Đồ án tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải rỉ rác của bãi rác công suất 1250 m3 ngày

Thành phần vàlưu lượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dâychuyền công nghệ xử lý nước rò rỉ cũng sẽ thay đổi đối với các loại nước thảicó thời gian chôn lấp

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ

Tổng quan về nước thải

Nước là yếu tố thiết yếu trong nhiều quá trình tự nhiên và trong đời sống con người Trong ngành công nghiệp, nước được sử dụng như nguyên liệu, nguồn năng lượng, dung môi, chất tải nhiệt và phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu.

Nước bị ô nhiễm bởi các hoạt động sống, dẫn đến sự giảm chất lượng và sự thay đổi theo nhiều xu hướng khác nhau Việc thiết kế đồ án cần chú trọng đến việc cải thiện chất lượng nước và giảm thiểu ô nhiễm.

 Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi các acid sunfuric và acid nitrit từ khí quyển, tăng hàm lượng sunfat (SO42-) và nitrit (NO3-) trong nước.

Sự gia tăng nồng độ các ion Ca2+, Mg2+, Si4+ trong nước ngầm và nước sông xảy ra do quá trình rửa trôi và hòa tan các cặn cacbonat cùng các quặng khác, dưới tác động của mưa acid.

 Tăng hàm lượng các kim loại nặng như Pb2+… và các ion như phosphate, nitrate, nitrit trong nước tự nhiên

Sự gia tăng hàm lượng muối trong nước bề mặt và nước ngầm chủ yếu do xâm nhập nước thải, tác động từ khí quyển và quá trình rửa trôi chất thải rắn Cụ thể, hàm lượng muối trong nước của nhiều sông đã tăng từ 30 đến 50 mg/L hàng năm.

1000 tân chất thải thành phố có đến 8 tấn muối xâm nhập vào nước ngầm)

Tăng cường hàm lượng các hợp chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là các chất bền sinh học như chất hoạt động bề mặt và chất sát trùng, cùng với các sản phẩm

 Giảm hàm lượng oxy trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa và chất kỵ nước.

 Giảm độ trong suốt của nước (trong nước bẩn, các virut và vi khuẩn phát triển nhanh và trở thành nhân tố kích thích mầm bệnh)

 Nước tự nhiên bị nhiễm các đồng vị phóng xạ của nguyên tố hóa học

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước

Nước thải là sản phẩm từ hoạt động sinh hoạt, sản xuất hoặc từ các khu vực ô nhiễm Dựa vào nguồn gốc hình thành, nước thải được phân loại thành ba loại chính: nước thải sinh hoạt, nước chảy tràn và nước thải công nghiệp.

Nước thải sinh hoạt là lượng nước thải phát sinh từ các hoạt động hàng ngày, với thành phần chủ yếu gồm khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng Đặc điểm nổi bật của nước thải sinh hoạt là chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ không bền sinh học như carbonhydrat, protein và mỡ, cùng với các chất dinh dưỡng như photphat và nitơ, vi trùng, chất rắn và mùi hôi.

Nước chảy tràn được hình thành từ mưa và chảy ra từ đồng ruộng, nhưng thường bị ô nhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ Khi nước mưa chảy qua khu vực dân cư và khu sản xuất công nghiệp, nó mang theo chất răn, dầu mỡ, hóa chất và vi trùng Đồng thời, nước chảy tràn từ đồng ruộng cũng chứa chất răn, thuốc sát trùng và phân bón, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường.

Nước thải công nghiệp phát sinh trong quá trình khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu cơ và vô cơ Trong các quy trình công nghệ, các nguồn thải này có thể bao gồm nhiều loại chất thải khác nhau, ảnh hưởng đến môi trường nếu không được xử lý đúng cách.

 Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi tất cả các chất và sản phẩm phản ứng)

 Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, được tách ra trong quá trình chế biến.

 Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị

 Nước chiết, nước hấp thụ

 Các nước khác như: nước bơm chân không, từ thiết bị ngưng tụ hòa trộn, hệ thống thu hồi tro ướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy móc…

Tổng quan về nước rỉ rác

1.2.1 Sự hình thành nước rò rỉ

Nước rò rỉ từ bãi rác, hay còn gọi là nước rác, là loại nước bẩn thấm qua lớp rác và mang theo các chất ô nhiễm vào tầng đất dưới bãi chôn lấp Trong quá trình hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác chủ yếu hình thành từ nước mưa và nước "ép" ra từ các lỗ rỗng của chất thải do thiết bị đầm nén.

Quá trình hình thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng giữ nước (FC – Field Capacity) hoặc bị bão hòa nước FC của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại dưới tác dụng của trọng lực, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định sự hình thành nước rò rỉ Giá trị FC thay đổi tùy thuộc vào tình trạng nén của rác và quá trình phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp Cả rác và lớp phủ đều có khả năng giữ nước trước sức hút của trọng lực, và FC có thể được tính toán theo một công thức cụ thể.

 FC: Khả năng giữ ước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng khô của chất thải rắn)

 W: Khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính tại chính giữa chiều cao ô chôn lấp, pound

Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp chủ yếu xuất phát từ nước mưa, độ ẩm trong rác, vật liệu phủ và bùn nếu được chôn lấp Sự mất mát nước trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong phản ứng khí, hơi nước bốc hơi và nước thoát ra từ đáy bãi Các yếu tố như khí tượng, thủy văn, địa hình và địa chất, đặc biệt là khí hậu và lượng mưa, có ảnh hưởng lớn đến lượng nước rò rỉ Tốc độ phát sinh nước rác thay đổi theo các giai đoạn hoạt động của bãi rác; trong những năm đầu, nước mưa chủ yếu được hấp thụ trong chất thải Lưu lượng nước rò rỉ tăng dần trong thời gian hoạt động và giảm khi bãi chôn lấp đóng cửa, nhờ vào lớp phủ và thực vật giữ nước, làm giảm lượng nước thấm vào.

1.2.2 Thành phần và tính chất của nước rò rỉ

Thành phần nước rác có sự biến đổi đáng kể, chịu ảnh hưởng bởi tuổi thọ của bãi chôn lấp, loại rác thải và điều kiện khí hậu Ngoài ra, độ dày, mức độ nén và lớp vật liệu phủ trên bề mặt cũng góp phần làm thay đổi thành phần của nước rác.

Thành phần và tính chất của nước rò rỉ từ bãi chôn lấp phụ thuộc vào các phản ứng lý, hóa và sinh học diễn ra trong quá trình phân hủy chất thải Các vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh hóa này, chúng sử dụng chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho sự sống và phát triển của mình.

Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia thành các nhóm chủ yếu sau:

 Các vi sinh vật ưu ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 – 20oC

 Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 – 40oC

 Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạng ở nhiệt độ 40 – 70oC

 Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau:

Giai đoạn II – giai đoạn chuyển tiếp diễn ra khi oxy bị cạn kiệt, dẫn đến sự phân hủy kỵ khí, trong đó nitrat và sulphat trở thành chất nhận điện tử, tạo

Giai đoạn III, hay giai đoạn lên men axit, diễn ra khi các vi sinh vật từ giai đoạn II được kích hoạt do nồng độ axit hữu cơ tăng và lượng H2 giảm Bước đầu tiên của quá trình này liên quan đến sự thủy phân các hợp chất cao phân tử như lipit, polysacarit và protein thành các chất đơn giản dễ tiêu thụ bởi vi sinh vật Tiếp theo, quá trình lên men axit chuyển hóa các chất này thành các sản phẩm trung gian có phân tử lượng thấp hơn, bao gồm axit acetic, axit fulvic và các axit hữu cơ khác Giai đoạn này cũng sản sinh ra lượng khí cacbonic lớn, cùng với một lượng nhỏ H2S.

Giá trị pH của nước rò rỉ giảm xuống dưới 5 do sự hiện diện của axit hữu cơ và khí CO2 trong bãi rác Trong giai đoạn III, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng đáng kể do sự hòa tan các axit hữu cơ Với pH thấp, nhiều chất vô cơ, đặc biệt là kim loại nặng, cũng sẽ bị hòa tan Nếu nước rò rỉ không được tuần hoàn, nhiều thành phần dinh dưỡng thiết yếu sẽ bị mất theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp.

Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan là giai đoạn mà vi sinh vật chuyển hóa axit acetic và khí hydro thành metan (CH4) và carbon dioxide (CO2) Trong giai đoạn này, vi khuẩn metan, một nhóm vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt, đóng vai trò chủ yếu Quá trình này dẫn đến sự tăng pH của nước rò rỉ, dao động trong khoảng 6.8 – 8.0, do sự chuyển hóa các axit hữu cơ và H2 thành metan và cacbonic.

Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ giảm xuống trong giai đoạn này

Giai đoạn V, hay giai đoạn ổn định, diễn ra khi các vật liệu hữu cơ dễ phân hủy đã được chuyển hóa thành CH4 và CO2 trong giai đoạn IV Nước tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp, giúp các chất chưa phân hủy tiếp tục được chuyển hóa Tốc độ phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, với khí chủ yếu là CH4 và CO2 Trong giai đoạn ổn định, nước rò rỉ chứa axit humic và axit fulvic, làm cho quá trình phân hủy sinh học trở nên khó khăn hơn Tuy nhiên, khi bãi chôn lấp càng lâu năm, hàm lượng axit humic và fulvic sẽ giảm xuống.

Nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn lấp chất thải rắn có đặc điểm pH thấp, chỉ số BOD5 và VFA cao, cùng với hàm lượng kim loại nặng cao Những đặc điểm này tương ứng với các giai đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV của bãi chôn lấp.

Hình 1.1 Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp

Sau một thời gian dài chôn lấp, các chất hữu cơ trong bãi chôn lấp chuyển sang giai đoạn metan, dẫn đến sự giảm đáng kể thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ Sự gia tăng pH cũng góp phần làm giảm nồng độ các chất vô cơ, đặc biệt là kim loại nặng trong nước rò rỉ.

Khi nước thấm qua chất thải rắn phân hủy trong bãi rác, các thành phần hóa học và sinh học sẽ hòa vào nước, làm tăng nồng độ ô nhiễm và hình thành nước rò rỉ.

Tổng hợp và đặc trưng thành phần nước rác là rất quan trọng do nhiều yếu tố tác động đến sự hình thành nước rò rỉ Do đó, tính chất của nước rác chỉ có thể xác định trong một khoảng giá trị nhất định, được trình bày trong bảng 1.1.

TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC RÒ RỈ

Các phương pháp xử lý nước rò rỉ

Phương pháp xử lý nước rò rỉ bao gồm xử lý sinh học, cơ học, hóa học hoặc kết hợp các phương pháp này với nước thải sinh hoạt Để đạt hiệu quả cao, nên áp dụng phương pháp cơ học kết hợp với xử lý sinh học và hóa học, vì phương pháp cơ học có chi phí thấp và phù hợp với sự thay đổi thành phần của nước rò rỉ Tuy nhiên, nước rò rỉ từ bãi chôn lấp thường chứa nhiều chất hữu cơ, do đó, việc sử dụng các quá trình xử lý sinh học sẽ mang lại hiệu quả cao hơn Ngoài ra, quá trình xử lý hóa lý cũng rất phù hợp cho nước rò rỉ từ bãi chôn lấp lâu năm.

 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ được cho trong bảng sau

Bảng 2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ

Phương pháp xử lý Đặc điểm

Phương pháp cơ học trong xử lý nước thải bao gồm các bước quan trọng như điều hòa lưu lượng và nồng độ, giúp ổn định dòng thải Chắn rác là bước đầu tiên, trong đó các loại mảnh vụn và rác được loại bỏ bằng song chắn và lưới chắn rác Tiếp theo, quá trình lắng diễn ra, khi chất lơ lửng và bông cặn được loại bỏ do trọng lực Tuyển nổi là bước tiếp theo, trong đó các hạt nhỏ được tụ lại và đưa lên mặt nước nhờ bọt khí, sau đó được loại bỏ bằng cánh gạt Cuối cùng, khuấy trộn và sục khí là những phương pháp sử dụng bọt khí nhỏ để cải thiện hiệu quả xử lý.

Trong các đồ án thiết kế dòng xoáy trộn trong tháp khử khí, nước và không khí được tiếp xúc với nhau để loại bỏ các khí như amoniac và VOC có trong nước rỉ.

Lọc SS và độ đục loại bỏ

Quá trình màng là phương pháp khử khoáng hiệu quả, trong đó các chất rắn hòa tan được loại bỏ thông qua phân tách màng Các công nghệ phổ biến trong quá trình này bao gồm siêu lọc (Ultrafiltration), thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis - RO) và điện thẩm thấu (Electrodialysis).

Bay hơi Bay hơi nước rò rỉ Phụ thuộc vào nhiệt độ, gió độ ẩm và mưa.

PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ

Hệ keo tụ có thể mất ổn định do sự phân tán nhanh của hóa chất keo tụ, dẫn đến việc loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng (SS), photphat, một số kim loại và độ đục khỏi nước Các hóa chất keo tụ phổ biến bao gồm muối nhôm, sắt và polymer.

Kết tủa Giảm độ hòa tan bằng các phản ứng hóa học Độ cứng, photphat và nhiều kim loại nặng được loại ra khỏi nước rò rỉ.

Oxy hóa là quá trình quan trọng trong việc xử lý các chất hữu cơ và kim loại, sử dụng các chất oxy hóa như ozone, H2O2, clo và kali permanganate Những hợp chất này có khả năng oxy hóa hiệu quả các chất như H2S, sắt và một số kim loại khác Đặc biệt, amonia và cyanua chỉ có thể bị oxy hóa bởi các hợp chất oxy hóa mạnh mẽ.

Phản ứng khử kim loại tạo ra các dạng kết tủa và chuyển đổi thành các dạng ít độc hơn, như crom Trong quá trình này, các chất oxy hóa cũng bị khử, ví dụ như quá trình loại bỏ clo dư trong nước Những hóa chất khử thường được sử dụng bao gồm SO2, NaHSO3 và FeSO4.

Trao đổi ion Dùng để khử các ion vô cơ có trong nước rò rỉ Hấp thụ bằng cacbon hoạt tính

Cacbon được sử dụng để loại bỏ COD, BOD còn lại, các chất độc hại và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy Ngoài ra, nó cũng có khả năng hấp thụ một số kim loại Cacbon thường được cung cấp dưới dạng bột và hạt.

Hiếu khí Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn khi có O2 Bùn được tuần hoàn Sản phẩm cuối là CO2 a Sinh trưởng lơ lửng

Bùn hoạt tính là một quá trình xử lý nước thải, trong đó chất hữu cơ và vi sinh vật được sục khí để thúc đẩy sự phân hủy Sau khi bùn hoạt tính lắng xuống, nó sẽ được tuần hoàn trở lại bể phản ứng Các giai đoạn trong quy trình này bao gồm: dòng chảy đều, khuấy trộn hoàn chỉnh, nạp nước theo cấp và quá trình thoáng khí kéo dài, cùng với giai đoạn ổn định tiếp xúc để tối ưu hóa hiệu quả xử lý.

Nitrat hóa Amoniac được oxy hóa thành nitrat Quá trình khử BOD có thể thực hiện trong cùng một bể hay Đồ án thiết kế trong bể riêng biệt.

Hồ sục khí Thời gian lưu nước trong hồ có thể vài ngày Khí được sục để tăng cường quá trình oxy hóa chất hữu cơ.

SBR là một quá trình tương tự như bùn hoạt tính, nhưng việc ổn định chất hữu cơ lắng và tách nước sạch chỉ diễn ra trong một bể duy nhất Quá trình này cũng liên quan đến sự sinh trưởng dính bám của vi sinh vật.

Bể lọc sinh học Nước được đưa vào bể có các vật liệu tiếp xúc.

Here is the rewritten paragraph:Bể lọc sinh học được chia thành các loại khác nhau, bao gồm tải trọng thấp, tải trọng cao và lọc hai bậc Tại bề mặt vật liệu tiếp xúc, các vi sinh vật sống và phát triển, hấp thụ và oxy hóa các chất hữu cơ một cách hiệu quả Để đảm bảo quá trình hoạt động ổn định, cung cấp không khí và tuần hoàn nước là hai yếu tố quan trọng không thể thiếu.

Bể tiếp xúc sinh học quay (RBC)

Gồm các đĩa tròn bằng vật liệu tổng hợp đặt sát gần nhau Các đía quay này một phần ngập trong nước.

Kị khí a Sinh trưởng bám dính

Sinh trưởng lơ lửng Nước thải được trộn với sinh khối vi sinh vật.

Nước thải trong bể phản ứng thường được khuấy trộn và đưa đến nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh học kị khí xảy ra.

Quá trình kị khí cổ điển

Chất thải nồng độ cao hoặc bùn được ổn định trong bể phản ứng Đồ án thiết kế

Hệ thống UASB xử lý nước thải hoạt động bằng cách đưa nước vào từ đáy bể, tạo điều kiện cho bùn lơ lửng nhờ vào trọng lượng nước và khí biogas sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học Vi sinh vật kỵ khí trong bể có khả năng hấp thụ và chuyển đổi chất hữu cơ thành khí metan và cacbonic Để duy trì hiệu quả xử lý, bùn được tác động và tự tuần hoàn trong bể UASB thông qua thiết bị tách rắn - lỏng - khí.

Trong môi trường thiếu khí, nitrit và nitrat sẽ được khử thành khí nitơ Để quá trình này diễn ra hiệu quả, cần bổ sung một số chất hữu cơ cung cấp cacbon, chẳng hạn như methanol, axit acetic và đường.

Hệ thống kết hợp các quá trình kị khí, thiếu khí và hiếu khí

Trong hệ thống này, photpho và nitơ được loại bỏ hiệu quả Nitơ được loại trong điều kiện thiếu khí, trong khi photpho được giải phóng qua các quá trình kị khí và thiếu khí Việc sử dụng photpho, ổn định chất hữu cơ và nitrat hóa amonia diễn ra tại bể phản ứng hiếu khí, góp phần vào quá trình sinh trưởng dính bám.

Lựa chọn công nghệ

2.2.1 Một số công nghệ xử lý rác trong nước a BCL Gò Cát

Hiện tại, bãi rác Gò Cát đang vận hành hai hệ thống xử lý nước rỉ rác với công suất 400 m3/ngày Hệ thống đầu tiên được thiết kế và lắp đặt bởi CENTEMA, trong khi hệ thống thứ hai do Công ty Hà Lan Vermeer thiết kế và được lắp đặt cũng như vận hành bởi công ty ECO.

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam Tân (CENTEMA)

Trung tâm Công nghệ Môi trường (CENTEMA, 2002) đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước rỉ rác Gò Cát với nồng độ 50,000 – 60,000 mgCOD/L Phương pháp áp dụng là sinh học UASB kết hợp với bùn hoạt tính hiếu khí theo quy trình từng mẻ (SBR) tại quy mô pilot 1m3/h.

Kết quả cho thấy hệ thống xử lý nước rỉ rác đạt hiệu quả cao trong việc xử lý COD, với tỷ lệ trên 98% sau hai tháng vận hành Mặc dù vậy, lượng COD không phân hủy còn lại sau quá trình xử lý hiếu khí dao động từ 380 đến 1,100 mg/L Hệ thống bao gồm hồ tiếp nhận nước rỉ rác có dung tích 25,000 m3, bể UASB nối tiếp bể sinh học từng mẻ (SBR) và xả vào hồ sinh học trước khi thải ra kênh Đen Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống này khoảng 2 tỷ đồng Việt Nam, với chi phí xử lý 1m3 nước rỉ rác vào khoảng 20.000 đồng.

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của công ty THHH Quốc Việt

Công nghệ áp dụng hệ hồ này rất đơn giản và phù hợp với các khu vực có diện tích rộng, dễ vận hành Theo phân tích của công ty Quốc Việt, nước rỉ rác sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại B với COD = 78 mg/L, trong khi chất lượng nước đầu vào có COD = 3,094 mg/L Tuy nhiên, khi xem xét chi tiết về hóa chất sử dụng, tính toán công trình đơn vị và xử lý bùn lắng, công nghệ này vẫn còn nhiều điểm chưa rõ ràng và thiếu tính thuyết phục.

Công nghệ xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của NUPHACO thể hiện ở hình 2.4 Công nghệ này ứng dụng quá trình hồ sinh học

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ NUPHACO xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh Đồ án thiết kế

Nước sau khi qua hồ sinh học được xử lý bằng bùn lắng tại nhà máy nước Thủ Đức qua ba bậc hồ Cuối cùng, nước được khử trùng bằng Chlorine Tuy nhiên, kết quả cho thấy giá trị BOD và COD vẫn còn cao, lần lượt là 87 mgBOD/L và 530 mg.

Công nghệ COD/L) đạt hiệu quả khử ammonia lên tới 98%, chủ yếu nhờ vào quá trình sinh trưởng của tảo trong hồ sinh học, giúp tiêu thụ ammonia hiệu quả.

Công nghệ này áp dụng trong sinh học nuôi tảo, sau đó sử dụng phương pháp tuyển nổi hóa học Phần COD còn lại sau quá trình tuyển nổi sẽ được xử lý bằng phương pháp oxy hóa Fenton.

Các công nghệ ứng dụng trong quá trình hồ sinh học yêu cầu diện tích lớn và có sự tham gia của thực vật nước như tảo, lục bình để xử lý ammonia trong nước rỉ rác BCL lâu năm với hàm lượng BOD thấp Tuy nhiên, để đạt tiêu chuẩn xả thải với COD ≤ 100 mg/L, cần áp dụng các phương pháp oxy hóa mạnh như H2O2 với xúc tác FeSO4 hoặc các phương pháp keo tụ, hấp phụ để loại bỏ nbCOD còn lại Điều này dẫn đến chi phí vận hành và chi phí hóa chất tăng cao.

2.2.2 Các công nghệ xử lý nước ngoài Đồ án thiết kế

Bãi chôn lấp Buckden South ở miền Đông nước Anh nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng của thủy triều sông Great Ouse Hệ thống xử lý nước rỉ rác tại đây sử dụng hai bể SBR hoạt động song song để khử BOD và nitrate hóa Sau khi xử lý sinh học, nước được tiếp tục xử lý bổ sung qua bãi lau sậy 2000 m2, và cuối cùng là quá trình oxy hóa bằng ozone để phân hủy dư lượng thuốc bảo vệ thực vật thành các hợp chất hữu cơ nhỏ hơn.

Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rò rỉ bãi chôn lấp Buckden South

2.2.3 Đề xuất công nghệ xử lý a Thành phần, tính chất nước rò rỉ cần xử lý

Bảng 2.4: Thành phần, tính chất nước rỉ rác đầu vào

STT Thông số Đơn vị Giá trị ban đầu

6 Tổng Nitơ mg/L 800 30 Đồ án thiết kế

BỂ KEO TỤ - TẠO BÔNG

OXI HÓA BẬC CAO (FENTON)

BỂ LẮNG TRUNG HÒA Đồ án thiết kế

Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác công suất 1250 m3/ngày đêm

 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nước thải từ bãi rác được xử lý qua song chắn rác để loại bỏ các rác thải có kích thước lớn hơn 1mm, nhằm bảo vệ các bước xử lý tiếp theo Sau khi tách rác, nước thải sẽ được khuấy trộn với vôi để nâng cao pH trước khi vào bể điều hòa, điều này giúp tối ưu hóa quá trình loại bỏ khí nitơ với pH lý tưởng từ 10,8 đến 11,20.

Bể điều hòa có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lưu lượng và ổn định nồng độ nước thải Nước từ bể điều hòa sẽ được dẫn vào hệ thống tháp Stripping để tiến hành khử ammonia Sau khi qua tháp Stripping, nước thải sẽ được đưa vào bể keo tụ tạo bông nhằm loại bỏ Canxi và chất rắn lơ lửng (SS) Cuối cùng, nước thải sau khi đã khử Canxi và các tạp chất sẽ được chuyển đến bể lắng để xử lý tiếp.

Quá trình xử lý nước thải bắt đầu bằng việc lắng các hạt cặn trong bể lắng, sau đó nước được chuyển vào bể anoxic để khử nitơ và photpho Tại bể anoxic, nước tiếp tục được đưa vào bể sinh học hiếu khí (Aerotank), nơi diễn ra quá trình nitrat hóa nhờ vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter Nước thải sau khi xử lý cùng với bùn sinh ra được lắng tại bể lắng sinh học, thiết kế để tạo môi trường tĩnh cho bông bùn lắng xuống Bùn lắng sẽ được thu thập và bơm quay trở lại bể anoxic để duy trì nồng độ bùn hoạt tính trong bể thổi khí, trong khi phần bùn dư được chuyển sang bể chứa bùn Cuối cùng, nước thải sau xử lý sẽ được dẫn đến cụm xử lý Fenton hai bậc để loại bỏ màu và các chất không phân hủy sinh học, trước khi chuyển đến hố thu nơi dung dịch vôi sữa được thêm vào.

LỌC NHANH BỂ NÉN BÙN

Quá trình khử trùng nước thải bắt đầu bằng việc nâng pH lên 7-8 để loại bỏ sắt và hàm lượng H2O2 dư thừa trước khi bơm vào bể lắng thứ cấp Nước trong sau khi lắng sẽ được dẫn vào bể lọc nhanh để loại bỏ cặn rắn lơ lửng, giảm độ đục và màu sắc Mặc dù nước thải đã gần như khử hết ô nhiễm, nhưng vẫn cần qua bể khử trùng để đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường Tại bể khử trùng, hóa chất chlorine được bổ sung để tăng thời gian phản ứng, tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh, tạo môi trường sống an toàn cho thủy sinh Hệ thống sục khí cũng được sử dụng để giảm lượng chlorine bằng cách thoát ra ngoài không khí, đảm bảo hàm lượng chlorine ở đầu ra đạt mức an toàn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ

LỰA CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ: pH = 7

 tiêu chuẩn thiết kế song chắn rác:

 vận tốc dòng chảy qua song chắn rác: 0,6-1m/s Đồ án thiết kế

 vận tốc tối ưu qua song chắn rác:0,6 m/s

 vận tốc cực đại qua song chắn rác: 0,75-1 m/s

 vận tốc cực tiểu qua song chắn rác: 0,4 m/s

- thiết kế song chắn rác:

K h :hệ số vượt tải theo giờ lớn nhất ( K =1,5−3,5 )

Chọn loại song chắn rác có kích thước khe hở b= 16mm (b-25mm) a Số khe hở của song chắn rác n= Q max h v s ×b × k z × x= 0,029× 1,05

0,7 × 0,016 ×0,15 ,125 khe chọn số khe là 19 ; số song là 18 trong đó:

 v s :tốc độ nước chảy qua SCR

 k z :Hệ số tính đến hiệ tượng thu hẹp dòng chảy( chọn k z =1,05 ¿ b Bề rộng song chắn rác:

Chọn Bs = 0,5m s: chiều dày của mỗi thanh song chắn rác s= 0,01( s=8-10mm) c Tổn thất áp lực qua SCR: h s =ε v max 2

Trong đó: v max :Vận tốc nước thải trước SCR ứng với Qmax Vmax =0,6

Hệ số K được tính toán để xem xét sự gia tăng tổn thất áp lực do rác bám, với giá trị K=3 Hệ số tổn thất áp lực cục bộ ε được xác định bằng công thức ε = β × (b/s)^(4/3) × sin α, với β = 2,42, b = 0,008, s = 0,016 và α = 60 độ Kết quả tính toán cho thấy ε = 0,83 Góc nghiêng của SCR được chọn là α ≈ 0, và hệ số β phụ thuộc vào hình dạng của thanh đơn, với h_s = 0,83 và giá trị 0,6.

2.9,81 ×3=0,05=5 cm d Chiều dài phần mở rộng SCR

B k : bề rộng mương dẫn, chọn B k = 0,4m α : góc nghiên phần mở rộng , thường lấy α e Chiều dài phần mở rộng SCR

2 =0,1 m f Chiều dài xây dựng mương đặt SCR

Trong đó: L3: chiều dài phần mươn đặt SCR( chọn L3 = 1,5) g Chiều sâu xây dựng SCR

Trong đó: hmax: độ dày ứng với chế độ Qmax hmax=0,15m hs: tổn thất áp lực SCR Đồ án thiết kế

0,5: khoảng cách giữu cột sàn nhà đặt SCR với mực nước cao nhất h Chiều dài của mỗi thanh

Lt= sin H α = sin 60 0,7 =0,81 m Với SCR đặt nghiên so với mặt phẳng nằm ngang một góc α ` 0

- Chọn thời gian khuấy trộn trong bể là là 3s

- Chọn một bể trộn có tiết diện vuông Chiều dài cạnh của bể: a= √ 3 V 2 = √ 3 0.042 2 =0.28 m

- Chiều cao hữu ích của bể: h hi = V a 2 = 0.042

- Chiều cao toàn phần của bể:

Dùng máy khuấy tubin 4 cánh nghiêng 45 0 hướng xuống bể đưa nước từ trên xuống:

" Chọn D = 0.15 m Đồ án thiết kế

- Năng lượng cần truyền vào nước:

P=G 2 ×V × μ= ( 1000 ) 2 × 0.042 × 0.001= 42J/s = 0,042 kW Với G00 S −1 :Gradient vận tốc Độ nhớt động lực của nước ứng với t = 20 0 c, μ= 0,001 N S / m 2

- Công suất động cơ: P ×η=0,042 × 0,8= 0,034 kw

- Số vòng quay của máy khuấy: η= ( Kxρx D P 5 ) 1 3 = ( 1.08 x 1000 42 x 0.15 5 ) 1 3 =8 vòng/ giâyH0 vòng / phút

- Chiều dài cánh khuấy trộn:

- Thể tích bể điều hòa :

Vdh = Qh x t = 52,1 x 6 = 312,6 m 3 Thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 4÷12 h.Chọn t = 6 h

- Kích thước bể điều hòa:

Chọn chiều cao hữu ích cửa bể điều hòa h = 5m

Chiều cao bảo vệ của bể điều hòa: hbv = 0,5 m

 chiều cao xây dựng của bể điều hòa là:

- Diện tích bể điều hòa

5 b , 5 m 2 Chọn B = 6,5 m , L = 10 m Đồ án thiết kế

Thể tích xây dựng bể ĐH: B x L x H = 6,5 x 10 x 5,5 = 357,5 m 3

- Đường kính dẫn ống nước vào và ra bể:

Chọn vận tốc qua đường ống chính Lkhí = 467,5 m 3 /h là v = 12m/s

- Đường kính ống chính là:

PVC có đục lỗ, 1 ống chính, 6 ống nhánh, với chiều dài mỗi ống 9,5m, đặt cách nhau 0,9m.

- Đường kính ống nhánh dẫn khí:

 chọn Dn =0,05m Đường kính lỗ d = 2-5m chọn 5mm

- Xác định công suất thổi khí:

KW/h Đồ án thiết kế

 Nước thải qua song chắn rác, bể khử canxi và bể điểu hòa hiệu quả xử lý đạt 20% đầu ra của bể:

Thông số TSS COD BOD Đầu ra (mg/l) 950 2800 5600

 -Nước thải sau khi qua bể lắng vôi sẽ tự chảy xuống chân tháp stripping

 -Tháp stripping gồm hầm bơm dưới chân và tháp đặt phía trên , để tăng khả năng xử lý khí N-NH3 ta bố trí làm 2 tháp.

 -Đuổi lượng lớn khí N-NH3 (nước được bơm từ hầm bơm lên đỉnh tháp rồi chảy xuống dưới còn khí đi từ dưới chân tháp lên trên)

- Chọn thời gian lưu: t = 90 phút [Nguồn : Tính toán các công trình xử lý nước thải]

- Thể tích hố thu: V = Qmax∗t 60 ¿ 52.083∗90 60 = 78.1 m 3 = 78 m 3

- Chọn chiều cao bể: H = 4 m , hbv = 0,3 m

Theo yêu cầu bố trí mặt bằng ta chọn

- Vậy thể tích xây dựng bể V = 4*5*4,3 = 86 m 3

- Chọn công suất quạt gió: 27000 m 3 /h

- C1 = 100 mg/l: Nồng độ Amonia trong nước thải đầu vào

- C2 = 25 mg/l: Nồng độ Amonia trong nước thải đầu ra

Tải lượng nước bề mặt: L= 52,083 (m 3 /h) / 19,625 (m 2 ) = 2,65 m 3 /m 2 h Tải lượng gió bề mặt: G = 27000 (m 3 /h) / 19,625 (m 2 ) = 1375,8 m 3 /m 2 h Hằng số Henry H của Amonia ở 20 o C

Xét tại điểm cân bằng của nồng độ NH3 trong pha lỏng và pha khí vá KLa là hệ số truyền khối tổng tính theo pha lỏng :

Quá trình bức NH3 ra khỏi nước được tính theo công thức 1/K L a = 1/mKk + 1/Kl, trong đó pH được nâng lên đến 11 để tạo sự dịch chuyển cân bằng, thuận lợi cho việc tách NH3 Khi đó, dung chất NH3 trở nên dễ dàng tách pha khỏi nước, và số hạng 1/mKk trở nên không đáng kể Quá trình chủ yếu bị kiểm soát bởi pha lỏng, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền khối.

Kl là nồng độ phần mol khí NH3 chuyển qua trên 1 diện tích bề mặt tiếp xúc pha trong một đơn vị thời gian (mol/m 2 h).

- Lượng NH 3 cần được tách ra:

C1 – C2 = 100 – 25 = 75 mg/l = 75g/m 3 Đồ án thiết kế

Tải lượng bề mặt dòng lỏng là : L= 2,65m 3 /m 2 h

- Lượng NH 3 cần được tách ra trong 2,65 m 3

 Khối lượng riêng của NH3: 0,73 kg/m 3 = 730g/m 3 nên :

 198,75 g NH3 sẽ chiếm phần thể tích : (198,75*1) / 730 = 2,27 m 3

 Trong khi đó khối lượng phân tử của NH3 = 17,031 g/mol

 Nên 189,75 g NH3 sẽ là 198,75/17,031 = 11,7 mol

 Vậy K l theo như định nghĩa sẽ là :

Hình ảnh thể hiện số đơn vị chuyển khối (NTU) của cột hấp thụ hoặc thổi đuổi khí, với hệ số hấp thụ hoặc đuổi khí cùng hiệu suất xử lý không đổi.

Stripping and aeration In: AWWA, Water Quality and Treatment Copyright

To design this type of tower, two key concepts must be understood: the height of the packed column, denoted as z, is essential for achieving the desired processing efficiency This height is calculated as the product of the height of a transfer unit (HTU) and the number of transfer units (NTU), as established by Treybal in 1968 Thus, the formula is expressed as z = (HTU)(NTU).

HTU = L / K L a = 2,65 /11,7= 0,23 Để thuận lợi cho việc vệ sinh tháp trong quá trình vận hành ta chọn chiều cao của một tầng(đơn vị truyền khối) là HTU=1 m

(2) Tính H u , hằng số Henry vô thứ nguyên ở 20 o C

Bảng Hằng số Henry, H và hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ J

Khí Hằng số Henry ở 20 o C, atm

Sử dụng Pt Chuyển đổi đơn vị hằng số Henry từ atm thành không thứ nguyên: Khi T = 20 o C = 293 K

- Tính thông số thổi khí R sử dụng:

- Tìm NTU từ Hình Số đơn vị chuyển khối (NTU) vì C 2 /C 1 = 25 / 100 = 0,25=0,3

Sử dụng R = 0,7và C 2 /C 1 = 0,3, từ Hình Số đơn vị chuyển khối (NTU), ta có NTU = 8

Vậy ta chọn số đơn vị chuyển khối NTU = 8 tầng

- Tính chiều cao tháp nhồi z bằng Pt z = (HTU) (NTU) = 1 x 8 = 8 m Vậy tháp nhồi sẽ có dạng hình trụ tròn : Đường kính d=5m

Chia tháp được thiết kế với 8 tầng, mỗi tầng cao 1m, nhằm tạo thuận lợi cho việc vệ sinh và chứa lớp vật liệu đệm Chiều cao ống từ đáy bể B1 lên tới lớp vật liệu được chọn là 4m, để đảm bảo khi quạt thổi khí không làm xáo trộn lớp vật liệu đệm Chiều cao lớp trên cùng là 1m, giúp thuận tiện cho việc lắp đặt dàn mưa.

 Vậy chiều cao tổng cộng của tháp là 13 (m)

Tháp được thiết kế trên một bể chứa, có chức năng lưu trữ nước từ bể lắng vôi để bơm lên giàn mưa ở tầng trên cùng Giàn mưa này có nhiệm vụ phân phối nước vào trong tháp một cách hiệu quả.

- Diện tích bề mặt giàn mưa được tính theo công thức :

 F= Q/qm = 52,083/10 = 5,21 m 2 (qm = 10 đến 15 m 3 /m 2 h chọn qm= 10 m 3 /m 2 h )

− Để phân phối nước đều trong tháp ta chọn kích thước giàn mưa : 3*3 m giàn mưa gồm 1 ống chính và các ống nhánh phân bố theo hình xương cá.

− Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,5m số nhánh n= (3/0,5)*2 nhánh

− Chiều cao tính từ giàn mưa đến lớp vật liệu đầu tiên của tháp : chọn h1 = 1m.

- Hệ thống phân phối nước :

− Lưu lượng nước lên giàn mưa: Q=0.014 m 3 /s

Đường kính ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa được xác định với vận tốc nước chảy là 1 m/s, nằm trong khoảng quy định từ 0,8 đến 1,2 m/s theo TCXD 33:2006BXD Công thức tính đường kính ống là d = √(4πv/q), với q là lưu lượng nước Cụ thể, khi áp dụng các giá trị, ta có d = √(4 × 3,14 × 0,014 × 1) = 0,13 m, tương đương 130 mm.

Chọn ống có đường kính d= 140 mm

Từ ống phân phối nước chính ta chia ra làm 6 ống nhánh Đồ án thiết kế

- Lưu lượng qua mỗi ông nhánh là :

Chọn đường kính ống nhánh là dn = 60 mm

- Diện tích lỗ phân phối nước:

Tổng diện tích lỗ phun trên một ống nhánh chiếm từ 30-35% diện tích tiết diện ngang của ống phân phối chính, với tỷ lệ được chọn là 30%.

4 =¿ 0,0002 m = 0,2mm Chọn đường kính lỗ phun mưa trên ống nhánh là dmm

Số lỗ phân phối trên một ống nhánh = tổng diện tích lỗ/diện tích 1 lỗ

Chọn số lỗ phân phối trên một ống nhánh là 26 lỗ.

Đường kính ống dẫn nước ra là kích thước của ống thu nước tại tầng thấp nhất của tháp, với mục đích dẫn nước qua bể lắng canxi Để tính toán đường kính, ta chọn vận tốc nước chảy trong ống là 0,5 m/s Áp dụng công thức d= √(4πvq), ta có d= √(3,14 × 4 × 0,014 × 0,5) = 0,19 m, tương đương 190 mm Cuối cùng, đường kính ống được chọn là 200 mm.

- P : Công suất bơm nước thải

- Qtb : Lưu lượng trung bình của nước thải bơm lên tháp cần xử lý Đồ án thiết kế

- n : Hiệu suất làm việc của bơm

- Tính công suất máy thổi khí lên tháp :

N : Công suất máy thổi khí p : áp lực máy thổi khí ; p = 10,33+ 10,33 Hc = 10,33+ 10,33 13 = 2,26 atm

Qkk : Lưu lượng khí lên tháp (m 3 /p) = 2700 (m 3 /h) = 0,75 m 3 /s n : Hiệu suất làm việc của máy thổi khí : n = 90% = 0,9

- Tính đường kính ống bơm nước lên đỉnh tháp

-Nước thải dược bơm lên đỉnh tháp nhờ bơm chìm , lưu lượng nước thải

52,083m 3 /h , với vận tốc là v = 2 m/s , đường kính ống ra :

D = √ π 4∗52,083 ∗2∗3600 = 0,096 (m) Chọn ống nhưa uPVC có đường kính D = 110 mm

Bảng 3.10 Tổng hợp tính toán tháp stripping

Stt Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị

2 Thể tích hầm bơm Vhb m 3 86

4 Đường kính tháp Dthap m 5 Đồ án thiết kế

6 Công suất máy thổi khí

7 Đường kính ống bơm nước

BỂ KEO TỤ - TẠO BÔNG

Trong đó: Q s max : lưu lượng tính toán lớn nhất, Q s max = 0,014m 3 /s

Chọn chiều cao của bể: H = 4,2 (m)

 Chọn bể có dạng hình vuông a = √ F = √4 = 2 (m)

 Chiều rộng bể (B) = chiều dài bể (L) = 2 (m)

 Chọn chiều cao bảo vệ bể: hbv = 0,3 (m)

- Chiều cao tổng cộng ( chiều cao xây dựng): Hxd = 4,2 + 0,3 = 4,5 (m)

- Thể tích thực của bể phản ứng: L*B*H = 2* 2* 4,5 = 18 (m)

Loại cánh khuấy: chọn loại cánh khuấy 2 bản, đối xứng qua trục, khuấy quanh trục thẳng đứng

- Năng lượng: Đồ án thiết kế

Trong đó: μ : độ nhớt nước thải: μ = 0,0092 (N/cm 2 )

N: năng lượng cho khối nước thải V: thể tích nước thải V = 16,8 (m 3 ) G: gradient – sự biến đổi vận tốc của nước trong 1 đơn vị thời gian G không lớn hơn 800 (s -1 ) Chọn G = 800 (s -1 ).

Trong đó: c: hệ số phụ thuộc vào kích thước bản cánh.

F: diện tích tiết diện cánh khuấy v: vận tốc cánh khuấy v = 0,75vk = 0,75*7,327 = 5,5 (m/s)

Với vk: vận tốc tuyệt đối của cánh khuấy v k = 2 π∗R∗n 60 = 2∗3,14∗0,5∗140

Với R: bán kính vòng khuấy chọn 2R = 50 – 60% chiều rộng bể Chọn R = 0,5 (m) n: số vòng khuấy, n = 140 vòng/phút

 Diện tích 1 bản cánh khuấy: f = F 2 = 0,097 2 = 0,0485 (m 2 )

Có: B * L = f = 0,0485 (m 2 ) và B L = 5 Đồ án thiết kế

Vậy: chiều rộng bản cánh khuấy: B = 0,0985

Chiều dài bản cánh khuấy: L = 0,493

STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị

4 Thời gian lưu nước 20 Phút

5 Thể tích xây dựng bể 18 m 3

6 Chiều rộng 1 bản cánh khuấy

7 Chiều dài 1 bản cánh khuấy 0,493 m

 Bể tạo bông dựng gồm 3 ngăn với kích thước bằng nhau.

 Thời gian lưu xây nước 1 ngăn: t = 15 (phút)

Trong đó: Q s max : lưu lượng tính toán lớn nhất, Q s max = 0,014m 3 /s

 Chọn bể có dạng hình vuông a = √ F = √3 = 1,8 (m) Đồ án thiết kế

 Chiều rộng bể (B) = chiều dài bể (L) = 1,8 (m)

 Chọn chiều cao bảo vệ bể: hbv = 0,3 (m)

- Thể tích thực của bể phản ứng: L*B*H = 1,8* 1,8* 4,5 = 14,58 (m 3 )

- Xây dựng bể tạo bông gồm 3 ngăn có cùng kích thước:

Khi chọn loại cánh khuấy, nên sử dụng loại có trục quanh và 4 cánh khuấy được sắp xếp đối xứng xung quanh trục Tổng diện tích của cánh khuấy cần chiếm 15% diện tích mặt cắt ngang của bê tông, với công thức tính là fc = 15 * fn.

- Diện tích 1 bản cánh khuấy: f = f c

4 = 1,134 4 = 0,2835 (m 2 ) Chọn chiều dài cánh khuấy: L = 1,4

Chọn bán kính vòng khuấy: R1 = 0,45

 Mỗi buồng đặt 1 động cơ điện, tốc độ quay là:

 Kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản:

Buồng phản ứng 1: Đồ án thiết kế

Tốc độ chuyển động của cánh khuấy 40 vòng/phút

- Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước:

Trong đó: R1 , R2 : khoảng cách từ mép cánh khuấy đến tâm trục quay n: số vòng quay, n = 40 vòng/phút

- Năng lượng cần quay cánh khuấy:

Fc : tiết diện của bản cánh khuấy Fc = 1,4 * 0,07 * 4 = 0,392 (m 2 )

- Giá trị Gradien vận tốc:

Trong đó: R1 , R2 : khoảng cách từ mép cánh khuấy đến tâm trục quay n: số vòng quay, n = 20 vòng/phút Đồ án thiết kế

- Giá trị Gradien vận tốc:

Trong đó: R1 , R2 : khoảng cách từ mép cánh khuấy đến tâm trục quay n: số vòng quay, n = 10 vòng/phút

Giá trị Gradien vận tốc:

- Diện tích ướt của bể lắng đứng

Trong đó: F1: diện tích mặt cắt ướt của bể lắng

Q: lưu lượng trung bình ngày, Q = 1250m 3 /ngày = 0,014 m 3 /s v: tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng Chọn v = 0,5mm/s = 0,0005m/s (điều 6.5.6 TCXD 51 – 84)

- Diện tích mặt cắt của ống trung tâm:

Trong đó: F2: diện tích mặt cắt ướt của ống trung tâm

Q: lưu lượng trung bình ngày, Q = 1250m 3 /ngày = 0,014 m 3 /s v: tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30mm/s Chọn v = 20mm/s = 0,02m/s (điều 6.5.9 TCXD 51 – 84)

- Diện tích tổng cộng của bể lắng:

- Đường kính ống trung tâm: d = √ 4 π F 2 = √ 4∗0,7 3,14 = 0,95(m)

- Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: htt = v*t = 0,0005*114*60 = 3,42 (m)

Trong đó: t: Thời gian lắng, t = 114 phút (Thực nghiệm) Đồ án thiết kế v: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 (mm/s) = 0,0005 (m/s)

- Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định: hn = h2 + h3 = D−d n

Chiều cao lớp trung hòa (m) trong bể lắng được xác định dựa trên chiều cao giả định của lớp cặn lắng Đường kính trong của bể lắng là D = 3,085 m, trong khi đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt được chọn là dn = 0,5 m Góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, ký hiệu là α, không nhỏ hơn 50 độ, và trong trường hợp này, α được chọn là 50 độ.

Chiều cao của ống trung tâm được xác định bằng chiều cao tính toán của vùng lắng, đạt 3,42 mét Đường kính phần loe của ống trung tâm tương ứng với chiều cao của ống loe, bằng 1,35 lần đường kính của ống trung tâm.

- Đường kính tấm chắn: lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe:

Dc = 1,3 * Dl = 1,3 * 1,3 = 1,69 (m) Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17 o

- Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là:

Hệ số H được tính bằng công thức H = htt + hn + hbv, trong đó htt = 3,42 m, hn = 3,3 m và hbv = 0,3 m, dẫn đến H = 7,02 m Khoảng cách hbv là khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, với hbv = 0,3 m Để thu nước đã lắng, cần sử dụng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể Máng thu nước được thiết kế theo chu vi vành trong của bể, với đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể.

- Đường kính máng thu: Dmáng = 80% đường kính bể

Dmáng = 0,8*6,05 = 4,84 ≈ 4,85 (m) Đồ án thiết kế

- Chiều dài máng thu nước:

- Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: aL = Q L = 15,25 1250 = 81,97 (m 3 /mdài.ngày)

- Lượng bùn sinh ra mỗi ngày

M = 0,75*950*1250 = 890,625 (Kg/ngđ) Giả sử bùn tươi có độ ẩm 95%

Khối lượng riêng bùn = 1053 Kg/m3

- Lượng bùn có khả năng phân hủy sinh học

Mtươi = 0,75*890,625 = 667,972 (Kg/ngày) Nước thải qua bể keo tụ - tạo bông và bể lắng 1 hiệu quả xử lý: COD, BOD là 50% và TSS là 80% Đầu ra của bể:

Thông số TSS COD BOD Đầu ra (mg/l) 190 2800 1400

Hệ thống bẻ anoxic được thiết kế làm bốn đơn nguyên.

Chọn thời gian lưu nước của bể anoxic là 4 giờ: Đồ án thiết kế

- Lưu lượng nước đầu vào bể anoxic là:

V = Qvào x t = 39 x 4 = 156 m 3 Chọn chiều cao bể anoxic H 1 = 3.5m, chiều cao bảo vệ h = 0.5m

- Diện tích bể anoxic là:

- Bể anoxic hình chữ nhật Kích thước các cạnh:

- Kích thước tổng thể của bể anoxic là:

B ả ng 3.8 Tóm tắt kết quả tính toán bể anoxic

Kích thước cạnh bể (Bể hình vuông)

Nước thải qua bể anoxic và bể aerotank hiệu quả xử lý: COD, BOD là 10%. Đầu ra của bể:

Thông số TSS COD BOD N P Đầu ra (mg/l) 190 2520 1260 105 21

 Lượng nước thải: Q = 1250 m 3 /ngày đêm

 Hàm lượng BOD5vào = S0 = 1260 (mg/l) Đồ án thiết kế

 Cặn lơ lửng: SSvào = 190 mg/l

 Đầu ra: Nước thải sau xử lý đạt

 BOD5ra = S < 50 mg/l, chọn BOD5ra = 45 mg/l

 CODra < 300 mg/l, chọn COD = 200 mg/l

 SSra < 100 mg/l, chọn SS = 80 mg/l

 Các thông số vận hành

 Độ tro: z = 0,3 (tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)

 Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể: X0 = 0

 Nồng độ bùn hoạt tính, X = 2500 – 4000 mg/l, chọn X = 3000mg/l

 Lượng bùn hoạt tính tuần hoàn là nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng 2, XT 8000mg/l

 Chế độ xáo trộn hoàn toàn

 Thời gian lưu bùn trong công trình là θ c = 5 – 15 ngày, chọn θ c = 7 ngày

 Hệ số phân hủy nội bào: Kd = 0,06 ngày -1

 Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại : Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5.

 Nước thải đã được điều chỉnh sao cho BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1

− Hệ thống bể aerotank được thiết kế làm 4 đơn nguyên. Đồ án thiết kế

 Q là lưu lượng nước thải Q12,5(m 3 /ngđêm)

 Y là hệ số sản lượng bùn Y=0,45mgVSS /mg BOD5

 So là hàm lượng BOD5 nước thải đầu vào ,So 60(mg/l)

 S là hàm lượng BOD5 nước thải đầu ra ,SE(mg/l)

 X là nồng độ bùn hoạt tính ,X000(mg/l)

 Kd số phân hủy nội bào ,Kd =0.06 ngày-1

 Ɵ thời gian lưu bùn trong công trình ,ɵ=5 ngày

Hi: là chiều cao hữu ích ,chọn Hi=4(m)

Hbv: la chiều cao bảo vệ ,chọn Hbv =0.5(m)

 Diện tích mặt bằng bể :

- Chia làm 2 đơn nguyên,mỗi đơn nguyên có diện tích:

- Thể tích thực của bể :

 Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày Đồ án thiết kế

- Tốc độ tăng trưởng của bùn :

- Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày tính theo MLVSS:

- Tổng lượng cặn sinh ra trong 1 ngày:

- Lượng cặn dư xả ra hàng ngày :

P xa = P 1 x − P ra = 249,5 – 25 = 224,5 (kg/ngày) Với: Pra = SSra * Q = 80 * 10 -3 * 312,5 = 25 (kg/ngày)

- Lưu lượng bùn xả ( nồng độ bùn hoạt tính ra khỏi bể lắng)

 XT: nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn (cặn không tro) XT = (1 – 0,3)* 8000 = 5600 (mg/l)

 Xr: nồng độ VSS ra khỏi bể lắng:

 Hệ số tuần hoàn bùn :

- Phương trình cân bằng vật chất đối với bể aerotank

 Q là lưu lượng nước thải vào bể ,Q12,5m3/ngày

 Qt lưu lượng bùn tuần hoàn ,m3/ngày

 X: nồng độ VSS trong bể , X000mg/l Đồ án thiết kế

 Xo nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể , Xo=0

 Xt: nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn , Xt00mg/l

Chia 2 vế pt cho Q ,đặt α =

Q là tỷ số tuần hoàn bùn :

- Lưu lượng bùn tuần hoàn :

 Kiểm tra chỉ tiêu làm việc cuả bể Aerotank :

- Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M:

 F/M=0,56 nằm trong giới hạn cho phép đối với bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn : F/M=0.2-0.6kg BOD5 /kg MLSS ngày

 La = 1,8 nằm trong giới hạn cho phép đối với aerotank xáo trộn hoàn toàn:

 La =0.8÷1.9 kg BOD/m3.ngày (theo tài liệu thoát nước của PGS.TS HOÀNG VĂN HUỆ ).

Tính lượng oxy cần thiết :

- 1,42*Px + 4,57( 1000 N 0 −N ) Đồ án thiết kế

 1.42 -hệ số chuyển đổi từ tb sang COD

 Px lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày:

- Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:

 Cs: là nồng độ oxy bão hòa trong nước ở 20 o C , Cs ≈9,08(mg/l)

 C:là nồng độ oxy cần duy trì trong bể ,C=1.5÷2 (mg/l) (tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)

T = 25 o C, nhiệt độ nước thải α : hệ số điều chỉnh lượng oxy ngầm vào nước thải ( do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt), α = 0,4 – 0,94 Chọn α = 0,8

- Lượng không khí cần thiết

Trong đó: Đồ án thiết kế fa: hệ số an toàn, fa = 1,5 – 2, chọn fa = 1,5 (tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)

OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1 m 3 không khí.

Hệ thống phân phối khí là yếu tố quan trọng trong quá trình xử lý nước thải Để đạt hiệu quả tối ưu, cần lựa chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ và mịn Tham khảo bảng 7 – 1 trong sách tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải của Trịnh Xuân Lai để có thông tin chi tiết.

Ou = 8 (g O2/ m 3 m) h: độ ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h = 3,2m

3 Tính áp lực máy nén: Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén:

Hd = hd + hc + hf + H Trong đó: hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẩn, (m)

Hc: tổn thất cục bộ (m) Tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0.4 (m) hf: tổn thất qua thiết bị phân phối (m) Tổn thất hf không quá 0.5 (m)

H: chiều sâu hửu ích của bể, H = 3,5 (m)

- Do đó áp lực cần thiết sẻ là: Hd = 0.4 + 0.5 +3,5 = 4.4 (m)

- Áp lực không khí là: ρ = 10.33+ H ct

- Công suất máy nén khí: Đồ án thiết kế

102 × 0.75 = 24,09 (Kw) Trong đó: qk: lưu lượng không khí: qk = Q k

86400 = 0,49 (m 3 /s) n: hiệu suất máy nén khí, chọn n = 0.75

4 Bố trí hệ thống sục khí:

Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 7 ống nhánh với chiều dài mỗi ống là 8,3 m, đặt cách nhau 1m

 Đường kính ống dẩn khí:

V: tốc độ chuyển động của không khí trong mạng lưới trong ống phân phối, V

= 10 ÷ 15 (m/s), chọn V = 15 (m/s) (tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS Trịnh Xuân Lai)

- Đường kính ống dẩn khí nhánh

Dn = √ 7 × 4 15× × Q 3.14 kk = √ 7 × 4 15× ×0,49 3.14 = 0,077 (mm) Chọn Dn = ∅ 85 (mm)

Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170 (mm), diện tích bề mặt F = 0.02 (m 2 ), cường độ khí 200l/phút.đĩa = 3.3 (l/s)

 Số đĩa phân phối trong 1 bể là:

3.3 × 10 −3 = 148 đĩa Chọn: số lượng đĩa: N 8 đĩa

Số lượng đĩa là 147 cái, chia làm 7 hàng, mỗi hàng 21 đĩa phân bố cách sàn bể 0.2m và mỗi tâm đia cách nhau 0.4m Đồ án thiết kế

 Đường kính ống dẩn bùn tuần hoàn

Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn Qth = 187,5 (m 3 /ngđ)

Vb: vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện bơm,Vb = 1 – 2 m/s

STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị

4 Thời gain lưu nước ( θ ¿ 16,8 Giờ

5 Thời gian lưu bùn ( θ c ¿ 5 Ngày

6 Đường kính ống dẩn khí chính

7 Đường kính ống dẩn khí nhánh

8 Công suất máy nén khí 18,18 KW/h

Thống số đầu ra của bể:

TSS COD BOD N P Đầu ra

-Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm

Trong đó: Vtt : Tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy không lớn 30(mm/s) ( điều 6.5.9 TCXD-51-84)

Qtt : Lưu lượng tính toán khi có tuần hoàn, Qtt= (1+α)* Qmax 2

-Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng

Trong đó: V: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng

- Diện tích tổng cộng của bể lắng 2:

- Đường kính ống trung tâm: d= √ 4∗F π 1 = √ 4∗1.12 3.14 = 1.19 1.2 m

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

Trong đó: t: Thời gian lắng , t=1,5 giờ ( điều 6.5.6 TCXD-51-84)

V: tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng Đồ án thiết kế

- Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định: h n =h 2 + h 3 = ( D−d n )

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

D: đường kính trong của bể lắng , D=7.56 (m)

Dn: đường kín đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn= 0.5m Α: góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, α không nhỏ hơn 50˚, chọn α P˚

- Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 2,7m

 Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm:

 Đường kính tấm chắn : lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe và bằng :

 Góc nghiên giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17˚

- Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là :

H = htt + hn + hbv = htt + ( h2 + h3) +hbv = 2.7 + 4.21+ 0.3 = 6.61 (m)

Khoảng cách từ bề mặt nước đến thành bể được ký hiệu là hbv và có giá trị là 0.3 m Để thu nước đã lắng, cần sử dụng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể Máng thu nước được thiết kế theo chu vi vành trong của bể, với đường kính ngoài của máng tương ứng với đường kính trong của bể.

- Đường kính máng thu: D máng = 80% đường kính bể

- Chiều dài máng thu nước Đồ án thiết kế

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

* Kiểm tra lại thời gian lắng nước

- Thể tích phần chứa bùn:

Trong đó : Qx Lưu lượng bùn thải : Qx = 312,5(m 3 /ngđ) = 13,02 (m 3 /h)

Qth: Lưu lượng bùn tuần hoàn : Qth = 0.6 *13,02 = 7,8 (m 3 /h)

Bảng : Các thông số thiết kế bể lắng II

Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị

1 Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm (f)

2 Diện tích tiết diện ướt của bể lắng (F)

3 Đường kính ống trung tâm ( d) 0.6 (m)

4 Đường kính của bể lắng (D) 7.56 (m) Đồ án thiết kế

 Tính lượng axit H2SO4 cho vào bể

 Tại pH = 3 là điều kiện tối ưu cho keo tụ đối với nước rỉ rác Nước thải có pH 7,5 khi đi đến bể oxi hóa

 Nồng độ ion [H + ] trong nước thải ban đầu: pH = 7,5 => [H + ] = 10 -7,5 mol/l

 Nồng độ ion [H + ] trong nước thải sau khi trung hòa:pH = 3 => [H + ] = 10 -3 mol/l Lượng [H + ] cho thêm vào bằng lượng [H + ] tăng từ 10 -7,5 xuống 10 -3 :

Nồng độ mol: 5 x 10 -4 mol/l ← 10 -3 mol/l

- Sử dụng H2SO4 98% để trung hòa nước thải, lượng H2SO4 cần bổ sung:

QH2SO4 = [ H 2 SO 4 ] ∗Q h tb ∗M H 2 SO 4

Qh tb :Lưu lượng nước thải trung bình trong 1 giờ chảy vào bể trung hòa,

MH2SO4: Khối lượng phân tử của H2SO4, g/mol

C%: Nồng độ dung dịch H2SO4, C% = 98% = 0,98 ΡH2SO4: Khối lượng riêng của H2SO4, ρH2SO4 = 1,84g/ml 40g/l [H2SO4]: Nồng độ mol Đồ án thiết kế

Thời gian để phản ứng oxy hóa bằng hệ Fenton diễn ra trong khoảng từ

1 – 2h, do đó chọn thời gian phản ứng là 2h

Hóa chất cho quá trình phản ứng (H2SO4 98%, H2O2 0,1%, FeSO4, và MnSO4) cho vào bể sẽ dược hòa trộn bằng cánh khuấy chân vịt.

Trong đó: Q h max : lưu lượng tính toán lớn nhất, Q h max = 52,083 m 3 /s

Chọn bể có dạng hình vuông a = √ F = √24,8 = 5(m)

Chiều rộng bể (B) = chiều dài bể (L) = 5 (m)

Chọn chiều cao bảo vệ bể: hbv = 0,3 (m)

- Thể tích thực của bể phản ứng: L*B*H = 5* 5 * 4,5 = 112,5 (m)

 Tính toán thiết bị khuấy trộn:

Dùng máy khuấy chân vịt 3 cánh, nghiêng góc 45 0 hướng lên để đưa nước từ dưới lên trên

- Năng lượng truyền váo nước:

Trong đó: μ : độ nhớt nước thải: μ = 0,0092 (N/cm 2 )

N: năng lượng cho khối nước thải Đồ án thiết kế

V: thể tích nước thải V = 24,8 (m 3 ) G: gradient – sự biến đổi vận tốc của nước trong 1 đơn vị thời gian G không lớn hơn 800 (s -1 ) Chọn G = 800 (s -1 ).

- Đường kính tương đương của bể:

Tỉ số hình học Hằng số Chuẩn số Reynold

Loại chân vịt với 2 cánh(góc nghiên

Loại chân vịt với 3 cánh(độ nghiêng d)

(nguồn: nguyễn văn lụa, quá trình thiết bị cơ học, tập 1)

Suy ra, đường kính chân vịt là : d = D/3,8 = 5,64/3,8 = 1,485 m = 1485 mm

- Diện tích ướt của bể lắng đứng Đồ án thiết kế