Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty Cổ phần bia Sài Gòn - Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm

khử BOD5, COD có thể đạt 10 – 15% (chọn 10%), hiệu quả khử SS coi như bằng 0. Do vậy, đặc trưng ô nhiễm của dòng thải sau khi qua bể điều hòa được thể hiện ở Bảng 4.9. Bảng 4.9. Đặc trưng dòng thải sau khi qua bể điều hòa Thông số Nước thải đầu vào Nước thải đầu ra Lưu lượng (m3/ngày.đêm) 4000 4000 COD (mg/l) 2500 2250 BOD (mg/l) 1500 1350 SS (mg/l) 510 510 pH 8,5 – 11 5,5 – 9 Tổng Nitơ (mg/l) 100 100 Tổng photpho (mg/l) 8 8 IV.1.5. Tính toán bể lắng [7] Bể lắng có cấu tạo mặt bằng là hình chữ nhật hoặc hình tròn, được thiết kế để loại bỏ bằng trọng lực các hạt cặn có trong nước theo dòng chảy liên tục vào và ra bể. Chọn kiểu bể lắng ngang hình chữ nhật vì hiệu quả lắng cao và dễ xây dựng. Các thông số thiết kế: Lưu lượng nước thải: Q = Qmax = 4000 (m3/ngày) Chọn kiểu bể lắng ngang, tỷ số chiều dài trên chiều rộng 4:1 [7] Tải trọng bề mặt ứng với Qmax. U0 = 81 – 122 (m3/m2ngày). [7] Chọn U0 = 89 (m3/m2ngày) Chiều cao vùng lắng H = 3,6 (m) [7] Yêu cầu: Xác định kích thước bể lắng; thời gian lưu nước; vận tốc giới hạn; hiệu quả khử BOD, SS. Tính kích thước bể Tính diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng: (m2) Chiều rộng bể: F = B x L = B x 4B = 4B2 = 44,94 (m2) Suy ra B = 3,35 (m), lấy tròn B = 3,5 (m). Chiều dài bể: L = 4 x 3,5 = 14 (m) Diện tích bể: F = 14 x 3,5 = 49 (m2) Kiểm tra tải trọng bề mặt: (m3/m2ngày) Ta thấy U0 = 82 (m3/m2ngày) nằm trong giới hạn cho phép 81 – 122 (m3/m2ngày). Thể tích bể lắng: V = F x H = 49 x 3,6 = 176 (m3) Thời gian lưu nước (giờ) Vận tốc giới hạn [7] Trong đó: VH = Vận tốc giới hạn trong vùng lắng, m/s k = hằng số phụ thuộc vào tính chất cặn. k = 0,04 đối với hạt cát; k = 0,06 đối với hạt cặn có khả năng dính kết. Ở bể lắng xử lý nước thải bia có thể lấy k = 0,05. = tỉ trọng của hạt, thường từ 1,2 – 1,6. Chọn = 1,3 g = gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 d = đường kính tương đương của hạt, thường chọn d = 10-4m f = hệ số ma sát phụ thuộc vào đặc tính bề mặt của hạt và chuẩn số Raynol của hạt khi lắng. f = 0,02 – 0,03, có thể lấy f = 0,025. Do đó: (m/s) Vận tốc nước chảy trong vùng lắng ứng với Qmax: (m/s) < VH Máng thu nước: Máng thu nước ra bố trí 1 máng ngang chạy suốt 3,5m chiều rộng bể và 3 máng dọc vuông góc với máng ngang, mỗi máng dài 2m. Tổng chiều dài máng l = 3,5 + 2 x 3 = 9,5m. Tải trọng thủy lực của máng: (m3/m dài.ngày) Vận tốc nước chảy vào máng tại mặt cắt ngang với độ sâu 3,6m (mặt tiếp giáp vùng chứa cặn): (m/s) < VH Hiệu quả khử BOD và SS Hiệu quả lắng cặn lơ lửng SS và khử BOD5 của bể lắng có thể tính theo công thức thực nghiệm của các nhà khoa học Mỹ: [7] Trong đó: R = hiệu quả khử BOD5 hoặc SS biểu thị bằng (%) t = thời gian lưu nước (giờ) a,b = hằng số thực nghiệm chọn theo Bảng 4.10 Bảng 4.10. Giá trị của hằng số thực nghiệm a, b ở t0 200C [7] Chỉ tiêu a (h) b Khử BOD5 0,018 0,02 Khử chất rắn lơ lửng SS 0,0075 0,014 Hiệu quả khử BOD5: (%) Hiệu quả khử chất rắn lơ lửng SS: (%) Hiệu quả khử COD: Hiệu quả khử COD qua song chắn rác, bể điều hòa, bể lắng… thường là 40% [16]. Tuy nhiên, để hệ thống hoạt động lâu dài và ổn định ta chọn hiệu suất xử lý COD sau khi qua bể lắng là RCOD = 30%. Lượng bùn sinh ra mỗi ngày (kg SS/ngày) Giả sử bùn tươi của nước thải bia có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm = 95%), tỷ số VSS:SS =0,75 và khối lượng riêng của bùn tươi 1,03 (kg/lít). [7] Vậy lưu lượng bùn tươi cần xử lý là: Qb =(l/ngày) = 19 (m3/ngày) Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học: Gb(VSS) = 979 x 0,75 = 734 (kg VSS/ngày). Bảng 4.11. Tổng hợp các thông số tính toán bể lắng Thông số Đơn vị Giá trị Lưu lượng nước thải, Qmax m3/ngày 4000 Tải trọng bề mặt ứng Qmax, U0 m3/m2ngày 89 Dung tích cần thiết, V m3 176 Diện tích bề mặt, F m2 44,94 Chiều cao vùng lắng, H m 3,6 Kích thước Dài, L m 14 Rộng, B m 3,5 Thời gian lưu nước, t h 1,1 Vận tốc giới hạn, VH m/s 0,07 Hiệu quả khử SS, RSS % 48 Hiệu quả khử BOD5, RBOD5 % 27 Hiệu quả khử COD, RCOD % 30 Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày, Gb kg SS/ngày 979 Lưu lượng bùn tươi cần xử lý, Qb m3/ngày 19 Bảng 4.12. Đặc trưng dòng thải sau khi qua bể lắng Thông số Nước thải đầu vào Nước thải đầu ra Lưu lượng (m3/ngày.đêm) 4000 4000 COD (mg/l) 2250 1575 BOD (mg/l) 1350 986 SS (mg/l) 510 265 pH 5,5 – 9 5,5 – 9 Tổng Nitơ (mg/l) 100 100 Tổng photpho (mg/l) 8 8 IV.1.6. Bể UASB Bể UASB được làm bằng bê tông cốt thép, cách nhiệt với bên ngoài. Nước thải phân phối từ dưới lên qua nền bùn và được xử lý yếm khí bên trong bể. Mục đích bể UASB là giảm hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải (COD, BOD, SS) đảm bảo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học hiếu khí phía sau. Các thông số tính toán bể UASB: - Các thông số ô nhiễm của nước thải như Bảng 4.12. - Lưu lượng nước thải: Q = 4000 m3/ngđ. - Tải trọng khử COD của bể UASB chọn a = 3 (kg COD/m3.ngày) [16] - Hệ số phân huỷ nội bào, Kd = 0,03 ngày-1 [16] - Hệ số tạo bùn (hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại), mg/mg. Chọn Y = 0,06 (mg/mg) - Tuổi của bùn, = 50 ngày. - Tỷ lệ MLVSS/MLSS của bùn trong bể UASB là 0,75. [16] - Nước thải đi từ dưới lên với vận tốc v = 0,6 – 0,9 (m/h) [16] Chọn v = 0,6 m/h. - Hiệu quả khử COD nhìn chung đạt 75% [4]. Chọn hiệu quả khử COD là 70% và hiệu quả khử BOD là 75% cho an toàn để thiết bị hoạt động lâu dài. Hiệu quả khử SS chọn 40% [16]. - Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân hủy kị khí trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng CSS = 30 kgSS/m3.[16] - Lượng bùn phân hủy kị khí cho vào ban đầu có TS = 5%. [16] Kích thước bể UASB - Hiệu quả làm sạch: ; % ; Suy ra: CODr = (1 – 0,7) CODv = (1 – 0,7) x 1575 = 473 (mg/l) BODr = (1 – 0,75) BODv = (1 – 0,75) x 986 = 247 (mg/l) SSr = (1 – 0,4)SSv = (1 – 0,4) x 265 = 160 (mg/l) - Lượng COD cần khử trong 1 ngày: (kgCOD/ngày) - Dung tích phần xử lý yếm khí : (m3) - Diện tích bể cần thiết : (m2) - Chiều cao phần xử lý yếm khí : (m) - Tổng chiều cao của bể là: H = H1 + H2 +H3 Trong đó: H1 : Là chiều cao phần xử lý yếm khí, H1 = 5,3m H2 : Là chiều cao vùng lắng , chọn H2 = 1,2m [7] H3 : Chiều cao dự trữ, H3 = 0,5m [7] Suy ra : H = 5,3+1,2+0,5 = 7,0m Hệ thống UASB được chia làm 4 đơn nguyên, diện tích của mỗi đơn nguyên: (m2) Chọn kích thước của mỗi đơn nguyên: L x B x H = 10m x 7,0m x 7,0m - Lưu lượng nước vào mỗi đơn nguyên : (m3/h) - Dung tích toàn bể: Vb = (H – H3) x F = 6,5 x 278 = 1807 (m3) - Kiểm tra thời gian lưu nước: (h) Tính ngăn lắng Nước đi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm chắn khí đặt nghiêng so với phương ngang một góc α = 450. Các tấm này đặt song song nhau. (Hình 4.1) Gọi HL là chiều cao toàn bộ ngăn lắng: m. Suy ra . Kiểm tra chiều cao ngăn lắng: Tổng tỷ số giữa chiều cao ngăn lắng và chiều cao bảo vệ với chiều cao xây dựng bể phải >=30%. (thoã mãn yêu cầu) Tính thời gian lưu trong ngăn lắng (phải lớn hơn 1h): [7] (thõa mãn yêu cầu). Tính tấm chắn khí và tấm hướng dòng Trong mỗi đơn nguyên bố trí 4 tấm chắn khí và 2 tấm hướng dòng. Chọn khe hở giữa hai tấm chắn khí và giữa tấm chắn khí với tấm hướng dòng là như nhau và bằng c = 0,15m = 150mm. [7] - Tấm chắn khí Tấm chắn khí được đặt nghiêng 450 so với phương ngang. Chọn chiều rộng của tấm chắn khí gần tấm hướng dòng là b = 2m. Hai tấm chắn khí chồng lên nhau một đoạn a = 0,5m [16]. (hình 4.1) - Tính toán tấm hướng dòng Tấm hướng dòng được đặt nghiêng 600 so với phương ngang và cách tấm chắn khí 150mm như hình 4.1. Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10 – 30 cm [16]. Chọn mỗi bên nhô ra 30 cm = 300 mm. a b c H2+H3 Tấm chắn khí Tấm hướng dòng Hình 4.1. Tấm chắn khí và tấm hướng dòng trong UASB [7]. Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 5%) (kg) 881 (tấn) [16] Trong đó: CSS = hàm lượng bùn trong bể, kg/m3 V = dung tích phần xử lý yếm khí, m3 TS = hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu, % Lượng sinh khối (bùn) hình thành mỗi ngày [16] Px = 106 (kgVS/ngày) Tính lượng khí mêtan sinh ra mỗi ngày - Lượng khí CH4 tạo thành trong quá trình xử lý nước thải bằng UASB: [16] = 0,35 [(1575 – 473)gCOD/m3 x 4000m3/ngày x 1kg/1000g – 1,42 x 106] = 1490 (m3/ngày) Trong đó: = thể tích khí CH4 sinh ra ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 1atm); Q = lưu lượng bùn vào bể kị khí, m3/ngày; Px = lượng sinh khối hình thành mỗi ngày, kgVS/ngày; 0,35 = hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí mêtan sản sinh từ 1kg COD chuyển hóa hoàn toàn thành khí mêtan và CO2, m3 CH4/kg COD. Hàm lượng khí CH4 sinh ra chiếm khoảng 70% tổng lượng khí sinh ra [16], điều đó có nghĩa rằng tổng lượng khí sinh ra từ bể UASB trong một ngày là: (m3/ngày) - Đường kính ống dẫn khí: (m) Với vk là vận tốc khí đi trong ống, vk=15-20 (m/s) [17], chọn vk=20 (m/s) Khi đó:. Quy chuẩn Dk = 0,04 m. Lượng bùn dư hình thành mỗi ngày = 4,7 (m3/ngày), [16] Lượng chất rắn từ bùn dư MSS = Qw x CSS = 4,7 x 30 = 141 (kg SS/ngày) [17] Tính hệ thống phân phối nước Nước thải cần xử lý đi vào bể UASB đi từ dưới lên thông qua các ống phân phối nước vào. Yêu cầu việc cấp nước vào bể phải bảo đảm sự phân phối đều nước trên tiết diện ngang của bể. Trên đường cấp nước chính phải bố trí van 1chiều để tránh hiện tượng nước thải chảy ngược trở lại khi bơm không hoạt động. - Tính đường kính ống dẫn nước chính của bơm nước thải: (m) = 172 (mm) Chọn ống bằng PVC có D = 170 mm. Trong đó: Q = lưu lượng nước thải, m3/s = tốc độ lưu thể trong ống. = 1,5 – 2,5 m/s [17], chọn = 2 m/s Từ ống dẫn nước chính của bơm nước thải chia làm 4 ống nhánh để dẫn nước thải vào 4 đơn nguyên. - Đường kính ống nhánh, chọn = 1,5 (m/s): (m) = 99 (mm) Chọn ống PVC có Dn = 100 mm. Từ 1 ống nhánh này chia làm 4 ống nhánh nhỏ để phân phối đều nước thải trong mỗi đơn nguyên. - Đường kính ống nhánh nhỏ, chọn = 1,5 (m/s): (m) = 50 (mm) Chọn ống PVC có Dnn = 50 mm. Tính máng thu nước Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc thu nước của máng lắng, thiết kế 2 máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều rộng bể. Chọn chiều rộng máng là 200mm. Máng được làm bằng thép không rỉ dạng tấm răng cưa, dày 5mm, cao 260mm, dài 7m. Trên một mặt được cắt thành hình răng cưa (dạng hình thang cân) có chiều cao 60mm, vát đỉnh 40mm, khoảng cách giữa 2 răng cưa là 120mm [16]. Nhu cầu dinh dưỡng cho bể UASB Tỷ lệ chất dinh dưỡng cần cung cấp cho quá trình hoạt động và phát triển của vi sinh vật trong bể UASB là COD : N : P = 350 : 5 : 1 và sự có mặt một lượng nhỏ khoáng chất khác. Lượng COD ban đầu là 1575 (mg/l) và hiệu quả xử lý COD của bể UASB là 70%. Do đó, lượng COD được các vi sinh vật chuyển hoá thành khí là: 1575 x 0,7 = 1102,5 (mg/l) - Lượng nitơ cần cung cấp: (mg/l) - Lượng photpho cần cung cấp: (mg/l) Tuy nhiên, trong nước thải đầu vào có chứa một lượng tổng nitơ và tổng photpho lần lượt là 100 (mg/l) và 8 (mg/l). Do đó, không cần bổ sung dinh dưỡng cho bể UASB. - Lượng nitơ dư sau bể UASB: Ndư = 100 – 15,75 = 84,25 (mg/l) - Lượng photpho dư sau bể UASB: Pdư = 8 – 3,15 = 4,85 (mg/l) Bảng 4.13. Tổng hợp các thông số thiết kế bể UASB Thông số thiết kế Ký hiệu Đơn vị Giá trị Dung tích phần xử lý yếm khí V m3 1469 Diện tích cần thiết của bể F m2 278 Kích thước mỗi đơn nguyên Số lượng cái 4 Chiều cao phần xử lý yếm khí H1 m 5,3 Chiều cao vùng lắng H2 m 1,2 Chiều cao bảo vệ H3 m 0,5 Chiều dài L m 10 Chiều rộng B m 7 Chiều cao tổng H m 7 Lượng bùn nuôi cấy ban đầu Mb Tấn 810 Lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày Px kgVS/ngày 106 Lượng khí CH4 sinh ra mỗi ngày VCH4 m3/ngày 1490 Lượng bùn dư hình thành mỗi ngày Qw m3/ngày 4,7 Hàm lượng COD đầu ra CODr mg/l 473 Hàm lượng BOD5 đầu ra BODr mg/l 247 Hàm lượng SS đầu ra SSr mg/l 160 Bảng 4.14. Đặc trưng dòng thải sau khi qua bể UASB Thông số Nước thải đầu vào Nước thải đầu ra Lưu lượng (m3/ngày.đêm) 4000 4000 COD (mg/l) 1575 473 BOD (mg/l) 986 247 SS (mg/l) 265 160 pH 5,5 – 9 5,5 – 9 Tổng Nitơ (mg/l) 100 100 Tổng photpho (mg/l) 8 8 IV.1.7. Bể SBR Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư. Các ngăn bể hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục. Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ. Các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn... diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao. BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 50 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 10 đến 45 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l. Bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai. [6] Chỉ tiêu chất lượng nước thải đầu vào: Lưu lượng nước thải 4000m3/ngày Hàm lượng BOD5 = 247 mg/l Hàm lượng cặn lơ lửng SS = 160 mg/l Hàm lượng chất hữu cơ bay hơi trong cặn lơ lửng là 160 x 0,75 = 120 mg/l Nhiệt độ trung bình nước thải 200C. Các chỉ tiêu thiết kế: - Thời gian tích nước vào bể 3h, thời gian làm sục khí 5h, thời gian lắng tĩnh 1,5h, thời gian xả nước trong 2h, chờ nạp mẻ mới 0,5h. Tổng thời gian 1 chu kỳ là 12h. Tỷ lệ F/M = 0,1 – 0,2 kgBOD5/kg bùn. ngày [7]. Chọn F/M = 0,11. Độ tro của cặn Z = 0,3 hay cặn bay hơi bằng 0,7 cặn lơ lửng. [16] Hệ số động học Y = 0,65 g/g và kd = 0,05 ngày-1. [7] Nồng độ cặn được cô đặc trong phần chứa bùn phía dưới bể = 8000 mg/l (trong đó 0,7 x 8000 = 5600 mg/l là bùn hoạt tính). [7] Tỷ trọng của cặn là 1,02. Chọn 60% thể tích bể chứa nước trong tháo đi mỗi ngày. [7] - Chiều sâu công tác của bể 4,5m, tường dự trữ cao 0,3m, lỗ ống phân phối khí đặt trên đáy 0,3m. [7] Xả cặn thực hiện sau mỗi chu kỳ. Hàm lượng BOD5 đầu ra 50mg/l (loại B), SS = 25 mg/l, trong đó 65% là cặn hữu cơ BOD21. [6] BOD5 = 0,68 BOD21. BOD21 trong tế bào bằng 1,42 nồng độ tế bào đã chết. Trong nước thải có đủ dinh dưỡng cần thiết cho tế bào phát triển. Tính toán bể SBR Số lượng bể và chu kỳ phân đoạn thời gian làm việc Trong nhà máy bố trí 4 bể SBR làm việc kế tiếp nhau. Chu kỳ phân đoạn thời gian làm việc của từng bể như sau: 3h 5h 1,5h 2h 0,5h 12h chu trình lặp lại 3h 5h 1,5h 2h 0,5h 3h 5h 1,5h 2h 0,5h 3h 5h 1,5h 2h 0,5h Ghi chú: 3h : là thời gian bơm nước vào bể, 5h : là thời gian sục khí, 1,5h : là thời gian lắng tĩnh, 2h : là thời gian tháo nước trong, 0,5h : là thời gian chờ nạp mẻ mới. Xả cặn dư trong thời gian chờ hoặc thời gian lắng hoặc thời gian tháo nước trong. Xác định hiệu quả xử lý của bể theo BOD5 (%) Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước đã xử lý BOD5 đầu ra = BOD5 hòa tan + BOD5 chứa trong cặn lơ lửng. Suy ra: BOD5 hòa tan = BOD5 đầu ra – BOD5 chứa trong cặn lơ lửng. BOD5 chứa trong 25 mg/l cặn lơ lửng đầu ra: - Cặn hữu cơ: 65% x 25mg/l = 16,25 mg/l = BOD21 - BOD21 bị oxy hóa thành cặn : 1,42 x 16,25 = 23 mg/l. - Lượng BOD5 trong cặn lơ lửng : 0,68 x 23 = 15,64 mg/l. - Lượng BOD5 hòa tan : 50 – 15,64 = 34,36 mg/l. Tính thể tích cần thiết của 4 bể SBR - Thể tích phần nước của 4 bể SBR là: (m3) - Thể tích phần nước chiếm 60% dung tích bể SBR nên thể tích tổng cộng của 4 bể SBR là: (m3) - Thể tích 1 bể SBR là 3333 : 4 = 833 (m3) - Chiều sâu công tác của bể là H = 4,5m nên - Diện tích 1 bể SBR là: (m2) - Chọn bể hình vuông có cạnh: a x a = 13,6 x 13,6m Xác định nồng độ bùn hoạt tính cần thiết duy trì trong bể Áp dụng công thức: hay [7] Trong đó: V = thể tích tổng 4 bể SBR. V = 3333 (m3) Q = lưu lượng nước thải. Q = 4000 (m3/ngày) S0 = nồng độ BOD5 đầu vào. S0 = 247 (mg/l) X = nồng độ bùn hoạt tính, mg/l F/M = 0,11 (kgBOD5/kg bùn. ngày) - Nồng độ bùn hoạt tính cần duy trì trong bể: (mg/l) - Khối lượng bùn hoạt tính trong bể ở một chu kỳ (12 giờ): Gb = Q1 x 10-3X = x 2700.10-3 = 540 (kg) - Nồng độ bùn cặn thực trong bể: Xc = cặn vô cơ + X/0,7 = (160 – 120) + 2700 : 0,7 = 3897 (mg/l) - Khối lượng bùn cặn thực trong bể ở một chu kỳ (12 giờ): Gc = Q1 x 10-3Xc = x 3897.10-3 = 7794 (kg) Thể tích bùn choán chỗ sau khi cô đặc đến 8000mg/l hay 8 kg/m3, tỷ trọng bùn 1,02 Giả sử bể SBR hoạt động liên tục và lượng bùn cặn sinh ra ở mỗi chu kỳ là như nhau. Vì thời gian xả cặn là sau một chu kỳ (12 giờ) và hiệu suất xả cặn 75% (đối với chu kỳ đầu tiên) nên lượng bùn cặn tối đa trong bể là: 0,25 x 7794 + 7794 = 9742 (kg) - Thể tích bùn choán chỗ tối đa trong bể: (m3) - Chiều cao bùn cặn tối đa trong bể: (m) Chiều cao phần nước trong đã lắng trên lớp bùn hn = 4,5 – 1,6 = 2,9 (m) Mặt khác, chiều cao lớp nước trong xả đi sau một chu kỳ: h = 60% x H = 0,6 x 4,5 = 2,7 (m). Phần nước trong dự trữ dưới ống thoát nước để khỏi kéo cặn ra là: hdự trử = 2,9 – 2,7 = 0,2 m. Tính lượng oxy cần thiết để khử BOD5 - Lượng oxy cần thiết ở điều kiện tiêu chuẩn: [16] Trong đó: Q = 4000 m3/ngày; S0 = 247 mg/l; S = 34,36 mg/l, f = hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD21. f = 0,68 Px = lượng bùn hoạt tính sinh ra trong ngày, kg. (kg) Thay số ta tính được: (kg/ngày) - Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực ở 200C: [16] (kg/ngày) Trong đó: CS = nồng độ oxy bão hòa trong nước ở 200C, CS = 9,02g/l C = nồng độ oxy duy trì trong bể khi làm thoáng, C = 2mg/l Tính lượng không khí cần thiết Áp dụng hệ thống phân phối khí có bọt khí kích thước trung bình với hệ số giảm năng suất hòa tan oxy do ảnh hưởng của cặn và các chất hoạt động bề mặt, lấy = 0,8. Công suất hòa tan oxy của thiết bị OU = 5,5 gO2/m3 khí tính đối với 1m sâu. [7] - Lượng không khí cần thiết: [7] Qkhí (m3/ngày) (Vì lỗ ống phân phối khí đặt trên đáy 0,3 (m) nên h = (4,5 – 0,3)m) - Kiểm tra chỉ tiêu cấp khí: + Lưu lượng cấp khí cho 1m3 nước thải: C = (m3/m3) + Lưu lượng khí cần để khử 1kg BOD5: [7] (m3 khí/1kg BOD5) Cấu tạo dàn ống phân phối khí Trong mỗi bể đặt 2 dàn ống xương cá, cách nhau a/2= 13,6/2 = 6,8m và cách thành bể 6,8/2 = 3,4m. Dàn ống xương cá gồm ống chính và các ống nhánh dài 0,8m đặt vuông góc với ống chính cách nhau 0,3m. Đáy ống khoan lỗ D5, cách nhau 10cm = 0,1m thành một hàng dọc. [7] Số lỗ trên một ống nhánh: nlỗ = 0,8/0,1 = 8 lỗ. Số ống nhánh trong một dàn ống: nống = 13,6/0,3 = 45 ống. Số lỗ trên một dàn ống: = 8 x 45 = 360 lỗ. Diện tích một lỗ D5: flỗ = 19,625 x 10-6 m2. Tổng diện tích lỗ trên một dàn ống: m2 Lưu lượng không khí trên 4 x 2 = 8 dàn ống: Qkhí = 27922 m3/ngày = 0,323 m3/s. Vận tốc khí qua lỗ: (m/s) Tính toán đường kính ống dẫn khí Ống dẫn khí chính từ máy nén khí: (sử dụng 4 máy nén khí) D = [17 ] Trong đó: qkhí = Lưu lượng khí trong ống dẫn, qkhí = 0,323/4 = 0,08 m3/s w = Tốc độ trung bình của khí chuyển động trong ống dẫn, w = 15 – 25 m/s. Chọn w = 15 m/s [17] Suy ra : D = (m) = 80 mm. Vậy để dẫn khí nén ta chọn ống dẫn khí bằng ống tráng kẽm bình thường có đường kính D = 80 mm. - Ống dẫn chính trong dàn xương cá: Lưu lượng không khí trong ống dẫn chính của mỗi dàn xương cá là : q1 = (m3/s) Đường kính ống dẫn chính của mỗi dàn xương cá: D1= = = 0,052 m (Với w1 = vận tốc khí đi trong ống dẫn thường từ 15 – 25 m/s, chọn w1 = 18 m/s) Quy chuẩn, chọn ống dẫn khí có đường kính là D1 = 50 mm. Kiểm tra lại vận tốc khí trong mỗi dàn: (m/s) - Ống nhánh trong dàn xương cá: Mỗi dàn xương cá chia làm 45 ống nhánh. Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh là: (m3/s) Đường kính của mỗi ống nhánh là: D2 = = = 7,6 x 10-3 (m ) = 7,6 mm. (Vận tốc khí đi trong ống dẫn thường từ 15 – 25 m/s, chọn w1 = 20 m/s) Quy chuẩn, chọn ống dẫn khí có đường kính là D2 = 8 mm. Kiểm tra lại vận tốc khí trong mỗi ống nhánh: (m/s) Bảng 4.15. Tổng hợp các thông số thiết kế bể SBR STT Thông số thiết kế Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Hiệu quả xử lý theo BOD5 EBOD5 % 80 2 Thể tích tổng V m3 3333 3 Kích thước bể Số đơn nguyên cái 4 Chiều dài a m 13,6 Chiều rộng a m 13,6 Chiều cao công tác H m 4,5 Chiều cao dự trữ m 0,3 4 Nồng độ bùn hoạt tính X mg/l 2700 5 Lượng oxy cần thiết OCt kg/ngày 645 6 Lượng không khí cần thiết Qkhí m3/ngày 27922 Bảng 4.16. Đặc trưng dòng thải sau khi qua bể SBR Thông số Nước thải đầu vào Nước thải đầu ra Lưu lượng (m3/ngày.đêm) 4000 4000 COD (mg/l) 473 100 BOD (mg/l) 247 50 SS (mg/l) 160 25 pH 5,5 – 9 5,5 – 9 Tổng Nitơ (mg/l) 100 30 Tổng photpho (mg/l) 8 6 IV.1.8. Bể khử trùng Nước thải sau khi ra khỏi bể SBR được dẫn đến bể khử trùng bằng dung dịch NaOCl 10%, tỷ trọng 1,2 kg/l. Bể khử trùng được thiết kế với dòng chảy ziczac qua từng ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo và nước thải. Tính toán bể khử trùng với thời gian lưu nước trong bể là 30 phút. Tính lượng NaOCl sử dụng trong ngày Ta dùng dung dịch NaOCl thương phẩm nồng độ 10%, tỷ trọng 1,2 kg/l để khử trùng. Vì khử trùng nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn nên liều lượng clo hoạt tính a để khử trùng là a = 3 mg/l (theo quy định của TCXDVN 51:2006). Tổng lượng NaOCl sử dụng trong một ngày là: [15] (l/ngày) = 4,2 (l/h) = 0,07 (l/phút). Chọn 2 máy bơm loại bơm màng (1 bơm công tác, 1 bơm dự phòng). Chọn Tank chứa dung dịch NaOCl bằng composite, dung tích 1m3. Do đó, lượng NaOCl dự trữ là 1000/100 = 10 (ngày). Tính kích thước bể - Dung tích hữu ích của bể: (m3) - Giả sử chọn chiều sâu lớp nước trong bể là H = 1,5m - Diện tích mặt thoáng hữu ích của bể: (m2) - Chọn bể tiếp xúc gồm 5 ngăn hình chữ nhật, diện tích mỗi ngăn: F1 = L x B = 12 x 1 = 12 (m2) Vậy tổng diện tích mặt thoáng của 5 ngăn sẽ là: 5 x 12 = 60 (m2) > 56 m2 IV.1.9. Bể chứa bùn Bể chứa bùn có nhiệm vụ ổn định bùn của bể lắng bậc 1 và của bể UASB trước khi bơm sang máy ép bùn băng tải. Lượng bùn thải từ bể lắng là 19 (m3/ngày) và lượng bùn dư từ bể UASB là 4,7 (m3/ngày) nhưng ở bể UASB sau 50 ngày mới xả bùn một lần (do = 50 ngày). Do đó, lượng bùn cực đại cần xử lý là (19 + 4,7 x 50) = 254 m3/ngày (trùng ngày xả bùn của bể UASB). Chọn thời gian lưu bùn trong bể chứa là 1 ngày trước khi bơm sang máy ép bùn băng tải, khi đó: - Thể tích của bể chứa bùn là: 254 m3/ngày x 1 ngày = 254 m3. - Thiết kế bể nén bùn có kích thước L x B x H = 8m x 6,5m x 5m. Bùn sau khi lưu ở bể chứa được bơm sang máy ép bùn băng tải với công suất (19 + 4,7) = 23,7 (m3/ngày). IV.1.10. Bể nén bùn Bể nén bùn có nhiệm vụ làm giảm độ ẩm của bùn cặn dư từ bể SBR có độ ẩm từ 99% xuống 95%. Vì quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hoàn toàn nên chọn kiểu bể ly tâm có hệ thống gạt cặn [14]. Lượng bùn dư cần xử lý là 63 m3/h. Sử dụng 2 bể nén bùn ly tâm để nén, khi đó: Diện tích của 1 bể nén bùn ly tâm được tính theo công thức sau: (m2) [16] Trong đó: qbùn = lưu lượng bùn dư cần xử lý cho 1 bể. qbùn = 63/2 m3/h. q0 = tải trọng tính toán trên mặt thoáng của bể nén bùn, m3/m2.h Ứng với nồng độ bùn 2 – 3 g/l thì q0 = 0,8 m3/m2.h [16] Đường kính của 1 bể nén bùn ly tâm được tính theo công thức sau: (m). - Đường kính ống trung tâm: d = 20% D = 0,2 x 7 = 1,4 (m) [16] - Chiều cao công tác của bể nén bùn: h1 = q0 x t = 0,8 x 8 = 6,4 (m). (Với t = 8h là thời gian nén bùn) Chiều cao tổng của bể nén bùn: H = h1+ h2+ h3+ h4 = 6,4 + 0,4 + 0,3 + 1 = 8,1 (m) [16] Trong đó: H = Chiều cao tổng của bể nén bùn, m h1 = Chiều cao công tác của bể nén bùn, m h2 = khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h2 = 0,4 m h3 = Chiều cao lớp bùn và lắp đặt thiết bị gạt bùn ở đáy, h3 = 0,3m h4 = Chiều cao tính từ đáy bể đến mức bùn, h4 = 1,0m. - Chiều cao ống trung tâm: h = 60% h1 = 0,6 x 4 = 2,4 (m) [16] Tốc độ quay của hệ thống thanh gạt là 0,75 – 4 vòng/phút. [16] Độ nghiêng ở đáy bể nén bùn tính từ thành bể đến hố thu bùn khi dùng hệ thống thanh gạt là i = 0,01. [16] Nước sau khi tách bùn dư tự chảy trở lại hố gom để tiếp tục xử lý. IV.1.11. Lọc ép băng tải Lưu lượng bùn cặn từ bể chứa bùn đến lọc ép băng tải là 23,7 (m3/ngày). Lưu lượng bùn cặn từ bể nén bùn đến lọc ép băng tải: (m3/h) = 302,3 (m3/ngày) Giả sử nồng độ bùn sau khi nén ở bể nén bùn và sau khi ổn định ở bể chứa bùn là C = 50 kg/m3. Khi đó, tổng lượng bùn cặn đưa đến máy ép băng tải là: L = C x qtổng = 50 x (23,7+ 302,3) = 16300 (kg/ngày) Máy ép làm việc 16 giờ một ngày nên lượng cặn đưa đến máy trong 1 giờ là: (kg/giờ) Tải trọng cặn trên 1m rộng của băng tải dao động trong khoảng 90 – 680 kg/m chiều rộng băng.giờ. Chọn băng tải có năng suất 500 kg/m rộng băng.giờ. [16] Chiều rộng băng tải: (m) Chọn máy có chiều rộng băng 2 m và năng suất 500 kg/m rộng băng.giờ. IV.2. Tính toán thiết bị phụ IV.2.1. Máy nén khí IV.2.1.1. Máy nén khí cấp cho bể điều hoà (Tính cho 1 ngăn) Công suất lý thuyết của máy nén khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt: , kW [7] Trong đó: NLT = Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW G = Trọng lượng của dòng khí, kg/s R = Hằng số khí, đối với không khí thì R = 8,314 kJ/kmol.oK T1 = Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, T1 = 273 + 25=298 oK p1 = Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, p1 = 1 atm p2 = Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p2 = P1 + DP, atm DP = Áp suất toàn phần để khắc phục các cản trở thuỷ lực của hệ thống ống dẫn khí (kể cả ống dẫn và thiết bị). 29,7 = Hệ số chuyển đổi. vì đối với không khí K = 1,395 e = Hiệu suất của máy, e = 0,7 ¸ 0,8. Chọn e = 0,75 a. Tính trọng lượng riêng của dòng khí: G = Qkk , kg/s Trong đó: Qkk = Lưu lượng không khí cần thiết, Q = 150 m3/h = 0,042 m3/s = Khối lượng riêng của không khí ở 250C, = 1,2 kg/m3 [17 ] Suy ra: G = 0,042 1,2 = 0,05 (kg/s) b. Tính DP: DP = DPđ +DPm + DPH + DPt +DPk + DPc Trong đó: - DPđ = Áp suất động lực học, tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn, N/m2. DPđ = = DPđ1 + DPđ2 , N/m2 [17] Với: r = khối lượng riêng của không khí, kg/m3, r = 1,2 kg/m3 [17] w1 = Tốc độ của lưu thể trong ống D = 60 mm, w1 = 15 m/s. w2 = Tốc độ của lưu thể trong ống D = 30 mm, w2 = 20 m/s. DPđ1 , DPđ2 = Áp suất động lực học của ống D = 60 mm, D = 30 mm. Vậy: DPđ1 = 135 (N/m2) DPđ2 = 240 (N/m2). Suy ra DPđ = DPđ1 + DPđ2 = 135 + 240 = 375 (N/m2). - DPm = Áp suất để khắc phục trở lực ma sát (khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng), N/m2. DPm = = DPm1 + DPm2 [17] Trong đó: l = Hệ số ma sát. L = Chiều dài ống dẫn, m. r = Khối lượng riêng của không khí, kg/m3, r = 1,2 kg/m3 [17] w = Tốc độ của lưu thể, m/s. dtđ = Đường kính tương đương của ống, m. DPm1, DPm2 = Áp suất để khắc phục trở lực ma sát ở các đường ống có đường kính khác nhau. + Tính DPm1 = , xét trên đường ống D = 60 mm Ta có: [17] Trong đó: L = Chiều dài ống dẫn, L = 15 m. l = Hệ số ma sát. dtđ = Đường kính tương đương của ống, dtđ = 60 mm μkk= Độ nhớt động học của không khí ở 250C, N.s/m2. μkk = 183710-8 N.s/m2 [17] w1 = Tốc độ của lưu thể, w1 = 15 m/s. Do đó: = 58791 > 4000 nên khí ở trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó công thức tính hệ số ma sát có dạng: [17] Trong đó: D  = Độ nhám tương đối, (Với là độ nhám tuyệt đối. Vì là ống dẫn khí nén nên = 0,8mm [17]) Vậy: DPm1 = (N/m2) + Tính DPm2 = , xét trên đường ống D = 30 mm. Tương tự ta có: [17] Trong đó: L = Chiều dài ống dẫn, m. L = 12,5 m. l = Hệ số ma sát. dtđ = Đường kính tương đương, dtđ = 30 mm. w2 = Tốc độ của lưu thể, w2 = 20m/s. Do đó: = 39194 > 4000 nên khí ở trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó công thức tính hệ số ma sát có dạng: [17] Trong đó: D  = Độ nhám tương đối, (Với là độ nhám tuyệt đối. Vì là ống dẫn khí nén nên = 0,8mm [17]) Vậy: DPm2 = (N/m2) Do đó: DPm= DPm1 + DPm2 = 1451 + 5600 = 7051 (N/m2). - DPH = Áp suất cần thiết để nâng chất khí lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh: (N/m2) (Với H là chiều cao nâng chất khí, H = 4,5m = chiều cao bể điều hòa) - DPc = Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ: , (N/m2) [17] Trong đó: = Hệ số trở lực cục bộ. Sử dụng 2 van tiêu chuẩn, 4,1 [17] Khuỷu ghép 900 với mặt cắt ngang hình vuông (do 2 khuỷu 450 tạo thành) nên = 0,38 [17]. Tất cả 2 khuỷu. Trên đường ống này có 3 ngã ba, chọn [17] Hiện tượng đột thu: Vậy = 2 x 4,1 + 2 x 0,38 + 3 x 0,59 + 3 x 0,5 = 12,23 Khi đó: (N/m2) - DPk = Áp suất bổ sung ở cuối đường ống khi cần thiếtđường, - = Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, Cuối cùng: DP = 375 + 7051 + 53 + 1651 = 9130 (N/m2) Hay: . Do vậy: p2 = p1 + = 1,093 atm. c. Công suất lý thuyết của máy nén khí: kW Sử dụng 4 máy nén khí ly tâm có công suất là 0,5 kW cho 4 ngăn bể điều hòa. d. Công suất của động cơ điện: , kW [17] Trong đó: = Hệ số dự trữ công suất, thường = 1,1 [17] = Hiệu suất truyền động, = 0,95 = Hiệu suất động cơ điện, Do đó: (kW) Vậy ta chọn máy nén khí với động cơ 1 kW. IV.2.1.2. Tính máy nén khí cấp cho bể SBR Tương tự như trên, công suất lý thuyết của máy nén khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt: , kW [7] Trong đó: G = 0,08 1,2 = 0,096 (kg/s) p2 = p1 + = 1 + 0,12 = 1,12 atm Do đó (kW) Chọn 4 máy nén khí ly tâm có công suất mỗi máy là 1,2 kW. - Công suất của động cơ điện: (kW) Vậy ta chọn máy nén khí với động cơ 1,5 kW. IV.2.2. Tính toán bơm nước thải và bơm bùn Các loại bơm có thể sử dụng trong công trình như: bơm thể tích, bơm pittông, bơm ly tâm, bơm không có bộ phận dẫn động. Tuy nhiên, trong các lọai bơm trên thì bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi hơn cả, chúng có nhiều ưu điểm như: - Cung cấp đều. - Quay nhanh (có thể nối trực tiếp của động cơ) - Thiết bị đơn giản. - Bơm được chất lỏng không sạch. - Ít bị tắc và hư hỏng. Với những ưu điểm nêu trên trong hệ thống này ta chọn bơm ly tâm. Trong hệ thống xử lý nước thải sử dụng bơm trong các bể: - Bơm nước thải từ hố thu gom đến bể điều hoà. - Bơm nước thải từ bể điều hoà sang bể lắng đợt một. - Bơm nước thải từ bể lắng đợt một sang bể UASB - Bơm bùn từ bể lắng đợt một và bể UASB sang bể chứa bùn. - Bơm bùn từ bể SBR sang bể nén bùn. - Bơm bùn từ bể chứa bùn và bể nén bùn sang thiết bị ép băng tải. IV.2.2.1. Tính bơm nước thải từ hố thu gom đến bể điều hoà Công suất yêu cầu trên trục bơm: , (kW) [17] Trong đó: Q = Năng suất của bơm, Q = 0,046 (m3/s) = Khối lượng riêng của chất lỏng ở 300C, (kg/m3) [17] g  = Gia tốc trọng trường, g = 9,8 (m/s2) H = Áp suất toàn phần của bơm, m = Hiệu suất của bơm. = 0,72 – 0,93. [17] a. Tính H: H = + H0 + hm [17] Với: P1 = Áp suất trên bề mặt chất lỏng trong ống hút. P1 = 1 at. P2 = Áp suất trên bề mặt chất lỏng trong ống đẩy. P2 = PLV = 1,2 at. H0 là chiều cao nâng chất lỏng. Coi H0 = 5m. hm là áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy), m Tính hm : hm  = với P = Pd + Pm + PH +Pt + Pk + PC [17] 1. Pd : Áp suất động học, là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống (N/m2): Pd = (N/m2) Đường kính tương đương của ống dẫn chất lỏng: . Quy chuẩn dtd = 0,2m (Chọn vận tốc trung bình của nước trong ống = 2 (m/s) [17]) Kiểm tra vận tốc thực của nước trong ống: (m/s) Vậy: (N/m2) 2. Pm : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng. Pm = (N/m2) [17] Với: L = Chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn L = 7 (m) dtd = Đường kính tương đương của ống dẫn = 0,2 (m) = Hệ số ma sát. Vì Re = > 4000 nên dòng lưu thể ở chế độ chảy rối. (với (N.s/m2) độ nhớt của nước ở 300C). Do đó được tính theo công thức sau: [17] Trong đó: D  là độ nhám tương đối, (Với là độ nhám tuyệt đối. Chọn = 10-4 m [17]) Khi đó Vậy: DPm = (N/m2) 3. PC: Áp suất để khắc phục trở lực cục bộ. PC = [17] Với : Hệ số trở lực cục bộ của toàn đường ống: = Độ nhám bên trong ống, chọn ống thép tráng kẽm mới, bình thường. = 0,1 Sử dụng 2 van tiêu chuẩn. = 4,7 Bố trí 2 khuỷu 90o do 2 khuỷu 45o tạo thành, = 0,38 Do đó = 0,1 + 2 x 4,7 + 2 x 0,38 = 10,26 Vậy PC = (N/m2) 4. PH : Áp suất để khắc phục áp suất thủy tĩnh: PH = (N/m2) Với H là chiều cao nâng chất lỏng. Chọn H = 5 (m). Khi đóPH = 995,68 x 9,8 x 5 = 48788 (N/m2) 5. Pt: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị. Chọn Pt = 0. 6. Pk: Áp suất bổ sung cuối ống dẫn khi cần thiết. Chọn Pk = 0. Vậy: P = 1120 + 706 + 11493 + 48788 = 62107 (N/m2) Do đó hm = = Suy ra H = + H0 = (m) b. Hiệu suất của bơm: = [17] Trong đó : coi bằng 1 (đối với bơm pittong) : Hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo thành dòng xoáy trong bơm. Chọn = 0,85. : Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ lót trục,ổ bi. Chọn = 0,95. Vậy = 1 x 0,85 x 0,95 = 0,81 c. Công suất của bơm: N = (kW) d. Công suất động cơ điện: Ndc= Với là hiệu suất truyền động. Chọn = 0,9 là hiệu suất động cơ điện. Chọn = 0,9 Do đó Ndc = (kW) Thường động cơ điện chọn có công suất dữ trữ với hệ số dữ trữ = 1,1 – 1,15. Chọn . Vậy động cơ cần mắc cho bơm là 9,2 x 1,1 = 10 kW. Chọn bơm có công suất N = 10 kW. IV.2.2.2. Tính bơm nước thải từ bể điều hoà sang bể lắng Tương tự như trên ta có: Công suất yêu cầu trên trục bơm: , (kW) Lưu lượng nước thải cần bơm: Q = 0,046 m3/s. Đường kính ống dẫn nước: D = 0,2 m - Vận tốc nước chuyển động trong ống hút và ống đẩy là v = 1,5 m/s. Chiều dài ống dẫn là L = 6 m Áp suất toàn phần của bơm: H = 6,9m Hiệu suất bơm: 0,81 Năng suất bơm: kW Công suất động cơ điện: kW Chọn hệ số dự trữ: 1,1 Vậy động cơ cần thiết có công suất: Ndc= 4,7 x 1,1 = 5 kW - Chọn 2 bơm có công suất 5 kW để bơm nước thải từ bể điều hoà sang bể lắng bậc một (1 bơm làm việc, 1 bơm dự phòng). IV.2.2.3. Tính bơm nước thải từ bể lắng sang bể UASB Tương tự như trên ta có: Công suất yêu cầu trên trục bơm: , (kW) Lưu lượng nước thải cần bơm: Q = 0,046 m3/s. Đường kính ống dẫn nước: D = 0,2 m - Vận tốc nước chuyển động trong ống hút và ống đẩy là v = 1,5 m/s. Chiều dài ống dẫn là L = 25 m Áp suất toàn phần của bơm: H = 5,2 m Hiệu suất bơm: 0,81 Năng suất bơm: kW Công suất động cơ điện: KW Chọn hệ số dự trữ: 1,1 Vậy động cơ cần thiết có công suất: Ndc= 3,5 x 1,1 = 3,9 kW - Chọn 2 bơm có công suất 4 kW để bơm nước thải từ bể lắng bậc một sang bể UASB (1 bơm làm việc, 1 bơm dự phòng). IV.2.2.4. Tính bơm bùn từ bể lắng sang bể chứa bùn + Lưu lượng bùn thải: Qb = 19 m3/ngày, nhưng + Bùn được bơm 1 lần/ngày, mỗi lần bơm 1h. Do đó lưu lượng bùn cần bơm là Qb = 19 m3/h +Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa và vận tốc bùn chảy trong ống là 1,5m/s - Đường kính ống dẫn bùn: . Qui chuẩn D = 70 mm. - Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : , KW Trong đó: Q: Năng suất của bơm, m3/s. Q = 19 m3/h = 5,3.10-3m3/s : Khối lượng riêng của bùn.= 1005 kg/m3 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 H: Áp lực toàn phần do bơm tạo ra, m. : Hiệu suất chung của bơm. = 0,81. Tính H – Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được tính như sau: [17] Trong đó: p1, p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, p1=p2 H0: chiều cao nâng bùn, H0 = 5m hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy),m. hm= Với = pd + pm +pc Trong đó: pd: áp suất động lực học ,tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn. pd = , N/m2 [17] pm: áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng. pm = l . [17] pc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ pc = [17] Suy ra hm= Trong đó: : khối lượng riêng của bùn, = 1005 kg/m3 [16] g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 w: tốc độ trung bình của bùn đi trong ống, m/s. Chọn w = 1,5 m/s l :hệ số ma sát dọc đường. L : chiều dài ống dẫn (m) . L= 60m d : đường kính ống dẫn, m. d= 0,07m Sz : hệ số trở lực cục bộ. Sz =z1 + z2 + z3 z1 : trở lực cục bộ tại ống đẩy của bơm vào bể (đột mở).z1 = 1 [17] z2 : trở lực tại cua nối bằng ren 900, z2 = 0,6 [17]. Có 5 cua nối. z3 : trở lực van, chọn van tiêu chuẩn với z3 = 4,7 [17]. Có 2 van Sz =z1 + z2 + z3 = 1 + 5 x 0,6 + 4,7 = 13,4 Tính l dựa dựa vào chuẩn số Renold như sau : Re = [17] . Với là độ nhớt của bùn. Coi nồng độ pha rắn (bùn) là 40% lớn hơn 10% thể tích nên: , Ns/m2 [17] Trong đó: : độ nhớt của nước ở 300C, = 0,8007.10-3N.s/m2 [17] : nồng độ pha rắn trong huyền phù. Do đó Re =>4000 nên dòng chảy trong ống là chảy xoáy. Ta có thể tính theo công thức sau: [17] hm== Vậy 0 + 5 + 10,16 = 15,16 m Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : kw Công suất của động cơ điện: =kW [17] Thường ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán. = 1,1 x 1,23 = 1,35 kW. Chọn bơm có công suất 1,5 kW để bơm bùn từ bể lắng bậc một sang bể chứa bùn. IV.2.2.5. Tính bơm bùn từ bể UASB sang bể chứa bùn (tính cho 1 bơm) Tương tự như trên ta có: + Lưu lượng bùn thải: Qb = 60 m3/ngày, nhưng + Bùn được bơm 1 lần/ngày, mỗi lần bơm 2h. Do đó lưu lượng bùn cần bơm là Qb = 30 m3/h. + Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa và vận tốc bùn chảy trong ống là 1,5m/s. - Đường kính ống dẫn bùn: . Qui chuẩn D = 50 mm. - Công suất yêu cầu trên trục bơm: , (kW) Trong đó: Q: Năng suất của bơm, m3/s. Q = 30 m3/h = 8,33.10-3m3/s : Khối lượng riêng của bùn.= 1005 kg/m3 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 : Hiệu suất chung của bơm. = 0,81. H: Áp suất toàn phần của bơm. H= 19m Suy ra công suất bơm: kW - Công suất động cơ điện: kW - Chọn hệ số dự trữ: - Vậy động cơ cần thiết có công suất: Ndc= 2,3 x 1,1 = 2,5kW Chọn 4 bơm, mỗi bơm có công suất động cơ điện 2,5 kW để bơm bùn từ 4 bể UASB sang bể nén bùn sau 50 ngày lưu bùn. IV.2.2.6. Tính bơm bùn từ bể SBR sang bể chứa bùn (tính cho 1 bơm) Tương tự như trên ta có: + Lưu lượng bùn có ở 1 bể SBR sau mỗi chu kỳ là Qb = 764/4 = 191 m3/h + Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa và vận tốc bùn chảy trong ống là 1,5m/s. - Đường kính ống dẫn bùn: . - Công suất yêu cầu trên trục bơm: , (kW) Trong đó: Q: Năng suất của bơm, m3/s. Q = 191/3600 m3/s : Khối lượng riêng của bùn.= 1005 kg/m3 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 : Hiệu suất chung của bơm. = 0,81. H: Áp suất toàn phần của bơm. H= 10m Suy ra công suất bơm: kW - Công suất động cơ điện: kW - Chọn hệ số dự trữ: 5 - Vậy động cơ cần thiết có công suất: Ndc= 7,9 x 1,15 = 9 kW Chọn 4 bơm, mỗi bơm có công suất động cơ điện 9 kW để bơm bùn từ 4 bể SBR sang bể nén bùn. IV.2.2.7. Tính bơm bùn từ bể chứa bùn sang lọc ép băng tải Tương tự như trên ta có: + Lưu lượng bùn thải: Qb = 24 m3/ngày, nhưng + Bùn được bơm 1 lần/ngày, mỗi lần bơm 1h. Do đó lưu lượng bùn cần bơm là Qb = 24 m3/h. + Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa và vận tốc bùn chảy trong ống là 1,5m/s. - Đường kính ống dẫn bùn: . Qui chuẩn D = 75 mm. - Công suất yêu cầu trên trục bơm: , (kW) Trong đó: Q: Năng suất của bơm, m3/s. Q = 24 m3/h = 6,67.10-3m3/s : Khối lượng riêng của bùn.= 1005 kg/m3 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 : Hiệu suất chung của bơm. = 0,81. H: Áp suất toàn phần của bơm. H= 3m Suy ra công suất bơm: kW - Công suất động cơ điện: kW - Chọn hệ số dự trữ: - Vậy động cơ cần thiết có công suất: Ndc= 0,3 x 1,1 = 0,33 kW Chọn bơm có công suất 0,5 kW để bơm bùn từ bể chứa bùn sang thiết bị ép băng tải IV.2.2.8. Tính bơm bùn từ bể nén bùn sang lọc ép băng tải Tương tự như trên ta có: + Lưu lượng bùn thải vào bể nén: Qb = 764 m3/1 chu kỳ, + Bùn được bơm hết sang lọc ép băng tải trong 4h. Do đó lưu lượng bùn cần bơm là Qb = 191 m3/h. + Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa và vận tốc bùn chảy trong ống là 1,5m/s. - Đường kính ống dẫn bùn: . - Công suất yêu cầu trên trục bơm: , (kW) Trong đó: Q: Năng suất của bơm, m3/s. Q = 191/3600 m3/s : Khối lượng riêng của bùn.= 1005 kg/m3 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 : Hiệu suất chung của bơm. = 0,81. H: Áp suất toàn phần của bơm. H= 3m Suy ra công suất bơm: kW - Công suất động cơ điện: kW - Chọn hệ số dự trữ: - Vậy động cơ cần thiết có công suất: Ndc= 2,3 x 1,1 = 2,5kW Chọn bơm có công suất 2,5 kW để bơm bùn từ bể nén bùn sang lọc ép băng tải. IV.3. Dự tính kinh tế IV.3.1. Dự tính chi phí xây dựng và mua thiết bị Mương dẫn nước thải xây bằng đá chẻ. Mương rộng 0,32m, cao 0,3m và dài dự tính 100m. Ước tính chi phí xây dựng là 450.000 – 500.000 đồng/m3 tùy theo giá cả vật tư và nhân công mỗi nơi. Các hạng mục khác được xây dựng bằng bê tông cốt thép, dày 0,2m – 0,3m. Giá thành xây dựng 1m3 này phụ thuộc nhiều vào lượng và loại thép bên trong cũng như mác ximăng. Ước tính trung bình 1,0 triệu – 1,5 triệu đồng/m3. Nhà điều hành xây dựng kiểu nhà cấp 4, diện tích khoảng 50m2. Đường nội bộ bê tông hóa, rộng 3,5m, chiều dài tổng ước tính 500m. Sau đây là bảng tổng hợp ước tính chi phí xây dựng các hạng mục công trình. Bảng 4.17. Ước tính chi phí xây dựng các hạng mục công trình STT Hạng mục xây dựng (A) Thể tích (m3) Đơn giá (VNĐ/m3) Thành tiền (VNĐ) 1 Mương dẫn nước thải 10 500.000 5.000.000 2 Hố gom 28 1.000.000 28.000.000 3 Bể điều hòa 1.600 1.500.000 2.400.000.000 4 Bể lắng bậc 1 176 1.500.000 264.000.000 5 Bể UASB 1.960 1.500.000 2.940.000.000 6 Bể SBR 3.333 1.500.000 4.999.500.000 7 Bể khử trùng 120 1.500.000 180.000.000 8 Bể chứa bùn 254 1.500.000 381.000.000 9 Bể nén bùn 718 1.500.000 1.077.000.000 10 Nhà điều hành 120.000.000 11 Đường nội bộ 130.000.000 12 Hồ khẩn cấp 100.000.000 Tổng (A) 12.624.500.000 Giá thành các thiết bị được tham khảo tại các cửa hàng chuyên dụng, các Website và từ nhiều nguồn tài liệu khác. Giá thành các thiết bị dao dộng lớn, tùy thuộc vào từng hãng sản xuất. Vì thế, bảng ước tính chi phí mua thiết bị sau đây cũng chỉ mang tính chất tương đối. Bảng 4.18. Ước tính chi phí mua thiết bị STT Tên thiết bị (B) Số lượng (cái) Đơn giá (VNĐ/Cái) Thành tiền (VNĐ) Hố gom tiếp nhận - 1 Song chắn rác thô 1 1.500.000 1.500.000 2 Bơm chìm, 10 kW 2 50.000.000 100.000.000 Lưới chắn rác 1mm 1 50.000.000 50.000.000 Bể điều hòa - 1 Bơm nước thải, 5 kW 2 20.000.000 40.000.000 2 Máy nén khí, 1 kW 2 100.000.000 200.000.000 3 Máy đo pH tự động 2 50.000.000 100.000.000 4 Bơm định lượng hóa chất 2 10.000.000 20.000.000 5 Bồn chứa hóa chất, 1m3 2 1.000.000 2.000.000 Bể lắng - 1 Bơm nước thải, 4 kW 2 20.000.000 40.000.000 2 Bơm bùn, 1.5 kW 1 20.000.000 20.000.000 3 Dàn cào cặn 1 50.000.000 50.000.000 4 Máng răng cưa thu nước 1 5.000.000 5.000.000 Bể UASB - 1 Bơm nước thải, 4 kW 1 20.000.000 20.000.000 2 Bơm bùn, 2.5 kW 4 30.000.000 120.000.000 3 Máng răng cưa thu nước 4 3.000.000 12.000.000 4 Tấm chắn khí 16 3.000.000 48.000.000 5 Tấm hướng dòng 8 2.000.000 16.000.000 Bể SBR - 1 Máy nén khí, 1.5 kW 4 80.000.000 320.000.000 2 Bơm bùn, 9 kW 4 50.000.000 200.000.000 3 Máng răng cưa thu nước 4 5.000.000 20.000.000 Bể khử trùng - 1 Bơm định lượng hóa chất NaOCl 2 10.000.000 20.000.000 2 Bồn chứa NaOCl, 1m3 1 1.000.000 1.000.000 Bể chứa bùn - 1 Bơm bùn, 0.5 kW 1 10.000.000 10.000.000 Bể nén bùn - 1 Bơm bùn, 2.5 kW 1 30.000.000 30.000.000 Lọc ép băng tải - 1 Thiết bị ép băng tải, rộng băng 2m, công suất 500 kg/m.h 1 200.000.000 200.000.000 2 Bơm định lượng Polymer 1 10.000.000 10.000.000 3 Bồn chứa Polymer, 1m3 1 1.000.000 1.000.000 Tủ điện điều khiển PLC 1 300.000.000 300.000.000 Thiết bị đo lưu lượng 1 50.000.000 50.000.000 Hệ thống đường dây điện 1 200.000.000 200.000.000 Hệ thống ống dẫn công nghệ, van, cút… 1 200.000.000 200.000.000 Các chi phí khác 1 20.000.000 20.000.000 Tổng (B) 2.426.500.000 Tổng chi phí xây dựng và mua thiết bị trước thuế: A + B = 15.051.000.000 (đồng) Với 10% thuế giá trị gia tăng đầu ra thì: A + B = 16.556.100.000 (đồng) Vậy, chi phí tính đầu tư cho 1m3 nước thải là: 4.139.025 (đồng) IV.3.2. Dự tính chi phí vận hành Dự tính chi phí nhân công Trạm xử lý nước thải làm việc 3 ca một ngày, mỗi ca 8 giờ. Nhân lực cho trạm bao gồm 1 cán bộ quản lý chung; 2 kỹ sư chuyên ngành môi trường và 3 công nhân. Sau đây là bảng ước tính chi phí nhân công cho trạm xử lý nước thải: Bảng 4.19. Ước tính chi phí nhân công STT Nhân công (C) Số lượng (người) Mức lương (VNĐ/tháng) Thành tiền (VNĐ/tháng) 1 Cán bộ quản lý 1 4.000.000 4.000.000 2 Kỹ sư vận hành 2 3.000.000 6.000.000 3 Công nhân 3 2.000.000 6.000.000 Tổng (C) 16.000.000 Dự tính chi phí điện và hóa chất Bảng 4.20. Ước tính chi phí điện và hóa chất STT Chi phí điện và hóa chất (D) Tiêu thụ (kWh/ngày) Đơn giá (VNĐ/kWh) Thành tiền (VNĐ/ngày) 1 4 Bơm nước thải 532 900 478.800 2 11 Bơm bùn 68 900 61.200 3 6 Máy nén khí 132 900 118.800 4 Chi phí hóa chất NaOCl 100 (lít/ngày) 2.000 200.000 5 Điện chiếu sáng 50.000 6 Các chi phí khác 50.000 Tổng (D) 958.800 Chi phí điện được tính toán dựa trên lượng điện tiêu thụ của từng thiết bị trong ngày. Giá điện được tính theo giá điện khu công nghiệp 2010: + Giờ bình thường 875 đồng/kWh, + Giờ yếu điểm 483 đồng/kWh, + Giờ cao điểm 1.714 đồng/kWh. Ước tính giá điện trung bình là 900 đồng/kWh. Các chi phí khác ở đây gồm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa các thiết bị, hệ thống điện và chi phí hoạt động của các thiết bị khi nhà máy xảy ra sự cố… Vậy, chi phí vận hành trong 1 ngày là 1.492.133 (đồng/ngày). Chi phí vận hành tính cho 1m3 nước thải là 373 (đồng/m3). KẾT LUẬN Hiện nay, nhu cầu tiêu thụ bia ngày càng tăng. Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lượng lớn nước thải xả vào môi trường. Các loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD, cần phải xử lý trước khi xả ra nguồn nước tiếp nhận. Nước thải bia có thể xử lý sinh học kết hợp hai bước kị khí và hiếu khí trong cùng một hệ thống. Đối với các nhà máy bia nói chung và nhà máy bia Sài Gòn – Miền Trung nói riêng công suất nước thải hàng ngày từ vài trăm đến hàng nghìn m3 được xử lý trong hệ thống xử lý kị khí qua lớp cặn lơ lửng (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB) và bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ (Sequencing Batch Reactor – SBR) là hợp lý. Các kết quả quan trắc tại trạm xử lý nước thải Công ty Cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung (công suất cực đại 50 triệu lít bia/năm), cho thấy hiệu quả khử các chất ô nhiễm trong hệ thống này đang diễn ra tốt, đảm bảo tiêu chuẩn thải ra nguồn. Ngoài ra, hệ thống này hoạt động ổn định, khả năng tự động hoá cao, giá thành hạ và hợp khối được công trình, tiết kiệm diện tích xây dựng. Sau khi tính toán kinh tế, với chi phí đầu tư xây dựng, mua thiết bị và chi phí vận hành cho 1m3 nước thải lần lượt khoảng 4 triệu đồng và 400 đồng, với niên hạn sử dụng là 10 năm cho các công trình xây dựng và các trang thiết bị, máy móc trong nhà máy. Lợi ích khi các nhà máy bia xây dựng trạm xử lý nước thải là: + Tránh làm ô nhiễm môi trường, ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm khu vực xung quanh nhà máy. + Giảm chi phí xả thải do nồng độ các chất ô nhiễm trong dòng ra thấp. + Thu hồi một lượng lớn nước ngưng để tái sử dụng, giảm chi phí sản xuất. + Thu được khí CH4 (trong xử lý sinh học kỵ khí) để làm nhiên liệu cung cấp cho lò hơi, giảm chi phí nhiên liệu và tránh ô nhiễm môi trường. Do quá trình tính toán chủ yếu dựa vào các tài liệu tham khảo và thuần túy về mặt lý thuyết, kiến thức thực tế còn hạn chế nên chắc chắn đồ án có nhiều thiếu sót. Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án đã giúp em rèn luyện khả năng làm việc độc lập cũng như tự tìm tài liệu, trao đổi thông tin, lựa chọn các thông số tính toán và thiết kế do đề bài đặt ra. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Cô Hoàng Thị Thu Hương đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức để em hoàn thành tốt đồ án này! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Thị Hiền, Lê Thanh Mai, Lê Thị Lan Chi, Nguyễn Tiến Thành, Lê Viết Thắng (2007), Khoa học – Công nghệ Malt và Bia, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 2. Trung tâm sản xuất sạch hơn (2007), Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. 3. Hồ Sưởng (1992), Công nghệ sản xuất bia, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 4. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 5. Nguyễn Chi Lan (2007), Đánh giá hiện trạng môi trường của ngành sản xuất bia, Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Việt Hà II, Luận văn Thạc sỹ khoa học, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. 6. Trần Đức Hạ, Nguyễn Văn Tín (2002), “Xử lý nước thải các nhà máy bia theo mô hình lọc ngược kỵ khí – Aeroten hoạt động gián đoạn”, Hội nghị Khoa học Công nghệ Đại học Xây dựng lần thứ 14, trang 85 – 93. 7. Trịnh xuân Lai (2000). Tính toán thiết kế các Công trình xử lý nước thải. NXB Xây Dựng, Hà Nội. 8. Lương Đức Phẩm (2007), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội. 9. Vũ Thị Thu Hiền (2002), Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột thu Biogas, Luận văn Thạc sỹ khoa học, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. 10. Nguyễn Thị Sơn (2010), Thí nghiệm chuyên đề Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, Bộ môn công nghệ môi trường, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. 11. Đặng Minh Hằng (2007), Bài giảng môn Vi sinh ứng dụng trong Công nghệ Môi trường, Bộ môn Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội. 12. Trịnh Xuân Lai, Nguyễn Trọng Dương (2005), Xử lý nước thải Công nghiệp, NXB Xây dựng, Hà Nội. 13. Trần Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Đại học Xây dựng, Hà Nội. 14. Hoàng Văn Huệ, Trần Đức Hạ (2002), Thoát nước Tập II, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. 15. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. 16. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2004), Xử lý nước thải Đô thị và Công nghiệp, Tính toán thiết kế công trình, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh. 17. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên (2006), Sổ tay quá trình & thiết bị Công nghệ hoá chất, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. PHỤ LỤC Các bản vẽ: 1. Bản vẽ sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải. 2. Bản vẽ mặt bằng hệ thống xử lý nước thải. 3. Bản vẽ chi tiết bể UASB. 4. Bản vẽ chi tiết bể SBR. 5. Bản vẽ chi tiết bể nén bùn.