2)
3.3 THUYẾT MINH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ ĐÃ CHỌN
Nƣớc thải phát sinh từ quá trình chế biến đƣợc thu và dẫn về bể thu gom. Bể thu gom đƣợc thiết kế để thu gom nƣớc thải và lắng tách cặn, rác ra khỏi dịng nƣớc thải, từ bể thu gom nƣớc thải đƣợc bơm vào bể điều hịa thơng qua hai bơm đƣợc đặt trong bể thu gom và phao kiểm sốt mực nƣớc. Bể điều hịa cĩ nhiệm vụ điều hịa lƣu lƣợng và điều hịa nồng độ các chất ơ nhiễm, khơng làm ảnh hƣởng đến hệ vi sinh của các cơng trình phía sau. Việc sử dụng bể điều hịa nhằm làm ổn định quá trình
hoạt động của các bể vi sinh phía sau và giúp tối ƣu hĩa kích thƣớc thiết kế của các bể này. Tại bể điều hịa cĩ đặt hai bơm chìm để bơm nƣớc thải lên bể tuyển nổi.
Tại bể tuyển nổi quá trình keo tụ tạo bơng và lọai bỏ các chất lơ lửng cĩ kích thƣớc lớn sẽ xảy ra. Do đặc trƣng của tính chất nƣớc thải nên hĩa chất NaOH sẽ đƣợc thêm vào để tạo điều kiện tối ƣu trong quá trình keo tụ tạo bơng.
Quá trình keo tụ tạo bơng diễn ra trong điều kiện pH tối ƣu. Quá trình keo tụ tạo ra các tác nhân cĩ khả năng kết dính các chất làm bẩn ở dạng hịa tan, lơ lửng thành các bơng cặn cĩ kích thƣớc lớn và cĩ khả năng lắng. Ngịai ra, polyme cịn đƣợc thêm vào bể để tăng cƣờng khả năng tạo bơng cặn của quá trình.
Thêm vào đĩ, một phần nƣớc thải từ bể tuyển nổi sẽ đƣợc dẫn về bồn hịa tan khí. Trƣớc khi nƣớc thải vào bồn hịa tan khí, nƣớc thải đã đƣợc cung cấp 1 lƣợng khí vừa đủ. Nƣớc thải và khí hịa trộn trong bồn hịa tan khí để tạo bão hịa nƣớc bằng khơng khí dƣới áp suất cao. Dịng nƣớc thải này sẽ đƣợc dẫn trở lại bể tuyển nổi cùng với dịng nƣớc thải từ bể điều hịa về bể tuyển nổi. Tại đây, nhờ tác dụng của các bọt khơng khí nhỏ trong dịng nƣớc, các hạt cặn sẽ bị lơi kéo nổi trên bề mặt bề và sẽ đƣợc lọai bỏ ra ngồi nhờ thiết bị gạn cặn nổi.
Nƣớc thải sau khi đƣợc lọai bỏ 1 phần lớn cặn lơ lửng, nƣớc thải sẽ tự chảy qua cụm bể nhằm loại bỏ Nitơ. Cụm bể này gồm 2 ngăn: thiếu khí và hiếu khí.
Ngăn thứ nhất gọi là ngăn “thiếu khí”. Nƣớc thải trƣớc tiên sẽ đƣợc đƣa vào ngăn này và đƣợc cho tiếp xúc với vi sinh vật (bùn). Ngăn “thiếu khí” sẽ đƣợc thiết kế phù hợp nhằm duy trì mơi trƣờng hoạt động trong ngăn luơn là mơi trƣờng “thiếu khí”, thích hợp cho các vi sinh vật “thiếu khí” hoạt động. Các vi sinh vật này sẽ tham gia vào quá trình loại bỏ các chất hữu cơ và các hợp chất chứa Nitơ (tồn tại chủ yếu ở dạng nitrát NO3-).
Sau khi rời ngăn “thiếu khí”, nƣớc thải đƣợc dẫn vào ngăn “hiếu khí” và đƣợc cho tiếp xúc với vi sinh vật hiếu khí nhờ hệ thống thổi khí lắp dƣới đáy bể. Trong ngăn sục khí, thời gian lƣu nƣớc và lƣu bùn đủ lớn để tiến hành quá trình loại các chất hữu cơ và kích thích quá trình nitrát hĩa (chuyển hĩa amơnia- NH4+- thành nitrát – NO3- -). Việc loại bỏ NO3- ở ngăn “thiếu khí” sẽ giúp giảm thiểu nồng độ amơnia và Nitơ Tổng của nƣớc thải đầu ra. Một yếu tố rất quan trọng để đảm bảo quá trình loại
với nồng độ thích hợp. Điều này đã đƣợc đảm bảo vì trong nƣớc thải đi vào ngăn thiếu
khí đã cĩ chứa sẵn một lƣợng chất hữu cơ nhất định (COD, BOD5) đủ đảm bảo cho
quá trình loại nitrát trong ngăn này đƣợc diễn ra ổn định.
Nƣớc sau bể hiếu khí sẽ đƣợc dẫn qua bể lắng. Bể lắng cĩ nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nƣớc thải, một phần bùn sẽ đƣợc bơm tuần hồn trở lại bể thiếu khí để khử N, đồng thời tăng cƣờng khả năng phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh.
Sau một thời gian vận hành chắc chắn sẽ sinh ra bùn dƣ. Lƣợng bùn dƣ từ quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh hiếu khí (xác của vi sinh). Lƣợng bùn này sẽ đƣợc đƣa về bể phân hủy bùn
Sau khi qua bể lắng nƣớc thải sẽ tiếp tục qua bể khử trùng. Tại bể khử trùng, nƣớc thải sẽ đƣợc châm chlorine để lọai bỏ các vi khuẩn cĩ hại. Nƣớc thải sau đĩ sẽ đƣợc thải rangịai và đạt QCVN 11:2008/BTNMT Cột B, QCVN 24:2009/BTNMT cột B.
CHƢƠNG 4
TÍNH TỐN CHI TIẾT CÁC CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ
THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƢỚC THẢI
Nguồn nƣớc thải sản xuất sẽ mang tính chất đặc trƣng của ngành chế biến thủy sản nhƣ Nitơ, COD, BOD5, SS rất cao. Một số giá trị đặc trƣng của các thành phần tính chất nƣớc thải lấy tại một số nhà máy chế biến thủy sản nhƣ sau:
Bảng 1. Thành phần và tính chất nƣớc thải Thơng số Đầu vào QCVN 24:2009/BTNMT Cột B QCVN 11:2008/BTNMT Cột B pH 6.3 - 7.2 5.5 - 9 5.5 - 9 COD mg/l 1416 100 80 Tổng N mg/l 150 30 60 Chất rắn lơ lửng, mg/l 1500 100 100 Coliform MNP/100ml 10 5 - 108 5000 5000 1. Bể thu gom Lƣu lƣợng nƣớc thải Q = 250 m3 /ngày = 10.42m3/h Thời gian lƣu t = 60 phút
Thể tích bể:
Kích thƣớc bể
Chọn chiều cao bể: H = 1.5m Chiều cao bảo vệ: h = 0.3 m
D x R x C = 6 x 1.1 x 1.8
Bơm nƣớc thải sang bể điều hịa
Chọn hai bơm nƣớc thải chạy luân phiên với Q = 30m3
/h = 0.0083m3/s Cột áp bơm đƣợc xác định theo phƣơng trình becnuli:
• Z
2 – Z
1 = 4 m • P
1 = P
2 : Áp suất ở đầu ống đẩy, hút • V 1 = V 2 = V : Vận tốc nƣớc thải trong đƣờng ống, V = 1.2 m/s • l : Chiều dài tồn bộ đƣờng ống, l = 5 m • d : Đƣờng kính ống dẫn, d = 50 mm • λ : Hệ số ma sát đƣờng ống Chuẩn số Reynolds : Vì 2 000 < Re < 100 000 Nên ta cĩ: • Σξ : Tổng hệ số trở lực cục bộ Σξ = 2 x ξ co + ξ vào + ξ ra = 2 x 0.9 + 0.5 + 1 = 3.3 Vậy chiều cao cột áp bơm
Cơng suất bơm:
Trong đó
Q – năng suất của bơm, m3/s
H – cột áp của bơm, mH
2O.
ρ- khối lƣợng riêng của bùn, kg/m3. ρ=1000 kg/m3
g – gia tốc rơi tự do, m/s2. Lấy g = 9.81 m2/s
η- hiệu suất của bơm. Lấy η=0.72 (thƣờng η= 0.72 ÷ 0.93)
Cơng suất thực của bơm
Vậy chọn bơm với cơng suất 0.37 kW (theo chuẫn loại bơm phù hợp thực tế).
Bảng tổng hợp tính tốn bể thu gom
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Chiều dài L mm 6000 Chiều rộng B mm 1100 Chiều cao Hxd mm 1800 Thể tích bể thu gom Wt m 3 11.88 2. Song chắn rác
Lƣu lƣợng nƣớc thải theo giờ lớn nhất:
Qmaxh = QTBhx kh= 10.42 x 3.5 = 35.84 (m3/h)
Với kh là hệ số vƣợc tải theo giờ lớn nhất (k = 1.5 – 3.5) chọn kh = 3.5 Chọn loại song chắn rác cĩ kích thƣớt khe hở b = 6mm
Tiết diện song chắn hình trịn cĩ kích thƣớc d = 10mm Số lƣợng khe hở:
Chọn số khe là 30 => số song chắn là 29 Trong đĩ:
• n : số khe hở
• Qmax : lƣu lƣợng lớn nhất của nƣớc thải, m3/s
• vs : tốc độ nƣớc qua khe song chắn, chọn vs = 0.6 m/s
• kz: hệ số tính đến hiện tƣợng thu hẹp dịng chảy, chọn kz = 1.05. Bề rộng thiết kế song chắn rác
Bs = s (n-1) + (b x n) = 0.01(30-1) + (0.006 x 30) = 0.47 (m) Chọn Bs = 0.5 m
Trong đĩ:
• s : bề dày của thanh song chắn, lấy s = 0.01 m
Trong đĩ:
• vmax : vận tốc nƣớc thải trƣớc song chắn ứng với Qmax ,vmax = 0.6m/s • k : hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, k = 2 – 3. Chọn k = 2 • : hệ số tổn thất áp lực cục bộ, đƣợc xác định theo cơng thức: Với: : Gĩc nghiên đặt song chắn rác, chọn = 600 : hệ số phụ thuộc hình dạng thành đan, 1.97 3. Bể điều hịa Thể tích bể: Trong đĩ:
• t : thời gian lƣu nƣớc thải trong bể điều hịa, chọn t = 4.7h
- Kích thước bể điều hịa:
Chọn bể hình chữ nhật
Diện tích mặt bể : S = 28.2 m2
Chiều cao của bể :
(chọn H = 3,7m)
Chọn chiều cao bảo vệ của bể là Hbv = 0.35m
Chiều cao tổng cộng của bể (chiều cao xây dựng) H = 3.7 + 0.6 = 4.3m
Thể tích thực của bể điều hịa: S x H = 28.2 x 4 = 112.8 m3
Trong đĩ:
• pkk : tốc độ cấp khí trong bể điều hịa, qkk = 0.01 – 0.015 m3/m3.phút, chọn qkk = 0.01 m3/m3.phút (Trịnh Xuân Lai 1999)
• V : Dung tích bể điều hịa
Chọn hệ thống phân phối khí bằng đĩa d = 250 (4.2 m3/h), hệ thống gồm 1 ống
chính và 4 ống nhánh. Hệ thống đƣợc bố trí nhƣ trên bảng vẽ. Đường kính ống dẫn khí chính: Chọn Dc = 50 mm Trong đĩ: Vống : Vận tốc khí trong ống, Vống = 10 – 15 m/s, chọn Vống = 10 m/s. Đường kính ống nhánh: Chọn Dn = 25mm
Trong đĩ: qkk : Lƣu lƣợng khơng khí trong mỗi ống
Số lượng đĩa thổi khí:
• qđĩa : lƣu lƣợng riêng của đĩa phân phối khí, qđĩa = 1-6m3/h Chọn Nđĩa = 15 cái, đƣợc bố trí đều trên diện tích đấy bể điều hịa.
Cơng suất máy thổi khí:
Chọn 2 máy thổi khí cĩ cơng suất 1 Kw/h, 1 máy chạy, 1 máy nghĩ luân phiên. Trong đĩ:
• Qkk : lƣu lƣợng khơng khí cần cung cấp, Qkk = 61.8 m3/h • : Hiệu suất của máy thổi khí, chọn = 0.75
• : Áp lực của khí nén
• Hd : Áp lực cho hệ thống ống khí nén dƣợc xác định theo cơng thức: Hd = hd + hc + hf + H = 0.4 + 0.5 + 3.65 = 4.55 m
Trong đĩ:
• hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m • hc : Tổn thất cục bộ của ống phân phối khí
Tổn thất hd + hc khơng vƣợc qua 0.4 m, chọn hd + hc = 0.4 • hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối, khơng vƣợc quá 0.5 m
chọn hf = 0.5 m
• H : Chiều cao hữu ích, H = 3.65 m.
Bảng tổng hợp tính tốn bể điều hịa
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Chiều dài L mm 6000 Chiều rộng B mm 5500 Chiều cao Hxd mm 4000 Thể tích bể Wt m3 ((6x5.5) – (1.4x3))x4 =115 4. Bể phản ứng Thể tích bể:
Trong đĩ: Qmax : lƣu lƣợng tính tốn lớn nhất (m3/s), k = 1.5, Qmax = 15.6 m3/h
T : thời gian lƣu nƣớc, t = 20 phút
Kích thước bể:
Chọn chiều cao bể: H = 2.3 m Tiết diện bể:
Chọn bể vuơng :
Chọn chiều cao bảo vệ: h = 0.45m.
Bảng tổng hợp tính tốn bể phản ứng
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Chiều dài L mm 1400
Chiều rộng B mm 1400
Chiều cao Hxd mm 2300
Thể tích bể Wt m3 4.508
5. Bể tuyển nổi(bài nghiên cứu tách mủ dư trong nước thải cao su-cty MT hành trình xanh )
CODvào = 1416 mg/l, CODsau bể điều hịa = 1345 mg/l (Hxử lý = 5%) CODvào bể tuyển nổi = 1345 mg/l
CODsau bể tuyển nổi = 874.25 mg/l ( test mẫu), BODsau bể tuyển nổi = 594.49 mg/l
Hiệu suất xử lý theo COD:
Tiêu chuẩn thiết kế bể tuyển nổi lấy trong giới hạn:
- Tải trọng bề mặt : 3-10m3
/m2.h
- Thời gian lƣu nƣớc trong bể : 20-40 phút
- Lƣu lƣợng khơng khí têu thụ : 15-50 lít khí/m3 nƣớc.
+ Bể tuyển nổi hình trịn.
- Chiều cao ngăn tạo bọt: Hk = 1.5 m
- Diện tích bề mặt ngăn tạo bọt:
Trong đĩ:
• Q : Lƣu lƣợng nƣớc xử lý m3
/h
• Vk : Vận tốc nƣớc trong ngăn, lấy 6mm/s = 21,6m/h
• 0.6 : Hệ số đổi đơn vị
- Chiều cao vung nổi H0 = 1.5m
Diện tích mặt bể:
Trong đĩ:
• t0 : Thời gian lƣu nƣớc trong bể, 20-40 phút, lấy t = 35 phút • Qt : lƣu lƣợng nƣớc đi vào bể tuyển nổi
Qt = Q + Qth = 10.42 + (10.42x0.25) = 13 m3/h Chọn : chiều rộng R = 1.4 m, chiều dài L = 2.3 m
Tải trọng bề mặt:
Tải trọng chất rắn:
Trong đĩ: Cr : Hàm lƣợng chất rắn, Cr = 1500 mg/l
Bình áp lực: h = 1500 (mm) ; D = 500 (mm)
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Chiều dài L mm 2300
Chiều rộng B mm 1400
Chiều cao Hxd mm 1500
Thể tích bể Wt m3 4.8
6. Bể aerotank xử lý BOD và Nitơ (Trịnh Xuân Lai) Thơng số thiết kế:
- Lƣu lƣợng nƣớc thải : Qtb = 250m3/ngày - Nhiệt độ nƣớc thải : t = 25oC
- Hàm lƣợng đầu vào BOD5 = 595mg/l
- Hàm lƣợng đầu vào Nitơ = 150mg/l
- Hàm lƣợng đầu ra BOD5 = 50mg/l
- Hàm lƣợng đầu ra Nitơ = 30mg/l
Bảng: Các hệ số động học của quá trình Nitrate ở 200
C
Hệ số Đơn vị dãy giá trị đặc trƣng
µmax gVSS/gVSS.ngày 0.2-0.9 0.2 Kn gNH4-N/m³ 0.5-1 0.5 Yn gVSS/gNH4-N.ngày 0.1-0.15 0.1 Kdn gVSS/gVSS.ngày 0.05-0.15 0.09 fd 0.08-0.2 0.1 Ko g/m³ 0.4-0.6 0.5
(Nguồn wastewater engineering; Trịnh Xuân Lai)
Hiệu quả xử lý tính theo nitơ.
a. Tính tốn thời gian sử lý theo điều kiện Nitrat hĩa.
Xác định tốc độ tăng trƣởng riêng của vi khuẩn Nitrat hĩa trong điều kiện vận hành bể ổn định: Trong đĩ: • T = 25oC • = 0.2 ngày-1 ở 20oC • N = 150mg/l; KN = 100.051T – 1.1581 = 100.051x25 – 1.1581 = 1.3 • DO = 4mg/l; Ko2 = 1.3mg/l; pH = 7.2 = 0.244 ngày-1 Xác định tốc độ sử dụng NH+
4 của vi khuẩn nitrat hĩa theo yêu cầu đầu vào 150mg/l, đầu ra 30mg/l.
Trong đĩ:
• YN : mg bùn hoạt tính/mgNH+4, YN = 0.1-0.15, chọn YN = 0.1
Xác định thời gian lƣu bùn
• Chọn KdN = 0.09 ngày-1
= 6.67 ngày. Tuổi của bùn 6.67 ngày.
Xác định thành phần hoạt tính của vi khuẩn nitrat hĩa trong bùn hoạt tính. XN = fN x X
YBOD : Hệ số sản sinh bùn, chọn YBOD = 0.6
XN = 0.035 x 3000 = 105mg/l
Thời gian cần thiết để Nitrat hĩa:
b. Tính tốn thời gian sử lý theo điều kiện khử BOD5.
Xác định tốc độ oxy hĩa (giảm) BOD5 mg/l cho 1 mg/l bùn hoạt tính trong một ngày.
Ta cĩ:
Trong đĩ:
• = 6.67 ngày theo tuổi của bùn nitrat hĩa
• Y = 0.5 , Kd = 0.08 (bảng 5.1 trang 71 Trịnh Xuân Lai)
Thời gian cần thiết để khử BOD5:
Chọn dung tích bể theo thời gian lƣu nƣớc để nitrat hĩa = 12.7 h
Thể tích bể Aerotank: V = Q x = 250 x 0.53 = 132.5 m3 Kích thƣớc bể aerotank: Dài = 7m Rộng = 4.6 m Cao = 4 m Hbảo vệ = 0.5 m
Bảng tổng hợp tính tốn bể Aerotank
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Chiều dài L mm 7000
Chiều rộng B mm 4600
Chiều cao Hxd mm 4500
Thể tích bể Wt m3 145
- Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể aerotank:
Lƣợng oxy cần thiết theo cơng thức:
Trong đĩ:
• OC0 : lƣợng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 200C • Q : lƣu lƣợng nƣớc thải cần xử lý (m3/ngày)
• S0 : nồng độ BOD5 ban đầu (g/m3) • S0 : nồng độ BOD5 đầu ra (g/m3)
• f : hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD; f = BOD5/COD,
f = 0.45-0.68
• Px : phần tế bào dƣ xả ra ngồi theo bùn dƣ;
Px= YbQ(S0-S)10-3 = 0.3x250(595-50)x10-3 = 40.88(kg/ngày)
• 1.42: hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD
• N0 : tổng hàm lƣợng nitơ đầu vào (g/m3) • N : tổng hàm lƣợng nitơ đầu ra (g/m3)
• 4.57: hệ số sử dụng oxy khi oxy hĩa NH+
4 thành NO3-
Lƣợng oxy thực tế theo cơng thức:
• T : nhiệt độ nƣớc thải, T = 250C, độ muối < 5000 mg/l