3.2.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ
Dụa vào “Sơ đồ 2-1 tổng quát xử lý nước bề mặt cấp cho sinh hoạt” (Hình 2-1/ 56/ [7]) để đề xuất công nghệ xử lý nước cấp phù hợp cho Nhà máy Sản xuất cồn Ethanol Đại Tân – Đại Lộc – Quảng Nam.
Nước thô Mục đích
Lưới chắn
Oxy hóa sơ bộ Lựa chọn hóa chất keo tụ
- Tách rác, mảnh vụn, vật thô, vật nổi. - Diệt khuẩn gây bệnh .
- Hạn chế gây mùi vị. Tạo hạt kết tinh kích thước nhỏ nhằm thúc đẩy quá trình xử lý tiếp theo.
Khuấy nhanh
Keo tụ tạo bông
- Trộn hóa chất với nước thô chứa hạt kích thước nhỏ chưa thể lắng lọc được.
- Phá vỡ trạng thái bền của hệ keo trong nước.
-Kết dính các hạt keo nhỏ tạo thành bông cặn kích thước lớn có khả năng tách bằng lắng lọc. Lắng Khử trùng sau xử lý Hóa chất Ca(OH)2 hoặc HCl - Khử trùng.
- Ngăn ngừa lắng cặn rỉ trong đường ống. - Ổn định nước.
Bể chứa - Tăng cường thời gian lưu, khử trùng hoàn toàn.
- Điều hòa lưu lượng nước giữa các giờ cao điểm.
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 31
+ Lý do lựa chọn công nghệ dựa vào: nồng độ các thông số vượt chỉ tiêu + Công suất trạm xử lý;
+ Mức độ cần thiết xử lý nước cấp: xử lý cho quá trình sản xuất cồn, giải nhiệt và sinh hoạt cho công nhân.
+ Thành phần và đặc tính của nước mặt: độ đục, độ màu, coliform…; + Tiêu chuẩn xả thải vào nguồn nước: QCVN 01:2018/BYT;
+ Hiệu quả quá trình, phương pháp xử lý, khả năng ứng dụng cao hay thấp; + Diện tích khu đất dự kiến xây dựng trạm xử lý và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng trạm xử lý nước cấp: có phù hợp với công nghệ đưa ra hay không;
+ Quy mô và xu hướng phát triển trong tương lai của nhà máy;
+ Yêu cầu về năng lượng, hóa chất, các thiết bị sẵn có trên thị trường: cần phải nhanh chóng,…;
+ Các chỉ tiêu kinh tế;
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 32
3.2.2 Đề xuất và thuyết minh công nghệ 1
CHÚ THÍCH: Đường nước Đường hóa chất: Đường thải: Chất keo tụ: Phèn nhôm Chất kiềm hóa: Ca(OH)2 Nước nguồn Song chắn rác Trạm bơm cấp 1 Bể trộn cơ khí Bể lắng đứng Bể lọc nhanh 2 lớp Bể chứa nước sạch
Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí
Trạm bơm cấp 2
Mạng lưới cấp nước cho nhà máy
Clo Nư ớc sau r ửa l ọc Bể chứa bùn Bùn Sân phơi bùn
Chuyển cho đơn vị xử lý Bùn
Thùng chứa rác Đơn vị thu gom Rác Bể lọc áp lực than hoạt tính Nư ớc r ửa l ọc Nước rửa lọc Nư ớc sau r ửa l ọc Bể trung gian
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 33
Thuyết minh công nghệ:
Nước được lấy từ nguồn nước sông Vu Gia sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các loại rác thải có kích thước lớn có thể gây ảnh hưởng đến các công trình phía sau, sau đó thì được trạm bơm cấp 1 bơm đến đến bể trộn cơ khí.
Tại bể trộn cơ khí, hóa chất keo tụ và kiềm hóa sẽ được cho vào với liều lượng thích hợp để tạo ra các hạt keo có khả năng dính lại với nhau và dính với các hạt cặn lơ lửng có trong nước tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Sau khi trộn, nước sẽ được đưa sang bể phản ứng cơ khí.
Tại bể phản ứng cơ khí, quá trình tạo bông kết tủa diễn ra nhờ sự xáo trộn của dòng nước trong bể bằng biện pháp cơ khí, muốn tạo bông cặn có kích thước lớn cần có gradient vận tốc thích hợp, nếu gradient vận tốc nhỏ thì không đủ gây ra xác suất va chạm cần thiết, nếu gradient vận tốc quá lớn sẽ phá vỡ bông cặn, nước sau đó sẽ được dẫn qua bể lắng đứng.
Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạt rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. Khi xử lý nước không dùng chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng nước sẽ lắng xuống được. Còn các hạt có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng nước sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng nước lên trên phía bể, sau đó, nước được đưa sang máng phân phối đến bể lọc nhanh 2 lớp.
Các hạt cặn lơ lửng có kích thước nhỏ sẽ được giữ lại trên màng lọc ở bể lọc nhanh, những cặn bẩn này sẽ được rửa bằng hệ thống rửa ngược, nước sau khi rửa cặn sẽ được tuần hoàn về bể trộn, phần bùn sau bể lọc sẽ được đưa về bể chứa bùn.
Lượng nước sạch sau khi ra khỏi bể lọc nhanh sẽ được đưa về bể chứa nước sạch, trong quá trình nước tự chảy từ bể lọc nhanh sang bể chứa nước sạch thì người ta châm clo vào để clo được hòa trộn đều vào nước và khử trùng loại trừ những vi sinh vật tồn tại trong nguồn nước. Nước sau đó được trạm bơm cấp 2 bơm vào mạng lưới cấp nước để cấp cho mục đích sinh hoạt và sản xuất của nhà máy.
Để phòng trường hợp các tháng mưa lũ nồng độ các chất ô nhiễm tăng cao, bố trí thêm bê lọc áp lực than hoạt tính sau bể chứa nước sạch để có công trình dự trù. Bố trí đầu dò nồng độ, khi nồng độ các chất không đạt sẽ hệ thống tự bật bể lọc áp lực để xử lý nước sản xuất cho nhà máy cồn.
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 34
3.2.3 Hiệu suất sơ đồ công nghệ 1
Công trình Độ đục Độ màu TSS Coliform
(NTU) (Pt - Co) (mg/l) (mg/l)
Song chắn rác
Cvào 5 82 55 1.200
H, % 0 0 5 0
Cụm bể keo tụ tạo bông – lắng đứng
Cvào 5 82 52,25 1.200
H, % 80 80 80 0
Bể lọc nhanh 2 lớp (Châm hóa chất khử
trùng tại đầu ra)
Cvào 1 16,4 10,45 1.200 H, % 90 90 90 100 Bể chứa nước sạch Cvào 0,1 1,64 1,045 0 H, % 0 0 0 0 Đầu ra Cra 0,1 1,64 1,045 0 So sánh QCVN 01-1:2018/BYT 2 15 - <3 Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 35
3.2.4 Đề xuất và thuyết minh công nghệ 2
CHÚ THÍCH: Đường nước Đường hóa chất: Đường thải: Chất keo tụ: Phèn nhôm Chất kiềm hóa: Ca(OH)2 Nước nguồn Song chắn rác Trạm bơm cấp 1 Bể trộn cơ khí Bể lắng ngang Bể lọc nhanh 2 lớp Bể chứa nước sạch Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Trạm bơm cấp 2
Mạng lưới cấp nước cho nhà máy
Clo Nư ớc sau r ửa l ọc Bể chứa bùn Bùn Sân phơi bùn
Chuyển cho đơn vị xử lý Bùn
Thùng chứa rác Đơn vị thu gom Rác
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 36
Thuyết minh công nghệ:
Nước được lấy từ nguồn nước sông Vu Gia sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các loại rác thải có kích thước lớn có thể gây ảnh hưởng đến các công trình phía sau, thì được trạm bơm cấp 1 đưa đến bể trộn cơ khí.
Tại bể trộn cơ khí, hóa chất keo tụ và kiềm hóa sẽ được cho vào với liều lượng thích hợp để tạo ra các hạt keo có khả năng dính lại với nhau và dính với các hạt cặn lơ lửng có trong nước tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Sau khi trộn, nước sẽ được đưa sang bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng.
Tại bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng thường được chia thành nhiều ngăn dọc, đáy có tiết diện hình phễu với các vách ngăn ngang, nhằm mục đích tạo dòng nước đi lên đểu để giữ cho lớp cặn lơ lửng được ổn định, dòng nước sau đó được đưa đến bể lắng ngang.
Khi đến bể lắng ngang, nước sẽ đi qua vách hướng dòng ngăn chuyển động rối của nước vào vùng lắng, tại đây các hạt cặn nhỏ sẽ được lắng xuống từ từ, nước sạch được thu hồi lại qua ống thu nước bề mặt. Sau đó, nước được đưa sang máng phân phối đến bể lọc nhanh 2 lớp.
Các hạt cặn lơ lửng có kích thước nhỏ sẽ được giữ lại trên màng lọc ở bể lọc nhanh, những cặn bẩn này sẽ được rửa bằng hệ thống rửa ngược, nước sau khi rửa cặn sẽ được tuần hoàn về bể trộn, phần bùn sau bể lọc sẽ được đưa về bể chứa bùn.
Lượng nước sạch sau khi ra khỏi bể lọc nhanh sẽ được đưa về bể chứa nước sạch, trong quá trình nước tự chảy từ bể lọc nhanh sang bể chứa nước sạch thì người ta châm clo vào để clo được hòa trộn đều vào nước và khử trùng loại trừ những vi sinh vật tồn tại trong nguồn nước. Nước sau đó được trạm bơm cấp 2 bơm vào mạng lưới cấp nước để cấp cho mục đích sinh hoạt và sản xuất của nhà máy.
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 37
3.2.5 Hiệu suất sơ đồ công nghệ 2
Công trình Độ đục Độ màu TSS Coliform
(mg/l) (mg/l) (Pt - Co) (mg/l)
Song chắn rác
Cvào 5 82 55 1.200
H, % 0 0 5 0
Cụm bể keo tụ tạo bông – lắng ngang
Cvào 5 82 52,25 1.200
H, % 90 90 90 0
Bể lọc nhanh 2 lớp (Châm hóa chất khử
trùng tại đầu ra)
Cvào 0,5 8,2 5,225 1.200 H, % 90 90 90 100 Bể chứa nước sạch Cvào 0,05 0,82 0,5225 0 H, % 0 0 0 0 Đầu ra Cra 0,05 0,82 0,5225 0 So sánh QCVN 01-1:2018/BYT 2 15 - <3 Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 38
3.3 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN THUỘC CÔNG TY CP NHIÊN LIỆU SINH HỌC TÙNG LÂM, QUẢNG CỒN THUỘC CÔNG TY CP NHIÊN LIỆU SINH HỌC TÙNG LÂM, QUẢNG NAM THEO SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 1
Các công trình cần tính toán: Song chắn rác; Bể trộn cơ khí; Bế phản ứng cơ khí; Bể lắng đứng; Bể trung gian; Bể lọc nhanh 2 lớp; Bể chứa nước sạch; Bể chứa bùn; Bể lắng than hoạt tính;
Và một số thiết bị liên quan.
Các thông số sử dụng để tính toán:
Tổng chất rắn lơ lửng: 55mg/l;
Độ đục: 5 NTU;
Độ màu: 82 Pt-Co;
Coliform tổng số: 1.200 vi khuẩn/ 100ml;
Công suất trung bình ngày:
𝑄𝑚𝑎𝑥𝑛𝑔à𝑦 = 5.000 m3/ngày.đêm = 208,33 m3/h = 0,058 m3/s.
3.3.1 Song chắn rác
a) Nhiệm vụ
Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các tạp chất có kích thước lớn (chủ yếu là rác). Đây là công trình đầu tiên trong hệ thống xử lý nước.
b) Tính toán kích thước song chắn rác
Song chắn rác được lắp tại cửa thu nước của trạm bơm cấp 1 nên: Diện tích song chắn rác:
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 39 Ω = 1,25 × 𝑄 𝑣1× 𝐾 = 1,25 × 0,058 0,25 × 3 = 0,87 𝑚 2 (𝐶𝑇 5 − 1/5.84/[8]) Trong đó: + Ω : Diện tích song chắn rác (m2);
+ Q: Lưu lượng nước dùng nhiều nhất (m3/s);
+ v1: Tốc độ nước chảy qua song chắn, chọn v1 = 0,25m/s; + K: Hệ số kể đến sự thu hẹp diện tích do các thanh song chắn.
𝐾 = 𝑎 + 𝑐
𝑎 =
0,008 + 0,016
0,008 = 3 (5.84/[8]) Với:
+ a: chiều dày thanh song chắn, chọn a = 0,008m; + c: chiều rộng khe hở của song chắn.
Chọn c = 0,016m quy phạm (15 ÷ 20mm) (8.21/37/[9]). Số khe hở của song chắn rác :
n = 𝑞𝑚𝑎𝑥 × 𝐾 𝑣 × 𝑙 × ℎ1 =
0,058 × 3
0,25 × 0,016 × 0,89 = 48,88 ≈ 49 Trong đó:
+ qmax = 0,058 m3/s: lưu lượng lớn nhất của nước cấp (m3/s); + v : tốc độ nước chảy qua song chắn, chọn v = 0,25m/s.(5.83/[8]); + l: khoảng cách giữa các khe hở, l = 16mm = 0,016m;
+ K: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy nước, K = 1,05;
+ h1: độ đầy của chiều cao h mương dẫn đến song chắn rác. Chọn h1 = 0,89 m. Vậy số thanh của song chắn = n - 1 = 49 - 1 = 48.
Chiều rộng của song chắn rác:
Bs = s × (n-1) + (l×n) = 0,008 × (49-1) + (0,016 × 49) = 1,168 m. Trong đó:
+ s : Chiều dày của thanh song chắn, chọn s = 0,008m; Tổn thất áp lực qua song chắn rác:
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 40
ℎ𝑠 = ξ × (𝑣𝑚𝑎𝑥
2
2𝑔 × K1) Trong đó:
+ β là hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn. Chọn β = 1,83.
ξ = β × (𝑠 𝑙)
3/4× sinα = 1,83 × (0,008 0,016)
3/4 × sin60° = 0,942 + α: góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy, α = 60° + 𝑔: gia tốc trọng trường (m/s2), g = 9,81 m/s2. ℎ𝑠 = 0,942 × ( 0,25 2 2 × 9,81 × 3) = 0,009 m = 0,9 cm 3.3.2 Bể trộn cơ khí ( VD2/ 117,118/ [3]) a) Nhiệm vụ
Các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilon… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước cấp.
b) Tính toán kích thước bể trộn cơ khí
Thể tích bể trộn cần
𝑉12 = Q × 𝑡21 = 0,058 × 60 = 3,48 𝑚3 Trong đó:
+ Q là công suất xử lý (m3/s) = 0,058 (m3/s); + 𝑡21 là thời gian khuấy trộn (s). Chọn 𝑡21 = 60 𝑠. + Chọn bể trộn có tiết diện ngang là hình vuông.
Tỷ lệ chiều cao : chiều rộng : chiều dài = H12 : L12 : B12 H21 = 2,5m; L21 = B21 = 1,2m
Tính lại thể tích bể trộn:
𝑉𝑏ể 𝑡𝑟ộ𝑛 = 𝐻21 × 𝐿21 × 𝐵21 = 2,5 × 1,2 × 1,2 = 3,6𝑚3
Chiều cao bảo vệ: ℎ𝑏𝑣12= 0,3m Chiều cao thực của bể: ℎ𝑡ℎự𝑐 = 𝐻21 + ℎ𝑏𝑣21 = 2,5 + 0,3 = 2,8m
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 41 𝐷21 = √4 × 𝑄𝑡𝑏 𝑠 𝜋 × 𝑣21 = √ 4 × 0,058 𝜋 × 0,6 = 0,351 (m) = 351 (𝑚𝑚) Trong đó:
+ 𝑣21: vận tốc nước tự chảy trong ống. Chọn 𝑣21 = 0,6 (m/s).
Chọn ống dẫn nước là ống PVC Bình Minh 400 làm ống dẫn nước vào và ra.
Dùng máy khuấy tuabin làm bằng thép không gỉ 4 cánh nghiêng 450 hướng xuống dưới để đưa nước từ phía trên xuống.
Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng h = D21 (đường kính cánh khuấy): + Chọn đường kính D21 = 1 2 chiều rộng bể = 1 2 × 1,2 = 0,6m = 600mm; + Chiều rộng bản cánh khuấy = 1 5 đường kính cánh khuấy = 1 5× 600 = 120mm; + Chọn chiều dày cánh khuấy là 3 mm.
Trong bể đặt 4 tấm chắn xung quanh 4 mặt trong của bể để ngăn chuyển động xoáy của nước trong bể:
+ Chọn chiều cao tấm chắn là 2.700 mm.
+ Chiều rộng tấm chắn = 1
10 đường kính bể trộn: 1
10× 1,2 = 0,12 m = 120 mm. Năng lượng cần thiết truyền cho khuấy trộn:
𝑃21 = 𝐺2× 𝜇 × 𝑉 (𝐶𝑇 5.1/109/[3]) Trong đó:
+ 𝑃21: năng lượng cần thiết cho khuấy trộn (W) (1kW= 1 J/s); + G: gradient vận tốc ( s-1 );
Bảng 3.3 Sự thay đổi gradient vận tốc theo thời gian
T (giây) G (s-1)
20 1.000
30 900
40 790
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 42
Thời gian khuấy trộn là 60s Chọn G = 700s-1
+ 𝜇: Độ nhớt động lực của nước (N.s/m2). Chọn 𝜇 ( 20oC ) = 0,001 Ns/m2; + 𝑉21: Thể tích bể trộn (m3) .
Ta có:
𝑃21 = 7002× 0,001 × 3,6 = 1.764 (W) Hiệu suất máy khuấy: η = 80%
Vậy công suất thực tế của máy khuấy: