Thiết kế trạm xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi heo newhope bình phước công suất 300 000 con

Luận văn công nghệ kỹ thuật môi trường Thiết kế trạm xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi heo newhope bình phước công suất 300 000 con Luận văn công nghệ kỹ thuật môi trường Thiết kế trạm xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi heo newhope bình phước công suất 300 000 con Luận văn công nghệ kỹ thuật môi trường Thiết kế trạm xử lý nước thải cho trang trại chăn nuôi heo newhope bình phước công suất 300 000 con

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Điều kiện tự nhiên và kinh tế ở địa phương

Nhiệt độ: bình quân trong năm cao đều và ổn định từ 25,8 - 26,2 o C Nhiệt độ bình quân thấp nhất 21,5 – 22 o C Nhiệt độ bình quân cao nhất từ 31,7 – 32,2°C

Tổng số giờ nắng: trong năm từ 2400 - 2500 giờ Số giờ nắng bình quân trong ngày từ 6,2 – 6,6 giờ

Bình Phước có địa hình cao với mạng lưới sông suối dày đặc, khoảng 0,7 - 0,8 km/km², nơi bắt nguồn của nhiều sông như sông Bé, sông Đồng Nai và sông Sài Gòn Tất cả các sông suối ở đây đều thuộc hệ thống sông Đồng Nai, do đó, chế độ thủy văn của Bình Phước có ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực miền Đông Nam Bộ.

Phương pháp quản lý trại chăn nuôi

Phương thức sản xuất tại trang trại lợn nái và trang trại vỗ béo heo con được quản lý riêng biệt, với việc áp dụng công nghệ tự động hóa hoàn toàn Hệ thống tự động này không chỉ làm sạch chuồng mà còn cung cấp thức ăn cho heo con một cách tự động, đảm bảo hiệu quả và vệ sinh trong quá trình chăn nuôi.

1.3.1.Quy trình chăn nuôi heo

Heo nái được phối giống nhân tạo → Heo con → Heo cai sữa → Heo thịt → Xuất chồng khi đạt đủ trọng lượng

Thuyết minh quy trình chăn nuôi:

Heo đực được chọn lọc kỹ lưỡng để làm giống, sau đó sẽ lấy giống và thực hiện phối giống nhân tạo với heo nái nhằm nâng cao hiệu quả sinh sản.

Heo con sau khi sinh ra sẽ được nuôi chung với heo mẹ cho đến khi đạt trọng lượng đủ Khi đủ cân nặng, heo con sẽ được tách ra và nuôi cùng với những đàn heo con khác.

- Sau khi cai sữa heo sẽ bắt đầu được ăn cám đến khi đạt đủ trọng lượng và sau đó xuất chuồng

- Toàn bộ quá trình bắt đầu từ lúc sinh ra đến xuất chuồng mất khoảng 6 tháng

1.3.2.Vệ sinh chuồng trại

Nước vệ sinh chuồng trại được thu riêng qua hố lắng và dẫn về hầm Biogas, trong khi nước tắm rửa, nước vệ sinh dụng cụ và chế biến thức ăn sẽ chảy vào máng thu và được chuyển đến hồ điều hòa.

Lượng thức ăn được cung cấp dựa theo trọng lượng của heo nên lượng phân thải ra cũng sẽ thay đổi theo trọng lượng của chúng

Mặc dù khối lượng chất thải có sự khác nhau, nhưng do sử dụng chung một loại thức ăn và nguồn nước, nồng độ chất thải trong phân và nước sẽ không có sự khác biệt đáng kể.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải

2.1.1.Phương pháp xử lý cơ học

Việc tách các chất thải rắn lớn khỏi nước thải là cần thiết để xử lý riêng, giúp giảm tải và nâng cao hiệu quả cho các công trình xử lý phía sau, đồng thời bảo vệ các thiết bị bơm và máy khuấy Hiện nay, có nhiều phương pháp như sử dụng song chắn rác, lắng cặn thô và hồ điều hòa để thực hiện quá trình này.

Nước thải khi đi qua các công trình xử lý sẽ không thay đổi tính chất hóa học hay sinh học của nó Dù vậy, các công trình này vẫn là yếu tố bắt buộc trong sơ đồ công nghệ xử lý nước thải.

Thường đặt ở đầu hệ thống xử lý nước thải và được chia làm 2 loại:

Song chắn rác thô là các thanh sắt được lắp đặt song song, với khoảng cách lớn hơn 2 mm, nhằm mục đích loại bỏ các vật thể có kích thước lớn trong nước thải.

Song chắn rác tinh: là những tấm lưới có lỗ nhỏ hơn 2 mm dùng để tách những vật thể nhỏ hơn đi lọt qua song chắn rác thô

Bể tách mỡ được sử dụng để tách và thu gom các loại mỡ động thực vật cũng như dầu có trong nước thải Thường được lắp đặt trong các bếp ăn của khách sạn, trường học và bệnh viện, bể tách mỡ được xây dựng từ gạch, bê tông cốt thép hoặc nhựa composite Chúng thường được đặt bên trong nhà, gần các thiết bị thoát nước, hoặc ngoài sân gần khu vực bếp ăn, nhằm tách dầu mỡ trước khi xả vào hệ thống thoát nước bên ngoài cùng với các loại nước thải khác.

Mỡ có trọng lượng nhẹ hơn nước, vì vậy mỡ động vật trong nước thải thường nổi lên bề mặt do kích thước lớn Việc tách mỡ này trở nên đơn giản với miếng gạt mỡ nổi.

Lưu lượng và nồng độ nước thải thường xuyên thay đổi, gây ra sự không ổn định trong hệ thống xử lý Điều này có thể dẫn đến quá tải cho các công trình xử lý phía sau Để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả xử lý tốt nhất, việc sử dụng hồ điều hòa là cần thiết nhằm cân bằng lưu lượng và nồng độ chất thải cho các công trình tiếp theo.

Bể lắng cát là thiết bị quan trọng dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nước, như cát và sỏi, ra khỏi nước thải Sau khi lắng, cát được đưa đi phơi khô và thường được tái sử dụng trong các mục đích xây dựng.

Bể lọc là thiết bị dùng để tách các chất lơ lửng kích thước nhỏ trong nước thải bằng cách cho nước đi qua lớp vật liệu lọc Thiết bị này chủ yếu được áp dụng cho một số loại nước thải công nghiệp Quá trình phân tách diễn ra nhờ vào vách ngăn xốp, cho phép nước đi qua trong khi giữ lại các pha phân tán, dưới tác dụng của áp suất cột nước.

2.1.2.Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp xử lý sinh học là việc sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thông qua quá trình oxy hóa sinh hóa Phương pháp này có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí (có oxy) hoặc kỵ khí (không có oxy) Đối với các chất vô cơ trong nước thải, phương pháp này giúp khử các chất chưa được oxy hóa hoàn toàn Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa bao gồm khí CO2, nước và nitơ Hiện nay, vi sinh vật đã được xác nhận có khả năng phân hủy tất cả các chất hữu cơ tự nhiên và nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo.

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước:

 Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hoà tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh

Quá trình xử lý nước thải tạo ra các bông cặn sinh học bao gồm tế bào vi sinh vật và chất keo vô cơ Các bông cặn này được loại bỏ khỏi nước thải thông qua quá trình lắng, giúp cải thiện chất lượng nước.

Các quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các hệ thống xử lý nhân tạo, điều kiện được tối ưu hóa để tăng cường quá trình oxy hóa sinh học, từ đó nâng cao tốc độ và hiệu suất xử lý Tùy thuộc vào trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể được phân loại thành nhiều dạng khác nhau.

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật lơ lửng chủ yếu được sử dụng để 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 hủy hiếu khí Trong số các phương pháp này, bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất.

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

 Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí

Sử dụng vi sinh vật hiếu khí để xử lý nước thải là một phương pháp hiệu quả, yêu cầu cung cấp đủ oxy cho vi sinh vật hoạt động Những vi sinh vật này sẽ tận dụng chất thải trong nước làm nguồn dinh dưỡng để phát triển Các loại bể hiếu khí thường được áp dụng trong quá trình này.

Bể Aerotank có hình tứ giác, chiều cao trung bình khoảng 4 m, chứa hỗn hợp bùn và nước thải Oxy được cung cấp qua máy thổi khí, dẫn qua hệ thống ống và đi qua đĩa thổi khí, chuyển đổi thành các hạt khí mịn Quá trình này không chỉ tạo điều kiện sống cho vi sinh vật mà còn giúp khuấy trộn chất thải trong nước, tăng cường khả năng tiếp xúc của vi sinh vật với chất thải.

Các công trình xử lý sinh học có thể áp dụng cho xử lý nước thải chăn nuôi heo

Bể điều hòa đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì dòng thải và nồng độ ổn định cho các công trình xử lý, giúp khắc phục sự cố vận hành do dao động nồng độ và lưu lượng nước thải, từ đó nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý sinh học Bể điều hòa có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau.

Bể điều hòa lưu lượng

Bể điều hòa nồng độ

Bể điều hòa cả lưu lượng và nồng độ

Bể lắng được sử dụng để tách các chất không tan lơ lửng trong nước thải dựa trên nguyên tắc trọng lực Các bể lắng có thể được bố trí nối tiếp để tối ưu hóa quá trình lắng Quá trình lắng hiệu quả có khả năng loại bỏ đến một tỷ lệ lớn các chất ô nhiễm trong nước thải.

90-95% lượng cặn trong nước thải cần được xử lý hiệu quả Quá trình này rất quan trọng trong xử lý nước thải, thường được thực hiện qua hai giai đoạn: xử lý ban đầu và xử lý sinh học Để tăng cường hiệu quả lắng, có thể bổ sung chất đông tụ sinh học Bể lắng được phân thành ba loại khác nhau.

- Bể lắng đứng: mặt bằng hình tròn hoặc hình vuông, trong bể lắng hình tròn nước chuyển động theo phương bán kính

Bể lắng ly tâm là một hệ thống xử lý nước thải có mặt bằng hình tròn, nơi nước thải được dẫn vào từ tâm và di chuyển ra thành bể Quá trình này giúp tách các chất lơ lửng trong nước thải, sau đó thu gom qua máng tập trung để dẫn ra ngoài.

Phương pháp xử lý kỵ khí đơn giản này phổ biến tại hầu hết các cơ sở chăn nuôi, từ quy mô trang trại đến hộ gia đình Bể biogas mang lại ưu điểm nổi bật là sản xuất nguồn năng lượng khí sinh học, giúp thay thế một phần các nguồn năng lượng khác.

Trong bể biogas, các chất hữu cơ được phân hủy một phần, giúp giảm hàm lượng chất hữu cơ và mùi trong nước thải Bùn cặn từ bể biogas có thể được sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp, đồng thời cung cấp nguồn năng lượng mới, góp phần giảm thiểu chặt phá rừng và bảo vệ môi trường Khí biogas không chỉ là nguồn năng lượng tiềm năng cho tương lai mà còn hỗ trợ trong việc bảo vệ môi trường và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên.

 Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)

Bể UASB là một hệ thống xử lý nước thải có cấu trúc đặc biệt với lớp bùn ở đáy, đi kèm với hệ thống tách và thu khí, trong khi nước thải được phân phối từ dưới lên để đi qua lớp bùn.

Trong bùn, vi sinh vật kỵ khí với mật độ cao đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Bên trong bể UASB, các tấm chắn được thiết kế để ngăn chặn bùn bị cuốn theo nước đầu ra, đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải.

Cả ba quá trình phân hủy, lắng bùn và tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình, tạo ra hiệu quả tối ưu Sau khi hoạt động ổn định trong bể UASB, loại bùn hạt hình thành có mật độ vi sinh rất cao, hoạt tính mạnh và tốc độ lắng vượt trội so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.

Vi khuẩn bám lên bông cặn trong nước thải, phát triển thành bông bùn có khả năng phân hủy chất hữu cơ Những bông bùn này được cung cấp oxy cưỡng bức, đảm bảo đủ lượng oxy cho quá trình phân hủy và duy trì trạng thái lơ lửng Qua thời gian, bông bùn lớn lên nhờ hấp phụ các chất rắn lơ lửng, tế bào vi sinh vật và động vật nguyên sinh, từ đó giúp làm sạch nước thải hiệu quả.

Xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng bể Aerotank mang lại nhiều ưu điểm như tiết kiệm diện tích và hiệu quả xử lý cao, ổn định Tuy nhiên, chi phí đầu tư xây dựng và vận hành của phương pháp này khá lớn so với các phương pháp xử lý hiếu khí khác như ao hồ sinh học hay mương oxy hóa Do đó, việc lựa chọn hình thức xử lý phù hợp cần dựa vào điều kiện kinh tế và quỹ đất sẵn có.

Công trình này được thiết kế để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thông qua quá trình oxy hóa trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Bể chứa vật liệu tiếp xúc không chỉ là nơi chứa đựng mà còn là giá thể cho vi sinh vật sống bám, đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải Hệ thống này có hai dạng khác nhau.

Bể lọc sinh học nhỏ giọt là loại bể lọc sử dụng vật liệu lọc không ngập trong nước, giúp cải thiện chất lượng nước thải Sau khi qua quá trình xử lý, giá trị BOD của nước thải đạt từ 10 đến 15 mg/l, với lưu lượng tối đa không vượt quá 1000 m3/ngày.

- Bể lọc sinh học cao tải: lớp vật liệu lọc được đặt ngập trong nước Tải trọng nước tới10 ÷ 30 m 3 /m 2 ngđ tức là gấp 10 ÷ 30 lần ở bể lọc nhỏ giọt

Tháp lọc sinh học cũng có thể được xem như là một bể lọc sinh học nhưng có chiều cao khá lớn

 Bể sinh học theo mẻ SBR

Hệ thống xử lý sinh học từng mẻ hoạt động bằng cách đưa nước thải vào bể phản ứng, nơi tạo ra các điều kiện môi trường khác nhau như thiếu khí (không có oxy, chỉ có NO3), kỵ khí (không có oxy) và hiếu khí (có oxy, NO3) Những điều kiện này giúp vi sinh vật phát triển, hấp thụ và tiêu hóa các chất hữu cơ có trong nước thải.

Chất hữu cơ hòa tan sẽ được chuyển hóa thành sinh khối vi sinh, và khi lớp sinh khối này lắng xuống, nước trong sẽ được tách khỏi chất ô nhiễm Quá trình xử lý này sẽ tiếp tục cho mỗi mẻ nước thải mới.

Một số sơ đồ công nghệ xử lý khác

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải trại Xuân Thọ III Ưu điểm Nhược điểm

-Vật liệu xử lý thân thiện với môi trường, rẻ tiền

-Chi phí đầu tư thấp

-Không thu được lượng bùn sinh học từ các quá trình xử lý

-Nước đầu ra có hàm lượng chất rắn cao nên không thể đưa ra nguồn nước trực tiếp

HỒ LỌC KỊ KHÍ BĂNG

HỒ HIẾU KHÍ DÙNG LỤC BÌNH

 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại trang trại Đăk Nông Ưu điểm Nhược điểm

- Tiết kiệm diện tích xây dụng

- Hiệu quả xử lý không cao

- Không thu được lượng bùn sinh ra

- Không xử lý hết được vi khuẩn

BỂ LẮNG ĐỨNG

MÁY THỔI KHÍ Bùn tuần hoàn

MÔI TRƯỜNG NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO

 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại trang trại Ưu điểm Nhược điểm

- Hiệu quả xử lý photpho cao - Lượng bùn tạo ra lớn

- Yêu cầu vận hành, kiểm soát quá trình khó

- Nhiều thiết bị dẫn đến chi phí đầu tư cao

BỂ SINH HỌC KỊ KHÍ

BỂ LẮNG SINH HỌC

Bùn dư Nước tách bùn

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Công suất xử lý

Lượng nước dùng để chăn nuôi lợn như: uống, tắm, chế biến thức ăn, rửa nền chuồng,… được quy định trong bảng 14 của TCVN 3772-1983

Loại lợn Tiêu chuẩn dùng nước

Lợn đực làm việc và lợn nái nuôi con (1 con trong 1 ngày) 40

Lợn thịt và lợn chửa (1 con trong 1 ngày) 20

Các loại lợn khác (1 con trong 1 ngày) 15

Bảng 1 Lượng nước tiêu thụ tính theo yêu cầu của lợn Đối với lợn thịt mỗi ngày sử dụng 20 L/con; Thời gian sinh trưởng của heo: 6 tháng

→ Lượng nước thải mỗi ngày = 20 x 300000 x 6

Tính chất nước thải

Chất thải lỏng trong chăn nuôi bao gồm nước tiểu, nước tắm, nước rửa chuồng trại (gồm phân heo và chất độn chuồng), nước rửa dụng cụ vệ sinh và thức ăn thừa.

Nước thải từ ngành chăn nuôi heo chứa hàm lượng cao chất hữu cơ, cặn lơ lửng, nitơ (N), photpho (P), vi khuẩn, và trứng giun, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người Đặc biệt, nước thải này còn có mùi hôi khó chịu, làm tăng nguy cơ ô nhiễm và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cuộc sống.

Thông nước thải đầu vào

Thông số Đơn vị Giá trị Trung bình pH - 6,5-8,5

Chất rắn lơ lửng mg/L 350-700 525

Nguồn tham khảo: Công ty môi trường Kim Hoàng Hiệp

Tiêu chuẩn nước thải đầu ra

Dựa theo cột A của QCVN 62-MT:2016/BTNMT NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI:

Thông số Đơn vị Giá trị

Chất rắn lơ lửng mg/L 50

MÁY ÉP BÙN ĐA ĐĨA TRỤC VÍT BỂ NÉN BÙN

Bùn dư Nước lắng sau bùn

BỂ KHỬ TRÙNG HẦM BIOGAS

Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước thải từ chăn nuôi heo được dẫn vào hầm biogas, nơi xử lý hiệu quả phần lớn chất hữu cơ, chủ yếu là phân heo, và tiêu diệt các mầm bệnh Khi hầm biogas đầy, nước thải sẽ tự chảy qua ống dẫn đến bể điều hòa, nơi được khuấy trộn để đảm bảo nồng độ và lưu lượng đồng nhất Quá trình này còn tạo ra sản phẩm phụ là khí gas có thể sử dụng làm chất đốt.

Do tính chất nước thải thay đổi theo thời gian, việc bơm nước thải vào bể điều hòa là cần thiết để cân bằng nồng độ các chất Trong bể, khuấy chìm được sử dụng để trộn đều nước thải, giúp ngăn chặn hiện tượng lắng cặn ở đáy bể và đảm bảo hiệu suất xử lý cho các công trình phía sau.

Nước thải trong hệ thống bao gồm nước thải vệ sinh từ nền chuồng và nước tắm rửa cho heo, được chuyển trực tiếp đến bể tiếp nhận Bể này có chức năng tập trung toàn bộ nước thải, giúp cân bằng lưu lượng và tránh quá tải cho hệ thống xử lý phía sau Sau đó, nước thải sẽ được chuyển đến bể xử lý để thực hiện các thao tác làm sạch Đồng thời, bể tiếp nhận còn giữ lại toàn bộ tạp chất kích thước lớn nhờ được trang bị song chắn rác.

Do hiệu suất xử lý của hầm biogas không đạt yêu cầu, nước thải cần được dẫn vào bể UASB Bể UASB hoạt động trong điều kiện kỵ khí, nơi nước được phân phối từ dưới lên Tại đây, các vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy chất hữu cơ thành các chất vô cơ.

Bể thiếu khí đóng vai trò quan trọng trong quá trình khử nitơ bằng cách chuyển hóa nitrat thành N2 Quá trình này được hỗ trợ bởi lượng nitrat được tuần hoàn từ bể lắng và nước thải từ bể hiếu khí Để tối ưu hóa khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật và các chất có trong nước thải, bể sử dụng khuấy chìm.

Sau khi khử nitơ, nước thải sẽ tự chảy vào bể hiếu khí để bắt đầu quá trình nitrat hóa, trong đó các chất hữu cơ tiếp tục được xử lý Máy thổi khí hoạt động liên tục để cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí Những vi sinh vật này sẽ phân hủy chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ đơn giản như CO2 và H2O.

Các vi khuẩn lơ lửng tiếp nhận oxy và chuyển hóa chất hữu cơ thành thức ăn, giúp phát triển, tăng sinh khối và giảm ô nhiễm xuống mức tối thiểu Sau khi nước thải đi qua bể hiếu khí, nó sẽ tự chảy vào bể lắng.

Nước từ bể hiếu khí được dẫn qua bể lắng để loại bỏ cặn lơ lửng Bùn sẽ được chuyển vào bể chứa bùn cùng với bùn thải từ bể UASB Cuối cùng, nước thải sẽ tự chảy qua bể khử trùng có bổ sung chlorine.

NaOCl sẽ được bổ sung để tiêu diệt các vi khuẩn còn sót lại trong nước thải Sau khi trải qua quá trình khử trùng, nước sẽ được đưa đến nguồn tiếp nhận, hoàn tất quy trình xử lý Nước đầu ra sẽ đạt tiêu chuẩn cột A theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT.

 Bể nén bùn và máy ép bùn

Bùn dư từ bể UASB và lắng sẽ được hút chuyển đến bể nén bùn, nơi giảm lượng nước trong hỗn hợp tối đa trước khi đưa vào máy ép bùn để tạo ra bùn khô Bùn khô này có thể được sử dụng làm phân bón, trong khi lượng nước tách ra từ bể nén bùn sẽ được đưa trở lại bể tuần hoàn.

Hiệu suất xử lý của sơ đồ công nghệ 1

Nồng độ đầu vào trung bình (mg/l) 1750 2400 525 175 55000

Hầm Biogas Hiệu suất xử lý 30 30 70 0 0 Đầu ra (mg/l) 1225 1680 158 175 55000

Bể điều hòa Hiệu suất xử lý 3 3 5 10 0 Đầu ra (mg/l) 1188 1630 150 158 55000

Bể UASB Hiệu suất xử lý 80 80 15 5 0 Đầu ra (mg/l) 238 326 127 150 55000

Anoxic, Lắng Hiệu suất xử lý 85 75 70 85 0 Đầu ra (mg/l) 36 81 38 22 55000

Bể khử trùng Hiệu suất xử lý 0 0 0 0 95 Đầu ra (mg/l) 36 81 38 22 2750

Tiêu chuẩn đầu ra Nồng độ (mg/l) 40 100 50 50 3000

MÁY ÉP BÙN ĐA ĐĨA TRỤC VÍT BỂ NÉN BÙN

Bùn dưNước lắng sau bùn HẦM BIOGAS

Thuyết minh sơ đồ công nghệ 2

Nước thải chăn nuôi heo sẽ tự chảy vào hầm biogas, nơi xử lý phần lớn chất hữu cơ, đặc biệt là phân heo, và diệt các mầm bệnh trong nước thải Khi hầm biogas đầy, nước thải sẽ tràn qua ống dẫn đến bể điều hòa, nơi được khuấy trộn để đảm bảo nồng độ và lưu lượng đồng đều Quá trình này còn tạo ra sản phẩm phụ là khí gas, có thể sử dụng làm chất đốt.

Do tính chất nước thải thay đổi theo thời gian, việc bơm nước thải vào bể điều hòa là cần thiết để cân bằng nồng độ các chất, đảm bảo hiệu suất xử lý cho các công trình phía sau Trong bể điều hòa, máy thổi khí được sử dụng để trộn đều nước thải, ngăn chặn hiện tượng lắng cặn xuống đáy bể.

Nước thải trong hệ thống bao gồm nước thải vệ sinh từ chuồng trại và nước thải tắm rửa cho heo, được chuyển trực tiếp đến bể tiếp nhận Bể này có chức năng tập trung toàn bộ nước thải, cân bằng lưu lượng để tránh quá tải cho hệ thống xử lý phía sau Sau đó, nước thải sẽ được chuyển sang bể xử lý để thực hiện các bước làm sạch Bể tiếp nhận còn có khả năng giữ lại các tạp chất kích thước lớn nhờ được trang bị song chắn rác.

Do hiệu suất xử lý của hầm biogas không đạt yêu cầu, cần tiếp tục dẫn nước thải vào bể UASB, nơi hoạt động trong điều kiện kỵ khí Tại bể UASB, nước thải được phân phối từ dưới lên, và nhờ vào các vi sinh vật kỵ khí, chất hữu cơ sẽ được phân hủy thành các chất vô cơ.

Bể UASB có tác dụng tương tự như bể Aerotank nhưng hiệu quả xử lý thấp hơn Nước thải từ bể UASB sẽ tự chảy vào mương oxi hóa để bắt đầu quá trình nitrat hóa, nơi các chất hữu cơ tiếp tục được xử lý Máy khuấy được vận hành liên tục ở các đầu mương.

TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH

Hầm Biogas

Nằm ở vị trí đầu tiên trong hệ thống xử thống nước thải Nằm âm dưới lòng đất và có mức nước bằng với mặt đất

Hầm biogas có chức năng xử lý chất thải hữu cơ từ trang trại nuôi heo Phân hủy các hợp chất có trong nước đặc biệt là phân heo

 Kích thước hầm biogas

Lượng phân heo thải ra phụ thuộc vào kích thước - khối lượng của heo Theo một số thống kê của các trại nuôi heo cho thấy:

Heo có khối lượng dưới 15 kg thải ra 0.3-0.7 kg phân/con/ngày

Heo có khối lượng từ 15-50 kg thải ra 0.7-1.5 kg phân/con/ngày

Heo có khối lượng trên 50 kg thải ra 1.5-3 kg phân/con/ngày

Với quy mô đàn heo đạt 150000 con, các loại heo trong trang trại sẽ được nuôi theo tỉ lệ: 4 : 3 : 3

Như vậy lượng phân heo thải ra tối đa mỗi ngày là: m phân max = 150000 x 4x0.7 + 3x1.5 + 3x3

Tỉ lệ giữa lượng nước thải và phân heo: 1:3 (Theo Trung tâm khuyến nông tỉnh Bình Phước)

Chọn thời gian lưu nước trong hầm biogas: T = 40 ngày (trong khoảng 30-60 ngày)

→ Thể tích hầm biogas: V = m phân max x T x 3

Do thể tích của hầm quá lớn, chúng ta chia nhỏ hầm biogas thành 7 đơn nguyên (ký hiệu: N = 7 đơn nguyên) để thuận tiện cho việc thiết kế, xây dựng và vận hành.

Chọn ngăn chứa nước có kích thước lần lượt là: chiều cao H = 6m; chiều dài L = 35m; chiều ngang W = 20m

Chọn chiều cao an toàn: Hat = 0.5m

Thể tích hoạt động thực tế của bể: Vtt = H x L x W x N = 6 x 35 x 20 x 7 = 29400 m 3 (Vtt > V)

Bể chứa được thiết kế để hút các cặn không thể phân hủy, lắng đọng ở đáy Với kích thước lớn, thời gian hút cặn dưới đáy bể thường kéo dài hơn 5 năm.

Xây nắp thăm có kích thước 50cm x 50cm x 30cm Có nắp che đậy bằng inox để tránh bốc mùi ảnh hưởng đến quá trình chăn nuôi

 Hệ thống đầu vào

Sử dụng hố lắng có kích thước L x W x H = 0.4m x 0.2m x 0.3m đặt ở trong chuồng trại để thu gom nước thải về hầm

Chọn vận tốc nước tự chảy vào hầm: v = 0.6 m/s Đường kính ống dẫn nước vào hầm biogas:

3600 x 8 x π x 0.6= 248 mm Trong đó: +Thời gian diễn ra hoạt động rửa chuồng mỗi ngày: t = 8h

+Tuy có 7 đơn nguyên hầm biogas nhưng bể hoạt động lần lượt nên lưu lượng chảy vào ống không được chia ra

+Tỉ lệ nước và phân trong dòng vào hầm Biogas = 1 : 2

Thể tích nước đi vào hầm Biogas mỗi ngày: Qrửa = 244500 x 3 = 733.5 m 3

→ Chọn ống dẫn nước vào có đường kính 250 mm

 Hệ thống đầu ra

Vì hồ điều hòa có độ cao mặt nước ngang với hầm biogas nên nước sẽ tự chảy

→ Đường kính ống nước ra bằng đường kính ống nước vào bằng 250 mm

Sử dụng túi chứa khí Biogas HDPE để thu lượng khí sinh ra.

Bể tiếp nhận

Hồ điều hòa có mức nước thấp hơn mặt đất, cho phép nước thải từ trang trại nuôi heo tự chảy về bể Tuy nhiên, do sự chênh lệch này, cần sử dụng máy bơm để đưa nước thải đến các công trình xử lý phía sau.

Nơi tiếp nhận toàn bộ lượng nước thải bao gồm hai nguồn chính: nước thải vệ sinh từ chuồng sau khi xử lý qua hầm Biogas và nước thải tắm rửa cho heo.

Bể này có vai trò quan trọng trong việc tập trung và ổn định lưu lượng nước thải, giúp ngăn ngừa quá tải cho các công trình xử lý phía sau Nước thải từ bể tiếp nhận sẽ được chuyển sang bể xử lý tiếp theo để thực hiện các quy trình làm sạch Đồng thời, bể còn giữ lại toàn bộ tạp chất có kích thước lớn nhờ vào hệ thống song chắn rác được trang bị.

 Kích thước bể chính

Lưu lượng thiết kế: Q = 3000 m 3 /ngày

Lưu lượng trung bình giờ: Q tb h = 125 m 3 /h

Lưu lượng trung bình giây: qtb = 34.7 L/s

Theo bảng 3.1, TCXD 51-2008, ứng với qtb = 34.7 L/s ta có hệ số không điều hòa chung

Lưu lượng lớn nhất giờ: Q max h = Q tb h x K 0 max = 125 x 1.8 = 225 m 3 /h

Chọn thời gian lưu nước t = 30 phút

Thể tích bể tiếp nhận: V = Q max h x t = 225 x 30

60= 112.5 m 3 Chọn bể có kích thước:chiều cao hữu ích h = 3 m; chiều cao bảo vệ hbv = 1 m; chiều dài L= 7.4 m; chiều rộng B= 5.4 m

Chiều cao tổng cộng của bể: H = h + h bv = 3 + 1 = 4 m

Thể tích thực tế của bể: Vtt = h x L x B = 3 x 7.4 x 5.4 = 120 m 3 (> V)

 Đường ống đầu vào

Lượng nước dùng để tắm rửa: Qtắm = Q – Qrửa = 3000 – 733.5 = 2266.5 m 3 /ngày Đường kính ống dẫn nước tắm rửa vào:

Trong đó:+Lưu lượng lớn nhất giờ: Q max = 2266.5

24 x 1.605 = 151.6 m 3 /h +Khối lượng riêng của nước: 𝜌 = 1000 kg/m 3

+Vận tốc nước tự chảy: v = 0.6 m/s

→ Chọn đường ống nước vào 300 mm

1000 x 0.8 x 3600 = 3.1 kW = 4.1 HP Trong đó:+Lưu lượng lớn nhất giờ: Q max h = 225 m 3 /h

+Khối lượng riêng của nước: 𝜌= 1000 kg/m 3

+Gia tốc trọng trường: g= 9.81 m/s 2

Chọn hai máy bơm chìm APP DSK-50T với công suất 5 HP, bao gồm một máy hoạt động và một máy dự phòng Ống dẫn nước sang hồ điều hòa sử dụng ống hút với vận tốc 1.6 m/s, phù hợp với tiêu chuẩn A.1.27 – TCVN 8423:2010, trong khoảng vận tốc từ 1.2 đến 2.0 m/s.

Song chắn rác thô sẽ tự thiết kế và được đặt trong bể tiếp nhận với các thông số:

+ Chiều rộng song chắn: b = 5.4 m

+ Song chắn tạo với thành bể 1 góc 30 o

+ Khoảng cách giữa các thanh song chắn khoảng 25 mm

+ Mép trên của song chắn ngang với mặt đất

Hồ điều hòa

Năm phía sau hầm biogas, mực nước trong hầm biogas ngang bằng với mặt đất, do đó nước sẽ chảy tự nhiên theo cơ chế tự chảy.

Nước thải có tính chất biến đổi theo từng giờ sản xuất và phụ thuộc vào từng công đoạn Do đó, việc xây dựng bể điều hòa là cần thiết để ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải.

Sử dụng bể điều hòa trong quá trình xử lý nước thải mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng cường hiệu quả của hệ thống xử lý sinh học phía sau, giảm thiểu hoặc loại bỏ hiện tượng sốc tải do nồng độ không đồng nhất, pha loãng các chất gây ức chế và ổn định pH.

 Kích thước hồ điều hòa

Chọn thời gian lưu nước: t = 8.5 giờ (Trong khoảng 4 – 12 giờ, Sách Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết)

Từ đó ta chọn kích thước của bể như sau:

Chiều cao mực nước của hồ: h = 6 m

Chiều cao an toàn của hồ: hbv = 0.5 m

Chiều rộng của hồ: B = 11.5 m

→ Thể tích thực của hồ điều hòa: Vtt = B x L x H= 6 x 11.5 x 15.5 = 1069.5 m 3 (> V)

 Máy khuấy chìm trong hồ điều hòa

Chọn năng lượng khuấy trộn cho hồ điều hòa: N0 = 8 W/m 3 (Trong khoảng 7 – 10 W/m 3 , theo Metcalf and Eddy, 2003, Wastewater Engineering Treatment and Reuse)

Công suất cần thiết để khuấy trộn:

→ Cần sử dụng 4 máy khuấy trộn chìm Evergush EFM-30T có công suất 3HP

 Hệ thống dẫn nước đầu ra

Do có sự chênh lệch áp lực nước giữa hồ điều hòa với bể UASB nên ta cần sử dụng bơm chìm để đưa nước đi

Trong đó:+Lưu lượng lớn nhất giờ: Q tb h = 3000

24 = 125 m 3 /h +Khối lượng riêng của nước: ρ= 1000 kg/m 3

+Gia tốc trọng trường: g= 9.81 m/s 2

Sử dụng ba máy bơm chìm APP DSK-30T với công suất 3HP cho hệ thống xử lý nước thải, trong đó hai máy hoạt động và một máy dự phòng Ống dẫn nước thải đến bể UASB được thiết kế với vận tốc 1.6 m/s, phù hợp với tiêu chuẩn A.1.27 – TCVN 8423: 2010, với vận tốc tối ưu từ 1.2 đến 2.0 m/s.

→ Chọn ống có D = 120 mm, vật liệu là nhựa PVC

Bể UASB

Năm sau hồ điều hòa có đáy thấp hơn mặt đất 1 mét và mực nước cao hơn mặt đất 6.5 mét Sự chênh lệch mực nước này tạo ra áp lực nước lớn, do đó cần sử dụng bơm để đẩy nước thải tiếp tục đi xử lý.

Vi sinh vật kị khí có khả năng loại bỏ các chất hữu cơ phân hủy sinh học, đồng thời biến đổi các chất khó phân hủy thành các hợp chất đơn giản hơn Quá trình này tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển hóa thành các axit béo dễ bay hơi, từ đó dẫn đến sự hình thành các chất đơn giản hơn.

CH4, CO2 và sinh khối mới Nước thải xử lý bằng công trình kị khí UASB đạt hiệu quả xử lý khoảng 80%

 Kích thước bể UASB

Hiệu quả xử lý COD của bể kỵ khí 80%

Nồng độ COD trước khi vô bể kỵ khí: COD v = 1630 mg/L

Nồng độ COD sau khi qua bể kỵ khí: COD r = 1630 x (1 − 0.8) = 326 mg/L

Hiệu quả xử lý BOD của bể kỵ khí 80%

Nồng độ BOD trước khi vô bể kỵ khí: BOD v = 1188 mg/L

Nồng độ BOD sau khi qua bể kỵ khí: BOD r = 1188 x (1 − 0.8) = 237.6 mg/L

Lượng COD cần khử trong 1 ngày: G =1630 x 0.8 x 3000

Tải trọng khử COD: a = 3.5 kg/m 3 (trong khoảng 2 - 4 kg/m 3 ) (Bảng 10.10 “Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết”, trang 456)

Thể tích xử lý: V = G a = 3912

3.5 = 1117.7 m 3 Vận tốc nước dâng để tạo bùn hạt trong bể: v = 0.75 m/h (trong khoảng 0.6-0.9 m/h) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải”, Trịnh Xuân Lai, trang 193)

Chiều cao bể phản ứng: H 1 = V

166.7 = 6.7 m Chiều cao của phễu thu khí: H2 = 0.4 m

Tổng chiều cao của bể: H = H1 + H2 + H3 = 7.6 m

Chọn chiều dài của bể: L = 15.5 m

Chọn chiều dài của bể: W = 10.8 m

Tính lại thể thể tích thực tế của bể: Vtt = W x L x H1 = 6.7 x 10.8 x 15.5 = 1121 m 3 (>V)

Thời gian lưu nước trong bể: HRT = V

3000 = 9 giờ (trong khoảng 4-10 giờ, theo Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai)

Tấm chắn để thu khí tạo với phương ngang 1 góc 45 o (trong khoảng 45-60 o )

Cho khe hở giữa 2 tấm chắn khí gấp đôi so với khe hở giữa tấm chắn khí với tấm hướng dòng và với nắp của bể

Chọn tấm hướng dòng có dạng hình tam giác đều có cạnh 0.6 m

Diện tích khe hở chiếm 18.5% diện tích bể (Trong khoảng 15-20%, Giáo trình Xử lý nước thải)

Diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí:

S kh = 18.5% x S = 18.5% x 10.8 x 15.5 = 31 m 2 Chọn khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí: H 4 = 0.5 m

Chọn khoảng cách giữa tấm chắn khí với tấm hướng dòng: H 5 = 0.12 m

Chọn tấm chắn khí trên có chiều cao dưới 0.5 m và đảm bảo độ dài của 2 tấm chắn khí bằng nhau Trong bể, sử dụng 2 máng thu nước và 3 phễu thu khí để tối ưu hóa hiệu quả thu gom.

Chiều dài của tấm chắn khí: L ck = L−

2 x 4 x cos45 o − H 5 x cos45 0 + 500 = 2112 mm Vật liệu của tấm chắn khí là thép không gỉ X18H10T có độ dày 20 mm

Chọn thanh sắt trợ lực nằm giữa tấm chắn khí có kích thước 200 x 100 mm

Sử dụng cột đỡ tấm hướng dòng có kích thước 300 x 300 mm, số lượng 7 cột cách đều nhau và cách đều thành bể

Vật liệu của tấm hướng dòng và cột đỡ tấm hướng dòng là bê tông cốt thép

 Hệ thống phân phối nước

Bể có tải trọng khoảng 3.5 kgCOD/m³/ngày yêu cầu bố trí 1 điểm phân phối nước cho mỗi 1.6 m² diện tích bể, với kích thước điểm phân phối dao động từ 0.5 đến 2 m² (Nguồn: Bảng 10.12 “Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết”, trang 457).

Số điểm phân phối nước thải của bể UASB: n = S

Cần thiết lập 8 điểm phân phối nước thải trên một đường ống, chia nhỏ thành 11 ống nhánh Mỗi ống nhánh sẽ được khoan lỗ để đảm bảo nước được phân phối đều.

Mỗi lỗ cách nhau 1.2 m và đường kính lỗ đục trên ống là 20 mm

Vận tốc nước vào bể UASB: v = 1.6 m/s theo A.1.27 – TCVN 8423: 2010 vận tốc từ 1.2 m/s đến 2.0 m/s Đường kính ống chính dẫn nước vào: D = √ 4 x Q th π x v v x 3600 = √ 4 x 125 π x 1.6 x 3600 = 0.166 m

 Chọn đường kính ống là 180 mm

Với D = 180 mm, vận tốc nước vào bể thực tế là:

 x 3600 x 0.18 2 = 1.36 m/s Đường kính ống nhánh dẫn nước vào:

Vận tốc nước vào bể thực tế: Vrc =  4 x Q th x D 2 x 3600 x N =  4 x 125 x 3600 x 0.06 2 x 11 = 1.61 m/s

 Hệ thống thu khí

Dựa theo sách: “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai”, ta có các thông số:

Hệ số sản lượng: YCOD = 0.04 kgVS/kgCOD

Chọn thời gian lưu bùn: SRT = 10 ngày

Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày:

1000 x (1 + 0.015 x 10) = 136 kgVS/ngày Thể tích khí CH4 sinh ra mỗi ngày:

Vận tốc trong ống thu khí: v = 3 m/s (trong khoảng 2 - 5 m/s, do khí tự bay lên không có áp) Đường kính ống dẫn khí ra: D = √ 4 x V CH4 π x v x 3600 x 24 x N = √ 4 x 1304.7 π x 3 x 3600 x 24 x 7 = 0.03 m

Với D = 50 mm, vận tốc dòng khí ra thực tế là:

Khi khí được thu vào ống, nó sẽ được lưu trữ trong túi chứa khí Biogas HDPE Nguồn khí này sẽ được dự trữ để sử dụng làm khí đốt phục vụ cho sinh hoạt của công nhân làm việc trong trại chăn nuôi.

Vận tốc nước trong máng: v = 0.6 m/s (Trong khoảng 0.6 – 0.7 m/s)

Tiết diện ướt của mặt cắt: W = Q

0.6 x 3600 = 0.058 m 2 Chọn chiều rộng máng: R = 0.35 m

Chọn chiều cao máng: H = 0.18 m

42 Đường kính ống từ máng đến anoxic đường dẫn tự chảy có vận tốc v = 0.7 m/s (theo A.1.27 – TCVN 8423: 2010 vận tốc từ 0.7 m/s đến 1.5 m/s)

Chọn ống có đường kính thực tế: D = 250 mm

Răng cưa có chiều dài 100mm, góc bẻ xuống 90 o , cạnh huyền dài 100mm

 Hệ thống thu bùn

Lượng bùn sinh ra so với lượng COD xử lý được: 0.075 kgVSS/kgCOD (trong khoảng 0.05 – 0.1)

Lượng bùn sinh ra trong 1 ngày: m bùn = 0.075 x 3912 = 293.4 kgVSS/ngày

Thời gian lưu bùn như đã chọn ở trên: SRT = 10 ngày

Khối lượng riêng của bùn: ƿbùn = 260 kg/m 3 (Anaerobic Sewage Treatment, trang 91)

Thể tích bùn sinh ra trong 1 ngày: V bùn = m bùn ρ bùn = 293.4

260 = 1.13 m 3 /ngày Lượng bùn cần xả mỗi chu kì: V = 1.13 x 10 = 11.3 m 3

Chiều cao của tổng lượng bùn tối đa: H = V

10.8 x 15.5 = 0.1 m Chọn thời gian xả bùn: t = 1 giờ

Lưu lượng xả bùn ra: Q xả = V t = 11.3 m 3 /giờ

Chọn 2 ống nhánh cách nhau 5 m và cách đều tường Ống xả bùn nằm cách đáy bể 1 m

Sử dụng cột đỡ cho ống xả bùn kích thước 300 x 300 x 1000mm, được làm từ bê tông cốt thép Các cột này nên được đặt cách nhau 2m và phân bố đều dọc theo đường ống xả bùn.

Vận tốc xả bùn khỏi bể UASB: v = 0.5 m/s theo TCXD 51:2008 vận tốc từ 0.3-0.5m/s Đường kính ống chính xả bùn: D = √ 4 x Q th π x v v x 3600 = √ 4 x 11.3 π x 0.4 x 3600 = 0.1 m

Với D = 180 mm, vận tốc bùn xả bể thực tế là:

 x 3600 x 0.1 2 = 0.4 m/s Đường kính ống nhánh dẫn bùn ra:

Với D = 80 mm, vận tốc nước vào bể thực tế là:

 x 3600 x 0.08 2 x 2 = 0.31 m/s Công suất của bơm bùn:

1000 x 0.8 x 3600 = 0.2 kW = 0.26 HP Trong đó: +Khối lượng riêng của bùn: ƿbùn = 1008 kg/m 3 (Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 434)

+Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s 2

→ Sử dụng 2 máy bơm trục ngang NTP HCP225-1.25 265 có công suất 1/3 HP (1 máy hoạt động và 1 máy dự phòng).

Bể Aerotank

Bể Anoxic có đáy và mức nước tương đương với bể UASB, nhưng do nước từ bể UASB được bổ sung vào bể Anoxic, nên sẽ xảy ra sự chênh lệch mức nước Nước sẽ tiếp tục chảy tự nhiên về bể Aerotank.

Nước thải sau khi khử nitơ từ bể Anoxic sẽ tự chảy vào bể hiếu khí để bắt đầu quá trình nitrat hóa Tại đây, các chất hữu cơ tiếp tục được xử lý, đồng thời máy thổi khí hoạt động để cung cấp oxy cần thiết cho quá trình này.

Hệ thống 44 hoạt động liên tục để cung cấp oxy cho các sinh vật hiếu khí Những vi sinh vật này có khả năng phân hủy chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ đơn giản như CO2 và H2O.

Các vi khuẩn lơ lửng có khả năng tiếp nhận oxy và chuyển hóa chất hữu cơ thành thức ăn, giúp chúng phát triển và tăng sinh khối Đồng thời, chúng cũng góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường.

Hàm lượng Nitơ đầu vào: Nv = 150 mg/L

Hàm lượng Nitơ đầu ra: Nr = 22 mg/L

Tốc độ tăng trưởng riêng của vi sinh vật nitrat hóa trong điều kiện vận hành bể ổn định: μ = μ max ( N v

= 0.182 ngày −1 Trong đó:+Nhiệt độ thấp nhất của nước thải: T = 18 o C

+Hàm lượng Nitơ đầu vào: Nv = 150 mg/L

Theo Bảng 5-4 “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải”, Trịnh Xuân Lai, trang 80, ta có:

+Tốc độ phát triển cực đại của vi sinh vật ở 20 o C: μmax = 0.45 ngày -1

+Hằng số bán vận tốc: K N = 100.051xT − 1.158 = 100.051x18 − 1.158 = 0.58 (nằm trong khoảng 0.2 – 3)

+Hàm lượng Oxi hòa tan trong nước: DO = 2 mg/L

+Hằng số Oxi: KO2 = 1.3 mg/L

Tốc độ tiêu thụ NH4 + của vi khuẩn nitrat hóa: ƿ N = K x N v

0.58 + 150 = 0.91 mg NH 4 /mg bùn ngày

Trong đó: +Tốc độ sử dụng NH4 + của vi khuẩn: K = μ

Hệ số động học của bùn hoạt tính được xác định là YN = 0.2 mg bùn/mg NH4, theo tài liệu trong Bảng 5-4 “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải” của Trịnh Xuân Lai, trang 80.

+Hằng số bán vận tốc: KN = 0.58

+Hàm lượng Nitơ đầu vào: Nv = 150 mg/L

Thời gian lưu bùn trong bể:

0.2 x 0.91 −0.045 = 7.3 ngày (Trong khoảng 5-15 ngày) Trong đó:

+Hệ số động học của bùn hoạt tính: YN1 = 0.2 mg bùn /mgNH4

+Hệ số phân hủy nội bào theo NH4: KdN = 0.045 ngày -1

Hàm lượng BOD đầu vào: BODv = 238 mg/L

Hàm lượng BOD đầu ra: BODr = 36 mg/L

Hệ số sản lượng tế bào theo BOD: YN2 = 0.6 mg bùn /mgBOD

Hệ số phân hủy nội bào theo BOD: kdN2 = 0.06 ngày -1

Hàm lượng bùn hoạt tính trong nước: MLVSS = 3000 mg/L (nằm trong khoảng 2500-

4000 mg/L) (Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết)

Tỉ lệ thành phần hoạt tính của vi khuẩn nitrat hóa trong bùn hoạt tính: f n = Y N1 (N v − N r )

= 0.174 Thành phần hoạt tính của vi khuẩn: Xn = fn x MLVSS = 0.174 x 3000 = 523 mg/L Thời gian lưu nước cần thiết để nitrate hóa:

Thể tích bể tính theo thời gian nitrate hóa: V 1 = Q x t = 3000 x 0.27 = 808 m 3 Thể tích bể tính theo thời gian khử BOD:

Vì V1 > V2 → Chọn thể tích bể aerotank theo thời gian lưu nước nitrate hóa

Chọn chiều cao hữu ích của bể: H = 4 m (nằm trong khoảng 3-4.6 m)

Chọn chiều cao bảo vệ: Hat = 0.5 m (nằm trong khoảng 0.3-0.6 m)

Chọn chiều rộng của bể: W = 13.1 m

Chọn chiều dài của bể: L = 15.5 m

Thể tích thực tế của bể: V tt = W x L x H = 4 x 13.1 x 15.5 = 812.2 m 3 (> V 1 )

Thời gian lưu nước trong bể: HRT = V tt

Nồng độ bùn tuần hoàn: Xr = 8000 mg/L

Kiểm tra tải trọng thể tích: L BOD = Q x BOD v

24 x 812.2 = 0.88 kgBOD/m 3 ngày (nằm trong khoảng 0,8-1,9 kgBOD/m 3 ngày, Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết)

0.27 x 3000 = 0.29 ngày −1 (nằm trong khoảng 0.2 - 0.6 ngày -1 ,Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 435)

Hệ số sản lượng quan sát: Y obs = Y N2

1 + 0.06 x 7.3 = 0.41 mg/mg (Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 435)

Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày:

P x(vss) = Y obs x Q x (BOD v − BOD r ) + Q x Y N1 x NO x

Trong đó: + Thời gian lưu bùn: SRT = 7.3 ngày

+ Hệ số động học của bùn hoạt tính: YN1 = 0.2 mg bùn /mgNH4

+ Hệ số phân hủy nội bào theo NH4: KdN = 0.045 ngày -1

Ta có: SRT = V tt x MLVSS

→ Lưu lượng bùn cần xử lý: Qdư = 15 m 3 /ngày

Hàm lượng chất rắn của bùn: C%bùn = 0.8%

Khối lượng riêng của bùn: ƿbùn = 1008 kg/m 3 (Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 434)

Khối lượng bùn dư cần xử lý:

M bùn dư = Q dư x ƿ bùn x C% bùn = 15 x 0.8% x 1008 = 121.3 kg/ngày Lưu lượng bùn tuần hoàn trong bể:

 Hệ thống cung cấp khí

Theo Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 436, ta có: +Hiệu suất chuyển hóa oxi: E = 0.09

BOD L = 0.68 Lượng BODL tiêu thụ trong quá trình hiếu khí:

Nhu cầu oxi cho quá trình:

1000 x 1000 = 452 kgO 2 /ngày Khối lượng riêng của không khí ở 25 o C: ƿkk = 1.293 g/L

Không khí có 23.2% trọng lượng Oxi

Lượng không khí lý thuyết cho quá trình:

23.2% x 1.293 = 1674 m 3 /ngày Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn: q = M kk

Lưu lượng khí cần thiết của máy thổi khí: Q kk = f x M kk

24 x 0.09= 25.8 m 3 /phút Với: +Hệ số an toàn: f =2

Áp lực yêu cầu của máy thổi khí:

10.33) = 136040 Pa Với hiệu suất của máy thổi khí: ɲ = 0.8

Công suất của máy thổi khí:

→ Sử dụng 2 máy thổi khí TRUNDEAN TH-150 có công suất 20 HP (1 máy hoạt động liên tục và 1 máy dự phòng)

Chọn đĩa thổi khí Longtech 200 mm có lưu lượng của mỗi đĩa thổi khí: Qđĩa = 9.5 m 3 /giờ

Số đĩa thổi khí cần thiết: n = Q kk

9.5 = 163 đĩa Vận tốc khí trong đường ống dẫn khí: v = 12 m/s (Trong khoảng 10-15 m/s)

49 Đường kính ống dẫn khí chính: D chính = √ 4 x Q kk π x v x 60 = √ 4 x 25.6 π x 12 x 60 = 213 mm Chọn ống chính có đường kính: Dchính tt = 200 mm

Vận tốc khí thực tế trong đường ống dẫn khí được tính bằng công thức: v = 4 x Q kk / (π x D chính tt^2 x 60), với giá trị v đạt 13.7 m/s Mỗi đoạn ống nhánh được gắn 12 đĩa thổi khí, và khoảng cách giữa hai đĩa thổi khí là 1 mét.

→ Cần 14 đoạn ống nhánh, khoảng cách giữa 2 đoạn ống nhánh là 1 m

Tổng số đĩa thổi khí cần thiết là 168 đĩa, được tính bằng công thức ntt = 12 x 14 Đường kính ống dẫn khí nhánh được xác định bằng công thức Dnhánh = √(4 x Qkk / (π x v x 60 x 30)), với Qkk là 25.8 và v là 12, cho kết quả Dnhánh = 57 mm Cuối cùng, ống nhánh được chọn có đường kính là 60 mm.

Vận tốc khí thực tế trong đường ống dẫn khí được tính bằng công thức: v = 4 x Q kk / (π x D nhánh tt^2 x 60 x 30), cho kết quả là 10.9 m/s, nằm trong khoảng 10-15 m/s Đường ống dẫn nước sang bể lắng 2 là ống tự chảy có kích thước bằng 200mm, tương đương với ống dẫn nước ra của bể Anoxic.

Bể Anoxic

Bể UASB có đáy âm nằm dưới mặt đất 1 mét, trong khi mực nước bề mặt cao hơn mặt đất 3 mét và thấp hơn bể UASB, do đó nước sẽ chảy theo cơ chế tự chảy.

Nước thải từ bể Aerotank sẽ được bơm ngược lại bể Anoxic để khử nitrate, tối ưu hóa hiệu quả xử lý nitơ Bên cạnh đó, bể Anoxic cũng có khả năng xử lý một phần photpho trong nước thải.

Xác định nồng độ sinh khối phát triển trong bể anoxic (Metcalf & Eddy, 2003, trang

+Lưu lượng nước vào bể, Q = 3000 m 3 /ngđ

+Thời gian lưu bùn theo thiết kế, θ c =7.3 ngày

+Hiệu suất tăng trưởng sinh khối, Y = 0.6 mg bùn/ mg BOD

+Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0.06 ngày -1

Tỉ lệ tuần hoàn từ bể Aerotank về bể Anoxic: IR = NO x

+Tỉ lệ dòng tuần hoàn từ Aerotank về Anoxic, chọn IR = 3 (Trong khoảng 2-4, Metcalf & Eddy, 2003)

+Tỉ lệ dòng tuần hoàn từ bể lắng về bể Anoxic: R = ∝ = 0.88 (được tính ở bể Aerotank)

+Lượng Nito bị oxy hóa thành nitrate: NOx = 128 mg/l

+Nồng độ NO3 - - N trong dòng tuần hoàn: Ne

3 + 0.88 + 1 = 26.2 mg/l Lưu lượng nước tuần hoàn vể bể anoxic = dòng tuần hoàn từ Aerotank + dòng tuần hoàn từ bể lắng: Qth = (IR + R) x Q = (3 + 0.88) x 3000 = 11640 m 3 / ngày

Lượng NO3 - - N tuần hoàn về bể Anoxic:

NOx,th = Qth x Ne = 11640 x 26.2 = 305311 g/ngày = 305.3 kg/ngày

 Kích thước bể Anoxic

Chọn thời gian lưu của bể Anoxic t = 5h

625 × 4198 = 0.27 g/g.ngày Tỷ lệ khử nitrat (SDNR) ở 25°C:

+Tỉ lệ khử nitrat, 0.22 g/g.ngđ ở 20°C: SDNRb (biểu đồ 8.23, trang 755 Metcalf & Eddy, 2003)

+Hằng số nhiệt độ: θ = 1.026

Kiểm tra khả năng khử nitrat NOr dựa vào thời gian lưu t = 5h

Lượng NO3 - được xử lý trong bể anoxic: NOx,r = Vanoxic x SDNR25 x Xb = 625 x 0.25 x

Hiệu suất xử lý NO3 - trong bể anoxic: H = NOx,r

305.3 x 100 = 215 % Vậy thời gian lưu chọn 5 giờ là đủ đáp ứng khử nitrate

So sánh giá trị SDNR thực tế và tính toán dựa vào giá trị MLSS:

Với thể tích bể Anoxic : V = 625 m 3

 Tổng chiều cao của bể: HT = HBV + H = 4.5 m

 Máy khuấy chìm trong bể anoxic

Chọn năng lượng khuấy trộn cho bể thiếu khí N0 = 7 (W/m 3 ) (3 – 10 W/m 3 , theo Metcalf and Eddy,2003, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, trang 952)

Công suất máy khuấy: N = N0 x V = 7 x 625 = 4375 W = 5.9 HP

Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình khuấy trộn, cần sử dụng 2 máy khuấy trộn chìm Evergush EFM-30T với công suất 3 Hp Ống dẫn nước sang bể Aerotank được thiết kế là đường dẫn tự chảy với vận tốc 0.8 m/s, phù hợp với tiêu chuẩn A.1.27 – TCVN 8423: 2010, trong đó quy định vận tốc tối ưu từ 0.7 m/s đến 1.5 m/s.

 Hệ thống dẫn nước tuần hoàn

1000 x 0.8 x 3600 x 24= 5.11 kW = 6.9 HP Trong đó:+ Lưu lượng tuần hoàn: Q = 3 x 3000 = 9000 m 3 /ngày

+ Khối lượng riêng của nước, ρ= 1000 kg/m 3

+ Gia tốc trọng trường: g= 9.81 m/s 2

Sử dụng hai máy bơm chìm Tsurumi 100B45.5 với công suất 5.5 kW, trong đó một máy hoạt động và một máy dự phòng, để đảm bảo hiệu suất tối ưu Ống dẫn nước thải tuần hoàn được thiết kế với vận tốc hút là 1.6 m/s, phù hợp với tiêu chuẩn A.1.27 – TCVN 8423: 2010, trong khoảng vận tốc từ 1.2 đến 2.0 m/s.

Bể lắng 2 (Cho phương án 1)

Bể Aerotank có đáy và mức nước tương đương với bể Anoxic, nhưng việc bổ sung nước từ bể Anoxic tạo ra sự chênh lệch mức nước Điều này dẫn đến việc nước tiếp tục tự chảy về bể lắng 2.

Nước thải sau khi qua bể Aerotank sẽ được xử lý nhờ vi khuẩn hiếu khí, tạo ra sinh khối dưới dạng hạt cặn lơ lửng Do đó, cần có bể lắng để loại bỏ các cặn rắn này trước khi nước được đưa đến các công trình xử lý tiếp theo.

 Kích thước bể lắng

Chọn tải trọng bề mặt LA= 16 m 3 /m 2 ngày và tải trọng chất rắn LS= 5 kgSS/m 2 h

Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt: A L = Q

Lưu lượng đi vào bể lắng: QL = Qr + Q= 2647+3000

24 = 235 m 3 /h Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng chất rắn:

Vì A S < A L , diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng bề mặt

→ Chọn diện tích bể lắng A = 187.5 m 2 Đường kính bể lắng: D = √ 4 π x A = √ 4 π x 187.5 = 15.5 m Đường kính ống trung tâm: d = 20% x D = 0.2 x 15.5 = 3 m

Chọn chiều sâu hữu ích bể lắng hL = 2.8 m, chiều cao lớp bùn lắng hb= 1 m và chiều cao bảo vệ hbv = 0.7 m

Chiều cao tổng cộng của bế lắng: H = h L + h b + h bv = 2.8 + 1 + 0.7 = 4.5 m

Chiều cao ống trung tâm: h = 60% h L = 0.6 x 3 = 1.8 m

Kiểm tra lại thời gian lưu nước ở bể lắng:

Thể tích phần lắng: V L = π

Thời gian lưu nước trong bể: t = V L

Chọn đường kính phần chứa bùn: Dcb = 1300 mm

Thể tích phần chứa bùn: V cb = π x R cb x h b = π x 0.65 2 x 1 = 1.33 m 3

Tải trọng máng tràn: L S = Q L π x D= 235 x 24 π x 15.5 = 116 m 3 /m 2 ngày

→ LS thỏa điều kiện < 500 m 3 /m 2 ngày

Lượng bùn sinh ra từ bể mỗi ngày : G = e x Css x 10 -6 x Q x 1000

Với: +Hiệu suất xử lý của bể đối với chất rắn lơ lửng, chọn e = 70% (40-70%)

+Hàm lượng SS đầu vào bể: Css= 150 mg/L

Chọn khối lượng riêng của bùn = 1008 kg/m 3

Nồng độ cặn rắn trong bùn = 5% (do độ ẩm là 95%)

Thể tích cặn rắn sinh ra mỗi ngày : V c = 228.6

Thời gian lưu giữ bùn tối đa trong bể: t b = V c

Máng thu nước được sử dụng để thu nước sau khi lắng, đặt bên trong thành bể và chảy tràn xung quanh Đường kính của máng thu nước phải bằng với đường kính của bể.

Chiều dài máng thu nước : L m = π x D m = π x 15.5 = 48.7 m

Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: a m = Q

48.7 = 61.6 m 3 /m ngày, thỏa điều kiện < 125 m 3 /m.ngày Vận tốc nước trong máng: v = 0.6 m/s (Trong khoảng 0.6 – 0.7 m/s)

0.6 x 3600 = 0.058 m 2 Chọn chiều rộng máng: R = 0.35 m

Chọn chiều cao máng: H = 0.18 m

55 Đường kính ống từ máng đến bể trung gian là đường dẫn tự chảy có vận tốc v = 0.7 m/s (theo A.1.27 – TCVN 8423: 2010 vận tốc từ 0.7 m/s đến 1.5 m/s)

 Bơm bùn lắng Đường kính ống chính xả bùn: D = √ 4 x Q th π x v v x 3600 = √ 4 x 5.3 π x 0.4 x 3600 = 0.068 m

Công suất của bơm bùn:

Trong đó: +Khối lượng riêng của bùn: ƿbùn = 1008 kg/m 3 (Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 434)

+Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s 2

Sử dụng bơm và đường ống tương tự để tuần hoàn bùn về bể Anoxic

→ Sử dụng 2 bơm bùn NTP HSF240-1 25 26 có công suất 1/3 HP (1 để bơm bùn tuần hoàn và 1 để bơm bùn về bể nén bùn)

Bể Khử trùng

Năm sau bể lắng, đáy bể lắng bằng phẳng nhưng mực nước trong bể khử trùng lại thấp hơn, tạo ra sự chênh lệch mức nước Điều này khiến nước chảy tràn từ máng thu và tự chảy vào bể khử trùng.

Nước thải, đặc biệt là từ ngành chăn nuôi, chứa lượng vi khuẩn và mầm bệnh đáng kể Nếu không được xử lý trước khi thải ra môi trường, nước thải này có thể gây hại cho các sinh vật tự nhiên.

Vì vậy bể khử trùng có tác dụng tiêu diệt các vi sinh vật có hại này với hiệu suất khoảng 95%

 Kích thước bể khử trùng

Dung tích hữu ích của bể: V = Q h tb t = 125 x 0.5 = 62.5 m 3

Với t : thời gian lưu của nước trong bể, chọn t = 0.5 giờ

+ Chọn chiều cao công tác của bể: H = 2 m

+ Diện tích mặt thoáng hữu ích của bể: F = V h = 62.5

1.5 = 41.7 m 2 + Chọn kích thước bể: L x B = 6.5 x 4

+ Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m

→ Thể tích thực tế của bể: Vtt = H x L x W = 2 x 6.5 x 4 = 65 m 3 (> V)

Chiều cao tổng cộng của bể: H = h + hbv = 2 + 0.5 = 2.5 m

Chiều dài vách ngăn: B1 = 5.5 m

Chọn 3 vách ngăn trong bể, tức bể có 4 ngăn n = 4

Vậy khoảng cách giữa các vách ngăn là l = L

 Ống dẫn nước vào bể khử trùng

Lưu lượng nước tính toán: Q = 125 m 3 /h

Vận tốc nước chảy trong bể, chọn v = 0.7 (m/s)

57 Đường kính ống dẫn nước vào bể: D = √ 4 x Q π x v x 3600= √ 4 x 0.0347 π x 0.7 x 3600 = 0.251m Chọn ống nhựa PVC có đường kính D = 250 mm

 Lượng hóa chất cần thiết để khử trùng

Hóa chất cần để khử trùng là Clorine Ca(OCl)2

Lượng Clo hoạt tính lớn nhất dùng để khử trùng:

Với: +Liều lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải, chọn a = 6 (Trong khoảng 5 – 10 g/m 3 )

Lượng vôi (CaO) lớn nhất dùng để khử trùng: G 2 = G 1 x 56

Sử dụng bồn nhựa 3000L để chứa hóa chất dùng trong 6 giờ

Trong đó:+ Lưu lượng hóa chất: Q = 3000

6 = 500 L/h + Khối lượng riêng của hóa chất: ρ= 1000 kg/m 3

Sử dụng hai máy bơm hóa chất KAIWAN KQWH40-100 với công suất 0.55 kW, trong đó một máy hoạt động và một máy dự phòng Ống dẫn hóa chất được thiết kế với vận tốc 1.6 m/s, phù hợp với tiêu chuẩn A.1.27 – TCVN 8423: 2010, trong khoảng vận tốc cho phép từ 1.2 đến 2.0 m/s.

Bể nén bùn

Đáy nằm thấp hơn bể lắng 2 và mực nước bằng nhau, nhưng do sự chênh lệch độ cao của nước bùn, cần sử dụng máy bơm để vận chuyển bùn qua.

Giảm độ ẩm của bùn thải từ bể lắng 2 là bước quan trọng để chuẩn bị cho quá trình ép bùn thành bùn khô Đồng thời, một phần nước thải sẽ được tuần hoàn trở lại hồ điều hòa để tiếp tục xử lý hiệu quả.

Lượng bùn được dẫn tới bể nén bùn gồm 2 nguồn:

Bùn xả ra từ bể UASB với lưu lượng: 11.3 m 3 với chu kì 10 ngày 1 lần

Bùn xả ra từ bể lắng 2 với lưu lượng: 5.3 m 3 /ngày

Lượng bùn dư được dẫn tới bể nén bùn: Vb = 11.3 + 5.3 = 16.6 m 3

Diện tích hữu ích bể nén bùn: F1 = V b v 1 = 16.6 x 1000 0.1 x 3600 = 46 m 2

Với tốc độ chảy của chất lỏng ở vùng lắng trong bể nén bùn kiểu lắng đứng: v1 = 0.1 mm/s

Diện tích ống trung tâm bể nén bùn: F2 = V b v 2 = 16.6 x 1000

30 x 3600 = 0.15 m 2 Với tốc độ chuyển động của bùn trong ống trung tâm: v2 = 30 mm/s

Diện tích tổng cộng: Ftc = F1 + F2 = 46 + 0.15 ~ 46 m 2 Đường kính bể nén bùn: D = √ 4 x F tc π = √ 4 x 46 π = 7.7 m Đường kính ống trung tâm: dtt = √ 4 x F 2 π = √ 4 x 0.15 π = 0.45 m

→ Chọn ống lắng trung tâm có đường kính 0.5 m

Chiều cao ống trung tâm: Htt = 0.6 x h1 = 0.6 x 1.8 = 1.08 m

Chiều cao phần lắng bể: h1 = v x t = 0.1 x 5 x 3600

1000 = 1.8 m Với: +Thời gian lắng: t = 5h

Chọn đường kính phần chứa bùn: Dcb = 0.3 x D = 7.7 x 0.2 = 2.3 m

Chiều cao phần chứa bùn: h4 = 1 m

Chiều cao phần hình nón góc nghiêng 45 0 : h2 = D − D cb

2 = 2.7 m Chọn chiều cao bảo vệ: h3 = 0.5 m

Chiều cao tổng cộng bể nén bùn: Htc = h1 + h2 + h3 + h4= 1.8 + 2.7 + 0.5 + 1 = 6 m Đường kính máng thu: Dmt = D = 7.7 m

Nước sau khi nén bùn sẽ được dẫn tự chảy về hồ điều hòa do có dự chênh lệch độ cao mực nước

Máng thu nước sử dụng máng răng cưa có kích thước giống với máng thu nước của bể

UASB và bể lắng 2 → Chiều dài của máng thu: L = π x D

Máy ép bùn

Nằm sau bể lắng 2 và nằm trong nhà chứa thiết bị Được đặt nằm trên mặt đất Sử dụng bơm trục ngang để tiến hành ép bùn

Bùn từ bể nén bùn, sau khi được giảm độ ẩm, sẽ được bơm đến máy để ép thành bùn khô Loại bùn khô này có thể được sử dụng làm phân bón hiệu quả.

Lưu lượng cặn đến lọc ép dây đai: qcặn = (QbUASB + Qblắng) x 100− P 1

Trong đó: + Độ ẩm của bùn dư , P1 = 99.2 %

+ Độ ẩm của bùn dư sau khi nén ở bể nén bùn trọng lực, P2 = 97.3%

Thời gian làm làm việc: máy làm việc 7 ngày trong 1 tuần và 1 ngày làm 6 giờ

Lượng bùn cặn theo tuần: Qlv = 1.9 x 7 = 13.3 m 3 /tuần

Lượng bùn cặn theo giờ: Qlv’ = 1.9

24= 0.08 m 3 /h Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính sau khi nén: Cb = 50 kg/m 3

Lượng bùn cặn đưa đến máy nén mỗi ngày: M = Cb x Qlv’ = 50 x 1.9 = 665 kg

Sau khi qua máy ép bùn, bánh bùn có độ ẩm 75 – 85% Chọn 80%

Khối lượng bùn khô: Mkhô = M x (1 – 0.8) = 665 x (1 – 0.8) = 133 kg

Lượng bùn khô: Mkhô = 91.5 kg

Lượng polymer: Mpoly = 5 kg/tấn bùn

 Lượng Polymer tiêu thụ: M pott = 133 x 5 x 10 -3 = 0.66 kg/ngày

Lựa chọn máy ép bùn băng tải TA500

Mương oxy hóa

Bể lắng nằm ở vị trí tương đồng với bể Aerotank, phía sau bể Anoxic Do có mức nước thấp hơn, nước sẽ tự chảy về bể lắng Tuy nhiên, cần sử dụng máy bơm để đưa nước từ bể lắng do sự chênh lệch mức nước.

Bể UASB có tác dụng tương tự như bể Aerotank nhưng hiệu quả xử lý thấp hơn Nước thải từ bể UASB sẽ tự chảy vào mương oxy hóa để bắt đầu quá trình nitrat hóa, nơi các chất hữu cơ tiếp tục được xử lý Máy khuấy hoạt động liên tục ở đầu mương để cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí, giúp chúng phân hủy chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ đơn giản như CO2 và H2O.

Vi khuẩn lơ lửng đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận oxy và chuyển hóa chất hữu cơ thành thức ăn, giúp phát triển và tăng sinh khối, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm Sau khi trải qua quá trình xử lý tại bể hiếu khí, nước thải sẽ tự động chảy vào bể lắng để tiếp tục xử lý.

 Kích thước mương oxi hóa

Tốc độ tăng trưởng riêng của vi sinh vật nitrat hóa trong điều kiện vận hành bể ổn định: μ = μ max ( N v

+ Nhiệt độ thấp nhất của nước thải: T = 18 o C

+ Hàm lượng Nitơ đầu vào: Nv = 150 mg/L

+Hàm lượng Nitơ đầu ra: Nr = 22 mg/L

Theo Bảng 5-4 “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải”, Trịnh Xuân Lai, trang 80, ta có:

+Tốc độ phát triển cực đại của vi sinh vật ở 20 o C: μmax = 0.45 ngày -1

+Hằng số bán vận tốc: K N = 100.051xT − 1.158 = 100.051x18 − 1.158 = 0.58 (nằm trong khoảng 0.2 – 3)

+Hàm lượng Oxi hòa tan trong nước: DO = 2 mg/L

+Hằng số Oxi: KO2 = 1.3 mg/L

Tốc độ tiêu thụ NH4 + của vi khuẩn nitrat hóa: ƿ N = K x N v

0.58 + 150 = 0.91 mg NH 4 /mg bùn ngày

Hệ số động học của bùn hoạt tính được xác định là YN = 0.2 mg bùn/mg NH4, theo tài liệu "Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải" của Trịnh Xuân Lai, trang 80.

+Hằng số bán vận tốc: KN = 0.58

+ Hệ số động học của bùn hoạt tính: YN1 = 0.2 mg bùn /mgNH4

+ Hệ số phân hủy nội bào theo NH4: KdN = 0.045 ngày -1

Hàm lượng BOD đầu vào: BODv = 238 mg/L

Hàm lượng BOD đầu ra: BODr = 36 mg/L

Hệ số sản lượng tế bào theo BOD: YN2 = 0.6 mg bùn /mgBOD

Hệ số phân hủy nội bào theo BOD: kdN2 = 0.06 ngày -1

Hàm lượng bùn hoạt tính trong nước: MLVSS = 3000 mg/L (nằm trong khoảng 2500-

4000 mg/L) (Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết)

= 0.174 Thành phần hoạt tính của vi khuẩn: Xn = fn x MLVSS = 0.174 x 3000 = 523 mg/L

Thể tích vùng hiếu khí: V BOD5 = Q x BOD F v

+Thời gian lưu nước: HRT = 30 giờ (Nằm trong khoảng 24-36 giờ, theo sách

“Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai”)

Thể tích vùng Anoxic khử NO3 -: V 2 = (N v −N r ) x Q ρ DN x X =(150−22) x 3000

0.25 x 3000 = 512 m 3 Với: +Tốc độ khử NO3 - thành N2: ρ DN = 0.2 mg NO3 -/mg bùn.ngày (Khoảng 0.1 – 0.4) Tổng thể tích mương oxi hóa: V = V1 + V2 = 4262 m 3

Vì công suất của hệ thống > 2000 m 3 /ngày nên ta chia làm 3 đơn nguyên

Chọn chiều cao làm việc của mương: H = 2 m (Trong khoảng 1-4 m)

Chọn chiều cao bảo vệ: Hat = 0.5 m

Xây dựng mương có hình bầu dục với 2 đầu bể có dạng nửa tròn

Diện tích bề mặt mỗi đơn nguyên: S = V

Chọn chiều rộng mương: W = 6 m

→ Tổng chiều ngang của mương: Wtổng = 6 x 3 x 4 = 72 m

 Thiết bị làm thoáng

Tiết diện mặt cắt ướt của bể: S = H x W = 2 x 6 = 12 m 2

Thời gian nạp khí trong mương oxi hóa: t = (N v −N r ) a x (1−S) x ρ = 150 − 22

3.6 x (1−0.45) x 6= 10.7 giờ Trong đó: +Liều lượng bùn hoạt tính: a = 3.6 g/L (Theo TCXD 51-2008)

+ Độ tro của bùn hoạt tính: S = 0.45 (The TCXD 51-2008)

+Tốc độ oxi hóa trung bình: ρ = 6 mg/g phút

Lượng oxi cần để cung cấp:

1000 x 3000 = 370.8 kgO 2 ⁄ngày Trong đó: +Liều lượng oxi đơn vị: Go = 1.42 (Theo TCXD 51-2008)

Lượng oxi cần cung cấp mỗi giờ: Q kk = G t = 370.8

64 Để nạp khí cho mương oxi hóa ta sử dụng máy khuấy trục dọc ở đầu đoạn thẳng của mương oxi hóa

Có 3 đơn nguyên mương oxy hóa, mỗi đơn nguyên sử dụng 6 máy khuấy

→ Cần 18 máy khuấy trục dọc LANDY 7 với công suất 2 kgO2/h

Bể lắng 2 (Cho phương án 2)

Nằm sau mương oxi hóa Có đáy thấp hơn giúp cho mực nước của bể lắng bằng với mương oxi hóa để nước có thể tự chảy

Nước thải sau khi qua bể Aerotank sẽ có sinh khối là các hạt cặn lơ lửng do vi khuẩn hiếu khí xử lý các hợp chất Do đó, cần thiết phải có bể lắng để xử lý các cặn rắn này trước khi đưa nước đến công trình phía sau, nhằm đảm bảo hiệu quả xử lý cao nhất Số lượng đơn nguyên của bể lắng trong phương án 2 sẽ bằng với số đơn nguyên của mương oxi hóa.

 Kích thước bể lắng

Số đơn nguyên của bể lắng phải tương đương với số đơn nguyên của mương oxi hóa để đảm bảo quá trình vận hành diễn ra một cách dễ dàng và chính xác hơn.

→ Có 3 đơn nguyên bể lắng

Chọn tải trọng bề mặt LA= 16 m 3 /m 2 ngày và tải trọng chất rắn LS= 5 kgSS/m 2 h

Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt: A L = Q

Lưu lượng đi vào bể lắng: QL = Qr + Q= 2647+3000

24 x 3 = 78.3 m 3 /h Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng chất rắn:

Vì A S > A L , diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn

→ Chọn diện tích bể lắng A = 62.5 m 2 Đường kính bể lắng: D = √ 4 π x A = √ 4 π x 62.5 = 9 m Đường kính ống trung tâm: d = 20% x D = 0.2 x 9 = 1.8 m

Chọn chiều sâu hữu ích bể lắng hL = 3 m, chiều cao lớp bùn lắng hb= 1 m và chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m

Chiều cao tổng cộng của bế lắng: H = h L + h b + h bv = 3 + 1 + 0.5 = 4.5 m

Chiều cao ống trung tâm: h = 60% h L = 0.6 x 3 = 1.8 m

Kiểm tra lại thời gian lưu nước ở bể lắng:

Thể tích phần lắng: V L = π

Thời gian lưu nước trong bể: t = V L

78.3 = 2.4 h Thể tích phần chứa bùn: V b = A x h b = 62.5 x 1 = 62.5 m 3

Thời gian lưu giữ bùn trong bể: t b = V b

Tải trọng máng tràn: L S = Q L π x D= 78.3 x 24 π x 9 = 66.5 m 3 /m 2 ngày

→ LS thỏa điều kiện < 500 m 3 /m 2 ngày

Lượng bùn sinh ra từ bể mỗi ngày : G = e x Css x 10 -6 x Q x 1000

Với: +Hiệu suất xử lý của bể đối với chất rắn lơ lửng, chọn e = 60% (40-70%)

+Hàm lượng SS đầu vào bể: Css= 150 mg/L

Chọn khối lượng riêng của bùn = 1008 kg/m 3

Nồng độ cặn rắn trong bùn = 5% (do độ ẩm là 95%)

Thể tích cặn rắn sinh ra mỗi ngày : V c = 76.2

Máng thu nước được sử dụng để thu nước sau khi lắng, với thiết kế đặt bên trong thành bể Đường kính của máng thu nước cần phải bằng với đường kính của bể để đảm bảo hiệu quả thu nước.

Chiều dài máng thu nước : L m = π x D m = π x 9 = 28.3 m

Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng : a m = Q

28.3 X 3= 35.4 m 3 /m ngày, thỏa điều kiện < 125 m 3 /m.ngày Vận tốc nước trong máng: v = 0.6 m/s (Trong khoảng 0.6 – 0.7 m/s)

0.6 x 3600 X 3= 0.058 m 2 Chọn chiều rộng máng: R = 0.35 m

Khi chọn chiều cao máng, nên thiết lập H = 0.18 m Đường kính ống dẫn từ máng đến bể trung gian cần đảm bảo là đường dẫn tự chảy với vận tốc 0.7 m/s, phù hợp theo tiêu chuẩn A.1.27 – TCVN 8423: 2010, trong đó vận tốc được khuyến nghị nằm trong khoảng từ 0.7 m/s đến 1.5 m/s.

 Bơm bùn lắng Đường kính ống chính xả bùn: D = √ 4 x Q th π x v v x 3600 = √ 4 x 1.5 π x 0.4 x 3600 = 0.036 m

Công suất của bơm bùn:

Trong đó: +Khối lượng riêng của bùn: ƿbùn = 1008 kg/m 3 (Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết, trang 434)

+ɳ: Hiệu suất của bơm, ɳ = 0.8→ Sử dụng 4 máy bơm trục ngang NTP HCP225-

1.25 265 có công suất 1/3HP (3 máy hoạt động và 1 máy dự phòng)

TÍNH TOÁN CHI PHÍ

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	5,11 MB