TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ SẢN XUẤT
Sơ lược về cơ sở sản xuất
‾ Tên cơ sở: Cơ sở sản xuất bún gạo tươi Võ Văn Mận
‾ Địa chỉ: 1132A tỉnh lộ 15, ấp Thạnh An, xã Trung An, huyện Củ Chi, Tp HCM
‾ Công xuất của cơ sở: 5 tấn/ngày
‾ Số lượng công nhân: 10 người/2ca
Với công suất 5 tấn/ngày cơ sở chủ yếu phục vụ cho 3 xã Phú hòa Đông, Tân Thạnh Đông, Tân Thạnh Tây.
Ngoài giao cho các đầu mối với số lượng lớn thì tại các cơ sở còn bố trí một sạp hàng để bán lẻ cho các khách hàng trong khu vực.
Cơ sở bắt đầu sản xuất từ 3h sáng hằng ngày, sản xuất liên tục trong ngày đến 19 giờ.
Chia làm 2 ca luân phiên để theo kịp các buổi chợ và luôn có bún mới cho các quán ăn. Ở mỗi ca công đoạn sản xuất hầu như giống nhau Ca 1 từ 3h đến 8h: từ 3h đến 5h làm bún với bột đã được ủ sẵn để giao cho khách hàng, từ 5h – 8h thì xay bột và làm bột cho các ca sau Ca 2 từ 14h đến 19h: làm việc tương tự như ca trên.
Quy trình sản xuất
Chọn gạo: là khâu quan trọng nhất, gạo được chọn là loại gạo tẻ ngon, dẻo cơm, không bị mốc, không có sâu mọt Như vậy bún mới thơm ngon, giàu dinh dưỡng nếu không thì bán sẽ nát, chua, mau hỏng.
Vo gạo: gạo được cho vào máy cùng với nước được cấp từ vòi bơm Trong quá trình vo nhờ sự chuyển động của cánh quạt và sự ma sát giữ gạo – gạo, gạo – nước mà gạo sẽ được làm sạch Sau đó gạo được hút qua thùng ngâm bằng 1 ống hút được lắp bên dưới 1 ngày sản suất 2 mẻ, 1 mẻ 2,5 tấn bún tương ứng với 1125 kg gạo Lượng nước tiêu thụ cho công đoạn vo gạo là 7,5 m 3
Ngâm gạo: gạo sau khi vo được ngâm từ 1 – 2 ngày để hạt gạo được nở, căng tròn Nước ngâm gạo có pH thấp do gạo biến tính trong quá trình ngâm Trung bình 1 mẻ nước thải ra khoảng 2,375 m 3
Nghiền ướt: gạo sẽ được nghiền cùng với nước thành bột gạo dẻo, nhão Nước bột sẽ được cho qua 1 tấm lưới mịn, để lọc bớt những hạt gạo chưa được nghiền.
Bột sẽ được chứa trong bể khác để phục vụ cho công đoạn tiếp theo 1 mẻ sẽ dùng khoảng 7,5 m 3 nước Ủ chua: bột gạo sau khi được lọc sẽ chứa vào 1 bể khác, tại đây bột được ủ trong 7 – 8h nhằm tạo độ mịn vào dẻo, đồng thời tạo đủ thời gian cho bột tách khỏi nước.
Tách nước chua: khối bột trong bể sau thời gian ủ sẽ đạt độ đặc nhất định, công nhân sẽ vớt bột cho vào bao tải xếp chồng lên nhau, tận dụng trọng lượng đó và đồng thời dùng máy ép để tách nước ra khỏi bột Bột đạt độ ẩm khoảng 50% là được Trong quá trình này lượng nước chua thải ra khoảng 6,5 m 3
Nhào: bột sẽ được đưa vào máy nhào trộn, máy sẽ quay làm cho khối bột liên kết với nhau tạo độ dẻo, mịn đặc trưng cho bún Ép sợi bún: bột sau khi nhào sẽ được bơm lên bồn nhờ máy bơm, tại đây dưới tác dụng của lực ép bột sẽ chảy xuống khuôn có các lỗ nhỏ để tạo thành sợi bún Sợi bún sẽ rơi xuống băng chuyền chứa nước sôi để luộc chính
Luộc: nước trong băng chuyền được làm nóng bằng lo hơi, khí nóng được chuyển đến băng chuyền nhờ hệ thống ống khí.
Bún rơi xuống từ khuôn sẽ được luộc chính đến cuối băng chuyền sẽ được làm nguội nhờ hệ thống tưới nước Nước thải từ công đoạn này khoảng 1.3 m 3 mang theo phấn bột hòa tan
Làm nguội: ở cuối băng chuyền có hệ thống tưới nước bún sau khi được luộc chín sẽ đi qua hệ thống làm nguội sau đó sẽ rơi xuống rổ được đặt sẵn ở bên dưới để công nhân thao tác vắt bún cho ráo nước
Thành phẩm: bún sau khi được vắt ráo nước sẽ được cuộn tròn, đóng gói bao bì để giao cho mối Thành phẩm yêu cầu phải đạt độ dẻo, dai, chắc, không kết dính, không rời rạc, không gãy vụn.
Nguồn gốc, tính chất của nước thải
Gạo là một loại lương thực giàu chất dinh dưỡng, nó xuất hiện trong mọi bữa ăn của người Việt, ngay cả những nước phương Tây vốn không có truyền thống sử dụng gạo nhưng hiện nay họ là những quốc gia nhập khẩu gạo nhiều nhất, do gạo giàu chất dinh dưỡng nhưng không gây khó tiêu như bột mì nên rất được mọi người ưa chuộng.
Nguyên liệu cho sản xuất bún là gạo tẻ 1 kg bún cần khoảng 0.45 – 0.5 kg gạo hay 1 kg gạo có thể sản xuất được 2 - 2,3 kg bún tươi
Thành phần hóa học có trong 100g hạt gạo:
STT Thành phần Hàng lượng
Nhu cầu sử dụng nước cho các công đoạn và lượng nước thải ra do sản xuất bún được thể hiện trong bản sau: Định mức nước sử dụng trong sản xuất bún (định mức trên 1 tấn sản phẩm)
Mục đích sử dụng Lượng dùng (m 3 ) Chiếm tỷ lệ (%)
Rửa thiết bị, sàn nhà 2 18
Quá trình sản xuất bún gạo tươi phát sinh nước thải từ các công đoạn như vo gạo, ngâm gạo, tách nước chua, luộc và làm nguội.
Ngoài ra còn có nước thải từ việc vệ sinh máy móc, nhà xưởng với lưu lượng khoảng 10 m 3 /ngày.
Nước thải từ quá trình sinh hoạt của công nhân:
- Nước thải sinh hoạt thường không cố định lượng xả ra theo thời gian trong ngày. Lượng nước thải sinh hoạt thường được tính gần đúng dựa vào kinh nghiệm đánh giá qua quy mô khu vực sinh sống (thành thị, ngoại ô, nông thôn), chất lượng cuộc sống (cao, trung bình, thấp)
- Đối với cơ sở thì lượng nước thải sinh hoạt có thể phát sinh từ các nguồn sau:
Nước thải vệ sinh của các công nhân trong cơ sở.
Nước thải từ hoạt động sinh hoạt của công nhân thường trú tại cơ sở.
Tính chất nước thải từ công đoạn vo gạo:
Công đoạn vo gạo được vo 3 lần Nước vo ở lần đầu không thải ra môi trường vì nước vo gạo lần 1 (nước đặc) được giữ lại để tận dụng cho chăn nuôi Nước vo gạo này có màu trắng đục, nước thải này chứa nhiều tinh bột, vitamin, khoáng vi lượng dễ tan, chất rắn lơ lửng Đặc trưng của nguồn nước thải này là khả năng lắng của các hạt rắn tương đối dễ dàng nên có thể tách chúng ra khỏi nước trước khi đưa vào hệ thống xử lý.
Tính chất nước thải của công đoạn ngâm gạo:
Nước từ công đoạn này được thải ra môi trường sau thời gian khoảng 24 tiếng ngâm gạo. Nguồn thải này vì vậy thường có giá trị pH thấp Độ pH thấp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình phân hủy sinh học trong tự nhiên, giá trị pH cũng liên quan đến việc bổ sung các hóa chất cho quá trình xử lý
So với nước thải từ công đoạn vo gạo thì nguồn nước thải này chứa ít thành phần chất rắn lơ lửng hơn Các thông số COD, BOD có giá trị cao, tuy nhiên vẫn thấp hơn so với nguồn nước thải từ công đoạn vo gạo.
Tính chất nước thải từ công đoạn ủ chua:
Bột sau khi được xay thường được ngâm từ 7 đến 8 tiếng cho dẻo, sau đó nước chua được tách bỏ Nước thải từ công đoạn này có pH thấp, thấp nhất trong các nguồn thải sản xuất bún.
Một lượng chất lơ lửng có thể bị trôi theo nguồn nước trong quá trình tách nước, vì vậy nước thải từ công đoạn này cũng có hàm lượng các chất lơ lửng tương đối cao, đây là loại hạt có khả năng tự lắng được và thành phần chính của chúng là tinh bột.
Tính chất nước thải từ công đoạn làm nguội và vắt bún (bún thành phẩm):
Nước thải từ công đoạn này có đặc điểm là có hàm lượng SS và hàm lượng tinh bột cao kéo theo giá trị của các thông số COD, BOD cũng rất cao Đặc trưng của nguồn thải này là tinh bột dạng chín vì vậy rất khó lắng.
Tính chất nước thải từ quá trình sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dễ phân hủy sinh học, ngoài ra còn có cả thành phần vô cơ, vi sinh vật và các vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm.
Chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt bao gồm các chất như: protein (40 – 50%); hydro carbon
(40 – 50%) gồm tinh bột, đường và cenlullose; chất béo (5 – 10%).
Các thông số nồng độ chất ô nhiễm
STT Thành phần Đơn vị Kết quả
Bảng lượng nước thải đầu vào, ra:
Các công đoạn Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu đầu ra Dòng thải
Nguyên liệu Lượng Sản phẩm Lượng (kg) Nước (m 3 )
0,25 m 3 Bột sơ chín 1100 0 Ép đùn, làm chín Bột sơ chín
Bún chín 1000 0,5 (mang theo phấn bột hòa tan)
Làm nguội Bún làm chín Nước
1,5 m 3 Bún nguội 1,5 ( bột toàn tan)
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
Phương pháp xử lý cơ học
Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước và tỷ trọng lớn trong nước thải được gọi chung là phương pháp cơ học Xử lý cơ học là khâu sơ bộ chuẩn bị cho xử lý sinh học tiếp theo Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học thường thực hiện trong các công trình và thiết bị như song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ… Đây là các thiết bị công trình xử lý sơ bộ tại chỗ tách các chất rắn thô nhằm đảm bảo cho hệ thống thoát nước hoặc các công trình xử lý nước thải phía sau hoạt động ổn định
Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chất không tan, tuy nhiên BOD trong nước thải giảm không đáng kể Để tăng cường quá trình xử lý cơ học, người ta làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi lắng nên hiệu suất xử lý của các công trình cơ học có thể tăng đến 75% và BOD giảm đi 10 – 15%
Một số công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:
Nhiệm vụ: song chắn rác dùng để giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon, vỏ cây và các tạp chất có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định Song chắn rác là các thanh đan xếp kế tiếp nhau với các khe hở từ
16 đến 50mm, các thanh có thể bằng thép, inox, nhựa hoặc gỗ Tiết diện của các thanh này là hình chữ nhật, hình tròn hoặc elip Bố trí song chắn rác trên máng dẫn nước thải Các song chắn rác đặt song song với nhau, nghiêng về phía dòng nước chảy để giữ rác lại Song chắn rác thường đặt nghiêng theo chiều dòng chảy một góc 500 đến 900
- Kích thước: thô, trung bình, mịn
- Hình dạng: song chắn, lưới chắn
- Phương pháp làm sạch: thủ công, cơ khí
- Bề mặt lưới chắn: cố định, di động
Thiết bị chắn rác bố trí tại các máng dẫn nước thải trước trạm bơm nước thải và trước các công trình xử lý nước thải
Hình 3.1 Song chắn rác cơ giới
Trong thành phần cặn lắng nước thải thường có cát với độ lớn thủy lực = 18 mm/s. Đây là các phần tử vô cơ có kích thước và tỷ trọng lớn Mặc dù không độc hại nhưng chúng cản trở hoạt động của các công trình xử lý nước thải như tích tụ trong bể lắng, bể mêtan,… làm giảm dung tích công tác công trình, gây khó khăn cho việc xả bùn cặn, phá hủy quá trình công nghệ của trạm xử lý nước thải Để đảm bảo cho các công trình xử lý sinh học nước thải sinh học, nước thải ổn định họat động cần phải có các công trình và thiết bị phía trước
- Loại bỏ các cặn vô cơ lớn như cát, sỏi…có kích thước hạt > 0,2mm
- Bảo vệ các trang thiết bị động (bơm) tránh mài mòn
- Giảm cặn lắng trong ống, mương dẫn và bể phân hủy
- Giảm tần suất làm sạch bể phân hủy
Có thể chia làm 3 loại: bể lắng cát ngang, bể lắng cát thổi cơ khí và bể lắng cát ly tâm. Các loại bể lắng cát chuyển động quay có hiệu quả lắng cát cao và hàm lượng chất hữu cơ có trong cát thấp Do cấu tạo đơn giản, bể lắng cát ngang được sử dụng rộng rãi hơn cả Tuy nhiên trong điều kiện cần thiết phải kết hợp các công trình xử lý nước thải, người ta có thể dùng bể lắng cát đứng, bể lắng cát tiếp tuyến hoặc thiết bị xiclon hở một tầng hoặc xiclon thủy lực
Cát lưu giữ trong bể từ 2 đến 5 ngày Các loại bể lắng cát thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công suất trên 100m3 /ngày Từ bể lắng cát, cát được chuyển ra sân phơi để làm khô bằng biện pháp trọng lực trong điều kiện tự nhiên.
Dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải theo nguyên tắc dựa vào sự khác nhau giữa trọng lượng các hạt cặn có trong nước thải Vì vậy, đây là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải, thường bố trí xử lý ban đầu có thể bố trí nối tiếp nhau, quá trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90% - 95% lượng cặn có trong nước hay sau khi xử lý sinh học Để có thể tăng cường quá trình lắng, ta có thể thêm vào chất đông tụ sinh học Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực
Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt I trước công trình xử lý sinh học và bể lắng đợt II sau công trình xử lý sinh học Theo cấu tạo và hướng dòng chảy, người ta phân ra các loại bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng ly tâm.
Bể tách dầu mỡ dùng để tách và thu các loại mỡ động thực vật, các loại dầu… có trong nước thải Đối với nước thải sinh hoạt khi hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi Các chất này sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các vật liệu lọc có trong bể sinh học…và chúng sẽ phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính có trong bể Aerotank và thường được đặt trước cửa xả vào cống chung hoặc trước bể điều hòa Bể tách dầu mỡ thường được bố trí trong các bếp ăn của khách sạn, trường học, bệnh viện… xây bằng gạch, BTCT, thép, nhựa composite… và bố trí bên trong nhà, gần các thiết bị thoát nước hoặc ngoài sân gần khu vực bếp ăn để tách dầu mỡ trước khi xả vào hệ thống thoát nước bên ngoài cùng với các loại nước thải khác.
Hình 3.3 Bể tách dầu mỡ
Lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải các khu dân cư, công trình công cộng như các nhà máy xí nghiệp luôn thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào các điều kiện hoạt động của các đối tượng thoát nước này Sự dao động về lưu lượng nước thải, thành phần và nồng độ chất bẩn trong đó sẽ ảnh hưởng không tốt đến hiệu quả làm sạch nước thải Trong quá trình lọc cần phải điều hòa lưu lượng dòng chảy, một trong những phương án tối ưu nhất là thiết kế bể điều hòa lưu lượng
Bể điều hòa làm tăng hiệu quả của hệ thống xử lý sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của hệ thống hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng chất hữu cơ giảm được diện tích xây dựng của bể sinh học Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật
- Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải
- Tiết kiệm hóa chất để khử trùng nước thải
- Giảm và ngăn cản các chất độc hại đi vào công trình xử lý sinh học tiếp theo
Có 3 loại bể điều hòa:
- Bể điều hòa lưu lượng
- Bể điều hòa nồng độ
- Bể điều hòa cả lưu lượng và nồng độ
Bể lọc dùng để tách các phần tử lơ lửng, phân tác có trong nước thải với kích thước tương đối nhỏ sau bể lắng bằng cách cho nước thải đi qua các vật liệu lọc như cát, thạch anh, than cốc, than bùn, than gỗ, sỏi nghiền nhỏ… Bể lọc thường làm việc với hai chế độ: lọc và rửa lọc
Quá trình này chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quí hiếm có trong nước thải
Có thể phân loại bể lọc như sau:
- Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt
Phương pháp xử lý hóa lý
Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thải Các công trình tiêu biểu của việc áp dụng phương pháp hóa học bao gồm:
Quá trình keo tụ tạo bông được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo có kích thước rất nhỏ (10-7 – 10-8 cm) Các chất này tồn tại ở dạng phân tán và không thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian Để tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời gian lắng của chúng thì thêm vào nước thải một số hóa chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer,… Các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn
Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)3Cl,
KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O; phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3 hay chất keo tụ không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp
Phương pháp keo tụ có thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạo bông cặn, các bông cặn lớn lắng xuống thì những bông cặn này có thể kéo theo các chất phân tán không tan gây ra màu.
Tuyển nổi là phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại bỏ các tạp chất không tan và khó lắng, có khối lượng riêng nhỏ hơn nước Trong nhiều trường hợp, tuyển nổi còn được sử dụng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và cũng được áp dụng trong trường hợp quá trình lắng xảy ra rất chậm và rất khó thực hiện Quá trình này được thực hiện nhờ bọt khí tạo ra trong khối chất lỏng khi cho không khí vào Các chất lơ lửng như dầu, mỡ sẽ nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng của các bọt khí tạo thành lớp bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban đầu Các bọt khí bám vào các hạt hoặc được giữ lại trong cấu trúc hạt tạo nên lực đẩy đối với các hạt Không khí được đưa vào nước với áp lực từ 1.75 – 3.5 kg/cm 2 , sau đó nước thải dư thừa không khí được đưa sang bể làm thoáng, tại đó các bọt khí đi lên làm cho các chất rắn lơ lửng nổi lên mặt nước và được lại bỏ Hiệu quả phân riêng bằng tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong bóng khí Kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15 – 30.10 −3 mm
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó Những chất này không phân hủy bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu Tốc độ quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất và cấu trúc của các chất tan, nhiệt độ của nước, loại và tính chất của các chất hấp phụ Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
- Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ (vùng khuếch tán ngoài)
- Thực hiện quá trình hấp phụ
- Di chuyển chất bên trong hạt chất hấp phụ (vùng khuếch tán trong)
Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp khác và một số chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xi mạt sắt Trong số này, than hoạt tính được dùng phổ biến nhất Các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất màu dễ bị hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng của từng loại chất hấp phụ và hàm lượng chất bẩn có trong nước Phương pháp này có thể hấp phụ 58 – 95% các chất hữu cơ và màu Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được là phenol, akylbenzen, sunfonic axit, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm
Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Pb, Hg, Cd, Mn,… cũng như các hợp chất của Asen, phosphor, Xyanua, chất phóng xạ
Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làm sạch cao.
Vì vậy, nó là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải Trao đối ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đối với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi là ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit Chất này mang tính axit Các chất có khả năng hút các ion gọi là anionit và chúng mang tính kiềm nếu các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng là các ionit lưỡng tính Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo.
Phương pháp xử lý hóa học
Các phương pháp hoá học dùng trong xử lý nước thải gồm có : trung hoà , oxy hoá và khử Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hoá học nên là phương pháp đắt tiền Người ta sử dụng các phương pháp hoá học để khử các chất hoà tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn
Phương pháp trung hòa chủ yếu được dùng trong nước thải công nghiệp có chứa kiềm hoặc axit Để tránh hiện tượng nước thải gây ô nhiễm cho môi trường xung quanh thì người ta phải trung hòa nước thải, với mục đích là làm lắng các muối của kim loại nặng xuống và tách ra khỏi nước thải
Quá trình trung hòa trước hết là phải tính đến khả năng trung hòa lẫn nhau giữa các loại nước thải chứa axit hay kiềm hay khả năng dự trự kiềm của nước thải sinh hoạt và nước sông. Trong thực tế, nếu hỗn hợp nước thải có pH = 6.5 – 8.5 thì nước đó được coi là trung hòa
Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:
- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm
- Bổ sung các tác nhân hoá học
- Lọc nước axit qua vật liệu có tác nhân trung hoà
- Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit
Việc lựa chọn phương pháp trung hoà còn tuỳ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẳn có và giá thành của các tác nhân hoá học
Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình.
Mục đích của phương pháp này là chuyển các chất ô nhiễm độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước thải Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hoá học , do đó quá trình oxy hoá hoá học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây ô nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác Thường sử dụng các chất oxy hoá như : Clo khí và lỏng, nước Javen NaOCl, Kalipermanganat KMnO4, Hypocloric Canxi Ca(ClO)2, H2O2, Ozon …
Sau khi xử lý sinh học , phần lớn các vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt Khi xử lý trong các công trình sinh học nhân tạo (Aerophin hay Aerotank ) số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5% , trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc còn 1-2% Nhưng để tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng
Có các phương pháp khử trùng sau:
- Dùng hợp chất clo: clorua vọi, clorua nước
Trước đây, việc dùng clo hoặc các hợp chất của clo được sử dụng rất phổ biến trong xử lí nước thải vì đem lại hiệu quả cao, gía thành rẻ Tuy nhiên, lượng clo dư trong nước (0,5mg/l) để đảm bảo an toàn và ổn định cho quá trình khử trùng sẽ gây ảnh hưởng đến các sinh vật có ích khác Do vậy gần đây việc khử trùng bằng clo và các hợp chất của clo dần được thay thế bằng ozon và tia cực tím.
Bảng 3.1 Ứng dụng quá trình xử lý hóa học
Trung hòa Để trung hòa nước thải có độ kiềm hoặc axit cao
Keo tụ Loại bỏ Phospho và tăng hiệu quả lắng của các chất rắn lơ lửng trong các công trình lắng sơ cấp Hấp phụ Loại bỏ các chất hữu cơ không thể xử lý được bằng phương pháp hóa học hay sinh học thông dụng Cũng được dùng để khử Clo của nước thải sau xử lý, trước khi thải vào môi trường Khử trùng Để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh Các phương pháp này thường sử dụng là: chlorine, chlorine dioxide, bromide chlorine, ozone…
Nhiều loại hóa chất được sử dụng để đạt được những mục tiêu nhất định nào đó Ví dụ như là dùng hóa chất để kết tủa các kim loại nặng trong nước thải
(Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình, LâmMinh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân)
Phương pháp xử lý sinh học
Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăn của vi sinh vật. Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hóa hoặc khử các hợp chất hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí: quá trình xử lý nước thải được dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hòa tan Nếu oxy được cấp bằng thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình, thì đó là quá trình sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hòa tan trong nước nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khi trong điều kiện tự nhiên.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí: quá trình xử lý được dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong công trình nhờ sự lên men kỵ khí Đối với các hệ thống thoát nước quy mô vừa và nhỏ, người ta thường dùng các công trình kết hợp với việc tách cặn lắng với phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng a Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên
Các công trình xử lý nước thải trong đất
Các công trình xử lý nước thải trong đất là những vùng đất quy hoạch tưới nước thải định kỳ gọi là cánh đồng ngập nước (cánh đồng tươi và cánh đồng lọc)
Cánh đồng ngập nước được tính toán thiết kế dựa vào khả năng giữ lại, chuyển hóa chất bẩn trong đất Khi lọc qua đất, các chất lơ lửng và keo sẽ được giữ lại ở lớp trên cùng. Những chất đó tạo nên lớp màng gồm vô số vi sinh vật có khả năng hấp phục và oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Hiệu suất xử lý nước thải trong cánh đồng ngập nước phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ ẩm của đất, mực nước ngầm, tải trọng, chế độ tưới, phương pháp tưới, nhiệt độ và thành phần tính chất nước thải Đồng thời, nó còn phụ thuộc vào các loại cây trồng ở trên bề mặt Trên cánh đồng tưới ngập nước có thể trồng nhiều loại cây, song chủ yếu là loại cây không thân gỗ
Hồ sinh học là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo, không lớn mà ở đấy diễn ra quá trình chuyển hóa các chất bẩn Quá trình này diễn ra tương tự như quá trình tự làm sạch trong nước sông hồ tự nhiền với vai trò chủ yếu là các vi khuẩn và tảo… Theo bản chất quá trình xử lý nước thải và điều kiện cung cấp oxy, người ta chia hồ sinh học ra 2 nhóm chính: hồ sinh học ổn định nước thải và hồ làm thoáng nhân tạo
Hồ sinh học ổn định nước thải có thời gian nước lưu lại lớn (từ 2 – 3 ngày đến hàng tháng) nên điều hòa được lưu lượng và chất lượng nước thải đầu ra Oxy cung cấp cho hồ chủ yếu là khuếch tán qua bề mặt hoặc do quang hợp của tảo Quá trình phân hủy chất bẩn diệt khuẩn mang bản chất tự nhiện
Theo điều kiện khuấy trộn, hồ sinh học làm thoáng nhân tạo có thể chia thành 2 loại: hồ sinh học làm thoáng hiếu khí và hồ sinh học làm thoáng tùy tiện Trong hồ sinh học làm thoáng hiếu khí, nước thải trong hồ được xáo trộn gần như hoàn toàn Trong hồ không có hiện tượng lắng cặn Hoạt động hồ gần giống như bể Aerotank Còn trong hồ sinh học làm thoáng tùy tiện còn có những vùng lắng cặn và phân hủy chất bẩn trong điều kiện yếm khí Mức độ xáo trộn nước thải trong hồ được hạn chế. b Xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Quá trình xử lý hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho VSV hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển Nhiệm vụ: chuyển hóa (oxy hóa) các chất hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được; hấp phụ và kết tủa cặn lơ lửng và chất keo không lắng thành bông đông tụ sinh học hay màng sinh học; chuyển hóa/khử chất dinh dưỡng (N và P)
Bể lọc sinh học (Bể Biophin)
Là công trình xử lí nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ sinh vật hiếu khí Quá trình diễn ra khi cho nước thải tưới lên bề mặt bể và thấm qua vật liệu lọc Ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và các khe hở giữa chúng, các hạt cặn bẩn được giữ lại và tạo thành màng gọi là màng vi sinh Vi sinh hấp thu chất hữu cơ và nhờ đó mà quá trình oxy hóa được thực hiện
Những loại bể Biophin thường dùng:
Bể lọc sinh học nhỏ giọt
Bể lọc sinh học nhỏ giọt dùng để xử lý sinh học hoàn toàn nước thải, đảm bảo BOD trong nước thải ra khỏi bể lắng đợt II dưới 15 mg/l
Bể có cấu tạo hình chữa nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng Do tải trọng thủy lực và tải trọng chất bẩn hữu cơ thấp nên kích thước vật liệu lọc không lớn hơn 30mm thường là các loại đá cục, cuội, than cục Chiều cao lớp vật liệu lọc trong bể từ 1,5 – 2m Bể được cấp khí tự nhiên nhờ các cửa thông gió xung quanh thành với diện tích bằng 20% diện tích sàn thu nước hoặc lấy từ dưới đáy với khoảng cách giữa đáy bể và sàn đỡ vật liệu lọc cao 0,4 – 0,6m Để lưu thông hỗn hợp nước thải và bùn cũng như không khí vào trong lớp vật liệu lọc, sàn thu nước có các khe hở Nước thải được tưới từ trên bờ mặt nhờ hệ thống phân phối vòi phun, khoan lỗ hoặc máng răng cưa Tuy nhiên bể làm việc hiệu quả khi BOD5 của nước thải 200mg/l Bể thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công suất trên100 m3 /ngđ. Đĩa lọc sinh học Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo nguyên lý bám dính Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ,…hình tròn đường kính 2 – 4m, dày dưới 10mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30 – 40mm và các khối này được bố trí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể nước thải Đĩa lọc sinh học được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt với công suất không hạn chế Tuy nhiên, người ta sử dụng hệ thống đĩa để cho các trạm xử lý nước thải công suất dưới 5000 m3/ngày
Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước (Bể Bioten)
Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước hoạt động theo nguyên lý lọc dính bám Công trình này thường được gọi là Bioten có cấu tạo gần giống với bể lọc sinh học và Aerotank Vật liệu lọc thường được đóng thành khối và ngập trong nước Khí được cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều hoặc ngược chiều với nước thải Khi nước thải qua lớp vật liệu lọc, BOD bị khử và NH4 + bị chuyển hóa thành NO3 - trong lớp màng sinh vật Nước đi từ dưới lên, chảy vào máng thu và được dẫn ra ngoài
Bể lọc sinh học cao tải
Bể lọc sinh học cao tải dùng để xử lý sinh học hiếu khí nước thải với tải trọng thủy lực từ 10 đến 30m 3 nước thải/m 2 bề mặt bể.ngày Bể cấu tạo hình tròn trên mặt bằng để đảm bảo cho dàn ống phân phối nước tự quay Áp lực từ các lỗ phun từ 0,5÷0,7m Tốc độ quay một vòng từ 8 đến 12 phút Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu đến dàn ống là 0,2÷0,3m để lấy không khí và nước phun ra vỡ thành các hạt nhỏ đều trên mặt bể
Bể lọc sinh học cao tải hoạt động có hiệu quả khi BOD của nước thải dưới 300mg/l Để tăng hiệu quả xử lý nước thải người ta thường tuần hoàn nước sau bể lọc để xử lý lại Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật dính bám tăng lên, tải trọng chất bẩn hữu cơ giảm xuống Mặt khác khi tuần hoàn lại nước, tải trọng thủy lực tăng lên, đẩy mạnh quá trình tách màng vi sinh vật cũ và hình thành màng mới trên bề mặt vật liệu, làm giảm hiện tương tắc ngẽn trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu, tăng lưu lượng trong hệ thống phân phối, đảm bảo tốc độ quay của dàn ống
Thường xử lý cho các trạm có lưu lượng < 50000 m 3 /ngđ.
PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT CỦA NHÓM
- NT từ QTSX và NTSH được thu gom tập trung ở hố thu gom, phía trên có bố trí các lưới chắn rác để thu gom lại lượng bún rơi vãi để làm nguồn thức ăn cho gia súc, NT sau đó được bơm sang bể điều hòa.
- Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào Tại đó có bố trí cánh khuấy với tốc độ khuấy phù hợp Tránh hiện tượng lắng cặn.
- Sau khi được khuấy trộn tại bể điều hòa nước thải được bơm qua bể UASB trong bể UASB xảy ra qua trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và các chất dạng keo trong nước thải với sự tham gia của hệ VSV kỵ khí
- NT sau khi qua bể UASB sẽ chảy qua bể MBBR Máy thổi khí cung cấp khí cho bể MBBR sẽ khử được các chất hữu cơ, vô cơ phức tạp loại bỏ chất dinh dưỡng ( N,P) với hiệu quả cao nhờ giá thể trong bể.
- Hỗn hợp NT và bùn hoạt tính sẽ được dẫn sang bể lắng Bùn sẽ được lắng nhờ trọng lực phần nước trong sẽ được thu ở máng răng cưa rồi chảy qua bể khử trùng.
- Tại bể khử trùng NT được khử trùng bằng NaClO nhằm tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh sau đó thải ra nguồn tiếp nhận.
- Phần bùn dư tại bể lắng được đưa sang bể chứa bùn sau đó đem đi phơi tại sân phơi bùn Phần nước chảy tràn tại sân phơi và bể chứa được dẫn vào hố thu gom và tiếp tục xử lý
TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG
Tính toán lưu lượng nước thải
Ta có lưu lượng trung bình nước thải ngày đêm là: Qtb/ngđ = 60 m 3 /ngđ
Lưu lượng nước trung bình giờ:
Lưu lượng trung bình giây:
Lưu lượng nước thải lớn nhất giờ:
Kch: hệ số điều hòa chung lớn nhất lấy theo bảng sau:
Bảng 4.1:Hệ số điều hòa chung K ch phụ thuộc vào Q s tb (Bảng 2 TCVN 7957:2008 – Thoát nước mạng lưới và công trình bên ngoài).
Lưu lượng lớn nhất giây:
Bảng 4.2 : Thống kê lưu lượng tính toán.
Thông số Kí hiệu Đơn vị tính toán Giá trị
Lưu lượng trung bình ngày đêm Q ngđ m 3 /ngđ 60
Lưu lượng trung bình giờ Q tb h sh m 3 /h 2,5
Lưu lượng trung bình giây Q tb s sh l/s 0,694
Lưu lượng lớn nhất giờ Q h max sh m 3 /h 6,25
Lưu lượng lớn nhất giây Q s max sh l/s 1,74
Xác định mức độ và hiệu suất xử lý
Bảng 4.3 Hiệu suất xử lý nước thải
Công trình Chỉ tiêu Hiệu suất
% Đầu vào mg/L Đầu ra mg/L
MBBR + Lắng sinh BOD 90 270.5 27.1 học
Thông số Kết quả đầu ra QCVN 40:2011 cột A
TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VÀ KINH TẾ
Tính toán công trình đơn vị
Tách các loại rác thô, các tạp chất lớn,…tránh các hiện tượng tắc nghẽn bơm, đường ống của hệ thống xử lý Đây là công trình đầu tiên trong hệ thống xử lý nước thải.
Khi thiết kế SCR ta chỉ thiết kế với hình dạng rổ chắn gọn nhẹ và được đặt trên thành bể lắng sơ bộ, khi rác nhiều thì lấy rổ ra bằng thao tác thủ công thông thường.
Thiết kế lưới chắn rác dạng rổ với các thông số sau:
− Chọn kích thước rổ: L x B x H: 500 x 500 x 500 (mm)
− Lưới rổ: chọn lưới inox 304 tấm dập lỗ với D = 3mm
Bảng 5.1 Thông số thiết kế lưới chắn rác
STT Thống số thiết kế Đơn vị Số liệu thiết kế
Nước thải từ quá trình sinh hoạt hằng ngày được dẫn về bể thu gom Bể thu gom có nhiệm vụ tiếp nhận nước thải và trung chuyển nước thải Nước thải từ bể thu gom được bơm qua bể điều hòa.
− Chọn thời gian lưu nước: t = 45 phút
(t = 10-60 phút) Dựa vào GT XLNT đô thị và công nghiệp NXB ĐHQG
TP.HCM ,Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Phước Dân
− Thể tích cần thiết: W = Q h max x t = 6,25 x 45 60 = 4,7 (m 3 )
− Chiều cao xây dựng của bể thu gom:
H: chiều cao hữu ích của bể, chọn H = 2m
Hbv: chiều cao bảo vệ bể, chọn Hbv = 0,5m
− Diện tích mặt bằng: A = H W xd
− Kích thước bể thu gom:
− Thể tích xây dựng bể: Wt= L x B x Hxd = 2 x 1 x 2,5 = 5m 3
Chọn 2 bơm nhúng chìm Grampus với các thông số sau:
Đường kính hút xả: ∅ 60mm
Bảng 5.2 thông số thiết kế của bể thu gom
T Thông số Đơn vị Giá trị
2 Thời gian lưu nước Phút 45
3 Thể tích bể thu gom m 3 5
6 Đường kính ống dãn nước thải mm ∅ 60
6.1.3.1 Nhiệm vụ Điều hòa lưu lượng và nồng độ, tránh cặn lắng và làm thoáng sơ bộ Bể điều hòa được xây nhằm ổn định lưu lượng, nồng độ chất ô nhiễm, tạo điều kiện tối ưu cho các công trình phía sau xử lý nước thải, ngăn chặn quá trình lên men yếm khí gây mùi, tạo môi trường ổn định cho hệ vi sinh vật hoạt động tốt trong các giai đoạn xử lý sinh học.
Chọn thời gian lưu nước của bể điều hòa là t = 6h
− Thể tích bể điều hòa:
Chọn thiết kế bể là hình chữ nhật và hệ thống cánh khuấy để trộn đều nồng độ và tránh lắng cặn dưới đáy.
− Chiều cao hữu ích của bể: H = 2,5m
− Chiều cao bảo vệ của bể: Hbv = 0,5m
− Diện tích bề mặt: F= H V xd
− Thể tích xây dựng bể điều hòa: L x B x Hxd = 2,5 x 2 x 3 m 3
Bảng 5.3 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa
Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị
Dạng khuấy trộn cơ khí 4 – 8 w/m 3 thể tích bể
Tốc độ khí nén 10 – 15 L/m 3 phút (m 3 thể tích bể)
Trong bể điều hòa để tăng cường khả năng khuấy trộn nhằm tránh lắng cặn cần đặt máy khuấy chìm.
− Thể tích của bể điều hòa 15m 3 khi đó năng lượng máy khuấy cần cung cấp cho cả bể: P
P: Nhu cầu năng lượng (kW)
a: cường độ khuấy trộn, chọn theo bảng trên
Chọn 2 máy khuấy chìm Shimaywa SM250 hoạt động luân phiên với các thông số sau:
Lựa chọn bơm từ bể điều hòa đến bể keo tụ tạo bông
Sử dụng bơm nhúng chìm:
Cột áp bơm: H = hbể + hH = 3 + 1,5 = 4,5m
Trong đó: hbể: chiều cao của bể, hbể = 3m hH: tổn thất trên đường ống và tổn thất cục bộ chọn hH = 1,5m
Máy bơm chìm hút nước thải Grampus B_1052
STT Thông số Đơn vị Giá trị
8 Đường kính ống dẫn nước sang bể keo tụ tạo bông + MBR mm
9 Chọn 2 máy khuấy SM250 chìm Shinmay wa
10 Chọn 2 máy bơm chìm Hoạt động luân phiên
Các thông số đặc trưng của bể UASB
STT Thông số Giá trị
1 Tải trọng bề mặt phần lắng (m3/m2.ngày)
Xử lý chất hữu cơ hòa tan 72
Xử lý nước thải có cặn lơ lửng 24 30 Đối với bùn dạng bông (chưa tạo hạt) 12
Nước thải đậm đặc 57 hoặc >m
Vách nghiêng phễu thu khí 4560
Diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí >= 1520% diện tich bề mặt bể
Chiều cao phễu thu khí 1,52m Đoạn nhô ra của các tấm hướng dòng, nằm bên dưới khe hở 1020(cm)
Thời gian lưu bùn 35100 ngày
Bể UASB là công trình xử lý kị khí có nhiệm vụ giảm bớt nồng độ ô nhiễm hữu cơ trong nước khi đưa qua công trình xử lý hiếu khí Việc làm giảm bớt nồng độ ô nhiễm hữu cơ ở bể UASB giúp cho bể hiếu khí MBBR hoạt động hiệu quả hơn tiết kiệm chi phí vận hành xây dựng.
Bảng tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB
Tỉ lệ COD không tan (%)
Tải trọng thể tích ở 30 C (kgCOD/m 3 ngày Bùn bông Bùn hạt (không khử SS) Bùn hạt (khử
Chỉ tiêu đầu vào bể UASB có: Q = 60m 3 /ngđ
− Lượng COD cần khử trong 1 ngày:
− Dung tích phần xử lý kị khí cần thiết:
G: lượng COD cần khử một ngày (mg/l)
a : tải trọng khử COD của bể, L= 8 kgCOD/m 3 ngđ (bảng 12-1.tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai)
Nhu cầu dinh dưỡng cho bể UASB
− Tỉ lệ dinh dưỡng cần cung cấp cho quá trình hoạt động và phát triển của vi sinh vật trong bể UASB là: COD:N:P = và một lượng nhỏ khoáng chất.
− Ta có lượng COD ban đầu là 1822,8 mg/L với hiệu quả xử lý trong bể UASB là 65%, lượng COD được các vi sinh vật chuyển hóa thành khí là:
− Như vậy lượng nito cần cung cấp: N cc 84,82
− Lượng photpho cần cung cấp: P cc 84,82
Q: lưu lượng nước thải vào bể (m 3 /ngđ)
v : vận tốc nước đi lên trong bể: với v= 0,60,9 (m/h) Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS.Trịnh Xuân Lai Chọn v = 0,6 m/h
− Chiều cao phần xử lý kị khí: H 1 =V kị khí
− Tổng chiều cao bể: H = H1 + H2 +hbv = 1,8 + 1,5 + 0,5 = 3,8 (m)
H2: chiều cao vùng lắng, lấy H2 = (m) H 1m (trang 195_tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải Th.S Trịnh Xuân Lai).
hbv: chiều cao bảo vệ hbv = (m)
60 =6,384(h) Vậy xây dựng bể UASB hình vuông, chiều dài mỗi cạnh:
Nước thải khi đi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm chắn khí Các tấm chắn khí này được nghiêng một góc so với phương ngang một góc 45 – 60 (chọn 60 )
Theo dọc chiều dài bể (L=2m) ta nên đặt trong bể 1 tấm hướng dòng với 4 tấm chắn khí dọc theo chiều rộng bể Các tấm chắn khí và hướng dòng được đặt sao cho máng cách giữa 2 tấm chắn khí nằm cùng phía là bằng nhau và khoảng cách giữa các tấm khí và tấm hướng dòng. Chọn khe hở giữa các tấm chắn khí và các tấm hướng dòng là như nhau.
Tổng diện tích giữa các khe hở này chiếm 15-20% tổng diện tích bể Chọn Skhe = 0.2 (theo
“Giáo trình công nghệ xử lý nước thải” Trần Văn Ngân, Ngô Thị Nga).
Tổng chiều cao của toàn bộ ngăn lắng (kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao dự trữ phải chiếm trên 30% tổng chiều cao bể Trong ngăn có 4 khe hở, diện tích mỗi khe là:
Trong đó: S tổng thể: tổng diện tích của bể (m 2 )
Chiều dài khe hở bằng bề rộng và bằng 2m (l=2m).
Bề rộng của khe hở:
Chiều cao ngăn lắng: tan 60 0 H lắng +H bv
- 60 0 : tấm chắn khí đặt nghiên 1 góc 60 0 so với phương ngang.
- Hbv: chiều cao bảo vệ
- Hlắng: chiều cao ngăn lắng của bể (m)
Vậy chiều cao xác định là thích hợp.
Thời gian lưu nước trong ngăn lắng , t>1h (trang 195 – Tính toán thiết kế các công trình –
Trong đó: Q:lưu lượng nước thải vào bể (m 3 /ngđ).
Vlắng: Thể tích ngăn lắng của bể (m 3 )
Tính toán tấm chắn khí và tấm hướng dòng trong bể.
Tính toán tấm chắn khí :
Chiều rộng b1 = H lắng −H 2 sin 60 0 =1,7−1,5 sin 60 0 ≈0,23¿) Chọn b1 = 0,3 (m)
- Hlắng: chiều cao ngăn lắng của bể (m).
Chiều rộng b2: h = Bkhe sin(90 0 – 60 0 ) = 100 sin 300= 50 (mm)
Trong đó: Bkhe: bề rộng của khe hở (mm)
Chọn độ dài tấm chắn 2 chồng lên 1/3 tấm chắn 1: b2 = 1
Trong đó: b1: chiều rộng của tấm chắn thứ 1 (m)
H lắng: chiều cao ngăn lắng (m)
Hbv: chiều cao bảo vệ (m) y: chiều cao của tấm chắn 1 (m)
Tính toán tấm hướng dòng: Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10 – 20cm Chọn mỗi bên nhô ra15cm = 0,15m.
Bề rộng đáy tấm hướng dòng :
Bề rộng tấm hướng dòng:
Tính toán hệ thống phân phối nước:
Thiết bị phân phối nước là dàn ống khoan lỗ: Đường kính ống chính:
Chọn vận tốc trong ống: v = 1 (m/s) với v = 0,7 1,5 m/s [9] d = √ 4 π × v ×Q = √ π × 1× 4 × 3600× 60 24 =0,03 (m) chọn ống nhựa uPVC Bình Minh có = 34 mm
Trong bể có 2 ống nhánh, trên mỗi ống đục 5 lỗ phân phối. dn= √ 4 π × v ×Q = √ π × 0,8 × 4 3600 × 60 × 24 × 2 =0,024 ( m)
- Q: lưu lượng nước thải đầu vào bể (m3/ngày)
- V: vận tốc nước chảy trong ống, v = 0,8 m/s (v = 0,7 – 1,5 m/s)
Chọn ống nhánh là ống nhựa uPVC Bình Minh có = 27 mm
Diện tích mỗi lỗ phân phối trong bể:
Trong đó: v: vận tốc nước chảy qua lỗ, v = 1,5 (m/s) Đường kính mỗi lỗ: d1= √ 4 × F π = √ 4 × 8× π 10 −5 =0,011 (m)
Tính toán máng thu nước:
Máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều rộng của bể.
Máng tràn gồm nhiều răng cưa hình chữ V, được thiết kế có độ dốc dẫn về cuối bể theo ống dẫn tự chảy sang công trình tiếp theo.
Lưu lượng nước qua mỗi máng:
Máng có tiết diện hình chữ nhật, vận tốc nước chảy trong máng dao động 0,1 0,4 (m/s). Chọn vận tốc nước chảy trong máng là 0,15 (m/s) (trang 14 TCXD 51-2008)
Tiết diện ướt của máng là:
- Độ dày hd của máng lấy bằng 0,7 lần chiều cao máng.
- Bề rộng b của máng lấy bằng 2 lần chiều cao máng.
Chọn máng làm bằng bê tông có độ dày 45mm
Tính độ dốc của máng:
Chu vi ướt của máng:
Bán kính thủy lực của tiết diện đang xét là:
Hệ số động học Ktd = 0,008 (cm/s 2 ) ở nhiệt độ 36 o C
Hệ số Renoyl cho chế độ chảy tầng Re = 2333,25
Hệ số không thứ nguyên a = 79.
Hệ số sức cảng dọc đường không áp:
Chọn độ dốc là 0,4% xung quanh máng bố trí 2 thanh răng cưa có bề dày 5mm, khoảng 500mm bố trí 1 đinh ốc cố định.
Chiều cao của 1 răng cưa là 25mm Đoạn vát đỉnh răng cửa là 35mm
Chiều cao của cả thanh là 75mm
Khoảng cách giữa 2 đỉnh răng cửa là 50mm
Nước được đưa qua bể MBBR với đường kính ống nhựa PVC có đường kính là 60mm Nước tự chảy từ UASB sang bể MBBR.
Tính toán lượng bùn và khí sinh ra:
Thể tích ngăn phản ứng của bể:
- Q: lưu lượng nước thải (Q = 60 m 3 /ngày).
- C0: Lượng COD đầu vào bể.
- LCOD: Tải trọng thể tích, lấy LCOD = 8 kgCOD/m 3 ngày Theo tiêu chuẩn thì lượng bùn trong bể phải đạt 3137,5 (kg/m 3 ) Chọn nồng độ bùn ban đầu là Cr = 32(kg/m 3 ).
- Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 5%)
- Cr: hàm lượng bùn trong tế bào (trang 459 – Xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp
– Lâm Minh Triết, Nguyễn Phước Dân, Trần Thanh Hùng) Cr = 32 (kg/m 3 ).
- Vr: Thể tích ngăn phản ứng của bể.
- TS: hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu, %Lấy TS = 5% (theo Xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp – Lâm Minh Triết – trang 458)
Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày:
Px = Y ×(COD 1+ vào k −COD ra )× Q d ×θ c =0,04×(1822,8−638)×60
- Y: Hệ số sản lượng bùn, Y = 0,04 (gSS/gCOD)
- kd: Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,04
- c: Thời gian lưu bùn, c = 30 ngày.
Lượng bùn dư bơm ra mỗi ngày:
= 1,3 0,65×32=0,0625( m 3 ngày) Lượng chất rắn từ bùn dư:
Mss =Qw Cr = 0,05 32 = 0,16 (kgSS/ngày) Đường kính ống thu bùn:
Chọn thời gian xả cặn là 60 phút.
Chọn thời gian lưu bùn là 1 tháng:
Lượng cặn đi vào ống thu bùn trong 60 phút.
Bố trí 2 ống thu bùn , đặt vuông góc với chiều rộng bể
Vận tốc bùn trong ống chọn 0,5 m/s.
Diện tích ống xả cặn:
Fbùn = 0,00042 0,5× 2 =0,0005(m 2 ) Đường kính ống thu bùn:
Chọn đường kính ống có = 27 mm
Chọn bơm có đặt tính như sau:
Thể tích khí metan sinh ra mỗi ngày:
350,84: hệ số chuyển đổi lý thuyết (lượng khí metan sinh từ 1kgBOD).
Tính toán ống dẫn khí:
Chọn vận tốc dòng khí trong ống v = 9 (m/s) (69 (m/s)).
Lắp 2 ống dẫn khí 2 bên thành bể:
- Tiết diện ống dẫn khí:
2×9 =1,3×10 −5 (m 2 ) Đường kính ống dẫn khí: dkhí = √ 4 × F π = √ 4 ×1,3 π ×10 −5 = 0,004 (m) chọn đường kính ống dânc thép = 21 mm
Bảng thông số thiết kế bể UASB.
STT Thông số Đơn vị Giá trị
5 Đường kính ống dẫn nước chính mm 34
6 Đường kính ống dẫn nước phụ mm 27
7 Đường kính ống thu bùn mm 27
8 Đường kính ống thu khí mm 21
9 Thời gian lưu bùn tháng 1
10 Chọn 1 bơm bùn có đặc tính như sau: Model 40PU215, Q = 0,1 m 3 /phút; H= 5m; Công suất 0,15 k W; Sản xuất TSURUMI – TAIWAN.
Xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng oxy cần thiết để làm sạch BOD5, oxy hóa NH4 + thành NO3 -, khử NO3 - và loại bỏ Nito, photpho cũng được loại bỏ ra khỏi nước thải.
Các thông số đầu vào: Q = 60m 3 /ngày
T Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS mg/l 225
2 Nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 mg/l 270.5
Các thông số thiết kế bể MBBR
STT Thông số Giá trị
1 Thời gian lưu bùn, ngày 5 – 20 ngày
2 Tỷ số F/M kg BOD 5 kgMLVSS x ngày
3 Nồng độ bùn hoạt tính, mg/l MLVSS = 10000 – 14000
- Tổng khối lượng của tổng nito cần nitrat hóa:
Q: lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý sinh học (m 3 /ngày)
Tkn: tổng nito trong nước thải vào hệ thống xử lý sinh học (kg/m 3 )
Bảng: Các thông số động học của quá trình bùn hoạt tính đối với vi khuẩn dị dưỡng (T-20 C). 2
Thông số Đơn vị Giá trị
gVSS/gBOD5 0,64 kd ngày -1 0,06 fd -
Tốc độ tăng trưởng của bùn: γ b = γ
− : Hệ số sinh trưởng cục đại, = 0,6 (mg bùn hoạt tính/mg BOD5 tiêu thụ)
− Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày -1
− t: thời gian lưu của bùn, t = 15 ngày
Lượng bùn sinh ra do khử BOD5
Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày:
6.1.5.2 Tính toán kích thước bể
Thể tích làm việc của bể:
− Q: Lưu lượng nước dâud vào Q ` m 3 /ngày
− : Hệ số sản lượng cực đại, chọn = 0,6 kgVSS/kgBOD5
− X: nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể MBBR, X = 3000 mg/l
− Kd: Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,06 ngày -1
− t: thời gian lưu của bùn, t = 15 ngày
Chọn chiều cao hữu ích của bể: Hhi = 3 m
Diện tích mặt thoáng của bể:
Chiều cao xây dựng: Hxd = 4m
Tính toán hệ số tuần hoàn từ phương trình cân bằng vật chất
Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể:
Phương trình cân bằng vật chất cho bể MBBR:
− Qth: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn
− X0: nồng độ SS trong nước thải đầu vào MBBR
− X: nồng độ bùn hoạt tính ở bể MBBR, chọn X = 3000 mg/l
− Xth: nồng độ SS trong bùn tuần hoàn, Xth = 8000 mg/l
Giá trị X0 thường rất nhỏ so với X và Xth do đó trong phương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng Q x X0 Khi đó phương trình cân bằng vật chất sẽ có dang:
Chia 2 vế cho Q và đặt tỉ số Qth/Q = α , α được gọi là tỉ só tuần hoàn, ta được: α × X th =X+α × X
8000−3000=0,6 Giá trị này nằm trong khoảng cho phép Qth/Q = 0,5 : 1,5 [6]
Lưu lượng trung bình của hỗn hợp bùn hoạt tính tuần hoàn:
Lượng bùn xả ra trong một ngày:
Thời gian lưu của nước thải:
Các thông số về đệm plastic
Ta chọn giá thể lơ lửng Biochip để xử lý trong bể MBBR với các thông số sau:
Bảng: thông số chi tiết giá thể trong bể MBBR [12]
Hình dạng Tròn, parabol Đường kính 22mm
Tính toán lượng giá thể cho vào bể theo BOD5
− Sbm: diện tích bề mặt của giá thể Biochip: 3000 (m 2 /m 3 )
− 0,012: hệ số thực nghiệm khả năng xử lý BOD của giá thể Biochip (kgBOD/ng/m 2 ). [18]
Tính toán lượng giá thể cho vào theo N tổng:
− Sbm: diện tích bề mặt của giá thể Biochip: 3000 (m 2 /m 3 )
− 0,0017: hệ số thực nghiệm khả năng xử lý N tổng của giá thể Biochip
Vì giá thể biochip xử lý đồng thời các chất ô nhiễm như BOD và N nên ta chọn thể cần lớn nhất để lựa chọn: Vbiochip = 0,3m 3
17,05 y1.8(gBOD 5 /m 3 ngày)=0,7918(kgBOD 5 /m 3 ngày)Lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý:
Lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng oxy nước làm sạch BOD5 oxy hóa amoni NH 4+ thành NO 3- , khử NO 3-
− OC0: lượng oxy cần thiết ở điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20 C
− Q: lưu lượng nước thải cần xử lý (m 3 /ngày)
− f: hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20: f=0,68
− Px: lượng bùn sinh ra do khử BOD5
− 1,42: Hệ số chuyển dổi từ tế bào sang COD
− N0, N: Tổng hàm lượng Nito đầu vào, đầu ra (g/m 3 )
1000 ,74(kgO2/ngày) Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:
− : hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối =1
− C sh : nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ (T C, lấy T C = 25 C và độ cao so với mực nước biển tại nhà máy xử lý, C sh = 8mg/l
− C s 20: nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 20 C, C s 20=9,2mg/l
− α : hệ số điều chỉnh lượng oxy ngắm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng và kích thước bể, chọn α=0,8
Lượng không khí cần thiết:
O C 1 : lượng oxy cần thiết thực tế
OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối khí tính theo gam oxy cho 1m3 không khí ở độ sâu ngập nước h, OU = Ou*h OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối khí tính theo gam oxy cho 1 m 3 không khí ở độ sâu ngập nước h =1m, chọn thiết bị phân phối có kích thước bọt khí trung bình, Ou = 5,5 gO2/m 3 m. Độ sâu ngập nước của bể, h = 3m f : hệ số an toàn, chọn f = 1,5
Bố trí thiết bị phân phối khí
Hệ thống phân phối khí được tính toán với thiết bị tạo bọt có kích thước trung bình Hệ thống gồm máy thổi khí và mạng các ống phân phối khí sủ dụng đĩa phun khí.
Trong bể Aerotank chọn vận tốc khí đi trong ống chính: v1 = 9 (m/s)
Chọn hệ thống phân phối khí dạng đĩa loại RSD – 270, r = 10 (m 3 /h) (Trang 418, XLNT đô thị và công nghiệp, Lâm Minh Triết)
Số đĩa cần phân phối trong bể:
Ta chọn 3 ống nhánh trên mỗi nhánh có 4 đĩa thổi khí.
Vậy mỗi nhánh cách tường 0,3m cách nhau 0,4m và mỗi đĩa trên nhánh cách nhau 0,4m. Đường kính ống dẫn khí chính là:
− Qkk: lưu lượng không khí: 111,63 (m 3 /h) = 0,03 (m 3 /s)
− V: vận tốc không khí trong ống 6 – 9 (m/s)
Chọn đường ống bằng thép mạ kẽm với = 65 (mm) của Bình Minh. Đường kính ống dẫn khí nhánh:
Chọn đường ống bằng thép mạ kẽm với = 50
Tính toán máy thổi khí: Áp lực cần thiết của máy thổi khí:
H1: tổn thất hệ thống vận chuyển, h1 = 0,5m
Hd: tổn thất qua đĩa phun, hd = 0,2m
H: độ sâu ngập nước của bể, H=2,5m
Công suất máy thổi khí:
− Qkk: Lưu lượng không khí Qkk = 0,03 (m 3 /s)
− δ : hiệu suất của máy thổi khí, nằm trong khoảng 0,7 – 0,9 [6] Chọn δ =0,8
− P: áp suất của không khí ra, lấy 760mmHg = 10,33 mH2O ρ=1+ Hm
10,33=¿1,3 Công suất thực tế: Ntt = N x 1,5 = 0,99 x 1,5 = 1,485 kW
Chọn 2 máy thổi khí con sò Dargang DG-300-31 1.5kw.
− Điện áp (pha): 1 pha/220V/50Hz
Tính toán đường ống dẫn nước ra:
STT Thông số Đơn vị Giá trị
8 Đường kính ống dẫn nước sang bể mm 50
Bể lắng đứng có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải Một phần tuần hoàn lại bể MBBR để giữ ổn định mật độ VSV.
6.1.6.1 Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho loại bùn hoạt:
Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho loại bùn hoạt tính là LA = 22 m 3 /m 2 ngđ và tải trọng chất rắn là L5 = 5 kg/m 2
Bảng thông số để tính toán bể lắng đứng.
Loại xử lí Tải trọng bề mặt
(kg/m 2 ngđ) Chiều sâu tổng cộng (m)
Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất
− Diện tích bể lắng đứng theo tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng lớn nhất:
22m 3 /m 2 ngđ = 3 m 2 Trong đó: Q ng tb : Lưu lượng trung bình ngày m 3 /ngđ
L A : Tải trọng bề mặt m 3 /m 2 ngđ.
− Diện tích bề mặt bể lắng đứng theo tải trọng chất rắn:
: Lưu lượng trung bình giờ m 3 /h
L S : Tải trọng chất rắn m 3 /m 2 ng MLSS: nồng độ bùn mg/L
Qr: Lưu lượng bùn tuần hoàn lớn nhất trong giờ
− Có At1,5h nên thể tích bể tính toán là hợp lí.
6.1.6.2 Tính toán kích thước máng thu nước:
− Chọn máng thu nước có bề ngang Bm = 0,3m, chiều cao hm = 0,3m
− Bề dày lớp bê tông thành máng và đáy máng là 0,1m
− Vì bể xây tiết diện vuông nên máng thu nước cũng có tiết diện vuông và có cạnh 1,25m
− Chiều dài máng thu nước
− Tải trọng máng thu nước a = L Q m = 60 5 = 12m 3
Ta thấy a