Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty THNNMTV Kim Loại Màu Thái Nguyên

n hợp làm nguội OC Thu bụi TV Sản phẩm bột 90%ZnO Nhập kho Khí sạch thải Nghiền sàng ≤ 5mm Than củ đốt Quạt đẩy cấp gió Quạt hút Khí lò + bụi ZnO (Nguồn: Phòng kỹ thuật ) Sơ đồ 2 Quy trình thao tác luyện bột kẽm Ôxit bằng lò VETƠRIN Thuyết minh sơ đồ công nghệ Thuyết minh: Chuẩn bị nguyên vật liệu + Quặng kẽm được nghiền sàng, Đảm bảo ≤ 5mm. + Than hoàn nguyên phải đảm bảo %C>72% + Than đốt phải đảm bảo %C > 75% + Than đốt đảm bảo cỡ hạt >25mm Thao tác trộn đều Mục đích làm cho các hạt phối liệu đồng đều về thành phần, làm cho các hạt than cám hoàn nguyên và các hạt quặng tiếp xúc tốt với nhau. Cho nước vào trong phối liệu để chống bay bụi. Luyện lò Vetơrin Nguyên liệu sau phối liệu được nung trong lò venterin bởi than đá và có quạt cấp gió. Trong bước này ta thu được xỉ thải là ZnO có hàm lượng nhỏ hơn 7% Zn 2ZnO + C 2Zn + CO2 (Zn ở dạng hơi) 2Zn + O2 2ZnO Làm nguội ống cong Bột kẽm thu được trong quá trình nung sẽ chạy qua ống cong để làm nguội. Khí đốt trong lò là tác nhân đẩy bột kẽm đi theo ống cong này. Thu bụi túi vải Sau khi đi hết ống cong làm nguội, bột kẽm lẫn bụi được thu lại trong các túi vải lớn, để 1 thời gian trong túi vải để hút bụi khỏi bột kẽm. Sau khi thu hết bụi ta nhận được bột kẽm 90%. Nguyên vật liệu và hóa chất sử dụng Nguồn gốc của nguyên vật liệu: Nguyên vật liệu của quá trình sản xuất sử dụng chủ yếu được khai thác từ các nguồn trong nước và một phần nhập khẩu trong đó có hai nguồn chính: - Nguyên vật liệu mua từ các đơn vị trực thuộc Công ty TNHH nhà nước một thành viên kim loại màu Thái Nguyên : Nhu cầu nguyên nhiên liệu đầu vào: Bảng 4: Nhu cầu nguyên nhiên liệu đầu vào STT Nguyên liệu thô/nhiên liệu sử dụng Đơn vị(tấn/tháng) Số lượng 1 Quặng kẽm ô xít 19% Tấn 340,0 2 Than 4B Quảng Ninh Tấn 115,5 3 Than 4A Quảng Ninh Tấn 176,0 Trang thiết bị chính - Lò phản xạ ( Vetorin) - Máy nghiền búa văng - Quạt đẩy, quạt hút - Hệ thống thu bụi (túi vải) - Hệ thống ống cong ( hạ nhiệt) Công nghệ sản xuất thiếc thỏi Sơ đồ công nghệ Bụi Phối liệu Lò phản xạ 6,4m2 Thiếc thô Khử Fe Đúc anốt Điện phân Catốt Sn loại I: 99,95% Đúc thỏi C CaO Xỉ giàu > 12% Sn CaO C Lò phản xạ Khí bụi Xỉ thải< 2% Sn Sn thô Thu bụi Khí sạch Khí bụi Thu bụi tĩnh điện Khí sạch Bụi thiếc Axít + phụ gia Bùn anốt Thiêu Hòa tách HCL Dung dịch thải Bùn Tuyển quặng Sơ đồ số 3 : Quy trình công nghệ sản xuất thiếc thỏi ( nguồn: phòng kỹ thuật) Thuyết minh Bước 1: Tuyển quặng: Nguyên liệu chuẩn bị với tiêu chuẩn: Tinh quặng thiếc: Sn ³ 65 %; Cu £ 0,15 %; Fe £ 4 %; As £ 0,3 %.Than đốt: C ³ 80%; Qt ³ 7500 kcal/kg; độ tro A £ 13%; chất bốc £ 6 %; S £ 0,5 %; độ ẩm W £ 4,5%. Cỡ hạt sau khi gia công 20-30 mm.Than hoàn nguyên: cỡ hạt £ 5 mm, nghiền từ than cục.Chất trợ dung sử dụng vôi bột có hàm lượng CaO > 65%. Không lẫn xỉ và đất đá. Bước 2: Luyện : Sau khi phối liệu cần chính xác các thành phần phối liệu cho mẻ luyện, chia làm ba phần dải từng lớp vào thùng chứa cánh lật theo thứ tự: Đối với mẻ luyện quặng: một lớp than cám, một lớp tinh quặng, một lớp bụi hồi liệu (nếu có), một lớp vôi bột, tiếp tục theo thứ tự cho đến hết. Đối với mẻ luyện xỉ: lớp than cám, lớp xỉ, lớp vôi bột.Vận hành máy trộn ruột xoắn, mở lần lượt từng cửa cánh lật cho phối liệu chảy xuống máy trộn ruột xoắn, phun nước đảm bảo độ ẩm 5-8% (khoảng 150-240 lít nước/mẻ liệu). Phối liệu trộn xong được chứa trong thùng cẩu có thể mở đáy, cẩu lên bunke nóc lò.Xuống liệu từ bunke xa lỗ tháo xuống trước những bunke gần lỗ tháo xuống sau. Sau khi nạp liệu xong mở các van gió quạt đẩy, quạt hút tiến hành nâng nhiệt độ của lò và duy trì nhiệt độ 1050-1100 oC để luyện hoàn nguyên. Duy trì nhiệt độ trong thời gian 2-3 giờ, khi liệu đã chảy lỏng hoàn toàn nâng nhiệt độ lò lên 1200-1300 oC-Duy trì nhiệt độ lò 1200-1300 oC để xỉ chảy lỏng và thiếc lắng tách hoàn toàn chuẩn bị tháo kim loại và xỉ.Đối với luyện xỉ giầu sau khi liệu chảy lỏng khoảng 2/3 thì tiến hành cào đảo lần 1. Khi liệu chảy lỏng hoàn toàn nâng nhiệt độ lên 1300-1350 oC và cào đảo lần 2. Bụi , khí sinh ra trong quá trình luyện lò phản xạ được thu bằng thiết bị thu bụi phin tĩnh điện. Bụi được quay trở lại lò phản xạ,khí thoát ra ngoài qua ống khói của Xí Nghiệp.Xỉ sinh ra quay trở lại lò phản xạ để luyện tiếp.Sản phâmr thiếc thô được đưa tới lò hoả tinh luyện để khử sắt,để kim loại nguội tự nhiên đến 500oc.Trong quá trình nguội dần, cứ 30 phút lại dùng vợt vớt sạch bã. Thao tác vớt bã phải nhẹ nhàng, không làm xáo trộn bể kim loại làm cho bã chìm xuống đáy bể, bã vớt được đúc thành thỏi 15-20 kg để tiện cất giữ. SnO+C Sn + CO2 Bước 3: Điện phân: Thiếc sau khi khử sắt đưa đến bể điện phân.Điện phân với tấm anot và tấm catot mẫu.Nạp thiếc sạch (99,95%Sn) hoặc các tấm âm cực sau khi đã điện phân vào nồi nấu kim loại, tiến hành nâng nhiệt đến chảy thiếc. Khi thiếc đã chảy hết khuấy nhẹ cho vào một lượng nhựa thông ~ 0.1kg/tsp đễ bã nổi lên bề mặt kim loại, vớt sạch bã chuẩn bị đúc.Ka-tốt được đúc bằng khuôn nghiêng,Trọng lượng thỏi thiếc là 20 ± 0,5 Kg Nguyên vật liệu và hóa chất sử dụng Nguồn gốc của nguyên nhiên liệu: Nguyên vật liệu sử dụng chủ yếu được khai thác từ các nguồn trong nước và một phần nhập khẩu qua Công ty trong đó có hai nguồn chính: Nguyên vật liệu mua từ các đơn vị trực thuộc Công ty TNHH nhà nước một thành viên kim loại màu Thái Nguyên cụ thể là mua quặng thiếc ở Xí nghiệp thiếc Đại Từ (Xã Hà Thượng, Huyện Đài Từ, tỉnh Thái Nguyên). Ngoài ra còn có một phần nguyên vật liệu mua ngoài: than và các phụ tùng, thiết bị cần thiết mua của các cá nhân, tập thể bên ngoài. Ngoài các nguồn nguyên, nhiên liệu chính đã kể trên còn có: + Nguyên vật liệu phụ gồm: Dầu Madút, dầu nhờn, chổi than, bút thử điện áp tô mát, ôxy, đất đèn,… + Nhiên liệu gồm: Dầu FO, xăng A76, xăng A92, than cục Quảng Ninh,… Nhu cầu nguyên nhiên liệu đầu vào:[6] Bảng 5: Nhu cầu nguyên nhiên liệu đầu vào phân xưởng luyện thiếc STT Nguyên liệu thô/ nhiên liệu sử dụng Đơn vị(tấn/tháng) Số lượng 1 Quặng thiêc 50% Sn Tấn 30 2 Tinh quặng thiếc 65% Sn Tấn 20 3 Butyl xan tat Tấn 0,002 4 Axit Sunfuaric Tấn 0,004 5 Sunfat đồng Tấn 0,001 6 Gêlatin Tấn 0,010 7 B Naptol Tấn 0,012 8 Axit Clohydric Tấn 0,360 9 Than 4B Quảng Ninh Tấn 32 Trang thiết bị chính Công đoạn tuyển - Lò thiêu khử Asen ( làm giàu quặng ) - Máy nghiền bi - Hệ thống bàn đãi - Cầu trục - Lò đẩy quặng - Tuyển từ - Băng tải - Hệ thống bể lắng ( tác dụng: tận thu thiếc) Công đoạn luyện - Lò phản xạ ( luyện thiếc) (công suất 200 tấn/năm) - Phin điện ( thu hồi bụi thiếc) - Hệ thống thiết bị điện phân - Các máy nghiền và trộn quặng - Pa lăng điện ( cầu trục) Điện phân: - Bể điện phân Phương pháp xử lý nước thải tại Công ty TNHH Nhà Nước Một Thành Viên Kim Loại Màu Thái Nguyên Nước thải Bể điều hoà Bể phản ứng 1 Bể lắng 1 Bể chứa trung gian Bể phản ứng 2 Bể lắng 2 Hố ga Nước sau xử lý đạt QCVN 24-2009, cột B Nước sau xử lý đạt TCVN5945-2005, cột B Hoá chất: 1. NaOH/H2SO4 2. Poly alumilum cloride (PAC) 3. Polyme (A101) Bùn thải Bãi chứa bùn thải Hoá chất: 1. NaOH 2. Poly alumilum cloride (PAC) 3. Polyme (A101) PX lò quay Thu hồi kim loại Xỉ lò quay Thải ra môi trường Thuyết minh Nước thải sau khi được thu gom về bể điều hoà (bể chìm) sẽ được bơm lên bể phản ứng 1 (bể nổi). Tại bể phản ứng 1 chia làm 4 ngăn, bao gồm 1 ngăn điều chỉnh pH sơ cấp (tại ngăn phản ứng 1 được cấp hoá chất là dd H2SO4 hoặc dd NaOH để đưa pH của nước thải về về 8-8,5 ) tại đây khi nước thải có tính axit tiến hành cung cấp dd NaOH và khi nước thải có tính kiềm tiến hành cung cấp dd H2SO4 nhằm đưa pH nước thải về cận dải pH , 1 ngăn điều chỉnh pH thứ cấp (nhằm đưa pH về khoảng mà các hydroxit có thể kết tủa được) tại đây nếu pH tại ngăn phản ứng 1 chưa đáp ứng đủ yêu cầu về dải pH đã định ta tiếp tục cấp dd NaOH để đưa pH bể phản ứng về dải 8-8,5, 1 ngăn cấp PAC, 1 ngăn cấp polyme . Cả 4 ngăn đều gắn hệ thống cánh khuấy. Hoá chất được cấp bằng hệ thống bơm định lượng. Các hydroxit tạo thành hạt và lắng xuống tốt hơn khi được cung cấp thêm phèn nhôm (PAC) và chất trợ lắng (PAA)- polyme A101. Hiệu quả của quá trình này là từ các hạt bông kết tủa có kích thước rất nhỏ chúng sẽ tạo thành các hạt bông có kích thước to hơn do đó tốc độ phản ứng nhanh hơn, dễ lắng hơn. Sau khi tạo bông tại bể phản ứng nước thải sẽ tự chảy sang bể lắng chìm số 1, tại đây nước trong bên trên sẽ tự chảy sang bể chứa trung gian còn bùn lắng (theo phương pháp trọng lực) dưới đáy bể lắng sẽ được bơm sang khu vực bãi chứa bùn. Nước thải tại bể chứa trung gian sẽ được xử lý hoá lý lần 2 tương tự như lần đầu nhằm đạt hiệu quả loại bỏ kim loại trong nước triệt để hơn nữa, sau đó đạt tiêu chuẩn thải chảy ra hồ chứa để cấp trở lại cho sản xuất hoặc xả thải ra ngoài. Bùn thải của hệ thống được bơm lên bể bùn tách nước cho đến khi lượng bùn trong bể đạt ½ thể tích bể thì được đưa ra khỏi bể bùn được xử lý sau khi phơi khô đến một hàm ẩm nhất định sẽ đưa về phân xưởng lò quay của Nhà máy kẽm điện phân để thu hồi kim loại quý hiếm trong bùn, những kim loại không thu hồi được chuyển hóa thành oxit kim loại ở dạng bền vững tồn tại trong xỉ và được thải bỏ như chất thải thông thường. Các bơm định lượng H2SO4 và NaOH ở ngăn 1 bể phản ứng 1 luôn được đặt chế độ bơm hết công suất của bơm. Các bơm định lượng còn lại sẽ được chỉnh công suất bơm tuỳ theo tình hình thực tế khi vận hành hệ thống ( sẽ có số liệu chính thức sau khi hệ thống chạy vận hành thực nghiệm với nước thải sản xuất của xí nghiệp ) Nước thải của hệ thống khi vận hành đạt hiệu qủa tối ưu khi pH của nước thải khi qua ngăn 2 của bể phản ứng 1 và ngăn 1 bể phản ứng 2 đạt 8-8,5. Hiện trạng môi trường và tác động của chất thải tại Công ty TNHH Nhà Nước Một Thành Viên Kim Loại Màu Thái Nguyên Hiện trạng môi trường nước Có hệ thống cống rãnh thu gom nước mưa, nước chảy tràn tại các khu vực sản xuất về hệ thống xử lý nước thải chung để xử lý. Nước thải sinh hoạt qua bể phốt cũng được đưa về hệ thống xử lý chung Nước sau khi qua hệ thống xử lý của Công ty, đạt QCVN 24 – 2009 , được quay tuần hoàn trở lại cho quá trình sản xuất, không thải ra môi trường nữa. Do vậy, môi trường nước ở khu vực quanh Công ty có ô nhiễm do lượng nước mưa ngấm qua bãi chứa xỉ, quặng xuống đất, làm ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm Hiện trạng môi trường đất Khu vực các phân xưởng sản xuất có diện tích 92,694m2 xung quanh có hàng rào xây cao 2m. Các công nghệ sản xuất tạo ra chất thải hầu như không gây tác động đến môi trường đất xung quanh. Khu vực bãi thải rắn nằm trong hàng rào xí nghiệp có diện tích 5.180m2. Các chất thải rắn không hòa tan trong nước nên không gây tác động xấu đến môi trường đất, kể cả vào mùa mưa. Hiện trạng môi trường khí Khí thải phát sinh ở các phân xưởng sản xuất chủ yếu là CO, CO2, SO2 phát sinh trong quá trình đốt. Bụi sinh ra từ các quá trình như: quá trình vận chuyển nguyên, nhiên liệu, tại bãi tập trung nguyên liệu, quá trình đốt cháy nguyên liệu nung, luyện thiếc, tại các đoạn chuyển tiếp của băng tải, và quá trình thu gom bụi sau xử lý. Tiếng ồn: phát sinh trong quá trình nghiền sàng, trộn phối liệu, quạt gió. Kết quả quan trắc các khí thải độc hại, bụi, tiếng ồn trong và ngoài khu vực sản xuất cho thấy: Nồng độ các chất ô nhiễm đều thấp hoặc bằng tiêu chuẩn cho phép. Như vậy môi trường không khí trong và ngoài khu vực sản xuất của Công ty chưa có dấu hiệu bị ô nhiễm. Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.1 Các thông số đặc trưng nước thải Công ty TNHH Nhà Nước Một Thành Viên Kim Loại Màu Thái Nguyên Tổng lượng nước thải khoảng 250 m3/ngày đêm Đặc điểm của nguồn nước thải này là chứa các kim loại nặng như: As, Pb, Zn, Fe, nếu không xử lý đạt tiêu chuẩn thì khi thải ra môi trường chúng sẽ gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt khu vực tiếp nhận Bảng: Các thông số đặc trưng STT Chất ô nhiễm Đơn vị Hàm lượng QCVN 24 - 2009 1 PH 6,5 5,5 - 9 2 TSS Mg/l 150 100 3 COD Mg/l 140 80 4 As Mg/l 2,6 0,1 5 Cd Mg/l 0,6 0,01 6 Cu Mg/l 15 2 7 Pb Mg/l 21,3 0,5 8 Zn Mg/l 3,5 3 9 Fe Mg/l 18,4 5 10 Mn Mg/l 7,2 1 11 BOD5 Mg/l 100 50 2.2 Phân tích số liệu nước thải Như vậy so với cột (B) QCVN 24 – 2009 thì hầu hết các độc hại trong nước thải của nhà máy đều vượt tiêu chuẩn và phải xử lý trước khi thải ra môi trường. Hàm lượng các chất cần phải xử lý để đảm bao tiêu chuẩn là: Hàm lượng kẽm: mZn = 3,5 – 3 = 0,5 (mg/l). Hàm lượng mangan: mMn = 7,2 – 1 = 6,2 (mg/l). Hàm lượng chì: mPb = 21,3 – 0,5 = 20,08 (mg/l). Hàm lượng cadimi: mCd = 0,6 – 0,01 = 0,59 (mg/l). Hàm lượng đồng: mCu = 15 – 2 = 13 (mg/l). Hàm lượng cặn lơ lửng: mss = 150 – 100 = 50 (mg/l). Hàm lượng PH: yêu cầu nước thải sau khi qua hệ thống xử lý phải có PH nằm trong khoảng 5,5 – 9. Như vậy, chất yêu cầu phải xử lý triệt để là Cadimi, do vậy việc lựa chọn dây chuyền xử lý nước thải của công ty phải đảm bảo xử lý có hiệu quả và triệt để hàm lượng Cd trong nước thải. 2.3 Các giải pháp xử lý nước thải 2.3.1 Xử lý nước thải bằng biện pháp cơ học Thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý, quá trình được xem như bước đệm để loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ không tan hiện diện trong nước nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị và các quá trình xử lý tiếp theo. Tùy vào kích thước, tính chất hóa lý, hàm lượng cặn lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch mà ta sử dụng một trong các quá trình sau: lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của lực ly tâm, trọng trường, lọc và tuyển nổi. Xử lý cơ học nhằm mục đích Tách các chất không hòa tan, những vật chất có kích thước lớn như nhánh cây, gỗ, nhựa, lá cây, giẻ rách, dầu mỡ... ra khỏi nước thải. Loại bỏ cặn nặng như sỏi, thủy tinh, cát... Điều hòa lưu lường và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo. Song chắn rác Song chắn rác gồm các thanh kim loại tiết diện chữ nhật hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình bầu dục. Song chắn rác được chia làm 2 loại, loại di động và loại cố định. Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60 – 900 theo hướng dòng chảy. Song chắn rác nhằm chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn ở dạng sợi: giấy, rau cỏ, rác... Lưới chắn rác Để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị, thường sử dụng lưới lọc có kích thước lỗ từ 0,5 – 1mm. Khi tang trống quay, thường với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải thường lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đường ống dẫn nước vào. Các vật thải được cào ra khỏi mặt lưới bằng hệ thống cào. Bể điều hòa Do đặc điểm của công nghệ sản xuất một số ngành công nghiệp, lưu lượng và nồng độ nước thải thường không đều theo các giờ trong ngày. Sự dao động lớn về lưu lượng này sẽ ảnh hưởng không tốt đến những công trình xử lý phía sau. Để duy trì dòng thải và nồng độ vào công trình xử lý ổn định, khắc phục được những sự cố vận hành do sự dao động về nồng độ và lưu lượng của nước thải và nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý sinh học người ta sẽ thiết kế bể điều hòa. Thể tích bể phải tương đương 6 – 12h lưu nước trong bể với lưu lượng xử lý trung bình. Bể điều hòa được phân loại như sau: - Bể điều hòa lưu lượng. - Bể điều hòa nồng độ. - Bể điều hòa cả lưu lượng và nồng độ. Bể lắng Dùng để lắng các hạt lơ lững, các hạt bùn (kể cả bùn hoạt tính) nhằm làm cho nước trong. Nguyên lý làm việc của bể thường dựa trên cơ sở trọng lực. Dựa vào chức năng, vị trí, bể lắng được chia thành: bể lắng đợt 1 trước công trình xử lý sinh học và bể lắng đợt 2 sau công trình sinh học. Dựa vào nguyên lý hoạt động, có các loại bể lắng như: bể lắng hoạt động gián đoạn và bể lắng hoạt động liên tục. Dựa vào cấu tạo: bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng ly tâm và một số bể lắng khác. Bể vớt dầu mỡ: Nhằm loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước. Các chất này sẽ bịt kín lổ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong các bể lọc sinh học… và chúng cũng phá hủy các cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aeroten, gây khó khăn trong quá trình lên men cặn. 2.3.2 Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học Phương pháp xử lí sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản vì thế sinh khối của chúng được tăng lên . Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Phương pháp xử lý sinh học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí( với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí( không có oxy). Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải chứa chất hữu cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ. Do vậy phương pháp này thường được áp dụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thô ra khỏi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Quá trình xử lý sinh học gồm các bước : - Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hoà tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh. - Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải. - Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng . a. Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên Để tách các chất bẩn hữu cơ dạng keo và hoà tan trong điều kiện tự nhiên người ta xử lý nước thải trong ao, hồ ( hồ sinh vật) hay trên đất ( cánh đồng tưới, cánh đồng lọc…). Hồ sinh vật Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hoá, hồ ổn định nước thải, … xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học. Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác, tương tự như quá trình làm sạch nguồn nước mặt. Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hoá các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân huỷ, oxy hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 60C. Theo bản chất quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồ hiếu khí, hồ sinh vật tuỳ tiện (Faculative) và hồ sinh vật yếm khí. Hồ sinh vật hiếu khí Quá trình xử lý nước thải xảy ra trong điều kiện đầy đủ oxy, oxy được cung cấp qua mặt thoáng và nhờ quang hợp của tảo hoặc hồ được làm thoáng cưỡng bức nhờ các hệ thống thiết bị cấp khí .Độ sâu của hồ sinh vật hiếu khí không lớn từ 0,5-1,5m. Hồ sinh vật tuỳ tiện Có độ sâu từ 1.5 – 2.5m , trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiều sâu lớp nước có thể diễn ra hai quá trình : oxy hoá hiếu khí và lên men yếm khí các chất bẩn hữu cơ. Trong hồ sinh vật tuỳ tiện vi khuẩn và tảo có quan hệ tương hỗ đóng vai trò cơ bản đối với sự chuyển hoá các chất . Hồ sinh vật yếm khí Có độ sâu trên 3m ,với sự tham gia của hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và kỵ khí không bắt buộc . Các vi sinh vật này tiến hành hàng chục phản ứng hoá sinh học để phân huỷ và biến đổi các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những chất đơn giản, dễ xử lý . Hiệu suất giảm BOD trong hồ có thể lên đến 70% .Tuy nhiên nước thải sau khi ra khỏi hồ vẫn có BOD cao nên loại hồ này chỉ chủ yếu áp dụng cho xử lý nước thải công nghiệp rất đậm đặc và dùng làm hồ bậc 1 trong tổ hợp nhiều bậc . Cánh đồng tưới - Cánh đồng lọc Cánh đồng tưới là những khoảng đất canh tác, có thể tiếp nhận và xử lý nước thải. Xử lý trong điều kiện này diễn ra dươi tác dụng của vi sinh vật, ánh sáng mặt trời, không khí và dưới ảnh hưởng của cac hoạt động sống thực vật, chất thải bị hấp thụ và giữ lại trong đất, sau đó các loại vi khuẩn có sẵn trong đất sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ . Nước thải sau khi ngấm vào đất , một phần được cây trồng sử dụng . Phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hoặc bổ sung cho nước nguồn b. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo Phương pháp xử lý hiếu khí Lọc sinh học Phương pháp lọc sinh học dựa trên dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hoá các chất hữu cơ có trong nước. Các màng sinh học là tập thể các vi sinh vật ( chủ yếu là vi khuẩn ) hiếu khí, kị khí, tuỳ tiện. Các vi sinh vật hiếu khí tập chung ở phần lớp ngoài của màng sinh học. Ở đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật kiệu lọc ( được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng bám dính ). Trong quá trình làm việc các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã được làm sạch được thu gom xả vào lắng 2 . Nước của lắng 2 có thể kéo theo mảng vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc. Trong thực tế, một phần nước đã qua lắng 2 được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nứơc thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc. Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hoá bởi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học. màng này thường dày khoảng 0,1-0,4 mm. Các chất hữu cơ trước hết được phân huỷ bởi vi sinh vật hiếu khí. Sau khi thấm sâu vào màng, nước hết oxi hoà tan vaf sẽ chuyển sang phân huỷ bởi vi sinh vật kị khí. Khi các chất hữư cơ trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là tróc màng, sau đó lớp mang mới lại xuất hiện Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể có dạng hình vuông , hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng , bể lọc sinh học nhỏ giọt làm việc theo nguyên tắc sau : Nước thải sau bể lắng đợt 1 được đưa về thiết bị phân phối , theo chu kỳ tưới đều nước trên toàn bộ bề mặt bể lọc . Nước thải sau khi lọc chảy vào hệ thống thu nước và được dẫn ra khỏi bể .Oxy cấp cho bể chủ yếu qua hệ thống lỗ xung quanh thành bể . Vật liệu lọc của bể sinh học nhỏ giọt thường là các hạt cuội , đá … đường kính trung bình 20 – 30 mm. Tải trọng nước thải của bể thấp (0,5 – 1,5 m3/m3 vật liệu lọc /ngđ) . Chiều cao lớp vật liệu lọc là 1,5 – 2m. Hiệu quả xử lý nước thải theo tiêu chuẩn BOD đạt 90% . Dùng cho các trạm xử lý nước thải có công suất dưới 1000 m3/ngđ. Bể lọc sinh học cao tải Bể lọc sinh học cao tải có cấu tạo và quản lý khác với bể lọc sinh học nhỏ giọt , nước thải tưới lên mặt bể nhờ hệ thống phân phối phản lực .Bể có tải trọng 10 – 20 m3 nước thải / 1m2 bề mặt bể /ngđ. Nếu trường hợp BOD của nước thải quá lớn người ta tiến hành pha loãng chúng bằng nước thải đã làm sạch . Bể được thiết kế cho các trạm xử lý dưới 5000 m3/ngđ Đĩa quay sinh học. Gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng được làm bằng PVC hoặc PS lắp trên một trục. Cái đĩa này được đặt ngập vào nước một phần ( khoảng 30-40% theo đường kính) và quay chậm khi làm việc. Đây là công trình hay thiết bị xử lý nước thải bằng kĩ thuật màng sinh học dựa trên sự sinh trưỏng gắn kết của các vi sinh vật trên bề mặt vật liệu đĩa Mương oxi hoá Là dạng cải tiến của bể aeroten khấy trộn hoàn chỉnh, làm thoáng kéo dài với bùn hoạt tính chuyển động tuần hoàn trong mương. Do mương oxi hoá có hiệu quả xử lý BOD, COD, N, P cao, quản lý đơn giản, ít bị ảnh hưởng khi có sự thay đổi về thành phần, lưu lượng nước thải đầu vào nên thường được sử dụng xử lý nước thải có biên độ dao động lớn về chất lượng và lưu lượng giữa các giờ tong ngày. Bể Aeroten Là bể chứa hổn hợp nước thải và bùn hoạt tính , khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải . Khi ở trong bể , các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú , sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính . Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N , P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thành các tế bào mới . Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải ban đầu đi vào trong bể không đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hoàn bùn về bể Aerotank để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể . Phần bùn hoạt tính dư được đưa về bể nén bùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý .Bể Aerotank hoạt động phải có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục. Phương pháp xử lý yếm khí Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CH4 và CO2 (trường hợp nước thải không chứa NO3- và SO42-). Cơ chế của quá trình này đến nay vẫn chưa được biết đến một cách đầy đủ và chính xác nhưng cách chung, quá trình phân hủy có thể được chia ra các giai đoạn Xử lý nước thải bằng phươg pháp lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết Đây là phương pháp xử lý nước thải kị khí dựa trên cơ sở sinh trưởng bám dính với vi khuẩn kị khí trên các giá mang. Lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ: Trong phương pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá mang bằng chất dẻo, có dòng nước đẩy chảy qua. Lọc kị khí là một tháp đầy chứa các loại vật liệu lọc khác nhau, dùng để khử các chất hữu cơ cacbon có trong nước thải. Nước thải đi từ dưới lọc hướng lên, phía trên được tiếp xúc với vật liệu lọc. Trên mặt các loại vật liệu có các vi sinh vật kị khí và tuỳ tiện phát triển dính bám thành màng mỏng. Lớp màng này không bị rửa trôi, thời gian lưu lại ở đó có thể tới 100 ngày. Do vậy bể lọc kị khí thích hợp cho xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp với nhiệt độ không khí ngoài trời. Trong bể lọc khi các chất hữu cơ tiếp xúc với màng dính bám trên bề mặt vật liệu lọc sẽ được hấp thụ và phân huỷ. Bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc, sau 2-3 tháng xả bùn cặn và thau rửa lọc. Lọc kị khí với vật liệu giả lỏng trương nở: Trong phương pháp này vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt đợc giãn nở bởi dòng nước dâng lêníao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong một đơn vị thể tích là lớn nhất. Do có thể giữ được mật độ cao vi sinh vật trên bề mặt vật liệu xốp, trương nở nên loại lọc này có thể được dùng xử lý nước thải đô thị trong thời gian ngắn. Xử lý nước thải ở lớp bùn kị khí với dòng hướng lên. ( UASB) Nguyên lý làm việc: Trong bể sinh học kỵ khí (UASB) xảy ra quá trình phân huỷ các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải với sự tham gia của các vi sinh vật yếm khí. Vi sinh vật yếm khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải, phân huỷ và chuyển hoá chúng thành khí (khoảng 70 – 80% là metan, 20 – 30% là cacbonic). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn, nổi lên trên làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Hiệu quả khử BOD và COD có thể đạt 70 - 90%. 2.3.3 Xử lý nước thải bằng biện pháp hóa học Trung hoà nước thải. Trung hòa nước thải là quá trình đưa nước thải có tính axit hoặc tính kiềm về nước có môi trường trung tính trước khi thải ra nguồn hoặc sử dụng cho công trình xử lý tiếp theo. Phương trinh phản ứng của quá trình trung hòa nươc thải: H+ + OH- ® H2O Quá trình có thể được thực hiện bằng các phương pháp: Trộn lẫn nước thải chứa axit với nước thải chứa kiềm: được sử dụng khi nguồn nước thải có tính axit và nguồn nước thải có tính kiềm gần nhau. Bổ xung tác nhân hoá học: sử dụng khi hàm PH trong môi trường nước quá thấp hoặc quá cao, phạm vi điều chỉnh lớn, các nguồn thải có tính axit và tính kiềm không thuận tiện cho quá trình hoà trộn. Lọc nước axit qua lớp vật liệu có tính trung hoà: sử dụng khi phạm vi điều chỉnh nhỏ, lưu lượng nước cần xử lý thấp, trong quá trình trung hoà không tạo ra kết tủa. Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit …: có nguồn khí thải thuận tiện cho quá trình hấp thụ, phạm vi điều chỉnh nhỏ, lưu lượng thấp. Do nước thải phát sinh từ các khâu trong nhà máy đều có hàm lượng PH thấp (không có nguồn thải có tính kiềm), phạm vi điều chỉnh PH khá lớn từ PH = 2, 75 đến PH = 5,5 – 9, mặt khác trong nước thải có chứa lượng lớn kim loại nặng do đó sẽ tạo thành kết tủa khi trung hoà. Do vậy, phương pháp được sử dụng để trung hoà nước thải nhà máy là phương pháp Bổ xung tác nhân hoá học. Tác nhân hoá học được bổ xung là vôi sữa Ca(OH)2 5%. Phương trình phán ứng trung hoà: H+ + OH- à H2O Phương pháp kết tủa: Phương pháp này dựa trên phản ứng hoá học tạo kết tủa giữa chất đưa vào nước thải và kim loại nặng cần tách có trong nước thải, kết tủa này được tách ra khỏi nước thải bởi quá trình lắng, lọc hoặc keo tụ. Hiệu suất tạo kết tủa phụ thuộc vào: tính chất kim loại nặng, PH môi trường, tác nhân gây ức chế… Như vậy thông qua việc điều chỉnh PH môi trường tham gia phản ứng, ta có thể lựa chọn giá trị PH mà tại đó kim loai kết tủa lớn nhất hoặc tổng kết tủa tạo thành lớn nhất. Sử dụng hoá chất tạo kết tủa là vôi sữa Ca(OH)2 5%, phương trình phản ứng tạo kết tủa tương ứng là: Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Mn2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Pb2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Cd2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Cu2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Phương pháp điện hoá. Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hoá khử để tách kim loại trên các điện cực nhúng trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy qua. Phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không cần cho thêm hoá chất, tuy nhiên thích hợp cho nước thải có nồng độ kim loại cao (> 1g/l). Trong nước thải nhà máy kẽm điện phân, tổng hàm lương các kim loại = 38,75 (mg/l) < 1000 (mg/l), do đó không thích hợp để sử dụng phương pháp điện hoá. 2.3.4 Xử lý nước thải bằng biện pháp hóa lý Trung hoà nước thải. Trung hòa nước thải là quá trình đưa nước thải có tính axit hoặc tính kiềm về nước có môi trường trung tính trước khi thải ra nguồn hoặc sử dụng cho công trình xử lý tiếp theo. Phương trinh phản ứng của quá trình trung hòa nươc thải: H+ + OH- ® H2O Quá trình có thể được thực hiện bằng các phương pháp: Trộn lẫn nước thải chứa axit với nước thải chứa kiềm: được sử dụng khi nguồn nước thải có tính axit và nguồn nước thải có tính kiềm gần nhau. Bổ xung tác nhân hoá học: sử dụng khi hàm PH trong môi trường nước quá thấp hoặc quá cao, phạm vi điều chỉnh lớn, các nguồn thải có tính axit và tính kiềm không thuận tiện cho quá trình hoà trộn. Lọc nước axit qua lớp vật liệu có tính trung hoà: sử dụng khi phạm vi điều chỉnh nhỏ, lưu lượng nước cần xử lý thấp, trong quá trình trung hoà không tạo ra kết tủa. Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit …: có nguồn khí thải thuận tiện cho quá trình hấp thụ, phạm vi điều chỉnh nhỏ, lưu lượng thấp. Do nước thải phát sinh từ các khâu trong nhà máy đều có hàm lượng PH thấp (không có nguồn thải có tính kiềm), phạm vi điều chỉnh PH khá lớn từ PH = 2, 75 đến PH = 5,5 – 9, mặt khác trong nước thải có chứa lượng lớn kim loại nặng do đó sẽ tạo thành kết tủa khi trung hoà. Do vậy, phương pháp được sử dụng để trung hoà nước thải nhà máy là phương pháp Bổ xung tác nhân hoá học. Tác nhân hoá học được bổ xung là vôi sữa Ca(OH)2 5%. Phương trình phán ứng trung hoà: H+ + OH- à H2O Phương pháp kết tủa: Phương pháp này dựa trên phản ứng hoá học tạo kết tủa giữa chất đưa vào nước thải và kim loại nặng cần tách có trong nước thải, kết tủa này được tách ra khỏi nước thải bởi quá trình lắng, lọc hoặc keo tụ. Hiệu suất tạo kết tủa phụ thuộc vào: tính chất kim loại nặng, PH môi trường, tác nhân gây ức chế… Như vậy thông qua việc điều chỉnh PH môi trường tham gia phản ứng, ta có thể lựa chọn giá trị PH mà tại đó kim loai kết tủa lớn nhất hoặc tổng kết tủa tạo thành lớn nhất. Sử dụng hoá chất tạo kết tủa là vôi sữa Ca(OH)2 5%, phương trình phản ứng tạo kết tủa tương ứng là: Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Mn2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Pb2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Cd2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Cu2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Phương pháp điện hoá. Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hoá khử để tách kim loại trên các điện cực nhúng trong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy qua. Phương pháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không cần cho thêm hoá chất, tuy nhiên thích hợp cho nước thải có nồng độ kim loại cao (> 1g/l). Trong nước thải nhà máy kẽm điện phân, tổng hàm lương các kim loại = 38,75 (mg/l) < 1000 (mg/l), do đó không thích hợp để sử dụng phương pháp điện hoá. Keo tụ Quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích thước lớn hơn 10-2mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng được. Ta có thể làm tăng kích cỡ của chúng nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được. Muốn vậy, trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, để liên kết chúng lại với nhau. Quá trình trung hòa điện tích các hạt được gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ. Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương. Các hạt có nguồn gốc từ silic và các hợp chất hữu cơ mang điện tích âm, các hạt hidroxit sắt và hidroxit nhôm mang điện tích dương. Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện tích này sẽ liên kết lại với nhau thành các tổ hợp các phần tử, nguyên tử hay các ion tự do. Các tổ hợp này chính là các hạt bông keo. Có hai loại bông keo: loại kị nước và loại ưa nước. Loại ưa nước thường ngậm thêm các phân tử nước cùng vi khuẩn, vi rút. Loại keo kị nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước nói chung và trong xử lý nước thải nói riêng. Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt, muối nhôm hoặc hỗn hợp của chúng. Các muối sắt có ưu điểm hơn so với các muối nhôm trong việc làm đông tụ các chất lơ lửng của nước vì: Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp Khoảng pH tác dụng rộng hơn Tạo kích thước và độ bền bông keo lớn hơn Có thể khử được mùi khi có H2S. Nhưng muối sắt cũng có nhược điểm: chúng tạo thành phức hòa tan làm cho nước có màu. Những chất kết lắng thành bùn và trong bùn có chứa nhiều hợp chất khó tan. Việc sử dụng làm phân bón cần phải xem xét, cân nhắc, vì bùn này có thể làm cho cây trồng khó tiêu hóa. Tuyển nổi Tuyển nổi là quá trình hóa lý phức tạp. Trong đó các phần tử có bề mặt kị nước sẽ có khả năng kết dính vào bọt khí. Khi các bọt khí và các phần tử phân tán cùng chuyển động trong nước, các phân tử này sẽ bám trên bề mặt các bọt khí và nổi lên. Những phân tử nào không có khả năng kết dính với bọt khí thì chúng sẽ ở lại trong nước. Cơ sở của quá trình tuyển nổi: Thực chất của quá trình tuyển nổi là kết dính các phân tử chất bẩn với bề mặt phân chia giữa khí và nước. Trong nước, các phân tử chất bẩn chỉ dính bám vào bề mặt bọt khí khi chúng không hoặc kém bị tẩm ước đối với nước. Khả năng tẩm ước của một số chất lỏng tùy thuộc vào độ phân cực của chúng. Những chất kỵ nước là những chất có cấu tạo phân tử theo kiểu không phân cực và do đó không có khả năng hydrat hóa. Chúng có độ ẩm nhỏ nhất và do đó sẽ dễ tuyển nổi nhất. Những chất có cấu tạo phân tử kiểu dị cực (một đầu phân cực và một đầu không phân cực) thì phía nhóm phân cực có khả năng bị hydrat hóa, còn phía các nhóm hydrocacbon kỵ nước sẽ dính vào bọt khí. Các kỹ thuật tuyển nổi: Tuyển nổi với tách bọt khí từ dung dịch: trạm tuyển nổi chân không, tuyển nổi áp lực, có áp lực và bơm hỗn hợp khí nước. Phương pháp tuyển nổi phân tán không khí bằng cơ giới kiểu hướng trục. Tuyển nổi với không khí nén qua tấm xốp, ống có lỗ. Tuyển nổi điện, tuyển nổi hóa học và sinh học. Trao đổi ion Thực chất phương pháp trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của nhựa trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ion. Chúng hoàn toàn không tan trong nước. Phương pháp này dùng để làm sạch nước nói chung trong đó có nước thải, loại ra khỏi nước các ion kim loại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Mn… cũng như các hợp chất chứa asen, phosphor, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+, Mg2+ ra khỏi nước cứng. Các chất trao đổi ion là hợp chất hữu cơ tổng hợp rất phong phú, chúng là các cao phân tử, có bề mặt riêng lớn, các gốc hidro của chúng tạo thành lưới không gian với các nhóm chức trao đổi ion cố định. Các loại nhựa tổng hợp cũng có tính chất trao đổi ion. 2.4 Lựa chọn phương án xử lý Bể điều hoà Bể phản ứng Lọc chậm Trao đổi ion Song Chắn rác Nước sạch Lắng trọng lực Sân phơi bùn Ca(OH)2 Đóng rắn chôn lấp Bể Lắng Nước thải 2.5 Xây dựng sơ đồ công nghệ xử lý Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải 3.1 Tính toán các thông số của các thiết bị Lưu lượng nước thải tính toán Lưu lượng trung bình ngày đêm: Qtb = 250 m3/ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ: Qhtb = = = 10,417 m3/h Lưu lượng trung bình giây: Qstb = = = 0,0029 m3/h Lưu lượng nước thải lớn nhất theo giờ: Qh max =Qh tb . kh Với kh là hệ số vượt tải theo giờ lớn nhất kh = 1,5÷3,5, chọn kh = 2,5 → Qh max = 10,417. 2,5 =26,0425 m3/h Lưu lượng nước thải lớn nhất theo giây: Qs max = Qh max /3600 =0,0072 m3 /s 3.1.1 Tính toán bể điều hòa a. Nhiệm vụ Qúa trình sản xuất của Công ty làm việc theo ca, do đó nước thải phát sinh sẽ thay đổi theo giờ. Để giảm thể tích cần thiết của công trình xử lý cũng như nâng cao hiệu quả xử lý của toàn hệ thống, yêu cầu nước khi đưa vào hệ thống xử lý phải có lưu lượng ổn định. Để thực hiện nhiệm vụ trên, bể điều hòa được sử dụng để ổn định lưu lượng nước thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý. Ngoài ra, với thời gian lưu thích hợp, bể điều hòa cũng có tác dụng loại bỏ một phần các hạt cặn có kích thước lớn ra khỏi nước thải. b. Tính toán Thể tích bể điều hòa: V = Qhtb × t = 10,417×6 = 62,5 m3/h Trong đó: Qhtb: Lưu lượng trung bình giờ, Q = 10,417 m3/h t: Thời gian lưu nước trong bể điều hoà (4-8 giờ), Chọn t=6giờ Chọn chiều cao làm việc của bể là h = 4 m, chiều cao bảo vệ là hbv = 0,5 m. Diện tích bể điều hòa: F = = =15,6 m2 Þ chọn F = 16 m2 Chọn kích thước bể: Chiều dài, L = 4 m Chiều rộng, B = 4 m Thể tích xây dựng của bể điều hòa: Vtt = L× B×(h + hbv) = 4×4×(4+0,5) = 72 (m3) Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa: Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn mùi trong bể điều hòa cần cung cấp một lượng khí thường xuyên. Qkk = qkk×V = 0,013×72 = 0,936 (m3/phút) Trong đó: qkk: lượng khí cần thiết để xáo trộn, qkk = 0,01 – 0,015 m3/m3.phút ; chọn qkk = 0,013 (m3/m3.phút) Không khí được phân phối qua hệ thống ống châm lỗ với đường kính 4 mm, khoảng cách giữa các lỗ là 150 mm. Khi đó, số lỗ phân phối trên mỗi nhánh là: Nlỗ = - 1 = - 1 = 25 (lỗ) Với diện tích đáy bể là 4 m ×4 m, ta cho các ống sục khí đặt dọc theo chiều dài bể, các ống được đặt trên các giá đỡ ở độ cao 20 cn so với đáy bể. Khoảng cách giữa các ống nhánh là 1,5 m, các ống cách tường là 1 m. Khi đó, số ống nhánh được phân bố là: n = +1 = +1 = 3 (ống) Vận tốc khí ra khỏi lỗ thường từ 5 – 20 m/s, chọn v = 15 m/s. Lưu lượng khí đi qua từng ống nhánh: qkk = = = 1,25 (m3/phút) Lưu lượng khí đi qua các lỗ sục khí: qkk/lỗ = = = 0,03 (m3/phút) Khi đó, đường kính lỗ: d = × 10-3 = 86 (mm) Chọn đường kính ống là dn = 100 mm. Khi đó, vận tốc trong ống nhánh là: vn = = = 95 (m/phút) Chọn đường kính ống chính là 170 mm. Khi đó, vận tốc khí trong ống chính là: vc = = = 165 (m/phút) Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén: Hc = hd + hf + hc + H Trong đó: hd: tổn thất áp lực theo chiều dài đường ống dẫn (m) hc: Tổn thất qua thiết bị phân phối, (m) Tổn thất hd + hc không vượt quá 0,4 m. Chọn hd + hc = 0,4 (m) Hf: Tổn thất cục bộ của ống phân phối khí (m). Tổn thất hf không vượt quá 0,5 m. Vậy áp lực tổng cộng: Hc = 0,4 +0,5 + 4 = 4,9 (m) Áp lực khí nén: p = = 1,47 (amt) Công suất máy nén: N = = = 31,1 (kW) Trong đó: q: Lưu lượng không khí cần cung cấp, q = 32,76 (m3/phút) = 0,546 (m3/s). : Hiệu suất của máy bơm, = 0,7 Tổng kết kết quả tính toán Bảng 3.3. Các thông số thiết kế bể điều hòa. Thông số Giá trị Thời gian lưu nước của bể điều hoà, t(h) 6 Kích thước bể điều hoà Chiều dài, L(m) 4 Chiều rộng, B(m) 4 Chiều cao, H(m) 4.5 Số ống nhánh phân phối khí (ống) 3 Đường kính ống nhánh, d(mm) 100 Số lỗ phân phối trên 1 ống nhánh (lỗ) 25 Đường kính ống chính (mm) 170 3.1.2 Tính toán bể phản ứng bông keo tụ Nhiệm vụ Nước thải có giá trị pH thấp, mặt khác trong nước có chứa các một lượng lớn kim loại nặng, do đó sử dụng bể phản ứng để nâng pH của nước thải đến giá trị thích hợp, qua đó tạo điều kiện để quá trình kết tủa các ion kim loại dưới dạng hydoroxyt xảy ra. Phương trình phản ứng của quá trình kết tủa: Men+ + nOH- ® Me(OH)n ¯ Hóa chất được sử dụng là vôi sữa Ca(OH)2 5% Trong các ion kim loại cần xử lý, Cd2+ là ion có độ độc cao nhất, do đó cần xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường, theo tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005 – Nước thải công nghiệp, hàm lượng Cd cho phép trong nước thải đầu ra là mCd = 0,01 (mg/l). Như vậy để thuận lợi trong quá trình xử lý, hệ thống cần được tính toán và thiết kế theo hiệu suất tách Cd là lớn nhất.. Quá trình làm sạch nước bằng đông keo tụ gồm 2 giai đoạn: + Định lượng, khuấy trộn hóa chất với nước thải. + Phản ứng tạo thành bông keo và lắng. Tính toán Thùng trộn phèn: Dung tích: Wh = Trong đó: n: thời gian giữa 2 lần hòa tan phèn, Q = 1200÷10000 mg/l → n = 12 h. Pp: lượng phèn dự tính cho vào nước. Được xác định theo TCXD 33-1985, chọn Pp = 140.10-3 kg/m3.bh: bh: nồng độ dung dịch phèn hòa trộn, bh = 10÷17%, chọn bh = 15%. y: khối lượng riêng, y = 1 tấn/m3. Wh = = 0,7 m3. - Chọn thùng có dạng hình trụ với chiều cao h = 0,7m → Đường kính của thùng là: D = = = 1,1m. - Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,1m → Chiều cao thùng là: H = hbv + h = 0,1 + 0,7 = 0,8m. Thiết bị định lượng: sử dụng van Khavanski. Nguyên tắc làm việc: Phao 2 làm bằng sắt tây hay thép lá, nổi trên mặt nước để đảm bảo dung dịch phèn vào bể trộn dưới cột áp H cố định, nghĩa là mực nước trong bể định lượng không ảnh hưởng đến liều lượng chất phản ứng đưa vào bể trộn. Dung dịch phèn chảy qua màng chắn có lỗ thu hẹp 8 ở đầu ống thu dung dịch đáy phao vào ống cao su, qua vòi dẫn dung dịch sang bể trộn. Lỗ thu hẹp của màng phải có đường kính phù hợp với cột nước H, sao cho dung dịch không chảy đầy trong ống cao su. Để tránh không khí đọng lại chỗ cao của ông gây hiện tượng có áp phải bố trí ống thông hơi 6 có độ cao cao hơn mức nước trong bể. Hình 3.2. Van Khavanski. 1. Bể định lượng. 5. Ống thông hơi. 2. Van định lượng. 6. Ống thu dung dịch 3. Ống cao su. 7. Màng chắn có lỗ thu. 4. Ống dẫn dung dịch vào bể định lượng. Bể phản ứng. Thể tích bể. V = Qtbs.t = 15×60×0,0072 = 6,48 m3. [7] Với t: thời gian lưu nước t = 10÷30 phút, chọn t = 15 phút. Chọn số nguyên đơn n = 2. Thể tích mỗi nguyên đơn là: V’ = = = 3,24 m2 Chọn chiều sâu mức nước trong bể là h = 1,2 m. Chọn nguyên đơn có dạng hình vuông → Diện tích 1 nguyên đơn là: F’ = = 2,7 m2. Chiều dài và rộng của 1 nguyên đơn là: a = = = 1,64 m. Þ Chọn a = 2m Chiều cao thực của bể: H = h + hbv = 1,2 + 0,2 = 1,4 m. Trong đó: hbv chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,2 m. Thể tích xây dựng của bể. Vxd = 2×(a2×H) = 2×(1,642×1,4) = 7,53 m3. Chọn loại có 2 bản đối xứng nhau qua trục có tỉ lệ chiều dài (L) và chiều rộng (B) của bản cánh khuấy là L/B = 20. Theo quy phạm tổng diện tích cánh khuấy bằng 15÷20% diện tích ngang của bể, chọn là 15%. [5] Fc = 0,15×Fnb = 0,15×2,296 = 0,344 m2. với Fnb=a×H=1,64×1,4=2,296(m2) Tiết diện 1 bản là: f = = = 0,086 m2. Hình 3.3. Cánh guồng Theo TCXD 51-84 mép ngoài cùng của cánh thành bể một khoảng l = 0,15÷0,2 m, chọn l = 0,2 m. Đường kính cánh guồng 2R1 = a - 2l = 2 - 2×0,2=1,6 m Chọn bán kính vòng khuấy R1 = 0,5 Chọn R2=0,3 Chọn chiều dài bản cánh B= = =0,08 m Mỗi buồng đặt 1 động cơ điện có tốc độ quay là:n2 n1 = 12 v/ph. n2 = 10 v/ph. Buồng 1: Thể tích buồng 1: V1 = V2 = a2×H = 1,642×1,4 = 3,8 m3. Tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước là: v1 = 0,75× = 0,75× = 0,47 m/s. [7] v2 = 0,75× = 0,75× = 0,28 m/s. [7] Năng lượng cần quay cánh khuấy là: N1 = S1.C.F.( v13 + v23 ) [7] Trong đó: C: hệ số phụ thuộc hình dạng cánh khuấy L/B = 20® C = 1,9. [5] F: tiết diện của bản cánh khuấy. F = 4×L×B = 4×1,6×0,08 = 0,512. N1 = 51×1,9×0,512×( 0,473 + 0,283 ) = 6.24 ( W)® Chọn N1 = 10 W. Giá trị Gradien vận tốc. G1 = 10. = 10. Với Z1: năng lượng tiêu phí để khuấy 1 m3 nước ở buồng 1. µ: độ nhớt, lấy µ = 0,0092. G1 = 10× = 169 S-1. Buồng 2. Tốc độ chuyển động tương đối cánh khuấy so với nước là: v3 = 0,75. = 0,75× = 0,393 m/s. v4 = 0,75. = 0,75× = 0,234 m/s. Năng lượng cần thiết cho cánh khuấy. N2 = S1.C.F.( v33 + v43 ) [7] Þ N2 = 51×1,9×0,512×(0,3932 + 0,2342) = 10,38 (W) Giá trị Gradien vận tốc. G2 = 10. = 10. = 172,3 S-1. Bảng 3.3. Thông số bể keo tụ. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Số liệu 1 Số buồng n Ngăn 2 2 Chiều rộng/dài mỗi buồng a m 2 3 Chiều cao của bể H m 2,4 4 Số bản của cánh khuấy Bản 4 5 Chiều dài bản cánh khuấy L m 1,6 6 Chiều rộng bản cánh khuấy B m 0,08 7 Bán kính bản cánh khuấy ngoài R1 m 0,5 8 Bán kính bản cánh khuấy trong R2 m 0,3 9 Năng lượng cho cánh khuấy ở buồng 1 N1 W 10 10 Năng lượng cho cánh khuấy ở buồng 2 N2 W 10,38 3.1.3 Tính toán bể lắng đứng Nhiệm vụ Bể lắng được sử dụng để tách một phần các hạt căn lơ lửng ra khỏi nước thải, qua đó góp phân nâng cao chất lượng nước cũng như hiệu xuất của các công trình xử lý phía sau. Ngoài ra, nước thải của nhà máy sau khi qua bể phản ứng có một lượng lớn hydroxyt của kim loại nặng được hình thành, do đó bể lắng cũng góp phần tách một phần kim loại nặng ra khỏi nước thải dưới dạng bùn lắng. Hình 3.4. Bể lắng đứng Tính toán Xây dựng 2 bể lắng, Q= = =3,6×10-3 m3/s Diện tích tiết diện ướt của bể lắng. F= = = 6,55 m2 [5] Với V: vận tốc nước chuyển động trong bể lắng, chọn V = 0,55 mm/s. Diện tích mặt cắt ngang của ống trung tâm F2 = = =0,12 m2 [5] Với vtt là vận tốc nước trong ống trung tâm. Theo TCXD51-84 thì vtt ≤ 0,03 m/s. Diện tích tổng cộng của bể lắng. F = F1 + F2 = 6,55 + 0,12 = 6,67 m2 Đường kính bể. D= = =3 m [ 3] Đường kính ống trung tâm. d = = = 0,4 m [3] Chiều cao vùng lắng. hl = v.t = 0,55.10-3.114.60 = 3,762 m. Với t là thời gian lưu nước, lấy t = 114 phút = 1,9 h. Chiều cao phần hình nón. hn = h2 + h3 =D - tga = tg 500 = 1,49 m [7] Trong đó. h2 là chiều cao lớp trung hòa. h3 là chiều cao giả định lớp cặn. dn là đường kính đáy nhỏ của hình nón, dn = 0,5 m. α là góc nghiêng của bể lắng so với phương ngang, α ≥ 50o, chọn α = 50o. Chiều cao tổng cộng của bể. H = hl + hn + hbv = 3,762 + 1,49 + 0,3 = 5,552 m. Với hbv là chiều cao bảo vệ, hbv = 0,3÷0,5 m, chọn hbv = 0,3 m. Chiều cao ống trung tâm lấy htt = hl = 3,762 m. Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao phần loe và bằng 1,35 lần đường kính ống trung tâm. [3] D1 = h1 = 1,35×d = 1,35×0,4= 0,54 m. Đường kính tấm chắn lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe. (TCXD 51-84) Dc = 1,3.D1 = 1,3.0,54 = 0,702 m. Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với phương ngang bằng 17o. Tính toán máng thu nước. Để thu nước đã lắng ta dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể đường kính máng bằng 70÷80 % đường kính bể, lấy 80 %. Dm = 0,8×D = 0,8×3 = 2,4 (m) Chiều cao máng thu. L = π.Dm = π×2,4 = 7,54 m. - Tải trọng thu nước trên máng: qL = = = 0,001 m3/ m3.s Chọn máng thu có dạng hình răng cưa khoảng cách giữa 2 đáy máng là 300 mm, đỉnh răng cưa là 100 mm. Chiều cao mực nước qua khe hình chữ V. Ta có q0 = ×1,4h5/2 Số răng cưa. n= = = 25 răng Hiệu quả xử lí BOD, COD qua keo tụ và lắng đặt 40%, còn SS giảm 90%. Hàm lượng BOD, COD đầu ra. CODra = (1- HCOD ) × CODvào = ( 1 - 0,4) ×140 = 84 mg/l BODra = ( 1 - HBOD)×BODvào =( 1 - 0,4) ×100 = 60 mg/l Hàm lượng SS đầu ra. SSra = (1 - HSS) ×SSvào = (1- 0,85)×150 = 22,5 mg/l Lượng cặn sinh ra. WC = × = 6,24 kg/ngđ [5] Chọn ống thu cặn có Tổng lượng cặn tươi thu được. P = Q.(SSvao – SSra) = 0,0072× =0,001 kg/s Bảng 3.4. Thông số bể lắng 1. STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Số liệu 1 Số lượng bể lắng Bể 2 2 Diện tích bể F m2 15,8 3 Đường kính bể D m 3 4 Đường kinh ống trung tâm d m 0,4 5 Chiều cao lắng hl m 3,762 6 Chiều cao phần nón hn m 1,5 7 Chiều cao toàn bể H m 5,6 8 Đường kính phần loe D1, h1 m 0,54 9 Chiều dài máng thu nước L m 7,54 10 Chiều cao lớp nước qua răng cưa h m 0,029 11 Số răng cưa của máng n Răng 25 3.1.4 Tính toán bể lọc chậm Nhiệm vụ Lọc là quá trình tách các hạt cặn có kích thước nhỏ tồn tại phân tán trong nước ra khỏi nước thải trước khi đưa vào công trình xử lý tiếp theo hoặc thải ra môi trường. Trong nước thải của Công ty, hàm lượng cặn lơ lửng sau khi qua bể lắng tương đối lớn và có một lượng đáng kể hydroxyt kim loại, do đó bể lọc được sử dụng để tách các hạt căn lơ lửng ra khỏi nước thải, qua đó nâng cao hiệu suất và giảm tải trọng cần xử lý của công trình trao đổi ion. 3.1.5 Tính toán cột trao đổi ion Nhiệm vụ Sau khi qua bể lọc chậm, hàm lượng của một số ion kim loại như Cd, Ni, Pb … hòa tan trong nước vẫn lớn hơn tiêu chuẩn cho phép, do vậy cột trao đổi ion được sử dụng để loại bỏ triệt để các ion kim loại ra khỏi nươc thải trước khi thải ra môi trường. Hàm lượng ion Cd sau khi qua cột trao đổi ion có hàm lượng £ 0,01 mg/. Đặc điểm So với tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005 các ion âm trong nước thải đểu đảm bảo yêu cầu và có thể xả trực tiếp ra môi trương. Tuy nhiên các ion dương đều có hàm lượng vượt tiêu chuẩn cho phép, ngay cả khí qua bể lọc châm của hệ thống xử lý. Để tách các ion dương ra khỏi nước thải ta sử dụng cột trao đổi Cation. Vật liệu trao đổi ion là nhựa trao đổi ion gốc axit mạnh Indion 225H. Lưu lượng cần xử lý: q = 25 m3/h. Hóa chất sử dụng để hoàn nguyên lọc là: H2SO4 5% liều lượng 192 kg/m3. Tính toán 3.2 Tính hiệu quả xử lý 3.3 Tính lượng hóa chất cần sử dụng 3.4 Lựa chọn các thiết bị phụ trợ 3.5 Tính chi phí