Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất dầu ăn

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1 I. Giới thiệu chung 1 II. Các phương pháp xử lý nước thải 1 CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT DẦU ĂN 3 I. Dầu ăn : 3 II. Các bước tinh luyện dầu: 4 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT DẦU ĂN 6 I. Các thông số của dòng thải: 6 1. Lưu lượng nước thải : 6 2. Thành phần nước thải: 6 II. Phương pháp và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải: 6 1. Những phương pháp chung xử lý nước thải : 6 2. Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải : 10 CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 12 I. Song chắn rác : 12 II. Bể tách dầu mỡ và lắng cát : 14 III. Bể điều hòa : 15 IV. Tuyển nổi : 15 V. Bể aerotank : 16 1. Các thông số thiết kế : 17 2. Tính hiệu quả xử lý : 17 3. Tính thể tích của bể: 18 4. Lượng bùn phải xả ra mỗi ngày: 18 5. Tính hệ số tuần hoàn α bỏ qua lượng bùn họat tính tăng lên trong bể 19 6. Lượng oxy cần thiết 19 7. Cách bố trí đầu phân phối khí 20 8. Tính toán các thiết bị phụ 20 VI. BỂ LẮNG 2 : 22 1. Diện tích mặt bằng của bể lắng 22 2. Xác định chiều cao bể 24 3. Thời gian lưu nước trong bể lắng 24 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI I. Giới thiệu chung Ngày nay chất lượng cuộc sống con người đang được nâng cao rất nhiều nhờ vào sự phát triển của khoa học kĩ thuật với nhiều ngành sản xuất được đẩy mạnh. Kinh tế phát triển cũng làm nảy sinh nhiều nhu cầu vật chất của con người, từ đó các ngành công nghiệp không ngừng được phát minh và đưa vào hoạt động sản xuất. Nhưng cũng từ đó phát sinh ra một vấn đề mới mà con người cần giải quyết. Đó là vấn đề ô nhiễm môi trường. Vấn đề đó ngày càng lớn hơn và hiện nay đã ở mức báo động. Chính vì thế việc cân bằng giữa kinh tế và môi trường là bài toán khó cần sự hợp tác tham gia của tất cả mọi người trên thế giới. Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế chuyển mình phát triển mạnh mẽ. Các ngành công nghiệp, các đơn vị sản xuất tranh đua phát triển, mở rộng sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về mọi mặt của con người. Cũng như các ngành công nghiệp khác, ngành sản xuất dầu thực vật đang phát triển không ngừng với chủng loại sản phẩm ngày càng đa dạng. Thế nhưng đó cũng là nguyên nhân của việc lượng nước thải cũng như chất thải khác gia tăng đe dọa ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và cần được kiểm soát. II. Các phương pháp xử lý nước thải Xử lý nước thải là một quá trình bao gồm việc kết hợp một hoặc nhiều phương pháp vật lý, hoá học, sinh học hoặc hỗn hợp để tách/phân huỷ chất ô nhiễm trong nước thải. Phương pháp xử lý cơ học: là phương pháp ứng dụng các quá trình vật lý như lực trọng trường, lực ly tâm để phân huỷ/tách các chất ô nhiễm ra khỏi nước. Phương pháp này thường đơn giản, chi phía đầu tư và vận hành thấp, hiệu quả tách các chất lơ lửng cao. Các quá trình được áp dụng rông rãi như: chắn rác, điều hòa, khuấy trộn, lắng, lắng cao tốc, tuyển nổi, lọc, bay hơi và tách khí kỹ thuật,…. Phương pháp hoá học: Là phương pháp dụng các chất hóa học để chuyển đổi các tính chất của các chất ô nhiễm thành cách chất dễ loại bỏ và tách ra khỏi nước. Phương pháp này thường có chí phí vận hành cao, hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước lớn. Trong phương pháp này, các hoá chất (dạng khí, lỏng hoặc rắn) được bổ sung trực tiếp vào nước thải. Phương pháp sinh học: Là phương pháp ứng dụng vi sinh vật tham gia vào quá trình làm sạch nước thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân huỷ. Là một cơ thể sống, nên các vi sinh vật này đòi hỏi phải được cung cấp đẩy đủ dưỡng chất cũng như môi trường sống tốt nhất (không có chất độc). Chất thải (các chất hữu cơ) được tách ra khỏi nước bằng các phản ứng enzym trong tế bào vi sinh vật. Phương pháp này về cơ bản chia làm 02 loại như sau. - Phương pháp xử lý kỵ khí: Sử dụng các vi sinh vật kỵ khí, thường được áp dụng đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan cao. Hoạt động trong môi trường không có oxy. - Phương pháp xử lý hiếu khí: Sử dụng các vi sinh vật hiếu khí, thường được áp dụng đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan thấp. Hoạt động trong môi trường cấp oxy liên tục. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT DẦU ĂN Dầu ăn : Thành phần chính của dầu là các glycerit của các acid béo no hay không no và có công thức tổng quát như sau : RCOOH là gốc của các acid béo Dầu chứa nhiều acid béo không no sẽ có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn dầu có nhiều acid béo no. Dầu thực vật chứa nhiều acid béo không no nên ở nhiệt độ thường chúng ở thể lỏng. Các glycerit không thể chưng cất được vì chúng phân hủy khi đạt nhiệt độ bốc hơi. Về tính chất hóa học các glycerit cho phản ứng oxy hóa, phản ứng hydro hóa, phản ứng thủy phân là những phản ứng có nhiều ý nghĩa trong thực tế. Acid béo về chủng loại không nhiều lắm, chủ yếu là các chất sau: Acid caproic CH3(CH2)4COOH Acid caprilic CH3(CH2)6COOH Acid caprinic CH3(CH2)9COOH Acid lauric mạch thẳng CH3(Ch2)10COOH Acid myristic mạch thẳng CH3(CH2)12COOH Acid palmitic mạch thẳng CH3(CH2)14COOH Acid stearic mạch thẳng CH3(CH2)16COOH Acid oleic có 1 liên kết đôi CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Acid linoleic có 2 liên kết đôi CH3(CH2)4CH=CH-CH=CH(CH2)7COOH Acid ricinoleic có 2 liên kết đôi và nhóm hydroxyl Những acid có liên kết đôi có thể bị oxy hóa dưới tác dụng của ánh sáng và nhiệt độ thành các sản phẩm phân hủy như các aldehyt, các acid có mạch cacbon thấp thường có mùi khó chịu ( hiện tượng dầu ôi ). Trong thành phàn dầu thô còn chứa nhiều loại tạp chất khác nhau. Trước tiên phải kể đến là các acid béo tự do, chúng tạo nên độ acid của dầu. Tiếp theo là fotfolipit, sáp, tạp chất vô cơ, các protein, gluxit, các hợp chất gây mùi và màu. Các bước tinh luyện dầu: Vì trong thành phần dầu nguyên liệu còn chứa rất nhiều loại tạp chất khác nhau nên cần phải qua các bước tinh luyện trước khi dùng trong công nghiệp cũng như bán ra thị trường tiêu dùng. Trong công nghiệp, có 2 loại sơ đồ tinh chế : tinh chế hoàn chỉnh và tinh chế 1 phần. Với sơ đồ tinh chế hoàn chỉnh ta thu được dầu hoàn toàn không còn mùi vị đặc trưng của dầu nguyên liệu ( ví dụ : dầu mè tinh luyện ). Ngược lại, với kiểu tinh chế 1 phần ta thu được dầu còn hương vị của dầu nguyên liệu ( ví dụ : dầu mè rang ), tùy theo thị hiếu mà đáp ứng. Dầu ăn tinh luyện dược sản xuất qua các công đoạn sau: Công đoạn khử gum dầu đặc biệt (UF - Degumming): Mục đích của công đoạn khử gum là loại các chất gum, sáp, photphatit và một phần nhỏ các vết kim loại... có trong một số loại dầu thô ban đầu bằng nước hoặc acid Citric, acid Photphoric ở nhiệt độ thích hợp. Đây là các hợp chất mà nếu không tách loại ra sẽ làm cho dầu thành phẩm không trong suốt và có hại cho sức khỏe con người. Công đoạn trung hòa dầu (Neutralisation): Mục đích của công đoạn này là loại các Acid béo tự do có trong dầu mà nếu hàm lượng acid béo tự do cao sẽ làm ảnh hưởng tới quá trình bảo quản và có hại cho sức khỏe người tiêu dùng. Để loại acid béo tự do người ta dựa vào phản ứng trung hòa giữa acid béo và sud ở nồng độ và nhiệt độ thích hợp tạo thành xà phòng và xà phòng cùng với gum loại ra ở công đoạn khử gum được máy ly tâm tách loại ra ngoài. Dầu sau tách cặn xà phòng sẽ được rửa nước để loại tối đa hàm lượng xà phòng còn lại trong dầu. Ngoài acid béo tự do được tách loại, quá trình này còn loại trừ được tạp chất cơ học lẫn trong dầu thô và góp phần tẩy được một phần các chất gây màu có trong dầu thô ban đầu. Công đoạn tẩy màu dầu tuần hòan liên tục (LOOP - Bleaching): Mục đích của công đoạn này là sử dụng than hoạt tính và đất hoạt tính để hấp phụ màu dầu và hấp phụ thêm vết xà phòng còn lại trong dầu và các ion kim loại trong điều kiện nhiệt độ và chân không thích hợp làm cho màu dầu trở nên trong sáng. Công đoạn khử mùi - khử axít béo (Deodorization): Mục đích của công đoạn này là dùng hơi nước quá nhiệt sục vào dầu ở điều kiện nhiệt độ và chân không thích hợp để lôi cuốn các chất mùi, acid béo tự do còn lẫn trong dầu để loại thải chúng ra ngoài. Ở đây, yếu tố thiết bị và chế độ công nghệ là rất quan trọng do nó liên quan đến chất lượng dầu thành phẩm sau này khi lưu thông trên thị trường. Dầu tinh luyện sau khử mùi bảo đảm an toàn thực phẩm. Công đoạn Hydro - hóa dầu: Ðược thực hiện với công nghệ và thiết bị được nhập từ Mỹ, trong đó có dây chuyền sản xuất khí hydro đạt độ tinh khiết đến 99,99% hiện có duy nhất tại Việt Nam. Công đoạn Hydro - hóa dầu là một công đoạn chính yếu trong việc sản xuất Shortening và Margarine và giữ một vai trò khá quan trọng trong công nghiệp chế biến thực phẩm, nhất là công nghệ sản xuất bánh, kẹo và mì ăn liền. Mục đích của công đoạn này là làm tăng điểm tan chảy của dầu, làm dạng dầu lỏng tự nhiên trở thành dầu đặc qua phản ứng cộng Hydro vào vị trí các nối đôi của phân tử dầu lỏng để được các sản phẩm dầu đặc theo yêu cầu sử dụng. Dầu sau công đoạn Hydro - hóa sẽ được khử mùi và sau đó phối trộn để đạt tiêu chuẩn dầu thành phẩm Shortening và Margarine. Hệ thống đóng gói dầu thành phẩm các loại: - Dầu lỏng tinh luyện được chiết rót vào các lọai bao bì bằng chai nhựa PET có dung tích chứa từ 0,25 lít đến 5 lít trên các dây chuyền thiết bị chiết dầu chai tự động của CHLB Đức, Ý. Các công đoạn đều hiện đại và hiện có duy nhất ở Việt Nam. - Dầu đặc tinh luyện được làm lạnh kết tinh sau khi đã được phối chế với các phụ gia thực phẩm, các chất bảo quản trong qui trình chế biến Shortening và Magarine, được đóng gói trong hộp nhựa PE hoặc trong túi PE có bao bì ngoài là thùng carton trên dây chuyền thiết bị đóng gói VOTATOR theo công nghệ sản xuất chế biến của Mỹ. - Dầu bơ thực vật thành phẩm được đóng gói bảo đảm tiêu chuẩn kỹ thuật, vệ sinh an toàn thực phẩm và mỹ quan sản phẩm. CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY DẦU ĂN Các thông số của dòng thải: Lưu lượng nước thải : Lưu lượng nước thải và tính chất nước thải là một trong hai thông số quan trọng nhất để lựa chọn công nghệ cũng như tính toán các quá trình xảy ra. Lưu lượng nước thải 150 m3/ngày đêm. Thành phần nước thải: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 24-2009 (A) 01 pH - 7,01-7,21 5.5-9 02 SS mg/l 440-550 50 03 COD mgO2/l 1200-1350 50 04 BOD5 mgO2/l 750-980 30 05 Tổng Nitơ mg/l 25-45 15 06 Tổng Phốt pho mg/l 9-14 4 07 Dầu mỡ thực vật mg/l 180-280 10 08 Coliform MPN/100ml 9.600 3.000 Phương pháp và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải: Những phương pháp chung xử lý nước thải : Các phương pháp xử lý nước thải theo hiệu quả xử lý được xếp làm 3 bậc : Xử lý bậc 1(xử lý cơ học) Xử lý bậc 2 (xử lý hóa lý, sinh học) Xử lý bậc 3 (xử lý bổ sung) Xử lý bậc một : Xử lý bậc 1 hầu như không thể thiếu trong hệ thống xử lý nước thải. Đây là bước ban đầu nhằm chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý sau đó diễn ra thuận lợi và ổn định. Song chắn rác, lưới lọc : Song chắn rác : chắn giữ các cặn, rác, bao nilông…kích thước lớn hay ở dạng sợi. Giúp cho thiết bị trong hệ thống họat động ổn định, tránh sự cố nghẹt ống, hỏng bơm… Lưới lọc : dùng để thu hồi các thành phần quý không tan hay cần phải tách các loại rác có kích thước bé hơn. Bể điều hòa : Bể điều hòa là cần thiết vì : Lượng nước thải không bao giờ ổn định tuyệt đối mà luôn luôn biến động cả về nồng độ và lưu lượng . Bể điều hòa không những làm cho lưu lượng vào hệ thống xử lý ổn định mà còn có tác dụng tránh gây sốc cho vi sinh vật trong giai đoạn xử lý sau. Quá trình khuấy trộn trong bể điều hòa làm giảm nhiệt độ nước thải, có lợi cho vi sinh vật. Bể lắng đợt một : Công trình thiết kế nhằm mục đích : loại bỏ các chất rắn lơ lửng mà các chất rắn này có khả năng gây nên hiện tượng bồi lằng trong nguồn tiếp nhận. Tách dầu mỡ hay các chất nổi khác, làm giảm tải trọng hữu cơ cho công trình xử lý sinh học sau đó. Bể lắng đợt một nếu thiết kế tốt có khả năng loại 50-70% hàm lượng chất lơ lửng và 25-40% BOD. Về kết cấu thường có ba dạng : Bể lắng ngang : bể lắng ngang có thể được làm từ các vật liệu khác nhau như bê tông cốt thép, gạch hay bằng đất tùy thuốc vào kích thước, yêu cầu quá trình lắng và điều kiện kinh tế. Bể lắng ngang được chia làm bốn vùng : vùng nước thải vào, vùng lắng, vùng xả nước và vùng bùn. Vùng lắng chiếm phần lớn thể tích bể. Chế độ dòng chảy trong vùng lắng cần duy trì ở điều kiện chảy tầng và ổn định. Do đó, bán kính thủy lực của bể cần phải thích hợp. Bể lắng ngang được dùng khi lượng nước thải > 15000m3/ngày Hiệu suất 60% Vận tốc dòng < 0,01m/s Thời gian lưu 1-3h Bể lắng đứng : dạng hộp hay trụ , đáy hình chóp. Nước thải được đưa vào từ tâm bể với vận tốc < 30mm/s. Nước chảy theo phương thẳng đứng từ dưới lên tới vách tràn với vận tốc 0,5-0,6m/s. Thời gian lưu 45-120phút. Chiều cao vùng lắng 4-5m. Hiệu suất bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang 10-20%. Bể lắng ly tâm : bể có tiết diện hình tròn, đường kính từ 16-40m hay lớn hơn (60m). Chiều sâu nước chảy 1,5-5m. Tỷ lệ đường kính và chiều sâu là 6-30. Độ dốc của đáy i = 0,02 hay lớn hơn. Thời gian lưu 85-90phút. Hiệu suất đạt 60%. Bể được ứng dụng với lưu lượng > 20000m3/ngày. Xử lý bậc hai : Xử lý bậc hai là giai đoạn tiếp theo của gia đoạn xử lý bậc một. Giai đoạn xử lý này có tác dụng khử các chất ô nhiễm ở trạng thái hòa tan hay nhũ tương ra khỏi nước thải. Tùy theo đặc tính nước thải mà giai đoạn xử lý bậc hai được chia ra làm ba nhóm quá trình khác biệt nhau : xử lý hóa học, xử lý hóa lý, xử lý sinh học. Xử lý hóa học : Các phương pháp xử lý hóa học được dùng trong xử lý nước thải gồm có : trung hòa, oxy hóa và khử. Tất cả các phương pháp đều dùng các tác nhân hóa học nên là phương pháp đắt tiền. Người ta thường dùng phương pháp này để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín. Đôi khi phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ nước trước khi xử lý sinh học hay là xử lý nước thải lần cuối trước khi thải vào nguồn nước. Xử lý hóa lý : Các phương pháp xử lý hóa lý gồm có: đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, các phương pháp tách bằng màng , các phương pháp điện hóa. Trong đó: Đông tụ, keo tụ : tách các hạt gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan. Vì chúng là những hạt có kích thước quá nhỏ nên để tách được chúng thì cần làm cho các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng. Tuyển nổi : thường được áp dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hay lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi chất lỏng. Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các tạp chất tan như các chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc, tuyển nổi thường được dùng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm, trong thời gian. Nhược điểm của phương pháp tuyển nổi là khó tạo ra các bọt khí có kích thước nhỏ và đồng đều. Hấp phụ : là phương pháp được sử dụng để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi nước thải có chứa 1 lượng nhỏ các chất, các chất này không thể xử lý bằng phương pháp sinh học và thường có độc tính cao. Trao đổi ion : thường được dùng để làm sạch nước hay nước thải khỏi các kim loại như : Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn…cũng như các hợp chất của As, P, Cyanua và chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làm sạch cao. Xử lý sinh học : Người ta dùng phương pháp này để làm sạch nước thải sinh họat cũng như nước thải của nhiều ngành sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, cacs sunfit, amoniac, nitơ… Để tiến hành bằng phương pháp này nước thải cần không có các hợp chất độc, các muối kim loại nặng hay nồng độ của chúng không được vượt giới hạn cho phép và tỷ số BOD/COD > 0,5. Công trình xử lý sinh học phân làm hai nhóm : Công trình thực hiện trong điều kiện tự nhiên : cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học,…Quá trình xử lý diễn ra chậm, dựa chủ yếu vào oxy và vi sinh vật có trong nước và đất. Công trình thực hiện trong điều kiện nhân tạo : bể lọc sinh học (biophin), bể là thoáng sinh học (aerotank),…Do trong điều kiện nhân tạo nên quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn. Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có khả năng đạt mức hoàn toàn với BOD giảm 90-95% và không hoàn toàn với BOD giảm 40-80%. Trong trường hợp xử lý trên bể aerotank thường đưa một phần bùn họat tính trở lại để tạo điều kiện cho công trình đạt hiệu quả hơn. Phần bùn họat tính còn lại gọi là bùn họat tính dư, thường đưa tới bể nén bùn để làm giảm thể tích trước khi đưa vào bể Metantank để lên men. Bể Metantank là công trình tương đối hiện đại, chỉ dùng để lên men cặn lắng. Đôi khi được dùng để xử lý sơ bộ nước thải có chứa các chất độc trước khi xử lý sinh học. Xử lý bậc ba : Sau khi được xử lý bằng các phương pháp xử lý khác nhau cũng không thể làm sạch hoàn toàn nước khỏi các loại vi khuẩn gây bệnh. Do đó, để làm sạch nước thải đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt thì phải qua giai đoạn xử lý bổ sung bằng bể tiếp xúc Clo. Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải : Việc lựa chọn cộng nghệ và thiết kế hoàn chỉnh hệ thống phải đáp ứng được những yêu cầu cần thiết sau : Nước thải sau khi xử lý cần đạt tiêu chuẩn chất lượng loại A theo QCVN24-2009 về nước thải công nghiệp. Hệ thống xử lý không gây mùi hôi hay giảm tối đa mùi hôi làm ảnh hưởng đến cộng đồng xung quanh. Triệt để tiết kiệm mặt bằng sử dụng cho công trình xử lý. Thu hồi triệt để các thành phần có khả năng sử dụng được. Hiệu quả kinh tế ( chi phí đầu tư và vận hành hợp lý ). Lựa chọn sơ đồ quy trình: Nước thải Song chắn rác Bể tách dầu mỡ Bể tuyển nổi áp lực Bể Aeroten Nguồn tiếp nhận Đạt TCVN 5945-2005, loại A Bể điều hòa DD Polyme DD PAC Thùng chứa dầu Bể chứa và phân hủy bùn Xe lấy bùn Bể lắng Bể khử trùng Dung dịch Clo CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Song chắn rác : Q = 150 m3/ngày Diện tích hữu ích tính toán của song chắn rác : u ≤ 1m/s, chọn u = 0,8m/s Giả thiết 30% diện tích song chắn rác bị rác che lấp [1]/trang 75 → diện tích thiết kế của song chắn rác Ftk = Ftt.100/70 = 0,0031m2 Chọn song chắn rác dạng hình tròn và có đường kính s = 8mm Khoảng cách giữa 2 thanh là b = 20mm →số lượng khe hở song chắn (tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy) k = 1,05 : hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy qua song hc : chiều sâu nước trong ngăn đặt song chắn rác → n.hc = Ftk.k/b Chiều rộng thiết kế song : Bs = s.(n – 1) + b.n = Chọn Bs = 0,5m → hc = 8,97.10-3 m → n = 18 khoảng → số song = 19 song Tổn thất áp lực : hs = Hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác : Trong đó : β : hệ số hình dạng thanh đan, song chắn tròn β = 1,97 k =3 : hệ số tính đến tăng trở lực do song chắn bị bít kín bởi vật thải Vậy : đáy của song chắn phải thấp hơn kênh dẫn 50mm để tránh hiện tượng dồn nước trước hiện tượng lắng cặn sau song chắn [4]/ trang 33. Các thông số thiết kế của song chắn rác : Đường kính song 18mm Khoảng cách giữa 2 song 20mm Chiều dài của thanh song 950mm Độ nghiêng của song 60⁰ Số lượng song 19 Bề rộng ngăn chứa song 500mm Bề rộng thành ngăn chứa song 100mm Chiều dài ngăn chứa song 1400mm Đáy ngăn thấp hơn điểm thấp nhất cống vào 50mm Bể tách dầu mỡ và lắng cát : Lưu lượng nước rửa dầu qua bể : 3,3m3/h Vận tốc chuyển động của nước trong bể thay đổi trong khoảng 0,005-0,01m/s Chọn v = 0,01m/s Đường kính hạt dầu phân tán trong nước 80μm ≤ d ≤ 100μm Chọn d = 80μm Vận tốc nổi của hạt dầu theo d : Trong đó : d : đường kính hạt nổi ,m ρ, ρh : khối lượng riêng của nước thải và hạt nổi, kg/m3 ρ = 978 kg/m3 ρh = 870 kg/m3 μ : độ nhớt động học của nước thải, Pa.s μ = 0,4061.10-3 Pa.s Kiểm tra : Chọn chiều sâu làm việc của bể : h = 0,8m Thời gian nổi : Chiều dài tính toán của bể : L ≤ v.τ = 0,01.860 = 8,6 m Chiều rộng tính toán của bể : Chọn B = 0,7 m →v = 0,0016 m/s →L = 0,0016.860 = 1,4 m Chiều sâu làm việc của bể 800mm Chiều sâu từ mặt nước tới thành bể 300mm Chiều dài khu vực lắng 1400mm Chiều dày bể 100mm Chiều rộng bể 900mm Bể điều hòa : Mục đích Ổn định lưu lượng, dòng chảy, ổn định nồng độ chất bẩn. Giảm kích thước và tạo chế độ làm việc ổn định cho các công đoạn phía sau, tránh hiện tượng quá tải hoặc giảm tải đột ngột. Lưu lượng nước thải trung bình : Q = 1,736l/s Ứng với hệ số không điều hòa K > 1,5 →Làm bể điều hòa Lượng nước tích tụ lớn nhất là 70m3 nên chọn thể tích bể điều hòa bằng 80m3. Tuyển nổi : Thời gian lưu nước trong bể : t =30phút Tỷ số A/S = 0,02 f =0,5 t = 30⁰C Cc (tổng hàm lượng cặn) = 500mg/l Ck = 15,7mg/l ( độ hòa tan bão hòa của khí) Bão hòa 100% lượng nước : → P = 2,98 atm = 201kPa Chọn máy bơm gió : Q = 0,016 m3/p Máy bơm nước : Q = 150m3/ngày Bình áp lực có thể tích lưu nước 2p W = 1,4m3 , làm bằng thép, có van an toàn xả khí dư, áp lực làm việc 2,2kg/cm2 Thể tích bể tuyển nổi t = 30p nước lưu Chiều cao bể : Hф = 3m Diện tích bể : Fbể = 3,125/3 = 1,04 m2 Bán kính bể : R = 0,58 m Tải trọng bề mặt : Bể aerotank : Bể aerotank kết hợp với bể lắng II có nhiệm vụ loại bỏ toàn bộ các chất ô nhiễm hữu cơ trong điều kiện hiếu khí xuống đến nồng độ cho phép xả vào môi trường. Trước khi vào bể aerotank, nước thải được lần lượt đưa qua các công trình như bể điều hòa, bể tuyển nổi nên các thông số ô nhiễm của nước thải đã có phần nào thay đổi, đặc biệt là thông số về ô nhiễm hữu cơ, tải lượng ô nhiễm của dòng thải giảm: 30% COD → COD = 910 mg/l 10% BOD → BOD5 = 810 mg/l 80% TSS → TSS = 100 mg/l Thông số đầu vào và đầu ra bể aerotank Đầu vào Đầu ra BOD5 = 810 mg/l BOD5 ≤ 30 mg/l COD = 910 mg/l COD ≤ 50 mg/l TSS = 100 mg/l TSS ≤ 50 mg/l Các thông số thiết kế : Lưu lượng nước thải Q = 150 m3/ngày Hàm lượng BOD5 đầu vào = 810 mg/l Hàm lượng COD đầu vào = 910 mg/l Nhiệt độ duy trì trong bể 20⁰C Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi ( nồng độ vi sinh vật ban đầu ) X0 = 0 Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,7 Độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,3 Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn Xr = 7000 mg/l Nồng độ bùn hoạt tính trong aerotank X = 3000 mg/l Nồng độ cặn trong dòng tuần hoàn Ct = 10000g/m3 Thời gian lưu bùn trong hệ thống θc = 10 ngày Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 (BOD hoàn toàn) là 0,68 Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,06 ngày-1 Hệ số sinh trưởng cực đại (tỷ số giữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ), Y = 0,5 kgVSS/kgBOD5 Tính hiệu quả xử lý : BOD5 ở đầu ra = 30 mg/l BOD5 hòa tan đi ra từ bể aerotank là S , mg/l Cặn lơ lửng ở đầu ra SSra = 30 mg/l gồm có 65% là cặn có thể phân hủy sinh học Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra: 0,65 x 30 = 19,5 mg/l Lượng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lượng cặn có thể phân hủy sinh học: 19,5 x 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 27,7 mg/l Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng. Quá trình tính toán dựa theo phương trình phản ứng : C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + năng lượng 113 mg/l 160mg/l 1 mg/l 1,42 mg/l → oxy hóa hoàn toàn 1 mg tế bào cần 1,42 mg oxy Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5 BOD5 = BOD20 x 0,68 = 27,7 x 0,68 = 19 mg/l Vậy : 30mg/l = S + 19 mg/l → S = 11 mg/l Tính hiệu quả xử lý theo BOD5 hòa tan : Hiệu quả xử lý theo BOD5 của toàn sơ bộ : Tính thể tích của bể: Thể tích bể Aerotank là : Lấy thể tích bể V = 140m3 Thời gian lưu : =22,4h Kích thước bể Aerotank Thể tích bể V = 140 m3 Chọn chiều sâu chứa nước của bể h = 4m Diện tích bể F = Chiều dài bể L = 10 m Chiều rộng bể B = 3,5m Chiều cao bảo vệ hdt = 0,5m Chiều cao tổng cộng của bể H = h + hdt = 4,5m Vậy bể Aerotank có kích thước : L x B x H = 10 x 3,5 x 4,5 (m3) Lượng bùn phải xả ra mỗi ngày: Tính hệ số tạo cặn từ BOD5 Yb Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 Px = Yb x Q x (S0-S) x 10-3 = 0,3125 x 150 x (810 – 11) x 10-3 = 37,45 kg/ngày Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn Z = 0,3 Px1 = Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi Pxả = Px1 – Q x 30 x 10-3 = 53,5 – 150 x 30 x 10-3 = 49 kg/ngày Tính lượng bùn xả ra hàng ngày Qxả từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn cặn 10 ngày = →Qxả = 5,55 m3/ngày Tính hệ số tuần hoàn α bỏ qua lượng bùn họat tính tăng lên trong bể Từ phương trình cân bằng vật chất : X. (Q + Qt) = Qt. Ct → Hệ số tuần hoàn α =0,43 Lượng tuần hoàn Qt = α.Q = 2,68 m3/h Lượng oxy cần thiết Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn Với f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20, f = 0,68 Lượng oxy cần trong điều kiện thực ở 20⁰C Trong đó : Cs : nồng độ bão hòa oxy trong nước ở 20⁰C là 9,08 mg/l CL : nồng độ oxy duy trì trong bể aerotank là 2 mg/l Tính lượng oxy cần thiết để cung cấp vào bể Trong đó : OCt : lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể OU : công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối f : hệ số an toàn, chọn f = 1,5 Chọn dạng đĩa xốp, có màng phân phối dạng mịn, đường kính 170mm, diện tích bề mặt F = 0,2m2 Cường độ thổi khí 7m3/h Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h = 4m (lấy gần đúng bằng chiều sâu bể) Tra bảng 7.1 trang 112, [1] ta có : Ou = 7gO2/m3.m OU = Ou.h = 7.4 = 28 gO2/m3 Ou : công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối khí tính theogO2/m3 không khí Qkk = = 352,4 m3/h Số dĩa cần phân phối trong bể 51 đĩa Chọn 70 đĩa. Cách bố trí đầu phân phối khí Từ ống chính chia thành 10 ống nhánh trên mỗi ống nhánh có 7 đầu phân phối . Theo chiều dài của bề là 10m ta bố trí như sau : khoảng cách giữa 2 ống nhánh ngoài cùng với thành bể là 0,5m, khoảng cách giữa 2 ống nhánh là 1m. Trên mỗi ống nhánh bố trí đầu phân phối: khoảng cách giữa 2 đầu phân phối ngoài cùng đến thành bể là 0,25m và khoảng cách giữa 2 đầu phân phối khí là 0,6m. Trụ đỡ : đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ 1. Kích thước trụ đỡ là : D x R x C = 200x200x200 Tính toán các thiết bị phụ Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết của máy thổi khí Hm = hd + hf + hc + h Trong đó : hd : tổn thất do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m) hc : tổn thất cục bộ (m) Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m hf : tổn thất qua đĩa phun thường không vượt quá 0,5m, hf = 0,5m h : độ sâu ngập nước của miệng vòi phun h = 4m Hm = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 m Áp lực máy thổi tính theo Atmotphe : Pm = 1,47 at Năng suất yêu cầu Qkk = 352,4m3/h = 0,098m3/s Công suất máy thổi khí Pmáy = =11,2kW Trong đó : Pmáy : công suất yêu cầu của máy nén khí, kW Q : lưu lượng không khí, m3/s Pm : áp lực máy thổi, m η : hiệu suất máy nén khí η = 0,6 – 0,8. Chọn η = 0,7 Vậy chọn máy nén khí có công suất P = 15kW = 20Hp (1Hp = 0,7457kW) Tính toán đường ống dẫn khí Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính (10-15m/s), chọn Vkhí = 12m/s Lượng không khí cần cung cấp, Qk = 0,098m3/s Đường kính ống phân phối chính 0,1m Chọn ống nhựa PVC Фtrong100 Từ ống chính ta phân làm 17 ống nhánh cung cấp khí cho bể Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh Q’k = = 0,0058m3/s Vận tốc khí qua mỗi nhánh v’khí = 20 m/s Đường kính ống nhánh d = 0,02m Chọn ống nhựa PVC Фtrong=20 Tính toán đường ống dẫn nước thải vào bể Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 0,5m/s Lưu lượng nước thải Q = 150 m3/ngày=0,0017m3/s Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC, đường kính ống D = 0,066m Chọn ống PVC Фtrong80 Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn Lưu lượng bùn tuần hoàn Qt = 2,68 m3/h = 0,0007m3/s Vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện có bơm là 1- 2m/s Chọn vận tốc bùn trong ống v = 1m/s D = 0,03m Chọn ống PVC Фtrong30 Bơm bùn tuần hoàn Lưu lượng bơm Qt = 0,0007m3/s Cột áp của bơm H = 6m Công suất bơm N = 0,05kW Tính toán đường dẫn bùn dư Lưu lượng bùn dư Qxả = 5,55m3/ngày Chọn vận tốc bùn trong ống v=1 m/s D = 0,01m Chọn ống PVC Фtrong10 BỂ LẮNG 2: Diện tích mặt bằng của bể lắng S = Trong đó : Q : lưu lượng nước xử lý C0 : nồng độ cặn trong bể Aerotank (tính theo chất rắn lơ lửng) C0 = 4286 mg/l α : hệ số tuần hoàn , α = 0,43 Ct : nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn, Ct = 10000mg/l vL : vận tốc lắng của bề mặt phân chia (m/h) phụ thuộc vào nồng độ CL và tính chất của cặn vL = vmax.e-KCL.10-6 Trong đó : CL : nồng độ cặn tại mặt lắng L (bề mặt phân chia) CL = ½.Ct= ½.10000 = 5000 mg/l = 5000 g/m3 vmax = 7m/h K = 600 (cặn có chỉ số thể tích 50<SVI<150) → vL= 7.e-600.5000.10-6 = 0,35 m/h Diện tích phần lắng của bể S = 10,9m2 Lấy S = 12m2 Diện tích bể nếu tính thêm buồng phân phối trung tâm : Sbể = 1,1.12 = 13,2m2 Đường kính bể : Dbể = Đường kính buồng phân phối trung tâm : Dtt = 0,2.Dbể = 0,2.4,1 = 0,82m Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính bằng 0,9 đường kính bể, đường kính máng thu nước : Dmáng = 0,9.4,1 = 3,69m Chiều dài máng thu nước: L = π.Dmáng = π.3,69 = 11,6m Tải trọng thu nước trên 1 mét chiều dài máng : Tải trọng bùn : Xác định chiều cao bể Chọn chiều cao bể : H =4m Chiều cao dự trữ trên mặt thoáng : h1 = 0,3m Chiều cao cột nước trong bể : h = 4 – 0,3= 3,7m Chiều cao phần nước trong : h2 = 1,5m Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 8% về hướng tâm : h3= 0,08.Dbể/2= 0,08.4,1/2 = 0,164m Chọn h3 = 0,2m Chiều cao chứa bùn phần hình trụ : h4 = H – h1 – h2 – h3 = 4 – 0,3 – 1,5 – 0,2 = 2m Thể tích phần chứa bùn : Vb = Sbể.h4= 13,2.2 = 26,4m2 Nồng độ bùn trong bể : Lượng bùn chứa trong bể lắng : G = Vb.Ctb = 19,8.7,5 = 148,5 kg Thời gian lưu nước trong bể lắng Dung dịch bể lắng : Vbể = H.Sbể = 3,7.13,2 = 48,84 m3 Nước đi vào bể lắng : Qt = (1 + α).Q = (1 + 0,43).150 = 214,5 m3/ngày Thời gian lắng : Kích thước xây dựng bể : Đường kính 4,1m Chiều cao cột nước 3,7m Chiều cao tổng 4m Chiều cao phần chóp đáy 0,2m Thể tích thực của bể 48,84m3 Bể khử trùng : Hầu hết các giai đoạn xử lý trước đây không xử lý được virus gây bệnh (vi khuẩn có kích thước rất nhỏ). Để hoàn thiện cho toàn bộ quá trình xử lý thì cần phải dùng hoá chất có khả năng tiêu diệt toàn bộ mầm bệnh này. Sử dụng Clo (chất oxy hoá mạnh) bổ sung vào nước thải qua thiết kế bể nhiều vách ngăn nhằm tạo xáo trộn và sự tiếp xúc tốt hơn, thời gian lưu tại đây vào khoảng 45 phút. Bản chất tác dụng khử trùng là sự Oxy hóa phá hủy màng tế bào của vi sinh vật do đó chúng bị tiêu diệt, bể có thể tích 10m3. Nước thải đến đây đã đạt tiêu chuẩn loại A để xả ra nguồn tiếp nhận. PHỤ LỤC PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Giáo trình kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp. PGS.TS Hoàng Kim Cơ, PGS.TSKH Trần Hữu Uyển, PGS.TS Lương Đức Phẩm, PGS.TS Lý Kim Bảng, GVC, TS Dương Đức Hồng, Kỹ thuật môi trường. TS Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý chất thải. PGS.TS Hoàng Huệ, Xử lý chất thải. TS Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch. Nguyễn Phước Dân, Lâm Minh Triết, Ví dụ tính toán thiết kế nhà máy xử lý nước.