Thông số Lưới cố định Lưới quay
Hiệu suất xử lý cặn lơ lửng 5÷25 5÷25
Tải trọng, l/m3/phút 400÷1.200 600÷4.600
Kích thước mắt lưới, mm 0,2÷1,2 0,25÷1,5
Tổn thất áp lực, m 1,2÷2,1 0,8÷1,4
Công suất motor, Hp - 0,5÷3
Chiều dài trống quay, m - 1,2÷3,7
Đường kính trống, m - 0,9÷1,5
Chọn lưới chắn rác dạng lưới quay có kích thước mắc lưới d = 0,5mm với tải trọng La = 3.800 l/m3/phút với hiệu quả xử lý cặn lơ lửng E = 40%.
Chọn kích thước song chắn rác tinh: L = 1000mm, D = 1000mm Ta có diện tích bề mặt lưới yêu cầu:
A = Qh/LA = (18,75*1000)/(3800*60) = 0,0868 m2 Số lưới chắn rác: N = A/(3,14*R2) = 0,0868/(3,14*0,62) = 0,0767 Chọn 1 cái. Tải trọng làm việc thực tế: LA = Qb/(3,14*R2n) = 165,87 l/phút.m2 Bảng 4.11. Tổng hợp tính toán SCR tinh Thông số Giá trị Qmax (m3/h) 18,75 Tải trọng La (l/m3/phút) 165,87 Kích thước mắc lưới (mm) 0,5 L (mm) 1.000 D (mm) 1.000 Số lưới (cái) 1 c. Bể lắng sơ bộ
Chiều dài bể lắng ngang được tính theo công thức sau:
L = (v x H)/(K x U0) = (5x 1,5)/(0,5 x 1,29) = 11,65 m
Trong đó: v là tốc độ lắng tính toán trung bình của hạt cặn lơ lửng đối với bể lắng ngang và li tâm. V = 5÷10 mm/s, chọn v = 5 mm/s.
H: Chiều sâu tính toán của vùng lắng (từ mặt trên lớp trung hòa đến mặt thoáng của bể), m, Theo TCXD – 51 – 84, điều 6.5.9, H = 1,5 – 3m, trong nhiều trường hợp có thể lấy đén 4m. Chọn H = 1,5m.
K: hệ số phụ thuộc kiểu bể lắng, có thể lấy K = 0,5 đối với bể lắng ngag, K = 0,4 đới với bể lắng li tâm, K = 0,3 đối với bể lắng đứng.
U0: Độ thô của hạt cặn lơ lửng, có thể tính theo công thức: U0 = (1000 x K x H)/{ɑ x t x (KH/h)n} – ω
t; Thời gian lắng xác định bằng thực nghiệm. Khi thiếu số liệu thực nghiệm ta có thể lấy theo bảng 3 – 23(TCXD 51- 34), chọn n = 0,25, hiệu quả lắng 60%, nồng độ chất rắn lơ lửng là 680 mg/l, t = 580s.
ɑ: Hệ số tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ của nước thải đới với độ nhớt lấy theo bảng 3-24 TCXD51-84 ứng với t = 250C, ta có ɑ = 0,9.
ω: Thành phần thẳng đứng của tốc độ nước thải lấy theo bảng 3-25 TCXD 51-84, ω = 0 m/s.
n: Hệ số phụ thuộc vào tính chất của chất lơ lửng. Chọn n = 0,25 đối với chất lơ lửng của nước thải có khả năng kết dính.
(KH/h)n = 1,1 (đối với bể lắng ngang).
Diện tích tiết diện ướt của bể lắng ngang được tính theo công thức: S = Qmax.s/v = 0,0178/0,005 = 3,56 m2
Trong đó: Qmax.s là lưu lượng giây lớn nhất của nước thải. Bơm nước thải có lưu lượng là 32 m3/h = 0,0089 m3/s.
Trường hợp 2 bơm hoạt động Qmax.s = 0,0178.
v: Tốc độ tính toán trung bình của nước thải, v = 6mm/s = 0,006 m/s. Chiều ngang tổng cộng của bể lắng ngang sẽ là:
B = S/H = 3,56/1,5 = 2,4m
Thể tích bể lắng ngang: W = LxBxH = 11,65x2,4x1,5 = 41,94 m3
Thể tích bể lắng hiện hữu là: W = LxBxH = 12,3x4,3x2 = 98,4 m3
Như vậy, ta vẫn giữ nguyên bể lắng.
Thời gian lắng thực tế ứng với kích thước đã tính toán: t = W/ Qmax.h = 98,4/18,125 = 5,4h. Tổng thể tích ngăn chứa cặn của bể lắng:
Wc = (Ctcx Q x E x t(/{(100-P) x1000 x 1000} Wc = (620x 18,125 x 60x 8)/{(100-95)x 1000 x 1000} = 1,08 m3
Trong đó: Ctclà hàm lượng nước thải ban đầu, Ctc = 620 mg/l. Q: Lưu lượng trung bình giờ, Q = 18,125 m3/h;
E: Hiệu suất tổng cộng, E = 60% t: Thời gian giữa 2 lần xả cặn, t = 8h;
P: Độ ẩm của cặn tươi ở bể lắng đợt 1, P = 95%.
d. Bể điều hòa
W = LxBxH = 12,3x9x4,5 = 498,15 m3
Thời gian lưu ở bể điều hòa: t = Wb/Qtb.h = 498,15/18,75 = 26,5h. Vậy, giữ nguyên bể điều hòa.
e. Bể UASB
UASB (Upward –flow Anaerobic sludge blanket) là công trình xử lý kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất. Tải trọng hữu cơ thích hợp trên các thiết bị UASB xử lý nước thải công nghiệp khoảng 8 – 15 Kg COD/m3.ngày. Hiệu quả xử lý COD tương đối cao, trung bình vào khoảng 43 – 78% trong đa số các trường hợp. Điều này cho thấy rắng xử lý kỵ khí có khả năng ưng dụng rộng rãi để giảm thiểu các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong nước thải công nghiệp của nhiều loại hình sản xuất.
- Bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể với hàm lượng 30 kgTSS/m3; - Tỷ lệ MLVS/MLTSS của bùn trong bể UASB = 0,75;
- Tải trọng bề mặt phần lắng 12 m3/m2.ngày;
- Tải trọng thể tích L0 = 3 kgCOD/m3.ngày, hiệu quả khử COD đạt 70% và BOD đạt 75%;
- Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu có TS = 5%; - Y = 0,04g/VTSS/gCOD, kd = 0,025 ngày-1, ϴc = 60 ngày.
Bảng 4.12. Tính chất nước thải đầu vào và đầu ra của bể UASB Đặc tính Đơn vị Nước vào Nước ra Hiệu suất (%) Đặc tính Đơn vị Nước vào Nước ra Hiệu suất (%)
BOD5 mg/L 488 122 75
COD mg/L 761 228 70
TSS mg/L 244 195 20
Ntổng mg/L 54 41 20
Chọn hiệu quả làm sạch COD:
E = = 70% => CODra = CODvào – (CODvào x E) = 228 mg/l Lượng COD cần khử:
Lượng COD cần khử trong 1 ngày:
G = Q x CODkhử = 450 x 533 x 10-3 = 239,85 kg/ngày. Dung tích xử lý yếm khí cần thiết: V = G/L = 239,85/3 = 79,95 m3.
Trong đó chọn L = 3 kgCOD/m3.ngày, là tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB (theo XLNT đô thị và công nghiệp, Lâm Minh Triết).
Thể tích hiện hữu: W = LxBxH = 17,3x8x6,5 = 899,6 m3.
Thể tích bể hiện hữu đáp ứng yêu cầu xử lý: Như vậy, giữ nguyên bể UASB.
Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS= 5%):
Mb = (CTSS x Vr)/TS = {(30kgTSS/m3 x 113,85 m3)/0,05} x (1t/1000kg) = Mb = 68,31 tấn
Trong đó:
CTSS : Hàm lượng bùn trong bể, kg/m3
Vt : Thể tích ngăn phản ứng, Q = 15/24 m3/h TS : Hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy, % Hàm lượng COD của nước thải sau xử lý kỵ khí:
CODra = (1 – ECOD)x CODvào = (1-0,70)x759 = 228 mg COD/l. Hàm lượng BOD của nước thải sau xử lý kỵ khí:
BODra = (1 – EBOD)x BODvào = (1-0,75)x486 = 122 mg BOD/l. Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày:
Px =
Px = (0,04kgVS/khCOD)[(759 – 228)gCOD/m3x450m3/ngày]/[(1+(0,025 ngày-1x60 ngày)x1000g/kg)] = 3,823 kgVS/ngày
Thể tích khí metan sinh ra mỗi ngày: VCH4 = 159[(so-s)Qb – 142Px]
VCH4 = 350,84[(759 – 228)x450/1000 – 1,42x3,823] VCH4 = 81928,2 L/ngày = 81,93 m3/ngày.
Trong đó:
Q : Lưu lượng bùn vào bể kỵ khí m3/ngày
Px : Sinh khối tế bào sinh ra mỗi ngày, KgVS/ngày
350,84 : Hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí metan sinh ra từ 1 kg BODL chuyển hoàn toàn thành khí metan và CO2 lít CH4/kgBODL
Lượng bùn dư bơm ra mỗi ngày:
Qw = Px/(0,75 x CTSS) = 3,823/(0,75x30) = 0,17 m3/ngày. Lượng chất rắn từ bùn dư:
MTSS= Qw x CTSS = 0,17 x 30 = 5,1 KgTSS/ngày.
f. Bể Aerotank
Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học nhờ vi sinh vật hiếu khí. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ và nhằm duy trì nống độ bùn giúp cho quá trình xử lý. Do đó, phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở lại đầu bể Aerotank.
Bảng 4.13. Các thông số cơ bản tính toán bể Aerotank kiểu xáo trộn hoàn toàn
Thông số Đơn vị Giá trí
Thời gian lưu bùn, ϴc Ngày 5-15
Tỷ số F/M Kg/Kg.ngày 0,2 – 0,6
Tải trọng thể tích KgBOD5/m3ngày 0,8 - 19
Nồng độ MLTSS, X mg/l 2.500 – 4.000
Tỷ số thể tích bể/lưu lượng giờ, V/Q Giờ 3-5
Tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính Qth/Q - 0,25-1
Nguồn: Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2008)
+ Các thông số thiết kế:
Lưu lượng nước thải: Qtbngđ = 450 m3/ngày.
Lưu lượng nước thải trung bình giờ: Qtbth = 18,75 m3/h. Hàm lượng BOD5 ở đầu vào = 122mg/l.
Hàm lượng COD ở đầu vào = 228 mg/l
Cặn lơ lửng đầu vào TSS = 146 mg/l (gồm 65% cặn có thể phân hủy sinh học). Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (nồng độ vi sinh vật ban đầu), Xo = 0.
Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVTSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLTSS) có trong nước thải là MLVTSS/MLTSS = 0,7 (Độ tro của bùn hoạt tính là Z = 0,3).
Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn (tính theo chất rắn lơ lửng) là 10.000 mg/l. Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính XTTSS = 2.000 mg/l. Nồng độ VTSS trong bùn tuần nhoàn Xth = 7.000 mg/l.
Thời gian lưu bùn trong hệ thống ϴc = 10 ngày.
Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 (BOD hoàn toàn) là 0,68. Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,072 ngày-1.
Hệ số sản lượng tối đa (tỷ số giữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ), Y = 0,6 kgVTSS/KgBOD5
+ Tính kích thước của bể:
Thể tích bể Aerotank: Vt = Trong đó:
Qt : Lưu lượng nước đầu vào mỗi bể, Qt = 450 m3/ngày Y : Hệ số sản lượng cực đại, Y = 0,6
X : Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank, X = 200mg/l kd : Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,072 ngày-1
ϴc : Thời gian lưu bùn trong hệ thống, ϴc = 15 ngày
Vt = = 81,6 m3
Thể tích thực tế: W = LxBxH = 17,4x8x4,5 = 626,4 m3
Bể Aerotank hiện hữu có khả năng xử lý nước thải theo hiệu xuất đã tính toán. Giữ nguyên bể Aerotank.
+ Lượng bùn phải xả ra mỗi ngày
Y = Y/(1 + ϴc*kd) = 0,6/(1 + 10*0,072) = 0,35 Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 (tính theo MLVTSS):
Px(VTSS) = Yobs*Qt*(So-S) = 0,35*450*(122-18)*10-3 = 16,38 kg VTSS/ngày
Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày:
MLVTSS/MLTSS = 0,7 =>MLTSS = MLVTSS/0,7 Px1 (TSS) = Px(VTSS)/0,7 = 16,38/0,7 = 23,4 kgTSS/ngày. Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi:
Pxả = Px1 – Qt*TSSra/4*10-3 = 23,4 – 450*7,25*10-3 = 20,14 kg/ngày. Tính lượng bùn xả ra hằng ngày Qw từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn bùn:
ϴc = Qw = Trong đó:
Qe : Lưu lượng nước đưa ra ngoài từ bể lắng II (Lượng nước thải ra khỏi hệ thống). Xem như lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là không đáng kể nên ta có Qe = Qt = 450 m3/ngày
ϴc : Thời gian lưu bùn trong hệ thống, ϴc = 10 ngày
X : Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, X = 2.000mg/l Xe : Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống
Ta có: Xe = 0,7*TSSra = 0,7*29 = 20,3 mg/l Xr = 7.000 mg/l
Qw = = 24 m3/ngày.
+ Tính hế số tuần hoàn ɑ từ phương trình cân bằng vật chất:
Từ phương trình cân bẳng vật chất:
X*(Qt+ Qr) = Xr*Qr + Xr*Qw
Qr = = = 146,4 m3/ngày
+ Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể:
Chỉ số F/M: F/M =
Trong đó: X là hàm lượng TSS trong bể, X = 2.000 mg/l ϴ là thời gian lưu nước, ϴ = 4,35/24 = 0,18 ngày.
F/M = = 0,339 ngày-1
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép F/M = 0,2 – 0,6 ngày-1
Tốc độ oxy hóa của 1g bùn hoạt tính:
= = = 1,66 mgBOD5/g.ngày Tải trọng thể tích của bể Aerotank:
L = = = 0,673 kgBOD5/m2.ngày
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép L = 0,8 – 19 kgBOD5/m2.ngày.
g. Bể lắng 2:
Chiều dài x chiều rộng x chiều cao: LxBxH = 8x8x3,8 = 243,2 m3
Vậy thời gian lưu nước trong bể là: t = V/Qtb.h = 243,2/18,75 = 12,97h Thể tích bể lắng hiện hữu phù hợp với hiệu suất tính toán -> vẫn giữ nguyên bể lắng.
h. Bể nén bùn
+ Chức năng: Nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư bằng cách lắng (nén) cơ học để làm giảm độ ẩm thích hợp (94 – 96%) sau đó có thể đưa vào mát ép bùn.
Tính toán bể nén bùn:
Lưu lượng bùn dư từ lắng sau bể tuyển nổi, lắng I và bể lắng 2: Qbùn = 0,252 + 1,08*3 + 24 = 27,5 m3/ngày Thể tích hiện hữu của bể nén bùn là: LxBxH = 5x4x4,5 = 90 m3
Vậy thể tích bể nén bùn hiện hữu có thể nén được thể tích bùn 27,5 m3/ngày.
+ Lượng hóa chất sử dụng cho máy ép bùn:
Thời gian vận hành: 1h/ngày.
Lưu lượng bùn ép trong 1h: 27,5/1 = 27,5kg/h Liều lượng polymer: 5kg/tấn bùn
Liều lượng polymer tiêu thụ: (27,5*5)/1000 = 0,1375 kg/h Lượng polymer tiêu thụ trong 1 ngày: 0,1375 kg/ngày Hàm lượng polymer sử dụng: 0,2%
Lượng dung dịch châm vào: 13,475 l/h
i. Bể khử trùng
Thể tích bể hiện hữu: LxBxH = 4x4x3,8 = 60,8 m3
Thời gian lưu nước trong bể khử trùng là: t = W/Qh = 60,8/18,75 = 3,25h Vậy bể khử trùng đạt hiệu suất khử trùng. Giữ nguyên bể khử trùng.
+ Lưu lượng hóa chất dùng khử trùng:
Lưu lượng tiết kế: 450 m3/ngày đêm
Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải
Ya = (a*Q)/1000 = 3*450/1000 = 1,35 kg/ngày Trong đó: Q là lưu lượng thiết kế, Q = 450 m3/ngày
a là liều lượng hoạt tính lấy theo điều 6.20.3 – TCXD-51-84. Nước thải sau xử lý cơ học: a = 10g/m3
Nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn: a = 5g/m3
Nồng độ dung dịch NaOCl = 10%.
Lượng NaOCl 10% châm vào bể khử trùng = 1,35/0,1 = 13,5l/ngày = 0,56l/h.
Lượng NaOH dùng trong 1 ngày: (13,5l*10g)/0,11 = 1350g = 1,35 kg/ngày 4.1.3.4. Tính toán kinh tế phương án cải tạo
I. Chi phí đầu tư
Bảng 4.14. Chi phí xây dựng các công trình Hạng mục công Hạng mục công
trình lượng Số Vật liệu Thể tích Đơn vị (*1000 VNĐ) Đơn giá (*1000 VNĐ) Thành tiền
Bể tuyển nổi 1 BTCT 2,97 m3 2.000 5.940
Bể lắng sơ cấp 1 BTCT 4,05 m3 2.000 8.100
Tổng cộng 14.040
b. Chi phí máy móc thiết bị
+ Song chắn rác
Bảng 4.15. Chi phí song chắn rác
Thiết bị Vật liệu Tính năng lượng Số Đơn vị (*1000 VNĐ)Đơn giá Thành tiền Lưới chắn rác Inox Kích thước mắc lưới 5mm 2 Cái 2.500 5.000
SCR thô Inox Kích thước mắc lưới 10 -
15mm 2 Cái 2.500 5.000
SCR tinh không rỉ Thép Công 0,046 tấn/h suất 1 Cái 15.000 15.000
Tổng cộng 20.000
+ Bể lắng sơ cấp
Bảng 4.16. Chi phí bể lắng sơ cấp
Thiết bị Vật liệu Số lượng Đơn vị (*1000 VNĐ)Đơn giá Thành tiền
Thiết bị gạt bùn
cặn và động cơ Sắt thép 1 Cái 20.000 5.000
Máy bơm bùn Inox 1 Cái 45.000 5.000
Tổng cộng 20.000
+ Bể tuyển nổi:
Bảng 4.17. Chi phí xây dựng bể tuyển nổi
Thiết bị Vật liệu lượng Số Đơn vị Đơn giá
(*1000 VNĐ) Thành tiền Thiết bị gạt dầu cặn và
động cơ Sắt thép 1 Cái 20.000 20.000
Bồn chứa cặn dầu Composit 1 Cái 20.000 2.000
Đĩa khí Nhựa 8 Cái 50 400
Đường ống dẫn khí d
= 68 Sắt 20 m 55 1.100
Đường ống dẫn khí d
= 47mm Sắt 20 m 35 700
Máy bơm bùn Inox 1 Cái 45.000 45.000
Tổng cộng 69.200
c. Chi phí xây dựng tổng cộng:
V= VXD + VTB = 14.040.000 + 65.000.000 + 69.200.000 +20.000.000 V = 168.240.000 VNĐ
4.3.5.2. Chi phí vận hành
a. Chi phí công nhân vận hành
Bảng 4.18. Chi phí về công nhân vận hành
Biên chế Số người Mức lương Đơn tính 1000 VNĐ
(VNĐ/ngày) (VNĐ/ngày) Thành tiền
Công nhân vận hành 2 90 180
Công nhân cơ khí 1 80 80