Nước thải từ quá trình sản xuất được đưa qua song chắn rác nhằm giữ lại những tạp chất thô (chủ yếu là rác) có trong nước thải. Song chắn rác được làm bằng kim loại được đặt ở cửa vào của kênh dẫn để tách các chất thải có kích thước lớn . Các rác thải này sẽ được cào vét và mang đi chôn lấp. Sau đó, nước được đưa qua bể lắng cát để lắng các tạp chất vô cơ đảm bảo cho quá trình xử lý sâu, cát từ bể lắng được dẫn đến sân phơi cát để làm ráo nước và đem đi chôn lấp hoặc trải đường.
Nước tiếp tục đưa sang bể điều hòa nhằm ổn định lưu lượng và nồng độ. Tại bể điều hòa, bố trí máy khuấy trộn chìm nhằm mục đích hòa trộn đồng đều
nước thải trên toàn diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn trong bể sinh ra mùi khó chịu. Tại bể điều hòa, bổ sung thêm kiềm hoặc axit để điều chỉnh pH của nước thải. Điều hòa lưu lượng là phương pháp được áp dụng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự dao động của lưu lượng, cải thiện hiệu quả của các quá trình xử lý tiếp theo. Bơm được lắp đặt trong bể điều hòa để đưa nước lên các công trình phía sau. Sau đó, nước tiếp tục được dẫn qua bể Aerotank. Bể Aerotank làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với bùn hoạt tính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong bể. Hàm lượng bùn trong bể tuần hoàn duy trì từ 4.000-6.000 mg/L. Hàm lượng oxy hòa tan (DO) được cung cấp bởi thiết bị cấp khí bề mặt.
Hàm lượng DO trong vùng hiếu khí trên 2,2 mg/L diễn ra quá trình oxy hóa hiếu khí các chất hữu cơ và nitrate hóa. Trong vùng thiếu khí hàm lượng DO thấp hơn từ 0,5-0,8 mg/L diễn ra quá trình khử nitrate. Như vậy, tại bể Aerotank nước thải di chuyển vòng quanh bể theo chiều quay của máy sục khí bềmặt, vì vậy không cần bơm tuần hoàn bùn hoạt tính từ vùng hiếu khí về vùng thiếu khí mà vẫn đảm bảo quá trình khử nitơ. Nước sau khi đi qua bể Aerotank được chuyển sang bể lắng thứ cấp. Tại đây, các bông bùn sẽ lắng xuống đáy bể và được cáo vét ra ngoài. Một phần bùn sẽ được tuần hoàn lại bể Aerotank (bùn hoạt tính tuần hoàn), phần còn lại được dẫn đến bể chứa bùn rồi đến máy ép bùn nhằm làm giảm độ ẩm và thể tích sau đó đem đi xử lý. Nước tách bùn từ bể nén bùn và công đoạn ép bùn được dẫn lại bể Aerotank để xử lý lại. Nước sau khi xử lý trong bể Aerotank thì lượng chất hữa cơ đã giảm đi đáng kể. Tuy nhiên vẫn còn chứa nhiều vi trùng có khả năng gây bệnh. Vì vậy, để đảm bảo chất lượng nước trước khi xả thải thì nó cần phải được khử trùng bằng giaven, sau đó mới được thải ra nguồn tiếp nhận.
6.3.Các thông số thiết kế và tính toán
Xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản (chuyên sản xuất hàng đông lạnh ) với lưu lượng nước thải trung bình 7000m3 /ngày.đêm. Yêu cầu chất lượng nước sau xử lý xả vào nguồn tiếp nhận đạt loại B (QCVN 11 : 2008/ BTNMT ). Yêu cầu tính toán thiết kế về mặt công nghệ đối với hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy này với các thông số như sau:
Thành phần Đơn vị đo Hàm lượng Cột B QCVN 11: 2008/BTNMT Chất rắn lơ lửng mg/l 800 – 2000 100 COD mg/l 700 – 1500 80 BOD mg/l 600 – 1300 50 Tổng nitơ mg/l 100 – 350 60 Phốt pho mg/l 30 - 70 -
Lưu lượng trung bình ngày đêm: Qtb = 7000 m3/ngày.đêm Lưu lượng trung bình giờ: Q = 292 m3/h
Nhà máy xử lý làm việc liên tục 3 ca (24/24)
Các thông số tính toán
a. Song chắn rác
Các giá trị thông dụng cho song chắn rác :
Bảng 12. Các thông số thông dụng cho song chắn rác
Chỉ tiêu Cào rác thủ công Cào rác cơ giới Kích thước các thanh
- Bề rộng ( mm) 5 – 15 5 - 15
- Bề dày ( mm) 25 – 38 25 - 38
Khoảng cách giữu các thanh ( mm) 25 – 50 15 - 75 Độ nghiêng song chắn rác theo trục thẳng đứng ( độ ) 30 – 45 0 - 30 Vận tốc dòng chảy 0.3 – 0.6 0.3 – 1.0
Nguồn : wastewater engineering : treatment, reuse, disposal 1991
Như vậy : các giá chọn cho việc tính toán song chắn rác là : Qtb = 292 m3/h
Chiều sâu lớp nước h1 = 0,5m
Vận tốc nước chảy trên kênh: v = 0,2 m/s
Chọn góc nghiêng song chắn rác α = 60°. Góc mở rộng φ= 20° (tránh hiện tượng chảy rối)
Chiều rộng kênh dẫn Bk = 0,2 m
Tiết diện thanh hình chữa nhật, khoảng cách giữa các thanh là b = 15 mm, bề rộng thanh chắn S = 10 mm, bề dày là 30mm. Hệ số tổn thất gây ra do hình dạng tiết diện thanh β=2,42
Hệ số vượt tải kh = 2 , hệ số tính đến sự thu hẹp dòng thải kz = 1,05
Tính toán:
Lưu lượng nước thải lớn nhất qua song chắn rác:
Qmax = Qtb.kh = 292 * 2 = 584 m3/h = 0,16 m3/s Số khe hở giữa các thanh chắn:
Chiều rộng buồng chắn rác: Bs = S(n - 1) + b.n
= 10.10-3(78- 1) + 15.10-3.78 = 1,94 m Chiều dài đoạn mở rộng trước song chắn:
Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn:
l2 = 0.5.l1 = 0.5 * 0.55 = 1,2 m Hệ số:
Sau song chắn rác phải hạ thấp nền đáy một chiều cao là hs (độ tổn thất cột nước) để không làm thay đổi vận tốc nước.
Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m, chiều cao công tác 1 m , chiều dài song chắn rác là:
ls = (hbv + hct)/sinα = (0,3 + 1)/sin60° = 1,5 m Chọn l3=ls
Chiều dài xây dựng của cả đoạn mương là:
L = l1 + l2 + l3 = 2,4 + 1,2 + 1,5 = 5 m Ta có sơ đồ :
0,3
m
b. Bể lắng cát
Các thông số thiết kế:
Chọn kiểu bể lắng ngang với lưu lượng thải Qmax = 400 m3/h, Qmin = 100 m3/h
Vận tốc chuyển động của nước trong bể v = 0,2 m/s đối với Qmax và v = 0,15 m/s đối với Qmin.
Hạt có kích thước d = 0,2 mm. Chọn góc thu nhỏ θ = 45°, chiều cao công tác của bể là H = 0,5 m.
Tính toán :
Do bể lắng cát nằm trước bể điều hòa nên diện tích bề mặt của bể (F) phải tính theo Qmax:
( theo Bảng tải trọng bề mặt của Trịnh Xuân Lai 2000 thì d = 0,2 mm thì U = 18,7 m/s )
Gọi L là chiều dài, B là chiều rộng bể hình chữ nhật, ta có tỷ số: Chiều rộng phần bể hình chữ nhật:
Hệ số K = Qmin/Qmax = 100/400 = 0,25
Góc thu nhỏ θ = 45° → cotθ = 1. Chọn b/B = 0,1 → m = 0,35 (trong đó b là chiều rộng đoạn kênh thu nhỏ, m là hệ số phụ thuộc góc tới của cửa tràn)
Vậy chiều dài đoạn thu hẹp là 2b = 2.0,15 = 0, 3 m
Sau bể lắng cát, phải hạ thấp đáy kênh xuống một đoạn P (độ chênh): Vậy, sau bể lắng cát phải hạ thấp đáy xuống 12 cm.
Chọn chiều cao bảo vệ của bể lắng cát là hbv = 0,5 m. Vậy chiều cao xây dựng của bể là: hxd = H + hbv = 0,5 + 0,5 = 1m
Kiểm tra lại thời gian lưu nước trong bể:
c. Bể điều hòa
Nguyên lý làm việc:
Nước từ các bể lắng tự chảy vào điều hòa. Trong bể điều hòa có lắp một hệ thống ống cung cấp khí làm xáo trộn dòng nước. Nhờ vậy, nước trở nên đồng đều về nồng độ. Ngoài ra, có thể bổ sung thêm kiềm hoặc axit để điều chỉnh pH nước.
Tính toán:
Thể tích tích lũy trong bể điều hòa: Vtích lũy = Vvào(t) + Vvào(t-1) Lưu lượng nước bơm ra: Qbơm ra = Qtb.t
Lưu lượng nước thay đổi: Qthay đổi = Qbơm ra - Vtích lũy
Thể tích bể điều hòa: Wthực tế = Số dương lớn nhất - Số âm nhỏ nhất Thể tích bể điều hòa trong thực tế: Wthực tế = Wtính toán + 10-20% Wtính toán
Bảng 13: Các thông số tính toán cho bể điều hòa
Giờ V vào (m3) lũy (mV tích3) ra (mQ bơm3) (mQtb3/h) đổi (mQ thay3)
1 270 270 292,5 292.5 22.5 2 285 555 585 30 3 276 831 877.5 46.5 4 270 1101 1170 69 5 295 1396 1462.5 66.5 6 334 1730 1755 25 7 362 2092 2047.5 -44.5 8 388 2480 2340 -40 9 400 2880 2632.5 -247.5 10 212 3092 2925 -167 11 215 3307 3217.5 -89.5 12 193 3500 3510 10 13 276 3776 3802.5 26.5 14 285 4061 4095 34 15 334 4395 4387.5 -7.5 16 280 4675 4680 5 17 380 5055 4972.5 -82.5
18 400 5455 5265 -19019 327 5782 5557.5 -224.5 19 327 5782 5557.5 -224.5 20 285 6067 5850 -217 21 301 6368 6142.5 -226 22 286 6654 6435 -219 23 264 6918 6727.5 -190.5 24 145 7063 7020 -43 Thể tích bể điều hòa là : 69 – ( - 247.5 ) = 316.5 ( m3) Vậy, thể tích bể điều hòa trong thực tế là:
Wthực tế = 316.5 + 316.5.10% = 348 (m3)
Chọn bể điều hòa với chiều dài L = 15 m, chiều rộng B = 8m, chiều cao bể H=3 m.
Lượng không khí cần sục vào bể điều hòa là: Qkk = qkk.Wthực tế (qkk = 0,01-0,013 m3/m3/phút, là lượng không khí cần sục trong 1m3 bể trong 1 phút, chọn qkk = 0,013 m3/m3/phút)
Qkk = 0,013. 348 = 4,5 (m3/m3/phút)
Do nước thải có chất rắn lơ lửng tổng số TSS > 500 mg/l nên phải chọn bể điều hòa khuấy trộn cơ khí. Trong bể điều hòa có hố tập trung cặn và thiết bị xả cặn
d. Bể Aerotank
Nguyên tắc hoạt động
Nước từ bể lắng đợt I chảy vào bể Aerotank. Trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Vi khuẩn sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm nước thải làm thức ăn. Vì vậy, sau khi qua bể Aerotank, nước thải sẽ được xử lý hầu hết các hợp chất hữu cơ. Quá trình làm sạch các chất bẩn có trong nước thải trong bể Aerotank diễn ra theo hai dòng chảy hỗn hợp của nước thải và lượng bùn tuần hoàn.
Tính bể aerotank : Để tính toán bể aerotank sau bể điều hòa phải dựa trên cơ
sở thực nghiệm, phụ thuộc chế độ làm việc của bể điều hòa . Thể tích của bể được xác định như sau:
(1) Trong đó: V- thể tích bể aerotank, m3;
Q- lưu lượng nước thải, m3/ngày đêm;
S0- hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào, mg/l;
Sb- hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aerotank, mg/l (kg/m3), trong quá trình hoạt động của bể, chỉ số này cần duy trì ở mức 3-6 kg/m3;
F/m- tỉ lệ giữa khối lượng vi sinh và tải lượng bùn trong bể aerotank, kg BOD5/kg MLSS/ngày đêm. Tùy theo yêu cầu của nước thải đầu ra mà chọn tỉ lệ F/m. Bảng 2 trình bày mối liên hệ giữa tỉ lệ F/m vào cấp độ sạch yêu cầu của nước thải đầu ra
Bảng 14: Sự phụ thuộc của tỉ lệ F/m và hiệu suất xử lý của hệ thống Tỉ lệ F/m
Kg BOD5/ kg MLSS/ngàyđêm
Hiệu suất xử lý BOD5
%
0,0 – 0,2 95 – 90
0,2 – 0,4 90 – 85
0,4 – 0,5 85 – 50
Nguồn : Viện Công nghệ môi trường - Trung tâm KHTN&CN Quốc gia
Tính toán nhu cầu cấp ôxy
Nhu cầu cấp ôxy trong 1 ngày đêm cho qui trình xử lý vi sinh và khử nitơ như sau:
Qo = 1,2*BOD5 + DO*Q + NOD* N (2)
Trong đó: Qo - nhu cầu ôxy cho toàn bộ quá trình xử lý, kg/ngày đêm;
BOD5 - nhu cầu ôxy sinh hóa, kg BOD5/ngày đêm, xác định theo cách sau:
BOD5 = Q*(S0 - S1) (3)
DO - hàm lượng ôxy hòa tan trong bể aerotank, mg/l. Trong điều kiện khí
hậu Việt Nam, chỉ số này là 2-4 mg/l;
NOD - nhu cầu ôxy cho quá trình nitrat hóa và khử nitơ của 1 kg nitơ, kgO2/kgN. Trong tính toán, sử dụng giá trị NOD = 4,3 - 4,7 kgO2/kgN.
N - khối lượng nitơ cần xử lý trong 1 ngàyđêm, kgN/ngày.
Giá trị nhu cầu ôxy thực tế xác định theo công thức sau: oth=k* Qo =(1,1-1,3) Qo ( 4) Trong đó k - hệ số hiệu chỉnh, k = 1,1 ÷ 1,3
Tính độ sinh trưởng của bùn (tuổi của bùn):
Độ sinh trưởng của bùn là một thông số rất quan trọng trong bài toán thiết kế, được xác định theo công thức sau:
(5) Trong đó: (SA) - độ sinh trưởng của bùn, ngàyđêm;
MLSS - tải lượng bùn hoạt tính, kg/ngàyđêm
y - hằng số định mức, phụ thuộc vào tỉ lệ F/m. Giá trị hằng số này
chọn theo bảng 3.
Trong điều kiện khí hậu Việt Nam thì có thể nhận giá trị (SA)>10 ngày.
Bảng 15: Sự phụ thuộc hằng số y của bùn hoạt tính vào tỉ lệ F/m
Tỉ lệ F/m kg BOD5/kg MLSS/ngàyđêm Y kgMLSS/kg BOD5ngày 0,0 – 0,2 0,5 – 0,8 0,2 – 0,4 0,8 – 1,0 0,4 – 0,5 1,0 – 1,3
Nguồn : Viện Công nghệ môi trường - Trung tâm KHTN&CN Quốc gia e. Bể lắng thứ cấp
Nước thải theo máng phân phối vào bể đập tràn thành mỏng hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể, nước chảy theo phương ngang vào bể đến máng thu nước, tới máng thu và xả chất nổi sau đó nước tới mương dẫn nước ra ngoài và chất nổi được xả ra đồng thời (các cặn ngừng chuyển động khi chạm đáy bể).
Lượng cặn tách ra khỏi bể lắng phụ thuộc vào: nồng độ cặn ban đầu, đặc tính của cặn (hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng, tốc độ rơi,…), thời gian lưu nước trong bể. Hiệu suất lắng đạt khoảng 60%. Vận tốc dòng nước chảy trong bể lắng thường chọn không lớn hơn 0,01 m/s, thời gian lưu từ 1 - 3h.
Tính toán:
Nói chung, số liệu để tính toán bể lắng đợt hai sau các Aerotank phải dựa trên cơ sở thực nghiệm, phụ thuộc chế độ làm việc của Aerotank.
Thông số cơ bản của thiết bị lắng là diện tích lắng của bể. Diện tích lắng được xác định theo công thức sau:
(6) Trong đó: Slang- diện tích lắng, m2;
Qmax.b.h- lưu lượng bùn cực đại trong thiết bị lắng, kg/h, tính theo công thức sau:
v- vận tốc lắng của bùn hay tải lượng lắng bề mặt, m3/m2/giờ Qmax.b.h=Qmax.Sb.SVI (7)
Qmax.- lưu lượng nước thải cực đại, m3/h;
Sb- nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank, kg/m3;
SVI - chỉ số thể tích của bùn hoạt tính, ml/g hoặc m3/kg.
Trong khi tính toán hệ thống xử lý thường nhận giá trị SVI=80-100ml/g, với giá trị lớn hơn (SVI>150 ml/g), bùn rất khó lắng.
f. Bể khử trùng
Sau các giai đoạn xử lý cơ học, hóa lý và sinh học, song song với việc làm giảm nồng độ chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn quy định thì số lượng vi trùng cũng giảm đáng kể đến 90 - 95%. Tuy nhiên, lượng vi trùng còn lại trong nước
vẫn cao hơn quy chuẩn cho phép, do đó cần phải thực hiện giai đoạn khử trùng nguồn nước.
Trong hệ thống này dùng Clo lỏng để khử trùng, cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxy hóa mạnh để oxy hóa tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Ưu điểm của phương pháp này là vận hành đơn giản, rẻ tiển và hiệu suất cao chấp nhận được.
Phản ứng thủy phận giữa Clo và nước thải xảy ra như sau: Cl2 + H2O HCl + HOCl
HOCl là một axit yếu, không bền vững dễ dàng bị phân hủy thanh HCl và Oxy nguyên tử:
HOCl HCl + O hoặc bị phân ly thành HOCl H+ +