Xử lý nước thải nhà máy sản xuất hóa chất biên hòa - Chương 4

Công ty sản xuất hóa chất Biên Hòa với hệ thống xử lý nước thải sơ bộ trước khi đưa vào hệ thống xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp ( KCN) được đầu tư với chuẩn nước thải đầu r

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ

A – TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

4.1 Phương pháp cơ học

Song chắn rác và lưới chắn rác

Lưới chắn rác bao gồm các thanh nằm song song, được thiết kế để giữ lại các mảnh vụn và các vật thể có kích thước lớn khác được mang theo bởi nước thải chảy vào Dựa trên cơ sở đánh giá tổng lưu lượng nước thải và những chất rắn có thể giữ lại được bằng lưới chắn rác mà nó đem theo vào, việc tách bỏ rác khỏi các thanh chắn hoạt động tự động

Hoạt động của lưới chắn rác được kiểm soát bởi các cảm biến mức nước ở phía trước và phía sau của lưới chắn Lượng rác giữ lại sẽ được nén thuỷ lực để giảm bớt thể tích trước khi được đưa đi xử lý hoặc lưu giữ trước khi xử lý

Bể lắng cát

Tầm quan trọng của việc lắng cặn và cát trước khi nước thải được đưa tới các bước

xử lýkhác có thễ cần thiết nếu lượng cặn thô còn lớn sau khi qua song chắn rác hay lượng cát lớn

Mục đích chính là để tránh sự tích tụ cát trong các bể phản ứng Ngoài ra, việc lắng cát hiệu quả giúp bảo vệ bơm và các thiết bị cơ điện khác khỏi bị mài mòn và giảm chi phí bảo dưỡng

Việc bảo đảm rằng chất hữu cơ và cát được tách biệt hoàn toàn là rất quan trọng để bảo đảm cho lượng cát bị giữ lại càng ít càng tốt Điều này giúp giảm bớt chi phí xử lý, đồng thời giữ cho quá trình bốc mùi từ cát ở mức tối thiểu Việc tách hiệu quả các thành phần hữu cơ và vô cơ tại bể lắng cát có thể đạt được thông qua việc thổi khí Do vậy,trong thực tiễn thường để kết hợp loại bể lắng cát này với thiết bị tách chất dầu mỡ việc loại chất béo mà chức năng chính là để bảo vệ các quá trình xử lý tiếp theo khỏi dầu mỡ do có

thể cản trở vận hành theo các cách khác nhau và làm tăng chi phí bảo dưỡng

Bể lắng đợt 1

Tương tự như bể lắng cát,bể lắng 1 có nhiệm vụ tách các hạt lơ lửng trên nguyên tắc trọng lực Cặn lắng của bể lắng 1 là loại cặn có trọng lượng thay đổi,có khả năng kết dính và keo tụ với nhau.Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ 80 – 85% lượng cặn trong nước thải

Vì vậy,đây là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải và thường được bố trí xử

lý ban đầu hay trước khi xử lý sinh học.Để có thể tăng cường quá trình xử lý ta có thể bổ sung thêm chất đông tụ sinh học

Căn cứ theo chiều nước chảy,người ta phân biệt thành các dạng bể lắng sau:

-Bể lắng ngang: nước chảy vào bể theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể.Bể lắng ngang có mặt bằng chữ nhật

-Bể lắng đứng :nước chảy vào bể theo phương thẳng đứng từ dưới đáy bể lên hoặc từ trên xuống.Bể lắng đứng thường có mặt bằng hình tròn hoặc vuông

-Bể lắng radien:nước chảy vào bể theo hướng từ trung tâm ra thành bể hay có thể ngược lại

Bể lọc

Dùng để tách các phần tử lơ lửng phân tán 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,…

Quá trình lọc chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quý hiếm có trong nước thải.Các loại bể lọc được phân loại như sau: -Lọc qua vách lọc

- Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học…thường quá trình xử lý diễn ra chậm

- Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo:

bể lọc sinh học (Bể Biophin), bể làm thoáng sinh học (Bể Aerotank),… Do các điều kiện tạo nên bằng nhân tạo mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường

độ mạnh hơn

Thông thường giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý cơ học Bể lắng đặt sau giai đoạn xử lý cơ học gọi là bể lắng I Bể lắng dùng để tách màng sinh học (đặt sau bể Biophin) hoặc tách bùn hoạt tính (đặt sau bể Aerotank) gọi là bể lắng II

Trong quá trình xử lý nước thải bằng bất kì phương pháp nào cũng tạo nên 1 lượng cặn bã đáng kể ( bằng 0,5% – 1% tổng lượng nước thải) Nói chung các loại cặn giữ lại ở trên các công trình xử lý nước thải đều có mùi hôi rất khó chịu (nhất là cặn tươi từ bể lắng I) và nguy hiểm về mặt vệ sinh Do vậy, nhất thiết phải xử lý cặn bã thích hợp

Khử trùng khác với tiệt trùng ,quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết các vi sinh vật,một số sẽ đưa vi sinh về dạng bất hoạt.Các phương pháp khử trùng nước thải phổ biến hiện nay là

-Dùng clo hơi qua thiết bị định lượng clo

-Dùng hypoclorit – canxi dạng bột Ca(ClO)2 hòa tan trong thùng dung dịch 3-5% rồi định lượng vào bể khử trùng

-Dùng hypoclorit – natri ; nước Javel (NaClO)

-Dùng ozon được sản xuất từ không khí do máy tạo ozon tạo ra.Phương pháp này cần chi phí cao

-Dùng tia UV do đèn thủy ngân áp lực thấp sinh ra.Phương pháp này cũng cần phải lưu ý

về tính kinh tế của nó

Trong các phương pháp trên thì phương pháp dùng Clo hơi và các hợp chất của Clo là được sử dụng phổ biến vì chúng được ngành công nghiệp dùng nhiều,có sẵn với giá thành chấp nhận được và hiệu quả khử trùng cao nhưng cần phải có thêm các công trình đơn vị như trạm cloratơ (khi dùng clo hơi),trạm clorua vôi (khi dùng clorua vôi ),bể trộn,bể tiếp xúc

Tuy nhiên,những năm gần đây các nhà khoa học đã đưa ra khuyến cáo nên hạn chế dùng clo khử trùng nước thải với lý do sau:

- Lượng clo dư khoảng 0,5 mg/l trong nước thải để đảm bảo an toàn và ổn định cho quá trình khử trùng sẽ gây hại đến cá và các sinh vật nước khác

- Clo kết hợp với hydrocacbon hình thánh các chất gây hại cho môi trường sống

B - TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

4.5 Xác định mục tiêu và giá trị lưu lượng dùng để thiết kế

4.5.1 Mục tiêu

Tính toán thông số vật chất, kích thước công trình, ước tính giá thành hệ thống cho một đơn vị công trình

4.5.2 Giá trị lưu lượng dùng để thiết kế :

Hệ số không điều hòa của nhà máy là : Kmax = 2,5, Kmin = 0,4

QTB = 500 m3/ngày đêm = 20,83 m3/ h = 5,78 l/s

Qmax = 2,5 x QTB = 2,5 x 500 m3/ ngày đêm = 1250 m3/ ngày đêm =52,08 m3/h =14,47 l/s

Qmin = 0,4 x QTB = 0,4 x 500 m3/ ngày đêm = 200 m3/ ngày đêm = 8,33 m3/h = 2,31 l/s

Bảng 4.1 Các thông số lưu lượng dùng trong tính toán

Lưu lượng trung bình giờ QTB (m3/ h) 20, 83

Lưu lượng trung bình lớn nhất Qh

max

Lưu lượng trung bình nhỏ nhất Q min (m3/ h) 8,33

Chọn chiều sâu hữu ích h = 3,5 m

Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m

42 , 10

= 2,97 m2 Chọn B = 1,5 m, L = 2 m

Song chắn rác giữ lại các tạp chất có kích thước lớn hơn 5 mm

Do công suất nhỏ và lượng rác trung bình, chọn SCR làm sạch bằng thủ công Rác sau thu gom được lưu trong kho chứa rác và chờ xử lý

Bảng 4.2 Các thông cần cho tính toán song chắn rác (SCR)

mm

5,08 – 15,24 25,4 – 38,1 25,4 – 50,8

30 – 45 0,31 – 0,61 152,4

Nguồn:Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp Tính toán thiết kế- Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân

Bảng 4.3 Bảng tính toán thủy lực cho mương dẫn đặt song chắn rác

Thông số thủy lực Ký hiệu, đơn vị

Lưu lượng ( l/s)

QTB = 5,78 Qh

max = 14,47 Qh

min = 2,31 Chiều ngang

0,250 0,0003 0,24 0,25

0,250 0,0003 0,18 0,1

Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn ứng với

01447 , 0

v : tốc độ nước chảy qua song chắn rác ,v = 0,24 m/s

l : khoảng cách giữa các khe hở ,l = 18 mm = 0,018 m ( điều 7.2.12 TCVN7957:2008)

K : hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cào rác cơ giới, K=1,05 Chiều rộng của song chắn rác được tính theo công thức :

BS = s x (n – 1) + (l x n)

BS = 0,008 x (14 -1) + (0,018 x 14) = 0,36 (m) = 0,4 m

Chọn BS = 0,4 m

Trong đó :

s : bề dày của song chắn rác ,thường lấy s = 0,008 m

Kiểm tra tốc độ dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn rác ứng với Qmin để khắc phục khả năng lắng đọng cặn khi vận tốc nhỏ hơn 0,4m/s

Vmin =

min

min

h B

Q

s =

1 , 0 4 , 0

00231 , 0

 = 0, 06 m/s Trong đó :

Qmin : lưu lượng nhỏ nhất chảy vào mỗi song chắn rác

- Theo dõi vận hành hệ thống và tiến hành nạo vét định kỳ mương dẫn

- Có bơm hút sau SCR vào các công trình đơn vị phía sau

4.7.2 Tổn thất áp lực ở song chắn rác :

2 max

Vmax : vận tốc của nước thải trước song chắn rác với chế độ Qmax , Vmax = 0,24 m/s

K1 : hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc ở song chắn rác ,K1 = 2-3,chọn

ξ = 1,83 x ) sin60o

018,0

008,0

4

 = 0,54 Trong đó :

β : hệ số phụ thuộcvào tiết diện ngang của song chắn ,chọn β = 1,83

α : góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy ,α = 60o

81,92

24,054,0

25,04,0

tg

 = 0,21 m Trong đó :

Bs : chiều rộng của song chắn rác ,Bs = 0,45 m

Bm : chiều rộng của mương dẫn ,Bm = 0,3 m

φ: góc nghiên chỗ mở rộng ,thường lấy φ = 200

Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác :

= 0,105 m

Chiều dài phần đặt song chắn rác :

L = L1 + L2 + Ls

L = 0,21 + 0,105 + 1,5 = 1,815 m

Trong đó :

Ls : chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls = 1,5m

Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn :

0,5 : khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất

Bảng 4.4 Kích thước thiết kết song chắn rác

mm

độ

0,008 0,01 0,45 0,04

28 0,025

4.8.1 Tính toán thủy lực cho mương dẫn:

Bảng 4.5 Bảng tính toán thủy lưc cho mương dẫn

Thông số thủy lực Ký hiệu, đơn vị

Lưu lượng ( l/s)

QTB = 5,78 Qh

max = 14,47 Qh

min = 2,31 Chiều ngang

0,200 0,0003 0,23 0,24

0,200 0,0003 0,16 0,1

 L =

7,18

24,03,07,1

74 , 14

8 , 0

= 0,12 m Chọn L = 3,0 ; B = 0.3

Kiễm tra lại diện tích mặt thoáng của bể lắng cát ngang :

N ll 

Trong đó :

Nll : số công nhân tính toán, Nll = 150 người

P : lượng cát giữ lại trong bể lắng cát cho một người trong ngày đêm, P=0,02l/ng.ngđ điều 8.3.5 TCVN 7957-2008 (ứng với hệ thống thoát nước hoàn toàn )

t : chu kỳ xả cát t ≤ 2 ngày đêm (để tránh sự phân hủy cặn cát )

Chọn t = 2 ngày/đêm

 Wc =

1000

2 02 , 0

= 0,006 (m3) = 6 kg Chiều cao lớp cát trong bể lắng ngang trong:

hc =

n b

06,0



 = 0,067 m Trong đó :

n: số đơn nguyên làm việc của bể lắng cát ngang, n = 1

Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang :

Cần pha loãng cát với nước thải sau khi xử lý với tỉ lệ 1:20 theo trọng lương cát

Lượng nước cần thiết cho thiết bị nâng thủy lực



 1000

365

F =

0 , 4 1000

365 02 , 0 150







= 0,27 m2 Chọn F = 0,5 m2

Trong đó :

N : số công nhân làm việc, N = 150 người

P : lượng cát tính cho 1 người trong 1 ngày đêm ,P = 0,02 l/ng.ngđ

h : chiều cao lớp bùn cát trong năm ,h = 4-5 m/năm ,chọn h = 4,0

Chọn sân phơi cát gồm 1 ô

Diện tích bằng 0,5 m2

Kích thước sân phơi cát: Dài x Rộng = L x B = 1 m x 0,5 m

Xung quanh sân phơi cát phải có bờ bao đắp cao 1 -2 (m).Cát khô thường xuyên được chuyển đi nơi khác, nước từ sân phơi cát được đưa về bể lắng cát để xử lý

Bảng 4.6 Bảng thông số thiết kế bể lắng ngang, sân phơi cát

4.10 Bể điều hòa

4.10.1 Xác định kích thước bể điều hòa :

Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nước thải về lưu lượng và nồng độ, giúp làm giảm thể tích và tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình xử lý phía sau, tránh hiện tượng quá tải

Thời gian lưu nước của bể điều hòa là :

t = (4 – 8) h, chọn t = 6 h

Thể tích hữu ích của bể điều hòa được tính như sau:

Vđh = QhTB t = 20,83 x 6 = 125 m3

Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hoà h = 5m

Chiều cao bảo vệ của bể điều hoà là hbv = 0,5 m

 Chiều cao xây dựng của bể điều hòa là:

Thể tích xây dựng bể điều hòa: B x L x H = 5,0 x 5,0 x 5,5 = 137,5 m3

4.10.2 Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa:

Lượng không khí cần thiết:

Lkhí = Qh

TB

x a Với :

Qh

TB

: lưu lượng nước thải trung bình giờ, Qh

TB = 20,83 m3/h

a : lưu lượng không khí cấp cho bể điều hòa, a = 3,74 m3khí/m3 nước thải

Lưu lượng khí của mỗi ống tạo hai dòng tuần hoàn là :

q2 =

4

91 , 77 4

Lkhi

 = 19,48 m3/h Cường độ sục khí của ống tạo hai dòng tuần hoàn là:

q1 =

2

48 , 19 2

q2

 = 9,74 m3/h Cường độ sục khí của ống tạo hai dòng tuần hoàn là:

Đường kính ống dẫn khí trong bể điều hòa :

14,30,8

022,044

0043,044

COD5 = COD5 x (100 – 15)% = 370 x (100 – 15)% = 314,5 mg/l

Bảng 4.8 Thông số thiết kế bể điều hòa

5,0 5,0 5,5

60

35 77,91

Các thông số đầu vào :

- Lưu lượng nước thải :Qh

TB = 500 m3/ngày.đêm = 20,83 m3/h

- Hàm lượng BOD5 đầu vào :89,15 mg/l

- Cặn lơ lửng đầu vào SSvào C1 =200,64 mg/l (67% cặn có thể phân hủy sinh

học)

- Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 : 0,68

- Hàm lượng cặn lơ lửng đầu ra : 20 mg/l

- Hàm lượng cặn hữu cơ đầu ra : 26 mg/l

- Hàm lượng SS bay hơi ban đầu : X0=0

- Hệ số phân hủy nội bào : Kd=0,05 ngày -1

- Hệ số sinh trưởng cực đại : Y= 0,5 mg

- Hàm lượng COD đầu vào :314,5 mg/l

- Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lững bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng ( MLSS) có trong nước thải là

MLSS

MLVSS

= 0,8 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,2)

- Chỉ số SVI = 120 ml/g

4.11.1 Đặc điểm nước thải cần cho quá trình thiết kế :

Phần có khả năng phân hủy sinh học trong cặn lơ lửng đầu ra

0,65x20=13

Hàm lượng chất hữu cơ bị oxi hóa hết thành cặn

13 x1,42 =18,46 mg/l

Trong đó:

1,42 : mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxi hóa toàn toàn

BOD5 của cặn lơ lửng trong nước thải sau khi ra khỏi bể SBR

BOD5=BOD20 x 0,68 =18,46x0,68=12,55 mg/l

BOD5 hòa tan của nước thải đầu ra :

Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 cặn lơ lửng

BOD5 hòa tan = 20 - 12,55 =7,4

Hàm lượng SSvào = 200,64 mg/l

Ta có :

8 , 0 TSS

VSS

  VSSvào = 0,8 x 200,64 = 160,51 mg/l

Hàm lượng VSS không phân hủy sinh học:

nbVSS = (1- 0,67) x 160,51 = 59,39 mg/l

4.11.2 Xác định chu kì hoạt động của SBR

Bể SBR hoạt động với 5 giai đoạn

Thiết bể SBR hoạt động liên tục xen kẽ và giảm tối đa sự gián đoạn của quá trình xử lý

Ta xây dựng 2 bể SBR, trong thời gian bể I lấp đầy thì bể II thực hiện quá trình khuấy trộn sục khí, lắng, rút nước Do đó:

tF = tA + tS + tD

Trong đó:

tF : thời gian lấp đầy nước vào bể

tA : thời gian sục khí, khuấy trộn

tS : thời gian lắng

tD : thời gian rút nước ra khỏi bể

tI : thời gian không làm việc, tI = 0

6

h/ng) 24

8

ng/m

ml/l)mg/g)(1010

(ml/g

SVI,

ml/l)mg/g)(1010



3,8333

2000X

XV

V





Để đảm bảo SS không ra khỏi bể khi gạn nước, ta tính thêm 20 %

V

T S T

5 , 0

5 , 62

= 125 m3 Chiều sâu hoạt động bể SBR H = 7 m

Chiều sâu xây dựng của bể SBR:

V

 = 17,86 m2

Chọn kích thước bể : B x L x Htc = 6 m x 3 x 8 m =144 m3

Chiều sâu rút nước hF = 50% H = 3,5 m

Chiều cao phần chứa bùn:

n x

Trong đó :

n : số bể SBR hoạt động

VT : tổng lưu lượng của một bể, VT = 125 m3

QTB: lưu lượng trung bình cần xử lý, QTB = 500 m3/ng.đêm

  =

500

24

x 125

x 2

= 12 h

4.11.4 Xác định thời gian lưu bùn:

Tổng lượng sinh khối trong bể SBR

S) QY(S ) k )(

f )

(k 1

S) x(S Q

Yx

d

2 C O

d d d

C O

Trong đó:

C : thời gian lưu bùn, ngày

Q: lưu lượng trung bình ngày ứng với mỗi bể , Q = 250 m3/ngđ

Y: hệ số sản lượng bùn, là thông số động học xác định bằng thực nghiệm

Chọn Y = 0,5 mgVSS/mg bCOD5

SO : nồng độ cơ chất của nước thải SO = 190 mg/l

S : nồng độ cơ chất của nước thải sau xử lý ban đầu SO

Kd: hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,05 ngày-1

fb : Tỉ lệ vụn tế bào, fb = 0,15

250.103 =

85 , 0 ) 0,05 (1

190 5 , 0 250 ) 05 , 0 )(

15 , 0 ( 85 , 0 ) 0,05 1 (

190

x 250

x

c c