Nghiên cứu các thông số công nghệ đầu vào máy ép bùn băng tải để đạt công suất tối ưu

ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH THANH Q NGHIÊN CỨU CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ ðẦU VÀO MÁY ÉP BÙN BĂNG TẢI ðỂ ðẠT CƠNG SUẤT TỐI ƯU Chun ngành: Cơng nghệ Chế tạo Máy Mã số: 60 52 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, Tháng năm 2013 Cơng trình ñược hoàn thành tại: Trường ðại học Bách Khoa – ðHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS Thái Thị Thu Hà Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ Trường ðại học Bách Khoa, ðHQG Tp HCM Ngày tháng năm 2013 Thành phần Hội ñồng ñánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội ñồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội ñồng ñánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn ñã ñược sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ðỒNG TRƯỞNG KHOA .ðẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ðộc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH THANH QUÍ MSHV: 11844569 Ngày, tháng, năm sinh: 18/5/1984 Nơi sinh: ðồng Tháp Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo Máy Mã số : 60 52 04 I TÊN ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ðẦU VÀO MÁY ÉP BÙN BĂNG TẢI ðỂ ðẠT CÔNG SUẤT TỐI ƯU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ ñề tài nghiên cứu thơng số cơng nghệ máy ép bùn băng tải lưu lượng bùn, tỷ trọng, lưu lượng chất keo tụ (polyme) ñể ñạt lượng bùn ép cao với ñộ ẩm bánh bùn phù hợp nhằm tối ưu hóa khả hoạt động thiết bị Thực nội dung bao gồm chương sau: - Chương 1: Tổng quan tình hình bùn thải thiết bị ép bùn - Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình ép bùn - Chương 3: Cơ sở tính tốn lựa chọn thơng số thiết bị - Chương 4: Thực thực nghiệm tối ưu hóa thơng số - Chương 5: Kết luận hướng nghiên III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/6/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Thái Thị Thu Hà Tp HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN tháng năm 2013 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ðÀO TẠO Thái Thị Thu Hà TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS TS Thái Thị Thu Hà, người tận tình hướng dẫn, quan tâm, tạo điều kiện cho tơi q trình học tập, thực đề cương hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô Bộ mơn Chế tạo máy tồn thể Thầy, Cơ trường ðại học Bách khoa TP HCM khơng ngần ngại xa xơi để đến tận tình giảng dạy, giúp ñỡ suốt thời gian học tập Tôi xin cám ơn Quý Thầy, Cô Trường ðại học Cần Thơ quan tâm giúp đỡ tơi để hồn thành khóa học ðồng cảm ơn ñến Ban lãnh ñạo, ñồng nghiệp Tổng cơng ty Phát điện hỗ trợ tơi thực thực nghiệm thiết bị để hồn thành nội dung luận văn Nhân cho phép tơi gởi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, tác giả báo, tạp chí giúp tơi có nguồn tài liệu hữu ích góp phần hồn chỉnh đề tài cao học Xin chân thành cảm ơn./ TP HCM, Ngày tháng năm 2013 Huỳnh Thanh Quí NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ðẦU VÀO MÁY ÉP BÙN BĂNG TẢI ðỂ ðẠT CƠNG SUẤT TỐI ƯU Tóm tắt Mục tiêu đề tài nghiên cứu thơng số cơng nghệ lưu lượng bùn, tỷ trọng lưu lượng chất keo tụ (polymer) ñể ñạt lượng bùn ép cao với ñộ ẩm bánh bùn phù hợp nhằm tối ưu hóa khả hoạt động thiết bị Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghiệp làm ảnh hưởng đến mơi trường, người gây biến đổi khí hậu tồn cầu khơng quan tâm, kiểm sốt mức Xuất phát từ yêu cầu thực tế phát triển cơng nghiệp đất nước nhằm giải vấn đề bùn thải công nghệ hậu xử lý nước thải, ñề tài “nghiên cứu thông số công nghệ ñầu vào máy ép bùn băng tải để đạt cơng suất tối ưu” cần thiết ðể ñạt ñược mục tiêu cần tiến hành khảo sát công nghệ thiết bị máy ép bùn hữu doanh nghiệp, nghiên cứu tài liệu, quy trình hướng dẫn nhà cung cấp, tìm tài liệu liên quan từ sách, báo cáo hội nghị hay tạp chí khoa học thực thử nghiệm, vận dụng quy hoạch thực nghiệm nhằm tối ưu hóa thơng số cơng nghệ nêu Qua đó, nắm vững cơng nghệ ép vành đai, sở tính tốn thông số thiết bị, lý thuyết bùn, polyme ảnh hưởng đến q trình ép Trên cở sở điều chỉnh tối ưu hóa thơng số cơng nghệ nên kết hợp ñiều chỉnh tốc ñộ băng ñai giới hạn cho phép mà không làm ảnh hưởng ñến khả vận hành thiết bị ñồng thời xem xét đến vị trí cấp polyme, thể tích bồn trộn thể tích vùng nước trọng lực phù hợp ñể bùn tạo ñược kết tủa ñủ thời gian thoát nước vùng nhằm nâng cao công suất hiệu ép bùn Key words: belt filter press for dewatering, affected of polymer to dewatering, design belt fiter press RESEARCH INPUT TECHNOLOGICAL PARAMATERS BELT PRESS TO REACH CAPACITY PRIORITY Absttract The objective is to study three main technological parameters are sludge flow, sludge density and polymer dosing flocculation to achieve high dry sludge capacity with fit moisture sludge cake for optimal performance apparatus With the strong development of industrial, these will affect the environment, humans and cause of global climate change if we are not interested, controlled properly The actual equirements and the development of the industry country to solve sludge problems in technology post-sludge wastewater treatment, Subject “Research input technological parameters belt filter press to reach full capacity priority” is essential To achieve this goal which is necessary to survey technologies and sludge dewatering equipment at existing businesses, research materials, the process of providing guidance, seek relevant documents from the book, report’s conferences or in scientific journals and performance testing, using design of experiments to be optimize above parameters technologies Thereby, it is possible to master belt press technology, the basis of calculation parameters, the theoretical basis of sludge, polymer and its influence in dewatering process On the basis adjustment to optimize the process parameters adjusted to match the belt speed permissible limits without affecting to be opperation performance equipment and to consider the line position of the polymer, volume of mixing tank and volume of gravity drainage which is suitable sludge to be precipitated and enough time to get the water in this area to be improve the capacity and efficiency of sludge dewatering Key words: belt filter press for dewatering, affected of polymer to dewatering, design belt fiter press LỜI CAM ðOAN Tơi tên: HUỲNH THANH Q Học viên lớp: Công nghệ chế tạo máy Mã số học viên: 11844569 Theo ñịnh giao thực ñề tài luận văn cao học từ ngày 21/01/2013 đến 21/6/2013 phịng ðào tạo Sau ñại học, ðại học Bách khoa Tp.HCM ñược hướng dẫn PGS.TS Thái Thị Thu Hà; đến nay, tơi thực hồn tất nội dung luận văn cao học với ñề tài “Nghiên cứu thơng số cơng nghệ đầu vào máy ép bùn băng tải để đạt cơng suất tối ưu” Tơi xin cam kết luận văn tốt nghiệp cao học thực theo hướng dẫn PGS.TS Thái Thị Thu Hà tuân thủ theo ñúng quy ñịnh phịng đào tạo Sau đại học, ðại Học Bách Khoa TP.HCM Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam kết nêu trên, có sai phạm q trình thực luận văn, xin chịu xử lý theo quy định phịng đào tạo Sau đại học Ban Giám Hiệu Trường ðại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh TP HCM, Ngày tháng năm 2013 Huỳnh Thanh Quí MỤC LỤC MỞ ðẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH BÙN THẢI VÀ CÁC THIẾT BỊ ÉP BÙN I Giới thiệu bùn thải trình tạo bùn: II Lưu lượng bùn thải nước: III Phần trăm giải pháp xử lý bùn số nước: IV Các nghiên cứu phương pháp xử lý bùn nước: Phương pháp chôn lấp truyền thống: Một số phương pháp tái sinh bùn thải: Các phương pháp khí: 13 V Thuận lợi bất lợi máy ép bùn băng ñai 18 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT VỀ ðẶC TÍNH BÙN ÉP 20 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ÉP BÙN VÀ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH ÉP BÙN 20 I ðặc tính bùn ép 20 Nguồn phát sinh sản lượng bùn thải: 20 ðặc tính bùn: 21 II ðặc tính bùn ảnh hưởng đến q trình khử nước 23 III Lý thuyết trình ép bùn băng tải 28 Ba giai ñoạn máy ép vành ñai: 28 Thông số máy ép vành ñai: 30 Các thành phần máy ép vành ñai: 31 CHƯƠNG III LÝ THUYẾT POLYME 32 VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ðỊNH LƯỢNG POLYME 32 I Xử lý hóa học với polyme hữu vơ hịa tan 32 Polyme hữu khơng chứa ion hịa tan: 32 Polyme hữu có Ionic hịa tan (Polyelectrolytes): 33 Quá trình xử lý chất đa điện phân (Polyelectrolytes) để làm đặc bùn: 34 Quá trình xử lý Polyelectrolyte cho việc khử nước 36 Q trình xử lý Polymer vơ để làm đặc khử nước bùn: 36 II Lựa chọn hóa chất để xử lý bùn 37 Phương pháp thử nghiệm Jar (Jar test): 38 Luận văn Thạc sĩ Ngành Công nghệ Chế tạo Máy -2- Thử nghiệm dạng lọc hỗ trợ (Filter Leaf Testing): 38 Thử nghiệm với phễu Buchner ñể xác ñịnh ñiện trở riêng (Buchner Funnel Test for Determination of Specific Resistances): 40 Thời gian hút ống mao dẫn (Capillary suction time-CST): 42 CHƯƠNG IV CƠ SỞ TÍNH TOÁN 44 CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ MÁY ÉP BÙN 44 I Các cơng thức tính tốn 44 Cơng thức tính tốn xác định đặc tính bùn: 44 Tính tỷ trọng bùn: 45 Lưu lượng bùn 46 Tính lưu lượng polyme 46 II Các thông số thiết kế máy ép bùn thiết bị phụ 49 III Cơ sở chọn phương án thiết kế thiết kế vùng cao áp 51 Lựa chọn phương án thiết kế: 51 Tiêu chuẩn thiết kế: 52 Tính tốn thiết kế vùng cao áp 54 IV Các vẽ máy ép bùn thiết bị phụ: 57 CHƯƠNG V 71 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ 71 ỨNG DỤNG QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM TÌM ðIỂM TỐI ƯU 71 I Cơ sở lý thuyết thực quy hoạch thực nghiệm 71 III Xây dựng mơ hình tốn học tìm phương trình hồi quy 82 A Xây dựng mô tả toán học cho hàm mục tiêu lưu lượng bùn sau ép y1(kg/h): 82 B Xây dựng mô tả tốn học cho hàm mục tiêu độ ẩm bùn sau ép (%) 88 C Tối ưu hóa hàm mục tiêu tuyến tính: 92 IV Hướng ñiều chỉnh ứng dụng 104 KẾT LUẬN 105 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHỤ LỤC HVTH: Huỳnh Thanh Q (MSHV: 11844569) MỞ ðẦU Với cơng nghệ xử lý nước thải cịn mang tính cổ điển, trang thiết bị xử lý, dự án, nhà máy xử lý nước thải nhiều hạn chế chưa thật quan tâm Việt Nam, ñể tiến lên nước phát triển ngành Cơng nghiệp ngành mũi nhọn cần ñược quan tâm ñầu tiên Tuy nhiên, Cơng nghiệp phát triển làm ảnh hưởng đến mơi trường nhiễm khơng khí, nước, tăng lượng chất thải rắn, ảnh hưởng ñến sức khỏe người, biến đổi khí hậu tồn cầu khơng quan tâm, kiểm sốt mức Vì vậy, với u cầu nghiêm ngặt mơi trường đặc biệt nước phát triển Việt Nam chất thải rắn cần ñược xử lý theo ñúng tiêu chuẩn, quy chuẩn ñể phù hợp với nước phát triển, với phương pháp xử lý truyền thống chơn lấp, thải sơng hồ khơng cịn phù hợp dần bị nghiêm cấp yếu tố ảnh hưởng mơi trường Do đó, việc tìm giải pháp nhằm giảm thiểu ảnh hưởng môi trường yêu cầu cấp thiết xã hội ñược quan tâm cấp, ngành Xuất phát từ yêu cầu thực tế lý luận phân tích ñể ñáp ứng yêu cầu yêu cấp thiết cơng nghệ hậu xử lý nước thải, đề tài “Nghiên cứu thơng số cơng nghệ đầu vào máy ép bùn băng tải để đạt cơng suất tối ưu” cần thiết Trên sở nghiên cứu lý thuyết khảo sát thực tế thiết bị với thành cơng đề tài làm rõ khẳng ñịnh số vấn ñang tồn tại, xây dựng sở lý thuyết tương đối hồn chỉnh sở phát triển vấn ñề nghiên cứu ñể bổ sung cho lý thuyết Bộ Khoa học Công nghệ làm tảng cho Khoa học Việt Nam ngày vững hồn thiện góp phần làm chủ cơng nghệ ðề tài giải vấn đề khó khăn vướng mắc tình trạng thực tế sản xuất kinh doanh trình quản lý vận hành sửa chữa máy ép bùn hữu doanh nghiệp sở nắm vững lý thuyết ñã nghiên cứu ñể phát triển cải tiến kỹ thuật làm tăng hiệu quả, hiệu suất máy ép bùn băng tải, qua ứng dụng chế tạo, ñầu tư trang thiết bị tạo sản phẩm phục vụ kinh doanh, sản xuất lĩnh vực Sơ ñồ hệ thống cấp bùn, polymer nước rửa Cách thực phương pháp lấy mẫu: a Kiểm tra lượng bùn sau ép (kg/h): Sau điều chỉnh thơng số theo u cầu thí nghiệm, khoảng 20 phút sau tiến hành lấy tất bùn ñầu máy ép bùn thời gian phút cân lượng bùn khối lượng M (kg) Từ tính lưu lượng bùn ñầu máy ép (kg/h); Thời gian N0 (1) (2) 10 11 12 13 14 Bảng 2: Bảng thí nghiệm kiểm tra lượng bùn sau ép Các nhân tố tự nhiên Kết Khối lượng (M, Thời gian lấy X1 X2 X3 kg) bùn (t, phút) (3) (4) (5) (6) (7) 100 1.06 300 1.06 2,5 200 1.06 100 1.06 300 1.06 200 1.04 2,5 100 1.04 2,5 300 1.04 200 1.04 100 1.02 300 1.02 2.5 200 1.02 100 1.02 300 1.02 Ghi chú: lưu lượng bùn sau ép tính theo cơng thức: (6), kg (8), kg / h = x60 phút / h (7), phút Lưu lượng bùn, Y1(kg/h) (8) b Lấy mẫu bùn ño ñộ ẩm (%): song song việc kiểm tra lượng bùn sau ép tiến hành lấy mẫu bùn tương ứng cân khối lượng bùn ướt (m1), sau sấy khơ cịn khối lượng (m2) tính độ ẩm bùn tương ứng (W, %); số lần lấy bùn lấy mẫu tương ứng với số thí nghiệm 14 mẫu Bảng thí nghiệm đo độ ẩm bùn Thời gian (1) Thí nghiệm (2) 10 11 12 13 14 Các thơng số thí nghiệm Lưu Lượng Tỷ trọng lượng polyme bùn bùn ép (X2, g/l) (X3, g/l) (X1,m3/h) (3) (4) (5) 100 1.06 300 1.06 2,5 200 1.06 100 1.06 300 1.06 200 1.04 2,5 100 1.04 2,5 300 1.04 200 1.04 100 1.02 300 1.02 2.5 200 1.02 100 1.02 300 1.02 Ghi chú: ðộ ẩm bùn tính theo công thức: m − m2 W %= x100% , m0: khối lượng cốc m1 − m0 Kết thí nghiệm Khối lượng mẫu bùn ước (m1, kg) Khối lượng mẫu bùn khô (m2, kg) ðộ ẩm, Y2(kg/h) (6) (7) (8) c Lấy mẫu bùn ñầu vào kiểm tra nồng độ bùn (SS – g/lít) tỷ trọng bùn (g/lít): - Sau điều chỉnh tỷ trọng bùn ñầu vào máy ép bùn ñược ổn ñịnh tiến hành lấy mẫu bùn ñể ño nồng ñộ bùn (SS – g/lít) tỷ trọng bùn (g/lít); số lần lấy mẫu tương ứng số thí nghiệm; - Kiểm tra mẫu thí nghiệm: mẫu bùn kiểm tra, thử nghiệm phịng thí nghiệm hữu Cơ quan Thời gian (1) Thí nghiệm (2) 10 11 12 13 14 Bảng Thí nghiệm đo nồng độ tỷ trọng bùn Các thơng số thí nghiệm Kết thí nghiệm Lưu Lượng Tỷ trọng lượng Tỷ trọng bùn Hàm lượng chất lơ bùn polyme bùn ép (g/lit) lửng -SS (g/l) (X2, g/l) (X3, g/l) (X1,m /h) (3) (4) (5) (6) (7) 100 1.06 300 1.06 2,5 200 1.06 100 1.06 300 1.06 200 1.04 2,5 100 1.04 2,5 300 1.04 200 1.04 100 1.02 300 1.02 2.5 200 1.02 100 1.02 300 1.02 Ghi (8) ðề xuất đơn vị hỗ trợ thí nghiệm: - Phân xưởng Vận hành Ơ Mơn: trực tiếp vận hành thao tác thiết bị ép bùn theo bước ñể thực thí nghiệm bảng 01 (2 ñiều hành viên) ; - Phịng thí nghiệm ðiện hóa (2 thành viên): o Thực lấy mẫu bùn ñầu vào ñể ño nồng ñộ bùn (SS – g/lít) tỷ trọng bùn (g/lít) o Thực lấy mẫu bùn sau ép ñể ño ñộ ẩm bùn (%), Tiến ñộ thực giải pháp: STT 02/2013 Thời gian Nội dung 18 20 22 24 03/2013 26 28 1 ðệ trình phương án Gởi phương Ban/ðơn vị góp ý Tổng hợp ý kiến hoàn chỉnh phương án Trình duyệt phương án Thực thí nghiệm Tập hợp kết thí nghiệm thực Quy hoạch thực nghiệm ñưa phương án tối ưu 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 HÌNH ẢNH THỰC TẾ THỰC HIỆN THỬ NGHIỆM Hình Phịng thí nghiệm Phân tích nước Hình Các thiết bị thực thí nghiệm Hình Cân điện tử dùng cân mẫu bùn Hình Phịng chứa hóa chất phục vụ thí nghiệm Hình Thiết bị thí nghiệm Hình Các cốc lấy mẫu bùn Hình Lấy mẫu bùn sau ép để tính cơng suất ép Hình Cân mẫu bùn sau ép Hình Nhân viên hỗ trợ lấy mẫu bùn đo độ ẩm Hình 10 Sổ nhật ký vận hành xử lý nước, nước thải Hình 11 ðiều hành viên ghi sổ nhật ký vận hành Hình 12 Thiết bị đo lưu lượng bùn chỗ Hình 13 Thiết bị đo tỷ trọng (trực tuyến) chỗ Hình 14 Hiện tượng ứ đọng bùn vùng nước trọng lực Hình 15 ðiều hành viên kiểm tra pha trộn Polyme Hình 16 ðiều hành viên hỗ trợ vận hành thiết bị Hình 17 Hình tổng thể hệ thống xử lý nước thải Nhà máy PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: HUỲNH THANH QUÍ Ngày, tháng, năm sinh: 18/5/1984 Nơi sinh: ðồng Tháp ðịa liên lạc: Số 01, đường Lê Hồng Phong, P Trà Nóc, Q Bình Thủy, TP Cần Thơ Q TRÌNH ðÀO TẠO − Năm 2002 ñến năm 2006: học ñại học Trường ðại học Cần Thơ − Năm 2011 ñến năm 2013: học Cao học Trường ðại học Bách khoa QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC − Năm 2007 đến làm Cơng ty Nhiệt điện Cần Thơ (nay Tổng cơng ty Phát ñiện 2) ... ngành: Công nghệ Chế tạo Máy Mã số : 60 52 04 I TÊN ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ðẦU VÀO MÁY ÉP BÙN BĂNG TẢI ðỂ ðẠT CÔNG SUẤT TỐI ƯU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ ñề tài nghiên cứu. .. Huỳnh Thanh Quí NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ðẦU VÀO MÁY ÉP BÙN BĂNG TẢI ðỂ ðẠT CƠNG SUẤT TỐI ƯU Tóm tắt Mục tiêu đề tài nghiên cứu thơng số cơng nghệ lưu lượng bùn, tỷ trọng lưu lượng chất... yêu cầu yêu cấp thiết cơng nghệ hậu xử lý nước thải, đề tài ? ?Nghiên cứu thơng số cơng nghệ đầu vào máy ép bùn băng tải để đạt cơng suất tối ưu? ?? cần thiết Trên sở nghiên cứu lý thuyết khảo sát thực