3.2.1 Sơ đồ công nghệ dây chuyền
Hình 3.10: Sơ đồ công nghệ đề xuất Tháp giải nhiệt Nước thải đầu vào Hồ thu gom Song chắn rác Bể điều hòa Bể Aerotank Bể lắng sinh học Cụm bể hóa lý 2 ( Khử màu, keo tụ , tạo bông)
Bể lắng 2 Bể khử trùng NT: QCVN 13:2015/ BTNMT. Cột B Máy thổi khí Sục khí Hóa chất Bể chứa bùn Máy ép bùn Chlorine
3.2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước thải từ các công đoạn trong nhà máy được thu gom vào hệ thống cống dẫn và đi vào trạm xử lí. Từ cống, nước thải qua song chắn rác thô để loại bỏ các rác có kích thước lớn, rồi sau đó đổ vào hầm bơm tiếp nhận. Từ hầm bơm tiếp nhận, nước được bơm lên bể điều hoà, nhờ bơm đặt chìm dưới hố thu. Trước khi qua bể điều hoà nước thải qua máy sàng rác tinh để được giữ lại những rác kích thước nhỏ d > 0,25mm. Tại bể điều hoà dòng nước thải được ổn định lưu lượng và nồng độ các chất bẩn, để dễ dàng cho các quá trình xử lí sau. Trong bể điều hoà có tiến hành sục khí để tránh các quá trình sa lắng. Từ bể điều hoà nước thải được bơm qua bể trung hoà, tại đây châm thêm dung dịch axit H2SO4 98% và dinh dưỡng nhằm tạo điều kiện thích hợp cho sự phát triển của vi sinh. Nước thải sẽ được bơm qua bể aeroten, hoà trộn cùng với lượng bùn tuần hoàn từ bể lắng II, tại bể có tiến hành sục khí cung cấp oxy cho vi sinh hoạt động. Sau thời gian lưu trong bể aeroten nước thải chảy qua bể lắng đợt II. Tại đây các bùn hoạt tính được loại bỏ khỏi nước thải nhờ quá trình lắng trọng lực của bùn. Nước trong đi ra phía trên mặt bể qua máng thu nước đi vào bể trộn đứng. Tại bể trộn đứng dòng nước được cho thêm vào phèn nhôm để tiến hành quá trình keo tụ. Sau đó nước tiếp tục chảy qua bể tạo bông để thực hiện quá trình tạo bông. Nước tiếp tục đi qua bể lắng, ở đây nước được loại bỏ các hạt bông cặn có trong nước nhờ trọng lực của hạt cặn. Phần cặn trong bể lắng này được đưa vào bể nén bùn, phần nước trong được thu nhờ vào máng răng cưa đặt ở trên mặt bể và đi vào cống chung. Bùn lắng từ bể lắng II một phần được bơm tuần hoàn lại bể aeroten, phần bùn dư được đưa qua bể nén bùn. Bùn dư này cùng với bùn ở bể lắng phía sau được làm giảm thể tích ở bể nén bùn. Phần bùn sau khi nén được đưa vào bể chứa bùn. Từ bể chứa bùn, bùn sẽ được bơm qua máy ép băng tải, để tiếp tục được làm giảm thể tích. Trong quá trình ép bùn có cho thêm vào polyme để tăng cường quá trình kết dính bùn. Phần bùn sau khi ép được đưa đến bãi chôn lấp. Phần nước từ quá trình nén bùn và ép bùn ở phía sau được đưa lại hầm bơm tiếp nhận
CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.1 Bể Aerotank
4.1.1 Lý thuyết
Đây là loại bể được xây dựng để xử lý nước thải chứa các chất hưu cơ hòa tan cũng như các chất gây ô nhiễm có trong nước như H2S, Nitơ, Amonia,...
Phương pháp xử lý nước thải bằng loại bể này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật làm phân hủy các chất hữu cơ có hại. Trong đó, nhóm sinh vật được sử dụng là nhóm sinh vật hiếu khí. Chúng chỉ hoạt động và mang lại hiệu quả cho bể trong điều kiện được cung cấp đầy đủ và liên tục khí oxy.
Nguyên lý vận hành bể sinh học hiếu khí được diễn ra với 3 quy trình cơ bản như sau: Đầu tiên là quá trình oxi hóa các chất hữu cơ
Quá trình này có thể diễn giải bằng phương trình sau: CxHyOz + O2－Enzyme→ CO2 +H2O + H
Trong giai đoạn này, những bùn hoạt tính đượ hình thành và phát triển nhanh hóng. Tốc độ oxi hóa càng cao thì tốc độ tiêu thụ khí oxi cũng diễn ra càng nhanh. Ở thời điểm này, lượng dinh dưỡng trong các chất thải cao nên tốc độ sinh trưởng phát triển của vi sinh rất lớn. Cũng vì vậy mà nhu cầu tiêu thụ oxi trong bể hiếu khí rất lớn.
Quá trình tổng hợp tế bào mới
CxHyOz + NH3 + O2－Enzyme→ CO2 +H2O + C5H7NO2 - H
Ở quá trình thứ 2 này, các vi sinh vật đã phát triển ổn định và nhu cầu tiêu thụ oxi của chúng cũng không có sự thay đổi quá nhiều. Cũng tại đây, các chất hữu cơ được phân hủy nhiều nhất. Đồng thời, hoạt lực của Enzym trong bùn hoạt tính cũng đạt mức cực đại.
CxHyOz + NH3 + O2－Enzyme→ CO2 +H2O + C5H7NO2 - H
Trong giai đoạn này, tốc độ tiêu thụ oxi trong bể lại tiếp tục tăng cao. Theo nguyên lý làm việc của bể hiếu khí thì giai đoạn này là lúc Nitrat hóa các muối Amoni. Ngay sau đó thì nhu cầu tiêu thụ oxi lại tiếp tục giảm xuống.
Khi vận hành bể hiếu khí, bạn cần lưu ý nếu sau quá trình oxi hóa được khoảng 80 – 90 % mà không khuấy đều thì bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy nên bạn phải mất thời gian để lấy bùn cặn ra khỏi nước. Trong trường hợp không kịp tách bùn thì nước ở trong bể sẽ bị ô nhiễm.
4.1.2 Phương pháp tính toán
Xác định BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra:
Phương trình cân bằng hóa học BOD5 ra = BOD5 hòa tan + BOD5 cặn lơ lửng
Lượng cặn có thể phân hủy sinh học
có trong cặn lơ lửng (mg/L) b = a*SSra (mg/L)
a: % cặn lơ lửng, a = 65% Chọn SSra = 50mg/L
BODL của cặn lơ lửng dễ
phân hủy sinh học (mg/L) BODL = b*1.42 (mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxh)
BOD5 của cặn lơ lửng = BODL*0.68 (mg/L)
Tính kích thước bể:
Thể tích bể hiếu khí (V) V = [Q*Y*θc*(C0 – C)]/[X*(1+Kđ* θc)] (m3
)
Thời gian lưu nước (HRT) HRT = V/Q (h)
Q: Lưu lượng thải đầu vào (m3/ngày.đêm)
Y : hệ số sản lượng trung bình (kgVSS/kgBOD)
Kđ : hệ số phân hủy nội bào (ngày-1). C0 : hàm lượng BOD5 đầu vào (mg/L) C: hàm lượng BOD5 hòa ta đầu ra (mg/L) X: nồng độ bùn hoạt tính trong bể (mg/L)
θc : thời gian lưu bùn trong bể (ngày)
Kích thước bể
Chiều cao tổng cộng (H) = chiều cao hữu ích (h) + chiều cao bảo vệ (hbv ) (m)
Diện tích mặt thoáng của bể (F) = V/H (m2)
V: thể tích bể hiếu khí (m3) V: thể tích bể hiếu khí (m3) Q: lưu lượng thải đầu vào (m3/h)
Tính lượng dư cặn xả ra hằng ngày khi nhà máy hoạt động ổn định:
Hệ số tạo cặn từ BOD5 Ybùn =Y/(1+Kđ* θc)
Lượng bùn hoạt tính sinh ra do
khử BOD (Px(VSS)) Px(VSS) = Q*Ybùn*(Co – C)*10
-3
(kgVSS/ngày)
Tổng lượng cặn lơ lửng sinh ra (Px(SS))
Lượng cặn hằng ngày phải xả
(Pxả) Pxả = Px (SS) – Q.50.10
-3
(kgSS/ngày.đêm)
Lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) Qw = (V*X – Qra*Xra*θc)/(Xth* θc) (m3/ngày
đêm)
Qra = Qvào = 2500 (m3/ngày đêm).
Xth : nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn (mg/L)
Xra : nồng độ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi trong chất rắn lơ lửng ra khỏi bể lắng II(70% chất dễ
bay hơi) (mg/l)
Xra = 0,7*SSra
Xác định lượng bùn tuần hoàn Phương trình cân bằng vật chất cho bể Aerotank: (Q + Qt) . X = Qt .Xt + Q . Xo
Px(SS) = Px(VSS)/1 – Z (kgSS/ngày.đêm)
Y : hệ số sản lượng trung bình (kgVSS/kgBOD) Kđ : hệ số phân hủy nội bào (ngày-1). θc : thời gian lưu bùn trong bể (ngày)
Q: Lưu lượng thải đầu vào (m3/ngày.đêm) C0 : hàm lượng BOD5 đầu vào (mg/L) C: hàm lượng BOD5 hòa ta đầu ra (mg/L)
Z: độ tro của cặn, Z = 0.3
Tính lượng oxi cần thiết:
Khối lượng BODL tiêu thụ trong quá
trình sinh học bùn hoạt tính (M) M= Q*(S0 – S)/0.68 (kgBODL/ngày.đêm)
Q: lưu lượng thải đầu vào (m3/ngày đêm)
S0 : BOD5 đầu vào (mg/L)
S: lượng BOD5 hòa tan ra khỏi bể lắng (mg/L)
Nhu cầu oxy cho quá trình (MO2) MO2 = M(BODL)– 1.42*Px(VSS) (kgO2/ngày.đêm)
Lưu lượng khí cần thiết của máy thổi
khí Qkk = f * Mkk/E (m
3 /phút)
Px(VSS): lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD (kgVSS/ngày)
E: hiệu suất chuyển hóa oxygen của thiết bị khuếch tán khí, E = 9%
Tính toán thiết bị phân phối khí:
Đường ống dẫn khí chính Dchính = √(4*Qkk)/(п*v) (m)
Qkk: lưu lượng khí của máy thổi khí (m3/s)
v: vận tốc khí trong ống, 10 – 15 m/s, chọn v = 13m/s
Đường kính ống dẫn khí
nhánh Dchính = √(4*q)/(п*v) (m)
q: lưu lượng khí qua một ống nhánh, q = Qkk/số ống nhánh (m3/s)
Số đĩa phân phối khí n = q/qlo
Áp lực cần thiết cho hệ thống
khí nén Hc = hd + hc + hf + H (m)
hc : tổn thất áp lực cục bộ (m)
hf : tổn thất áp lực qua thiết bị phân phối, hf ≤ 0,5m, chọn 0,5m
hd : tổn thất dọc đường Tổng tổn thất hd + hc ≤ 0,4m, chọn hd + hc = 0,4m
. H: chiều cao của bể (m)
Công suất máy khí nén N = [34400*(P0.29
– 1)*Q]/(102*ŋ) (kW/h)
Q = Qkk: lưu lượng khí của máy thổi khí (m3/phút)
ŋ: Hiệu suất máy nén khí chọn là 0.8(80%)
P: áp lực khí nén (atm), P = (10.33+Hc)/Hc
Tính toán đường ống:
Đường kính ống dẫn nước
thải vào bể Dvào = √(4*Qtbh)/(п*v) (m)
Qtb h
: lưu lượng nước thải trung bình giờ (m3/h)
v: vận tốc nước chảy trong ống, chọn v = 0.8m/s
Đường kính ống dẫn bùn tuần
hoàn Dvào = √(4*Qth)/(п*v) (m)
Qth : lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/h)
v: vận tốc bùn chảy trong ống, chọn v = 0.3m/s
Đường kính ống dẫn nước ra
khỏi bể Aerotank Dvào = √(4*Qra)/(п*v) (m)
Qra : lưu lượng nước ra khỏi bể (m3/h), Qra = Qtbh + Qth
v: vận tốc nước rakhoir bể , chọn v = 1m/s
4.2 Bể lắng II
4.2.1 Lý thuyết
Bể lắng II có nhiệm vụ lắng bùn hoạt tính đã qua xử lý ở bể hiếu khí, đồng thời một phần bùn hoạt tính này sẽ bơm tuần hoàn lại bể thiếu khí.
Nguyên lý:
Nước cần lắng được dẫn qua đường ống vào. Sau đó đi vào ống trung tâm sẽ đưa nước vào bể lắng. Tiếp theo nước đi xuống dưới theo ống trung tâm. Kế đến nước đi ra khỏi ống trung tâm và đi vào hình vành khăn giữa ống và thành bể. Nước chảy từ dưới lên trên vào các rãnh chảy tràn (máng răng cưa). Quá trình lắng cặn sẽ diễn ra theo dòng đi lên và vận tốc nước lúc này vào khoảng 0.2 – 0.5m/s. Trong đó, chúng ta quy định như sau:
Mỗi hạt chuyển động theo nước lên trên với vận tốc v
Dưới tác dụng của trọng lực, hạt chuyển động xuống dưới với vận tốc ω
Nếu ω > v hạt sẽ lắng nhanh, còn nếu ngược lại hạt sẽ bị cuốn lên trên. Sau quá trình lắng, các cặn bùn dưới đáy sẽ được hút ra để xử lý riêng.
4.2.2 Phương pháp tính toán
Kích thước bể:
Diện tích bề mặt cần thiết (A) A= Qtbngày /LA (m2)
Qtbngày: lưu lượng trung bình ngày (m3/ngày) LA:tải trọng bề mặt, (m3/m2.ngày)
Đường kính bể lắng (D) D= √(4*A)/п (m) A: diện tích bề mặt cần thiết (m2)
Đường kính ống trung tâm (d) d = D*20%
Chiều cao tổng cộng của bể
lắng (Htc) Htc = hL + hb + hbv
hL:chiều sâu bể lắng, chọn hL=3m
hb:chiều cao lớp bùn lắng, hb= 1.5 m
hbv :chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0.3m.
Chiều cao ống trung tâm (H) H = hL*60% (m)
Thể tích phần lắng (V) VL = п*(D2 – d2)/4 (m3)
D: đường kính bể lắng (m)
d: đường kính ống trung tâm (m)
Thời gian lưu nước (t) t = V/(Q+Qth) (h)
Q: lưu lượng nước thải đầu vào (m3/h) Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/h)
Thể tích phần chứa bùn (Vb) Vb = A*hb (m3)
A: diện tích bề mặt cần thiết (m2) hb:chiều cao lớp bùn lắng (m)
Thời gian lưu bùn trong bể (tb) tb = Vb/(Qw+Qth) (h)
Vb: thể tích phần chứa bùn (m3)
Qw: lưu lượng bùn xả ra hằng ngày (m3/h)
Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/h) hL:chiều sâu bể lắng (m)
Diện tích mặt cắt ướt của
máng thu nước (A) A = (Q+Qth)/(vm*3600) (m2)
vm:vận tốc nước chảy trong máng, chọn vm = 0.65 m/s
Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/h) Q: lưu lượng nước thải đầu vào (m3/h)
Tải trọng máng tràn (Ls) Ls = (Q+Qth)/(Dm*п) (m3/m.ngày) Dm: đường kính máng tràn, Dm = 80%D (m) Chiều dài máng tràn (Lm) Lm = Dm*п Đường kính ống dẫn nước (D) D= √(4*Q)/(п*v) (m) v: vận tốc nước trong ống, chọn v = 1m/s Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn (D) D= √(4*Qth)/(п*v) (m)
v: vận tốc bùn tuần hoàn chảy trong ống, chọn v = 0.7m/s
Q: lưu lượng nước thải đầu vào (m3/ngày.đêm) Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/ngày.đêm)
Q: lưu lượng nước thải đầu vào (m3/s)
Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/s)
Đường kính ống dẫn bùn dư
(Dw) D= √(4*Qw)/(п*v) (m)
Qw: lưu lượng bùn dư xả ra hằng ngày (m3/s)
v: vận tốc bùn dư chảy trong ống, chọn v = 0.7m/s Dm: đường kính máng tràn (m)
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT 5.1 Các thông số tính toán
Hiệu suất các quá trình:
Công trình đơn vị Chỉ tiêu Đơn vị Trước xử lý Hiệu suất % Sau xử lý
Xử lý sơ bộ Song chắn rác Bể tiếp nhận Bể điều hòa Lược rác tinh Tháp giải nhiệt BOD mg/L 215 4% 206 COD mg/L 1000 5% 950 TSS mg/L 500 10% 450,0 Nhiệt độ ℃ 55 35% 35,75 Colour Pt-Co 950 0% 950 Xử lý sinh học hiếu khí Bể Aerotank Bể lắng sinh học BOD mg/L 206 75% 51.5 COD mg/L 950 55% 427 TSS mg/L 450 75% 112.5 Colour Pt-Co 950 15% 807.5 Xử lý hóa lý II Bể keo tụ Bể tạo bông Bể lắng hóa lý BOD mg/L 51.5 35% 33.5 COD mg/L 427 65% 150 TSS mg/L 112.5 55% 50.6
Colour Pt-Co 807.5 80% 161.5 Xử lý hoàn thiện Bể khử trùng BOD mg/L 33.5 0% 33.5 COD mg/L 150 0% 150 TSS mg/L 50.6 0% 50.6 Colour Pt-Co 161.5 0% 161.5
- Lưu lượng trung bình ngày: Qtbngày = 3000 m3 /ngày.đêm - Lưu lượng nước thải trung bình giờ : Qtbh = 3000
24 =125 m3/h - Lưu lượng trung bình giây: Qtbs = 3000
24×3600 = 0.035 m3/s = 35 L/s - Hệ số không điều hòa chung:
Bảng 5.1 : Mối liên hệ giữa qtb (l/s) và Kkdh
Qtb (l/s) 5 10 20 50 100 300 500 1000 ≥5000
K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44
K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71
Nguồn: TCXDVN 51:2008 Thoát nước – Mạng lưới và công trình bên ngoài
Với lưu lượng 35 l/s ta có:
𝐾0 𝑚𝑎𝑥 = 1.9 + (1.7 − 1.9) (35 − 20
𝐾0 𝑚𝑖𝑛 = 0.5 + (0.55 − 0.5) (35 − 20
50 − 20) = 0.525 - Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất:
𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 𝑄ℎ𝑡𝑏× 𝐾0 𝑚𝑎𝑥 = 125𝑚3/ℎ × 1.8 = 225 𝑚3/ℎ -Lưu lượng nước thải theo giờ nhỏ nhất:
𝑄𝑚𝑖𝑛ℎ = 𝑄ℎ𝑡𝑏 × 𝐾0 𝑚𝑖𝑛 = 125𝑚3/ℎ × 0.525 = 65.625 𝑚3/ℎ
(Nguồn: Theo bảng 3.2 của Thầy Lâm Minh Triết, trong sách ”Hệ số không điều hòa chung”, trang 99).
- Lưu lượng nước thải theo giây lớn nhất: Qtb
max.s = 0.063 m3/s = 63 L/s - Thời gian lưu bùn c = 5 – 15 ngày, chọn 10 ngày.
- Hệ số sản lượng bùn Y = 0.5 (kgVSS/kgBOD). - Hệ số phân hủy nội bào: Kđ = 0.05 (ngày-1). - BOD5 vào bể = 206 (mg/L).
- BOD5 đầu ra = 51.5 (mg/L)
- Bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào = 0.
- Độ tro của bùn hoạt tính: Z = 0.3 (70% là bùn hoạt tính).
- Tỷ số giữa lượng chất rắn bay hơi (MLVSS) và lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0.7.
- BOD5 : BODL = 0.68 (ultimated BOD).
- Nồng độ bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì trong bể aerotank: X = 3000 (mgSS/L). - Nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn Xt = 8000 (mgSS/L).
➢ Xác định lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra: • Phương trình cân bằng vật chất:
BOD5 đầu ra = BOD5 hoà tan + BOD5 cặn lơ lửng
Giả sử rằng, trong lượng chất rắn lơ lửng đầu ra sau lắng có chứa cặn sinh học (bùn hoạt tính) có 65% là chất có khả năng phân hủy sinh học.
• Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng đầu ra:
0.65 x 51.5 = 33.5 (mg/L cặn sẽ bị phân hủy tiếp tục) • BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học ở đầu ra:
BODL = 33.5 x (1.42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa) = 47.57 (mg/L)
Thông số 1.42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa được xác định theo phương trình dưới đây: C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng
113 mg/L 160 mg/L 1 mg/L 1.42 mg/L
• BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải đầu ra: BOD5 = 47.57 (mg/l) x 0.68 = 32.35 (mg/L)
• Lượng BOD5 hòa tan ra trong nước thải ở đầu ra: BOD5 hòa tan = 51.5 – 32.35 = 19.15 (mg/L).
• Hiệu quả xử lý BOD5 hòa tan của bể: