thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt 1000 m3

Việt Nam là một nước đang phát triển. Công nghiệp hóa hiện đại hóa được xem như chìa khóa để phát triển đất nước. Hiện nay, với hơn 800.000 cơ sở sản xuất công nghiệp và gần 70 khu chế xuất khu công nghiệp tập trung đã đóng góp một phần rất lớn vào GDP của đất nước. Tuy nhiên, vấn đề bảo vệ môi trường chưa được quan tâm đúng mức. Thực tế khoảng 90% cơ sở công nghiệp và các khu công nghiệp chưa có hệ thống xử lý nước thải. Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành công nghiệp dệt nhuộm ngày càng mở rộng và đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng trong thời đại mới nhờ những ưu điểm: bền đẹp, tiện dụng, hợp túi tiền,…Tuy nhiên tại khâu nhuộm hoàn tất vải đã thải ra môi trường một lượng nước thải có tải lượng ô nhiễm nặng. Nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm có hàm lượng các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học khá cao với độ kiềm cao, độ màu lớn, nhiều chất độc hại đối với các loài thủy sinh. Hầu hết các nhà máy, xí nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đều chưa có hệ thống xử lý nước thải hoặc hệ thống xử lý không hiệu quả và đang xả trực tiếp ra sông suối, ao hồ gây nguy hại cho môi tường nước. Trước tình hình đó, với đề tài “Thiết kế tính toán hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm công suất 1000 m3ngày.đêm”, hy vọng đóng góp một phần vào việc giảm thiểu sự ô nhiễm do nước thải dệt nhuộm gây ra.

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

Nguồn gốc phát sinh nước thải dệt nhuộm

Nước thải trong quá trình dệt nhuộm chủ yếu chứa chất tẩy rửa phát sinh từ các giai đoạn tẩy trắng, giặt và làm bóng Tùy thuộc vào từng giai đoạn, nước thải có thể mang tính kiềm hoặc axit Việc xử lý vải từ nguyên liệu thô thành vải thành phẩm đòi hỏi sử dụng một lượng lớn chất tẩy rửa, dẫn đến việc nước thải sau khi tẩy rửa chứa một khối lượng đáng kể chất tẩy rửa dư thừa.

Sau quá trình tẩy trắng, vải cần được nhuộm màu và in họa tiết, dẫn đến việc sử dụng một lượng lớn dung dịch phẩm nhuộm Quá trình này sinh ra nước thải có độ màu cao, với các thành phần khác nhau tùy thuộc vào loại thuốc nhuộm được sử dụng.

Nước thải từ nhà máy dệt nhuộm phát sinh từ nhiều quá trình như tẩy trắng, giặt, làm bóng, nhuộm, in hoa và hoàn tất Trước khi được xả ra môi trường, nước thải từ các quy trình này cần phải được xử lý đúng cách.

Hóa chất, hơi nước, hồ

Nước thải chứa hàm lượng chất tẩy rửa cao

Nước thải chứa hàm lượng axit, chất tẩy rửa cao

Nước thải chứa NaOH, hóa chất độc hại Nước thải chứa dung dịch nhuộm

Nước thải chứa hàm lượng axit, chất tẩy rửa cao

Nước thải chứa hóa chất

Tổng quan về thuốc nhuộm

Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có cấu trúc tổng quát S-F-T-X Trong đó, S đại diện cho nhóm làm tăng tính tan của thuốc nhuộm, F là phần mang màu thường là các hợp chất Azo, antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin T là gốc mang nhóm phản ứng và X là nhóm phản ứng.

 Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được xem là tác nhân gây ung thư.

Thuốc nhuộm trực tiếp là loại thuốc nhuộm không cần qua giai đoạn xử lý trung gian, thường được sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein như tơ tằm và sợi poliamid Hầu hết các loại thuốc nhuộm này chứa azo (môn, di và poliazo) cùng với một số dẫn xuất của dioxazin.

Thuốc nhuộm chứa các nhóm như triazin và axit salicylic, giúp tăng cường độ bắt màu và tạo phức với kim loại, từ đó nâng cao độ bền màu.

 Thuốc nhuộm hoàn nguyên gồm 2 nhóm chính: nhóm đa vòng có chứa nhân antraquinon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo.

Công thức tổng quát R=C-O, với R là hợp chất hữu cơ nhân thơm đa vòng, cho thấy rằng các nhân thơm đa vòng trong loại thuốc nhuộm này có khả năng gây ung thư Do đó, nếu không được xử lý và thải ra môi trường, chúng có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người.

Nhóm thuốc nhuộm này bao gồm các hợp chất có cấu trúc phân tử từ gốc azo, antraquinon và nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), chủ yếu được sử dụng để nhuộm các loại sợi tổng hợp như sợi axetat và sợi polyester, đặc biệt là những sợi không ưa nước.

Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin… trong đó có cầu nối –S- S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose.

 Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R-SO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu.

 Các thuốc nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl metan…

- Thuốc in, nhuộm pigmen: Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxianin, dẫn suất của antraquinon…

Thành phần tính chất nước thải dệt nhuộm

Bảng 1.1: Thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm qua các giai đoạn

Công đoạn Thành phần Đặc tính

Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo,

NaOH, AOX, axit… Độ kiềm cao, chiếm 5%BOD.

Làm bóng NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD).

Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axitaxetic và các muối kim loại. Độ màu rất cao, BOD khá cao (6% tổng BOD), TS cao.

Trong ngành sản xuất, các thành phần như chất màu, tinh bột, dầu, đất sét, muối kim loại và axit đóng vai trò quan trọng Đặc biệt, những chất này thường có độ màu cao, BOD cao và chứa dầu mỡ Để hoàn thiện quy trình, cần sử dụng vệt tinh bột, mỡ động vật và muối, đồng thời duy trì kiềm nhẹ, BOD thấp và lượng sử dụng ở mức nhỏ.

Thành phần, tính chất nước thải của một số công ty tham khảo

Bảng 1.2: Thành phần nước thải của một số công ty dệt nhuộm

Q pH Độ màu Độ đục BOD COD SS SO 4 2- PO 4 3-

Kim loại nặng m 3 /ngày.đ êm Pt-Co mgSiO 2 /l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

Nguồn: Phòng Quản Lý Môi Trường – Sở Khoa Học Công Nghệ Môi Trường Tp.HCM

Nước thải từ công ty Thắng Lợi có độ màu cao gấp 6 lần, BOD cao gấp 7 lần, COD cao gấp 3,2 lần so với quy chuẩn xả thải.

Nước thải từ công ty Phong Phú có độ màu cao gấp 2,6 lần, BOD cao gấp 3,6 lần, COD cao gấp 2,4 lần so với quy chuẩn xả thải.

Nước thải từ công ty Phước Long có độ màu cao gấp 2,5 lần, BOD cao gấp 3,8 lần, COD cao gấp 2,4 lần so với quy chuẩn xả thải.

Nước thải từ công ty Thành Công có độ màu cao gấp 2,6 lần, BOD cao gấp 5,6 lần, COD cao gấp 3,3 lần so với quy chuẩn xả thải.

Nước thải từ công ty Chấn A có độ màu cao gấp 2,8 lần, BOD cao gấp 2,6 lần, COD cao gấp 2,8 lần so với quy chuẩn xả thải.

Nước thải từ công ty Gia Định có độ màu cao gấp 1,3 lần, COD cao gấp 1,2 lần

Tác động môi trường của nước thải dệt nhuộm

Việc thải các hóa chất này ra môi trường, đặc biệt là vào sông ngòi và ao hồ, sẽ gây ra độc hại nghiêm trọng cho các loài thủy sinh.

- Độ kiềm cao làm tăng pH của nước, nếu pH > 9 sẽ gây độc hại cho các loài thủy sinh.

Muối trung tính có tác dụng làm tăng tổng hàm lượng chất rắn trong nước Khi lượng nước thải lớn, điều này có thể gây độc hại cho các loài thủy sinh do tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình trao đổi chất của tế bào.

- Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước gây tác hại đối với đời sống thuỷ sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nước

Độ màu cao trong nước thải do dư lượng thuốc nhuộm gây ra làm ô nhiễm nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình quang hợp của các loài thủy sinh và tác động tiêu cực đến cảnh quan môi trường.

Các chất độc nặng như sunfit kim loại nặng và các hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật, với hàm lượng tăng dần theo chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước Sự tích tụ này có thể gây ra một số bệnh mãn tính cho cả con người và động vật.

- Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng đến sự sống các loài thuỷ sinh.

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Phương pháp cơ học

Quá trình xử lý nước thường bắt đầu bằng bước 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 quy trình như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, cũng như lắng dưới tác dụng của trọng lực.

2.1.1 Song chắn rác, lưới chắn rác

Song chắn rác SCR được làm từ các thanh kim loại có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật, có thể là loại di động hoặc cố định Chúng thường được lắp đặt trước trạm bơm nước thải để bảo vệ bơm khỏi việc bị nghẹt do vải, sợi hoặc rác lớn Với góc nghiêng từ 60 đến 90 độ theo hướng dòng chảy, song chắn rác giúp tách các rác thô có kích thước lớn ra khỏi nước thải, đảm bảo sự ổn định cho bơm và các công trình phía sau.

Lưới chắn rác là giải pháp hiệu quả để loại bỏ các chất lơ lửng có kích thước nhỏ trong nước thải Hệ thống lưới lọc cho phép nước thải được lọc qua bề mặt trong và ngoài, giúp giữ lại các vật thải Các chất thải này sẽ được cào ra khỏi bề mặt lưới nhờ vào hệ thống cào, đảm bảo nước thải sạch hơn và giảm thiểu ô nhiễm.

Bể lắng cát có nhiệm vụ quan trọng trong việc loại bỏ các cặn thô và nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro và than vụn Việc này giúp bảo vệ các thiết bị cơ khí khỏi sự mài mòn và giảm thiểu lượng cặn nặng trong các công đoạn xử lý tiếp theo.

- Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp.

- Bể lắng cát gồm những loại sau:

Bể lắng cát đứng hoạt động bằng cách cho dòng nước chảy từ dưới lên trên qua thân bể Nước được dẫn vào bể qua ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ, tạo ra chế độ dòng chảy phức tạp Trong quá trình này, nước không chỉ chuyển động vòng và xoắn theo trục mà còn tịnh tiến đi lên, trong khi các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy bể.

Bể lắng cát ngang là loại bể có thiết kế đơn giản, cho phép nước chảy qua một bể lắng dài, thường được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước quy mô lớn Bể lắng hình chữ nhật mang lại nhiều lợi ích như khả năng dự báo tốt, chi phí hiệu quả và bảo trì thấp Với chiều dài ít nhất gấp đôi chiều rộng, bể này giảm thiểu khả năng ngắn dòng Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là yêu cầu diện tích lớn Nước trong bể lắng được phân bố đều, bùn tích tụ ở đáy và được thải bỏ liên tục, trong khi cần ngăn chặn bùn đặc lắng lại và rửa sạch với nước thải.

Bể lắng cát tiếp tuyến là bể có thiết diện hình tròn, nơi nước thải được dẫn vào từ tâm và chảy ra thành bể Nước thải sau đó được thu gom qua máng tập trung và dẫn ra ngoài.

Bể lắng cát làm thoáng được cải tiến bằng cách lắp đặt một dàn thiết bị phun khí, giúp tăng hiệu quả xử lý và ngăn ngừa sự lẫn lộn của chất hữu cơ trong cát Thiết bị này được bố trí sát thành bể, tạo ra dòng xoắn ốc quét đáy bể với vận tốc đủ để chỉ cho phép cát và các phân tử nặng lắng xuống, từ đó nâng cao chất lượng nước xử lý.

- Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng.

Nguyên tắc xử lý trong quy trình này là tạo sự tiếp xúc giữa pha khí và pha rắn trong pha lỏng Khi pha khí kết dính với pha rắn, lực nổi sẽ đủ lớn để đẩy tập hợp khí – rắn lên trên Kết quả là các lớp bọt hình thành sẽ chứa hàm lượng rắn cao hơn so với ban đầu, và cuối cùng, một dàn gạt sẽ được sử dụng để đưa chúng ra ngoài.

- Là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học và hóa học.

- Các phương pháp tuyển nổi:

 Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học.

 Tuyển nổi vớt tách không khí từ nước.

 Tuyển nổi điện, sinh học, hóa học.

Đơn vị này được thiết kế để khắc phục các vấn đề phát sinh từ biến động lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả cho các công trình xử lý tiếp theo, tối ưu hóa đầu ra sau xử lý, đồng thời giảm chi phí và kích thước của các thiết bị liên quan.

- Có 2 loại bể điều hòa:

 Bể điều hòa lưu lượng.

 Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng.

 Sử dụng hệ thống khuấy trộn cơ học và sục khí để điều hòa nồng độ nước thải.

 Điều hòa pH, nồng độ các ion bằng cách dùng hóa chất, dùng nước thải

 Nhờ sục khí và khuấy trộn nên có khả năng xử lý một phần chất hữu cơ.

 Dùng hệ thống bơm hoặc van để điều chỉnh lưu lượng.

Công trình xử lý sinh học được thiết kế để tách biệt các chất rắn và chất bẩn lơ lửng không hòa tan, giúp giảm tải cho hệ thống xử lý sinh học phía sau.

- Thiết kế chính xác bể lắng 1 có thể loại được 50 – 70% chất lơ lửng, 25 – 40 % BOD của nước thải.

Nước thải được đưa vào vùng phân phối tại đầu bể lắng, qua vách phân phối, giúp nước di chuyển đều vào khu vực lắng Vùng này thường được thiết kế dưới dạng máng có lỗ để tối ưu hóa quá trình lắng.

Bể lắng ngang thường được thiết kế với nhiều ngăn, mỗi ngăn có chiều rộng từ 3 đến 6m, trong khi chiều dài không có quy định cụ thể Đối với bể có chiều dài lớn, nước có thể được cho chảy theo chiều xoay để tối ưu hóa hiệu quả lắng Để tiết kiệm diện tích xây dựng, có thể xây dựng bể lắng theo nhiều tầng.

- Ưu điểm: Gọn, có thể làm hố thu cặn ở đầu bể hoặc dọc thwo chiều dài của bể Hiệu quả xử lý cao.

Nhược điểm của hệ thống này bao gồm giá thành cao và sự xuất hiện của nhiều hố thu cặn, gây ra các vùng xoáy làm giảm hiệu quả lắng đọng của các hạt cặn Thêm vào đó, nó cũng chiếm nhiều diện tích trong quá trình xây dựng.

Phương pháp hóa lý

2.2.1 Phương pháp keo tụ tạo bông

 Loại bỏ các hạt cặn lơ lửng có kích thước nhỏ khó lắng ra khỏi nước

 Cải thiên độ đục, độ màu trong nước gây ra bởi các hạt cặn lơ lửng.

 Tách hoặc giảm hàm lượng các kim loại nặng, anion PO4 3-.

 Làm giảm một phần nồng độ BOD, COD trong nước thải hỗ trợ quá trình xử lý bằng biện pháp sinh học.

 Quá trình keo tụ - tạo bông cần thiết cho xử lý nước thải có nồng độ COD cao như: dệt nhuộm, in ấn, cao su, thuộc da…

 Hiệu quả xử lý tương đối cao.

 Hệ thống ít chiếm diện tích.

 Ít nhạy với sự thay đổi tải trọng chất ô nhiễm trong nước.

 Loại bỏ được một phần chất ô nhiễm hữu cơ khó oxi hóa bằng phương pháp sinh học.

 Không cần theo di sự tăng trưởng của vi sinh vật.

 Phải kiểm soát các thông số: lượng hóa chất keo tụ, pH, nhiệt độ.

 Quá trình keo tụ tạo bông tạo ra một lượng bùn hóa lý tương đối lớn và xử lý loại bùn này khá phức tạp.

- Các loại hóa chất dùng trong keo tụ:

 Dùng phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O

 Phèn sắt FeCl3.13H2O hoặc FeSO4 7H2O

 Dùng PAC: poly aluminum chlodride

 Polime cation (sử dụng trong bùn thải), polime anion (sử dụng cho nước thải và nước cấp)

Phương pháp này hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất bẩn hòa tan trong nước, mà các phương pháp xử lý sinh học và những phương pháp khác không thể loại bỏ, ngay cả với hàm lượng rất nhỏ.

- Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi vị và màu khó chịu.

Than hoạt tính là chất hấp thụ phổ biến, có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ, kim loại nặng và màu sắc trong nước thải Lượng chất hấp thụ cần thiết phụ thuộc vào khả năng hấp thụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước Các hợp chất hữu cơ như phenol, alkyllbenzen, axit sunfonic, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm có thể bị hấp thụ hiệu quả bởi than hoạt tính.

- Sử dụng phương pháp hấp thụ có thể hấp thụ đến 58 – 95% các chất hữu cơ và màu.

Để loại bỏ kim loại nặng cùng các chất hữu cơ và vô cơ độc hại, người ta sử dụng than bùn để hấp thụ và nuôi bèo tẩy trên mặt hồ.

 Hiệu quả xử lý cao, đặc biệt với các chất gây ô nhiễm có độ hòa tan tốt

 Thích hợp với công trình xử lý ô nhiễm quy mô lớn.

 Phát sinh nước thải thứ cấp nếu không hoàn nguyên.

 Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích, chi phí đầu tư và vận hành lớn.

Các chất ô nhiễm có độ hòa tan kém như POPs, VOCs và một số dung môi hữu cơ thường có hiệu quả xử lý thấp do khả năng hấp thụ hạn chế trong dung dịch.

Phương pháp hấp phụ là một kỹ thuật hiệu quả trong việc xử lý nước thải chứa kim loại và các chất bẩn khác Phương pháp này có thể áp dụng để xử lý cục bộ khi nồng độ ô nhiễm trong nước thấp, đồng thời cũng có khả năng xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý sinh học hoặc hóa học.

Hiện tượng hấp phụ là sự gia tăng nồng độ chất tan tại bề mặt phân chia giữa hai pha, có thể xảy ra tại ranh giới giữa pha lỏng và khí hoặc giữa pha lỏng và pha rắn.

Phương pháp hóa học

- Điều chỉnh pH, ngăn ngừa hiện tượng xâm thực

- Tránh ảnh hưởng cho quá trình xử lý sinh học

- Xử lý kim loại nặng trong nước như : Cr 6+

- Khả năng tự trung hòa của dòng thải

Các phương pháp trung hòa.

- Trộn dòng thải acid với dòng thải kiềm.

 Được áp dụng khi nước thải của xí nghiệp là acid còn xí nghiệp gần dó nước thải là kiềm (khu công nghiệp)

 Hoặc xí nghiệp có 2 nguồn nước thải acid và kiềm ở 2 công đoạn khác nhau.

- Bổ xung tác nhân hóa học acid, kiềm: Có thể dùng các acid hoặc kiềm để trung hòa các dòng nước thải khác nhau.

- Lọc qua vật liệu có khả năng trung hòa.

 Vật liệu lọc: đá vôi magiezit, đôlômit, đá hoa cương và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro.

 Chỉ lọc nước thải có nồng độ acid không vượt quá 1,5mg/l và không chứa các muối kim loại nặng.

 Yêu cầu: thiết bị và ống dẫn của hệ thống trung hòa cần được chế tạo bằng vặt liệu chịu acid.

- Trung hòa nước thải bằng cách hấp thu khí acid

Sục khí CO2 vào nước thải giúp tạo ra axit, từ đó trung hòa kiềm có trong nước CO2 là nguồn nguyên liệu dễ dàng tìm kiếm, có thể thu được từ lò vôi, khí thải hoặc thiết bị lên men cồn Tuy nhiên, việc sử dụng CO2 đòi hỏi phải có hệ thống thu và dẫn khí hiệu quả.

Phương trình phản ứng giữa 2NaOH và H2SO4 tạo ra Na2SO4 và H2O cho thấy quy trình xử lý nước thải nhanh chóng và hiệu quả Tuy nhiên, nhược điểm lớn là H2SO4 có giá thành cao Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào các yếu tố như thể tích, nồng độ, chế độ thải, khả năng sẵn có và chi phí của chất trung hòa Để làm sạch nước thải, các chất oxy hóa như Clo (dạng khí và hóa lỏng), dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi, natri, pemanganat kali, bicromat kali, oxy không khí và ozon thường được sử dụng.

2.3.2 Phương pháp oxy hóa khử: Để làm sạch nước thải ta dùng chất oxy hóa Clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromat kali, oxy không khí, ozon

Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất

Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng

Cl2 + H2O = HOCl + HCl HOCl ↔ H + + OCl - Clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính.

Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit, clorat, dioxyt clo, clorat canxi được nhận theo phản ứng

Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất

Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng

Cl2 + H2O = HOCl + HClHOCl ↔ H + + OCl - Clo, HOCl và OCl - được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính.

Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit, clorat, dioxyt clo, clorat canxi được nhận theo phản ứng

Ozon có khả năng tác động mạnh mẽ đến các chất khoáng và hữu cơ, giúp khử màu, 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 Nitơ và Photpho.

Hiếu khí

Phương pháp hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinh oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy

Phương pháp xử lý hiếu khí là kỹ thuật loại bỏ các chất hữu cơ và vô cơ dễ phân hủy khỏi nguồn nước, thông qua quá trình oxy hóa do vi sinh vật hiếu khí thực hiện Các vi sinh vật này sử dụng oxy hòa tan trong nước để phân hủy các chất ô nhiễm, giúp cải thiện chất lượng nước.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:

- Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH

- Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH

- Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể diễn ra tự nhiên hoặc trong điều kiện nhân tạo Trong các hệ thống xử lý nhân tạo, các điều kiện được tối ưu hóa để tăng cường quá trình oxy hóa sinh học, dẫn đến tốc độ và hiệu suất xử lý cao hơn đáng kể.

Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

Xử lý sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật lơ lửng chủ yếu nhằm khử chất hữu cơ chứa carbon, bao gồm các phương pháp như bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn và quá trình lên men phân huỷ hiếu khí Trong số các phương pháp này, bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là phương pháp phổ biến nhất.

Xử lý sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật dạng dính bám là một phương pháp hiệu quả, bao gồm các công nghệ như bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học và bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định Những công nghệ này giúp tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải, nâng cao hiệu suất loại bỏ chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.

2.4.1.1 Bể lọc sinh học hiếu khí

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống xử lý nước thải bắt đầu khi nước sau bể lắng đợt 1 được bơm lên máng phân phối và dẫn qua các ống dẫn trên đáy bể Nước được trộn đều với không khí từ ngoài vào qua dàn phân phối, tạo thành hỗn hợp khí và nước thải đi lên qua lớp vật liệu lọc Tại đây, quá trình khử BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3- diễn ra, đồng thời lớp vật liệu lọc cũng giúp loại bỏ cặn lơ lửng trong nước thải Khi bể lọc đạt tổn thất áp lực yêu cầu, quy trình rửa bể lọc sẽ được thực hiện bằng cách đóng van cấp nước và khí, sau đó xả rửa liên tục nhiều lần.

Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí, quá trình phân hủy nước thải diễn ra khi nước thải tiếp xúc với bùn lơ lửng dưới điều kiện sục khí liên tục Việc sục khí không chỉ cung cấp đủ oxy mà còn giúp duy trì trạng thái lơ lửng của bùn hoạt tính, đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải.

Trong môi trường nước, quá trình oxy hóa sinh học diễn ra khi vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan Chỉ số COD đại diện cho lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước, bao gồm cả vô cơ và hữu cơ Toàn bộ oxy cần thiết cho các phản ứng này được lấy từ oxy hòa tan (DO) trong nước Sau đó, quá trình khử nito và nitrat hóa sẽ tiếp tục diễn ra.

Hợp chất hữu cơ chứa nito NH4+ và sinh khối tế bào vi sinh vật, bao gồm tế bào sống và tế bào chết, được thải ra ngoài cùng với bùn Quá trình thủy phân do enzyme của vi khuẩn và quá trình đồng hóa khử nito tạo ra các khí như NO3, NO2 và O2, những khí này sẽ thoát vào không khí Để đảm bảo các quá trình trong Aerotank diễn ra hiệu quả, cần thực hiện khuấy trộn hoàn toàn và nén sục oxi tinh khiết.

2.4.1.3 Đĩa quay sinh học (RBC)

Đĩa sinh học hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng hàng loạt đĩa tròn phẳng làm từ polystyren hoặc PVC, lắp đặt trên một trục quay chậm và ngập một phần trong nước Khi vận hành, vi sinh vật phát triển trên bề mặt đĩa, tạo thành một lớp màng mỏng Lớp màng này sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và không khí, giúp hấp thụ oxy Sự quay của đĩa không chỉ hỗ trợ vận chuyển oxy mà còn đảm bảo vi sinh vật tồn tại trong điều kiện hiếu khí.

Kỵ khí

Quá trình sinh học kỵ khí là quá trình phân giải hợp chất hữu cơ bởi vi sinh vật trong môi trường không có oxy, tạo ra hỗn hợp khí hữu cơ, trong đó methane (CH4) chiếm từ 65% đến 70% Bên cạnh đó, còn có các khí khác như hydro (H2), nitơ (N2) và carbon dioxide (CO2).

Quá trình phân hủy kỵ khí là một quá trình sinh hóa phức tạp diễn ra trong điều kiện không có oxy, tạo ra hàng trăm sản phẩm và phản ứng trung gian Quá trình này giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí methane (CH4).

Quá trình phân hủy kỵ khí trải qua 4 giai đoạn:

Giai đoạn 1 của quá trình phân hủy chất thải hữu cơ bao gồm thuỷ phân và cắt mạch các hợp chất cao phân tử như protein, chất béo, cellulose và lignin Trong giai đoạn này, các hợp chất phức tạp sẽ được chuyển hóa thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn Cụ thể, các phản ứng thuỷ phân sẽ biến đổi protein thành amino axit, carbohydrates thành đường đơn, và chất béo thành các axid béo.

Trong giai đoạn 2 của quá trình phân giải, các chất hữu cơ đơn giản chuyển hóa thành axit acetic, H2 và CO2 Các axit béo dễ bay hơi chủ yếu bao gồm axit acetic, axit propionic và axit lactic Quá trình cắt mạch carbohydrates cũng tạo ra CO2, H2O, methanol và các rượu đơn giản khác Vi sinh vật phân giải methane chỉ có khả năng phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol và CO.

Tuỳ theo trạng thái tồn tại của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành:

Quá trình xử lý kỵ khí sử dụng vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, bao gồm cả quá trình tiếp xúc kỵ khí và xử lý bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB), là phương pháp hiệu quả trong việc xử lý nước thải.

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí.

2.4.2.1 Xử lý nước thải bằng vi sinh kỵ khí lơ lửng (bể UASB)

Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng sẽ được dẫn vào đáy bể và di chuyển lên với tốc độ 0,6-0,9 m/h Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí diễn ra ở vùng giữa, nơi bùn hạt hình thành theo nguyên lý spaghetti và khí sinh ra Nước sau xử lý được đẩy lên vùng lắng, nơi nước thải được tách ra và khí (70-80% CH4) được thu vào đường ống Nhờ có tấm chắn, dòng bùn sẽ được tuần hoàn trở lại vùng hai để tiếp tục xử lý, giúp giảm thể tích cặn trong bể.

2.4.2.2 Lọc sinh học kỵ khí

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống lọc kỵ khí là nước thải được phân phối đều trong bể, chảy từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc Tại đây, các chất hữu cơ bám dính vào vật liệu chứa vi khuẩn yếm khí, tạo thành lớp màng vi sinh vật, giúp hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ Bùn cặn sẽ được giữ lại trong khe rỗng của lớp vật liệu lọc Sau 2-3 tháng, tiến hành xả bùn dư một lần Nước sau khi qua lớp lọc sẽ chảy vào máng thu và tiếp tục được xử lý bằng phương pháp hiếu khí.

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống xử lý nước thải bao gồm việc khuấy trộn nước thải chưa xử lý với vòng tuần hoàn, sau đó tiến hành phân hủy trong bể phản ứng kín, ngăn chặn không khí vào Sau quá trình phân hủy, hỗn hợp bùn nước sẽ được chuyển vào bể lắng, nơi nước trong được tách ra và bùn sẽ lắng xuống.

ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý

Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ dựa vào các yếu tố cơ bản sau:

- Công suất trạm xử lý: 1000m 3 /ngày.đêm.

- Thành phần và đặc tính của nước thải.

- Tiêu chuẩn xả thải vào nguồn tiếp nhận: QCVN 13 MT:2015/BTNMT cột B.

- Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng.

- Chi phí đầu tư xây dụng, quản lý, vận hành, bảo trì.

Nước thải dệt nhuộm thường chứa BOD cao, do đó, phương pháp xử lý sinh học hiếu khí, như bể Aerotank, là lựa chọn hiệu quả và đơn giản Để xử lý lượng chất rắn lơ lửng cao từ các quá trình dệt nhuộm, cần thiết phải sử dụng bể keo tụ tạo bông Bể lọc áp lực giúp loại bỏ độ màu và các cặn chưa lắng hoàn toàn Trước khi xả thải ra môi trường, nước thải cần được khử trùng để tiêu diệt vi sinh vật gây hại Bên cạnh đó, các công trình như bể lắng và bể điều hòa cũng đóng vai trò quan trọng trong việc lắng cặn và điều chỉnh lưu lượng cũng như pH.

Thành phần, tính chất nước thải nghiên cứu

Bảng 3.1: Thành phần và tính chất nước thải nghiên cứu Đơn vị Giá trị QCVN 13

MT:2015/BTNMT cột B pH 5,6 5,5-9 Độ màu Pt-Co 1200 200

Như vậy, nước thải có pH nằm trong khoảng quy định của QCVN 13

MT:2015/BTNMT cột B Độ màu của nước thải cao hơn 6 lần so với quy định nên cần phải xử lý trước khi xả thải vào môi trường

BOD vượt quá 7 lần và COD cao hơn 3,2 lần so với quy định, do đó cần áp dụng các phương pháp xử lý như keo tụ tạo bông và sinh học hiếu khí để đảm bảo đạt tiêu chuẩn xả thải.

SS thấp hơn quy chuẩn nhưng vẫn khá cao nên vẫn cần các phương pháp xử lý như lắng, lọc, …

Sơ đồ công nghệ xử lý

Nguồn tiếp nhận, QCVN 13MT:2015 BTNMT

Bể lọc áp lực rác

Bể keo tụ tạo bông

SCR Đơn vị thu gom

Máy thổi khí Đơn vị thu gom Máy ép bùn

Máy thổi khí Bể điều hòa

Bùn Bùn dư tuần hoàn Đường nước Đường khí Đường bùn Đường hóa chất Đường rác Chlorine

Thuyết minh quy trình công nghệ

Nước thải từ các phân xưởng được xử lý qua song chắn rác để loại bỏ tạp vật, ngăn ngừa sự cố như tắc bơm và đường ống Tiếp theo, nước thải đi qua lưới chắn mịn trước khi vào hố thu gom, giúp tránh nghẹt bơm do sợi chỉ nhỏ Nước từ hố gom được bơm vào bể điều hòa, nơi điều chỉnh lưu lượng và bảo vệ các công trình tiếp theo Trong bể điều hòa, quá trình khuấy trộn bằng khí nén giúp giảm nhiệt độ nước, ngăn ngừa lắng cặn và làm cho các chất rắn dễ bay hơi Sau khi điều hòa, nước thải có nồng độ màu cao được bơm lên bể khuấy trộn, nơi các phần tử màu kết hợp với hóa chất keo tụ, tạo thành các bông cặn dễ lắng Phèn được bơm vào bể khuấy trộn, giúp các bông cặn kết dính lại và lắng xuống.

Nước thải sau khi đi qua bể lắng có độ màu giảm nhưng nồng độ chất hữu cơ vẫn cao, vì vậy được chuyển sang bể aerotank để xử lý triệt để Tại đây, hệ thống sục khí cung cấp oxy liên tục, duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, cho phép vi khuẩn cư trú và phát triển thành các bông cặn Sau khi xử lý hiếu khí, nước thải được chuyển sang bể lắng 2, nơi một phần bùn dư được bơm trở lại bể aerotank để duy trì nồng độ bùn Bông bùn hoạt tính sẽ lắng xuống nhờ trọng lực, và phần nước bên trên được đưa sang bể lọc sinh học hiếu khí để xử lý bổ sung Bùn sau đó được chuyển sang aerotank và bể nén bùn, nơi bùn được tách nước để giảm thể tích Bùn loãng được đưa vào ống trung tâm, dưới tác động của trọng lực, sẽ lắng và được rút ra khỏi bể bằng bơm hút bùn để đưa đến máy ép bùn.

Thiết bị lọc ép bùn dây đai là một giải pháp hiệu quả để khử nước khỏi bùn bằng cách vận hành liên tục Quy trình hoạt động bao gồm việc ổn định bùn bằng hóa chất, tách nước dưới tác dụng của trọng lực và cuối cùng là lọc ép bùn nhờ vào cơ chế truyền động cơ khí.

Ưu, nhược điểm của công nghệ

- Quy trình công nghệ đơn giản, dễ vận hành.

- Chi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng thấp.

- Công trình chiếm diện tích nhỏ.

- Chưa xử lý triệt để nếu độ màu quá cao.

- Áp dụng cho nhà máy có lưu lương thấp và vừa.

25 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

Song chắn rác

Bảng 4.1 Hệ số không điều hòa chung

Hệ số không điều hòa chung K0

Lưu lượng nước thải trung bình qtb (l/s)

Với lưu lượng 9.25 l/s, ta tính nội suy theo bảng 4.1 Kết quả là:

Lưu lượng giờ lớn nhất:

Lưu lượng giờ nhỏ nhất:

Bảng 4.2: Các thông số tính toán cho SCR

Thông số Làm sạch thủ công

Khe hở giữa các thanh, mm 16 – 50 Độ dốc theo phương đứng, (độ) 30 – 45

Tốc độ dòng chảy trong mương đặt song chắn, m/s 0,6 – 1

Tổn thất áp lực cho phép, mm ≤150

Vận tốc chảy trong mương được chọn là Vs = 0,8 m/s, với chiều rộng mương Bm = 0,5 m Kích thước thanh là 5 mm x 15 mm và khe hở giữa các thanh là 20 mm (Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, trang 31).

 Chiều cao lớp nước trong mương: max 81, 2

Giả sử song chắn rác có n thanh, có m = n + 1 khe hở.

 Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn L1:

 là góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy  o

Bm : chiều rộng của mương dẫn nước thải vào, Bm = 0,3 m

 Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác:

 Chiều dài xây dựng của phần mương đặt song chắn rác:

Trong đó Ls là chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls = 0,5m (Lâm Minh Triết, 2008).

 Tổn thất áp lực qua song chắn rác:

Trong đó: vmax: vận tốc nước thải trước song chắn ứng với chế độ Qmax, vmax=0.8m/s.

K1: hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn, K1= 2÷3, chọn K1=3.

: hệ số sức cản cuc bộ của song chắn được xác đinh theo công thức:

Bề dày của thanh song chắn được ký hiệu là b, trong khi hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn được ký hiệu là β, với giá trị β = 2,42 cho tiết diện hình chữ nhật Góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy được ký hiệu là α (Nguồn: Trịnh Xuân Lai, 2008)

Tổn thất áp lực cho phép là 152,4mm = 0,1524m Như vậy hs = 0,032m < 0,1524m thỏa điều kiện thiết kế.

 Chiều sâu xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn:

H = Hmax + hs + 0,5 = 0,08 + 0,032 + 0,5 = 0,612m với 0,5 là khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất.

Bảng 4.3: Thông số thiết kế song chắn rác và mương đặt song chắn rác

STT Tên thông số Đơn vị Số lượng

3 Chiều rộng mương dẫn nước thải m 0,3

4 Chiều rộng mương đặt song chắn rác m 0,5

5 Chiều dài mương đặt song chắn m 1

6 Chiều sâu mương đặt song chắn m 0,7

7 Bề dài thanh song chắn mm 20

8 Bề rộng thanh song chắn mm 5

Bể thu gom

 Thể tích hố thu gom nước thải:

Vb: thể tích hố thu gom. t: thời gian lưu nước trong hố thu, t = 10 ÷ 30 phút, chọn t = 15 phút.

Chọn chiều cao hố thu gom là 2,5m.

 Chọn B = 2m; L = 4,1m; chiều cao bảo vệ 0,5m  Hxd = 3m.

 Thể tích xây dựng bể:

 Tính bơm chìm để bơm nước thải:

Qmax: lưu lương nước thải (m 3 /s).

: khối lượng riêng của nước (kg/m 3 ).

 Công suất thực của máy bơm lấy bằng 120% công suất tính toán:

Tra catalog bơm chìm nước thải Tsurumi B, ta chọn 2 máy bơm chìm Tsurumi 100B45.5 công suất 5,5 kW, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng.

Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể thu gom

STT Tên thông số Đơn vị Giá trị

4 Thời gian lưu nước phút 15

5 Công suất bơm chìm kW 5,5

Bể điều hòa

Chọn thời gian lưu nước trong bể: t = 4h (t = 4 ÷ 8h)

 Thể tích bể điều hòa:

Chọn chiều cao bể 5m, chiều cao bảo vệ 0,5 m vậy chiều cao xây dựng của bể Hxd = 5,5m

 Tiết diện bể điều hòa:

 Thể tích xây dựng bể điều hòa:

Bảng 4.4: Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí

Lưu lượng khí (l/phút.cái)

Hiệu suất chuyển hoá oxy Tiêu chuẩn ở độ sâu 4.6m, % Đĩa sứ - lưới

Bản sứ - lưới Ống plastic xốp cúng bố trí:

 Hai phía theo chiều dài( dòng chảy xoắn hai bên)

 Một phía theo chiều dài

(dòng chảy xoắn một bên) Ống plastic xốp mềm bố trí:

 Một phía theo chiều dài Ống khoan lỗ bố trí:

 Chọn khuấy trộn bể điều hoà bằng hệ thống thổi khí Lưu lượng khí nén cần cấp cho bể:

Qk = R  V xây dựng = 0,9 khí m 3 /m 3 bể.phút  357,5m 3 = 321,75 m 3 /h.

R: Tốc độ khí nén, R = 10 – 15 l/m 3 phút, chọn R = 15 l/m 3 phút = 0.015 m 3 /m 3 phút = 0,9 (m 3 khí/m 3 bể.h) (Lâm Minh Triết, 2006)

 Chọn khuếch tán khí bằng đĩa sứ bố trí dạng lưới Vậy số đĩa khuếch tán là:

Trong đó: r là lưu lượng khí, chọn r = 50 l/phút đĩa = 3 m 3 /h

Bố trí đĩa trong bể cần thực hiện như sau: 14 đĩa được sắp xếp dọc theo chiều dài bể, với khoảng cách giữa các đĩa là 0,7m; hai đĩa ở phía ngoài cách tường 0,45m Đồng thời, 8 đĩa sẽ được bố trí dọc theo chiều rộng bể, mỗi đĩa cách nhau 0,8m, và các đĩa phía ngoài cũng cách tường 0,45m.

 Lưu lượng khí thực cung cấp cho bể là:

Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa Qk = 4,2 m 3 /phút = 0,07 m 3 /s Chọn 1 ống chính và 8 ống nhánh Vận tốc khí chuyển động trong ống v = 10  15 m/s chọn v m/s (Trịnh Xuân Lai, 2008).

 Chọn ống thộp mạ kẽm ỉ90.

Kiểm tra lại vận tốc:

 v khí nằm trong khoảng cho phép (10 – 15 m/s) (Trịnh Xuân Lai, 2008).

 Chọn ống thộp mạ kẽm ỉ34

 vkhí nằm trong khoảng cho phép (10 – 15 m/s) (Trịnh Xuân Lai, 2008).

 Đường kính ống dẫn nước thải vào và ra khỏi bể:

Vận tốc cho phép nước chảy trong ống : v = 0,9-1,5 m/s Chọn v =1,5 m/s

Kiểm tra lại vận tốc

 v nằm trong khoảng cho phép (0,9 – 1,5 m/s) (Trịnh Xuân Lai, 2008). Áp lực cần thiết lên máy nén khí: Hm = hl + hd + H = 0,4 + 0,5 + 5 = 5,9 mH20 = 0,59 at

Trong đó: h1: tổn thất trong ống vận chuyển khí; h1  0,4; chọn h 1 = 0,4m hd : tổn thất qua đĩa phun; hd  0,5; chọn h d = 0,5 m

 Công suất máy nén khí:

G: trọng lượng dòng không khí (kg/s),

(1,29 là khối lượng riêng của không khí ở điều kiện chuẩn)

29.7 là hệ số chuyển đổi

   η = 75% hiệu suất máy nén khí

Tra catalog máy nén khí Fusheng, ta chọn 2 máy nén khí Fusheng HTA-120H có công suất 15Hp, một bơm hoạt động, một bơm dự phòng.

 Tính bơm nước thải sang bể keo tụ:

: khối lượng riêng của nước (kg/m 3 )

Tra catalog bơm chìm nước thải Tsurumi B, ta chọn 2 máy bơm chìm Tsurumi 100B45.5 công suất 5.5kW, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng.

Bảng 4.5: Thông số thiết kế bể điều hòa

STT Tên thông số Đơn vị Giá trị

4 Ống dẫn nước vào ra mm 140

5 Lưu lượng khí cung cấp cho bể m 3 /h 322

6 Đĩa phân phối khí cái 112

7 Máy nén khí công suất (2 cái) Hp 15

8 Đường kính đĩa phân phối khí mm 325

9 Ống dẫn khí chính mm 90

10 Ống dẫn khí nhánh mm 34

11 Bơm nước thải (2 cái) kW 5,5

Bể keo tụ - tạo bông

 Thể tích trộn cơ khí:

Qtb: lưu lượng tính toán trung bình theo giờ, m 3 /h. t: thời gian lưu nước, chọn t = 2 phút.

 Kích thước bể phản ứng:

Hi: Chiều cao hữu ích của bể, chọn Hi = 1m.

Hbv: Chiều cao bảo vệ, chọn Hbv = 0,5m.

 Kích thước bể trộn vuông:

 Thể tich thực của bể:

 Dùng máy khuấy turbin 4 cánh hướng dòng nước lên trên Tính toán kích thước cánh khuấy (Trịnh Xuân Lai, 2004)

 Máy khuấy đặt cách đáy 1 khoảng hk: hk = dk = 0,6m

- Năng lượng khuấy cần truyền vào nước:

G: Gradien vận tốc cho quá trình phản ứng, G = 200 ÷ 1000 s -1 , chọn G = 800 s -1 (Trịnh Xuân Lai, 2004)

V: thể tích bể phản ứng, m 3

: độ nhớt động học của nước ở 25 o C,  = 0,001 Ns/m 2

Chọn hiêu suất của máy khuấy %.

- Số vòng quay của cánh khuấy:

K: hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy, chọn K=1,08 (Trịnh Xuân Lai, 2004) dk: đường kính cánh khuấy, m.

: khối lượng riêng của chất lỏng,  = 1000kg/m 3

- Vậy công suất của máy khấy:

- Công suất thực của máy khuấy lấy bằng 120% công suất tính toán:

Tra catalog máy khuấy chìm Tsurumi, ta chọn 2 máy khuấy Tsurumi MR3032 công suất 2,8kW, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng.

 Tính toán lượng hóa chất cho bể:

 Hóa chất điều chỉnh pH

Hệ thống xử lý nước thải sử dụng NaOH với liều lượng được điều chỉnh tự động nhằm duy trì pH tối ưu cho quá trình xử lý Hệ thống này tự động đo pH và phát tín hiệu điều chỉnh bơm hóa chất để đạt được pH 6,8 sau khi thêm phèn và khuấy trộn Các thiết bị chính bao gồm thiết bị đo pH và điện cực cáp dẫn Để hỗ trợ hệ thống, có một thùng chứa hóa chất 500L với nồng độ NaOH 10%, trong đó quá trình pha chế và khuấy trộn chủ yếu được thực hiện thủ công bởi nhân viên vận hành.

Lưu lượng PAC cần dùng:

Trong đó: a : Liều lượng phèn cho 1m 3 nước, a = 250 mg/L b : Nồng độ dung dịch phèn, b = 10%.

Q : lưu lượng nước thải trung bình giờ, m 3 /h.

Chọn 1 bơm định lượng nhãn hiệu OBL MC131 lưu lượng 132 L/h, N = 0,24 kW, điện áp 220V/50Hz

Chọn thùng nhựa bằng Composite có dung tích 500L để pha trộn PAC.

Lưu lượng Polymer cần dùng:

Trong đó : a : Liều lượng polymer cho 1m 3 nước thải a = 0,125 mg/L b : Nồng độ dung dịch polymer, b = 0,01%

Q : lưu lượng nước thải trung bình giờ, Q tb h = 8,33m 3 /h

Chọn 1 bơm định lượng nhãn hiệu OBL MC101 lưu lượng 100 L/h, N = 0,24 kW, điện áp 220V/50Hz

Chọn thùng nhựa Composite dung tích 500L để pha trộn polymer, kết hợp với thiết bị khuấy trộn sử dụng motor 4 cánh phẳng có công suất 0,37 kW và tốc độ 110 vòng/phút.

Bảng 4.6: Thông số thiết kế bể trộn cơ khí.

STT Thông số Đơn vị Giá trị

1 Lưu lượng giờ trung bình, Q tb h m 3 /h 41,67

2 Thời gian lưu nước, t phút 2

4 Chiều sâu hữu ích, Hi m 2,5

6 Thể tích thực của bể, Vt m 3 2,2

7 Kích thước cánh khuấy (lk bk) m 3 0,12 x 0,15

8 Số vòng quay của cánh khuấy, n Vòng/phút 66

9 Công suất máy khuấy, N kW 2,8

Bể được thiết kế với 3 ngăn, sử dụng các tấm chắn có lỗ khoan D = 150mm, cho phép nước chảy qua với tốc độ v = 0,1 m/s Mỗi ngăn đều được trang bị một máy khuấy, giúp khuấy trộn hiệu quả Trong bể phản ứng, năng lượng khuấy giảm dần theo từng ngăn, đồng thời kích thước các bông bùn tăng lên Giá trị Gradien vận tốc khuấy cũng giảm dần theo từng ngăn, với cường độ khuấy 3 bậc lần lượt là G1 = 70s -1, G2 = 50s -1, và G3 = 30s -1 (Trịnh Xuân Lai, 2004).

 Thể tích bể phản ứng:

Qtb: lưu lượng tính toán trung bình theo giờ, m 3 /h. t: thời gian lưu nước, t = 10 ÷ 30 phút, chọn t = 30 phút.

 Thể tích 1 ngăn phản ứng:

 Kích thước bể phản ứng:

Hi: Chiều cao hữu ích của bể, Hi = 2,5m.

Hbv: Chiều cao bảo vệ, Hbv = 0,5m.

 Kích thước 1 ngăn của bể trộn vuông:

 Thể tich thực của bể:

Bảng 4.7: Thông số thiết kế bể phản ứng.

1 Lưu lượng giờ trung bình, Q tb h m 3 /h 41,67

2 Thời gian lưu nước, t phút 30

3 Thể tích mỗi ngăn phản ứng, V m 3 7

4 Chiều sâu hữu ích, Hi m 2,5

6 Thể tích thực của bể, Vt m 3 26

 Tính toán thiết bị khuấy

Dùng máy khuấy turbin 4 cánh hướng dòng nước lên trên Tính toán kích thước cánh khuấy (Trịnh Xuân Lai, 2004)

 Máy khuấy đặt cách đáy 1 khoảng hk: hk = dk =0,8m

Năng lượng khuấy cần truyền vào nước:

G: Gradien vận tốc cho quá trình phản ứng, G1 = 70 s -1 , G2 = 50 s -1 , G3 = 30 s -1

V: thể tích 1 ngăn của bể phản ứng, m 3

: độ nhớt động học của nước ở 25 o C,  = 0,001 Ns/m 2

 Tính toán máy khuất bậc 1

- Công suất tiêu thụ của máy khuấy bậc 1:

K: hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy, chọn K = 1,08. dk: đường kính cánh khuấy, m.

: khối lượng riêng của chất lỏng, 00kg/m 3

- Chọn hiêu suất của máy khuấy % Vậy công suất của máy khấy:

Tra catalog máy khuấy chìm Tsurumi, ta chọn 2 máy khuấy Tsurumi MR3031 công suất 1,5kW, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng

 Tính toán đường dẫn nước vào bể lắng 1:

V: vận tốc nước thải, v = 0,15 ÷ 0,3m/s, chọn v = 0,3 m/s (Trịnh Xuân Lai, 2008). Kiểm tra lại vận tốc

 v nằm trong khoảng cho phép (0,15 – 0,3 m/s)

Bể lắng 1

 Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm:

Q – Lưu lượng nước vào bể lắng I (m 3 /s);

Vtt – Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30 mm/s = 0,03 m/s (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008) Chọn Vtt = 0,01 m/s;

 Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng:

� Trong đó: v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s (Điều 6.5.4 - TCXDVN 51:2006 ) Chọn v = 0,5 mm/s

 Đường kính của ống trung tâm:

 Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng:

Trong đó: v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s Chọn v

Chiều cao tính toán của vùng lắng H = 2,7 – 3,8m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008)  thỏa mãn điều kiện.

 Chiều cao phần nón của bể lắng đứng:

Trong đó: h2 – Chiều cao lớp nước trung hòa (m) h3 – Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể (m)

D – Đường kính của bể lắng, D = 6m dn – Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,6m

 - Góc nghiêng của đáy bể so với phương ngang, không lấy nhỏ hơn 50 0 (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008), chọn  = 60 0 ;

Chiều cao của ống trung tâm được xác định bằng chiều cao của vùng lắng, đạt 3,6m theo Điều 7.60 trong TCXDVN 51:2008 Đường kính miệng loe của ống trung tâm tương ứng với chiều cao phần loe, bằng 1,35 lần đường kính của ống trung tâm (Lâm Minh Triết, 2006).

1,35 1,35 1, 2 2,1 l l d  h �d  �  m Đường kính tấm chắn dòng lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe (Điều 7.60 – TCXDVN

Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17 0 (Điều 7.60 –

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:

Trong đó: vk – Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008, vk  20 mm/s) Chọn vk = 15 mm/s = 0,015 m/s;

 Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:

Chiều cao tính toán của vùng lắng được xác định là htt = 3,6m, trong khi chiều cao phần hình nón là hn = 4,7m Ngoài ra, chiều cao từ mực nước đến thành bể được tính là hbv = 0,3m, theo quy định tại Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008.

 Tính toán máng thu nước

Hệ thống máng vòng chảy tràn được thiết kế xung quanh thành bể nhằm thu nước hiệu quả Máng vòng được đặt theo chu vi vành trong của bể, với đường kính ngoài của máng tương ứng với đường kính trong của bể.

 Đường kính máng thu nước:

 Bề rộng máng thu nước:

Chiều cao máng thu nước: hm = 0,2m.

 Diện tích mặt cắt ngang của máng:

 Chiều dài máng thu nước:

 Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng:

 Đường kính ống thu nước:

Q – Lưu lượng nước thải vào bể lắng I, m 3 /s v – Vận tốc nước trong máng thu (theo cơ chế tự chảy v = 0,3 – 0,9 m/s) Chọn v = 0,6 m/s; Chọn đường kính ống thu nước Dthu = 160mm.

 Tính toán máng răng cưa

- Đường kính máng răng cưa bằng đường kính trong máng thu: rc m 4,8

- Chiều dài máng răng cưa:

- Chọn số khe trên 1m chiều dài máng răng cưa là 10 khe.

- Bề rộng răng cưa: brc = 40mm.

- Bề rộng khe: bk = 100mm.

- Chiều sâu khe = bk/2 = 100/2 = 50mm (Trịnh Xuân Lai, 2008).

- Chiều cao máng thu nước là 200mm, bề dày máng răng cưa là 5mm, máng được bắt dính với thành bể lắng.

- Tổng số khe: n10�L rc 10 15,1 151�  khe

- Lưu lượng nước qua 1 khe:

- Tải trọng thu nước trên 1 máng tràn:

Xác định hiệu quả khử BOD và SS: t b a

Trong đó: t = thời gian lưu nước a, b = Các hằng số thực nghiệm Đối với BOD5 thì a = 0,018; b= 0,02 Đối với SS thì a 0,0075; b = 0,014( Trịnh Xuân Lai, 2008)

 BOD5 ra khỏi bể lắng và đi vào bể Aerotank:

Trong đó: 350mg/L là BOD5 vào bể lắng của nước thải nghiên cứu.

 COD5 ra khỏi bể lắng và đi vào bể Aerotank:

Trong đó: 630mg/L là COD5 vào bể lắng của nước thải nghiên cứu.

 SS ra khỏi bể lắng và đi vào bể Aerotank:

Trong đó: 95mg/L là SS vào bể lắng của nước thải nghiên cứu.

 Độ màu nước thải ra khỏi bể lắng:

SS = (100%  92%)  1200 Pt-Co = 96Pt-Co

Nước thải vào bể lắng có độ màu 1200 Pt-Co, và hiệu quả xử lý màu sau bể lắng đạt 92% (Trịnh Xuân Lai, 2008).

 Lượng bùn sinh ra mỗi ngày:

1000 / gSS m m ngày kgSS ngày g kg 

Trong đó: 95mg/L là SS vào bể lắng của nước thải nghiên cứu.

 Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày:

Giả sử bùn tươi của nước thải có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm = 95%), tỉ số VSS : SS = 0,75 và khối lượng riêng bùn tươi 1,053 kg/lít (Lâm Minh Triết, 2008)

Vậy lưu lượng bùn tươi cần xử lý là:

Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học:

Mtươi(VSS) = 58 kgSS/ngày  0,75 = 43,5 kgVSS/ngày

 Tính đường ống dẫn nước thải

Chọn vận tốc nước thải trong ống là v = 1,5 m/s ( v= 1 – 2 m/s) (Trịnh Xuân Lai, 2008). Đường kính ống dẫn nước thải ra:

Chọn ống dẫn nước thải ra là ống thép mạ kẽm, có D = 110mm.

 v nằm trong khoảng cho phép (1 – 2 m/s)

Bảng 4.8: Các thông số thiết kế bể lắng I.

STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

2 Số đơn nguyên bể n bể 1

4 Chiều cao vùng lắng htt m 3,6

6 Đường kính ống trung tâm d m 1,2

7 Chiều cao phần nón hn m 4,7

9 Đường kính ống dẫn nước thải vào Dv m 110

10 Đường kính ống dẫn nước thải ra Dr m 110

11 Tổng số khe của máng răng cưa n khe 151

Bể Aerotank

Các chỉ tiêu thiết kế: (Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, 2004)

 Lượng BOD5 trong nước thải đầu vào: S0 = 290 mg/l.

 Hàm lượng SS trong nước thải đầu vào: SSvào = 185 mg/l.

 Lưu lượng nước thải trung bình trong ngày đêm: Qtb = 800 m 3 /ngày.

 Hàm lượng BOD5 trong nước thải cần đạt sau xử lý Sra = 50 mg/l.

 Nước thải sau lắng II có 65% cặn dễ phân hủy sinh học.

 Thời gian lưu bùn  c = 10 ngày.

Giả sử theo kết quả thực nghiệm tìm được các thông số động học như sau: Y 0,65mgVSS/mgBOD5; Kd = 0,05 ngày -1 ; Ks = 50mg/L (Lâm Minh Triết, 2008)

 Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank MLVSS = 3000mg/L

Hàm lượng BOD5 sau lắng đợt I giảm 34,48% Vậy hàm lượng BOD5 vào bể Aerotank là:

Trong đó: 350mg/L là BOD5 vào bể lắng của nước thải nghiên cứu.

Xác định BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ sau:

Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng

Xác định BOD5 của cặn lơ lửng ở đầu ra:

 Hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy:

 BOD của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng II:

= 32,5mg/L  (1,42 mgO2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa) = 46,15mg/L (Lâm Minh Triết, 2008).

 BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng II:

BOD5 hòa tan = tổng BOD5 – BOD5 của cặn lơ lửng = 50mg/L – 46,15mg/L = 3,85mg/L

 Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan:

 Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng cộng:

 Thể tích bể Aerotank được tính theo công thức sau: d

c: thời gian lưu bùn, chọn c = 10 ngày.

Q: lưu lượng nước thải, Q = 1000m 3 /ngày.

Y: hệ số sản lượng tế bào, Y = 0,5.

So: BOD nước thải vào bể Aerotank, So = 214mg/L.

S: nồng độ BOD hòa tan sau lắng II, S = 3,85mg/L.

X: hàm lượng tế bào chất trong bể, X = 3000mg/L. kd: hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,05 ngày -1

 Thời gian lưu nước của bể:

Bảng 4.10: Các kích thước điển hình của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn:

Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí, m 0,45 ÷ 0,75

(Lâm Minh Triết, 2008). Chọn chiều cao hữu ích H = 4,5m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m Vây chiều cao tổng cộng:

Chọn tỉ số W : H = 1,4 : 1, vậy chiều rộng bể là W = 1,4  4,5 = 6,3m

Thể tích thực của bể:

Tính lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày:

 Hệ số sản lượng quan sát Yobs tính theo phương trình: d

 Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS:

Px(VSS) = Yobs  Q  (BOD vào – BODra) = 0,333 1000m 3 /ngày  (214 – 3,85)g/m 3  10 -3 kg/g 70 kgVSS/ngày.

 Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS:

 Lượng bùn cần xử lý mỗi ngày:

Lượng bùn dư cần xử lý = tổng lượng bùn – lượng SS trôi ra khỏi lắng II

Mdư(ss) = 87,5 kgSS/ngày – 1000 m 3 /ngày  50g/m 3  10 -3 kg/g = 37,5 kgSS/ngày.

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

Mdư(vss) = 37,5 kgSS/ngày  0,8 = 30 kgVSS/ngày

Giả sử bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn 0,8% và khối lượng riêng 1,008 kg/L, ta cần tính toán lưu lượng bùn cần xử lý.

 Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank:

 Dựa vào sự cân bằng sinh khối quanh bể Aerotank, xác định tỉ lệ bùn tuần hoàn dựa trên phương trình cân bằng sinh khối:

Xo: hàm lượng căn lơ lửng đầu vào

Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn, m 3 /ngày.

Xo: hàm lượng SS của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn, mg/L

X: hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank, mgMLSS/L

Tron thực tế nồng độ bùn hoat tính đi vào bể Xo là không đáng kể, ta có:

Trong đó: α: hệ số tuần hoàn, α = Qr/Q

 Lưu lượng bùn tuần hoàn:

 Kiểm tra tải trọng thể tích LBOD và tỉ số F/M

� Trị số này nằm trong khoảng cho phép LBOD = 0,8 ÷ 1,9

Trị số này nằm trong khoảng cho phép, F/M = 0,2 ÷ 0,6 ngày -1

 Giả sử BOD5 = 0,68 BODL, vậy khối lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính là:

 Nhu cầu oxy hóa cho quá trình:

M M  �P = 309kg/ngày  (1,42kgO2/kgVSS  70kgVSS/ngày) 210kgO2/ngày

 Giả sử không khí có 23,2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng không khí là 1,2kg/m 3 Vây lượng không khí lí thuyết cho quá trình là:

 Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn:

� Trị số này nằm trong khoảng cho phép q = 20 ÷ 40 L/m 3 phút (Trịnh Xuân Lai, 2008)

 Lưu lượng khí cần thiết cho máy thổi khí:

� f: hệ số an toàn, f = 1,5 ÷ 2, chọn f = 2 (Trịnh Xuân Lai, 2008)

 Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén được xác định theo công thức: ct d c f

Trong hệ thống ống dẫn, tổn thất áp lực được chia thành ba loại chính: tổn thất do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (hd), tổn thất cục bộ (hc) và tổn thất qua thiết bị phân phối (hf) Trong đó, tổn thất qua thiết bị phân phối được giới hạn ở mức tối đa là 0,5m, và chúng ta chọn giá trị hf = 0,5m để tính toán.

Tổng hd + hc  0,4m, chọn h d + hc = 0,4m.

Vậy áp lực cần thiết là: H ct 0,4 0,5 4,5 5,4     m Áp lực không khí sẽ là:

Công suất máy thổi khí được tính theo công thức:

Qkk – Lưu lượng không khí, Qkk = 0,19 m 3 /s; η – Hiệu suất máy thổi khí, η = 0,7 – 0,9 Chọn η = 0,8;

- Công suất thực của máy thổi khí lấy bằng 120% công suất tính toán:

 Chọn 2 máy thổi khí thổi khí Tsurumi RSR-125 có công suất 15kW, 1 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng.

 Tính toán thiết bị phân phối khí

Bảng 4.9: Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí

Cách bố trí Lưu lượng khí

(l/phút.cái) Hiệu suất chuyển hoá oxy

Tiêu chuẩn ở độ sâu 4.6m, % Đĩa sứ - lưới

Bản sứ - lưới Ống plastic xốp cúng bố trí:

 Hai phía theo chiều dài( dòng chảy xoắn hai bên)

 Một phía theo chiều dài(dòng chảy xoắn một bên) Ống plastic xốp mềm bố trí:

 Một phía theo chiều dài Ống khoan lỗ bố trí:

15 – 19Nguồn: Lâm Minh Triết, 2008Chọn khuếch tán khí bằng đĩa sứ bố trí dạng lưới Vậy số đĩa khuếch tán là:

Trong đó r : Lưu lượng khí, chọn r = 96 l/phút đĩa = 5,76 m 3 /h.đĩa

Chọn đường kính đĩa D = 270mm Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều cao hữu ích của bể H = 3m (đặt sát đáy bể).

Diện tích bề mặt đĩa:

 Tính toán đường ống dẫn nước thải

Chọn vận tốc nước thải trong ống: v = 2 m/s (v = 1 – 2 m/s) (Lâm Minh Triết, 2006).

Lưu lượng nước thải ra khỏi bể Aerotank hay vào bể lắng II:

 Đường kính ống dẫn nước thải:

Chọn ống dẫn nước thải là ống thép mạ kẽm, có D = 125 mm.

 vkhí nằm trong khoảng cho phép (1 – 2 m/s) (Lâm Minh Triết, 2006).

 Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn

Chọn vận tốc bùn trong ống: v = 0,7 m/s ( v = 0,3 – 0,7 m/s) Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

Chọn ống dẫn bùn tuần hoàn là ống thép mạ kẽm, có D = 160 mm.

 Tính đường ống dẫn khí chính

Lưu lượng khí trong ống chính: Q kk  0,18 m s 3 /  648 m 3 / h

Vận tốc khí đi trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 10 – 15 m/s Chọn vkhí = 15 m/s (Trịnh Xuân Lai, 2008). Đường kính ống dẫn khí chính:

Chọn ống dẫn khí chính là ống thép mạ kẽm có D = 140 mm

 v khí nằm trong khoảng cho phép (10 – 15 m/s)

 Tính đường ống dẫn khí nhánh

Với diện tích dáy bể là 6,3 x 8,3m, ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều dài bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 20cm.

Chọn số ống nhánh dẫn khí là Nnh = 6.

Số lượng đĩa trên 1 nhánh:

N   đĩa Vậy số lượng đĩa trên 1 nhánh là 12 đĩa.

Để bố trí các đĩa trong bể, cần sắp xếp 12 đĩa dọc theo chiều dài, mỗi đĩa cách nhau 0,7m, với 2 đĩa ngoài cùng cách tường 0,3m Bên cạnh đó, 10 đĩa sẽ được bố trí dọc theo chiều ngang, mỗi đĩa cách nhau 0,6m, và 2 đĩa ngoài cùng cách tường 0,45m.

Trụ đỡ đặt giữa 2 đĩa kế tiếp nhau trên 1 nhánh ống, kích thước trụ đỡ: B x L x H = 0,2m x 0,2m x 0,2m.

Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh:

Chọn vận tốc khí trong ống nhánh là vkhí = 15 m/s (Trịnh Xuân Lai, 2008). Đường kính ống dẫn khí nhánh:

Chọn ống dẫn khí nhánh là ống thép mạ kẽm có D = 42mm

 v khí nằm trong khoảng cho phép (10 – 15 m/s)

 Tính toán bơm bùn tuần hoàn

Lưu lượng bơm: Qr = 880m 3 /ngày = 36,7m 3 /h

Trong đó: h: Hiệu suất chung của bơm, η = 0,7 – 0,9 Chọn η = 0,8; ρ: Khối lượng riêng của bùn, ρ = 1020 kg/m 3 ;

Công suất thực của máy bơm bằng 120% công suất tính toán:

Chọn 2 máy bơm Tsurumi KRS-43 công suất 3kW, 1 máy hoạt động, 1 máy dự phòng.

Bảng 4.10 : Các thông số thiết kế bể Aerotank

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

2 Kích thước của bể Chiều dài L m 8,3

Chiều cao xây dựng Hxd m 5

3 Thể tích xây dựng của bể Wt m 3 235

4 Đường kính ống dẫn nước thải Dv mm 125

5 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn Dt mm 160

6 Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 140

7 Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn mm 42

8 Số đĩa phân phối khí n đĩa 120

9 Công suất máy thổi khí Nkhí kW 11

10 Công suất máy bơm bùn Nbùn kW 3

Bể lắng II

 Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm tính theo công thức:

Q: Lưu lượng nước vào bể lắng II (m 3 /s);

Qt: Lưu lượng bùn tuần hoàn (m 3 /s)

Vtt: Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30 mm/s 0,03 m/s (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008) Chọn Vtt = 0,01 m/s;

 Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng:

Trong đó: v: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s (Điều 6.5.4 - TCXDVN 51:2006 ) Chọn v = 0,5 mm/s

 Đường kính bể tính theo công thức:

 Đường kính của ống trung tâm:

Trong đó: f: Diện tích tiết diện ống trung tâm của bể (m 2 )

 Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng:

Trong đó: v: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s Chọn v 0,0005 m/s; t: Thời gian lắng, t = 1,5 – 2,5h Chọn t = 2h.

Chiều cao tính toán của vùng lắng H = 2,7 – 3,8m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008)  thỏa mãn điều kiện.

 Chiều cao phần nón của bể lắng đứng:

Trong đó: h2: Chiều cao lớp nước trung hòa (m) h3: Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể (m)

D: Đường kính của bể lắng, D = 6,7m dn: Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,6m

 - Góc nghiêng của đáy bể so với phương ngang, không lấy nhỏ hơn 50 0 (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008), chọn  = 60 0 ;

Chiều cao của ống trung tâm được xác định bằng chiều cao của vùng lắng, đạt 3,6m theo Điều 7.60 trong TCXDVN 51:2008 Đường kính miệng loe của ống trung tâm bằng chiều cao phần loe, tương ứng với 1,35 lần đường kính của ống trung tâm (Lâm Minh Triết, 2006).

1,35 1,35 1,7 2,3 l l d  h �d  �  m Đường kính tấm chắn dòng lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe (Điều 7.60 – TCXDVN

Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17 0 (Điều 7.60 –

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:

Trong đó: vk: Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008, vk  20 mm/s) Chọn vk = 15 mm/s = 0,015 m/s;

 Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:

Chiều cao tính toán của vùng lắng được xác định là 3,6m, trong khi chiều cao phần hình nón là 6m Ngoài ra, chiều cao từ mực nước đến thành bể được quy định là 0,3m theo Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008.

 Tính toán máng thu nước:

Hệ thống máng vòng chảy tràn được thiết kế xung quanh thành bể nhằm thu nước hiệu quả Máng vòng được đặt theo chu vi vành trong của bể, với đường kính ngoài của máng tương ứng với đường kính trong của bể.

 Đường kính máng thu nước:

 Bề rộng máng thu nước:

Chiều cao máng thu nước: hm = 0,2m.

 Diện tích mặt cắt ngang của máng:

 Chiều dài máng thu nước:

 Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng:

 Đường kính ống thu nước:

Q: Lưu lượng nước thải vào bể lắng II, Q = 0,0175 m 3 /s; v: Vận tốc nước trong máng thu (theo cơ chế tự chảy v = 0,3 – 0,9 m/s) Chọn v = 0,6 m/s;

Chọn đường kính ống thu nước Dthu = 225mm.

 Đường kính máng răng cưa bằng đường kính trong máng thu rc m 6

 Chiều dài máng răng cưa:

Chọn số khe trên 1m chiều dài máng răng cưa là 10 khe.

Bề rộng răng cưa: brc = 40mm.

Bề rộng khe: bk = 100mm.

Chiều sâu khe = bk/2 = 100/2 = 50mm (Trịnh Xuân Lai, 2000).

Chiều cao máng thu nước là 200mm, bề dày máng răng cưa là 5mm, máng được bắt dính với thành bể lắng.

Tổng số khe: n10�L rc 10 18,8 188�  khe

 Lưu lượng nước qua 1 khe:

 Tải trọng thu nước trên 1 máng tràn:

 Tính đường ống dẫn nước thải Đường kính ống dẫn nước thải vào lấy bằng đường kính ống dẫn nước ra từ bể Aerotank Dv 125mm.

Chọn vận tốc nước thải trong ống là v = 1,5 m/s ( v = 1 – 2 m/s) (Trịnh Xuân Lai, 2000). Đường kính ống dẫn nước thải ra:

Chọn ống dẫn nước thải ra là ống PVC, có D = 100mm.

 v nằm trong khoảng cho phép (1 – 2 m/s)

 Tính đường ống dẫn bùn

Chọn vận tốc bùn chảy trong ống là v = 0,7 m/s (v = 0,3 – 0,7 m/s)

Qt: Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn về bể Aerotank, Qt = 880 m 3 /ngđ;

Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn 0,8% và khối lượng riêng 1,008 kg/l, ta cần tính toán lưu lượng bùn dư cần xử lý.

Vậy lưu lượng bùn là:

Q b    m ngđ  m h m s Đường kính ống dẫn bùn: Q b  889 m ngày 3 /  37 m h 3 / 0, 62  m 3 / phút

Chọn ống dẫn bùn là ống PVC, có D = 140mm

 Tính toán bơm bùn dư về bể chứa bùn

Công suất thực của máy bơm bằng 120% công suất tính toán:

Chọn 2 máy bơm bùn TSURUMI KRC-43 công suất 3 kW, 1 máy hoạt động, 1 máy dự phòng. Bảng 4.11 Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng II ( bể lắng đứng)

2 Số đơn nguyên bể n bể 1

4 Chiều cao vùng lắng htt m 3,6

6 Đường kính ống trung tâm d m 1,7

7 Chiều cao phần nón hn m 6

9 Đường kính ống dẫn nước thải vào Dv m 100

10 Đường kính ống dẫn nước thải ra Dr m 100

11 Đường kính ống dẫn bùn Db m 140

12 Công suất bơm bùn dư N kW 3

13 Tổng số khe của máng răng cưa n khe 188

Bể lọc áp lực

Giả sử chọn bể lọc áp lực 2 lớp:

 Lớp than hoạt tính Anthracite

Chiều cao lớp cát h1 = 0,3m, đường kính hiệu quả d1 = 0,5mm, hệ số đồng nhất U1 = 1,5. Chiều cao lớp than h2 = 0,45m, đường kính hiệu quả d2 = 1,2mm, hệ số đồng nhất U2 1,6.

Diện tích bề mặt bể lọc:

Đường kính bể lọc áp lực:

Khoảng cách từ bề mặt vật liệu lọc dến miệng phễu phun nước rửa: h = HVL  e + 0,25

HVL: Chiều cao lớp vật liệu lọc. e: độ giãn nở lớp vật liệu lọc khi rửa ngược, e = 0,25 ÷ 0,5, chọn e = 0,5.

Chiều cao tổng cộng bể lọc áp lực:

Trong đó: hbv: chiều cao an toàn, chọn hbv = 0,25m. hthu: chiều cao phần thu nước (tính từ mặt chụp lọc đến đáy bể), chọn hthu = 0,3m

Lượng nước rửa lọc có thể tính toán theo Lâm Minh Triết, 2008

Dựa vào đường kính hiệu quả của cát và than anthracite có thể chọn tốc độ rửa nước vnước = 0,35m 3 /m 2 phút, tốc độ khí là vkhí = 1 m 3 /m 2 phút.

Rửa ngược được chia làm 3 giai đoạn

 Rửa khí có tốc độ vkhí = 1 m 3 /m 2 phút trong thời gian t = 1 ÷ 2 phút, chọn t = 2 phút.

 Rửa khí và nước trong thời gian t = 4 ÷ 5 phút, Chọn t = 5 phút

 Rửa ngược bằng nước trong khoảng thời gian t = 4 ÷ 5 phút, chọn t = 5 phút, với tốc độ rửa vnước = 0,35m 3 /m 2 phút.

 Tổng thời gian rửa ngược bằng nước: t nước = 5 + 5 = 10 phút

Tổng thời gian rửa ngược bằng khí: tkhí= 5 + 2 = 7 phút

Lượng nước cần thiết để rửa ngược 1 bể lọc:

Lưu lượng máy thổi khí:

Công suất máy thổi khí được tính theo công thức:

Qkk – Lưu lượng không khí, Qkk = 0,19 m 3 /s; η – Hiệu suất máy thổi khí, η = 0,7 – 0,9 Chọn η = 0,8;

- Công suất thực của máy thổi khí lấy bằng 120% công suất tính toán:

 Chọn 2 máy thổi khí thổi khí Tsurumi RSR-50 có công suất 3,7kW, 1 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng.

Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc sạch (đầu chu kỳ lọc) được xác định theo công thức của Hazen:

C: hệ số nén ép C = 600 ÷ 1200 tùy thuộc vào tính đồng nhất và sạch. t o : nhiệt độ nước, o C. d10: đường kính hiệu quả, mm.

Vh: tốc độ lọc, m/ngày.

L: chiều dài lớp vật liệu lọc, m. Đối với lớp lọc cát:

� Đối với lớp lọc than anthracite:

Tổng tổn thất áp lực qua hai lớp vật liệu lọc: h = 0,18 + 0,047 = 0,23m

Bảng 4.11 : Thông số thiết kế bể lọc áp lực

2 Số lớp vật liệu lọc Lớp 2

4 Chiều cao lớp lọc cát m 0,3

5 Chiều cao lớp than Anthracite m 0,45

7 Lượng nước rửa lọc m 3 /bể 6

Bể khử trùng

Sau khi hoàn thành các giai đoạn xử lý cơ học và sinh học, nồng độ ô nhiễm được giảm đáng kể và số lượng vi khuẩn cũng giảm từ 80-95% Tuy nhiên, lượng vi khuẩn vẫn còn cao, do đó cần thiết phải thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải để bảo vệ nguồn nước Phương pháp khử trùng nước thải có thể bao gồm Chlor hóa, ozon hóa và khử trùng bằng tia hồng ngoại UV, trong đó Chlor hóa được ưa chuộng do tính đơn giản, chi phí thấp và hiệu quả chấp nhận được.

Tính toán kích thước bể

Thể tích bể tiếp xúc:

Q: Lưu lượng nước thải đưa vào bể tiếp xúc (m 3 /h); t: Thời gian tiếp xúc, chọn thời gian tiếp xúc t = 30 phút (Điều 7.200 - TCXDVN 51:2008)

Chọn chiều sâu lớp nước trong bể H = 1m Diện tích mặt thoáng của bể tiếp xúc sẽ là:

Chọn chiều cao bảo vệ bể hbv = 0,5m

Chiều cao xây dựng Hxd = 1m + 0,5m = 1,5

Tỷ lệ B : H = 1 : 1, vậy chiểu rộng B = 1m

L/B = 20,8/1 = 20,8 > 10 (thỏa điều kiện)(Lâm Minh Triết, 2006)

Chọn bể tiếp xúc gồm 4 ngăn zic zac, diện tích mỗi ngăn:

Tính toán đường ống dẫn nước thải

Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống là v = 1,5 m/s (v = 1 – 2 m/s) (Lâm Minh Triết, 2006) Đường kính ống dẫn nước thải:

Chọn ống dẫn nước thải vào và ra của bể khử trùng là ống PVC, có D = 110mm.

 v nằm trong khoảng cho phép (1,5 –2 m/s)

Tính hóa chất khử trùng

Trong đó: a: là liều lượng Chlorine cho vào khử trùng đối với nước thải sau xử lý bùn hoạt tính là 3 – 10 g/m 3 (Lâm Minh Triết, 2006) Chọn a = 3 g/ m 3

Bảng 4.12: Các thông số thiết kế bể tiếp xúc khử trùng

1 Thời gian tiếp xúc t phút 30

2 Kích thước của bể Chiều dài L m 20,8

Chiều cao xây dựng Hxd m 1,5

3 Số ngăn của bể ngăn 4

4 Đường ống dẫn nước thải D m 110

5 Lượng Chlorine sử dụng X g/ngày 3000

Bể nén bùn

Bùn dư từ bể lắng đợt II được chuyển đến bể nén bùn, nơi trọng lực giúp bùn lắng và kết chặt lại Sau quá trình nén, bùn sẽ được thu hồi từ đáy bể.

Khối lượng cặn chuyển tới bể nén bùn bun hh bun w s

Vhh : Là hỗn hợp nước và bùn xả từ bể lắng 2

Sbun : Là tỉ trọng bùn so với nước Sbun = 1,005

 w : Là khối lượng riêng của nước  w = 1000kg/m 3

Ps : Nồng độ cặn tính theo cặn khô, % Ps = 0,8 – 2,5% ( Lâm Minh Triết, 2006) Chọn

Lượng bùn cực đại dẫn tới bể nén bùn max bun 1, 2 113 135,6 /

Trong đó: k là hệ số không điều hòa tháng của bùn hoạt tính dư k =1,15 - 1,2 Chọn k = 1,2.

Diện tích bể nén bùn max 135,6 2

U: Tải trọng chất rắn, U = 29– 49 (kg/m 2 ngày) chọn U = 40 (kg/m 2 ngày)

Diện tích bể nén bùn tính luôn phần ống trung tâm

Đường kính bể nén bùn

Đường kính ống trung tâm

Đường kính phần loe của ống trung tâm d1 = 1,35 × d = 1,35 × 0,4 = 0,6m

Chiều cao phần lắng của bể

Trong đó: t : Là thời gian lưu bùn trong bể nén Chọn t = 10h. v : Là vận tốc bùn dâng v = 0,05mm/s ( v � 0, 1 m s / )

 Chiều cao phần nón với góc nghiêng 45 o , đường kính bể D = 2,3m và chọn đường kính của đáy bể 0,6m sẽ bằng:

Chiều cao phần bùn hoạt tính đã nén :

Ho: Khoảng cách từ đáy ống loe đến tâm tấm chắn, ho = 0.25 – 0.5 m, chọn Ho =0.25m

Hth : Chiều cao lớp trung hoà, hth = 0.3m

Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn

Hlắng : Là chiều cao phần lắng của bể

Hn : Là chiều cao phần nón với góc nghiêng 45 o

H1: Là khoảng cách từ mực nước trong bể đến thành bể, chọn H1 = 0.4m

Nước tách ra trong bể nén bùn được đưa về bể điều hoà để tiếp tục xử lý.

Tính toán ống dẫn bùn vào

Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 0,6m/s

Lưu lượng bùn Qb = 8,7 m 3 /ngày Đường kính ống dẫn bùn:

Chọn ống nhựa PVC có D = 21mm

Lượng bùn thải ra sau khi nén ép

Qb: Lưu lượng bùn vào bể nén bùn, Qb = 7,5 m 3 /ngày

P1: Độ ẩm của bùn ban đầu, P1= 99%

P2: Độ ẩm của bùn sau khi nén, P2 = 96%

Lượng nước ép bùn sinh ra từ bể nén bùn

Tính toán máng thu nước

Hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể được thiết kế để thu nước hiệu quả Máng vòng được đặt theo chu vi của vành trong bể, với đường kính ngoài của máng tương ứng với đường kính trong của bể Việc xác định đường kính máng thu nước là yếu tố quan trọng trong thiết kế này.

Bề rộng máng thu nước:

Chiều cao máng thu nước: Hm = 0,2m.

Diện tích mặt cắt ngang của máng:

Chiều dài máng thu nước:

L �D �  m Đường kính ống thu nước:

Qn: Lưu lượng nước thải sau khi nén bùn, Qn = 6,5 m 3 /ngày v: Vận tốc nước trong máng thu (theo cơ chế tự chảy v = 0,3 – 0,9 m/s) Chọn v = 0,6 m/s

Chọn đường kính ống thu nước có D = 21mm

Tính toán máng răng cưa Đường kính máng răng cưa bằng đường kính trong máng thu rc m 1,9

Chiều dài máng răng cưa:

Chọn số khe trên 1m chiều dài máng răng cưa là 10 khe.

Bề rộng răng cưa: brc = 40mm.

Bề rộng khe: bk = 100mm.

Chiều sâu khe = bk/2 = 100/2 = 50mm (Trịnh Xuân Lai, 2000).

Chiều cao máng thu nước là 200mm, bề dày máng răng cưa là 5mm, máng được bắt dính với thành bể lắng.

Tổng số khe: n10�L rc 10 6 60� khe

Lưu lượng nước qua 1 khe:

Tải trọng thu nước trên 1 máng tràn:

Bảng 4.13: Các thông số thiết kế bể nén bùn.

Thông số Đơn vị Giá trị

Lượng bùn tối đa dẫn tới bể nén bùn là 113 kg/ngày, với đường kính bể nén bùn là 2,3 m Đường kính ống trung tâm đạt 0,4 m, trong khi đường kính phần loe của ống trung tâm là 0,6 m Cuối cùng, đường kính tấm chắn là 0,8 m.

Chiều cao phần lắng, hl m 1,8

Chiều cao phần bùn nén, Hb m 0,4

Chiều cao tổng cộng bể nén bùn, Htc m 3,1

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	4,41 MB