Đề tài Nghiên cứu mô hình xử lý nước của công ty HOYA

0:1) ÷ (20:1). Phản ứng xảy ra như sau: 6NaAlO2 +Al2(SO4)3 + 12H2O = Al(OH)3↓ + 3Na2SO4 - Việc dùng hỗn hợp trên cho phép tăng hiệu quả quá trình làm trong nước, tăng khối lượng và vận tốc lắng của các bông keo tụ mở rộng khoảng pH tối ưu. - Khoảng pH tối ưu khi dùng muối nhôm là pH =5 ÷ 7,5 - Các muối sắt: Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3 việc tạo thành keo diễn theo các phản ứng sau: FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3HCl Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3H2SO4 Trong điều kiện kiềm hóa xảy ra các phản ứng sau: Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 = 3CaSO4 + 2Fe(OH)3↓ 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 = 2Fe(OH)3↓ + CaSO4 Khi dùng Fe2+: FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(HCO3)2 + CaSO4 Fe(HCO)3 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + 2CaCO3 +2H2O 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓ Các muối cation hóa trị 3 có tác dụng đông tụ gấp 10 lần cation hóa trị 2, khi phản ứng dưới cùng một điều kiện. Trong thực tế áp dụng các muối sắt có nhiều ưu điểm hơn và phù hợp cho xử lý nước thải hơn so với muối nhôm đó: Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp. - Có khoảng giá trị tối ưu rộng hơn. Nếu dùng muối Fe2+ thì giá trị pH tối ưu là 10 còn với Fe3+ là pH>5. - Độ bền bông keo lớn, kích thước lớn. - Có thể khử mùi khi có H2S. Tuy nhiên, muối sắt cũng có nhược điểm, chúng tạo thành các phức hòa tan nhuộm màu qua phản ứng của cation sắt với một số hợp chất hữu cơ. * Để tăng cường quá trình tạo bông keo hydroxit nhôm và sắt với mục đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ đông tụ. - Việc sử dụng chất trợ đông tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ, nâng cao tốc độ lắng của bông keo. - Về nguyên lý, khi dùng các chất đông tụ đã nêu sẽ tạo ra bông keo tương ứng. Các chất màng và chất khó phân hủy sinh học bị hấp thụ vào các bông cặn này rồi lắng xuống tạo thành bùn của quá trình đông tụ keo. Phương pháp này tạo ra lượng bùn khá lớn từ 0,5-2,5 kg TS/lm3 nước thải xử lý. - Để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm phải khuấy trộn đều hóa chất với nước thải. Thời gian lưu nước trong bể trộn từ 1 ÷ 5 phút. Tiếp đó thời gian cần thiết để nước phải tiếp xúc với hóa chất cho tới khi bắt đầu lắng dao động khoảng từ 20 ÷ 60 phút. Trong thời gian này các chất hóa học có tác dụng sẽ diễn ra quá trình đông tụ và keo tụ. Áp dụng phương pháp này ngoài khử màu còn giảm COD đáng kể (60÷ 70%). Bên cạnh phương pháp đông keo tụ hóa học, phương pháp keo tụ điện hóa đã được áp dụng để khử màu ở quy mô công nghiệp. e / Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đông tụ, keo tụ: Để tối ưu hóa quá trình đông keo tụ cần phải tính đến nhiều thông số có quan hệ mật thiết với nhau như: độ pH, nhiệt độ của nước, chất keo tụ sử dụng, điều kiện trộn, độ đục, độ màu… Ảnh hưởng của độ pH: Độ pH là yếu tố quan trọng nhất trong quá tình đông tụ. Đối với mỗi loại thải có một vùng pH để quá trình đông tụ xảy ra tốt nhất. Vùng pH này phụ thuộc vào loại hóa chất đông tụ sử dụng, vào nồng độ của chúng và vào thành phần nước thải. Vì vậy, cần phải điều chỉnh pH cho phù hợp để cho quá trình đông tụ diễn ra tốt nhất (thông thường pH = 6.5÷ 7.5). ● Ảnh hưởng của nhiệt độ: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy khi nhiệt độ của nước tăng lên thì: - Lượng hóa chất cần thiết cho quá trình đông tụ giảm xuống. - Thời gian và cường độ khuấy trộn cũng giảm theo. Vì ở nhiệt độ cao chuyển động nhiệt của các hạt keo tăng lên, tăng số lần va chạm giữa các hạt, độ nhớt của nước giảm, chiều dày của lớp nước bọc quanh hạt keo giảm xuống. Do đó, hiệu quả dính kết giữa các hạt keo tăng lên. ● Ảnh hưởng của các muối hòa tan: Các muối hòa tan trong nước có ảnh hưởng đến quá trình đông tụ và kết bông như sau: - Thay đổi vùng pH tối ưu. - Thay đổi thời gian yêu cầu cho sự kết bông. - Thay đổi lượng hóa chất. * Ví dụ: Nếu trong nước có thêm các ion SO42- sẽ làm mở rộng vùng pH tối ưu về phía axit. Nếu thêm octophotphat thì lại không mở rộng vùng pH tối ưu về phía axit nữa. - Từ những nghiên cứu thực nghiệm cho ta thu được kết luận: + Các anion ảnh hưởng tới quá trình đông tụ nhờ các muối sắt hoặc muối nhôm nhiều hơn so với các cation. Vì vậy, các ion natri, canxi magie…có ảnh hưởng ít đến quá trình đông keo tụ. + Các anion có hóa trị cao khi mở rộng vùng pH về phía axit thì ảnh hưởng của nó rõ nét hơn các anion có hóa trị thấp. ● Ảnh hưởng của chất đông tụ, chất trợ đông: Tùy vào bản chất của từng loại nước thải mà ta lựa chọn hóa chất cho quá trình đông tụ, keo tụ phù hợp và điều chỉnh lượng hóa chất tối ưu để nâng cao hiệu quả xử lí. ●Ảnh hưởng của sự khuấy trộn: Trong quá trình đông tụ và keo tụ ta phải tiến hành khuấy trộn hóa chất theo 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Trộn nhanh. + Trộn mạnh và thời gian ngắn (lâu nhất là 120s). việc trộn này nhằm mục đích khuếch tán nhanh các hóa chất trong toàn bộ hóa chất cần xử lí. + Trộn nhanh bằng cach phun hóa chất vào vùng có xoáy lớn hoặc dùng các thiết bị trộn cơ khí. - Giai đoạn 2: Trộn chậm. + Trộn chậm với mục đích làm cho các phân tử kết bông cặn, phần tử gây đục, gây màu nước…có điều kiện tiếp xúc nhau tốt hơn. + Việc trộn phải đủ mạnh để gây ra các vận tốc nước khác nhau nhưng không được mạnh quá vì: nếu khuấy trộn mạnh quá các lực sẽ tác dụng lên các phần tử kết bông và có nguy cơ làm vỡ các cặn bông đó ra. Thời gian trộn thường (25 ÷ 60 phút). ● Ảnh hưởng của độ đục: Khi độ đục cao thì lượng hóa chất đông tụ và keo tụ cần thiết tương đối thấp vì : Khả năng va chạm giữa các phần tử rất lớn. Ngược lại khi độ đục bé thì quá trình đông tụ lại trở nên khó khăn. ● Ảnh hưởng của độ màu: - Các chất gây màu có nguồn gốc hữu cơ, ưa nước, có kích thước bé và mang điện tích âm. - Cơ chế mất màu nước không giống hoàn toàn các phương pháp dã dùng để khử độ đục. Lượng chất đông tụ yêu cầu phụ thuộc vào độ màu ban đầu. Ở pH tối ưu, độ màu của nước xử lí sẽ giảm tỉ lệ với việc tăng lượng hóa chất sử dụng. Độ pH tối ưu để khử màu là: (4 ÷ 6), độ pH tối ưu để khử độ đục là: (6.5 ÷ 7.5). Vì độ pH tối ưu để khử màu thấp nên trước khi nước được đưa sang thiết bị lọc ta cần phải nâng pH lên đã nếu không các hợp chất của nhôm và sắt sẽ bị hòa tan trong môi trường pH thấp. II.1.2.3 - Phương pháp hấp phụ: a / Hấp phụ: Là hiện tượng liên kêt các phân tử của một chất lỏng, hoặc khí lên bề mặt của một chất rắn khác bởi lực tương tác giữa các vật thể và lực hút tĩnh điện, trường hợp này gọi là hấp phụ vật lí. Trong trường hợp giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tạo ra một liên kết hóa học thì hiện tượng này được gọi là hấp phụ hóa học và sự hấp phụ này chỉ xảy ra duy nhất một lớp đơn phân tử. b / Tái sinh: Quá trình hấp phụ xảy ra cân bằng động và sẽ dẫn đến hiện tượng bão hòa khi bề mặt đã bị choán hết chỗ, làm cho chất hấp phụ không còn khả năng hấp phụ nữa. Vì thế, ta phải thay lớp vật liệu mới hoặc cho tiến hành tái sinh lại lơp vật liệu cũ để dùng lại. c / Một số phương pháp tái sinh: * Tái sinh bằng hơi nước: Sử dụng hơi nước để tái sinh chât hấp phụ, phương pháp này chỉ áp dụng được cho các chất dễ bay hơi. * Tái sinh bằng nhiệt: Sử dụng nhiệt độ cao (nung) trong điều kiện yếm khí để làm sạch bề mặt chất hấp phụ. Phương pháp này được dùng để thu hòi các kim loại nặng. Tuy nhiên, phương pháp này tốn kém. * Tái sinh bằng hóa chất: Dùng các dung môi hữu cơ, hoặc các dung dịch axit, kiềm để rửa bề mặt chất hấp phụ, sau đó tiến hành rửa lại bằng nước sạch và đem đi sấy khô. * Ví dụ: Sơ đồ quy trình công nghệ dùng than hoạt tính lắng nhanh. Than hoạt tính Nước vào Chất tạo bông (PAC) Chất keo tụ Nước trong lấy ra Bể lắng kết tủa Thu gom kết tủa Bể trộn than hoạt tính Bể trộn chất tạo bông Bể trộn chất keo tụ Ngoài ra, còn có một số biện pháp xử lí nước thải theo phương pháp hóa lí sau: Phương pháp trao đổi ion; Phương pháp oxi hóa khử; Phương pháp điện hóa… II.1.3 - Xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học: II.1.3.1 - Xử lí nước thải bằng phương pháp yếm khí: II.1.3.1.1 - Cơ chế của quá trình phân hủy yếm khí: - Quá trình này thực hiện nhờ các vi sinh vật (VSV) kị khí bắt buộc và không bắt buộc. - Quá trình này thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn từ : 3000 ÷ 10000 mg/l. Cơ chế phân hủy của quá trình này gồm 3 giai đoạn: * Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân. - Dưới tác dụng của emzim Hydroza do các VSV tiết ra, các hợp chất hữu cơ phức tạp như: gluxit, lipit, protein…được phân giải thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, dễ tan trong nước như: đường, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin… * Giai đoạn 2: Lên men các axit hữu cơ. - Các sản phẩm trong quá trình thủy phân sẽ được phân giải yếm khí tiếp tục tạo thành các axit hữu cơ có khối lượng phân tử nhỏ hơn như: axit butylic, propionic, axetic, foomic…là tiền đề cho sự tạo thành khí mêtan sau này. - Ngoài ra, sự lên men còn tạo thành rượu, andehit, các khí: CO2, H2, NH3, H2S… - Trong giai đoạn này, chỉ số COD và BOD có giảm nhưng giảm không đáng kể, tuy nhiên pH lại có thể giảm mạnh. * Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh khí mêtan. - Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên mem mêtan, các axit hữu cơ bị phân hủy tạo thành khí mêtan. - Sự tạo thành khí mêtan theo 2 phương thức chính sau: + Do decorboxyl hóa axit axetic: CH3-COOH CH4 + CO2 + Do khí CO2 trong đó chất nhường điện tử là H2 hoặc các chất hữu cơ khác: CO2 + 8H+ CH4 + 2H2O - Phương trình phản ứng tạo khí mêtan: CH3COOH®CH4 + CO2 4CH3CH2COOH + 2H2O ® 7CH4 + 5CO2 2CH3(CH2)2COOH + 2H2O ® 5CH4 + 3CO2 2CH3(CH2)2COOH + 2H2O ® CH4 + 4CH3COOH 2CH3CH2OH + CO2 ® CH4 + 2CH3COOH CH3COOH + H2O ® 4CH4 + CO2 * Sơ đồ quá trình lên men khí mêtan: Hợp chất hữu cơ phức tạp ( hidratcacbon, protein, lipit ) Hợp chất hữu cơ đơn giản ( đường, peptit, axit amin) A xit bay hơi ( propionic, butyric ) Axetat CH4 ,CO2 H2 , CO2 II.1.3.1.2 - Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men. * Nhiệt độ: Nhiệt độ là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình. Nhiệt độ tối ưu cho hình thành biogas là 35 ÷ 370C. Nhiệt độ lớn hơn 370C vi khuẩn ưu nhiệt hoạt động, tốc độ sinh khí tăng nhưng khả năng cầm khí giảm. Khi nhiệt độ dưới 100C vi khuẩn tạo CH4 gần như không hoạt động. * Hàm lượng chất khô: Nguyên liệu nạp cho quá trình cần có hàm lượng chất khô 7 ÷ 10%. * Có đủ các chất dinh dưỡng theo tỉ lệ COD:N:P = 350:5:1. * Tỉ số C/N: Tỉ số C/N tối ưu cho quá trình là (25 ÷ 30)/1. * Độ pH: pH tối ưu cho quá trình dao động trong phạm vi rất hẹp, từ 6,5 ÷ 7,5. Do lượng vi khuẩn tạo ra bao giờ cũng bị giảm trước khi quan sát thống pH thay đổi, nên nếu không pH giảm thì cần ngưng nạp nguyên liệu, vì nếu tiếp tục nạp nguyên liệu thì hàm lượng axit tăng lên có thể làm chất vi khuẩn tạo CH4. Ngoài ra, còn phải kể đến ảnh hưởng của dòng vi khuẩn, thời gian lưu, dòng thải không chứa các hóa chất độc như các hợp chất halogen, chất oxy hóa mạnh đặc biệt là các kim loại nặng như Cu, Ni, Zn, .. II.1.3.1.3 - Một số biện pháp xử lý yếm khí. a - Bể phân huỷ yếm khí UASB. * Quá trình phân huỷ yếm khí trong bể UASB. Trong bể đồng thời xảy ra 2 quá trình: Lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên mem yếu khí nước thải. Thiết bị này thường sử dụng cho các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao (COD ≥ 1500 mg/l, BOD5 ≥ 1000 mg/l). Tuy vậy quá trình xử lý không triệt để, nước sau xử lý bằng phương pháp này phải được xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí khác. * Cấu tạo bể UASB được thể hiện trong hình sau: 6 5 7 4 3 2 2 8 1 Thu nước Khí biogas Nước vào  Nước vào ‚ Hỗn hợp bùn yếm khí ƒ Cửa tuần hoàn „ Tấm chắn … Cửa † Ngăn lắng ‡ Máng chảy tràn ˆ Van xả Hình - 2.6 * Nguyên lý hoạt động. Vùng nước Vùng phân huỷ mạnh Vùng chứa bùn Nước ra Bùn đã phân huỷ Bùn thô Khí sản phẩm ra Nước thải từ bể điều hòa được phân phối đều trên diện tích đáy bể. Nước thải từ dưới lên với vận tốc 0,6 ÷ 0,9 m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể hấp phụ chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân huỷ và chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 70 ÷ 80% là CH4, 20 ÷ 30% là CO2). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xóa trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Khi hạt cặn nổi lên trên va phải tấm chắn (4) hạt cặn bị vỡ, khí thoát lên cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí qua cửa (5) vào ngăn lắng. Nước thải trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống qua cửa (3) tuần hoàn lại vùng phản ứng yếm khí. Nước dâng lên thu vào máng (7) sang bể xử lý hiếu khí, khí biogas theo đường dẫn khí đưa ra ngoài. b - Bể tiêu huỷ yếm khí. * Cấu tạo. Hình – 2.7. * Nguyên lý. Có 2 loại bể tiêu huỷ yếm khí (bể mêtan) được sử dụng chủ yếu là bể tiêu chuẩn và bể cao tải, ở bể cao tải khối bùn hâm nóng và xáo trộn. Thời gian lưu đối với bể cao tải thường từ 15 ÷ 20 ngày. Ở bể tiêu chuẩn khối bùn không được xáo trộn và hâm nóng, ở đây kết hợp đồng thời 2 quá trình lắng và phân huỷ. Thời gian lưu của loại bể này tương đối cao từ 30 ÷ 90 ngày. Phương pháp này thích hợp với xử lý bùn cặn từ các quá trình xử lý sinh học. II.1.3.2 - Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí. II.1.3.2.1 - Cơ chế quá trình phân huỷ hiếu khí. Là quá trình sử dụng vi sinh vật để oxy hóa các chất hữu cơ và vô cơ chuyển hóa sinh học được đồng thời chính các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxy hóa để tổng hợp lên sinh khối của chúng. Phương pháp này thích hợp với nước thử có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan biến động từ 500 ¸ 1000 mg/l. Các hợp chất hóa học trải qua nhiều phản ứng chuyển hóa khác nhau trong nguyên sinh chất của tế bào. Phương trình tổng quát của các phản ứng tổng của quá trình oxy hóa ở điều kiện hiếm ký có dạng như sau: CXHYOZN - (x+y/4 + 2/3 + 3/4)O2 xCO2 + H2O + NH3 + DH (1) CXHYOZN - NH3 + O2 C5H7NO2 + CO2 + DH (2) II.1.3.2.2 - Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý. a - Nhiệt độ: Trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng giữ một vai trò quan trọng. Tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng cực đại khi đạt nhiệt độ tối ưu (khoảng từ 25 ¸ 320C). Nhiệt độ trong quá trình xử lý không được dưới 60C và không vượt quá 380C. b - Độ pH: Ảnh hưởng lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng của tế bào. Độ pH tối ưu dao động từ 6,5 ¸ 8,5. c - Hàm lượng sinh khối (MLSS): Hàm lượng sinh khối ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ xử lý. Tuỳ thuộc vào loại thiết bị, đặc tính của nước thải mà ta duy trì hàm lượng sinh khối tối ưu. Thông thường hàm lượng sinh khối biến động từ 500 ¸ 3000 mg/l. d - Nguồn dinh dưỡng: Hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng phụ thuộc vào thành phẩn của nước thải và tỷ lệ giữa chúng cần phải được xác định bằng thực nghiệm. Để tính toán sơ bộ ta thường lấy tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1, tỉ lệ này chỉ đúng cho 3 ngày đầu, còn khi quá trình xử lý kéo dài để tránh giảm hiệu suất của bùn hoạt tính cần giảm tỷ lệ nitơ và phôtpho trong nước thải. Khi quá trình xử lý kéo dài 20 ngày tỉ lệ BOD:N:P cần giữ ở mức 200:5:1. Trong quá trình xử lý, nếu thiếu các chất dinh dưỡng sẽ kìm hãm và ngăn cản quá trình ôxy hóa, đồng thời các vi khuẩn dạng sợi phát triển là nguyên nhân làm bùn bị phồng lên, khó lắng, dễ bị cuốn ra khỏi hệ thống xử lý. e - Độ ôxy hòa tan (DO): Để ôxy hóa các chất hữu cơ các vi sinh vật cần có oxy và chúng chỉ có thể sử dụng dưới dạng oxy hòa tan. Để đảm bảo tốc độ oxy hóa DO trong bể oxy hóa cần đạt trên 4 mg/l. Thiếu oxy cũng là một trong những nguyên nhân làm bùn phồng lên do vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh. f - Tỉ số giữa chất dinh dưỡng với số vi sinh vật F/M: (tỉ lệ BOD5 có trong nước thải và bùn hoạt tính - mg BOD5/mg bùn). Tỉ số này biểu hiện mối quan hệ của tải trọng với trạng thái trao đổi chất của hệ thống. Đây là một thông số quan trọng dùng trong thiết kế để Aeroten. g - Chỉ số thể tích bùn SVI: Đây là yếu tố cơ bản trong thiết kế, SVI thường nằm trong khoảng 80 ¸ 150 ml/g. Trong vận hành chỉ số SVI được sử dụng làm chỉ thị về đặc tính lắng của bùn do đó ảnh hưởng tới tốc độ tuần hoàn MLSS. II.1.3.2.3 - Một số phương pháp xử lý hiếu khí. a - Ôxy hóa bằng cấp khí tự nhiên. * Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc. Nước thải được đưa vào cánh đồng tưới nhờ hệ thống cống, mương dẫn. Các chất ô nhiễm có trong nước thải được hấp thụ và giữ lại trong đất. Nhờ khu vi sinh vật tự nhiên trong đất, nước sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ. Nước sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng xử dụng, phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sồng hồ hoặc bổ sung cho nước ngầm. * Hồ sinh học. Đây là biện pháp xử lý phổ thông nhất khi có nhiều diện tích đất và không đòi hỏi cao đối với nước sau xử lý. - Hồ tự làm sạch: Hồ chứa, hồ thấm lọc, ở loại này không có cửa thải đi và lưu lượng nước vào không đáng kể. - Hồ hiếu khí: Trong hồ nước thải được làm sạch nhờ các quá trình tự nhiên oxy hóa chậm, đòi hỏi thời gian lưu của nước thải lớn. Loại hồ này thường sử dụng kết hợp với nuôi trồng thuỷ sản, hiệu suất xử lý đạt 65 ¸ 70%. - Hồ oxy hóa hiếu - yếm khí: Hồ có hiệu suất xử lý khá cao 85 ¸ 90%. Khu hệ vi sinh vật trong hồ gồm các nguyên sinh động vật, vi khuẩn hiếu, yếm khí và tảo. b - Ôxy hóa bằng cấp khí cưỡng bức. * Lọc sinh học. Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu xốp, tạo màng. Khi nước thải được cấp khí và tiếp xúc với màng sinh học, các chất hữu cơ gây ô nhiễm bị oxy hóa, do vậy nước thải được làm sạch. Lắng Dòng ra Lắng I Dòng vào Thùng lưới Bùn thải Tháp sinh học Tuần hoàn dòng ra Tuần hoàn xen kẽ Tuần hoàn bùn lắng cấp 2 Hình - 2.8 .Sơ đồ bể lọc sinh học. * Bể Aeroten. Aeroten là hệ thống xử lý bằng cấp khí nhân tạo, trong quá trình xử lý các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển ở trạng thái huyền phù. Quá trình xử lý nước thải được thực hiện trong bể oxy hóa có cấp khí, việc sục khí đảm bảo 2 yêu cầu: + Làm bão hòa oxy trong nước giúp vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hóa các chất hữu cơ. + Duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải, lượng bùn hoạt tính tăng lên tạo bùn dư. Một phần bùn dư được tuần hoàn trở lại, phần khác đưa về bể xử lý bùn. Hiệu suất xử lý nước thải trong bể Aeroten và chất lượng bùn hoạt tính phụ thuộc vào thành phần và tính chất nước thải, điều kiện thuỷ động học, các quá trình khuấy trộn, nhiệt độ, độ pH của nước thải, các chất dinh dưỡng và các yếu tố khác. Phương pháp này vận hành đơn giản, ổn định, an toàn, chi phí xây dựng thấp. Do đó trong những năm gần đây đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Aeroten có nhiều loại, phạm vi ứng dụng rộng. Có thể phân loại như sau: - Theo nguyên lý làm việc: + Bể Aeroten không tái sinh bùn. + Bể Aeroten tái sinh bùn.. - Theo tải lượng bùn. + Aeroten tải trọng cao + Aeroten tải trọng trung bình + Aeroten tải trọng thấp. - Theo sơ đồ công nghệ. + Aeroten 1 bậc + Aeroten 2 bậc + Aeroten nhiều bậc. - Thiếu chiều dẫn nước thải. + Xuôi chiều. + Ngược chiều. · Giới thiệu bể Aeroten làm thoáng kéo dài. Bể Aerotank làm thoáng kéo dài 20 - 30 giờ lưu nước trong bể Bể lắng đợt 2 Lưới chắn rác Xả ra nguồn tiếp nhận Định kỳ xả bùn hoạt tính thừa Hình - 2.9 . Sơ đồ làm việc của bể Aeroten làm thoáng kéo dài Bể làm thoáng kéo dài được thiết kế với tải trọng thấp, tỉ số F/M thấp, thời gian làm thoáng lớn từ 20 - 30 giờ để hệ vi sinh trong bể làm việc ở giai đoạn hô hấp nội bào. Bể chỉ áp dụng cho các nhà máy xử lý nước thải có công suất nhỏ hơn 35000m3/ngày. Trong sơ đồ xử lý không xây bể lắng đợt 1, nước chỉ cần qua lưới chắn đi thẳng vào bể. Toàn bộ cặn lắng ở bể lắng đợt 2 được tuần hoàn lại bể Aeroten, bùn dư định kỳ xả ra ngoài, bùn dư là bùn đã ổn định không cần công đoạn xử lý ổn định bùn mà xả thẳng vào sân phơi bùn hoặc vào thiết bị làm khô bùn. - Tải trọng tính theo BOD5 trên một đơn vị thể tích bể La = 240 gram/m3 ngày. - Lượng không khí cấp vào: + Bể sâu 1,8m cần 280m3/ 1kg BOD5. + Bể sâu 2,7m cần 187m3/ 1kg BOD5. - Khi làm thoáng bằng thiết bị khuấy cơ khí bề mặt cần không ít hơn 2kg O2/ 1kg BOD5. PHẦN III: LỰA CHỌN, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ III.1. Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho Công ty Hoya. III.1.1. Đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho Công ty. Để lựa chọn phưong án xử lý thích hợp cho Công ty ta cần dựa vào các yếu tố cơ bản sau: - Tuỳ thuộc đặc tính dòng thải. - Tuỳ thuộc vào tính chất nước và yêu cầu dòng thải ra. - Phụ thuộc vào điều kiện địa lý, mặt bằng, kinh phí đầu tư. - Hệ thống phải đảm bảo tính kinh tế. Đối với Công ty Hoya, do đặc tính công đoạn sản xuất khác nhau nên lượng nước thải ra cũng khác nhau và được phân chia thành 3 loại nước thải chính: + Nước thải có chứa nhiều cặn lở (nước thải SS). + Nước thải có chứa axit (HF, HCl, H2SO4) loãng. Bể điều hoà Bể trộn chất phản ứng NaOH Thải PAC NaOH30% Bể phản ứng tạo bông kết tủa Bể lắng Nước sau xử lý Polymer - 2 Máy ép băng tải Cặn bùn Nước vào Nước từ máy ép bùn Bùn đóng bao + Nước thải có chứa hàm lượng hợp chất hữu cơ (nước thải Non SS). Trong đó nước thải SS chiếm hàm lượng chủ yếu trong tổng lượng nước thải (> 70%); Vì vậy, em xin đi sâu vào nghiên cứu, tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải SS theo phương pháp lý – hoá. Hình III.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải được lựa chọn. III.1.2. Cơ sở lựa chọn dây chuyền và thiết bị xử lý. 1. Song chắn rác: Nước thải trước khi đi vào công đoạn xử lý cần phải được đưa qua song chắn rác. Song chắn rác dùng để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn nhằm đảm bảo cho máy bơm và các thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định, tránh hỏng hóc. 2. Bể điều hoà: - Do đặc tính nước thải là không ổn định, lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm, các cặn lơ lửng… trong nước thải luôn có những biến động. Vì vậy, để các thiết bị xử lý hoạt động ổn định, nước sau khi xử lý có chất lượng đảm bảo tiêu chuẩn cho phép ta cần lắp đặt thêm bể điều hoà nhằm điều hoà lưu lượng và nồng độ nước thải. - Trong trường hợp cần thiết như: khi độ pH không đạt ta cũng có thể điều chính ngay tại bể. 3. Bể hoà trộn chất phản ứng: - So với khối lượng nước xử lý thì lượng hoá chất sử dụng thường chỉ chiếm 1 tỷ lệ rất nhỏ (khoảng vài chục phần nghìn tới vài chục phần triệu). Mặt khác, phản ứng của chúng lại xả ray rất nhanh ngay sau khi tiếp xúc với nước. Vì vậy, cần phải có sự khấy trộn để phân phối nhanh và điều hoà chất ngay sau khi cho chúng vào nước. Mục tiêu của quá trình trộn là đưa các phần tử hoá chất vào trạng thái phân tán đều trong môi trường nước khi phản ứng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa chúng với các phân tử tham gia phản ứng, việc này được thể hiện bằng cách khuấy trộn để tạo ra các dòng chảy rối trong nước. Hiệu quả của quá trình trộn phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn. - Khi tính toán thiết kế và vận hành bể trộn cần chú ý các điểm sau: + Loại hoá chất sử dụng và tính chất của các loại chất đó cần trộn đều với nước. + Các hoá chất khác nhau cần hoà trộn đều với nước. + Tính chất của loại nước thải. + Điều kiện địa hình và trình độ quản lý. - Có nhiều phương pháp khuấy trộn khác nhau như: + Trộn thuỷ lực. + Trộn cơ khí. + Trộn bằng dòng tia áp lực. - Trong cơ sở công nghệ xử lý nước thải của công ty Hoya em xin chọn bể tộn cơ khí vì trộn cơ khí có nhiều ưu điểm hơn. + Có thể điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn. + Thời gian khuấy trộn ngắn. + Dung tích bể trộn nhỏ -> tiết diện được vật liệu xây dựng cũng như mặt bằng xây dựng. + Phù hợp với nhà máy có công suất vừa và lớn. a) Hoá chất sử dụng trong quá trình đông tụ. - Hoá chát đông tụ truyền thống được sử dụng trong lĩnh vực nước thải là phèn chua (Al2O3.18H2O) và muối phèn sắt. - Hiện nay, 1 loại hoá chất đông tụ mới là PAC đang dần được sử dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý nước thải PAC bản chất là các polyme vô cơ (poly Aluminatcloric). + Công thức: [Al2(OH)nCl6-n]mH2O + Thành phần hoá học Al2O3 > 31% + Hàm lượng, chất không tan £ 0,5%. + pH (tính theo dung dịch 1% trong nước có pH = 3,5 -¸ 5) - Sử dụng PAC có những ưu điểm sau: + Hiệu quả sử dụng gấp từ 7 ¸ 10 lần các loại phèn nhôm và phèn sắt. + Pha chế sử dụng dễ dàng, dễ bảo quản. + Ít đóng cáu cặn nên không làm ảnh hưởng tới công trình xử lý và đường ống vận chuyển. + Hiệu quả sử dụng cao nên dần được sừ dụng rộng rãi. -> Dựa vào những ưu điểm đó em lựa chọn PAC sử dụng làm hoá chất trong quá trình đông tụ. b) Hoá chất điều chỉnh pH. Khi châm hoá chất PAC vào nước, sẽ xảy ra quá trình thuỷ phân muối nhôm theo các giai đoạn sau: Al3+ + H2O = Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ +H2O = Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ +H2O = Al(OH)3 + H+ Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ Nhìn vào tổng quát ta thấy có sự xuất hiện ion H+ -> đây chính là nguyên nhân làm cho pH trong nước giảm, mà độ pH giảm sẽ làm ảnh tới quá trình tạo cặn bông. Vì vậy, cần phải bổ sung thêm hàm luợng kiềm để điều chỉnh độ pH. Theo sơ đồ công nghệ xử lí nuớc thải đuợc lựa chọn(hình III – 1) hoá chất dùng để điều chỉnh pH là NaOH thải và NaOH 30% vì: - NaOH thải(có nồng độ từ 8¸10%) là dung dịch xút thải từ sản xuất trong quá trình rửa đĩa, từ đó ta tận dụng nguồn xút thải này để châm vào bể hoà trộn vừa tiết kiệm đuợc kinh phí mua hoá chất cũng như kinh phí xử lí hoá chất thải. - NaOH 30%: Khi NaOH thải châm vào bể mà pH vẫn chưa đạt thì NaOH30% tiếp tục đuợc châm vào. Sử dụng NaOH để điều chỉnh pH vì: NaOH không cần phải pha chế như vôi, sử dụng NaOH sạch không làm cáu cặn đuờng ống và kinh phí rẻ hơn so với các loại hoá chất khác. - NaOH thải và NaOH30% châm vào bể trộn nhờ thiết bị cảm nhận đầu dò pH( pH Sensor ), nhờ thiết bị này mà xút sẽ tự động châm vào và đến khi pH đạt( giá trị đã đuợc cài đặt sẵn) thì bơm hoá chất sẽ tự động dừng, Tuy nhiên, tại bể trộn do cuờng độ khuấy trộn lớn nên đầu dò pH khi lắp đặt, thiết kế cần có thêm giá bảo vệ để giảm sức cản của nuớc tránh gây vỡ đầu dò. 4. Bể phản ứng tạo bông kết tủa: - Nước và hoá chất đông tụ sau khi dã đuợc hoà trộn đều trong bể trộn sẽ đuợc đưa sang bể phản ứng tạo bông. Bể này có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trinh tiếp xúc và dính kết giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nuớc để tạo thành những bông cặn đủ lớn giúp thuận lợi cho quá trình lắng lọc sau đó. - Khi tính toán, thiết kế bể phản ứng tạo bông cặn cần lưu ý một số vấn đề sau: + Chất luợng nuớc thải: độ đục, tổng hàm luợng hợp chất hữu cơ, độ pH, độ màu và nhiệt độ. + Các loại công trình xử lí đạt ở công đoạn sau đó. chẳng hạn như:laọi bể lắng sau đó. + Điều kiện mặt bằng + Đặc biệt, để đạt đuợc chất luợng kết tủa cao thì khi tinh toán cấu tạo bể cần phải không chế tốc độ nuớc chảy trong bể và thời gian lưu nuớc trong bể một cách hợp lí. Nếu tính toán không chính xác thì cặn sẽ lắng ở trong bể phản ứng gây khó khăn trong quá trình quản lí hoặc không thu đuợc các bông kết tủa có kích thuớc đủ lớn, nên hiệu quả lắng sẽ thấp đi. Hiện nay, có nhiều loại bể phản ứng đuợc sử dụng, với thời gian lưu nuớc trong bể từ 6¸40 phút tuỳ theo từng kiểu bể. Các loại bể phản ưng và thời gian lưu nuớc lại trong bể đuợc thể hiện trong bảng III.2. Các kiểu bể phản ứng Thời gian lưu nước lại trong bể (phút) 1. Bể phản ứng xoáy: - Xoáy hình trụ 15 ¸ 20 - Xoáy hình phếu 6 ¸ 10 2. Bể phản ứng có vách ngăn - Vách ngăn ngang 20 đổi với nước đục - Vách ngăn đứng 30 ¸ 40 nước có màu 3. Bể phản ứng có lớ cạn lơ lửng Không nhỏ hơn 20 4. Bể phản ứng tạo bông kết tủa cơ khí 10 ¸ 30 - Bể phản ứng tạo bông kết tủa cơ khí có ưu điểm là: có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trên theo ý muốn. Vì vậy, em xin chọn bể phản ứng tạo bông kết tủa cơ khí trong sơ đồ công nghệ. * Hoá chất trợ đông polymer –1 (A-polymer) - Đây là loại hợp chất cao phân tử hữu cơ (polyacrilamit) được dùng để tăng cường quá trình keo tụ. Hiệu quả làm trong nước đạt được cao nhất khi cho A-polymer vào nước. Sau khi kết thúc quá trình trộn PAC với nước. Apolymer làm tăng nhanh đường kính hiệu quả của các bông cặn đã được tạo ra khi cho PAC vào trong nước. A-polymer được coi như là 1 “mạng nhện” sẽ gắn kết những bông cặn nhỏ tạo thành bông cặn lớn và nặng hơn giúp cho quá trình lắng đạt hiệu quả cao. - Dùng A-polymer là 1 trong những hướng phát triển tương lai trong lĩnh vực công nghệ xử lý nước thải của nước ta nói chung và trong công ty Hoya nói riêng. 5. Bể lắng: - Lắng là khâu quan trọng trong dây truyền công nghệ xử lý nước thải. Các loại bể lắng được thiết kế để loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng lặng xuống đáy bể lắng bằng trọng lực. - Theo cấu tạo hay hướng dòng chảy người ta phản ra các loại bể lắng: + Bể lắng đứng: Nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên trên. + Bể li tâm: Nước chuyển động từ trung tâm ra phía ngoài.. + Bể lắng ngang. + Bể bằng radian… Tự chọn bể lắng ly tâm vì bể có những ưu điểm sau: + Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường. + Do bể có hệ thống các gạt bùn đáy bể có độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng (độ dốc từ 5 ¸ 8%). + Hiệu quả lắng cũng tương đối cao. 6. Thiết bị xử lý cặn bùn. - Lựa chọn thiết bị xử lý bùn là máy ép băng tải vì. + Năng suất xử lý cao. + Bùn sau khi ép khô ráo, phần nước sau khi tách bùn chỉ chứa 1 hàm lượng cặn nhỏ và được hồi lưu về bể điều hoà xử lý lại -> nên giảm chi phí vận hành, cũng như hoá chất để xử lý. + Thiết bị làm việc liên tục. III.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động các thiết bị. III.2.1. Bể điều hoà: - Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép và được thiết kế dạng chìm dưới đất để nước thải tự chảy vào. - Bên trong có hệ thống cấp khí nhằm san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn bộ thể tích và không cho cặn lắng trong đáy bê.r - Bể có dạng hình vuông hoặc hình chữ nhật. Nước thải chảy vào Hệ thống khí nén cấp cho bể Hình III.2. Mô hình bể điều hòa. III.2.2. Bể trộn cơ khí. a) Cấu tạo: NaOH 30% NaOH 30% PAC 12% Nước thải SS Sang bể phản ứng Đầu dò PH Điều chỉnh lưu lượng - Hình vẽ: Hình III.3 - Bể trộn cơ khí b)Nguyên lí hoạt động: Trộn cơ khí là dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối. Nước và hóa chất được đi vào phía đáy bể, sau khi hòa trộn đều sẽ thu được dung dịch ở trên mặt bể để đưa sang bể phản ứng. Cánh khuấy có cấu tạo theo nhiều dạng khác nhau: có thể là cánh tuabin hoặc cánh phẳng gắn trên trục quay. Tùy theo chiều sâu của bể mà có thể gắn nhiều tầng cánh trên cùng một trục. Cánh khuấy thường được làm bằng thép không gỉ, hợp kim hoặc bằng gỗ. Trục quay được đặt theo phương thẳng đứng, còn bộ phận truyền động thì đặt trên mặt bể. Tốc độ quay của trục được chọn theo kiểu cánh khuấy và kích thước cánh khuấy. Vận tốc giới hạn của điểm xa nhất trên cánh khuấy so với trục quay không được lớn hơn 4,5m/s. cánh khuấy kiểu tuabin có tốc độ quay trên trục là: 100÷1500 vòng/phút, còn kiểu cánh phẳng là: 50÷500 vòng/phút. III.2.3 - Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí: a/ Hình vẽ: Hóa chất A.Polymer Sang bể lắng ly tâm Động cơ cánh khuấy Nước từ bể trộn cơ khí Hình III.4 - Bể phản ứng tạo bông kết tủa b/ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: - Nguyên lý làm việc của bể là quá trình tạo bông kết tủa diễn ra nhờ sự xáo trộn của dòng nước trong bể bằng biện pháp cơ khí. - Tùy vào kích thước mà bể có thể được chia thành nhiều ngăn, mỗi ngăn lại có thể chia thành 3÷4 buồng. kích thước của mỗi buồng thường có chiều cao và chiều rộng bằng nhau, kích thước các buồng là: 3,6 x 3,6m ; 3,9 x 3,9m và 4,2 x 4,2m, được ngăn cách với nhau bởi các vách ngăn hướng dòngtheo phương thẳng đứng. - Dung tích bể tính theo thời gian nước lưu lại trong bể là 10 ÷ 30 phút. Bể không cần xây dựng thêm ngăn dự phòng. Cấu tạo bể phải đảm bảo nước phân phối đều các ngăn , và có thể cách li từng ngăn riêng biệt để sửa chữa. - Bộ phận chính của bể phản ứng tạo bông kết tủa cơ khí là cánh khuấy. Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng, đặt đối xứng qua trục quay, có thể đạt theo phương nằm ngang hoặc theo phương thẳng đứng. Kích thước bản cánh khuấy được tính với tỷ lệ tổng diện tích bản cánh với diện tích mặt cắt ngang bể là: 15 ÷ 20%. Các cánh khuấy được lắp vào trục tạo thành guồng khuấy. Mỗi buồng đặt một guồng khuấy. Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng phải nhỏ hơn chiều rộng hoặc chiều sâu của buồng từ 0,3 ÷ 0,4m. Tốc độ quay của guồng lấy từ 3 ÷ 5 vông/phút( lấy tốc độ lớn cho buồng đầu và giảm dần cho buồng sau). Nhờ có sự điều chỉnh tốc độ này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các bông cặn tạo thành nhày càng lớn. III.2.4 - Bể lắng ly tâm: Nước từ bể phản ứng Động cơ Tới bể bùn a/ Hình vẽ: Nước chảy tràn Hình III.5 - Bể lắng ly tâm b/Nguyên lí hoạt động: - Nước cần được xử lí theo ông trung tâm đi vào ngăn phân phối nước, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài. Ở đây cặn được lắng xuống đáy còn phần nước trong chảy tràn qua máng phân phối nước bao quanh bể ra ngoài đi tới bể lọc. - Để thu được bùn ta lắp thêm hệ thống cánh gạt bùn gồm các dầm chuyển động theo ray vòng tròn, dầm treo các giàn cào bằng thép có các bàn gạt o phía dưới. Nhờ những bàn gạt này mà cặn bùn lắng ở dưới được gom lại và dẫn và phễu ở đáy bể. Sau đó, bùn được máy bơm tự động bơm đi đến bể chứa bùn để đi vào máy ép băng tải ( Theo cài đặt bơm bùn chạy 2 phút rồi dừng 4 phút). III.3. Tính toán thiết kế các thiết kế chính. III.3.1. Song chắn rác: - Nước thải trước khi đi đến các công trình xử lý phải qua song chắn rác để loại các tạp chất có kích thước lớn. - Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt nghiên 60 ÷ 750 so với phương ngang. - Chọn thanh chắn rác hình tròn, khoảng cách giữa các thanh là 10mm. - Diện tích hữu ích của tấm chắn là: Fc = [m2] Trong đó: Qmax: lực lượng lớn nhất của nước thải qua song chắn rác [m2/s] Qmax = = 0,056 [m3/s] V: Vận tốc của nước thải qua song chắn. V = 0,8 ¸1[m/s]- > chọn V = 0,8 [m/s] => Fc= = 0,07m2 - Tổn thất áp lực của dòng chảy qua song chắn. hp = x [m] Trong đó: hp: tổn thất áp suất [m] v: vận tốc dòng chảy trước song chắn. -> Chọn v = 0,6 [m/s] p: Hệ số tiền đổi trở lực do song chắn bị bịt kín bởi vật thải. -> Chọn p = 3. g: gia tốc trọng trường: g = 9,81 [m/s2] x = b ()4/3. sin a Với: d: đường kính song chắn -> Chọn d = 10mm. b: khoảng cách giữa các thanh. -> Chọn b = 10mm a: Góc nghiêng của song chắn so với phương ngang. -> Chọn a = 600 b: yếu tố hình dạng của song chắn. -> Chọn b = 1,97 => x = 1,97. ()4/3. sin 600 = 1,7 Vậy tổn thất áp lực hp là: hp = x. = 1,7 = 0,094m = 94mm Do lượng rác giữ lại qua song chắn không lớn nên ta chọn song chắn rác bằng thủ công, lượng rác thu giữ đem tập trung xử lý cùng rác thải công nghiệp rắn. III.3.2. Bể điều hoà: Bể điều hoà được dùng để duy trì dòng thải vào các công đoạn xử lý tiếp theo, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu quả suâts các quá trình ở dây truyền xử lý. - Thể tích bể điều hoà được tính theo công thức:Vd = Trong đó: Kn = Q: lưu lượng nước thải [m3/h] Q = = 200 [m3/h] Kn: Hệ số dập tắt dao động. td: Thời gian thải đột biến [h] -> Chọn td = 1,0h Cmax, Ctb, Ccf: là giá trị cực đại, trung bình và nồng độ của các chất ô nhiễm [mg/l], được lấy là giá trị hàm lượng cặn lơ lửng (SS) có trong nướ thải. Cmax = 3000 [mg/l] Ctb = 2000 [mg/l] Ccf = 1,1 ctb [mg/l] = 1,1 . 200 = 2200 [mg/l] => Kn = = 5 Vậy thể tích bể điều hoà là: Vd = = 896m3 - Bể điều hoà được xây dựng chìm trong lòng đất có độ sâu 4[m] -> Diện tích bề mặt bể là: Sd = = = 224 [m2] Chọn chiều rộng của bể: 14m. -> Chiều dài của bể là: = 16 [m] III.3.3. Tính toán thiết kế bể trộn cơ khí. a) Thể tích của bể trộn là: Vt = t.Q [m3] Trong đó: Vt: Thể tích bể trộn t: Thời gian khuấy trộn [S] -> Chọn t = 60 (s) (quy phạm t = 3S ¸ 2 phút) Q: Lưu lượng nước thải [m3/s] Q = = 0,056 [m3/s] -> Vt = 60 . 0,056 = 3,36 [m3] - Bể trộn xây theo kiểu hình vuông với kích thước như sau: Chọn chiều sâu của bể: h = 3m (quy phạm: 3 ¸4m) a x a x h = 1,05 x 1,05 x 3 [m]. b) Tính toán máy khuấy: - Sử dụng máy khuấy Tuabin 4 cánh nghiêng 450 hướng xuống dưới để đưa nước đi từ trên xuống. - Gọi D là đường kính máy khuấy D £ a £ . 1,05 £ 0,525 -> Chọn D = 0,5 [m] - Máy khuấy đặt cách đáy 1 khoảng h = D = 0,5 [m] - Chiều rộng bản cánh khuấy là: Rb Với điều kiện: Rb = . D = . 0,5 = 0,1 [m] - Chiều rộng bản cánh khuấy là: Db Với điều kiện: Db = . D = . 0,5 = 0,125 [m] - Trong bể đặt thêm 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước. Chiều cao tấm chắn: h’ = 3m Chiều rộng tấm chắn: R’ = .a = .1,05 = 0,105 [m] c) Tính toán động cơ: - Năng lượng cần truyền vào nước là: P = G2. Vt. m Trong đó: P: Năng lượng cần truyền vào nước [kW] G: Cường độ khuấy trộn [S-1] (G = 200 ÷ 1000 S-1) -> Chọn G = 800S-1 Vt: Thể tích bể trộn [m3] (Vt = 3,36m3) m: Độ nhớt động lực của nước [N.S/m2] Đối với nước ở t0 = 200C ta có m: 0,001 [NS/m2] Thay số: P = 8002 . 3,36 . 0,001 = 2150 J/S = 2,15 [KW] - Chọn hiệu suất động cơ : h = 0,8 -> Vậy công suất của động cơ là: P’= = = 2,688 [KW] d) Xác định số vòng quay: Số vòng quay được tính theo công thức: N = [Vòng / giây] Trong đó: n: số vòng quay của máy khuấy [Vòng / giây] P: năng lượng cần truyền vào nước [J/s] P = 2150 (W) K: Hệ số sức cản của nước, K phụ thuộc vào kiểu cách khuấy, lấy theo số liệu của Rushton. Ta chọn cách khuấy kiểu Tuabin 4 cánh nghiêng 450 -> Tra bảng được: K = 1,08 r: Khối lượng riêng của nước thải -> Chọn tương đối r = 1000 [Kg/m3] D: Đường kính của máy khuấy [m] D= 0,5 [m] Thay số: n = = 1,997 (vòng/ giây) » 2 [vòng / giây] Vậy số vòng quay của máy khuấy trong bể hoà trộn là: n = 2 [vòng/giây] = 120 [vòng / phút] -> Vì vậy, cần phải lắp thêm hộp giảm tốc cho động cơ. III.3.4. Tính toán lượng hoá chất châm vào bể hoà trộn trong quá trình đông tụ. Loại hoà chất sử dụng cho quá trình đông tụ là: PAC với lưu lượng được xác định như sau: - PAC nhập về dưới dạng bột mịn, có màu vàng nhạt, PAC có tính tan tốt trong nước (1 kg PAC hoà tan trong 1 lít nước). Muốn sử dụng được PAC ta cần phải pha PAC thành dung dịch có nồng độ từ 5 ¸ 12%, nếu càng pha loãng thì khả năng hoà trộn càng đều và trong vận hành ít bị lắng cặn. - Giả sử PAC được pha thành dung tích có nồng độ là: C% = 12%. - Liều lượng PAC phụ thuộc vào: Hàm lượng cặn không tan trong nước thải, độ đục, pH, t0, dộ mầu và các hợp chất hữu cơ… Dựa vào thực nghiệm đã nghiên cứu so sánh lượng cặn không tan trong nguồn nước thải của công ty với lượng PAC cần xử lý. Hàm lượng cặn (mg/l) Liều lượng PAC (mg/l) 2000 ¸ 3000 150 ¸ 250 -> Chọn hàm lượng PAC cần xử lý là: 200 [mg/l] - Lượng PAC cần tiêu tốn được tính theo công thức: V2 = Trong đó: V1: Lưu lượng nước thải trong 1h [l] V2: lượng PAC tiêu thụ trong 1h [l] C0: Lượng PAC tiêu thụ (tính theo mg/l) C0 = 200 [mg/l] D: Tỷ trọng của dung dịch PAC 12% D = 1,07 (đo thực tế) C% : Nồng độ dung dịch PAC 12% -> Thay số: V2 = = 312 [l/h] Vậy tính cho 1 lít nước thải thì lượng PAC cần dùng là: 200.10 ----- 312 1 ----- x -> x = = 1,56 . 10-3 [l] = 1,56 [ml PAC/ lít nước thải] III.3.5 - Tính toán, thiết kế bể phản ứng tạo bông cơ khí. Công suất xử lí: Q = 4800m3/ngày đêm = 200m3/h a) Tính thể tích bể: Thể tích của bể được tính theo công thức: Vpư = Trong đó: Vpư : Thể tích bể phản ứng [m3] Q: Lưu lượng nước thải [m3/h] T: Thời gian lưu nước trong bể (Quy phạm t = 10 ¸ 30 phút) -> Chọn T = 18 phút. Thay số: Vpư = = 60 [m3] Do thể tích bể không lớn nên ta không cần chia ngăn và chia buồng nửa. - Chọn kích thước chiều rộng và chiều cao của bể là: bpư x hpư = 3,6 x 3,6 = 12,96 [m2] Gọi tiết diện ngang của bể là: Fpư [m2] Fpư = bpư x hpư = 3,6 x 3,6 = 12,96 [m2] Chiều dài của bể là: lpư [m] lpư = = = 4,6 [m] b) Tính toán guồng khuấy: * Trạng thái làm việc của bể phản ứng được đặc trưng bởi giá trị gradien vận tốc (cường độ khuấy trộn). Vì vậy, cần phải tính toán guồng khuấy làm sao để tạo ra được giá trị gradien vận tốc thích hợp. Nếu gradien vận tốc nhỏ thì không đủ gây ra xác suất va chạm cần thiết. Còn nếu gradien vận tốc lớn quá sẽ phá vỡ bông cặn -> bông bùn nát khó lắng lọc. - Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và 4 bản cánh khuấy đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương thẳng đứng. Tổng diện tích bản cánh khuấy = 15% diện tích mặt cắt ngang bể (quy phạm: 15 ¸ 20%). Fc = [m2] = = 1,94 [m2] - Diện tích 1 bản cánh là: FC1 [m2] FC1 = = = 0,485 [m2] - Chiều dài cánh là: lc [m] Chọn lc = 3[m] - Chiều rộng bản cánh là: bc [m] bc = = = 0,162 [m] - Bản cánh đặt ở khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay 1 khoảng R: Chọn R = 1,3 [m] Chọn tốc độ quay của guồng khuấy là 4 [vòng/phút] (qui phạm:3¸5 vòng/phút). c) Kiểm tra lại các chỉ tiêu khuấy trộn. - Tốc độ chuyển động của các bản khuấy so với nuớc là: Vk=[m/s] Trong đó: Vk: Tốc độ chuyển động của các bản khuấy so với nuớc[m/s] R: Bán kính từ mép ngoài của bản khuấy đến tâm trục khuấy [m]. n : Số vòng quay của guồng[vòng/phút]. Thay số: VK = = 0,54 [m/s] - Khi cánh khuấy chuyển động nuóc sẽ bị cuốn theo với vận tốc = 1/4 tốc độ quay của cánh khuấy. Gọi Vn là tốc độ quay của nước. Ta có: Vn = VK = . 0,54 = 0,135 (m/s) - Công suất cần thiết đê quay cánh khuấy là: N = 51 . C . FC . V3 [W] Trong đó: Công suất cần thiết đê quay cánh khuấy [W] C: Hệ số trở lực của nước, C phụ thuộc vào tỉ lệ giữa chiều dài và chiều rộng của bản cánh khuấy. Khi = = 18,1 -> nên C = 1,5 Fc: Tổng diện tích của bản cánh [m2] Fc = 1,94 [m2] V: Tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước [m/s] V = VK – Vn = VK - VK = 0,75 VK Thay số: N = 51 . 1,5 . 1,94 . 0,405 = 9,86 [W] - Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước là: Z = [W/m3] Trong đó: Z: Năng lượng tiêu hao khuấy 1m3 nước thải [W/m3] N: Công suất cần thiết để quay cánh khuấy. V: Thể tích bể [m3] Thay số: Z = = 0,164 [W/m3] - Giá trị Gradien vận tốc được tính theo công thức: G = 10 [S-1] Trong đó: Z: là năng luợng tiêu phí để khuấy 1m3 nuớc thải. m: Độ nhớt động học của nước [Kg m2/s] Ở 250C thì m = 0,0092 [Kg m2/s] Thay số: G = 10 = 42,22 [S-1] < 10 [S-1] thoả mãn. Trong thực tế, người ta dùng chỉ số: P = GT để đặc trưng cho trạng thái làm việc của bể Với T: là thời gian lưu nước trong bể [S] T = 18 phút = 1080 [S] -> P = G.T= 42,22 . 1080= 45597,6 -> Hoàn toàn hợp lý vì: (Giá trị P = 40000 ¸ 200000 tuỳ thuộc vào tính chất của nguồn nước) * Kết quả kiểm tra lại các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản cho thấy chúng đều nằm trong giới hạn cho phép. - Tốc độ chuyển động của cách khuấy: VK = 0,54 [m/s] (quy phạm: 0,25 ¸ 0,75m/s) - Giá trị Gradien vận tốc: G = 42,22 [S-1] (quy phạm: 30 ¸ 100S-1) - Giá trị P = 45597,6 (quy phạm: 40000 ¸ 200000) III.3.6. Tính toán lượng hoá chất keo tự (trợ đông) A – polymer: A-polymer được coi như 1 “mạng nhện” khi cho vào nước sẽ gắn kết những bông cặn nhỏ tạo thành bông cặn lớn và năng hơn -> giúp cho quá trình lắng lọc dễ dàng. Lượng A-polymer được tính toán như sau: - A-polymer nhập về dưới dạng tinh thể nhỏ, mịn, màu trắng (coi 100% nguyên chất). Ta phải pha thành dung dịch có nồng độ 1% (tỷ lệ pha). 1kg A-polymer: 1000 (l) nước). Bằng cách test thực nghiệm ta thu được kết quả lượng A.polymer cần xử lý cho 1 lít nước thải (Tính theo hàm lượng cặn) là: Hàm lượng cặn (mg/l) Liều lượng A.polymer (mg/l) 2000 ¸ 3000 3 ¸ 5 -> Chọn hàm lượng A.polymer cần xử lý là: 5 [mg/l] - Lượng A.polymer cần tiêu tốn được tính theo công thức: V2’ = [l/h] Trong đó: V1’: Lưu lượng nước thải trong 1h [l] V2’: lượng A.polymer tiêu thụ trong 1h [l] C0’: Lượng A.polymer (tính theo mg/l) d’: Tỷ trọng của dung dịch A.polymer 1% C% : Nồng độ dung dịch A.polymer (C’% = 1%) -> Thay số: V2’ = = 100 [l/h] Vậy tính cho 1 lít nước thải thì lượng A.polymer cần tiêu thụ là: 200.103 ----- 100 1 ----- x -> x = = 5 . 10-4 [l] = 0,5 [ml A.polymer / lít nước thải] III.3.7. Tính toán thiết kế bể lắng li tâm. - Diện tích bề mặt xá định theo công thức sau: Flt = 0,21 ()1,07 + f(m2) Trong đó: Flt: Diện tích bề mặt của bể (m2) Q: Lưu lượng nước thải [m3/h] Q = 4800 [m3/ngày đêm] = 200 [m3/h] U0: Tốc độ lắng cặn (Uo được xác định trên thực nghiệm: 0,4 ¸1,5mm/s) -> Chọn U0 = 0,5 (mm/s) f: Diện tích vùng xoáy [m2] Với rx: Bán kính vùng xoáy [m] rx = rp + 1 [m] rp : Bán kính ngăn phân phối nước hình trụ (Quy phạm: rp = 2 ¸ 4m) -> Chọn rp = 2 (m) -> rx = 2 + 1 = 3 (m) Thay số: f = 3,14 . 32 = 28,25 [m2] Vậy diện tích bề mặt bể là: F = 0,21. + 28,25 = 156 [m2] - Bán kính của bể là: R = = = 7 [m] - Đường kính bể là: D = 7 x 2 = 14 [m] - Chọn chiều sâu tại thành bể là: h = 2 [m] (quy phạm: 1.5 p ¸ 2,5 m) - Chọn độ dốc đáy bể: i = 0,07 (quy phạm: 0,05 ¸ 0,08) - Chiều cao bể lặng sẽ là: H = h + R.t = 2 + 14. 0,07 = 2,98 [m] » 3 [m] * Tính ngăn phân phối nước. Ngăn phấn phối nước được thiết kế hình trụ, có khoan lỗ trên vách ngăn. Mép dưới vách ngăn ngập dưới mức nước trong bể ở độ sâu bằng chiều sâu bể lắng tại thành bể (h = 2m). Diện tích xung quanh của ngăn phối nước là: Fp =π.d.h Trong đó: d: đường kính ngăn phân phối d = 2. rp = 2 . 2 = 4 (m) h = 2 (m) Thay số: Fp = 3,14 . 4 . 2 = 25,12 (m2) III.4 . Tính toán thiết bị phụ *Tính bơm nước thải: Tính bơm nước thải vào bể hoà trên Chọn tốc độ của nước thải đi trong ống là: W = 0,8 [m/s] => Đường kính ống dẫn nước thải: d = [m] Trong đó: Q: lưu lượng nước thải [m3/s] Q = 4800 m3/ ngày đêm = 0,056 [m3/s] W: vận tốc nước trong đường ống W = 0,8 [m/s] Thay số: d = = 0,299 ≈ 0,3m = 300mm - Áp suất phần do bơm tạo ra là: H = + H0 + hm [m] Trong đó: H: áp suất toàn phần do bơm tạo ra, tính bằng m cột chất lỏng được bơm. P1, P2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút [m2] P1 = P2 = Pkhí quyển H0: Chiều cao dòng chất lỏng [m] H0: Hh + Hd Hh: khoảng cách giữa mức nước trong bể điều hoà so với máy bơm, lấy giá trị là chiều sâu bể điều hoà: Hh = 4 [m] Hđ: chiều cao nước dâng lên, lấy Hđ bằng chiều cao bể hoà trộn Hđ = 3 [m] Hđ = 3 [m] Vậy H0 = 4 + 3 = 7 [m] hm: Áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy [m] hm = [m] Trong đó: g: gia tốc trọng trường g = 9,81 [m/s2] r : Khối lượng riêng của nước thải. Ở 250C lấy r » 100kg/m3 DPd: Áp suất động học [N/m2] DPd = = = 320 [N/m2] DPm: Áp suất để khắc phục trở lực ma sát [N/m2] DPm = l . . [N/m2] Với L: chiều dài ống dẫn [m] -> Chọn L = 15m D: Đường kính ống [m] -> d = 0,3m l: Hệ số ma sát, được xác định theo chế độ của dòng chảy. Ta có chuẩn số: Re = m: Độ nhớt của nước, tra bảng tại 250C, m = 0,836 . 10-3 [NS/m2] Re = = 287081,34 > 105 -> Chế độ chảy rối. l được xác định theo công thức: = -2 . lg Trong đó: D: Độ nhám tương đối. D = x: Độ nhám tuyệt đối x = 0,1mm D: Đường kính ống dẫn [mm] D = = 3,3 . 10-4 Thay số: = -2.lg -> = = 0,13 -> l = 0,0169 D Pm = l. . = 0,0169. . = 270,4 [N/m2] DPC áp suất để khắc phúc trở lực cục bộ [N/m2] DPC = S x . [N/m2] x: các hệ số trở lực cục bộ. Trên đường ống có một van một chiều -> x1 = 5,7 4 khuỷu 900 -> x2 = 1,12 Vậy S x = 5,7 + 1,1 x 4 = 10,1 DPC = 10,1. = 3232 [N/m2] Do đó, hm = [m] Thay số: hm = = 0,389 » 0,39 [m] Ta chọn máy bơm kiểu ly tâm: => Áp suất toàn phần do bơm tạo ra là: H = H0 + hm = 7 + 0,39 = 7,39 [m] - Công suất của máy bơm được tính: N = [KW] Trong đó: Q: Năng suất của máy bơm Q = 0,056 [m3/s] r: Khối lượng riêng của nước thải r = 1000 kg/m3. g: Gia tốc trọng trường: g = 9,81 [m/s2] H: áp suất toàn phần do bơm tạo ra H = 7,39 [m] h: Hiệu suất của máy bơm lấy h = 80%. => N = - Công suất động cơ điện: Nđ.c = [KW] Trong đó: N: Công suất của bơm [KW] htr: Hiệu suất truyền động -> chọn htr = 80% hđ.c: Hiệu suất động cơ điện -> chọn h đ.c = 80% => Nđ.c == 7,92 [KW] Thông thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn công suất tính toán. N’đ.c = b . Nđ.c [KW] b : Hệ số dự trữ công suất (chọn b = 1,1) => N’đ.c = 1,1 . 7,92 = 8,7 [KW] KẾT LUẬN Do đặc tính nước thải của công ty Hoya có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, hàm lượng chất hữu cơ và các kim loại nặng không đáng kể. Qua quá trình phân tích, đánh giá, kết hợp với việc tìm hiểu và thu thập thông tin. Em xin đề xuất và thiết kế hệ thống xử lí nước thải theo phương pháp Hóa – lí. Hệ thống này đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới, cho hiệu quả xử lí cao, thỏa mãn được yêu cầu về loại nước thải và có thể áp dụng thành công cho công ty Hoya. Dây chuyền xử lí bao gồm: - Song chắn rác. - Bể điều hòa. - Bể trộn cơ khí. - Bể phản ứng tạo bông cơ khí. - Bể lắng ly tâm. - Máy ép băng tải. Trong quá trình tính toán, em đã cố gắng tính chi tiết các hạng mục cũng như lựa chọn các thông số phù hợp với thực tế tại Việt Nam nói chung và tại công ty nói riêng. Với đề tài này em hy vọng có thể đóng góp một phần nào cho công tác bảo vệ môi trường của công ty. Tuy nhiên, do trình độ, thời gian có hạn cũng như không có điều kiện để nghiên cứu một cách sâu sắc và đầy đủ của công nghệ xử lí nước thải nên trong quá trình tính toán và trình bày không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Trịnh Xuân Lai - Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải. NXB Xây dựng 2000. 2. Trịnh Xuân Lai - Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. NXB Xây dựng 2004. 3. Trịnh Lê Hùng - Kỹ thuật xử lý nước thải. NXB Giáo dục 1999. 4. Lương Đức Phẩm - Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học .NXB Giáo dục 2008. 5. Raymond Desjarding - Xử lý nước .NXB Xây dựng 2006. 6. Sổ tay xử lý nước tập 1,2 .NXB Xây dựng 1999. 7. Nguyễn Ngọc Dung - Xử lý nước cấp. NXB Xây dựng 1999. 8. Trần Hiếu Nhuệ - Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp. NXB Khoa học kỹ thuật 2002. 9. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông,…- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất .NXB Khoa học và kỹ thuật 1978. 10. Nguyễn Bin - Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm ( tập 1,2 ). NXB khoa học và kỹ thuật.