Thiết kế trạm xử lý nước thải nhà máy chế biến cao su bến súc dầu tiếng, công suất 1500m3 ngày đêm

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CAO SU VÀ TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CAO SU BẾN SÚC – DẦU TIẾNG

Khái quát về ngành cao su trong nước

1.1.1 Lịch sử phát triển của ngành cao su

Cây cao su có nguồn gốc từ Nam Mỹ và được người Pháp đưa vào Việt Nam lần đầu vào năm 1878 nhưng không thành công Đến năm 1892, 2000 hạt cao su từ Indonesia được nhập vào Việt Nam, đánh dấu sự xuất hiện của cây cao su vào năm 1907 Hiện nay, cây cao su chủ yếu được trồng ở miền Đông Nam Bộ, đặc biệt tại các tỉnh Bình Phước, Bình Dương, Tây Ninh và Vũng Tàu.

Trong 10 năm qua, sản lượng và năng suất khai thác cao su tại Việt Nam không ngừng tăng trưởng, giúp đất nước này trở thành một trong những nước hàng đầu thế giới về sản xuất và xuất khẩu cao su Năm 2011, diện tích cao su đạt gần 850 ngàn ha với sản lượng hơn 800 ngàn tấn, năng suất đạt 1.72 tấn/ha, đưa Việt Nam vào nhóm 3 nước dẫn đầu thế giới Đến 9 tháng năm 2012, Việt Nam đã chính thức vượt Ấn Độ, trở thành nước sản xuất cao su tự nhiên lớn thứ 4 thế giới, chỉ sau Thái Lan, Indonesia và Malaysia.

Năm 2018 chứng kiến sự thăng trầm của ngành cao su Việt Nam, với kim ngạch xuất khẩu giảm so với năm 2017, ngoại trừ Ấn Độ và Indonesia có mức tăng lần lượt 53% và 5% Trong khi đó, nhập khẩu cao su trong 10 tháng đầu năm 2018 đạt 494,6 nghìn tấn, tương ứng với giá trị 905,7 triệu USD, tăng 11,4% về lượng và 0,8% về giá trị so với cùng kỳ năm trước Đặc biệt, thặng dư thương mại từ sản phẩm mủ cao su sơ chế chỉ đạt khoảng 700 triệu USD, gây lo ngại khi so sánh với kim ngạch xuất khẩu cao su đạt 3,2 tỷ USD và suất siêu 2,5 tỷ USD vào năm 2011.

1.1.2 Nguồn gốc nước thải chế biến cao su

Sản phẩm của ngành công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên được chia thành hai loại chính: cao su khô và cao su lỏng Cao su khô, hay còn gọi là cao su sống, bao gồm các sản phẩm ở dạng rắn như cao su khối, cao su tờ và cao su crepe Trong khi đó, cao su lỏng, hay mủ latex, là các sản phẩm ở dạng mủ cao su cô đặc với hàm lượng cao su khoảng 60% Phương pháp chế biến chủ yếu cho cao su lỏng là phương pháp ly tâm.

4 thường đường gọi là mủ ly tâm Quá trình chế biến mủ ly tâm cũng cho ra một phụ phẩm là mủ skim, chứa khoảng 55% cao su

Trong quy trình chế biến cao su khối, mủ cao su tại nhà máy được khuấy trộn đều và pha loãng trước khi lắng Sau đó, mủ cao su pha loãng được chuyển sang các mương và thêm axit (axit fomic hoặc axit acetic) để đông lại thành khối, tách biệt với dung dịch serum Các khối cao su này sau đó được gia công bằng nhiều loại máy khác nhau, tạo thành các hạt cốm có kích thước khoảng 3 – 5 mm Cuối cùng, thiết bị sẽ làm khô các hạt cốm và máy nén sẽ nén chúng lại thành khối.

Các sản phẩm cao su khô như cao su tờ và cao su crepe cũng trải qua quy trình chế biến tương tự, nhưng không trải qua bước tạo hạt Những thành phần này có dạng tấm mỏng, mang lại tính linh hoạt trong ứng dụng.

NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU

1.2.1 Thành phần của nước thải chế biến cao su

Bảng 1 1 Thành phần của nước thải cao su

Khối từ mủ đông Cao su tờ Mủ ly tâm

NO3-N Vết Vết Vết Vết

NO2-N KPĐH KPĐH KPĐH KPĐH

Al Vết Vết Vết Vết

Cu Vết Vết Vết Vết

Mn Vết Vết Vết Vết

Zn KPĐH KPĐH KPĐH KPĐH

( Nguồn: Bộ môn chế biến, Viện nghiên cứu cao su Việt Nam)

Từ bảng số liệu trên có thể thấy được nước thải chế biến cao su chứa N, P và

K cùng với một số khoáng vi lượng, trong đó đáng chú ý nhất là hàm lượng N dưới dạng amoni (với hàm lượng 40 – 400 mg/l)

1.2.2 Đặc tính ô nhiễm của nước thải chế biến cao su

Bảng 1 2 Đặc tính nước thải chế biến cao su

Chỉ tiêu Các loại sản phẩm

Tổng chất rắn lơ lửng

(Nguồn: Bộ môn chế biến, Viện nghiên cứu cao su Việt Nam)

Nước thải từ quy trình chế biến cao su có pH dao động từ 4.2 đến 5.2, chủ yếu do việc sử dụng axit trong quá trình đông tụ mủ cao su Đối với mủ skim, nước thải có thể có pH thấp hơn đáng kể Ngược lại, nước thải từ cao su khối chế biến từ nguyên liệu đông tụ tự nhiên có pH cao hơn, khoảng 6, với tính axit chủ yếu do axit béo bay hơi, là kết quả của sự phân hủy sinh học lipid và phospholipid trong quá trình lưu trữ nguyên liệu.

Hơn 90% chất thải rắn trong nước thải cao su là dạng chất rắn bay hơi, cho thấy tính chất bay hơi của chúng Phần lớn các chất này tồn tại ở dạng hòa tan, trong khi các hạt cao su còn sót lại chủ yếu ở dạng lơ lửng.

Hàm lượng nitơ hữu cơ trong mủ cao su thường thấp, chủ yếu xuất phát từ protein, trong khi hàm lượng nitơ dạng amoni lại rất cao do việc sử dụng amoni để ngăn chặn đông tụ trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và bảo quản mủ cao su.

Tóm lại, nước thải chế biến cao su thuộc loại ô nhiễm nặng Những chất ô nhiễm thuộc 2 loại ô nhiễm chất hữu cơ và chất dinh dưỡng.

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI NGHÀNH CAO SU

Xác định giá trị pH của nước thải là rất quan trọng để đánh giá tính axit hay kiềm Nước thải từ các nhà máy chế biến cao su thường có tính axit do việc sử dụng axit trong quá trình đông tụ mủ Giá trị pH của nước thải thường được đo bằng pH kế.

1.3.2 Nhu cầu oxy hóa học (COD)

Phép đo COD là chỉ số quan trọng thể hiện lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu cơ trong mẫu thử, giúp nghiên cứu chất lượng nước và kiểm tra nước thải Giá trị COD phản ánh tổng lượng chất hữu cơ trong chất thải; nếu chất thải có COD cao không được xử lý và thải ra sông, vi sinh vật sẽ phân hủy chất hữu cơ, dẫn đến giảm mức oxy hòa tan trong nước Khi khả năng cung cấp oxy cho vi khuẩn không đủ, điều này sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến sinh vật sống trong nước, đặc biệt là cá.

1.3.3 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)

Thử nghiệm nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là một phương pháp phân tích sinh hóa nhằm đánh giá khả năng phân hủy tự nhiên của chất hữu cơ trong môi trường nước Quy trình này diễn ra khi oxy hòa tan trong nước được vi sinh vật sử dụng để oxy hóa chất hữu cơ Giá trị BOD phản ánh mức độ thoái hóa sinh học của chất hữu cơ có trong chất thải, từ đó giúp đánh giá chất lượng nước và tác động của các chất thải đến môi trường sống trong sông.

1.3.4 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)

Chất rắn lơ lửng trong nước thải cao su chủ yếu là các hạt cao su chưa bị phân hủy bởi axit Để xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng, phương pháp lọc qua giấy lọc được công nhận là hiệu quả Việc phân tích cần được thực hiện nhanh chóng, trong vòng 4 giờ sau khi lấy mẫu Nếu không thể phân tích ngay, mẫu cần được bảo quản dưới 8°C trong tối, nhưng tuyệt đối không được để đông lạnh.

1.3.5 Tổng Nitơ (TN) Đây là tổng nitơ dưới dạng NH3 và nitơ Trong nước thải cao su thì lượng nitơ hữu cơ dưới dạng NH3 chiếm phần lớn trong tổng nitơ, do người ta sử dụng hàm lượng lớn amoni lớn để bảo quản mủ nước

Nitơ amoni trong nước thải cao su bao gồm tổng lượng amoni tự do và amoni liên kết Amoni liên kết hình thành từ phản ứng giữa amoni và axit, thường là axit formic, trong quá trình sản xuất cao su, tạo ra muối amoni Nồng độ nitơ amoni trong nước thải cao su thường cao, và các phương pháp chưng cất cùng chuẩn độ thường được áp dụng để ước lượng lượng nitơ này.

Sơ lược về nhà máy chế biến cao su Bến súc-Dầu tiếng

Nhà máy chế biến cao su Bến Súc, thuộc Công ty TNHH MTV Cao Su Dầu Tiếng, nằm trên tuyến đường ĐT744, xã Thanh Tuyền, huyện Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương.

Phía Bắc giáp huyện Hớn Quản, Đông Bắc giáp huyện Chơn Thành ( đều thuộc tỉnh Bình Phước)

Phía Đông giáp huyện Bàu Bàng, Đông Nam giáp thị xã Bến Cát;

Phía Tây là hồ Dầu Tiếng thuộc huyện Dương Minh Châu, Tây Nam giáp huyện Trảng Bàng (đều thuộc tỉnh Tây Ninh);

Phía Nam giáp huyện Củ Chi, thành phố Hồ Chí Minh

Chế độ thủy văn của sông Sài Gòn tại huyện Dầu Tiếng có sự biến đổi theo mùa, bao gồm mùa nước lớn kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô, hay còn gọi là mùa kiệt, từ tháng 11 đến tháng 5 năm sau, tương ứng với hai mùa nắng trong năm.

1.4.2 Vài nét về nhà máy chế biến cao su Bến Súc – Dầu Tiếng

Là một trong 3 nhà máy chế biến và khai thác chính của công ty TNHH MTV Cao

Su Dầu Tiếng đóng vai trò quan trọng trong quản lý dây chuyền sản xuất, với khả năng tiếp nhận 26.4 tấn nguyên liệu mỗi ngày cho dây chuyền ly tâm, 45.8 tấn cho dây chuyền mủ cốm, và sản xuất 55.2 tấn mỗi ngày cho dây chuyền mủ Skimblock.

1.4.2.1 Các mặt hàng được ưu tiên

Các sản phẩm chính được chế biến ở nhà máy Bến Súc là SVR, 3L đối với mủ cốm; LA, HA, UPLP-HA đối mủ latex

1.4.2.2 Tình hình hoạt động xử lý nước thải cao su ở Bến Súc – Dầu Tiếng

Nước thải từ nhiều khu vực sản xuất thuộc nhà máy chế biến cao su Bến Súc sẽ được thu về trạm xử lý nước thải tập trung

Nhà máy chế biến cao su Bến Súc đã lắp đặt một trạm xử lý nước thải với công suất 2500m³/ngày, đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn TCVN 7586.

1.4.2.3 Tổng quan về sản xuất của nhà máy

Có 3 quy trình chế biến cao su trong nhà máy chế biến cao su Bến Súc: quy trình chế biến mủ ly tâm, quy trình chế biến mủ cốm, quy trình chế biến mủ tờ

Quy trình chế biến mủ ly tâm:

Mủ nước chứa khoảng 30% hàm lượng cao su khô (DRC) và 65% nước, cùng với các chất phi cao su khác Để cô đặc mủ nước từ vườn cây, các phương pháp như ly tâm, tạo kem và bốc hơi đã được áp dụng Trong quy trình ly tâm, nhờ sự khác biệt về tải trọng cao su, các hạt cao su dưới dạng serum được tách ra, tạo ra mủ ly tâm đạt tiêu chuẩn 60% DRC Sau đó, mủ ly tâm được xử lý với các chất bảo quản thích hợp và được lưu trữ trong bồn lư để ổn định ít nhất trong 20 ngày.

25 ngày trước khi sản xuất

Mủ skim (DRC) khoảng 6% là sản phẩm phụ của công nghệ chế biến mủ ly tâm Sau quá trình ly tâm, mủ skim được đánh đông bằng axit và sau đó được sơ chế để sử dụng.

Hình 1 1 Quy trình chế biến mủ ly tâm

Sản xuất cao su cốm từ 10 tờ crepe dày diễn ra qua nhiều hình thức khác nhau Dưới đây là sơ đồ công nghệ cho quy trình sản xuất cao su ly tâm.

Quy trình chế biến cao su cốm:

Hình 1 2 Quy trình chế biến cao su cốm

Trong quy trình chế biến cao su, mủ vườn từ cây cao su được đông lại bằng axit, sau đó được đưa vào dây chuyền máy sơ chế để tạo ra các hạt cao su có kích thước 3mm Cuối cùng, các hạt cao su này sẽ được sấy khô và đóng thành bánh theo yêu cầu của khách hàng.

Quy trình chế biến mủ tờ:

Hình 1 3 Quy trình chế biến mủ tờ

Mủ nước được lọc tự nhiên để loại bỏ tạp chất và các mảnh vụn, sau đó được pha loãng để hàm lượng cao su khô (DRC) còn khoảng 10% và pH giảm xuống còn 4,5 bằng axit fomic hoặc axit axetic Mủ nước thường được đông đặc qua đêm, và sau khi đông đặc hoàn toàn, tấm mủ nổi lên trên serum và được đưa vào giàn cán mủ tờ Cặp trục của giàn cán có rãnh để tạo lớp nhãn trên mủ Cuối cùng, tờ mủ được phơi khô và đưa vào lò xông để sản xuất mủ tờ xông khói (RSS).

Mủ tờ hong khô (ADS) là loại mủ tờ không xông khói, có màu vàng lợt Quy trình chế biến mủ ADS tương tự như mủ RSS, chỉ khác ở bước xông khói Để duy trì màu sắc cao su, người ta thêm 0.04% muối metabisulphit vào mủ nước Dưới đây là sơ đồ công nghệ sản xuất cao su tờ.

1.4.2.4 Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nhà máy chế biến cao su Bến Súc

Nước thải sơ chế cao su sau 2 – 3 ngày lưu trữ sẽ xảy ra phân hủy và oxy hóa, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường Nước thải có màu đen, nổi ván mủ và phát ra mùi hôi nồng nặc Hàm lượng chất hữu cơ cao trong nước thải làm tiêu hủy dưỡng khí, trong khi cao su đông tụ trên bề mặt ngăn cản quá trình trao đổi oxy hòa tan, dẫn đến nồng độ oxy hòa tan (DO) trong nước thấp, gây chết thủy sinh vật và hạn chế sự phát triển của thực vật.

Tại nguồn tiếp nhận nước thải, quá trình lên men yếm khí tạo ra mùi hôi khó chịu, ảnh hưởng đến sức khỏe của cư dân xung quanh và có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước, khiến nó không còn an toàn cho sinh hoạt.

Vấn đề tồn tại trong xử lý nước thải chế biến cao su:

Chất lượng nước sau xử lý vẫn còn thấp, do đó cần nâng cao công suất và đảm bảo các thông số vận hành của hệ thống Hiệu quả xử lý amoni cũng chưa đạt yêu cầu, vì công nghệ hiện tại có khả năng xử lý nitơ không triệt để Mùi hôi, chủ yếu do khí H2S và NH3, đang là vấn đề nghiêm trọng, với nhiều khiếu kiện từ cư dân xung quanh các hệ thống xử lý nước thải chế biến cao su Do đó, cần tìm kiếm công nghệ phù hợp để giải quyết vấn đề mùi hôi và nâng cao khả năng xử lý nitơ trong nước thải.

1.4.2.5 Nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải

Dựa trên khảo sát hoạt động sản xuất và phân tích nguồn ô nhiễm tại phân xưởng sản xuất của nhà máy chế biến cao su Bến Súc, nhận thấy rằng nước thải từ hoạt động sản xuất và sinh hoạt là nguồn ô nhiễm cần được chú trọng.

PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

Xử lý cơ học nước thải thường được thực hiện ở giai đoạn đầu của quy trình công nghệ, vì vậy nó còn được gọi là tiền xử lý hoặc xử lý bậc một.

Trong nước thải thường chứa các chất không hoà tan dưới dạng lơ lửng, do đó cần tách chúng ra khỏi nước thải Các phương pháp cơ học thường được áp dụng bao gồm tách cặn lơ lửng không tan bằng song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực ly tâm, cũng như tuyển nổi, hấp phụ và lọc Một trong những phương pháp hiệu quả là lắng, giúp loại bỏ các chất lơ lửng lớn khỏi nước thải.

Phương pháp lắng được sử dụng để loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nước thải và tách bông cặn sau quá trình keo tụ, tạo ra bông và bùn sinh học Các loại bể lắng phổ biến bao gồm bể lắng li tâm, bể lắng cát, bể lắng ngang và bể lắng đứng.

Bể lắng đứng là thiết bị thường được áp dụng trong các công trình có công suất thấp, giúp tiết kiệm diện tích đất Tuy nhiên, hiệu suất lắng của bể này không cao và chỉ có khả năng lắng cặn có tỷ trọng lớn Do vận tốc lắng không lớn, bể lắng đứng ít được sử dụng trong xử lý nước thải cao su.

Bể lắng ly tâm được sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải như bể lắng một và hai, với khả năng xử lý nhiều loại nước thải có hàm lượng cặn khác nhau Bể có công suất lớn lên đến 20.000 m³/ngày đêm và hiệu suất lắng cao, có thể lắng được cặn có tỷ trọng nhỏ Tuy nhiên, việc vận hành bể lắng ly tâm đòi hỏi kinh nghiệm Đặc biệt, trong xử lý nước thải chế biến cao su, bể lắng ly tâm thường được ưa chuộng nhờ vào hiệu suất lắng vượt trội.

Bể lắng cát : Áp dụng để tách cát và cặn lơ lửng có đường kính từ 0.2 – 1.25mm, phần tử hữu cơ có đường kính nhỏ hơn 0.15mm

Bể lắng ngang là loại bể lắng có thiết kế và vận hành đơn giản nhất trong bốn loại bể Mặc dù chiếm nhiều diện tích và có thời gian lưu dài, nhưng chi phí xây dựng cao khiến nó ít được sử dụng trong xử lý nước thải cao su, mà chủ yếu được ứng dụng trong xử lý nước cấp.

Phương pháp này nhằm loại bỏ cặn hữu cơ không tan và chất hoạt động bề mặt, với ưu điểm nổi bật là hoạt động liên tục, ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành thấp, cùng hiệu quả xử lý cao từ 95% đến 98%, đồng thời thu hồi cặn có độ ẩm thấp.

Quá trình tuyển nổi ngược lại với lắng, trong đó các chất cặn lơ lửng nổi lên bề mặt nhờ sức đẩy của các hạt khí, tạo thành lớp trên bề mặt bể Hai loại bể tuyển nổi phổ biến là tuyển nổi thông thường và tuyển nổi siêu nông.

Hấp phụ là quá trình chuyển nồng độ chất tan vào chất rắn Có 2 dạng hấp phụ là :

- Hấp phụ vật lý : liên kết bề mặt là liên kết vật lý ( tĩnh điện, Van Der Waals, phân tán)

Hấp phụ hóa học là quá trình liên kết bề mặt thông qua các liên kết hóa học với năng lượng liên kết lớn Các chất thường được sử dụng trong hấp phụ bao gồm than hoạt tính, nhựa tổng hợp, tro, đất sét và zeolite.

PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ

Phương pháp hóa lý được sử dụng để xử lý nước thải bao gồm đông tụ, khử trùng và oxy hóa, nhằm loại bỏ cặn lơ lửng nhỏ, giảm độ màu và xử lý một phần COD trước khi đưa nước thải vào các công trình sinh học Trong một số trường hợp, phương pháp này cũng được áp dụng để xử lý nước thải lần cuối trước khi xả ra môi trường.

Là quá trình thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương bằng chất đông tụ để tách chúng ra khỏi nước

Chất đông tụ tự nhiên và tổng hợp :

- Hợp chất tự nhiên bao gồm : tinh bột, este, xenlulozo, chất keo tụ vô cơ là dioxit silic đã hoạt hóa (xSiO2.yH2O)

- Chất keo tụ tổng hợp bao gồm: PAC (Polyaluminiumchloride), PAA (Polyacrilamic),…

Quá trình đông tụ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm pH, nhiệt độ, liều lượng chất đông tụ - kẹo tụ, tính chất của nước thải và thời gian khuấy trộn Những yếu tố này đóng vai trò quyết định trong hiệu quả của quá trình xử lý nước thải.

16 Đông tụ nước thải cao su bằng hóa chất

Các hạt cao su mang điện tích âm sẽ được trung hòa và kết dính nhờ hóa chất, với kích thước lớn giúp tăng tốc độ lắng Các hạt bông cặn sẽ nhanh chóng di chuyển xuống đáy bể lắng Phương pháp này thường áp dụng cho nước thải có hàm lượng COD lớn hơn 10.000 mg/l, đặc biệt trong quá trình đông tụ nước thải cao su tự nhiên.

Nước thải cao su trong điều kiện tự nhiên sẽ đông tụ nhờ hoạt động của vi khuẩn

Vi khuẩn có vai trò quan trọng trong việc phân hủy màng protein bao quanh hạt cao su và khử gốc cacboxyl của axit cacboxylic, từ đó tạo ra CO2 Chúng cũng phân hủy đường, chất béo và protein, dẫn đến sự hình thành axit và làm giảm pH của nước Phương pháp này yêu cầu thời gian lưu nước dài, đồng thời tạo ra mùi trứng thối (H2S) do sự phân hủy chất hữu cơ; thời gian lưu càng lâu thì hiệu quả lắng càng cao Việc đông tụ nước thải có thể được cải thiện bằng cách bổ sung vi sinh vật.

Sử dụng vi sinh kị khí để lên men axit giúp axit hóa các hợp chất hữu cơ hòa tan trong nước, từ đó làm giảm pH của nước thải Quá trình này tạo ra các ion H+ bám vào hạt keo cao su, làm mất tính ổn định của chúng Kết quả là các hạt keo dễ dàng kết dính lại với nhau, hình thành các bông cặn lớn.

Phương pháp oxy hóa đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải và nước cấp, nhưng lại ít được áp dụng trong xử lý nước thải chế biến cao su Phương pháp này thường được sử dụng cho xử lý bậc cao, yêu cầu nhiều hóa chất và có chi phí cao, điển hình là phương pháp oxy hóa Fenton.

Quá trình Fenton diễn ra hiệu quả nhất trong khoảng pH thấp từ 2 đến 4, với pH tối ưu là 2,8 Trong điều kiện xử lý nước thông thường có pH từ 5 đến 9, hiệu quả của quá trình này giảm sút đáng kể Do đó, cần hạ pH của nước xuống mức thích hợp để tối ưu hóa hiệu quả xử lý.

Phản ứng Oxi hóa diễn ra khi ion sắt hóa trị 2 tương tác với Hydrogen peroxide (H2O2), tạo ra gốc tự do Hydroxyl (*OH), được gọi là phản ứng Fenton.

Gốc *OH đóng vai trò quan trọng trong việc oxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước thải, giúp chuyển hóa chúng từ dạng có khối lượng phân tử cao thành các hợp chất nhỏ hơn, dễ phân hủy hơn.

CHC (cao phân tử) + *HO => CHC (thấp phân tử) + CO2 + H2O + OH-

Sau quá trình oxi hóa, cần nâng pH của môi trường lên trên 7 để kết tủa Fe 3+ mới hình thành Việc này giúp trung hòa và keo tụ các thành phần trong dung dịch, đảm bảo quá trình kết tủa diễn ra hiệu quả.

Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành có khả năng thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ và hấp phụ, giúp loại bỏ một phần các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là những hợp chất có khối lượng phân tử cao.

Quá trình lắng sau khi thực hiện kết tủa Fe(OH)3 tạo ra bùn chứa nhiều sắt, được lắng và loại bỏ, giúp giảm đáng kể COD và độ màu trong nước thải Nước thải còn lại sau quá trình Fenton chủ yếu là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy, sẽ được xử lý bổ sung bằng các công trình phía sau.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton : Độ pH, tỷ lệ Fe 2+ /H2O2, các anion vô cơ (CO3 2-, HCO3 -, Cl - ), nhiệt độ và thời gian c) Khử trùng

Nước sau khi xử lý bằng phương pháp sinh vẫn có thể chứa vi khuẩn, mặc dù phần lớn các vi khuẩn trong nước thải không phải là vi khuẩn gây bệnh Tuy nhiên, không thể loại trừ khả năng tồn tại của chúng Hiện nay, các phương pháp khử trùng nước thải phổ biến bao gồm sử dụng Clo hơi qua thiết bị định lượng Clo, nước Javen (NaClO), và tia UV từ đèn thủy ngân áp lực thấp.

Phương pháp sử dụng Clo là lựa chọn phổ biến nhất trong khử trùng nước thải nhờ vào hiệu quả cao và chi phí vận hành thấp Tuy nhiên, việc kiểm soát lượng Clo dư sau quá trình khử trùng là rất quan trọng, vì Clo có thể phản ứng với các hợp chất hữu cơ, tạo ra các hợp chất gây ung thư cho con người.

PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Phương pháp này sử dụng hệ vi sinh vật để phân hủy hợp chất hữu cơ, chuyển đổi các hợp chất phức tạp thành sản phẩm đơn giản như cacbonic, nước và các chất vô cơ khác.

Phương pháp sinh học được chia thành hai giai đoạn chính: xử lý hiếu khí và xử lý kỵ khí, tương ứng với sự hiện diện và vắng mặt của oxy hòa tan Các công trình điển hình bao gồm bể Aerotank, bể UASB, bể MBR và bể SBR Trong đó, xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí là phương pháp trong đó vi sinh vật hiếu khí phân hủy các hợp chất hữu cơ khi có oxy hòa tan.

Chất hữu cơ + O2 + vi khuẩn  CO2 + NH3 + C5H7NO2 + sản phẩm

Vi sinh vật không chỉ phân hủy các hợp chất hữu cơ để tạo ra tế bào mới mà còn thực hiện quá trình hô hấp nội bào nhằm tạo ra năng lượng Quá trình này có thể được biểu diễn bằng một phương trình cụ thể.

C5H7NO2 + 5O2 + vi khuẩn  5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng

Vi sinh vật bám dính vào chất bẩn và sinh khối tạo ra bông cặn, được gọi là bùn hoạt tính Khối lượng bùn hoạt tính được xác định dựa trên khối lượng chất bay hơi trong tổng hàm lượng bùn khô Có hai quá trình xử lý nước thải điển hình bằng phương pháp hiếu khí.

Quá trình sinh trưởng lơ lửng là sự phát triển của vi sinh vật trong các bông cặn lơ lửng trong nước thải tại các bể xử lý sinh học, như bể Aerotank Để đảm bảo vi sinh vật phát triển hiệu quả, bể sinh học cần được làm thoáng để cung cấp đủ oxy hòa tan Đồng thời, việc tuần hoàn bùn liên tục là cần thiết để duy trì hoạt tính của vi sinh vật, ngăn ngừa sự giảm hiệu quả trong quá trình xử lý nước thải do phân hủy nội bào.

Quá trình sinh trưởng hiếu khí bám dính diễn ra khi vi sinh vật cố định và phát triển trên vật liệu đệm dạng rắn, hình thành các lớp màng sinh học Trong quá trình này, vi sinh vật tiếp xúc với nước thải, tiêu thụ chất hữu cơ và dinh dưỡng, từ đó làm sạch nước thải hiệu quả Bên trong lớp màng sinh học, các chủng vi sinh vật kỵ khí vẫn tồn tại, với số lượng phụ thuộc vào hàm lượng oxy hòa tan trong môi trường.

Quá trình phân hủy kỵ khí là sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ và vô cơ trong điều kiện thiếu oxy, nhờ vào các vi sinh vật kỵ khí Sản phẩm cuối cùng của quá trình này là hỗn hợp khí biogas, bao gồm CH4, CO2 và H2S Các vi sinh vật này sử dụng chất hữu cơ và khoáng chất có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng, từ đó tạo ra năng lượng và sinh trưởng, giúp tăng sinh khối vi sinh vật Quá trình này không chỉ làm giảm BOD và COD trong nước thải mà còn đóng góp vào sự phát triển của hệ sinh thái vi sinh vật kỵ khí.

Chất hữu cơ  CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Các quá trình chuyển hóa trong phân hủy kỵ khí :

Quá trình phân hủy kỵ khí các chất ô nhiễm có trong nước thải xảy ra theo 4 giai đoạn:

Giai đoạn 1 của quá trình phân hủy chất hữu cơ là thủy phân, trong đó các hợp chất cao phân tử cacbon dài và mạch vòng, khó phân hủy bằng phương pháp sinh học hiếu khí, được cắt thành các hợp chất mạch ngắn và hợp chất đơn giản hơn.

- Giai đoạn 2 : Axit hóa các sản phẩm của giai đoạn 1;

- Giai đoạn 3 : Acetat hóa các sản phẩm của giai đoạn 2 ;

Giai đoạn 4 của quá trình xử lý nước thải là quá trình metan hóa, trong đó các sản phẩm của giai đoạn 3 được chuyển hóa thành khí Các chất ô nhiễm trong nước như CxHyOzNtSh sẽ biến đổi thành các khí bay hơi như CH4, CO2, H2, NH3, H2S Một phần CxHyOzNtSh sẽ được vi sinh vật hấp thụ, trong khi một số vi sinh vật chết sẽ tạo thành bùn lắng xuống đáy hệ thống xử lý Kết quả là hỗn hợp khí được thải ra môi trường và lượng bùn chết được thu gom, dẫn đến việc giảm thiểu thành phần CxHyOzNtSh trong nước thải, từ đó làm giảm mức độ ô nhiễm so với ban đầu.

ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ

Thông số đầu vào

Bảng 3 1 Thông số đầu vào

Nước thải chế biến cao su chứa nhiều thành phần ô nhiễm như COD, BOD5, TSS, và Amonia, phát sinh từ các quy trình sản xuất như mủ latex, skim, mủ cốm, mủ nước, và mủ tạp Để xử lý triệt để các chất ô nhiễm này, cần áp dụng các phương án xử lý phù hợp Tổng quan, phương án xử lý nước thải bao gồm nhiều bước kết hợp nhằm đảm bảo hiệu quả trong việc loại bỏ các thành phần độc hại.

- Cụm bể tách mủ & điều hòa;

- Cụm bể xử lý sinh học;

- Các công trình tiền xử lý và hậu xử lý ( Tháp khử nitơ, bể khử trùng, bồn lọc áp lực,…)

Lưu lượng nước thải yêu cầu xử lý : Q = 1500 m 3 /ngày.đêm

Tổng lượng nước thải trung bình ngày :

𝑄 𝑡𝑏 𝑛𝑔à𝑦 = 1500𝑚 3 /𝑛𝑔à𝑦 Tổng lưu lượng nước thải trung bình giờ :

24 = 62.5 𝑚 3 ⁄ℎTổng lưu lượng nước thải trung bình theo giây :

3600 = 0.017 𝑚 3 ⁄ = 17 𝑙 𝑠𝑠 ⁄ Chọn hệ số không điều hòa giờ cao điểm : kmax = 1.96 ; kmin = 0.485 ( theo bảng 3.1; TCXDVN 51 – 2008)

Các công nghệ đề xuất

Hình 3 1 Sơ đồ công nghệ phương án 1

Chỉ tiêu Giá trị BỀ GẠN MỦ ĐIỀU HÒA THÁP KHỬ

Cụm Bể Anoxic và Aerotank - Lắng sinh học

Hình 3 2 Hiệu suất xử lý phương án 1

Nước thải từ quá trình chế biến tại nhà máy được dẫn qua mương về bể gạn mủ, với pH đầu vào là 5.9 Bể gạn mủ có chức năng tách lượng mủ thô và loại bỏ đáng kể TSS và COD trong nước thải Sau đó, phần nước thải sẽ được chuyển sang bể điều hòa.

Bể điều hòa và ống trộn tĩnh:

Bể điều hòa có vai trò trung hòa chất ô nhiễm và điều chỉnh lưu lượng nước thải, sau đó nước được bơm vào ống trộn tĩnh để trộn với xút, nâng pH lên 10 nhằm thuận tiện cho quá trình xử lý tiếp theo Cuối cùng, nước thải sẽ được bơm lên tháp khử Nitơ.

Tháp khử Nitơ chuyển hóa Nitơ amoni thành khí Amoniac (NH3) khi điều chỉnh nước thải tới pH = 10 Sau khi ra khỏi tháp, nước thải sẽ đi qua ống trộn tĩnh, nơi được bổ sung H2SO4 để giảm pH xuống 6.5, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý kỵ khí.

Phương trình chuyển hóa Nitơ amoni thành khí Amoniac:

Nguyên lý khử nitơ trong tháp khử nitơ cho thấy rằng ở pH gần 7, tỷ lệ khí NH3 so với NH4+ là rất nhỏ Tuy nhiên, khi pH được nâng lên 9.5, tỷ lệ [NH3]/[NH4+] sẽ tăng lên đáng kể.

Khi pH tăng lên đến 11, cân bằng phản ứng sẽ dịch chuyển về phía tạo thành NH3 Việc áp dụng kỹ thuật sục hoặc thổi khí sẽ giúp khí NH3 bay hơi theo định luật Henry, từ đó làm dịch chuyển cân bằng về phía sản phẩm.

NH3 (dung dịch)  NH3 (khí)

Tại bể UASB, nước thải được phân bố đều trên đáy bể và đi từ dưới lên qua lớp bùn lơ lửng Trong quá trình này, vi sinh vật trong bể UASB thực hiện các phản ứng sinh hóa trong môi trường kị khí, giúp phân hủy hợp chất hữu cơ và phá vỡ cấu trúc phức tạp của phẩm màu thành dạng đơn giản hơn.

Việc xử lý nước thải giúp giảm đáng kể các chỉ số COD, BOD và độ màu Khí sinh học thu được từ bể sẽ được tận dụng cho nhiều mục đích khác nhau Đồng thời, bùn dư sẽ được bơm vào bể chứa bùn để tiến hành xử lý.

Cụm bể Anoxic – Aerotank – Lắng sinh học:

Chức năng của bể Anoxic xử lý Nitơ dưới dạng nitrat thành nitơ tự do

Việc khuấy trộn bùn hoạt tính và nước thải được thực hiện bằng hệ thống máy khuấy chìm, giúp tăng cường tiếp xúc giữa hai thành phần này trong môi trường thiếu khí, từ đó hiệu quả xử lý Nitơ được cải thiện.

Quá trình xử lý Nitơ gồm 2 quá trình như sau:

Quá trình Nitrat hóa là quá trình chuyển đổi các hợp chất Nitơ hữu cơ thành Nitơ ở dạng Nitrit và Nitrat, thông qua hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí như Nitrosomonas trong bể sinh học hiếu khí.

𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟 + 𝑁𝑂 2 − + 1/2𝑂 2 → 𝑁𝑂 3 + 𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟 Quá trình khử Nitrat: là quá trình khử các hợp chất Nitơ ở dạng Nitrat thành Nitơ tự do nhờ các vi sinh vật thiếu khí trong bể Anoxic

Trong bể sinh học hiếu khí, vi sinh vật hiếu khí tồn tại dưới dạng bông bùn lơ lửng, chuyển hoá chất hữu cơ thành CO2 và H2O Để cung cấp oxy cho vi sinh vật và duy trì trạng thái lơ lửng của bùn hoạt tính, không khí được cấp vào bể qua thiết bị phân phối khí mịn Lượng không khí này được cung cấp từ nhiều máy thổi khí hoạt động luân phiên, đảm bảo oxy cần thiết cho quy trình xử lý hiếu khí, trong khi nồng độ oxy hoà tan (DO) được theo dõi bằng thiết bị đo chuyên dụng.

Quá trình xử lý chất hữu cơ

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bùn hoạt tính hiếu khí ở trạng thái lơ lửng và sục khí liên tục theo phương trình sau:

CxHyOz : chất hữu cơ trong nước thải

Từ phương trình trên cho thấy quá trình xử lý sinh học bao gồm các công đoạn sau

Quá trình xử lý nước thải bao gồm việc chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc carbon từ dạng keo và hòa tan thành thể khí và tế bào vi sinh Đồng thời, tạo ra bùn hoạt tính chứa tế bào vi sinh vật cùng với các chất keo vô cơ Cuối cùng, các bông cặn vi sinh được loại bỏ thông qua quá trình lắng.

Quá trình oxy hóa sinh hóa là quá trình vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ thành khí và tế bào vi sinh, diễn ra qua nhiều bước khác nhau.

- Chuyển hóa các chất hữu cơ ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt vi sinh vật do khuếch tán đối lưu và phân tử

- Chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào

Quá trình chuyển hóa chất trong tế bào vi sinh vật bao gồm hai phản ứng chính: phản ứng dị hóa, trong đó các mạch hữu cơ bị bẻ gãy để tạo ra năng lượng và các phân tử đơn giản, và phản ứng đồng hóa, nơi các phân tử phức tạp hơn được hình thành, yêu cầu tiêu tốn năng lượng.

Phản ứng oxy hoá tạo năng lượng:

2 𝐻 2 𝑂 + 𝑁𝐻3 + 𝛥𝐻 Phản ứng tổng hợp tế bào mới:

CXHYOZN: chất hữu cơ có trong nước thải

C5H7O2N: công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh

Công nghệ xử lý sinh học hiệu quả cao trong việc loại bỏ chất ô nhiễm COD và BOD, với quá trình phân hủy tối ưu khi tạo ra môi trường thuận lợi cho vi sinh vật Để đạt được hiệu quả, cần cung cấp chất dinh dưỡng theo tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1, duy trì nhiệt độ nước thải từ 25 – 30 độ C và pH trong khoảng 6,5 - 8,5 Ngoài ra, nồng độ oxy hòa tan (DO) trong bể hiếu khí cần luôn lớn hơn 2 mg/l để đảm bảo điều kiện môi trường lý tưởng cho vi sinh vật hoạt động.

Quá trình xử lý Nitơ, Phốt pho trong nước thải

Các quá trình xử lý các chất dinh dưỡng (N, P) trong điều kiện hiếu khí và thiếu khí

- Quá trình xử lý Nitơ gồm 2 quá trình như sau:

Quá trình Nitrat hóa là quá trình chuyển hóa các hợp chất Nitơ hữu cơ thành Nitơ dưới dạng Nitrit và Nitrat, nhờ vào sự hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí trong bể Aerotank.

 Quá trình khử Nitrat: là quá trình khử các hợp chất Nitơ ở dạng Nitrat thành Nitơ tự do nhờ các vi sinh vật thiếu khí trong bể Anoxic

𝐶𝑂𝐻𝑁𝑆 + 𝑁𝑂 3 − → 𝑁 2 + 𝐶𝑂 2 + 𝐶 5 𝐻 7 𝑂 2 𝑁 + 𝑂𝐻 − + 𝐻 2 𝑂 + sản phẩm hữu cơ trong tế bào

- Quá trình xử lý Photpho gồm 2 cơ chế sau:

Phương án 2

Hình 3 3 Sơ đồ công nghệ phương án 2

Chỉ tiêu Giá trị BỀ GẠN MỦ ĐIỀU HÒA UASB

Hình 3 4 Hiệu quả xử lý phương án 2

Nước thải từ quá trình chế biến tại nhà máy được dẫn qua mương về bể gạn mủ, với pH đầu vào là 5.9 Bể gạn mủ có chức năng tách lượng mủ thô và loại bỏ một phần lớn TSS và COD trong nước thải Sau đó, phần nước thải này sẽ tiếp tục chảy sang bể điều hòa.

Bể điều hòa và ống trộn tĩnh

Bể điều hòa có vai trò quan trọng trong việc trung hòa chất ô nhiễm và điều chỉnh lưu lượng nước thải Nước thải sau khi được xử lý sẽ được bơm vào ống trộn tĩnh, nơi nó được trộn với xút để nâng pH lên mức 6.5 - 7, tạo điều kiện thuận lợi cho các bước xử lý tiếp theo Cuối cùng, nước thải sẽ được bơm ra khỏi ống trộn tĩnh và chuyển vào bể UASB để tiếp tục quá trình xử lý.

Bể UASB là hệ thống xử lý nước thải, nơi nước thải được phân phối đều và đi từ dưới lên qua lớp bùn lơ lửng Trong môi trường kị khí, vi sinh vật thực hiện các phản ứng sinh hóa để phân hủy hợp chất hữu cơ và phá vỡ cấu trúc phức tạp của phẩm màu, từ đó giảm mạnh COD, BOD và độ màu Khí sinh học thu được sẽ được thu hồi để sử dụng cho các mục đích khác, trong khi lượng bùn dư sẽ được bơm qua bể chứa bùn để xử lý tiếp.

Cụm bể Anoxic 1 – bể Anoxic 2

Chức năng của bể Anoxic xử lý Nitơ dưới dạng nitrat thành nitơ tự do

Hệ thống khuấy chìm được sử dụng để khuấy trộn bùn hoạt tính tuần hoàn với nước thải, tạo điều kiện tối ưu cho sự tiếp xúc giữa chúng trong môi trường thiếu khí, nhằm xử lý hiệu quả Nitơ.

Quá trình xử lý Nitơ gồm 2 quá trình như sau:

Quá trình nitrat hóa là sự chuyển hóa các hợp chất nitơ hữu cơ thành nitơ ở dạng nitrit và nitrat nhờ vào các vi sinh vật hiếu khí trong bể sinh học hiếu khí Phản ứng này diễn ra khi nitrosomonas kết hợp với amoniac và oxy, tạo ra nitrit, ion hydro, nước và tiếp tục duy trì sự phát triển của vi sinh vật.

𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟 + 𝑁𝑂 2 − + 1/2𝑂 2 → 𝑁𝑂 3 − + 𝑁𝑖𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟 Quá trình khử Nitrat: là quá trình khử các hợp chất Nitơ ở dạng Nitrat thành Nitơ tự do nhờ các vi sinh vật thiếu khí trong cụm bể Anoxic

Trong bể sinh học hiếu khí, bông bùn lơ lửng chứa hệ vi sinh vật hiếu khí có nhiệm vụ chuyển hóa các chất hữu cơ thành CO2, đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải.

Để duy trì hoạt động của vi sinh và trạng thái lơ lửng cho bùn hoạt tính, không khí được cung cấp vào bể qua các thiết bị phân phối khí mịn Nguồn cung cấp không khí cho bể sinh học đến từ nhiều máy thổi khí hoạt động luân phiên, nhằm đảm bảo lượng oxy cần thiết cho quy trình xử lý hiếu khí Đặc biệt, nồng độ oxy hòa tan (DO) được theo dõi bằng thiết bị đo chuyên dụng.

Quá trình xử lý chất hữu cơ

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bùn hoạt tính hiếu khí ở trạng thái lơ lửng và sục khí liên tục theo phương trình sau:

CxHyOz : chất hữu cơ trong nước thải

Từ phương trình trên cho thấy quá trình xử lý sinh học bao gồm các công đoạn sau

Quá trình xử lý nước thải bao gồm việc chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc carbon từ dạng keo và hòa tan thành thể khí và tế bào vi sinh Đồng thời, quá trình này tạo ra bùn hoạt tính, bao gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ Cuối cùng, các bông cặn vi sinh sẽ được loại bỏ thông qua quá trình lắng.

Quá trình oxy hóa sinh hóa là quá trình mà vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ thành khí và tế bào vi sinh Quá trình này diễn ra qua nhiều bước khác nhau.

- Chuyển hóa các chất hữu cơ ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt vi sinh vật do khuếch tán đối lưu và phân tử

- Chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào

Quá trình chuyển hóa chất trong tế bào vi sinh vật bao gồm hai phản ứng chính: phản ứng dị hóa, trong đó các mạch hữu cơ bị bẻ gãy để tạo ra năng lượng và các phân tử cần thiết cho tế bào.

32 đơn giản, phản ứng đồng hóa hình thành các phân tử phức tạp hơn và đòi hỏi tiêu tốn năng lượng

Phản ứng oxy hoá tạo năng lượng:

2 𝐻 2 𝑂 + 𝑁𝐻3 + 𝛥𝐻 Phản ứng tổng hợp tế bào mới:

CXHYOZN: chất hữu cơ có trong nước thải;

C5H7O2N: công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh

Công nghệ xử lý sinh vật mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý chất ô nhiễm COD và BOD bằng cách tạo ra môi trường thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động Để đạt được hiệu quả phân hủy tốt nhất, cần cung cấp chất dinh dưỡng theo tỷ lệ BOD:N:P là 100:5:1, duy trì nhiệt độ nước thải từ 25 – 30 oC và pH trong khoảng 6,5 - 8,5 Đồng thời, nồng độ oxy hòa tan (DO) trong bể hiếu khí cần luôn lớn hơn 2 mg/l để đảm bảo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của vi sinh vật.

Quá trình xử lý Nitơ, Phốt pho trong nước thải

Các quá trình xử lý các chất dinh dưỡng (N, P) trong điều kiện hiếu khí và thiếu khí

- Quá trình xử lý Nitơ gồm 2 quá trình như sau:

Quá trình nitrat hóa là quá trình chuyển đổi các hợp chất nitơ hữu cơ thành nitơ dưới dạng nitrit và nitrat, nhờ vào sự hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí trong bể Aerotank.

 Quá trình khử Nitrat: là quá trình khử các hợp chất Nitơ ở dạng Nitrat thành Nitơ tự do nhờ các vi sinh vật thiếu khí trong cụm bể Anoxic

𝐶𝑂𝐻𝑁𝑆 + 𝑁𝑂 3 − → 𝑁 2 + 𝐶𝑂 2 + 𝐶 5 𝐻 7 𝑂 2 𝑁 + 𝑂𝐻 − + 𝐻 2 𝑂 +sản phẩm hữu cơ trong tế bào

Quá trình xử lý Photpho gồm 2 cơ chế sau:

Trong quá trình hiếu khí tại bể Aerotank, phốt pho được tích lũy trong bùn sinh học hiếu khí Khi xả bùn dư, phốt pho tích lũy trong bùn sinh học sẽ được thải ra, ảnh hưởng đến chất lượng nước.

Giải phóng 33% Phốt pho tự do trong nước thải, hiệu quả khử Phốt pho phụ thuộc vào hàm lượng Phốt pho tích lũy trong bùn dư.

- Trong điều kiện thiếu khí, Phốt pho được tách ra khỏi bùn, tan vào nước thải và được vi sinh vật thiếu khí tại bể Anoxic phân giải

Cơ chế của hệ hiếu khí – thiếu khí 2 bậc :

Nước thải sau khi xử lý tại bể sinh học kỵ khí (UASB) sẽ được chuyển đến cụm bể Anoxic 1 – Aerotank 1, nơi mà các chất ô nhiễm hữu cơ như BOD và nitơ amoni được xử lý chủ yếu Tuy nhiên, với nồng độ chất bẩn cao, tình trạng quá tải hoặc bão hòa dễ xảy ra, dẫn đến nguồn nước xả không đạt chuẩn, đặc biệt là chỉ số NO3 Để khắc phục vấn đề này, việc xây dựng thêm cụm bể Anoxic 2 – Aerotank 2 là cần thiết nhằm giảm tải và xử lý triệt để chất bẩn hữu cơ, đồng thời rút ngắn thời gian lưu và giảm diện tích xây dựng Bùn sinh học sẽ được tuần hoàn liên tục từ bể lắng sinh học về bể Anoxic 1, giúp duy trì ổn định lượng bùn trong bốn bể và ngăn ngừa tình trạng thiếu hụt do sự phân hủy nội bào của vi sinh vật.

Toàn bộ hỗn hợp bùn và nước sau khi đi ra khỏi bể sinh học sẽ được đưa vào bể lắng sinh học

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN 1

Song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lớn, chủ yếu là rác, và là công trình đầu tiên trong trạm xử lý nước thải Sau khi nước đi qua song chắn rác, hàm lượng cặn lơ lửng (SS), COD và BOD giảm khoảng 4%.

Sử dụng song chắn rác tự động model YCM- 40 với các thông số kĩ thuật:

‐ Song chắn rác được lắp đặt nghiêng 1 góc 60 o so với phương ngang

‐ Chiều dài đặt song chắn rác: 1120mm

‐ Chiều rộng song chắn rác: 700mm

‐ Chiều cao của song chắn rác: 1200mm

‐ Khoảng cách giữa các khe của song chắn rác: 3mm

‐ Công suất của motor: 1/4 HP

‐ Song chắn rác được làm từ vật liệu inox SUS-304, chống ăn mòn

Thông số kích thước mương dẫn nước thải ứng với song chắn rác tự động model YCM-40:

‐ Chiều rộng mương dẫn: 600mm

‐ Độ sâu mương dẫn: 900mm

‐ Mực nước trong mương dẫn: 850mm

Nước thải từ quá trình chế biến của nhà máy được dẫn qua mương về bể gạn mủ, với pH đầu vào là 5.9 Bể gạn mủ thực hiện nhiệm vụ tách lượng mủ thô và loại bỏ một phần lớn TSS và COD có trong nước thải Sau đó, phần nước thải sẽ được chuyển sang bể điều hòa.

Bảng 4 1 Hiệu quả xử bể gạn mủ

BOD (mg/l) SS (mg/l) TN (mg/l)

Thời gian lưu nước: 20h (Nguồn: [8]; Trang 249)

Thể tích bể gạn mủ

Diện tích mặt thoáng của bể

2.5 = 980 (𝑚 2 ) Chọn chiều cao hữu ích là : H = 2.5m và chiều cao bảo vệ là hbv = 0.5m

Chia bể gạn mủ thành 3 ngăn

Bọt cao su nổi lên được thu gom dễ dàng bằng thanh gạn cặn, nhờ vào việc hạt cao su kết thành từng mảng lớn khi nổi lên.

Thông số ngăn chứa mủ cao su (L x W x H) = 12.8 x 1.5 x 2.5m

Thông số ngăn thông nước giữa các ngăn, giữa ngăn cuối cùng và bể điều hòa (L x

Bể có chức năng điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải bằng cách chứa nước và sục khí, giúp khuấy trộn với thời gian lưu dài Điều này đảm bảo hòa tan và phân bổ đồng đều nồng độ các chất bẩn trong toàn bộ thể tích bể, đồng thời ngăn chặn hiện tượng cặn lắng.

Bảng 4 2 Hiệu quả xử lý bể điều hòa

Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa là t = 6 giờ ( t = 5 – 8 giờ, [8]) Thể tích bể điều hòa

𝑉 = 𝑄 𝑚𝑎𝑥 ℎ × 𝑡 = 122.5 × 6 = 735𝑚 3 Chọn chiều cao hữu ích là H = 2.5 m, chiều cao bảo vệ hbv là 0.5 m Diện tích mặt thoáng của bể :

Thể tích thực của bể điều hòa:

Chọn dạng khuấy trộn ở bể điều là khuấy trộn bằng hệ thống thổi khí

Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn qkhí = R x Vđh(tt) = 0.012 x 767 = 9.2 m 3 /phút = 550 m 3 /giờ Trong đó : R = tốc độ khí nén, R = 12 L/m 3 phút = 0.012 m 3 /phút ( Nguồn: [1];

Vdh(tt) = thể tích thực ở bể điều hòa

Tính tóan đĩa phân phối khí

Chọn đĩa phân phối khí model Permacap Coarse 3/4” bọt thô có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 4 3 Thông số đĩa thổi khí thô Đường kính đĩa (mm) Lưu lượng khí r (m 3 /h) Diện tích hoạt động bể mặt (m 2 )

Số lượng đĩa phân phối khí:

4 = 140 đĩ𝑎 Đường kính ống dẫn khí chính

Trong đó: Vc : Vận tốc trong ống dẫn khí, m/s Chọn v = 12 m/s (v = 9 -15 m/s) ( Nguồn: Bảng 9 – 9;[1]; Trang 419)

Chọn đường ống dẫn khí chính SUS340 có DN là 140mm Đường khí ống góp chung

Vn : Vận tốc trong ống dẫn khí, m/s Chọn vn = 9 m/s (v= 5 – 10 m/s) ( Nguồn: Bảng

Chọn đường kính ống dẫn khí góp chung SUS304 có DN 110mm Đường khí ống nhánh

Chọn đường kính ống nhánh uPVC có DN 63mm

Kiểm tra lại vận tốc trong dẫn khí chính

× 0.14 2 × 3600= 10 𝑚 𝑠⁄ Vậy thỏa mãn vc trong khoảng 9 – 15 m/s

Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí được xác định theo công thức:

Htt = hd + hc + hf + H, trong đó hd là tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, hc là tổn thất áp lực cục bộ với điều kiện hd + hc ≤ 0.4 m, và chọn hd + hc = 0.4 m hf đại diện cho tổn thất qua thiết bị phân phối, với hf ≤ 0.5 m, do đó chọn hf = 0.5 m Cuối cùng, H là chiều cao hữu ích của bể điều hòa, được xác định là H = 2.5 m.

Htt = hd + hc + hf + H = 0.4 + 0.5 + 2.5 = 3.4 m Áp lực không khí :

Công suất máy thổi khí:

102 × 0.8 × 3600 = 8.2𝑘𝑊 Trong đó: 𝜂: là hiệu suất máy thổi khí, 𝜂 = 0.7 – 0.9 Chọn 𝜂 = 0.7; p: áp lực khí nén (atm)

Bảng 4 4 Đặc tính máy thổi khí ở bể điều hòa

Model Áp lực Lưu lượng Công suất

Tính toán máy bơm chìm

Lưu lượng cần bơm: 𝑄 𝑡𝑏 ℎ = 62.5 m 3 /h = 0.017 m 3 /s Đường kính ống đẩy của bơm:

Chọn vận tốc ống có máy bơm: v = 2 m/s ( v = 1.2 – 2 m/s) (Nguồn: Điều 5.96; [5])

× 2 × 86400 = 0.11𝑚 Chọn ống uPVC có DN 110mm

Trong đó:: Khối lượng riêng của nước,  00kg/m 3

H: chiều cao cột áp, chọn H = 10 mH2O η: hiệu suất chung của bơm (0.7 - 0.9), chọn η = 0.8

Công suất thực tế của bơm: kW 2.34 2.1 1.1 β N

Trong đó: β: Hệ số dự trữ an toàn, β= 1 - 2.5, Chọn β=1.1

Bảng 4 5 Đặc tính bơm chìm ở bể điều hòa

Model Lưu lượng Công suất

3.8 kW – 1500 rpm Điện 3 pha: 380v- 50Hz

Bảng 4 6 Thông số chi tiết bể điều hòa

STT Tên chi tiết Đơn vị Giá trị

4 Đường kính ống chính mm 140

5 Đường kính ống góp chung mm 110

6 Đường kính ốn nhánh mm 63

7 Số đĩa thổi khí thô đĩa 140

4.1.4 Ống trộn tĩnh Điều chỉnh pH phù hợp cho quá trình xử lý ở công trình tiếp theo đạt hiệu quả như mong muốn

Hình 4 1 Thông số ống trộn tĩnh

Chọn thiết bị trộn tĩnh có model VLC-ST1500 m 3 /ngày.đêm

Xác định bể chứa và thiết bị bơm châm NaOH

Nồng độ NaOH cần châm để tăng pH từ 5,9 đến 10 là: pH = − log[𝐻 + ] = 5.9  [𝑂𝐻 − ] = 10 −8.1 𝑚𝑜𝑙 𝑙⁄ Để pH tăng từ 5.9 đến 10 thì lượng NaOH cần phải châm là:

1 ) × 10 3 = 4 g m⁄ 3 Chọn pha dung dịch NaOH 20%, nên lưu lượng cần châm

Chọn bồn khuấy hóa chất có dung tích 100 lít Hãng Amixtech – model Tank B03-

Bảng 4 7 Đặc tính bơm hóa chất 1

SL Hãng SX Model Áp lực Lưu lượng Công suất

Xác định bể chứa và thiết bị bơm chân H2SO4

Nồng độ H2SO4 cần châm để giảm pH từ 10 xuống 6.5 là: pH = − log[𝐻 + ] = 10  [𝑂𝐻 − ] = 10 −4 𝑚𝑜𝑙 𝑙⁄ Để pH giảm từ 10 đến 6.5 thì lượng H2SO4 cần phải châm là:

2 ) × 10 3 = 5 g m⁄ 3 Chọn pha dung dịch H2SO4 98%, nên lưu lượng cần châm

Bảng 4 8 Đặc tính bơm hóa chất 2

Tháp khử Nitơ chuyển hóa Nitơ amoni thành khí Amoniac (NH3) khi điều chỉnh nước thải tới pH = 10 Sau khi ra khỏi tháp, nước thải sẽ đi qua ống trộn tĩnh, nơi H2SO4 được thêm vào để giảm pH xuống 6.5, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý kỵ khí.

Phương trình chuyển hóa Nitơ amoni thành khí Amoniac:

Diện tích mặt bằng của giàn mưa:

10 × 24= 6.25𝑚 2 Trong đó: qm: cường độ mưa tính toán Chọn vật liệu tiếp xúc là sỏi có d = 42mm, qm = 10 m 3 /m 2 h ( qm = 10 – 15 m 3 /m 2 h) (Nguồn: [3]; Trang 172)

Tổng diện tích lỗ trên sàn vật liệu

Chọn đường kính lỗ nhỏ hơn đường kính sỏi Đường kính lỗ = 30mm

Diện tích mặt bằng của 1 ngăn giàn mưa:

4 = 1.6𝑚 2 Trong đó: n : là số ngăn giàn mưa Chọn n = 4

Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc của giàn mưa:

𝐾 ×𝐶 𝑡𝑏 () Trong đó: G : lượng NH3 tự do cần khử - kg/h

K : Hệ số khử khí lấy theo biểu đồ hình 5-8 (Nguồn: [3]; Trang 173) K = 0.05 m/h

Ctb : Lực động trung bình của quá trình khử khí (kg/m 3 )

Lượng NH 3 tự do cần lấy đi :

𝐺 =𝐶 𝑙 × 𝑄1000Trong đó: Cl : Lượng NH3 tự do lấy đi khỏi nước (mg/l)

1000 × 24 = 19.6 𝑘𝑔 𝑔𝑖ờ⁄ Lực động trung bình của quá trình khử

0.05 × 0.36= 1089𝑚 2 Trong đó: Cmax = Cd : Nồng độ NH3 trong nước thải ( Giả sử nồng độ NH3 bằng với nồng độ tổng nitơ là 418.1 mg/l)

Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc:

80.5 = 13.5𝑚 3 Trong đó : ftx : Diện tích tiếp xúc đơn vị (m 2 /m 3 ) lấy theo bảng 5-3 (Nguồn : [3]; Trang 174) Chọn ftx = 80.5 m 2 /m 3

Chiều cao tổng cộng lớp vật liệu tiếp xúc trong giàn mưa:

6.25 = 2.16𝑚 Chia ra 2 đơn nguyên nên chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc của một đơn nguyên là 1.08m

Số tầng trong một đơn nguyên

ℎ =1.08 0.4 = 2.7 𝑡ầ𝑛𝑔 Chọn 3 tầng ( thỏa 1 – 4 tầng trong 1 giàn mưa)

Trong đó: h : chiều cao lớp tiếp xúc ở mỗi sàn – m Chọn h = 0.4 ( 0.3 – 0.4m)

Chiều cao một đơn nguyên:

𝐻 = ℎ 𝑡 + ℎ 𝑛𝑡 + ℎ 𝑘𝑐 = (3 × 0.4) + 0.3 + 1.6 = 3.1𝑚 Trong đó: ht : tổng chiều cao của các tầng – m

Hnt : chiều cao ngăn thu – m Chọn hnt = 0.3m

Hkc : khoảng cách giữa các tầng – m Hkc = 0.8 x 2 = 1.6m

Hệ thống phân phối nước trong một đơn nguyên Đường kính ống phân phối nước trung tâm

Chọn ống SUS 304 có DN 140 Đường kính ống phân phối nước nhánh:

Chọn v = 1m/s ( 0.8 – 1.2 m/s) (Nguồn: [3]; Trang 176) và số ống nhánh là 8

× 1 × 86400 × 8= 0.053𝑚 Chọn ống SUS 304 có DN 60mm

Tính toán máy bơm ly tâm

Chọn vận tốc ống có máy bơm: v = 1.2 m/s ( v = 1.2 – 2 m/s) (Nguồn: Điều 5.96;

Chọn ống SUS304 có DN 140mm

Trong đó: : Khối lượng riêng của nước,  00kg/m 3

Trong đó: β: Hệ số dự trữ an toàn, β= 1 - 2.5, Chọn β=1.1

Bảng 4 9 Đặc tính bơm ly tâm ở ống trộn tĩnh 2

4.1.6 Bể UASB (Upflow Anaerobic sludge Blanket)

Bể UASB hoạt động bằng cách phân bố đều nước thải trên diện tích đáy bể, cho phép nước đi từ dưới lên qua lớp bùn lơ lửng Trong môi trường kị khí, vi sinh vật trong bể thực hiện các phản ứng sinh hóa, giúp phân hủy hợp chất hữu cơ và làm đơn giản hóa cấu trúc phẩm màu, từ đó giảm đáng kể COD, BOD và độ màu Khí sinh học thu được sẽ được tận dụng cho các mục đích khác, trong khi lượng bùn dư được bơm vào bể chứa để xử lý tiếp.

Bảng 4 10 Hiệu suất xử lý bể UASB

TN (mg/l) Thông số đầu vào 3320.2 2313.1 229.6 104.5

Bảng 4 11 Thông số thiết kế bể UASB

Khoảng giá trị Điển hình

Hệ số phân hủy nội bào k d

Hằng số bán vận tốc

Thể tích ngăn phản ứng bể UASB:

10 × 10 −3 ≈ 399𝑚 3 Trong đó: Q: là lưu lượng nước thải đầu vào, m 3 /ngày

So: là nồng độ COD đầu vào có thể loại bỏ được, mg/l

Lorg: là tải trọng chất hữu cơ chất hữu cơ – kg COD/m 3 ngày Chọn Lorg = 10 (trong khoảng 5 – 15 kg COD/m 3 ngày;[8]; Trang 1099)

Xác định kích thước vùng phản ứng

Diện tích bề mặt vùng phản ứng: Để giữ lớp bùn ở trạng thái lơ lửng tốc độ nước dâng trong bể khoảng 0.6 – 0.9 m 3 /h (Nguồn: [2], Trang 197)

Diện tích bể cần thiết:

Chiều cao vùng phản ứng của bể UASB

Chiều cao tổng cộng bể UASB:

Hl : Chiều cao vùng lắng, chiều cao này phải lớn hơn 1 để đảm bảo không gian an toàn cho vùng lắng Chọn hl = 1.2m

Hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.3m

Kiểm tra lại thời gian lưu nước:

Với diện tích bể là F = 70m 2 , chiều cao tổng cộng là 7.2m

Thông số xây dựng bể (L x W x H) = 10 x 7 x 7.2m

Tính thời gian lưu bùn, lưu nước và lượng bùn sinh ra mỗi ngày

Giả sử: Nồng độ bùn trung bình trong thể tích vận hành là 30 kg VSS/m 3 ;

Nồng độ bùn bay hơi không có khả năng phân hủy sinh học chiếm 1%

Nồng độ bùn bay bơi ra khỏi bể chiếm 0.4%

Kiểm tra lại thời gian lưu bùn

Nồng độ cơ chất đầu ra ứng với thời gian lưu bùn là 26.2 ngày và nhiệt độ 25 0 C:

𝜃 𝑐 × (𝑌 × 𝑘 − 𝑘 𝑑 ) Trong đó: Ks : là hằng số bán vận tốc – mg/l Chọn Ks = 900 mg/l

Hệ số sử dụng cơ chất tối đa:

 Thời gian lưu bùn hợp lý

Lượng bùn sinh ra mỗi ngày :

Lưu lượng bùn thải ra mỗi ngày :

Theo quy phạm: 1m 3 bùn tương đương 260kg VSS

Lượng bùn thải ra mỗi ngày:

𝑀 𝑏,𝑈𝐴𝑆𝐵 = 𝑉 𝑏ù𝑛 × 𝑋 𝑣𝑠𝑠 = 1.76 × 30 = 52.8 𝑘𝑔 𝑛𝑔à𝑦⁄ Chọn thời gian lưu bùn là 3 tháng

Lưu lượng bùn thải trong 3 tháng:

Chiều cao bùn trong 3 tháng:

Tính toán kỹ thuật ống thu bùn

Chọn thời gian xả cặn là 120 phút

Lưu lượng cặn đi vào ống thu bùn trong 120 phút:

Bố trí 3 ống thu bùn, các ống này đặt vuông góc với chiều rộng bể, mổi ống cách nhau 2m, 2 ống sát tường cách tường 1m

Vận tốc bùn trong ống chọn 0.5 m/s

Tiết diện ống xả cặn:

3 × 0.5= 0.015𝑚 2 Đường kính ống thu bùn :

 = 0.14𝑚 Chọn ống uPVC có DN 160mm

Số lỗ đục trên ống thu bùn:

Chọn vận tốc qua lỗ v = 0.5 m/s

Chọn đường kính lỗ dlo = 30mm

𝑓 𝑙𝑜 = 0.015 0.00071≈ 22 𝑙ỗ Vậy 3 ống sẽ có 66 lỗ

- Để kiểm tra sự hoạt động bên trong bể, dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu

Dựa trên kết quả đo đạc và quan sát màu sắc bùn, cần thực hiện điều chỉnh thích hợp Khi mở van, hãy điều chỉnh để bùn thoát ra từ từ, nhằm đảm bảo thu được bùn có màu sắc gần giống như trong bể Nếu mở van quá lớn, nước sẽ thoát ra nhiều hơn, ảnh hưởng đến chất lượng bùn thu được.

.- Chiều cao vùng phản ứng là 5.7m, do đó đặt 8 van dọc theo chiều cao vùng phản ứng, các van đặt cách nhau 0.5m Van dưới cùng đặt cách đáy 0.5m

Chọn ống và van lấy mẫu bằng uPVC có DN 27mm

Tính lượng khí metan sinh ra từ lượng COD bị xử lý

Khối lượng bùn sinh khối:

Lượng khí metan sinh ra:

Lượng khí metan sinh ra tại điều kiện lý tưởng 0 o C:

Lượng khí metan sinh ra ở 25 o C:

Tổng lượng khí metan sinh ra ban đầu với hiệu suất 65%:

Năng lượng sinh ra từ quá trình sinh khí metan:

Tính toán ống thu khí

Giả thiết : Vận tốc trong ống từ 10 – 12 m/s Chọn vận tốc trong ống v = 10 m/s Lắp 2 ống dẫn khí 2 bên thành bể Đường kính ống thu khí:

× 10 × 24 × 36002 = 0.042𝑚 Chọn đường kính ống thu khí uPVC có DN = 50 mm

Tính toán tấm chắn khí và tấm hướng dòng

Sử dụng một tấm hướng dòng với một tấm chắn khí được lắp đặt theo hình chữ V, mỗi bên có hai tấm, các tấm này được đặt song song và nghiêng với phương ngang một góc 60 độ.

Khe hở giữa các tấm chắn khí và tấm hướng dòng cần được lựa chọn đồng nhất, với tổng diện tích các khe hở chiếm từ 15% đến 20% diện tích bể Đề xuất chọn Fkhe là 15%.

Trong bể có 8 khe hở nên diện tích mỗi khe là:

8 = 1.3𝑚 2 Chọn chiều dài khe bằng chiều rộng bể: Lkhe = W = 7m

Bề rộng của mỗi khe:

𝑠𝑖𝑛60 𝑜 ) × 𝑡𝑎𝑛60 𝑜 − 0.5 = 3.5𝑚 Thời gian lưu nước trong ngăn lắng

𝑠𝑖𝑛60 0 = 1.73𝑚 Trong đó: H2 : chiều cao phần lắng, chọn H2 = 2m

Khoảng cách giữa tấm chắn khí 1 và tấm chắn khí 2:

𝑠𝑖𝑛60 0 = 2.78𝑚 Tấm hướng dòng được đặt nghiêng so với phương ngang một góc 60 0 ( trong khoảng 45 0 – 60 0 ) và cách tấm chắn khí một khoảng cách là 190mm

Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn khí 1:

55 Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10 – 20cm, chọn mỗi bên nhô ra 10cm

Tính toán ống phân phối nước

Vận tốc nước chảy trong ống dao động từ 0.7 – 1.5 m/s Chọn v = 1.5 m/s Đường kính ống chính:

Để phân phối nước đều trong bể UASB, chọn ống SUS304 có đường kính DN 150mm và bố trí 8 ống nhánh có đục lỗ dọc theo chiều dài bể Ống đầu tiên được đặt cách bờ bể 0.5m, trong khi các ống nhánh cách nhau 1m Mỗi lỗ trên ống nhánh cách nhau 150mm và có đường kính 10mm.

Vận tốc nước chảy trong ống dao động từ 0.7 – 1.5 m/s Chọn v = 1 m/s

Chọn ống nhánh uPVC có DN 63mm

Lưu lượng nước thải qua mỗi lỗ:

Tổng số lỗ trên mỗi ống nhánh:

Tính toán máng thu nước

Chọn máng thu nước bê tông

Máng thu nước được thiết kế dựa trên nguyên tắc của máng thu nước bể lắng, với một máng đặt giữa bể và chạy dọc theo chiều dài của bể Vận tốc nước trong máng đạt từ 0.6 đến 0.7 m/s.

Diện tích mặt cắt ướt của mỗi máng:

3600 × 0.6= 0.03𝑚 2 Chọn chiều dài máng thu nước bằng chiều dài bể 10m

Kích thước máng thu nước: L x W x H = 10 x 0.5 x 0.2m

Máng bê tông cốt thép dày 65mm được trang bị máng răng cưa thép tấm không gỉ, lắp đặt dọc theo bể giữa các tấm chắn khí Với độ dốc 1%, máng giúp nước chảy dễ dàng về phần cuối, nơi có ống thu nước  90 bằng uPVC dẫn nước sang bể Anoxic.

Tính toán ống thu nước tại 2 máng:

Trong đó: v : vận tốc tự chạy trong ống, m/s Chọn v = 1 m/s ( 0.7 – 1.2 m/s) ( Nguồn: [5])

Chọn ống uPVC có DN 110mm

Bảng 4 12 Thông số máng răng cưa ở bể USAB

STT Kích thước Đơn vị

- Chiều dài đoạn vát đỉnh răng cưa

Xác định lượng H 3 PO 4 cần châm

Tỷ lệ COD:P = 300 : 1, do vậy với CODin = 3320.2 mg/l

Sử dụng axit H3PO4 làm tác nhân cung cấp P, nên lượng H3PO4 cần thiết

31 = 35.1 𝑔 𝑚⁄ 3 Dung dịch H3PO4 cung cấp:

1000 × 850 = 0.062 𝑚 3 ⁄𝑛𝑔à𝑦 Trong đó: C% : Nồng độ phần trăm H3PO4 = 85% = 850kg/m 3

Bảng 4 13 Thông số xây dựng bể UASB

6 Tiết diện máng thu nước m 0.5 × 0.2

4.1.7 Cụm bể sinh học thiếu khí (Anoxic) - Hiếu khí (Aerotank) – Lắng sinh học 4.1.7.1 Tính toán

Bảng 4 14 Hiệu suất cụm bể sinh học thiếu khí - hiếu khí - lắng sinh học

A Bể sinh học hiếu khí (Aerotank)

Bảng 4 15 Hệ số động học của bùn hoạt tính ở 20 o C

Hệ số Đơn vị Khoảng giá trị

Giá trị đặc trưng àm (tốc độ sinh trưởng tối đa) gVSS/gVSS.ngày 3.0 – 13.2 6.0

Ks (Hằng số bán vận tốc) gBOD/m 3 8.0 – 64.0 32.0

Y (Hệ số sản lượng tế bào) gVSS/gBOD 0.4 – 0.8 0.6

Kd (Hệ số phân hủy nội bào) gVSS/gVSS.ngày 0.06 – 0.2 0.12

MLSS (Nồng độ bùn trong bể) g/m 3 2000 – 4000 3000

(Nguồn: Bảng 8-14; Metcalf Eddy, McGraw Hill; Wastewater Engineering –

Treatment and Recovery; Trang 755; 2014) Xác định hệ thống sinh trưởng lơ lửng khử BOD

Xác định nồng bsBOD đầu ra :

10 × (8.42 − 0.072) − 1= 0.67 𝑔𝐵𝑂𝐷 𝑚⁄ 3 Trong đó: θc : Thời gian lưu bùn trong công trình – ngày Chọn θc = 10 ngày ( θc = 10 – 15 ngày)

Xác định lượng sinh khối trong quá trình xử lý BOD:

Xác định sinh khối sinh ra từ quá trình nitrat hóa:

Bảng 4 16 Hệ số động học vi khuản nitrat hóa ở 20 o C

Giá trị đặc trưng àm (tốc độ sinh trưởng tối đa) gVSS/gVSS.ngày 0.2 – 0.9 0.9

Ks (Hằng số bán vận tốc) gBOD/m 3 0.5 – 1 0.5

Kd (Hệ số phân hủy nội bào) gVSS/gVSS.ngày 0.05 – 0.17 0.17 θ àm - 1.06 – 1.123 1.07

Giả sử: Lượng NOx bằng 80% TKN đầu vào (Nguồn: [8]; Trang 763)

Tổng lượng sinh khối trong bể Aerotank:

Xác định khối lượng VSS và TSS trong bể Aerotank

Xác định P x,VSS và P x,TSS :

Giả thiết : nbVSS chiếm 10 – 15% VSS (Nguồn:[8]; Trang 602; 2004) Chọn nbVSS chiếm

Xvss = 1000 – 3000 mg/l (Nguồn:[8]; Trang 602; 2009) Chọn X vss = 3000 mg/l;

VSS/TSS = 0.8 – 0.9 (Nguồn:[8]; Trang 602; 2004) Chọn VSS/TSS = 0.8

Xác định thể tích bể Aerotank

Xác định thể tích bể

Xác định thời gian lưu nước

Chọn chiều cao bể là : H = 5m

Chiều cao bảo vệ là : h = 0.5m

Diện tích mặt thoáng bể :

5 = 189.4𝑚 2 Kích thước của bể là : L x W = 20 x 9.5m

Xác định F/M và tải trọng hữu cơ trong bể Aerotank

Xác định tải trọng hữu cơ của bể Aerotank :

Xác định sản lượng quan sát dựa trên TSS và VSS

Hệ số sản lượng quan sát dựa trên TSS

Lượng BOD được loại bỏ 00 × (347 − 0.67)

Hệ số sản lượng dựa trên VSS

Xác định lưu lượng bùn thải bỏ và công suất bơm bùn thải

Lượng bùn thải bỏ mỗi ngày:

Lưu lượng bùn thải bỏ:

Khi bùn dư được xả bỏ từ đường ống bùn tuần hoàn, dẫn đến bể nén bùn, lưu lượng bùn dư thải bỏ (Qra) có thể được tính toán Trong trường hợp này, hàm lượng chất rắn lơ lửng (VSS) trong bùn chiếm 80% tổng hàm lượng chất rắn (SS) sau xử lý tại cụm bể AO.

Xác định nhu cầu oxi cần cung cấp cho bể Aerotank:

𝑀 0 2 : Lượng oxy cần cung cấp cho cụm bể sinh học, kgO2/ngày;

PX,bio : Lượng bùn sinh khối, (kg/ngày)

Xác định thể tích không khí theo yêu cầu :

Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế là 2

Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết (giả sử không khí chứa 23.2% O 2 theo trọng lượng và trọng lượng riêng của không khí ở 20 0 C là 0.0118 kN/m 3 = 1.18kg/m 3 ) là :

Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển 8% sẽ bằng :

Lượng không khí thiết kế để chọn máy thổi khí :

𝑞 𝑡𝑘 = 𝑞 ℎ𝑞 × ℎệ 𝑠ố 𝑎𝑛 𝑡𝑜à𝑛 = 7.3 × 2 = 14.6 𝑚 3 ⁄𝑝ℎú𝑡 = 0.25 𝑚 3 ⁄𝑔𝑖â𝑦 Áp lực cần thiết cho hệ thống máy thổi khí

𝐻 𝑐𝑡 = ℎ 𝑑 + ℎ 𝑐 + ℎ 𝑓 + 𝐻 Trong đó : hd = Tổn thất do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m); hc = Tổn thất cục bộ (m); hf = Tổn thất qua thiết bị phân phối (m);

H = Chiều cao hữu ích của bể, H = 5m

Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0.4m; tổn thất hf không quá 0.5m Do đó áp lực cần thiết là :

10.33 = 1.57𝑎𝑡 Công suất máy thổi khí:

102 × 0.8 = 14.2𝑘𝑊 Trong đó : qtk = Lưu lượng không khí thiết kế, qtk= 0.36 m 3 /s;

 = Hiệu suất máy thổi khí,  = 0.7 ÷ 0.9 Chọn  = 0.8

Bảng 4 17 Đặc tính máy thổi khí ở bể Aerotank

2 Tsurumi RSR-150 8.03kPa 15.22 m 3 /phút 15 kW-50Hz, Điện 3pha

Trong bể Aerotank, ống dẫn khí chính được bố trí theo chiều rộng của bể, kết nối với các ống dẫn khí nhánh chạy dọc theo chiều dài Các ống nhánh được đặt cách nhau 1m và cách tường 0.5m Đường kính của ống dẫn khí chính cần được xác định rõ ràng để đảm bảo hiệu quả phân phối khí.

V c : Vận tốc trong ống dẫn khí, m/s Chọn vn = 9 m/s (v= 9 – 15 m/s) ( Nguồn: Bảng

=> Chọn đường ống dẫn khí chính SUS304 có DN200 Đường kính ống góp chung:

Vgc : Vận tốc trong ống dẫn khí góp chung, m/s Chọn vgc = 8 m/s (v = 6 – 9 m/s) (

=> Chọn đường ống dẫn khí góp chung SUS304 có DN100 Đường kính ống nhánh:

Vn : Vận tốc trong ống khí nhánh,m/s Chọn vn = 6 m/s (v = 6 – 9 m/s) ( Nguồn:

=> Chọn đường kính ống nhánh uPVC có DN75

Máy ép bùn

Chọn máy ép bùn dạng băng tải

Chọn hãng Đồng Tiến Phát, model DDTP-BFA125 có công suất xử lý từ 5 – 9 m-

Thời gian làm việc tối thiểu của máy ép bùn băng tải:

9 = 1.2 𝑔𝑖ờ Thời gian vận hành: 1.2 giờ

Hình 4 2 Thông số kỹ thuật máy ép bùn băng tải

TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN 2

Song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lớn, chủ yếu là rác, và là công trình đầu tiên trong trạm xử lý nước thải Sau khi nước đi qua song chắn rác, hàm lượng cặn lơ lửng (SS), COD và BOD giảm 4%.

Sử dụng song chắn rác tự động model YCM- 40 với các thông số kĩ thuật:

‐ Song chắn rác được lắp đặt nghiêng 1 góc 60 o so với phương ngang

‐ Chiều dài đặt song chắn rác: 1120mm

‐ Chiều rộng song chắn rác: 700mm

‐ Chiều cao của song chắn rác: 1200mm

‐ Khoảng cách giữa các khe của song chắn rác: 3mm

‐ Công suất của motor: 1/4 HP

‐ Song chắn rác được làm từ vật liệu inox SUS-304, chống ăn mòn

Thông số kích thước mương dẫn nước thải ứng với song chắn rác tự động model YCM-40:

‐ Chiều rộng mương dẫn: 600mm

‐ Độ sâu mương dẫn: 900mm

‐ Mực nước trong mương dẫn: 850mm

Nước thải từ quá trình chế biến tại nhà máy được dẫn qua mương về bể gạn mủ, với pH đầu vào là 5.9 Bể gạn mủ có chức năng tách biệt lượng mủ thô trong nước thải, đồng thời loại bỏ một phần lớn TSS và COD Sau đó, phần nước thải sẽ được chuyển sang bể điều hòa.

Bảng 4 37.Hiệu suất xử lý bể gạn mủ

BOD (mg/l) SS (mg/l) TN (mg/l)

Thời gian lưu nước: 20h (Nguồn: [8]; Trang 249)

Thể tích bể gạn mủ

Diện tích mặt thoáng của bể

2.5 = 980 (𝑚 2 ) Chọn chiều cao hữu ích là : H = 2.5m và chiều cao bảo vệ là hbv = 0.5m

Chia bể gạn mủ thành 3 ngăn

Bọt cao su nổi lên được thu gom dễ dàng bằng thanh gạn cặn, nhờ vào việc hạt cao su kết thành từng mảng lớn khi nổi lên.

Thông số ngăn chưa mủ cao su (L x W x H) = 12.8 x 1.5 x 2.5m

Thông số ngăn thông nước giữa các ngăn, giữa ngăn cuối cùng và bể điều hòa (L x

Bể xử lý nước thải đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa lưu lượng và nồng độ của nước thải Chức năng chính của bể là chứa nước và sục khí để khuấy trộn, giúp đảm bảo hòa tan đều các chất bẩn trong toàn bộ thể tích bể Thời gian lưu kéo dài trong bể cũng góp phần ngăn ngừa sự hình thành cặn lắng, duy trì hiệu quả xử lý nước thải.

Bảng 4 38 Hiệu quả xử bể điều hòa

Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa là t = 6 giờ ( t = 5 – 8 giờ, [8]) Thể tích bể điều hòa

𝑉 = 𝑄 𝑚𝑎𝑥 ℎ × 𝑡 = 122.5 × 6 = 735𝑚 3 Chọn chiều cao hữu ích là H = 2.5 m, chiều cao bảo vệ hbv là 0.5 m Diện tích mặt thoáng của bể :

Thể tích thực của bể điều hòa:

Chọn dạng khuấy trộn ở bể điều là khuấy trộn bằng hệ thống thổi khí

Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn qkhí = R x Vđh(tt) = 0.012 x 767 = 9.2 m 3 /phút = 550 m 3 /giờ Trong đó : R = tốc độ khí nén, R = 12 L/m 3 phút = 0.012 m 3 /phút ( Nguồn: [1];

Vdh(tt) = thể tích thực ở bể điều hòa

Tính tóan đĩa phân phối khí

Chọn đĩa phân phối khí model Permacap Coarse 3/4” bọt thô có thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 4 39 Thông số kỹ thuật đĩa thổi khí thô Đường kính đĩa (mm) Lưu lượng khí r (m 3 /h) Diện tích hoạt động bể mặt (m 2 )

Số lượng đĩa phân phối khí:

4 = 140 đĩ𝑎 Đường kính ống dẫn khí chính

Trong đó: Vc : Vận tốc trong ống dẫn khí, m/s Chọn v = 12 m/s (v = 9 -15 m/s) ( Nguồn: Bảng 9 – 9;[1]; Trang 419)

Chọn đường ống dẫn khí chính SUS340 có DN là 140mm Đường khí ống góp chung

Chọn đường kính ống dẫn khí góp chung SUS304 có DN 110mm

Chọn đường kính ống nhánh uPVC có DN 63mm

Kiểm tra lại vận tốc trong dẫn khí chính

× 0.14 2 × 3600= 10 𝑚 𝑠⁄ Vậy thỏa mãn vc trong khoảng 9 – 15 m/s

Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí được xác định theo công thức:

Htt được tính bằng tổng của các thành phần áp lực, bao gồm tổn thất áp lực do ma sát (hd), tổn thất áp lực cục bộ (hc), tổn thất qua thiết bị phân phối (hf) và chiều cao hữu ích của bể điều hòa (H) Trong đó, hd và hc phải thỏa mãn điều kiện hd + hc ≤ 0.4 m, và chúng ta chọn hd + hc = 0.4 m Tổn thất qua thiết bị phân phối hf không được vượt quá 0.5 m, vì vậy hf được chọn là 0.5 m Cuối cùng, chiều cao hữu ích của bể điều hòa H được xác định là 2.5 m.

 Htt = hd + hc + hf + H = 0.4 + 0.5 + 2.5 = 3.4 m Áp lực không khí :

Công suất máy thổi khí:

102 × 0.8 × 3600 = 8.2𝑘𝑊 Trong đó: 𝜂: là hiệu suất máy thổi khí, 𝜂 = 0.7 – 0.9 Chọn 𝜂 = 0.7; p: áp lực khí nén (atm)

Bảng 4 40 Đặc tính máy thổi khí ở bể điều hòa

Model Áp lực Lưu lượng Công suất

Tính toán máy bơm chìm

Chọn vận tốc ống có máy bơm: v = 2 m/s ( v = 1.2 – 2 m/s) (Nguồn: Điều 5.96; [5])

× 2 × 86400 = 0.11𝑚 Chọn ống uPVC có DN 110mm

Trong đó:: Khối lượng riêng của nước,  00kg/m 3

N tt      Trong đó: β: Hệ số dự trữ an toàn, β= 1 - 2.5, Chọn β=1.1

Bảng 4 41 Đặc tính bơm chìm ở bể điều hòa

3.8 kW – 1500 rpm Điện 3 pha: 380v-50Hz

Bảng 4 42 Thông số xây dựng bể điều hòa

4 Đường kính ống chính mm 140

5 Đườnng kính ống nhánh mm 63

6 Đĩa thổi khí thô đĩa 140

4.2.4 Ống trộn tĩnh Điều chỉnh pH phù hợp cho quá trình xử lý ở công trình tiếp theo đạt hiệu quả như mong muốn

Hình 4 3 Thông số kỹ thuật ống trộn tĩnh

Xác định bể chứa và thiết bị bơm chân NaOH

Nồng độ NaOH cần châm để tăng pH từ 5,9 đến 6.5 là: pH = − log[𝐻 + ] = 5.9  [𝑂𝐻 − ] = 10 −8.1 𝑚𝑜𝑙 𝑙⁄ Để pH tăng từ 5.9 đến 10 thì lượng NaOH cần phải châm là:

1 ) × 10 3 = 0.001 g m⁄ 3 Chọn pha dung dịch NaOH 20%, nên lưu lượng cần châm

20 × 1.53 × 10 = 0.0002 𝐿 ℎ⁄ Trong đó: 1.53 là trọng lượng riêng của NaOH

Bảng 4 43 Đặc tính bơm định lượng NaOH

4.2.5 Bể UASB (Upflow Anaerobic sludge Blanket)

Bể UASB là hệ thống xử lý nước thải hiệu quả, nơi nước thải được phân bố đều và đi từ dưới lên qua lớp bùn lơ lửng Trong môi trường kị khí, vi sinh vật trong bể thực hiện các phản ứng sinh hóa, giúp phân hủy hợp chất hữu cơ và làm giảm COD, BOD cùng độ màu Khí sinh học được sinh ra sẽ được thu hồi để sử dụng cho các mục đích khác, trong khi lượng bùn dư sẽ được bơm qua bể chứa bùn để xử lý tiếp.

Bảng 4 44 Hiệu suất xử lý bể UASB

Bảng 4 45 Thông số động học bể USAB

Khoảng giá trị Điển hình

Hệ số phân hủy nội bào k d

Hằng số bán vận tốc

Thể tích ngăn phản ứng bể UASB:

12 × 10 −3 ≈ 343𝑚 3 Trong đó: Q: là lưu lượng nước thải đầu vào, m 3 /ngày

So: là nồng độ COD đầu vào có thể loại bỏ được, mg/l

Lorg: là tải trọng chất hữu cơ chất hữu cơ – kg COD/m 3 ngày Chọn Lorg = 12 (trong khoảng 5 – 15 kg COD/m 3 ngày; Trang 1099;[8])

Xác định kích thước vùng phản ứng

Diện tích bề mặt vùng phản ứng: Để giữ lớp bùn ở trạng thái lơ lửng tốc độ nước dâng trong bể khoảng 0.6 – 0.9 m 3 /h

(Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai, 2001).Chọn v = 0.9 m 3 /h

Diện tích bể cần thiết:

Chiều cao vùng phản ứng:

70 = 5𝑚 Chiều cao tổng cộng bể UASB:

Hl : Chiều cao vùng lắng, chiều cao này phải lớn hơn 1 để đảm bảo không gian an toàn cho vùng lắng Chọn hl = 2.2m

Hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.3m

Kiểm tra lại thời gian lưu nước:

Với diện tích bể là F = 70m 2 , chiều cao tổng cộng là 7.5m

Thông số xây dựng bể UASB (L x W x H) = 10.8 x 6.5 x 7.2m

Tính thời gian lưu bùn, lưu nước và lượng bùn sinh ra mỗi ngày

Nồng độ bùn nuôi cấy trung bình trong thể tích vận hành đạt 30 kg VSS/m³, trong đó nồng độ bùn bay hơi không có khả năng phân hủy sinh học chỉ chiếm 1%.

Nồng độ bùn bay bơi ra khỏi bể chiếm 0.4%

Kiểm tra lại thời gian lưu bùn

Nồng độ cơ chất đầu ra ứng với thời gian lưu bùn là 23 ngày và nhiệt độ 25 0 C:

𝜃 𝑐 × (𝑌 × 𝑘 − 𝑘 𝑑 ) Trong đó: Ks : là hằng số bán vận tốc – mg/l Chọn Ks = 900 mg/l

Hệ số sử dụng cơ chất tối đa:

 Thời gian lưu bùn hợp lý

Lượng bùn sinh ra mỗi ngày :

Lưu lượng bùn thải ra mỗi ngày :

Theo quy phạm: 1m 3 bùn tương đương 260kg VSS

Lượng bùn thải ra mỗi ngày:

𝑀 𝑏,𝑈𝐴𝑆𝐵 = 𝑉 𝑏ù𝑛 × 𝑋 𝑣𝑠𝑠 = 1.76 × 30 = 52.8 𝑘𝑔 𝑛𝑔à𝑦⁄ Thời gian xả bùn là từ 1 đến 3 tháng Chọn thời gian xả bùn là 1 tháng

Lưu lượng bùn thải trong 3 tháng:

Chiều cao bùn trong 3 tháng:

Tính toán kỹ thuật ống thu bùn

Chọn thời gian xả cặn là 120 phút

Lưu lượng cặn đi vào ống thu bùn trong 120 phút:

Bố trí 3 ống thu bùn, các ống này đặt vuông góc với chiều rộng bể, mổi ống cách nhau 2.1m, 2 ống sát tường cách tường 1.15m

Vận tốc bùn trong ống chọn 0.5 m/s

Tiết diện ống xả cặn:

3 × 0.5= 0.015𝑚 2 Đường kính ống thu bùn nhánh:

 = 0.14𝑚 Chọn ống uPVC có DN 160mm

Số lỗ đục trên ống thu bùn:

Chọn vận tốc qua lỗ v = 0.5 m/s

Chọn đường kính lỗ dlo = 30mm

𝑓 𝑙𝑜 = 0.015 0.00071≈ 22 𝑙ỗ Vậy 3 ống sẽ có 66 lỗ

- Để kiểm tra sự hoạt động bên trong bể, dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu

Dựa trên kết quả đo đạc và quan sát màu sắc bùn, việc điều chỉnh là cần thiết Khi mở van, cần phải điều chỉnh để bùn chảy ra từ từ, giúp thu được bùn gần giống với bùn trong bể Nếu mở van quá lớn, nước sẽ thoát ra nhiều hơn, ảnh hưởng đến chất lượng bùn thu được.

.- Chiều cao vùng phản ứng là 5m, do đó đặt 8 van dọc theo chiều cao vùng phản ứng, các van đặt cách nhau 0.5m Van dưới cùng đặt cách đáy 0.5m

Chọn ống và van lấy mẫu bằng uPVC có DN 27mm

Tính lượng khí metan sinh ra từ lượng COD bị xử lý

Lượng khí metan sinh ra:

Lượng khí metan sinh ra tại điều kiện lý tưởng 0 o C:

Lượng khí metan sinh ra ở 25 o C:

Tổng lượng khí metan sinh ra ban đầu với hiệu suất 65%:

Năng lượng sinh ra từ quá trình sinh khí metan:

Tính toán ống thu khí

Giả thiết : Vận tốc trong ống từ 10 – 12 m/s Chọn vận tốc trong ống v = 10 m/s Lắp 2 ống dẫn khí 2 bên thành bể Đường kính ống thu khí:

× 10 × 24 × 36002 = 0.038𝑚 Chọn đường kính ống thu khí uPVC có DN 40 mm

Tính toán tấm chắn khí và tấm hướng dòng

Sử dụng tấm hướng dòng lắp 1 tấm chắn khí theo hình chữ V, với mỗi bên 2 tấm được đặt song song và nghiêng 60 độ so với phương ngang.

Khe hở giữa các tấm chắn khí và giữa tấm chắn khí với tấm hướng dòng cần được chọn giống nhau, với tổng diện tích các khe hở chiếm từ 15% đến 20% diện tích bể Đề xuất chọn Fkhe là 15%.

Trong bể có 8 khe hở nên diện tích mỗi khe là:

8 = 1.32𝑚 2 Chọn chiều dài khe bằng chiều rộng bể: Lkhe = W = 6.5m

Bề rộng của mỗi khe:

𝑠𝑖𝑛60 𝑜 ) × 𝑡𝑎𝑛60 𝑜 − 0.3 = 2.2𝑚 Thời gian lưu nước trong ngăn lắng

𝑠𝑖𝑛60 0 = 1.2𝑚 Trong đó: H2 : chiều cao phần lắng, chọn H2 = 1.2m

Khoảng cách giữa tấm chắn khí 1 và tấm chắn khí 2:

𝑠𝑖𝑛60 0 = 2𝑚 Tấm chắn khí 1 được đặt nghiêng so với phương ngang một góc 60 0 ( trong khoảng

45 0 – 60 0 ) Tấm chắn khí 1 cách tấm chắn khí 2 một khoảng cách là 200mm

Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn khí 1:

𝑐𝑜𝑠30 0 = 0.235𝑚 Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10 – 20cm, chọn mỗi bên nhô ra 10cm

Tính toán ống phân phối nước

Vận tốc nước chảy trong ống dao động từ 1.2 – 2 m/s Chọn v = 1.5 m/s (Nguồn: Điều 5.96; [5]) Đường kính ống chính:

Để đảm bảo phân phối nước đều trong bể UASB, chọn ống uPVC có đường kính DN 110mm và bố trí 8 ống nhánh có lỗ đục dọc theo chiều dài bể Ống đầu tiên được đặt cách bờ bể 0.5m, các ống nhánh cách nhau 1m, với mỗi lỗ cách nhau 150mm và đường kính lỗ là 10mm.

Vận tốc nước chảy trong ống dao động từ 1.2 – 2 m/s (Nguồn: Điều 5.96; [5]).Chọn v = 2 m/s

Chọn ống nhánh uPVC có DN 40mm

Lưu lượng nước thải qua mỗi lỗ:

Tổng số lỗ trên mỗi ống nhánh:

Tính toán máng thu nước

Chọn máng thu nước bê tông

Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc của máng thu nước bể lắng, bao gồm hai máng thu nước đặt giữa bể, chạy dọc theo chiều rộng của bể Vận tốc dòng nước trong máng đạt từ 0.6 đến 0.7 m/s.

Diện tích mặt cắt ướt của mỗi máng:

3600 × 0.6 × 2= 0.02𝑚 2 Chọn chiều dài máng thu nước bằng chiều rộng bể 6.5m

Kích thước máng thu nước: L x W x H = 6.5 x 0.5 x 0.2m

Máng bê tông cốt thép dày 65mm, trang bị máng răng cưa thép không gỉ, được lắp đặt dọc theo bể giữa các tấm chắn khí Với độ dốc 2%, máng giúp nước chảy dễ dàng về cuối, nơi có ống thu nước bằng nhựa uPVC đường kính 90mm dẫn nước sang bể Anoxic 1.

Tính toán ống thu nước tại 2 máng:

Trong đó: v : vận tốc tự chạy trong ống, m/s Chọn v = 1 m/s ( 0.7 – 1.2 m/s) ( Nguồn: [5])

Chọn ống uPVC có DN 110mm

Bảng 4 46 Thông số kỹ thuật máng răng cửa bể UASB

STT Kích thước Đơn vị

- Chiều dài đoạn vát đỉnh răng cưa

Xác định lượng H 3 PO 4 cần châm

Tỷ lệ COD:P = 300 : 1, do vậy với CODin = 3422.9 mg/l

Sử dụng axit H3PO4 làm tác nhân cung cấp P, nên lượng H3PO4 cần thiết

31 = 36 𝑔 𝑚⁄ 3 Dung dịch H3PO4 cung cấp:

1000 × 850= 0.064 𝑚 3 ⁄𝑛𝑔à𝑦= 2.7 𝑙 𝑔𝑖ờ⁄ Trong đó: C% : Nồng độ phần trăm H3PO4 = 85% = 850kg/m 3

Tính toán công suất bơm trục đứng hút bùn

Công suất máy bơm nội tuần về bể Anoxic 1

: Khối lượng riêng của nước, 00kg/m 3 ;

H: Chiều cao cột áp, chọn H = 10 mH2O; η: Hiệu suất chung của bơm (0.7 - 0.9), chọn η = 0.8;

Q: Lưu lượng cần bơm: Qb = 0.88 m 3 /h;

T: thời gian bơm hút bùn = 2h;

Cột áp của bơm: H = 8 – 10 mmH2O, chọn H = 10 mmH2O

- Công suất thực tế của máy bơm nội tuần hoàn

Bảng 4 47 Đặc tính bơm ly tâm bùn thải bể UASB

SX Model Lưu lượng Công suất

Bảng 4 48 Thông số xây dựng bể UASB

6 Tiết diện máng thu nước m 0.5 × 0.2

4.2.6 Cụm bể sinh học thiếu khí (Anoxic 1+2) - Hiếu khí (Aerotank 1+2) – Lắng sinh học

Bảng 4 49 Hiệu quả xử lý cụm sinh học thiếu khí - hiếu khí - bể lắng sinh học

A Bể sinh học hiếu khí (Aerotank)

Bảng 4 50 Hệ số động học bùn hoạt tính trong bể Aeorotank ở 20 0 c

Giá trị đặc trưng àm (tốc độ sinh trưởng tối đa) gVSS/gVSS.ngày

Ks (Hằng số bán vận tốc) gBOD/m 3 8.0 – 64.0 32.0

Kd (Hệ số phân hủy nội bào) gVSS/gVSS.ngày 0.06 – 0.2 0.12

MLSS (Nồng độ bùn trong bể) g/m 3 2000 – 4000 3000

(Nguồn: Bảng 8-14;[8]; Trang 755; 2014) Xác định hệ thống sinh trưởng lơ lửng khử BOD

Xác định nồng bsBOD đầu ra :

10 × (8.42 − 0.072) − 1 = 0.67 𝑔𝐵𝑂𝐷 𝑚⁄ 3 Trong đó: θc : Thời gian lưu bùn trong công trình – ngày Chọn θc = 10 ngày ( θc = 10 – 15 ngày)

Xác định sinh khối trong quá trình xử lý BOD

Bảng 4 51 Hệ số động học vi khuẩn nitrat hóa ở 20 0 C

Giá trị đặc trưng àm (tốc độ sinh trưởng tối đa) gVSS/gVSS.ngày

Ks (Hằng số bán vận tốc) gBOD/m 3 0.5 – 1 0.5

Kd (Hệ số phân hủy nội bào) gVSS/gVSS.ngày 0.05 – 0.17 0.17 θ àm - 1.06 – 1.123 1.07

(Nguồn: Bảng 8-14,[8]; Trang 755) Tỡm àm ở 25 0 c: à 𝑚,25 = à 𝑚,20 𝜃 (𝑡−20) = 0.9 ì 1.07 25−20 = 1.26 𝑛𝑔à𝑦 −1

Giả sử: Lượng NOx bằng 80% TKN đầu vào (Nguồn: [8]; Trang 763)

Tổng lượng sinh khối trong bể Aerotank:

Xác định khối lượng VSS và TSS trong bể Aerotank

Xác định P x,VSS và P x,TSS :

Giả thiết : nbVSS chiếm 10 – 15% VSS (Nguồn: Metcalf Eddy,McGraw Hill; Trang 602; 2004)

XTSS = 2000 – 4000 mg/l (Nguồn: Metcalf Eddy,McGraw Hill; Trang 603; 2004) Chọn X TSS = 3000 mg/l;

VSS/TSS = 0.8 – 0.9 (Nguồn: Metcalf Eddy,McGraw Hill; Trang 602; 2004) Chọn

Xác định thể tích bể Aerotank

Xác định thể tích cụm bể Aerotank 1 – Aerotank 2

3000 = 1052𝑚 3 Chia bể Aerotank 1 – Aerotank theo tỷ lệ 7 : 3

Xác định thời gian lưu nước trong bể Aerotank 1

Kích thước bể bể Aerotank 1

Chọn chiều cao bể là : H = 4.5m

Kích thước của bể là : L x W x H = 17.1 x 10.8 x 4.5m

Xác định thời gian lưu nước trong bể Aerotank 2

Chọn chiều cao bể là : H = 4.5m

Kích thước của bể là : L x W x H = 10.8 x 7.4 x 4.5m

Xác định F/M và tải trọng hữu cơ trong bể Aerotank

Xác định tải trọng hữu cơ của bể Aerotank :

Xác định sản lượng quan sát dựa trên TSS và VSS

Hệ số sản lượng quan sát dựa trên TSS

Lượng BOD được loại bỏ =Q × (𝑆 0 − 𝑆) = 1500 × (354 − 0.67)

Hệ số sản lượng dựa trên VSS

Xác định lưu lượng bùn thải bỏ và công suất bơm bùn thải

Lượng bùn thải bỏ mỗi ngày:

Lưu lượng bùn thải bỏ:

Khi bùn dư được xả bỏ từ đường ống bùn tuần hoàn, dẫn đến tình trạng bể nén bùn, lưu lượng bùn dư thải bỏ (Qra) có thể được tính toán dựa trên hàm lượng chất rắn lơ lửng (VSS) trong bùn, chiếm 80% tổng hàm lượng chất rắn (SS) sau khi xử lý tại cụm bể AO.

Xác định nhu cầu oxi cần cung cấp cho cụm bể Aerotank 1 – Aerotank 2

𝑀 0 2 : Lượng oxy cần cung cấp cho cụm bể sinh học, kgO2/ngày;

PX,bio : Lượng bùn sinh khối, (kg/ngày)

Xác định thể tích không khí theo yêu cầu :

Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế là 2

Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết (giả sử không khí chứa 23.2% O 2 theo trọng lượng và trọng lượng riêng của không khí ở 20 0 C là 0.0118 kN/m 3 = 1.18kg/m 3 ) là :

𝑞 𝑙𝑡 = 207.5 1.18 × 0.232= 758 𝑚 3 ⁄𝑛𝑔à𝑦 Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển 8% sẽ bằng :

Lượng khí cần cung cấp cho bể Aerotank 1:

Lượng khí cần cung cấp cho bể Aerotank 2:

Lượng không khí thiết kế để chọn máy nén cho bể Aerotank 1:

Lượng không khí thiết kế để chọn máy nén cho bể Aerotank 2:

𝑞 𝑡𝑘2 = 𝑞 2 × ℎệ 𝑠ố 𝑎𝑛 𝑡𝑜à𝑛 = 1.98 × 2 = 3.96 𝑚 3 ⁄𝑝ℎú𝑡 = 0.1 𝑚 3 ⁄𝑔𝑖â𝑦 Áp lực cần thiết cho hệ thống thổi khí :

𝐻 𝑐𝑡 = ℎ 𝑑 + ℎ 𝑐 + ℎ 𝑓 + 𝐻 Trong đó : hd = Tổn thất do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m); hc = Tổn thất cục bộ (m); hf = Tổn thất qua thiết bị phân phối (m);

H = Chiều cao hữu ích của bể, H = 4.5m

Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0.4m; tổn thất hf không quá 0.5m Do đó áp lực cần thiết là :

Công suất máy thổi khí cho bể Aerotank 1:

Trong đó : q1 = Lưu lượng không khí thiết kế, q1 = 0.16 m 3 /s;

 = Hiệu suất máy thổi khí,  = 0.7 ÷ 0.9 Chọn  = 0.8

Bảng 4 52 Đặc tính máy thổi khí ở Aerotank 1

SX Model Áp lực Lưu lượng Công suất

Công suất máy thổi khí cho bể Aerotank 2:

102 × 0.8 = 5.5𝑘𝑊 Trong đó : q2 = Lưu lượng không khí thiết kế, q2 = 0.1 m 3 /s;

 = Hiệu suất máy nén khí,  = 0.7 ÷ 0.9 Chọn  = 0.8

Bảng 4 53 Đặc tính máy thổi khí bể Aerotank 2

SX Model Áp lực Lưu lượng Công suất

Trong bể Aerotank 1, hệ thống phân phối ống dẫn khí được thiết kế với ống dẫn khí chính chạy theo chiều rộng của bể, kết nối với các ống dẫn khí nhánh dọc theo chiều dài Các ống nhánh được bố trí cách nhau 1.5m và cách hai tường lần lượt 1m và 2.3m, đảm bảo hiệu quả phân phối khí tối ưu Đường kính của ống dẫn khí chính cũng cần được xác định để phù hợp với thiết kế này.

V c : Vận tốc trong ống dẫn khí, m/s Chọn vn = 9 m/s (v= 9 – 15 m/s) ( Nguồn: Bảng

=> Chọn đường ống dẫn khí chính SUS304 có DN150 Đường kính ống góp chung:

Vgc : Vận tốc trong ống dẫn khí góp chung, m/s Chọn vgc = 9 m/s (v = 9 – 15 m/s) (

=> Chọn đường ống dẫn khí góp chung SUS304 có DN110 Đường kính ống nhánh:

Vn : Vận tốc trong ống khí nhánh,m/s Chọn vn = 6 m/s (v = 6 – 9 m/s) ( Nguồn:

=> Chọn đường kính ống nhánh uPVC có DN75

KHÁI TOÁN KINH TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG ÁN

Định dạng
Số trang	232
Dung lượng	18,94 MB