thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm

trình bày thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm

Trang 1

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1 Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất sơn 3

1.1 Giới thiệu về ngành sơn ở Việt Nam: 3

1.2 Phân loại sơn: 3

1.3 Nguyên liệu sản xuất sơn 4

1.4 Xử lý nước thải trong ngành sản xuất sơn nước: 5

1.4.1 Quá trình sản xuất Sơn nước 5

1.4.2 Thuyết minh quy trình sản xuất: 6

1.5 Nước thải trong sản xuất sơn nước 6

2 Mục tiêu của đồ án: 7

Chương II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 10

1 Giới thiệu các phương pháp xử lý đối với nước thải sản xuất sơn 10

1.1 Phương pháp keo tụ - tạo bông 10

1.2 Phương pháp oxi hóa: 12

2 Lựa chọn công nghệ xử lý 13

2.1 Yêu cầu công nghệ 13

2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ: 13

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ: 14

Chương 3 TÍNH TOÁN 16

1 Các thông số đầu vào: 16

2.Tính toán các công trình: 17

2.1 Song chắn rác: 17

2.1.1 Nhiệm vụ 17

2.1.2 Tính toán 17

Bảng 3.2 Các thông số tính toán cho song chắn rác làm sạch bằng thủ công 17

2.2 Hố thu gom 19

2.3 Bể điều hòa: 20

2.3.1 Nhiệm vụ: 20

2.3.2 Tính toán: 20

2.4 Bể lắng 1: 24

2.4.1 Nhiệm vụ: 24

2.5 Bể keo tụ - tạo bông: 28

2.5.1 Nhiệm vụ: 28

2.5.2.1 Tính lượng axit H2SO4cho vào bể 28

2.5.2.2 Tính bể hoà trộn phèn nhôm 29

2.5.2.3 Tính lượng PAA cho vào bể 30

2.5.2.4 Bể trộn nhanh: 31

2.5.2.5 Tính toán ống dẫn sang bể tạo bông : 33

2.6 Bể lắng I sau keo tụ 37

2.6.1 Nhiệm vụ: 37

Trang 2

2.7 Bể Oxi hóa Fenton 41

2.7.1 Nhiệm vụ: 41

2.7.2.1 Tính lượng axit H2SO4cho vào bể 41

2.7.2.2 Tính bể oxi hóa: 41

2.7.2.3 Tính toán thiết bị khuấy trộn: 42

2.8 Bể lắng trung hòa : 43

2.8.1 Nhiệm vụ: 43

2.8.2.1 Tính kích thước bể 43

2.8.2.2 Tính toán lượng hóa chất (NaOH) cho vào bể lắng trung hòa 46

2.9 Bể aeroten 47

2.9.2.1 Tính toán lượng chất dinh dưỡng bổ sung vào bể: 47

2.9.2.2 Tính toán bể Aerotank: 48

2.10 Bể lắng 2: 57

2.10.1 Nhiệm vụ: 57

2.11 Bể nén bùn 61

2.11.1 Nhiệm vụ 61

Chương IV TÍNH KINH TẾ 64

Bảng 4.1: Chi phí đầu tư cho các hạng mục công trình và thiết bị 64

Bảng 4.2 Điện năng tiêu thụ trong một ngày 66

1 Chi phí xây dựng: 67

2 Chi phí vận hành: 67

2.1 Chi phí điện năng: 67

2.2 Chi phí hóa chất: 67

2.3 Chi phí nhân công: 67

2.4 Tổng chi phí cho 1 ngày vận hành: 67

3 Chi phí xử lý cho 1 m3nước thải: 67

Trang 3

Chương 1 TỔNG QUAN

1 Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất sơn

1.1 Giới thiệu về ngành sơn ở Việt Nam:

Ngành sản xuất Sơn ở Việt Nam được hình thành từ những năm 30 của thế

kỷ XX, từ cơ sở là dầu thực vật như dầu lanh, dầu chẩu, dầu cao su sẵn có trong nước Thời kỳ này, sản lượng sơn còn ít, chủng loại hạn chế, sản phẩm chủ yếu là sơn dầu, được cung cấp cho lĩnh vực xây dựng Từ chỗ chỉ sản xuất được một vài loại sơn thông dụng, chất lượng thấp, đến nay, ngành sản xuất sơn của Việt Nam đã

có thể sản xuất được nhiều loại sơn đặc chủng, có chất lượng cao như sơn trang trí, sơn dân dụng, sơn dầu, sơn nước, sơn nhũ tương, sơn bột, …và các loại sơn kỹ thuật như sơn trong môi trường nước biển (sơn tầu biển, dàn khoan), sơn giao thông (sơn mặt đường, sơn phản quang), sơn chống thấm, sơn chịu nhiệt phục vụ cho từng yêu cầu đặc thù của khách hàng

Những năm gần đây, nhờ thu hút đầu tư nước ngoài, ngành sản xuất sơn của Việt Nam đã có bước phát triển vượt trội, nhiều hãng sơn nổi tiếng đã đầu tư vào Việt Nam dưới hình thức liên doanh, 100% vốn nước ngoài hoặc chuyển giao công nghệ Các sản phẩm sơn của Việt Nam được sản xuất tập trung nhiều ở Thành phố

Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, tiếp theo là ở Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh và một số tỉnh miền trung như Thưà Thiên Huế, Đà nẵng, Khánh hoà

Xu hướng phát triển ngành:

Lượng sơn tiêu thụ ở Việt Nam còn thấp, mới chỉ đạt từ 2,8kg/người/năm (năm 2007) Trong khi đó, tại các nước phát triển như Úc và Nhất Bản bình quân tiêu thụ là 9-12 kg/người/năm và các nước trong khu vực cũng đạt 4-5 kg/người/năm Như vậy nhu cầu sơn của Việt Nam sẽ tiếp tục tăng theo đà phát triển kinh tế của đất nước Thị trường ngành sơn năm 2007 đạt được 459 triệu USD

về giá trị và 247.000 tấn về sản lượng Xu hướng tăng trưởng của ngành sơn của Việt nam đã được khẳng định Theo dự báo ngành sơn sẽ tiếp tục tăng trưởng trong những năm tới

1.2 Phân loại sơn:

 Sơn có thể phân loại dựa trên các yếu tố dưới đây:

• Phân loại theo công nghệ và nguyên liệu sử dụng: sơn nhũ tương (pha phân tán là dung môi hữu cơ, thường gọi là sơn dung môi, pha phân tán là nước

Trang 4

tia EB và UB

• Phân loại theo phương pháp sử dụng: sơn quét, sơn phun, sơn tĩnh điện, sơn điện ly

• Phân loại theo ngoại quan: Sơn trong, sơn bóng, sơn mờ, sơn huỳnh quang

• Phân loại theo chức năng màng sơn: Sơn lót, sơn nền, sơn phủ

• Phân loại theo lĩnh vực sử dụng: Sơn trang trí, sơn ô tô, sơn bê tông, sơn đáy tàu, sơn chống rỉ

 Phân loại sơn được dựa theo nguyên liệu sử dụng:

• Sơn dung môi: Dung môi hữu cơ được sử dụng để giữ nhựa và bột màu nằm

ở dạng lỏng Một số loại dung môi khác nhau được sử dụng để sản xuất loại sơn này Lượng dung môi trong sơn sản phẩm chiếm tới 40-50% khối lượng Sau khi dung môi bay hơi hết tạo thành màng sơn

• Sơn không dung môi, sơn bột: Do quá trình bay hơi của dung môi trong khi sản xuất và sử dụng sơn gây ô nhiễm môi trường, loại sơn bột và sơn không

có dung môi đã được sản xuất và sử dụng trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau Trong thập kỷ qua loại sơn này đã được sử dụng nhiều trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam tỉ lệ sử dụng loại sơn này còn thấp

• Sơn nước: Chất tạo màng của các loại sơn này tan trong nước Ưu điểm của loại sơn này là giảm độc hại, không gây ra cháy nổ Hiện nay trong ngành xây dựng ở nước ta loại sơn này được sử dụng rộng rãi để sơn nhà trang trí và chống thấm

Hai loại sản phẩm sơn dung môi hữu cơ và sơn nước chiếm tới 90% thị phần cũng như sản lượng trong cơ cấu sản phẩm sơn của Việt Nam

1.3 Nguyên liệu sản xuất sơn

Sơn bao gồm các thành phần chính như sau:

• Chất tạo màng:Chất tạo màng có chức năng kết dính các thành phần trong sơn, thường sử dụng là các loại nhựa Tùy loại sơn mà người ta sử dụng các loại nhựa khác nhau Sơn dung môi sử dụng nhựa alkyd tan trong dung môi còn sơn nhũ tương hay sơn tan trong nước dùng nhựa tan trong nước Nhựa alkyd được dùng rất phổ biến (33%), nhựa acrylic (19%), nhựa vinyl (19%) còn lại là loại khác

• Phụ gia: là chất tổ hợp trong sơn để tăng cường một số tính năng của màng sơn Các chất phụ gia bao gồm: chất hóa dẻo, chất làm khô, chất chống bọt, chống rêu mốc, chất dàn, chất chống lắng v.v

• Bột màu: được sử dụng để tạo màu sắc, tạo độ phủ, tăng các tính năng cơ học

Trang 5

của màng sơn Bột màu thông thường là chất vô cơ, cũng có khi sử dụng hợp chất hữu cơ Bột màu cơ bản thông dụng nhất là titan dioxit (Ti2O) tạo màu trắng (65%), các bột màu vô cơ (33%) trong đó chủ yếu 27% là oxit sắt, oxit kẽm, kẽm bột, nhôm dạng nhão (paste), bột màu hữu cơ sử dụng với lượng nhỏ (2%) Màu vàng: sử dụng cromate kẽm, cromat chì Tùy vào màu và yêu cầu sản phẩm mà các hóa chất khác nhau được lựa chọn để sử dụng tạo màu

• Bột độn thường được sử dụng là thạch cao, CaCO3, bột tan, đất sét… Lượng bột màu và bột độn sử dụng là khoảng 30-200kg/tấn sơn

• Các pha phân tán: sử dụng để hòa tan, giữ bột màu và nhựa ở dạng lỏng Pha phân tán có thể là dung môi hữu cơ, có thể là nước, ngoài ra còn sử dụng chất pha loãng

1.4 Xử lý nước thải trong ngành sản xuất sơn nước:

1.4.1 Quá trình sản xuất Sơn nước

Sản phẩm nhập kho

Nước vệ sinh thiết

bị

Chuẩn bị và Muối ủ bột

Bột màu, bột độn, nước chất phụ gia, chất tạo màng

Nước vệ sinh thiết

bị Nước thải sau làm lạnh

SS, COD cao

Cặn sơn

Pha sơn

Lọc

Bao bì nhựa

Nhãn mác

Bao bì kim loại

Bao bì nhựa Nhãn mác Bao bì kim loại

Trang 6

1.4.2 Thuyết minh quy trình sản xuất:

Muối ủ:

Ở công đoạn này, bột màu (oxit kim loại như oxit titan, thiếc, chì…) , bột độn (CaCO3, silica, đất sét ), phụ gia (chất phân tán, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bọt v.v), một phần chất tạo màng là nhựa latex (vinyl-acrylic, styrene-acrylic) và nước sạch được đưa vào thùng muối ủ, khuấy nhẹ để hỗn hợp trộn đều và trở nên đồng nhất, ủ trong thời gian vài giờ, sau đó mới chuyển sang công đoạn 2 Nhựa latex tan trong nước Sau khi hỗn hợp nguyên liệu đã được thấm ướt và đồng nhất thành dạng paste, paste sơn được chuyển tiếp vào công đoạn khuấy trộn (công đoạn 2)

Phát thải từ công đoạn này là bụi bột màu, bột độn bay lên, bao bì đựng nguyên liệu ban đầu sau sử dụng, nước thải vệ sinh thiết bị

Pha sơn:

Ở công đoạn này, paste sơn được bổ sung thêm đủ lượng chất tạo màng, phụ gia, nước và được khuấy ở thùng khuấy có máy khuấy tốc độ cao Thùng khuấy sơn được làm lạnh vỏ thùng để giữ cho nhiệt độ hỗn hợp khuấy không bị nóng lên Khi hỗn hợp khuấy đã đạt được độ khuyếch tán đồng đều, độ mịn và độ linh động, sản phẩm cuối cùng sẽ được chuyển sang công đoạn đóng thùng

Phát thải ở giai đoạn này là nước thải vệ sinh thiết bị, nước thải làm lạnh và tiếng ồn của máy khuấy

Lọc:

Công đoạn này được thực hiện để loại bỏ tạp chất

Chất thải của công đoạn này là nước thải và cặn sơn

Đóng gói sản phẩm và nhập kho:

Bao bì đựng sơn nước thường là bao bì nhựa Bao bì sau khi in phun nắp và dán nhãn được đóng sơn

Phát thải ở giai đoạn này là nước vệ sinh thiết bị, bao bì, nhãn mác hỏng

1.5 Nước thải trong sản xuất sơn nước

Nước vệ sinh thiết bị

Trong sản xuất sơn, quá trình vệ sinh các thùng chứa sơn,các thiết bị sản xuất đóng vai trò quan trọng để đảm bảo các yêu cầu về chất lượng sản phẩm Tùy theo nguyên liệu sử dụng và loại sơn sản phẩm mà người ta sử dụng nước hay dung môi

để vệ sinh thiết bị Nước hay dung môi từ quá trình vệ sinh chứa các hóa chất, chất màu chứa kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường

Nước làm mát

Trong quy trình công nghệ sản xuất sơn, khâu nghiền phải sử dụng nước làm mát để hỗn hợp paste sơn không bị bay hơi dung môi, đồng thời làm ảnh hưởng tới

Trang 7

tính chất của sơn sản phẩm

Nước được đưa qua hệ thống làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống khoảng 7oC

trước khi đưa vào làm mát thiết bị nghiền sơn Nước ra khỏi thiết bị có nhiệt độ cao

sẽ được làm nguội sau đó đưa trở lại làm lạnh cho mục đích làm mát khâu nghiền Cần bổ sung một lượng nước do bay hơi, mất mát

Tóm lại, nước thải của nhà máy sơn có chứa nhiều chất gây ô nhiễm với độ phân tán, độ bền nhiệt động học, hoạt tính hóa học khác nhau và có độ độc cao, màu sắc, mùi đặc biệt Chúng là các chất tạo màng, dung môi, bột màu, các phụ gia biến tính và hóa dẻo Những hợp chất này có mặt trong nước thải là tác nhân tạo COD và

SS cao

2 Mục tiêu của đồ án:

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải của ngành công nghiệp sản xuất sơn nước như sau:

 Nước thải đầu vào:

• Lưu lượng nước thải: 300 m3/ngày_đêm

• Lưu lượng giờ trung bình: 12.5 m3/h

 Các thành phần ô nhiễm chính từ nhà máy sản xuất sơn

Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

khi thải vào nguồn nước tiếp nhận nước thải không vượt quá giá trị C max được tính

toán như sau:

Trang 8

C max = C x K q x K f

Trong đó:

Cmax là nồng độ tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào nguồn nước tiếp nhận nước thải, (mg/l)

• C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm

• Kq là hệ số lưu lượng/dung tích nguồn nước tiếp nhận nước

• Kflà hệ số lưu lượng nguồn thải

1.1 Giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép

Cmaxtrong nước thải công nghiệp khi thải vào các nguồn nước tiếp nhận nước thải được quy định tại Bảng 1

Bảng 1.1: Gía trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép

 Giá trị hệ số Kq đối với nguồn nước tiếp nhận nước thải công nghiệp là sông, suối, kênh, mương, khe, rạch được quy định tại Bảng 2 dưới đây

Lưu lượng dòng chảy của nguồn nước tiếp nhận

Bảng 1.2: Giá trị hệ số K q ứng với lưu lượng dòng chảy của sông, suối,

kênh, mương, khe, rạch tiếp nhận nước thải

Giả sử Q của nguồn tiếp nhận thuộc khoảng 50 < Q ≤ 200 Chọn K q = 1

 Giá trị hệ số K f ứng với lưu lượng nước thải

Giá trị hệ số Kf ứng với lưu lượng nước thải được quy định bởi bảng dưới đây

Trang 9

Lưu lượng nguồn nước thải (F )

Bảng 1.4 : Tính chất nước sau khi xử lý

STT THÔNG SỐ Ô NHIỄM Nồng độ đầu

vào

Nồng độ đầu ra QCVN 24:2009 (K f = 1,1, Kq = 1)

Trang 10

Chương II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 Giới thiệu các phương pháp xử lý đối với nước thải sản xuất sơn

1.1 Phương pháp keo tụ - tạo bông

Do đặc điểm của nước thải ngành sản xuất sơn là hàm lượng SS và COD thường rất cao nên việc sử dụng phương pháp keo tụ tạo bông sẽ đạt hiệu quả xử lý cao

Cơ chế của quá trình đông keo tụ: các hạt cặn lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương Với các hạt rắn có nguồn gốc silic, các hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm Các hạt mang điện tích âm này sẽ hút các ion trái dấu Một số ion trái dấu đó sẽ bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn,

do đó tạo thành một mặt trượt Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện tích dương ở bên trong Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và các lớp chuyển động gọi là thế zeta hay thế điện động Nếu như điện tích âm thực là điện tích đẩy và thêm vào đó tất cả các hạt còn có lực hút tĩnh điện – lực Van der Waals – do cấu trúc phân tử các hạt Tổng của hai loại điện tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trở các hạt rắn liên kết với nhau Như vậy mục tiêu của keo tụ là làm giảm thế zeta, tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách thêm các ion có điện tích dương (các hydroxyt sắt và nhôm) Khi thế cân bằng điện động bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ dính kết với nhau bàng liên kết phân tử và điện tử, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tụ do Các tổ hợp trên gọi là các bông keo Khi lắng xuống các bông keo này sễ hấp thụ các chất màu và các chất khó phân huỷ sinh học tạo thành bùn Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào hoá trị ion, chất keo tụ mang điện tích trái dấu và điện tích của hạt Hoá trị ion càng lớn thì hiệu quả keo tụ càng cao

Quá trình phân huỷ các chất keo tụ tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau:

Trang 11

Các chất keo tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng,

có thể kết hợp thêm sữa vôi

 Các loại hoá chất keo tụ

• Phèn nhôm Al 2 ( SO 4 ) 3 18H 2 O

Cần có độ kiềm trong nước để tạo bông hydroride

Al2( SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO3)2  2Al(OH)3 +3CaSO4 + 18H2O + 6CO2

2FeCl3+ 3Ca(HCO3)2  2Fe(OH)3+ 3CaSO4+ 6CO2

pH tối ưu từ 4 ÷12 Bông cặn tạo thành dày, ổn định nhanh

Các muối sắt sử dụng làm chất đông keo tụ có ưu điểm hơn muối nhôm

- Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp

- Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn

- Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối

- Có thể khử được mùi vị khi có H2S

Tuy nhiên trong thực tế muối nhôm được ứng dụng rộng rãi vì khả năng hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng pH = 5 – 7,5

Để tăng cường quá trình tạo bông keo hydroxyt nhôm và sắt với mục đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành quá trình keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các chất trợ đông Việc sử dụng các chất trợ đông cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo Các chất trợ keo tụ thường dùng nhất là các polyacylamit

Áp dụng phương pháp keo tụ có các ưu điểm: Có thể áp dụng khi nước nguồn dao động, hiệu quả cao hơn lắng sơ bộ, hiệu quả khử độ màu, độ đục rất cao, thiết bị gọn, ít diện tích, hoá chất sử dụng dễ kiếm và có giá thành thấp Tuy nhiên

Trang 12

phương pháp này cũng có khuyết điểm là: hiệu quả xử lý thấp hơn xử lý bằng sinh học, lượng bùn lớn, chi phí vận hành cao

1.2 Phương pháp oxi hóa:

Nước thải nhà máy sơn gồm các chất tạo màng, dung môi, bột màu, các phụ gia, có khả năng gây ô nhiễm với độ phân tán, độ bền nhiệt động học, hoạt tính hóa học khác nhau.Vì vậy nước thải sơn có độ độc rất cao Một trong những phương pháp được dùng để xử lý nước thải sản xuất sơn đó là phương pháp oxi hóa Fenton

Từ đầu những năm 70 người ta đã đưa ra một quy trình áp dụng nguyên tắc phản ứng Fenton để xử lý ô nhiễm nước thải có độc tính cao mà theo đó hyđro peroxyt phản ứng với sắt (II) sunfat sẽ tạo ra gốc tự do hyđroxyl có khả năng phá hủy các chất hữu cơ Trong một số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ sẽ chuyển hóa thành CO2 và nước Phản ứng Fenton cần có xúc tác và chất oxy hóa Chất xúc tác có thể là muối sắt II hoặc sắt III, còn chất oxy hóa là hyđro peroxit (H2O2) Phản ứng tạo ra gốc tự do hyđroxyl diễn ra như sau:

lý phản ứng Fenton người ta có thể dùng nguồn ánh sáng cực tím hay dùng điện phân cùng kết hợp với H2O2.Trong thực tế để xử lý nước thải ô nhiễm người ta có thể dùng các bình phản ứng hay xử lý tại chỗ Trong trường hợp xử lý tại chỗ mà nước thải ngấm vào đất thì sau đó phải xúc bỏ phần đất nhiễm bẩn đi để tránh tình trạng các chất bẩn ngấm vào các mạch nước ngầm

Trang 13

Phương pháp oxi hóa sử dụng phản ứng Fenton đạt hiệu quả phá hủy chất ô nhiễm rất cao Đối với nước thải ngành sản xuất sơn, hiệu quả xử lý COD đạt

khoảng 80%

2 Lựa chọn công nghệ xử lý

Do thành phần nước thải sản xuất sơn có thành phần COD và SS cao Mặt khác, nước thải nhà máy sơn gồm các chất tạo màng, dung môi, bột màu có khả năng gây ô nhiễm với độ phân tán, độ bền nhiệt động học, hoạt tính hóa học khác nhau, có độ độc cao, màu sắc, mùi đặc biệt nên quá trình xử lý cần kết hợp các phương pháp hóa học, hóa lý, và sinh học

2.1 Yêu cầu công nghệ

 Nước thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn đầu ra theo QCVN 24: 2009/BTNMT (Loại B)

 Lưu lượng đầu vào, các chất có trong thành phần nước thải

 Đảm bảo điều kiện mặt bằng và địa chất thủy văn khi xây dựng

 Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý

2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ:

Trang 14

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Hố thu gom

Bể Điều hòa

Bể Lắng I

Bể Keo Tụ Tạo Bông

Bể Lắng

Bể Oxi-hóa Fenton

Bể Aerotank

Bể Lắng Trung Hòa

Nước thải đầu vào

Bể nén bùn

Bùn tuần hoàn Máy thổi khí

Dinh dưỡng

SCR

Trang 15

Nước thải từ các công đoạn trong nhà máy được dẫn qua song chắn rác để loại bỏ các tạp chất thô (nhãn mác, bao bì, …) rồi dẫn vào hố thu gom Tại đây, nước thải được bơm tiếp tục sang bể điều hoà để điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm đảm bảo cho các công trình xử lý phía sau Sau đó, nước thải được dẫn qua bể lắng I nhằm loại bỏ các cặn cứng (cát), cặn lơ lững và các bông cặn, cũng như giảm thiểu một phần BOD5, COD Tiếp đó nước thải được dẫn sang hệ thống bể keo tụ tạo bông gồm bể trộn và bể tạo bông Nước thải được bổ sung axit H2SO4 để giảm pH xuống còn 7,5 đảm bảo điều liện tối ưu cho quá trình keo tụ diễn ra Tại bể trộn, nước thải được châm axit, chất keo tụ phèn nhôm, có bổ sung thêm PAA (nhằm tăng hiệu suất quá trình lắng), khuấy trộn rồi đi vào bể tạo bông gồm 3 ngăn Tại bể keo tụ khử được một phần COD, BOD5, và độ màu, độ đục có trong nước thải

Sau khi qua bể keo tụ thì nước thải được dẫn sang bể lắng cấp I để lắng tách các bông keo Lúc này hàm lượng COD, BOD5, SS trong nước thải giảm một lượng đáng kể Tuy nhiên hàm lượng COD vẫn còn cao Do đó, nước thải tiếp tục được châm axit H2SO4 để làm giảm pH xuống còn 3 nhằm tạo điều kiện thích hợp để đi vào bể oxi hóa bằng hệ chất Fenton nhằm oxi hóa các hợp chất vô cơ, các hợp chất khó phân hủy thành dễ phân hủy tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo Lúc này, ta bổ sung thêm chất oxi hóa H2O2 và xúc tác KMnO4 và FeSO4.7H2O để phản ứng oxi hóa diễn ra Sau đó, nước được dẫn vào bể lắng trung hòa nhằm vừa lắng bùn từ bể oxi hóa vừa đưa pH về trung tính đề đi vào bể Aerotank xử lý các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, nước thải ra được đi qua bể lắng II để lắng bùn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

Bùn thải từ bể lắng II một phần được tuần hoàn trở lại bể Aerotank, phần còn lại sẽ cùng với bùn thải từ các bể lắng cấp I , keo tụ, và bể oxi hóa được đưa sang bể nén bùn, lọc ép bùn Tại đây, nước tách bùn được tuần hoàn lại cho vào hố thu gom Bùn từ nước thải sơn có tính độc cao sẽ được mang đi chôn lấp hoặc xử lý bằng phương pháp đốt

Trang 16

Chương 3 TÍNH TOÁN

1 Các thông số đầu vào:

 Nước thải đầu vào:

• Lưu lượng nước thải: Q = 300 m3/ngày_đêm

• Lưu lượng giờ trung bình: Qh tb= 12,5 m3/h

• Lưu lương giây trung bình: Qs tb= 3,47x10- 3 m3/s = 3,47 l/s

Bảng 3.1 : Hệ số không đều hòa chung K 0

Khi lưu lượng trung bình của nước thải nhỏ hơn 5 l/s thì K 0 lấy bằng 5

(nguồn: Tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN-51:2008)

• Vì Qs tb= 3,47 l/s < 5 l/s nên lấy K0max = 5

• Lưu lương giờ lớn nhất max

Trang 17

2.1.2 Tính toán Bảng 3.2 Các thông số tính toán cho song chắn rác làm sạch bằng thủ công

• Chọn tốc độ dòng chảy trong mương: vs = 0,3 m/s

• Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bẩn: H = 0,7

• Chọn kích thước mương: rộng x sâu = B x H = 0,3m x 0,7m

• Chiều cao lớp nước trong mương là:

h =

B v

max

=

3,03.03600

5,

 Tính toán kích thước song chắn rác

• Giả sử song chắn rác có n thanh, vậy số khe hở m = n+1

• Mối quan hệ giữa chiều rông mương, chiều rộng thanh và khe hở giữa các thanh w = 25mm như sau:

B = n x b + (n+1) x w

 300 = n x 5 + (n+1) x 25 Giải ra ta tìm được n = 9,17

Trang 18

Chọn số thanh n = 9  ta có thể điều chỉnh khoảng cách giữa các thanh lại như sau:

b – chiều rộng thanh song chắn, b = 5mm = 0,005m

h s

h

m A

Q

0485.0/3600

/5,

62

2

3 max

m g

v V

81,92

3,0358,07.0

12

7,0

h

Trang 19

2.2 Hố thu gom

2 2.1 Nhiệm vụ

Hố thu gom nước thải, thu gom triệt để lượng nước thải của nhà máy

và đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho bơm hoạt động an toàn Đảm bảo lưu lượng

cố định cho công trình phía sau hoạt động với hiệu suất cao

60

10 5 ,

t Q

Trong đó:

max

h

Q : Lưu lượng giờ lớn nhất của dòng thải qua SCR , m3/h

t: Thời gian lưu nước, t = 10- 30 phút, chọn t = 10 phút

• Chọn chiều sâu hữu ích h = 2m, chiều cao an toàn lấy bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng hf = 0,7m Vậy chiều sâu tổng cộng :

H = h + hf= 2m + 0,7m =2,7m

• Chọn hố thu gom hình vuông, chiều dài cạnh hố thu gom là :

m h

• Vậy thể tích hố thu gom là : V = 2,3m x 2,3m x 2,7m = 14,3 m3

 Tính toán bơm hút nước thải

Chọn bơm chìm có lưu lượng Qb = Qh tb = 12,5 m3/h Cột áp của bơm Hb=5m

581,9100000347

ρ: Khối lượng riêng của nước (kg/m3)

η: Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93 , chọn η= 0,8

 Công suất bơm thực: (lấy bằng 120% công suất tính toán)

Trang 20

Nthực= N x 1,2 = 0,21 x 1,2 = 0,252 kW Chọn 2 bơm EBARA, ký hiệu DW VOX 75 có công suất 0,55 KW, cột áp H

= 6,3 m, hoạt động luân phiên

Bảng3.4 tổng hợp tính toán hố thu gom

Thông số thiết kế Ký hiệu Đơn vị Giá trị

• Trong bể điều hòa thường bố trí hệ thống khuấy trộn hoặc hệ thống sục khí nhằm tạo sự xáo trộn đều các chất ô nhiễm trong toàn bộ thể tích nước thải, tránh việc lắng cặn, lên men tạo mùi hôi, bên cạnh đó cũng giúp oxi hóa một phần chất hữu cơ

• Nước thải sản xuất sơn dao động với hệ số không điều hoà K cao nên việc xây dựng bể điều hoà để các công trình xử lý nước thải tiếp theo hoạt động hiệu quả và kinh tế hơn

t: Thời gian lưu nước trong bể điều hoà (4-8 giờ), Chọn t = 4giờ

 Kích thước xây dựng của bể điều hoà

• Chọn chiều cao làm việc là : h = 3(m), chiều cao bảo vệ hbv= 0,5(m)

• Diện tích ngang của bể điều hoà:

Trang 21

 Tốc độ khuấy trộn bể điều hoà

Chọn khuấy trộn bể điều hoà bằng hệ thống thổi khí Lượng khí nén cần cho thiết bị khuấy trộn:

qkhí= R × Vdh(tt) = 0,9 khí m3/m3bể.h × 57,75 m3 = 52 m3/h

Trong đó:

R: Tốc độ khí nén, R = 10 – 15 l/m3.phút, chọn R = 15 l/m3.phút

= 0,015 m3/m3.phút = 0,9 (m3khí/m3 bể.h)

Vdh(tt): Thể tích thực tế của bể điều hoà

Bảng 3.5 : Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí

(Nguồn:Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - tính toán thiết kế công trình , Lâm

Minh Triết)

Chọn khuếch tán khí bằng đĩa sứ bố trí dạng lưới Vậy số đĩa khuếch tán là:

Trang 22

n =

dia h m

h

m r

q kk

./8,4

/

523

 Đường kính ống chính

D=

π

016,0

Chọn ống sắt tráng kẽm có Φ20

 Áp lực và công suất của hệ thống nén khí:

Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo công thức:

Htc= (hd + hc) + hf+ H

Trong đó:

hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn

hc: Tổn thất áp lực cục bộ, m

hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, m

H: Chiều cao hữu ích của bể điều hoà, H = 3 m

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

Htc= 0,4 + 0,5 + 3 = 3,9 m

 Áp lực không khí sẽ là:

33,10

9,333,

1033

,10

33,

=+

 Công suất máy thổi khí tính theo công thức sau:

Trang 23

N = kw

n

q k

6,18,

0

*102

02,0

*2

*)137,1(

*34400

*102

*

*)1(

qkk: Lưu lượng không khí, chọn qkk= 0,02m3/s

n: Hiệu suất máy thổi khí, n = 0,7 – 0,9, chọn n = 0,8

k: Hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế thực tế, chọn n = 2

Chọn 2 máy thổi khí hiệu ShowFou - Series RLC – Taiwan, ký hiệu RLC – 40 có công suất 2,2 kW, cột áp H = 5 m, 1 làm việc, 1 dự phòng

 Tính toán đường ống dẫn nước thải vào và ra khỏi bể

Lưu lượng nước thải: tb

h

Q = 12,5 m3/h

Vận tốc nước thải trong ống: v = 0,3 – 0,7 m/s

Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC,vận tốc nước thải trong ống vống = 0,7 m/s

Chọn ống PVC φ= 75 mm (nhựa Tiền Phong)

Tính lại vận tốc nước chảy trong ống

s m D

Q

/69,0360008

,0

5,12

43600

 Bơm nước thải:

Chọn hai máy bơm để bơm nước thải từ bể điều hòa sang bể lắng I Một hoạt động một dự phòng

1081,9100000347

ρ: Khối lượng riêng của nước (kg/m3)

η: Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93 , chọn η= 0,8

 Công suất bơm thực: (lấy bằng 120% công suất tính toán)

Nthực= N x 1,2 = 0,43 x 1,2 = 0,52 kW Chọn 2 bơm EBARA, ký hiệu DW VOX 75 có công suất 0,55 KW, cột áp H = 6,3 m, hoạt động luân phiên

Trang 24

Bảng3.5Tổng hợp tính toán bể điều hòa

hiệu Đơn vị Giá trị

Bảng 3.6 Giá trị đầu vào và đầu ra của các thông số sau khi qua bể điều hòa

Thông số BOD 5 (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l)

2.4 Bể lắng 1:

2.4 1 Nhiệm vụ:

Nước thải qua bể lắng I nhằm loại bỏ các cặn cứng (cát), cặn lơ lững và các

bông cặn có nồng độ lớn hơn 1000 mg/l, cũng như giảm thiểu một phần BOD, COD

Trang 25

+ Lưu lượng cao điểm 80 – 120

L

Q A

tb

=Đường kính bể lắng:

)

(3,314,3

57,84

• Chiều cao lớp trung hòa hth= 0,2m

• Chiều cao bảo vệ hbv= 0,3m

Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng đợt I là:

Htc= H + hb + hth+ hbv= 3 + 0,3 + 0,2 + 0,3 = 3,8 m Chiều cao ống trung tâm:

h = 60%H = 0,6 x 3 = 1,8 m

 Kiểm tra lại thời gian lưu nước trong bể:

Thể tích phần lắng:

) ( 6 , 24 3 ) 66 , 0 3 ,3 ( 4

14 ,3 )

Trang 26

h h

Q

3,314,3

m

33,9

Máng răng cưa gắn vào máng thu nước (qua lớp đệm cao su) để điều chỉnh cao độ máng thu

 Máng răng cưa xẻ khe thu nước hình chữ V, góc 900

 Hai khe cách nhau: d = 300mm

 Tổng số khe dịch chuyển: ndc= Lmáng/d = 9,33/0,3 = 31khe

Trang 27

 Hiệu quả xử lý cặn lơ lững SS và BOD5trong bể lắng đợt I được tính theo công thức:

t b a

t R

×+

Trong đó: R : hiệu quả khử SS hoặc BOD5

t : thời gian lưu nước (h)

a, b hằng số thực nghiệm ở t0≥ 200C cho theo bảng như sau

97.1

×+

=

×+

=

t b a

t

R BOD

%5697.1014.00075.0

97

×+

=

×+

=

t b a

t

R ss

 Lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày:

ngày kgSS m

l ngày m mg kg l mg

Bảng 3.8 Giá trị đầu vào và đầu ra của các thông số sau khi qua bể lắng I

Thông số BOD 5 (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l)

Bảng3.9 Ttổng hợp tính toán bể lắng I

Thông số thiết kế Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Trang 28

2.5 Bể keo tụ - tạo bông:

2.5.1 Nhiệm vụ:

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử vào nước Sự keo tụ được tiến hành để thúc đẩy quá trình tạo bông làm tăng vận tốc lắng các hạt Mục đích của quá trình này là nhằm làm giảm SS, độ màu, độ đục và một phần COD, BOD5

2.5.2 Tính toán:

 Chọn chất keo tụ là phèn nhôm Al2(SO4)3..18H2O

 Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi pH = 5 – 7,5

Ở đây ta chọn pH tối ưu là 7.5 Khi nhiệt độ cao, tốc độ keo tụ xảy ra nhanh chóng, hiệu quả keo tụ đạt càng cao, giảm lượng phèn cho vào nước

 Khi nước có hàm lượng chất rắn lơ lửng SS = 1260 mg/l, liều lượng phèn nhôm không chứa nước cần dùng là Pp= 65 mg/l

 Trước khi tiến hành quá trình keo tụ ta tiến hành giảm pH dòng thải để tạo điều kiện tối ưu cho keo tụ và hoà trộn phèn trong bể hoà trộn

2.5.2.1 Tính lượng axit H 2 SO 4 cho vào bể

 Tại pH =7.5 là điều kiện tối ưu cho keo tụ đối với nước thải sản xuất sơn

• Nước thải sản xuất sơn nước tính toán có pH = 8,5

• Nồng độ ion [H+] trong nước thải ban đầu: pH = 8,5 => [H+] = 10 8,5 mol/l

-• Nồng độ ion [H+] trong nước thải sau khi trung hòa: pH= 7,5 => [H+] = 10- 7,5 mol/l

• Lượng [H+] cho thêm vào bằng lượng [H+] tăng từ 10- 8,5xuống 10 7,5:

-[H+] = 10- 7,5 - 10- 8,5= 2,85 x 10- 8mol/l

H2SO4 → 2H+ + SO42-

Nồng độ mol: 1,425 x 10- 8 mol/l ← 2,85 x 10- 8mol/l

Sử dụng H 2 SO 4 98% để trung hòa nước thải, lượng H 2 SO 4cần bổ sung:

[ ]

h L C

M Q SO H Q

SO H

tb h

/ 10 68 , 9 1840

98 , 0

98 1000 5 , 12 10 425

,1

%

6 8

4 2 SO

H

4 2

4 2 4

Q =12,5m3/h

Trang 29

Lượng phèn cần dùng cho một ngày:

5, 19 / 10 5.\, 19 / 10 / 300 /

tb h

b

P n Q W

n : Thời gian giữa hai lần hòa trộn phèn, h Chọn n = 24 h

Pp: Liều lượng phèn dự tính cho vào nước, g/m3 Pp= 65 g/m3

bh : Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa trộn, % Chọn b =10%

ρ: Khối lượng riêng của dung dịch, tấn/m3 ρ= 1 tấn/m3

195,011010000

65245,

Chọn bể có dạng hình tròn và được làm bằng vật liệu PE

Thể tích của bể được tính như sau:

h S

Trong đó: W:thể tích của 1 bể, m3

S :Diện tích mặt cắt ngang của bể, m2

h :Chiều sâu bể Chọn h = 0,5 m và chiều cao bảo vệ là 0,3 m

5,0

195,0 =

Trang 30

 Tính khối lượng phèn nhôm cho vào bể

Ta có:

b O

H d

d

x

ρ ρ

b

ρ : Khối lượng riêng của phèn, ρb= 1107 kg/m3

x : Nồng độ dung dịch cần pha loãng, chọn 10%

1

1107

10

,0996

10,0

Q D

m

V

d p

tb h

100610

10100655,

12

%10

2 5.2.3 Tính lượng PAA cho vào bể

 Để tăng cường quá trình tạo bông và tăng tốc độ lắng của cặn ta bổ sung chất trợ tạo bông là PAA với hàm lượng 1÷5 mg/l Ta chọn hàm lượng PAA là 3 mg/l

 Lượng PAA cần dùng trong 1 ngày là:

9,010910300

Dung dịch PAA được bơm vào nước với nồng độ 0,5 %

 Thể tích bể hoà tan PAA là:

tb h

b

P n Q W

10000Trong đó

n : Thời gian giữa 2 lần hoà tan phèn, chọn n = 24 giờ

Pp: Liều lượng PAA dự tính cho vào nước, g/m3 Pp= 3 g/m3

bh: Nồng độ dung dịch PAA trong thùng hoà trộn, % bh = 0,5 %

ρ: Khối lượng riêng của dung dịch, tấn/m3 ρ= 1 tấn/m3

15,010000

3245,

tb h

b

P n Q

Trang 31

Chọn bể có dạng hình tròn và được làm bằng vật liệu PE

 Mặt khác, thể tích của bể được tính như sau:

h S

Trong đó

W: Dung tích của bể, m3

S : Diện tích mặt cắt ngang của bể, m2

h: Chiều sâu bể, m Chọn h = 0.5 m và chiều cao bảo vệ của bể 0.3 m

5,0

18,0 =

123600

P = µ 2

/.108007,0

W V

P D

T

Trang 32

D: đường kính cánh khuấy, W : bề rộng cánh khuấy

Chọn cánh khuấy là turbine 6 cánh phẳng, tra bảng ta có: KT= 6,3 n: số vòng quay của cánh khuấy, với cánh khuấy phẳng ta có n = 50 -500 v/phút  chọn n = 175 v/phút

Trọng lượng riêng của nước thải tại 300C: 3

/996

P D

T

)60/175(9963,6

3,71

8007.0

996)60/175(2,0

Như vậy, Dilà số vòng quay n đã chọn đạt chế độ chảy rối

Kích thước bể trộn có thể thiết kế theo bảng sau với turbine 6 cánh phẳng:

Trang 33

• S: Đường kính đĩa trung tâm Thiết kế bể hình trụ vuông, chọn Di/D = 0,4 , bể trộn chiều dài cạnh là: