Thiết kế lò đốt bùn nguy hại từ nhà máy xử lý nước thải công suất 4000 m3h

Đặt vấn đềỞ nước ta hiện này, hoạt động sản xuất tại các khu công nghiệp, khu chế xuấthầu hết là đa ngành nghề nên bùn thải phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải tậptrung có thành phần p

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ LÒ ĐỐT BÙN NGUY HẠI TỪ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG SUẤT 4000 m3/h GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh SVTH MSSV Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964 Tp Hồ Chí Minh, 12/2021 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 5 1 Đặt vấn đề 5 2 Nhiệm vụ của đồ án 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN NGUY HẠI CỦA CÁC NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG 6 1 Bùn công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh 6 1.2 Bùn từ các trạm xử lý nước thải tập trung của KCN 8 1.3 Các kiến thức cơ bản về bùn thải công nghiệp 13 CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN 17 2.1 Xử lý bùn trong xử lý nước thải bằng nén bùn, tách nước 17 2.1.1 Nén bùn 17 2.1.2 Tách nước 19 2.2 Xử lý bùn bằng phương pháp sinh học 21 2.3 Xử lý bùn bằng thiêu đốt 22 2.4 Xử lý bùn bằng nhiệt phân 24 2.5 Xử lý bùn bằng khí hóa 25 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 26 VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 26 Tính toán thiết kế các công trình đơn vị 27 I Bể chứa bùn 27 II Bể nén bùn 28 III Lọc ép dây đai 29 IV Tính toán các thông số của lò đốt 30 4.1 Tính toán sự cháy của FO-RU 30 4.1.1 Tính toán lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg dầu FO-RU 31 Nhiệt trị thấp của dầu FO-RU 31 4.1.2 Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng 32 4.3 Xác định nhiệt độ thực tế và tính cân bằng nhiệt của lò 35 GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh 1 SVTH: Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964 4.3.1 Xác định nhiệt độ cháy lý thuyết của dầu FO – RU 35 4.3.2 Xác định nhiệt độ thực tế của dầu 36 4.3.3 Tính toán cân bằng nhiệt và nhiệt lượng tiêu hao 37 4.4 Xác định thông số kỹ thuật của lò 38 4.4.1 Thể tích buồng đốt sơ cấp 38 4.4.2 Thể tích buồng đốt thứ cấp 39 4.5 Tính toán thể xây lò và khung lò 39 4.6 Khung lò 41 4.7 Xác định diện tích bề mặt ghi lò 42 CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Tương quan khối lượng bùn thải giữa các ngành công nghiệp 7 Hình 2 Cấu tạo bể nén bùn trọng lực 18 Hình 3 Nguyên lý hoạt động của lò đốt thùng quay 24 Hình 4 Sơ đồ hoạt động phương pháp ổn định hóa rắn 25 Hình 5 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải tập trung bằng phương pháp đốt 27 Hình 6 Hình dạng gạch Samot 40 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Khối lượng bùn phát sinh từ các trạm XLNT tập trung của các khu công nghiệp 9 Bảng 2 Tính chất bùn từ trạm XLNT tập trung của các KCN 9 Bảng 3 Đặc tính độ khô của bùn sau từng phương pháp xử lý 15 Bảng 4 Hàm lượng chất rắn trong bùn các loại 16 Bảng 5 Thành phần nhiên liệu FO-RU theo phần trăm khối lượng 30 Bảng 6 Hệ số tiêu hao không khíphụ thuộc vào dạng nguyên liệu và kiểu thiết bị đốt 31 GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh 2 SVTH: Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964 Bảng 7 Thành phần nhiên liệu FO-RU theo kmol 33 Bảng 8 Tính chất của một số loại bùn thải 34 Bảng 9 Thành phần chất thải rắn tính theo lượng kmol 34 Bảng 10 Lượng và thành phần của sản phẩm cháy 35 Bảng 11 Hàm nhiệt của 1m3 không khí và các khí ở nhiệt độ khác nhau và áp suất 760mm Hg 36 Bảng 12 Thông số kỹ thuật của gạch Samot chọn để xây lò 40 GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh 3 SVTH: Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Ở nước ta hiện này, hoạt động sản xuất tại các khu công nghiệp, khu chế xuất hầu hết là đa ngành nghề nên bùn thải phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải tập trung có thành phần phức tạp, chứa nhiều thành phần nguy hại, thông số và thành phần nguy hại biến động dẫn đến việc khó kiểm soát, và trong nhiều trường hợp, kết quả lấy mẫu phân tích để phân định theo quy chuẩn kỹ thuật môi trường về ngưỡng chất thải nguy hại không mang tính đại diện Do có khối lượng phát sinh lớn nên lượng bùn thải từ các khu công nghiệp nêu trên tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nếu không có biện pháp kiểm soát phù hợp, đặc biệt bùn thải phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải tập trung của các khu công nghiệp, khu chế xuất có các ngành nghề sản xuất thuộc lĩnh vực sản xuất, điều chế hóa chất vô cơ, hữu cơ; xử lý che phủ bề mặt, gia công kim loại Bùn thải đang rơi vào hiện trạng thừa thu gom, thiếu xử lý, thực tế không phải tất cả các bùn thải này đều được xử lý theo quy chuẩn kỹ thuật đã được ban hành Các cơ sở sản xuất kinh doanh thường thu gom sau đó xả bỏ tại một nơi vô định, thường là những khu vực hẻo lánh, dân cư thưa thớt nhằm giảm bớt chi phí xử lý bùn thải cho doanh nghiệp, mặc kệ hậu quả nghiêm trọng xảy ra cho môi trường cũng như sức khỏe con người Vì vậy, việc thiết kế và xây dựng hệ thống xử lý bùn thải đạt chất lượng, không làm tổn hại đến môi trường là phần rất quan trọng đối với các trạm xử lý nước thải tập trung hiện nay 2 Nhiệm vụ của đồ án Đồ án môn học giải quyết các nội dung sau: ✔ Tìm hiểu về đặc tính bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp ✔ Đề xuất quy trình công nghệ xử lý ✔ Nghiên cứu tính toán thiết kế các công trình đơn vị ✔ Thực hiện bản vẽ thiết kế autocad GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh 4 SVTH: Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI RẮN NGUY HẠI CỦA CÁC NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG 1 Bùn công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh là một trong những trung tâm kinh tế lớn nhất cả nước, là nơi tập trung phát triển của nhiều KCN, KCX với các nhà máy, cơ sở sản xuất hoạt đồng ở nhiều ngành nghề khác nhau Đi đôi với sự phát triển công nghiệp đó, lượng chất thải phát sinh tất yếu cũng sẽ gia tăng rất nhanh chóng (Phước và cộng sự, 2006) Theo kết quả nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu đề xuất biện pháp xử lý, quản lý bùn thải các KCN tại TP.HCM” năm 2009 cho thấy: ⮚ Tổng lượng bùn phát sinh từ các KCN, KCX tại TP.HCM khoảng 1.153,85 tấn/tháng, trong đó lượng bùn từ các đơn vị thành viên là 884,46 tấn, cao gấp 3,28 lần so với lượng bùn từ các trạm xử lý nước thải tập trung của KCN (269,39 tấn/tháng) ⮚ Trong các KCN, KCX, lượng bùn phát sinh nhiều nhất tại KCN Hiệp Phước (292,11 tấn/tháng), kế đến là KCN Tây Bắc Củ Chi (202,55 tấn/tháng) ⮚ Trong các ngành công nghiệp, lượng bùn chủ yếu phát sinh từ các ngành: Thực phẩm (330,62 tấn/tháng); thuộc da (307,56 tấn/tháng); cơ khí - kim loại (183,25 tấn/tháng) Trong đó, bùn thực phẩm phát sinh nhiều nhất tại KCN Tây Bắc Củ Chi (168,8 tấn/tháng, chiếm 51% tổng lượng bùn thực phẩm của toàn thành phố), bùn thuộc da phát sinh nhiều nhất tại KCN Hiệp Phước (chiếm 71% tổng lượng bùn thuộc da), bùn cơ khí - kim loại phát sinh nhiều nhất tại KCX Tân Thuận (44,75 tấn/tháng, chiếm 24,4% tổng lượng bùn cơ khí - kim loại) Dựa vào biểu đồ 1 ta có thể thấy khối lượng bùn thải của ngành chế biến thức ăn gia súc chiếm tỉ trọng cao nhất (37%), kế đến là ngành xi mạ (35%) và cơ khí (21%) GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh 5 SVTH: Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964 Thành phần nước thải xi mạ chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng Tùy theo kim loại mạ mà nguồn ô nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni, CN, Fe… Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi mạ, chủ yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bề mặt (các muối vô cơ, polyme) Nhìn chung, bùn ngành cơ khí xi mạ có hàm lượng carbon, dinh dưỡng thấp, hàm lượng kim loại nặng cao Hình 1 Tương quan khối lượng bùn thải giữa các ngành công nghiệp Nguồn: Nghiên cứu đề xuất biện pháp xử lý, quản lý bùn thải các KCN tại TP.HCM Do đó có thể tận dụng để thu hồi kim loại nặng bằng công nghệ thích hợp ⮚ Ngành chế biến thực phẩm: Thành phần nước thải chế biến thực phẩm bao gồm chủ yếu các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, không chưa thành phần độc hại vô cơ Công nghệ xử lý nước thải thường là xử lý sinh học: bao gồm phân hủy sinh học kị khí, hiếu khí hoặc hồ sinh học Do đó, bùn từ hệ thống xử lý nước thải là bùn sinh học, chứa chủ yếu các chất hữu cơ, dinh dưỡng, có thể sử dụng trong sản xuất phâm compost ⮚ Giấy - sản phẩm từ giấy: Các nhà máy giấy chủ yếu là sản xuất giấy tái sinh, thành phần ô nhiễm trong nước thải xeo giấy là xenlulozo và các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và không chứa các kim loại nặng nên bùn phát sinh cũng không chứa các thành phần này GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh 6 SVTH: Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964 ⮚ Ngành thuộc da: Bùn xử lý nước thải ngành công nghiệp thuộc da phát sinh từ ba công đoạn chính: lắng, tách dầu mỡ; xử lý hóa lý; xử lý sinh học - Đối với dòng thải chứa crom: xử lý cơ học để loại bỏ rác cặn và điều hòa lưu lượng và nồng độ Xử lý hóa học để khử crom VI thành crom III và được loại bỏ ra khỏi nước thải bằng phương pháp kết tủa; - Đối với dòng thải chứa dầu mỡ: xử lý sinh học: loại bỏ dầu mỡ, cặn rác; điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải Xử lý hóa lý - keo tụ tạo bông: loại bỏ các chất ô nhiễm như các chất hữu cơ Cả hai dòng thải trên sau khi được xử lý riêng lẻ sẽ cùng được đưa đến giai đoạn xử lý sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm còn lại trong nước thải bao gồm: xử lý sinh học hiếu khí - bùn hoạt tính ⮚ Dệt nhuộm: Nước thải dệt nhuộm có thành phần rất đa dạng và phức tạp bao gồm: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo môi trường, tinh bột, chất oxy hóa,… Bùn xử lý nước thải dệt nhuộm bao gồm hai loại chính: bùn hóa lý và bùn sinh học Trong đó, bùn hóa lý chứa các hợp chất keo tụ, polyme, kim loại nặng và các thành phần hữu cơ Bùn sinh học chứa chủ yếu các chất hữu cơ, chất tạo màu và một số hợp chất còn lại sau xử lý hóa lý ⮚ Ngành điện tử: thành phần trong bùn thải của ngành sản xuất điện tử, ngoài các thành phần hữu cơ polyme, còn có các kim loại bán dẫn, đắt hiếm Đặc biệt một số kim loại có độc tính rất cao cũng được sử dụng nhiều trong sản xuất như: As, Se, Sb, Hg… ⮚ Sơn, mực in: thành phần trong bùn thải của ngành sản xuất sơn, mực in chủ yếu là hơi dung môi, các hợp chất dễ bay hơi, kim loại nặng (Zn)… chất tạo màng (nhựa) Thêm vào đó là các chất đóng rắn, phụ gia, màu và thuốc nhuộm và các thành phần khác ⮚ Ngành thuốc bảo vệ thực vật: nước thải thuốc trừ sâu là một trong số các nguồn thải độc hại, khó xử lý bởi thành phần nước thải chứa các hợp chất hữu cơ mạch vòng nhóm clo, nhóm P khó phân hủy sinh học Tại các công ty sản xuất thuốc trừ sâu, lượng nước thải này không nhiều nhưng độc tính GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh 7 SVTH: Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964 lại rất cao Hầu hết lượng bùn thải từ quá trình sản xuất thuốc trừ sâu đều được xếp vào danh mục chất thải nguy hại 1.2 Bùn từ các trạm xử lý nước thải tập trung của KCN Bùn trạm xử lý nước thải tập trung KCN bao gồm hai loại: bùn hóa lý và bùn sinh học Trong số 12 trạm XLNT tập trung được đề cập chỉ có KCN Lê Minh Xuân tách tiêng hai loại bùn trên Tổng khối lượng bùn phát sinh từ các trạm XLNT của các KCN trung bình khoảng 292 tấn/tháng Khối lượng bùn thải cụ thể của từng trạm XLNT tiêu biểu được trình bày trong bảng 1 Bảng 1 Khối lượng bùn phát sinh từ các trạm XLNT tập trung của các khu công nghiệp KCN/KCX Công suất Lượng bùn Mức phát thải (m3) (tấn/tháng) (kg bùn/m3 nước thải) KCN Tân Bình 1200 2,5 0,07 KCN Vĩnh Lộc 3000 30 0,33 KCX Linh Trung 1 4000 30 0,25 KCN Bình Chiểu 1500 3 0,07 KCN Tân Thới Hiệp 1200 2 0,06 KCN Lê Minh Xuân 3200 130 1,35 KCN Hiệp Phước 1000 15 0,5 KCN Cát Lái 2 600 4,5 0,25 KCX Tân Thuận 4500 5 0,037 KCX Linh Trung 2 2500 20 0,27 KCN Tây Bắc Củ Chi 2500 20 0,27 KCN Tân Tạo 4000 30 0,25 Tổng lượng bùn tại 292 các trạm XLNT tập trung Nguồn: Báo cáo nghiệm thu đề tài Nghiên cứu đê xuất biện pháp xử lý, quản lý bùn thải các KCN tại TP.HCM, 2009 GVHD: PGS TS Đặng Vũ Bích Hạnh 8 SVTH: Nguyễn An Tân 1813937 Lê Minh Thanh 1813964