I. Mức độ xử lý cần thiết:
- Nước thải của nghành sản xuất bia có chỉ tiêu sau:
Chỉ tiêu Giá trị Đơn vị
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
pH 5,7 – 11,7 - BOD5 2400 mg/l COD 3500 mg/l SS 1530 mg/l Ntổng 348 mg/l Ptổng 9,09 mg/l
Bảng3 .1: Một số chỉ tiêu của nước thải ngành sản xuất thải ra
- Theo QCVN 24:2008/BTNMT – Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp. Giới hạn của các thông số chất lượng nước thải của công nghiệp thải ra nguồn tiếp nhận loại B.
Thông số Đơn vị Giá trị
pH - 5,5 - 9 BOD5 mg/l 50 COD mg/l 100 SS mg/l 100 Ntổng mg/l 30 Ptổng mg/l 6
Bảng 3.2: Giá trị thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán
- Giá trị tối đa cho phép của các thong số ô nhiễm của nước thải sản xuất bia thải ra nguồn tiếp nhận loại B
• Đối với hàm lượng chất lơ lửng (SS)
• Đối với hàm lượng BOD5 • Đối với hàm lượng COD
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
• Đối với hàm lượng Ntổng • Đối với hàm lượng Ptổng - Hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm
• Hiệu suất xử lý SS
• Hiệu suất xử lý BOD5
• Hiệu suất xử lý COD
• Hiệu suất xử lý Ntổng
• Hiệu suất xử lý Ptổng
Hàm lượng nitơ và photpho cần cung cấp cho vi sinh vật trong bể yếm khí là: Trong xử lý kỵ khí tỉ lệ COD:N:P = 350:5:1 ( tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải-Trịnh Xuân Lai)
- Nồng độ nitơ bị khử tương ứng: Nkhử = = = 26,25mg/l Nra= 348-26,25 = 321,75mg/l - Nồng độ photpho bị khử tương ứng: Pkhử= = = 5,25 mg/l Pra= 9,09 – 5,25 = 3,84 mg/l
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
Vậy: lượng nitơ và photpho có trong nước thải khi qua bể UASB chúng ta không cần cung cấp vào.
II. Tính toán bể UASB
- Khi qua các công trình đơn vị: giảm ss 90%:153 mg/l, BOD và cod giảm 30%: 1680 và 2450 mg/l.
- Chọn hiệu quả xử lý của bể UASB là: COD đạt 75% và BOD5 đạt 65%. - Hàm lượng COD của nước thải sau xử lý kị khí là:
COD ra= (1-ECOD) x COD vào = (1-0,75) x 2450 = 612,5 mg/l. - Hàm lượng BOD của nước thải sau xử lý kị khí là
BOD ra= (1-EBOD) x BOD vào = (1-0,65) x 1680 = 612,5 mg/l. 1. Kích thước bể:
- Lượng COD cần khử 1 ngày:
G = 1000 (2450 – 612,5) x 10-3 = 1837,5 kg/ngày - Dung tích xử lý yếm khí cần thiết:
V = = = 262,5 m3 Trong đó:
a: tài trọng khử cod của bể lấy = 7 kgcod/m3ngày (theo trịnh xuân lai- tính toán thiết kế xử lý nước thải)
- Diện tích bể cần thiết F = = = 46,3 m2 trong đó:
v : tốc độ nước đi lên trong bể. chọn 0,9 m/h (bài giảng xử lý nước thải- tôn thất lãng từ 0,6-0,9m/h)
vậy: chọn chiều dài bể: 6,8m chọn chiều rộng bể: 6,8m vậy: diện tích thực tế bể là: 46,24 m2
- chiều cao phần xử lý yếm khí: h1 = = = 5,7 m
- chiều cao ngăn lắng bể: tg =
hlắng = - h3 = - 0,2 = 2,7 m SVTH: Nguyễn Hoàng Sĩ
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
h3: chiều cao bảo vệ. chọn bằng 0,2 m
vậy: chiều cao của bể: hb= h1 + hlắng + h3 = 5,7 + 2,7 + 0,2 = 8,6 m kiểm tra: = = 0,337 > 30%
- thời gian lưu nước trong ngăn lắng: T lắng = = = 1,5 H
- Thời gian lưu nước trong bể:
V = H X F = 8,6 X 46,24 = 397,664 M3 T = x24 = = 9,54 h T = x24 = = 9,54 h
2. Tính toán lượng bùn sinh ra trong bể:
- Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể: Mb = = = 157,5 tấn
Trong đó: Css: hàm lượng bùn trong bể kg/m3
Ts: hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu ( theo Lâm Minh Triết TS = 5%)
Vr: thể tích ngăn phản ứng
- Hàm lượng sinh khối hình thành mổi ngày: Px= = = 31,27 kg vs/ ngày
Trong đó: Kd:hệ số phân hủy nội bào (ngày-1 ) chọn 0,015 theo Lâm Minh Triết Y: hệ số sản lượng bùn mgvss/mgBOD5
S,S0: hàm lưỢng COD trong nưỚc thài vào và ra
:thời gian lưu bùn (chọn 90 ngày theo Lâm Minh Triết) - Thể tích khí metan sinh ra mỗi ngày:
VcH4= 159[(S0 – S)X QB - 1,42Px]
= 350,84 [ (2450 – 612,5)1000 - 1,42x 31,27] = 629,09 m3/ngày
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
Trong đó: 350,84: hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí metan sản sinh từ 1kg BOD chuyển hoàn toàn thành khí metan và CO2 lít CH4/kg BOD.
- Lượng bùn dư sinh ra mổi ngày: Qw = = 1,2 m3/ngày
- Lượng chất rắn từ bùn dư:
Mss = Qw x Css = 1,2 x 30 = 36 kg ss/ ngày - Lượng bùn sinh ra trong 1 tháng:
Qw = Qw x 30 = 1,2 x 30 = 36 m3/tháng - Chiều cao bùn trong 1tháng:
Hbùn= 0.78m
bùn được xả ra nhờ áp lực thủy tĩnh thông qua ống inox 90 đặt cách đáy 400mm độ dốc 2%.
3. Hệ thống phân phối nước vào bể:
Nước được đưa vào bể bằng hệ thống ống dẫn ở đáy bể (phân phối kiểu xương cá) Vận tốc nước trong ống chính: Vc>0,3 m/s Chọn Vc = 0,4 m/s - Đường kính ống chính: D = = 0,192=192mm Sử dụng ống inox 200 làm ống chính. Vc= 0,37 m/s. Vận tốc ống phân phối chính:chọn Vn = 0,45m/s. Qn= = 5,8x10-3 m/s SVTH: Nguyễn Hoàng Sĩ
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
- Đường kính ống phân phối chính: Dn = ==0,128 m.
Chọn ống phân phối là ống inox 125. Đặt ống phân phối chính nằm giữa bể mỗi đầu cách thành bể 0,5m.
- Đường kính ống nhánh:
Chọn vận tốc trong ống nhánh là: 0,45m/s Lưu lượng trong ống nhánh:
q = = = 4,83 x 10-4m/s đường kính ống nhánh:
D = = = 0,037m Chọn D = 34mm
Vận tốc nước thực tế của nước trong ống nhánh: V = = = 0,53m/s
Chọn đường kính các lổ trên ống nhánh là 10mm. ống nhánh được đặt ở giửa ống phân phối chính. Đầu cách thành bể 0,2m. các ống nhánh cách nhau 1m.
Diện tích 1 lổ là: = = 78,5mm2
Tổng diện tích các lổ trên ống: = = 9,66x10-4m2 Chọn vlổ = 0,5m/s
Số lổ trên ống là: = 12 lổ
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
Khoảng cách giửa các lổ: = 0,262 m Số ống nhánh n =
Để thuận tiện cho phân phối nước điều vào bể ta chọn số ống nhánh là 6 ống. Khoảng cách thực giửa các ống là: = = 0,96m
4. Máng thu nước:
- Máng thu nước có chiều dài bằng cạnh của bể:6,8m. Máng hình chữ nhật có : b= 2h.
Độ dốc máng : i= 1/200
Độ nhám long máng: n= 0,014 Lưu lượng nước vào1 máng :
Có : Trong đó:
Thay vào ta được:
Chọn
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
Máng thu nước gồm 4 máng được đúc bằng bêtông dày 50mm. 5. Máng răng cưa:
Máng răng cưa dày 5mm Chiều cao một răng cưa: 50mm Bề rộng mỗi khe 100mm
1m chiều dài có 5 khe thu nước Khoảng cách giữa các đỉnh là 200mm Tổng số khe trên máng răng cưa:
Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng
Lưu lượng nước qua một khe Chiều cao mực nước qua khe
<0,05m thỏa yêu cầu
Máng răng cưa được bắt dính với máng thu nước bêtông bằng bulon qua các khe dịch chuyển. Khe dịch chuyển có chiều rộng 12mm, hai khe dịch chuyển cách nhau 0,68m. Tổng số khe dịch chuyển: khe.
Vậy: máng răng cưa được gắn với máng thu nước để tăng hiệu quả thu nước 6. Tính toán chụp thu khí và tấm hướng dòng:
Tấm hướng dòng:
Ta chọn đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở: chọn 10cm.Chọn vị trí từ thành bể đến đầu dưới của tấm chắn khí là 0,2m.
Chiều rộng tấm hướng dòng là 0,2m+ 20cm = 300mm Cos 600= hd= = 600mm= 0,6m.
Các tấm hướng dòng được vạt đỉnh 1 góc 600.chiều dài đoạn vạt đỉnh dài 0,6m. các tấm này được chống đở bang 4 trụ được xây bằng bê tông.
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
Chụp thu khí:
Ta có: sin300= ck==3m
Vậy: chụp thu khí có chiều dài bằng chiều dài của bể. chiều rộng bằng 3m. III. Kết luận kiến nghị:
Ưu nhược điểm của phương pháp xử lý kị khí bằng bể UASB với bể xử lý hiếu khí và các bể xử lý kị khí khác(lọc inh học kị khí):
Ưu điểm đối với xử lý hiếu khí:
-Năng lượng sử dụng rất thấp, không cần năng lượng trong quá trình hoạt động.Trong xử lý bằng bùn hoạt tính cần 0,6 – 1 kWh per kg COD với dòng thải cần khử đạt 80 – 90% COD.Còn với xử lý kỵ khí thì chỉ cần 0,05 – 0,1kWh/m3 , tuỳ thuộc mức độ cần xử lý.Năng lượng tiêu tốn ở xử lý kị khí chủ yếu là do cung cấp oxy và xáo trộn cơ học, xử lý hiếu khí không cần cung cấp oxy,khí sinh vật sinh ra đã gây xáo trộn làm tăng hiệu quả tiếp xúc.
-Khi kết thúc quá trình xử lý sinh ra khí methane 0,26 – 0,34m3CH4/kgCOD bị khử là năng lượng khí đốt tại chỗ.
-Xử lý được tải trọng rất cao, tải trọng xử lý 1 ngày có thể lên đến 30kgCOD/m3 ở 300C, ở bùn hoạt tính chỉ là 3kgCOD/m3.
-Xử lý kị khí sinh ra lượng bùn rất thấp.Vì thế lượng bùn dư thấp và ổn định, có thể không cần công trình xử lý tiếp theo.
-Do lượng bùn sinh ra thấp, nên không cần đòi hỏi nhiều chất dinh dưỡng cho vi sinh vật.
-Bùn kị khí có thể được lưu trữ trong thời gian lâu.Điều này rất quan trọng khi xử lý trong điều kiện gián đoạn.
-Các chất có giá trị cao như NH4+ được bảo toàn, thuận lợi khi làm phân bón. -Thiết kế, xây dựng đơn giản.
-Vận hành dễ dàng. SVTH: Nguyễn Hoàng Sĩ
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”
Nhược điểm so với xử lý bùn hoạt tính:
-Vi khuẩn kị khí, và nhất là vi khuẩn methan có tốc độ phát triển rất chậm.Vì thế giai đoạn khơi động bể phản ứng khá lâu, tuỳ thuộc vào nhiều vào loại bùn sử dụng để khởi động.
-Các vi khuẩn methan sử dụng chất dinh dưỡng rất phức tạp chịu ảnh hưởng hoàn toàn bởi các hợp chất như ammonia, cation, cyanide, chlorinated hydrocarbon, và ion kim loại nặng.
-Khó bảo trì sửa chữa trong thời gian vận hành.
-Chịu ảnh hưởng lớn khi có sự thay đổi về tải trọng xử lý.
Nhược điểm so với lọc sinh học kị khí:
-Lọc sinh học kị khí chịu được sự thay đổi lớn về tải trọng chất thải. -Lọc sinh học chịu được sự gián đoạn lâu dài.
-Bể lọc sinh học kị khí khởi động nhanh. - Có khả năng thay đổi lưu lượng
Nhận xét đối với công trình:
- Công trình xử lý sinh học kị khí ngày nay đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhất là các loại nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao như trong công nghiệp sản xuất bia, rượu, mật rỉ đường,sữa…Trong đồ án môn học này khi nồng độ ban đầu của nước thải cao, việc áp dụng phương pháp xử lý bùn kị khí lơ lửng là phù hợp với nồng độ chất hữu cơ ban đầu trong dòng nước thải nhà máy bia.
- Biện pháp xử lý nước thải nhà máy bia bằng hệ thống UASB được xem là khá phù hợp với các nhà máy bia ở Việt Nam.Do tính chất và thành phần nước thải khá ổn định do đó có thể xem đây như một trong những thiết kế cơ sơ đối với các nhà máy sản xuất bia khi có giới hạn về diện xây dựng.Điều này giúp tiết kiệm được diện tích khi xây dựng hệ thống xử lý nước thải.
Đồ án xử lý nước thải
“tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”