có nồng độ thấp hơn.

Việc sử dụng vi khuẩn kỵ khí trong xử lý nước thải giúp phân hủy các đại phân tử và chất hữu cơ khó phân hủy thành các phân tử nhỏ hơn, từ đó nâng cao khả năng phân hủy sinh học và loại bỏ màu sắc trong nước thải Cấu trúc phân tử của chất hữu cơ và các vật liệu màu đã được vi khuẩn kỵ khí thay đổi, giúp chúng dễ dàng phân hủy và khử màu trong điều kiện hiếu khí, cải thiện hiệu ứng khử màu Axit hữu cơ được sản xuất trong quá trình thủy phân có khả năng trung hòa độ kiềm, giảm pH của nước thải xuống khoảng 8, tạo môi trường trung tính thuận lợi cho xử lý hiếu khí Hiện nay, quy trình xử lý kỵ khí là một biện pháp cần thiết trong xử lý sinh học nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là thông qua bể UASB.

Bể UASB thường được xây dựng bằng bê tông cốt thép với hình dạng chữ nhật Để tối ưu hóa quá trình tách khí khỏi nước thải, người ta lắp đặt các tấm chắn khí có độ nghiêng.

>= 35 độ so với phương ngang Nhiệt độ càng cao thì hiệu quả xử lí của bể UASB càng cao, do đó bể này áp dụng rất tốt ở Việt Nam

Hình 2.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể UASB [13]

Nước thải được phân phối từ dưới lên với vận tốc tối ưu (v < 1m/h) qua lớp bùn kỵ khí, nơi diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ nhờ vi sinh vật Hiệu quả xử lý của bể phụ thuộc vào tầng vi sinh này Hệ thống tách pha phía trên có nhiệm vụ tách rắn, lỏng và khí, cho phép khí bay lên được thu hồi, trong khi bùn lắng xuống đáy bể Nước sau xử lý sẽ chảy qua máng lắng để tiếp tục vào công trình xử lý kế tiếp.

Hiệu suất của bể UASB bị phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ, pH, các chất độc hại trong nước thải b) Bể EGSB [15}

Bể EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) là một hệ thống xử lý nước thải kỵ khí cải tiến từ bể UASB, với đặc điểm nổi bật là khả năng bơm lại một phần dòng nước thải, giúp tăng tốc độ dòng chảy qua lớp bùn hạt mở rộng lên đến trên 6 m/h Điều này cho phép bể EGSB hoạt động hiệu quả hơn với tải trọng cao hơn so với bể UASB, dẫn đến thiết kế bể thường cao và mảnh hơn.

Hình 2.4: Mô hình bể EGSB [15]

Cải tiến này cho phép mở rộng lớp bùn hạt, nâng cao sự tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật trong lớp bùn, giúp các chất hữu cơ thẩm thấu sâu mà không cần xáo trộn cơ học Bằng cách tối đa hóa chiều cao bể phản ứng và kết hợp tuần hoàn dòng nước đầu ra, tốc độ dòng chảy được gia tăng, dẫn đến việc rửa trôi bùn hiệu quả hơn Chụp thu khí hoạt động như thiết bị phân tách ba pha: rắn, lỏng, khí, giúp thu hồi khí sinh học từ quá trình phân hủy chất hữu cơ, ngăn ngừa bùn hạt trào ra ngoài và giảm lượng chất rắn lơ lửng trong dòng nước sau xử lý.

2.6 Xử lý bằng các quá trình kết hợp hóa lý và sinh học

ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Một số công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

3.1.1 Công nghệ xử lý nước thải của Xí nghiệp tẩy nhuộm Niederfrohna hãng Schiesser

Hình 3.2: Hệ thống xử lý nước thải ngành dệt nhuộm của công ty Schiesser

Hình 3.2: Mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm keo tụ kết hợp sinh học hiếu khí [19]

+ Kết hợp được cả phương pháp hóa lý và sinh học

+ Hiệu quả xử lý cao

+ Ít tốn diện tích thích hợp với công suất thải của nhà máy

+ Quy trình công nghệ đơn giản, dễ vận hành

+ Nước thải ra chỉ đạt tiêu chuẩn loại B

+ Bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ

3.1.3 Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm kết hợp kỵ khí, hiếu khí và keo tụ tạo bông

Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm kết hợp kỵ khí, hiếu khí với keo tụ tạo bông [20]

3.2.4 Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm kết hợp Fenton và sinh học hiếu khí

Hình 3.7: Sơ đồ công nghệ xử lý kết hợp Fenton và sinh học hiếu khí (Công ty Môi trường Đoàn Gia Phát)

3.1.5 Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm của Công ty Môi trường Phước Trình

Hình 3.8: Sơ đồ tham khảo công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm của Công ty Môi trường Phước Trình [22]

3.1.6 Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm của Công ty Cổ phần VITES

Hình 3.9: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm của Công ty Cổ phần VITES

Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý

3.2.1 Sơ đồ công nghệ dây chuyền

Hình 3.10: Sơ đồ công nghệ đề xuất

Cụm bể hóa lý 2 ( Khử màu, keo tụ , tạo bông)

Máy thổi khí Sục khí

3.2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước thải từ các công đoạn trong nhà máy được thu gom vào hệ thống cống dẫn và chuyển đến trạm xử lý Tại đây, nước thải qua song chắn rác thô để loại bỏ rác lớn, rồi được bơm lên bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ chất bẩn, đồng thời thực hiện sục khí để tránh sa lắng Sau đó, nước thải được bơm qua bể trung hòa, nơi thêm dung dịch axit H2SO4 98% và dinh dưỡng để tạo điều kiện cho vi sinh phát triển Tiếp theo, nước chảy vào bể aeroten, nơi hòa trộn với bùn tuần hoàn và được cung cấp oxy cho vi sinh hoạt động Sau thời gian lưu, nước thải chảy qua bể lắng II, tại đây bùn hoạt tính được loại bỏ nhờ lắng trọng lực Nước trong được thu qua máng và vào bể trộn đứng, nơi thêm phèn nhôm để keo tụ Nước tiếp tục qua bể tạo bông và bể lắng, nơi các hạt bông cặn được loại bỏ Cặn từ bể lắng được đưa vào bể nén bùn, trong khi nước trong được thu và đi vào cống chung Một phần bùn lắng được bơm trở lại bể aeroten, phần dư được đưa vào bể nén bùn và sau đó vào bể chứa bùn.

Bùn từ bể chứa sẽ được bơm qua máy ép băng tải để giảm thể tích Trong quá trình ép, polyme được thêm vào nhằm tăng cường khả năng kết dính của bùn Sau khi ép, bùn sẽ được chuyển đến bãi chôn lấp, trong khi nước thu được từ quá trình nén và ép sẽ được đưa trở lại hầm bơm tiếp nhận.

LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Bể Aerotank

4.1.1 Lý thuyết Đây là loại bể được xây dựng để xử lý nước thải chứa các chất hưu cơ hòa tan cũng như các chất gây ô nhiễm có trong nước như H2S, Nitơ, Amonia,

Phương pháp xử lý nước thải bằng bể này dựa vào hoạt động của vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ có hại Để đạt hiệu quả tối ưu, nhóm vi sinh vật này cần được cung cấp đầy đủ và liên tục khí oxy.

Nguyên lý vận hành của bể sinh học hiếu khí bao gồm ba quy trình cơ bản Quy trình đầu tiên là quá trình oxi hóa các chất hữu cơ, đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải.

Quá trình này có thể diễn giải bằng phương trình sau:

Trong giai đoạn này, bùn hoạt tính phát triển nhanh chóng với tốc độ oxi hóa cao, dẫn đến việc tiêu thụ khí oxi diễn ra nhanh hơn Sự phong phú của dinh dưỡng trong chất thải thúc đẩy sự sinh trưởng mạnh mẽ của vi sinh vật, làm tăng nhu cầu tiêu thụ oxi trong bể hiếu khí.

Quá trình tổng hợp tế bào mới

Trong quá trình thứ hai, vi sinh vật phát triển ổn định và nhu cầu tiêu thụ oxy của chúng không thay đổi nhiều Tại đây, các chất hữu cơ được phân hủy tối đa, đồng thời hoạt lực của enzyme trong bùn hoạt tính cũng đạt mức cực đại.

CxHyOz + NH3 + O2 －Enzyme→ CO2 +H2O + C5H7NO2 - H

Trong giai đoạn này, tốc độ tiêu thụ oxy trong bể hiếu khí tăng cao do quá trình nitrat hóa các muối amoni Sau giai đoạn này, nhu cầu tiêu thụ oxy sẽ giảm xuống.

Khi vận hành bể hiếu khí, cần chú ý rằng nếu quá trình oxi hóa đạt khoảng 80 – 90% mà không khuấy đều, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, gây khó khăn trong việc lấy bùn cặn ra khỏi nước Nếu không kịp tách bùn, nước trong bể sẽ bị ô nhiễm.

Xác định BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra:

Phương trình cân bằng hóa học BOD 5 ra = BOD 5 hòa tan + BOD 5 cặn lơ lửng

Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng (mg/L) b = a*SS ra (mg/L) a: % cặn lơ lửng, a = 65% Chọn SS ra = 50mg/L

BOD L của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học (mg/L) BOD L = b*1.42 (mg O 2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxh)

BOD 5 của cặn lơ lửng = BOD L *0.68 (mg/L)

BOD 5 hòa tan ra khỏi bể lắng = BOD 5 ra – BOD 5 cặn lơ lửng

Thể tích bể hiếu khí (V) V = [Q*Y*θc*(C0 – C)]/[X*(1+Kđ* θc)] (m 3 )

Thời gian lưu nước (HRT) HRT = V/Q (h)

Q: Lưu lượng thải đầu vào (m 3 /ngày.đêm)

Y : hệ số sản lượng trung bình (kgVSS/kgBOD)

K đ : hệ số phân hủy nội bào (ngày -1 ).

C 0 : hàm lượng BOD5 đầu vào (mg/L) C: hàm lượng BOD5 hòa ta đầu ra (mg/L) X: nồng độ bùn hoạt tính trong bể (mg/L) θ c : thời gian lưu bùn trong bể (ngày)

Chiều cao tổng cộng (H) = chiều cao hữu ích (h) + chiều cao bảo vệ (hbv ) (m)

Diện tích mặt thoáng của bể (F) = V/H (m 2 )

V: thể tích bể hiếu khí (m 3 )

V: thể tích bể hiếu khí (m 3 ) Q: lưu lượng thải đầu vào (m 3 /h)

H: chiều cao tổng cộng của bể (m)

Tính lượng dư cặn xả ra hằng ngày khi nhà máy hoạt động ổn định:

Hệ số tạo cặn từ BOD 5 Y bùn =Y/(1+K đ * θ c )

Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD (P x (VSS)) P x (VSS) = Q*Y bùn *(C o – C)*10 -3 (kgVSS/ngày)

Tổng lượng cặn lơ lửng sinh ra

Lượng cặn hằng ngày phải xả

(P xả ) P xả = P x (SS) – Q.50.10 -3 (kgSS/ngày.đêm)

Lượng bùn xả ra hằng ngày (Q w ) Q w = (V*X – Q ra *X ra *θ c )/(X th * θ c ) (m 3 /ngày đêm)

X th : nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn

X ra : nồng độ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi trong chất rắn lơ lửng ra khỏi bể lắng II(70% chất dễ bay hơi) (mg/l)

Xác định lượng bùn tuần hoàn Phương trình cân bằng vật chất cho bể Aerotank:

P x (SS) = Px(VSS)/1 – Z (kgSS/ngày.đêm)

Y : hệ số sản lượng trung bình (kgVSS/kgBOD)

K đ : hệ số phân hủy nội bào (ngày -1 ). θ c : thời gian lưu bùn trong bể (ngày)

C 0 : hàm lượng BOD5 đầu vào (mg/L) C: hàm lượng BOD5 hòa ta đầu ra (mg/L)

Tính lượng oxi cần thiết:

Khối lượng BOD L tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính (M) M = Q*(S 0 – S)/0.68 (kgBOD L /ngày.đêm)

Q: lưu lượng thải đầu vào (m3/ngày đêm)

S: lượng BOD5 hòa tan ra khỏi bể lắng

Nhu cầu oxy cho quá trình (M O2 ) M O2 = M(BOD L ) – 1.42*P x (VSS) (kgO 2 /ngày.đêm)

Lưu lượng khí cần thiết của máy thổi khí Q kk = f * M kk /E (m 3 /phút)

P x (VSS): lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD (kgVSS/ngày)

E: hiệu suất chuyển hóa oxygen của thiết bị khuếch tán khí, E = 9% f: hệ số an toàn, f = 2.0

Tính toán thiết bị phân phối khí: Đường ống dẫn khí chính D chính = √(4*Q kk )/(п*v) (m)

Lưu lượng khí của máy thổi khí (Q kk) được tính bằng mét khối trên giây (m³/s), với vận tốc khí trong ống dao động từ 10 đến 15 m/s, thường chọn v = 13 m/s Để xác định đường kính ống dẫn khí nhánh (D chính), công thức được sử dụng là D chính = √(4*q)/(π*v) (m), trong đó q là lưu lượng khí qua một ống nhánh, được tính bằng q = Q kk/số ống nhánh (m³/s).

Số đĩa phân phối khí được tính bằng công thức n = q/q lo Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén được xác định bởi H c = h d + h c + h f + H (m) Trong đó, h c là tổn thất áp lực cục bộ (m), h f là tổn thất áp lực qua thiết bị phân phối, với h f ≤ 0,5m, do đó chọn h f = 0,5m Tổn thất dọc đường được quy định là tổng h d + h c ≤ 0,4m, và chọn h d + h c = 0,4m.

Công suất máy khí nén N = [34400*(P 0.29 – 1)*Q]/(102*ŋ) (kW/h)

Q = Q kk : lưu lượng khí của máy thổi khí (m 3 /phút) ŋ: Hiệu suất máy nén khí chọn là

P: áp lực khí nén (atm), P = (10.33+H c )/H c q lo : lưu lượng khí qua một đĩa (m 3 /s)

Tính toán đường ống: Đường kính ống dẫn nước thải vào bể D vào = √(4*Q tb h )/(п*v) (m)

Qtb h: lưu lượng nước thải trung bình giờ (m3/h) v: vận tốc nước chảy trong ống, chọn v = 0.8m/s Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn D vào = √(4*Q th )/(п*v) (m)

Q th : lưu lượng bùn tuần hoàn

(m3/h) v: vận tốc bùn chảy trong ống, chọn v = 0.3m/s Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể Aerotank Dvào = √(4*Qra)/(п*v) (m)

Qra : lưu lượng nước ra khỏi bể (m3/h), Q ra = Q tb h + Q th v: vận tốc nước rakhoir bể , chọn v = 1m/s

Bể lắng II

Bể lắng II có chức năng lắng bùn hoạt tính đã được xử lý từ bể hiếu khí, đồng thời một phần bùn hoạt tính này sẽ được bơm tuần hoàn trở lại bể thiếu khí.

Nước cần lắng được dẫn qua đường ống vào bể lắng qua ống trung tâm, sau đó chảy xuống dưới và ra ngoài qua ống trung tâm vào hình vành khăn giữa ống và thành bể Nước sẽ chảy từ dưới lên trên vào các rãnh chảy tràn (máng răng cưa) với vận tốc khoảng 0.2 – 0.5m/s, tạo điều kiện cho quá trình lắng cặn diễn ra hiệu quả.

Mỗi hạt chuyển động theo nước lên trên với vận tốc v

Dưới tác dụng của trọng lực, hạt chuyển động xuống dưới với vận tốc ω

Khi ω lớn hơn v, hạt sẽ lắng nhanh chóng; ngược lại, nếu ω nhỏ hơn v, hạt sẽ bị cuốn lên Sau khi quá trình lắng diễn ra, các cặn bùn ở đáy sẽ được hút ra để xử lý riêng.

Diện tích bề mặt cần thiết (A) A= Q tb ngày /L A (m 2 )

Q tb ngày : lưu lượng trung bình ngày (m 3 /ngày)

L A :tải trọng bề mặt, (m 3 /m 2 ngày) Đường kính bể lắng (D) D = √(4*A)/п (m) A: diện tích bề mặt cần thiết (m 2 ) Đường kính ống trung tâm (d) d = D*20%

Chiều cao tổng cộng của bể lắng (H tc ) H tc = h L + h b + h bv h L :chiều sâu bể lắng, chọn h L =3m h b :chiều cao lớp bùn lắng, h b = 1.5 m h bv :chiều cao bảo vệ, chọn h bv = 0.3m

Chiều cao ống trung tâm (H) H = h L *60% (m)

D: đường kính bể lắng (m) d: đường kính ống trung tâm (m)

Thời gian lưu nước (t) t = V/(Q+Q th ) (h)

Q: lưu lượng nước thải đầu vào (m 3 /h)

Q th : lưu lượng bùn tuần hoàn (m 3 /h)

Thể tích phần chứa bùn (V b ) V b = A*h b (m 3 )

A: diện tích bề mặt cần thiết (m 2 ) h b :chiều cao lớp bùn lắng (m)

Thời gian lưu bùn trong bể (t b ) t b = V b /(Q w +Q th ) (h)

V b : thể tích phần chứa bùn (m 3 )

Q w : lưu lượng bùn xả ra hằng ngày (m 3 /h)

Q th : lưu lượng bùn tuần hoàn (m 3 /h) h L :chiều sâu bể lắng (m)

Diện tích mặt cắt ướt của máng thu nước (A) A = (Q+Qth)/(vm*3600) (m 2 ) vm:vận tốc nước chảy trong máng, chọn vm = 0.65 m/s

Q th : lưu lượng bùn tuần hoàn (m 3 /h) Q: lưu lượng nước thải đầu vào (m 3 /h)

Tải trọng máng tràn (L s ) L s = (Q+Q th )/(D m *п) (m 3 /m.ngày)

Chiều dài máng tràn (Lm) Lm = Dm*п Đường kính ống dẫn nước

(D) D= √(4*Q)/(п*v) (m) v: vận tốc nước trong ống, chọn v = 1m/s Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn (D) D= √(4*Q th )/(п*v) (m) v: vận tốc bùn tuần hoàn chảy trong ống, chọn v 0.7m/s

Q: lưu lượng nước thải đầu vào (m 3 /ngày.đêm)

Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn (m 3 /ngày.đêm)

Q: lưu lượng nước thải đầu vào (m 3 /s)

Q th : lưu lượng bùn tuần hoàn (m 3 /s) Đường kính ống dẫn bùn dư

Qw: lưu lượng bùn dư xả ra hằng ngày (m 3 /s) v: vận tốc bùn dư chảy trong ống, chọn v = 0.7m/s

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT

Các thông số tính toán

Hiệu suất các quá trình:

Công trình đơn vị Chỉ tiêu Đơn vị Trước xử lý Hiệu suất % Sau xử lý

Xử lý sinh học hiếu khí

Xử lý hóa lý II

- Lưu lượng trung bình ngày: Qtb ngày = 3000 m 3 /ngày.đêm

- Lưu lượng nước thải trung bình giờ : Qtb h = 3000

- Lưu lượng trung bình giây: Qtb s = 3000

- Hệ số không điều hòa chung:

Bảng 5.1 : Mối liên hệ giữa q tb (l/s) và Kkdh

Nguồn: TCXDVN 51:2008 Thoát nước – Mạng lưới và công trình bên ngoài

Với lưu lượng 35 l/s ta có:

- Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất:

- Lưu lượng nước thải theo giờ nhỏ nhất:

(Nguồn: Theo bảng 3.2 của Thầy Lâm Minh Triết, trong sách ”Hệ số không điều hòa chung”, trang 99)

- Lưu lượng nước thải theo giây lớn nhất: Q tb max.s = 0.063 m 3 /s = 63 L/s

- Thời gian lưu bùn c = 5 – 15 ngày, chọn 10 ngày

- Hệ số sản lượng bùn Y = 0.5 (kgVSS/kgBOD)

- Hệ số phân hủy nội bào: Kđ = 0.05 (ngày-1)

- Bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào = 0

- Độ tro của bùn hoạt tính: Z = 0.3 (70% là bùn hoạt tính)

- Tỷ số giữa lượng chất rắn bay hơi (MLVSS) và lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0.7

- Nồng độ bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì trong bể aerotank: X = 3000 (mgSS/L)

- Nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn Xt = 8000 (mgSS/L)

➢ Xác định lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra:

• Phương trình cân bằng vật chất:

BOD5 đầu ra = BOD5 hoà tan + BOD5 cặn lơ lửng

Trong quá trình lắng, lượng chất rắn lơ lửng đầu ra chứa cặn sinh học (bùn hoạt tính) với 65% là chất có khả năng phân hủy sinh học.

• Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng đầu ra:

0.65 x 51.5 = 33.5 (mg/L cặn sẽ bị phân hủy tiếp tục)

• BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học ở đầu ra:

BODL = 33.5 x (1.42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa) = 47.57 (mg/L)

Thông số 1.42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa được xác định theo phương trình dưới đây:

• BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải đầu ra:

• Lượng BOD5 hòa tan ra trong nước thải ở đầu ra:

• Hiệu quả xử lý BOD5 hòa tan của bể:

• Hiệu quả xử lý tính theo tổng cộng:

➢ Xác định kích thước bể:

3000 × (1 + 0.05 × 10) = 622.83 𝑚 3 Trong đó: θc: Thời gian lưu bùn, chọn θc = 10 ngày

Q: Lưu lượng trung bình ngày (m 3 /ngàyđêm)

Y: Hệ số sản lượng bùn (kgVSS/kgBOD)

C0: BOD5 của nước thải dẫn vào Aerotank (mg/L)

C: BOD5 hòa tan của nước thải ra khỏi Aerotank (mg/L)

X: Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aeroten MLVSS (mg/L)

Kđ: Hệ số phân hủy nội bào

(Nguồn: Trang 428 -“Xử Lý Nước Thải Đô Thị và Công Nghiệp”- Lâm Minh Triết)

• Thời gian lưu nước trong bể:

(Nguồn: Trang 429 -“Xử Lý Nước Thải Đô Thị và Công Nghiệp”- Lâm Minh Triết)

Các giá trị đặc trưng cho kích thước của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 5.2: Các kích thước điển hình của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn

Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí (m) 0.46 – 0.75

(Nguồn: TS.Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây

Chọn chiều cao hữu ích của bể h = 4 (m), chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 (m)

Diện tích mặt thoáng của bể: 𝐹 = 𝑉

➢ Tính lưu lượng cặn dư phải xả ra hàng ngày sau khi hệ thống hoạt động ổn định:

• Hệ số sản lượng quan sát:

• Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS:

• Tổng lượng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn Z = 0.3:

• Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:

Mdư(SS) = PX(SS) – Q x SSr = 264.29 – 3000 x 51.5 x 10 -3 = 109.79 (kgSS/ngày.đêm)

Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý:

Mdư(VSS)= 109.79 (kgSS/ngày) x 0.8 = 87.83 kgSS/ngày

Tính lượng bùn xả ra hàng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn cặn

(Nguồn: CT 6-6/trang 93 - “Tính toán thiết kế các công trình Xử lý Nước Thải” – TS.Trịnh

• Xác định lượng bùn tuần hoàn:

Phương trình cân bằng vật chất cho bể Aerotank: (Q + Qt) X = Qt Xt + Q Xo

Với Q t : lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn, m 3 /h

Vì X o thường rất nhỏ so với X và X t Do đó, phương trình cân bằng vật chất trên có thể bỏ qua giá trị Q và X o

→ Phương trình vật chất có dạng : (Q + Q t ) X = Q t X t

Chia 2 vế của phương trình cho Q ta được: 𝑄 𝑡

𝑄 = 𝛼, là hệ số tuần hoàn

𝛼 = 0.6 nằm trong giới hạn cho phép 0.25 – 1

→ Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qth = 𝛼𝑄 = 0.63000 = 1800 m 3 /ngày.đêm = 75 m 3 /h

➢ Kiểm tra chỉ số F/M và tải trong thể tích của bể:

⚫ Tải trọng thể tích LBOD:

(5 giờ/24 giờ/ngày) × 3000 mg/L= 0.33 ngày −1 ∈ (0.2 − 0.6)ngày −1

➢ Tính lượng oxy cần thiết:

Để tính toán lượng khí cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính, cần biết hiệu suất chuyển hóa oxy của thiết bị khuếch tán khí là E = 9% và hệ số an toàn f = 2.0 Những thông số này sẽ giúp xác định công suất thiết kế thực tế của máy thổi khí.

• Giả sử BOD 5 = 0.68 BOD L , vậy khối lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính là:

• Nhu cầu oxy cho quá trình:

Không khí có 23.2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng không khí 1,20 kg/m 3 Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình là:

Kiểm tra lượng không khí cần thiết của máy thổi khí:

Như vậy lượng khí cung cấp cho quá trình bùn hoạt tính cũng đủ cho như càu xáo trộn hoàn toàn

• Lưu lượng khí cần thiết của máy thổi khí:

➢ Tính toán thiết bị phân phối khí:

Bảng: Tốc độ khí đặc trưng trong ống dẫn:

• Đường ống dẫn khí chính (chọn vận tốc khí 14 m/s):

• Đường kính ống dẫn khí nhánh:

Chọn đĩa thổi khí với các thông số kĩ thuật như sau:

THÔNG SỐ ĐĨA PHÂN PHỐI

Chất liệu màng Cao su EPDM (hoặc

Chất liệu khung PP/ABS Đường kính 350 mm (12″)

Chọn hệ thống cấp khí gồm 8 ống nhánh đặt dọc theo chiều dài bể

Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh:

8 = 0.0649 𝑚 3 /𝑠 Đường kính mỗi ống nhánh:

Số đĩa phân phối khí trong bể:

• Áp lực cần thiết cho một hệ thống khí nén:

• Công suất máy khí nén:

ℎ ) Chọn sử dụng 2 máy nén khí công suất 27 kW/h, một làm việc và một dự phòng

• Đường kính ống dẫn nước thải vào:

• Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

• Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể:

Bảng 5.3: Tóm tắt các thông số thiết kế bế Aerotank

Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

Chiều cao xây dựng bể H mm 4.5

Thời gian lưu nước trong bể t h 5 Đường kính ống chính Dchính mm 250 Đường kính ống nhánh Dnhánh mm 90

Số lỗ phân phối khí là n cái 48, với đường kính ống dẫn nước vào là 250 mm, đường kính ống dẫn nước ra là 270 mm, và đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn là 300 mm.

Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng đợt II được thể hiện trong bảng:

Tải trọng bề mặt (m 3 /m 2 ngày)

Chiều sâu tổng cộng Trung bình Lớn nhất Trung bình

Bùn hoạt tính khuếch tán bằng không khí 16.3÷32.6 40.7÷48.8 3.9÷5.9 9.8 3.7÷6.1

Bùn hoạt tính khuếch tán bằng Oxy nguyên chất 16÷32.6 40.7÷48.8 4.9÷6.8 9.8 3.7÷6.1

Bể sinh học tiếp xúc giá thể quay 16÷32.6 24.4÷48.8 3.9÷5.9 9.8 3.0÷4.6

(Nguồn: Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình, bảng TK-5, trang 151.)

Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho loại bùn hoạt tính này là 20 m 3 /m 2 ngày và tải trọng bùn là 4 kg/m 2 h

- Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt là:

𝑄 𝑛𝑔à𝑦 𝑡𝑏 : Lưu lượng trung bình ngày, m 3 /ngày

LA: Tải trọng bề mặt, m 3 /m 2 ngày

- Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn là:

- Đường kính ống trung tâm:

- Chọn chiều sâu bể lắng là hL= 3 m, chiều cao lớp bùn lắng hb= 1.5 m và chiều cao bảo vệ hbv

= 0.3 m Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng đợt II:

- Chiều cao ống trung tâm:

• Kiểm tra lại thời gian lưu nước ở bể lắng:

- Thể tích phần chứa bùn:

- Thời gian lưu giữ bùn trong bể:

Chọn vận tốc nước chảy trong máng: vm = 0.65 m/s

- Diện tích mặt cắt ướt của máng:

0.65 ∗ 3600 = 0.085 (𝑚 2 ) Để đảm bảo máng không quá tải chọn kích thước máng (cao×rộng) là 0.3m×0.4m

Máng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ

- Kiểm tra tải trọng máng tràn:

Dm: đường kính máng tràn, Dm = 80%D = 80% × 13.8 = 11.04 m

Nước thải từ bể lắng 2 được dẫn sang bể khử trùng bằng đường ống Chọn vận tốc nước trong ống là 1m/s

- Đường kính ống dẫn nước:

Chọn ống nhựa PVC có D = 250 mm

Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn đến bể chứa bùn

Vận tốc bùn tuần hoàn chảy trong ống: v = 0.7m/s

Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qth = 1800 m 3 /ngày.đêm = 0.02 m 3 /s

- Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

Tính toán đường ống dẫn bùn dư đến bể chứa bùn

Lưu lượng bùn dư Qw = 9.86 m 3 /ngày = 2.2x10 -6 m 3 /s Lưu lượng bùn lớn nên ta xả bùn liên tục

Chọn vận tốc bùn dư chảy trong ống là 0.7 m/s

- Đường kính ống bùn dư:

Bảng 5.4: Tóm tắt kích thước bể lắng II

Thông số Đơn vị Giá trị Đường kính bể lắng m 13,8 Đường kính ống dẫn nước thải vào bể mm 250

Chiều sâu tổng cộng m 4.8 Đường kính ống trung tâm m 3

Chiều cao ống trung tâm m 1.8

Tải trọng bề mặt m 3 /m 2 ngày 20 Đường kính máng tràn m 11.04

Kích thước máng thu nước