Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm công suất 500m3/ngày đêm

quá trình keo tụ. Trong bể keo tụ có sử dụng một môtơ khuấy với tốc độ thích hợp để kích thích quá trình tạo bông. Các hạt bùn keo tụ tạo ra có tỷ trọng lớn lắng xuống đáy bể lắng 1 sẽ được lấy ra ngoài nhờ van xả đáy. Sau đó nước được tràn vào bể aerotank để xử lý sinh học các hợp chất hữu cơ. Nước thải sau bể aerotank được lắng tại bể lắng 2, một phần bùn hoạt tính được tuần hòan lại cho bể aerotank, phần còn lại đem xử lý. Nước thải tiếp tục đến thiết bị lọc chậm để xử lý các vi sinh vật còn lại trong nước. Sau bể lọc chậm nước được thải ra nguồn tiếp nhận. Ưu điểm: Qui trình công nghệ đơn giản, dễ vận hành Chi phí đầu tư, vận hành và bảo dưỡng thấp Nhược điểm Xử lý nước thải với công suất vừa và nhỏ Không xử lý triệt để các chất có trong nước thải dệt nhuộm * Phương án 2 Ozon H2O Nước sau rửa lọc Chỉnh pH Nước thải Bể điều hòa Bể keo tụ, tạo bông Lắng I Thiết bị lọc áp lực Tháp hấp phụ Bể chứa nước để sử dụng lại Nước thải vào nguồn tiếp nhận Xử lí bùn Hóa chất Xử lí rác Thiết bị oxy hóa Song chắn rác thô Lưới lọc mịn Thuyết minh qui trình công nghệ: Nước thải trước tiên theo cống thu gom, qua song chắn rác để giữ lại các lọai rác có kích thước lớn, qua lưới lọc mịn giữ lại các cặn nhỏ hơn, sau đó chảy vào bể điều hòa, tại đây sẽ cho thêm hóa chất để điều chỉnh pH. Sau khi tập trung tại bể điều hòa, nước thải được bơm lên bể keo tụ, tạo bông. Trên ống dẫn vào bể keo tụ có 02 đường hóa chất châm vào là dung dịch keo tụ và dung dịch trợ lắng. Trong bể keo tụ có sử dụng một môtơ khuấy với tốc độ thích hợp để kích thích quá trình tạo bông. Các hạt bùn keo tụ tạo ra có tỷ trọng lớn lắng xuống đáy bể lắng 1 sẽ được lấy ra ngoài nhờ van xả đáy. Nước thải tiếp tục tự chảy đến bể chứa để từ đó có thể bơm đến thiết bị lọc áp lực. Sau khi qua bể lọc áp lực, một phần nước thải được xả ra nguồn tiếp nhận, một phần được nước thải được oxy hóa bằng ozôn nhằm oxy hóa hoàn toàn các chất còn lại. Sau đó, nước được đưa qua tháp hấp phụ để tái sử dụng nước. Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao, loại bỏ được các chất độc có trong nước thải dệt nhuộm Đảm bảo nước đầu ra đạt tiêu chuẩn Diện tích cho công trình nhỏ, thiết bị di chuyển dễ dàng Có thể tái sử dụng nước Nhược điểm: Chi phí vận hành cao nên hiệu quả về kinh tế thấp Nhận xét Cả hai phương án trên đều không được lựa chọn vì trong phương án 1 tuy là dễ vận hành nhưng nó chỉ thích hợp cho những quy mô vừa và nhỏ, đồng thời hiệu quả xử lý lại không cao. Phương án 2 có hiệu quả xử lý cao nhưng vận hành rất tốn kém và khó khăn. Do đó, nhóm xin đề xuất phương án xử lý nước thải dệt nhuộm có kết hợp cả phương pháp hóa lý và phương pháp sinh học cụ thể như sau: * Phương án 3 H2SO4 Phèn Chú thích: Chất lỏng Khí Bùn Chlorine (Cl2) Bùn thải Máy nén bùn Bể nén bùn Xe chở rác đi xử lý Nguồn nước thải Bể tiếp xúc Bể lắng II Bể Aerotank Bể lắng I Bể phản ứng Bể điều hòa Lưới chắn rác Nước thải sau xử lý Bùn tuần hoàn Nước tách bùn Bể chứa hóa chất Bơm áp lực (cấp khí) 3.1.4 Chức năng nhiệm vụ từng công trình đơn vị: 1. Song chắn rác Loại bỏ các vật có kích thước lớn như: lá khô, cành cây nhỏ, mảnh vụn… Ngoài ra, trong nước thải dệt nhuộm chứa nhiều xơ sợi li ti nên sau song chắn rác ta cần bố trí lưới chắn mịn nhằm giữ các xơ sợi có trong nước thải. Nước qua song chắn có vận tốc khoảng 0.6 m/s. 2. Bể điều hòa Nhằm điều hòa lưu lượng và ổn định nồng độ cho công trình xử lý phía sau. Trong bể có thiết bị định lượng hóa chất nhằm ổn định pH về khoảng 6.5-8.5 cho quá trình xử lý. Bể điều hòa được cấp khí nhờ hệ thống đĩa sục khí đặt dưới đáy bể nhằm tạo dòng khuấy trộn và duy trì tình trạng hiếu khí trong bể. 3. Bể phản ứng Sử dụng để hòa trộn các chất với nước thải nhằm điều chỉnh độ kiềm của nước thải, tạo ra bông cặn lớn có trọng lượng đáng kể và dễ dàng lắng lại khi qua bể lắng I. Ở đây sử dụng phèn nhôm để tạo ra các bông cặn vì phèn nhôm hòa tan trong nước tốt, chi phí thấp. 4. Bể lắng I Giữ lại phần cặn lơ lững (SS) có trong nước thải, các bông cặn lớn được tạo ra từ bể phản ứng sẽ được lắng ở đây, bể lắng I sẽ làm giảm tải lượng chất rắn cho công trình xử lý sinh học phía sau. 5. Bể Aerotank Aerotank hay còn gọi là bể bùn hoạt tính với sinh trưởng lơ lửng. Trong đó quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Các vi sinh vật dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn, chuyển hóa chúng thành chất trơ không tan và tạo ra tế bào mới. Quá trình chuyển hóa đó được thực hiện đan xen và nối tiếp nhau cho đến khi không còn thức ăn cho hệ vi sinh vật nữa. Nước thải sau khi xử lý sinh học hiếu khí được đưa qua bể lắng II. 6. Bể lắng II Bùn sinh ra từ bể Aerotank và các chất lơ lửng sẽ được lắng ở bể lắng II, nước thải sau lắng được dẫn vào bể tiếp xúc. Lượng bùn sinh ra từ bể lắng II sẽ được xả vào bể chứa bùn. 7. Bể nén bùn Cặn tươi từ bể lắng I và bùn hoạt tính từ bể lắng II có độ ẩm tương đối cao (99 – 99,2% đối với bùn hoạt tính và 92 – 96% đối với cặn tươi), bể nén bùn có nhiệm vụ làm giảm độ ẩm của bùn, sau đó bùn được đem đi xử lý. 8. Máy ép bùn Sau khi bùn qua bể nén bùn nó sẽ tiếp tục được chuyển vào máy ép bùn, tại đây thực hiện quá trình làm ráo phần lớn nước trong bùn sau khi đã qua bể thu bùn. Nồng độ cặn sau khi làm khô trên máy đạt từ 15% – 25%. 9. Bể tiếp xúc( khử trùng bằng clorin) Khử trùng nước bằng clo nhằm tiêu diệt vi sinh trước khi đưa nước đã qua xử lý ra hệ thống thoát nước chung, lượng vi khuẩn giảm khoảng 99%. Hóa chất dùng để khử trùng là nước Clo. 3.1.5 Thuyết minh quy trình công nghệ Nước thải thu gom đến song chắn rác sẽ được loại bỏ những tạp chất khô (vải, nilong...), sau đó nước thải tự chảy qua bể điều hòa và nhờ quá trình khuấy trộn kết hợp với thổi khí sơ bộ, nước thải được điều hòa về lưu lượng cùng với nồng độ các chất ô nhiễm như: BOD, COD, SS,... Ở ngay trên bể điều hòa ta dùng bơm định lượng bơm dung dịch H2SO4 để điều chỉnh pH về trung tính, thuận lợi cho các công trình xử lý sau. Tiếp theo nước thải từ bể điều hòa được bơm chìm lên bể phản ứng có khuấy trộn để thực hiện quá trình keo tụ các hạt cặn lơ lửng sau đó được bơm qua bể lắng I để loại bỏ các loại cặn thô, nặng có thể gây trở ngại cho các công đoạn xử lý sau. Nước thải từ bể lắng I tự chảy tràn qua bể Aerotank có xáo trộn.Tại bể Aerotank quá trình sinh học hiếu khí xảy ra và được duy trì nhờ không khí cấp khí từ máy thổi khí, các vi sinh vật hiếu khí (trên bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản. Hiệu xuất xử lý của Aerotank đạt khoảng 90 – 95%. Tiếp đến nước thải được dẫn sang bể lắng II và diễn ra lắng cặn hoạt tính, bùn sẽ lắng xuống đáy bể, nước thải phía trên được chảy tràn qua bể tiếp xúc khử trùng bằng dung dịch Clo, nhằm tiêu diệt vi khuẩn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Bùn từ bể lắng II một phần sẽ được tuần hoàn về bể Aerotank nhằm duy trì lượng vi sinh vật có trong bể. Một phần cùng với lượng bùn sinh ra từ bể lắng I sẽ được chuyển vào bể chứa bùn để tách nước, trong giai đoạn này polymer được châm vào nhằm tăng hiệu quả tách nước ra khỏi bùn. Nước tách bùn sẽ được tuần hoàn trở lại bể điều hòa. Lượng bùn từ bể chứa bùn sẽ được chuyển sang máy nén bùn sau đó sẽ được chở đi chôn lấp. Ưu điểm: Kết hợp được cả phương pháp hóa lý và sinh học. Hiệu quả xử lý cao. Ít tốn diện tích thích hợp với công suất thải của nhà máy. Quy trình công nghệ đơn giản, dễ vận hành. Nhược điểm Nước thải ra chỉ đạt tiêu chuẩn loại B. Chi phí đầu tư ban đầu cao. 3.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 3.2.1 Xác định mức độ cần thiết xử lý chất thải Mức độ cần thiết xử lý theo chất rắn lơ lửng C0 : Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải vào, C0 = 560 mg/l. Cra : Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau xử lý, Cra = 60 mg/l. Mức độ cần thiết xử lý theo BOD5 BOD5 : Hàm lượng BOD5 trong hỗn hợp nước thải vào, BOD5 = 860 mg/l BOD5 : Hàm lượng BOD5 trong nước thải sau xử lý, BOD5-ra = 100 mg/l Mức độ cần thiết xử lý theo COD Từ các kết quả tính toán trên ta nhận thấy nước thải của nhà máy dệt nhuộm này có mức độ cần thiết để xử lý rất cao tính theo BOD, COD do đó ta phải xử lý bằng biện pháp sinh học. 3.2.2 Lưới chắn rác a. Chức năng Lưới chắn rác có nhiệm vụ tách các vật thô như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, các mẩu đá, gỗ và các vật khác trước khi đưa vào các công trình xử lý phía sau. Lưới chắn rác có thể đặt cố định hoặc di động, lưới chắn rác giúp tránh các hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và gây tắt nghẽn bơm. b. Tính toán Các thông số thiết kế cho lưới chắn rác được thể hiện trong bảng bên dưới. Chọn lưới cố định dạng lõm có kích thước mắt lưới d = 0,35mm tương ứng với tải trọng LA = 700l/phut.m2, đạt hiệu quả xử lý cặn lơ lửng E = 15%. Các thông số thiết kế lưới chắn rác (hình nêm). Thông số Lưới cố định Lưới quay Hiệu quả khử cặn lơ lửng, %. 5 - 25 5 – 25 Tải trọng, L/m2.phút. 400 – 1200 600 – 4600 Kích thước mắt lưới, mm. 0,2 – 1,2 0,25 – 1,5 Tổn thất áp lực, m. 1,2 – 2,1 0,8 – 1,4 Công suất motor, Hp - 0,5 – 3 Chiều dài trống quay, m. - 1,2 – 3,7 Đường kính trống. - 0,9 – 1,5 Lưu lượng nước thải trung bình Qngđtb = 500 m3/ngđ Qhtb = 20,8 m3/h = 5,79*10-3 m3/s Giả sử lưới chắn rác được chọn theo thiết kế định hình có kích thước lưới B* L = 0,3* 0,7 m. Diện tích bề mặt lưới yêu cầu. Số lưới chắn rác Tải trọng làm việc thực tế Tổng lượng SS sau khi qua song chắn rác giảm 20% SS còn lại = 560*(1 – 0,2) = 450 (mg/l) 3.2.3 Bể điều hòa a. Chức năng Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống thu gom chảy về nhà máy xử lý thường xuyên dao động theo giờ và theo ngày, do đó bể điều hòa có tác dụng duy trì dòng chảy gần như không đổi, khắc phục những vấn đề vận hành do dự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý. Thu gom và điều hòa lưu lượng và thành phần các chất ô nhiễm như: BOD5, COD, SS, pH… Đồng thời máy nén khí cung cấp Oxy vào nước thải nhằm tránh sinh mùi thối tại đây và làm giảm khoảng 20 – 30% hàm lượng COD, BOD có trong nước thải. b. Tính toán Kích thước bể Thể tích bể điều hòa V = Qtbh*t = 20,8* 5 = 104 (m3) Với t là thời gian lưu nước trong bể điều hòa, chọn t = 3h Thể tích thực tế bể điều hòa = K* Bể điều hòa tính toán Với K là hệ số an toàn = 1,2 → Vtt = 104 * 1,2 = 124,8 (m3) Chọn Vtt = 125 m3 Chọn chiều cao hữu ích của bể hc = 3m Diện tích bể Chọn F = 45 m2 → Kích thước bể L*B = 15*3 (m). Chọn mực nước thấp nhất của bể điều hòa để cho bơm hoạt động là 0,5m. → Thể tích nước bể phải chứa là V = 0,5*45 + 104 = 126,5 (m2) → Mực nước cao nhất của bể là Chọn chiều cao an toàn là 0,5 m → Chiều cao của bể là H = 2,77 + 0,5 = 3,27 (m) → Chọn H = 3,5 m Thể tích xây dựng bể điều hòa Vxd = H * F = 3,5 * 45 = 157,5 (m3) Đường kính ống dẫn nước vào bể Trong đó v0 : Vận tốc nước chảy trong ống do chênh lệch cao độ, v0 = 0,3 – 0,9 m/s, chọn v0 = 0,7 m/s → Chọn ống nhựa PVC dẫn nước vào bể điều hòa Φ 110 mm Công suất bơm nước thải Công suất bơm Trong đó Q : Lưu lượng nước thải trung bình Q = Qtbs = 5,79*10-3 m3/s H : Chiều cao cột áp H = 10m η : Hiệu suất máy bơm η = 80% Công suất thực máy bơm lấy bằng 120% công suất tính toán Nthực = 1,2*N = 1,2 * 0,71 = 0,85KW = 1,2 Hp Cần 2 bơm có công suất 1,5 Hp hoạt động thay phiên nhau để bơm nước thải sang bể trung hòa (bể phản ứng). Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa Lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa Qkk = q * V * 60 Trong đó q : Lượng khí cần cung cấp cho 1 m3 dung tích vể trong 1 phút, q = 1-0,015 m3khí/ m3bể.phút, chọn q = 0,01 m3khí/ m3bể.phút (Nguồn: Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, năm 2004). V : Thể tích thực tế của bể điều hòa → Qkk = 0,01*125*60 = 75 (m3/h) = 0,021 (m3/s) Thiết bị phân phối khí trong bể điều hòa là các ống ngang đục lỗ, bao gồm 4 đường ống với chiều dài mỗi đường ống là 14m, đặt dọc theo chiều dài bể, đường ống đặt cách tường 1 m. Đường kính ống phân phối khí chính Trong đó Vk : Vận tốc khí trong ống dẫn chính, vk = 10 m/s → Chọn ống dẫn khí Φ = 90 mm vào bể điều hòa là ống thép. Lượng khí qua mỗi ống nhánh Đường kính ống nhánh dẫn khí Trong đó vkhí : Vận tốc khí trong ống nhánh, vkhí = 10 – 15 m/s, chọn vkhí = 12 m/s Chọn ống nhánh bằng thép, có đường kính Φ = 30mm Cường độ sục khí trên 1m chiều dài ống Lưu lượng khí qua 1 lỗ Trong đó vlỗ : Vận tốc khí qua lỗ, vlỗ = 5 – 20 m/s (TCXD – 51 – 84), chọn vlỗ = 15m/s. dlỗ : Đường kính lỗ, dlỗ = 2 – 5 mm, chọn dlỗ = 4 mm → Số lỗ trên 1 ống (lỗ) Chọn N = 30 lỗ/ống Số lỗ trên 1 m ống nhánh (lỗ/m) Chọn n = 2 lỗ Khi được phân phối đến các ống nhánh thông qua ống dẫn khí chính làm bằng sắt tráng kẽm, đặt trên thành bể dọc theo chiều rộng bể điều hòa. Ống dẫn khí được đặt trên giá đỡ ở độ cao 8cm so với đáy. Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí Hk = hd + hc + hf + H Trong đó hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, hd ≤ 0,4 m, chọn hd = 0,3 m. hc : Tổn thất cục bộ, hc ≤ 0,4 m, chọn hc = 0,2 m. hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối khí, hf ≤ 0,2 m, chọn hf = 0,5 m. H : Chiều sâu hữu ích của bể điều hòa, H = 3,5 m. → Hk = hd + hc + hf + H = 0,3 + 0,2 + 0,5 + 3,5 = 4,5 m. Áp lực máy thổi khí tính theo Atmosphere Năng suất yêu cầu Qkk = 75 (m3/h) = 0,021 (m3/s) Công suất máy thổi khí Trong đó Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí, KW. G : Trọng lượng của dòng không khí, kg/s. G = Qkk * ρkhí = 0, 021*1,3 = 0,0273 kg/s. R : Hằng số khí, R = 8,314 KJ/K.mol0K. T1 : Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1 = 273 + 25 = 2980K. P1 : Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1 = 1 atm. P2 : Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 = Pm + 1 = 1,05 atm. → (K = 1,395 đối với không khí). 29,7 : Hệ số chuyển đổi e : Hiệu suất của máy, chọn e = 0,8 Công suất thực của bơm bằng 1,2 công suất tính toán → Nt = 1,2*N = 0,168 (KW) ≈ 0,24 (Hp) → Tại bể điều hòa đặt 2 máy thổi khí 0,5 Hp hoạt động luân phiên nhau. Hiệu quả xử lý nước thải qua bể điều hòa Nồng độ cặn lơ lửng giảm 4%, còn lại 450 – (450*4%) = 432 (mg/l) Nồng độ BOD5 giảm 5%, còn lại 860 – (860*5%) = 814 (mg/l) Nồng độ COD giảm 5%, còn lại 1430 – (1430*5%) = 1357 (mg/l) Kết quả tính toán STT Tên thông số Đơn vị Số liệu 1 Chiều dài (L) m 15 2 Chiều rộng (B) m 3 3 Chiều cao tổng cộng (H) m 3,5 4 Lưu lượng không khí sục vào bể (Qkk) m3/h 75 5 Cường độ sục khí (q) m3/h.mdài 1,34 6 Đường kính ống sục khí chính (D) mm 90 7 Đường kính ống sục khí nhánh (d) mm 30 8 Đường kính lỗ sục khí (d) mm 4 9 Mực nước cao nhất (h) m 2,77 10 Mực nước thấp nhất (hmin) m 0,5 11 Khoảng cách giữa các lỗ mm 50 3.2.4 Bể phản ứng a. Chức năng Là nơi diễn ra quá trính keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi để các chất keo tụ tiếp xúc với cặn bẩn làm tăng khối lượng riêng các hạt cặn bẩn, đồng thời trong bể có thiết bị khuấy trộn nhằm tăng cường hiệu quả của quá trình. Bể có tác dụng bổ trợ tốt hơn cho các công trình xử lý tiếp theo đặc biệt là bể lắng 1 và bể Aerotank. b. Tính toán Thể tích bể Chọn thời gian lưu từ 30 – 60 phút, chọn t = 30 phút Để quá trình tạo bông xảy ra được tốt và gradient giảm từ đầu bể đến cuối bể. Chia làm 3 bể mỗi bể có thể tích V1 = V/3 = 3,5 m3 Chọn bể hình vuông B*L*H = 1,6m*1,6m*1,4m Chọn loại cánh khuấy là cánh guồng gồm 1 trục quay và 4 bản cách đặt đối xứng nhau. Trong bể đặt bốn tấm chắn ngăn chuyển động xoáy của nước, chiều cao tấm chắn 1,4m, chiều rộng 0,16m (1/10 chiều dài bể). Cánh guồng cách 2 mép tường một khoảng = (1,4 – 0,9)/2 = 0,25 (m) Đường kính cánh guồng D = Chiều rộng bể - 0,25*2 = 1,6 – 0.5 = 1,1 m Đường kính cánh cách mặt nước và đáy 0,3 m. Chiều dài cánh guồng d = H – 0,3 = 1,4 – 0,3 = 1,1 m Kích thước bản cánh Chọn chiều rộng bản 0,1 m Chọn chiều dài bản 0,8 m Diện tích bản cánh khuấy f = 0,8*0,1 = 0,08 m2 Tổng diện tích 4 bản Fc = 4*f = 4*0,08 = 0,32 m2 Tiết diện ngang của bể phản ứng Fu = 1,6*1,4 = 2,24 m2 Tỷ lệ diện tích cánh khuấy: Bán kính bản cánh khuấy: R1 = D/2 = 1,1/2 = 0,55 m R2 = 0,55 – 0,25 = 0,3 m Buồng phản ứng 1 Chọn số vòng quay cánh n = 8v/ph Năng lượng cần thiết cho bể N = 51 * C * f * v3 Trong đó f : Tổng diện tích của bản cánh khuấy (m2) v : Tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với mặt nước (m/s) C : Hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài l và chiều rộng b của bản cánh quạt: Khi l/b = 5 , C = 1,2 Khi l/b = 20 , C = 1,5 Khi l/b = 21 , C = 1,9 Tỷ số chiều dài và chiều rộng = 0,8/0,1 = 8 → C = 1,3 Diện tích bản cánh khuấy đối xứng f = 2*0,08 = 0,16 m2 Vận tốc tương đối của cánh khuấy so với nước v = 0,75 * (2 * π * R * n/60) Do có 2 bản cánh khuấy ứng với 2 bán kính R1 và R2, nên v1 = 0,75 * (2*π*0,55*8/60) = 0,3454 m/s v1 = 0,75 * (2*π*0,3*8/60) = 0,1884 m/s Năng lượng cần thiết cho bể N = 51 * C * f * v3 → N = 51*C*f*(v13 + v23) → N = 51 * 1,3 * 0,16 * (0,34543 + 0,18843) = 0,5 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước W = N/V = 0,5/3,5 = 0,143 W Gradien vận tốc: μ : Độ nhớt động lực của nước ở 250C, μ = 0,0089 kgm3/s Buồng phản ứng 2 Chọn số vỏng quay cánh khuấy n = 6 v/ph Vận tốc tương đối của cánh khuấy so với nước v = 0,75 * (2* π* R* n/60) Do có 2 bản cánh khuấy ứng với 2 bán kính R1 và R2, nên v1 = 0,75* (2* π* 0,55* 6/60) = 0,259 m/s v2 = 0,75* (2* π* 0,3* 6/60) = 0,1413 m/s Năng lượng cần thiết cho bể N = 51* C* f* (v13 + v23) N = 51* 1,3* 0,16* (0,2593 + 0,14133) = 0,21 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1 m3 nước W = N/V = 0,21/3,5 = 0,06 W Gradien vận tốc: Buồng phản ứng 3 Chọn số vỏng quay cánh khuấy n = 5 v/ph Vận tốc tương đối của cánh khuấy so với nước v = 0,75 * (2* π* R* n/60) Do có 2 bản cánh khuấy ứng với 2 bán kính R1 và R2, nên v1 = 0,75* (2* π* 0,55* 5/60) = 0,216 m/s v2 = 0,75* (2* π* 0,3* 5/60) = 0,118 m/s Năng lượng cần thiết cho bể N = 51* C* f* (v13 + v23) N = 51* 1,3* 0,16* (0,2163 + 0,1183) = 0,124 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1 m3 nước W = N/V = 0,124/3,5 = 0,035 W Gradien vận tốc: Nước từ bể phản ứng tự chảy qua bể lắng I do chênh lệch mực nước. Kết quả kiểm toán STT Thông số Đơn vị Số liệu 1 Chiều dài (L) m 1,6 2 Chiều rộng (B) m 1,6 3 Chiều cao (H) m 1,4 4 Sồ bể - 3 5 Đường kính cánh guồng (D) m 1,1 6 Bán kính cánh guồng R1 m 0,55 7 Bán kính cánh guồng R2 m 0,3 3.2.5 Bể lắng I a. Chức năng Khi nước thải chảy liên tục vào bể lắng 1 thì dưới tác dụng của trọng lực các hạt phân tán nhỏ, các chất lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy bể và được tháo ra ngoài. b. Tính toán Chọn bể lắng đợt 1 có dạng tròn, nước thải vào từ tâm và thu nước theo chu vi (bể lắng ly râm). Bảng 1.4: Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng ly tâm Thông số Giá trị Trong khoảng Đặc trưng 1. Thời gian lưu nước (h) 2. Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Lưu lượng trung bình Lưu lượng cao điểm 3. Ống trung tâm: Đường kính Chiều cao 4. Chiều sâu H của bể lắng (m) 5. Đường kính D của bể lắng (m) 6. Độ dốc đáy (mm/m) 7. Tốc độ thanh gạt bùn (v/ph) 1,5 – 2,5 32 – 48 32 – 48 80 – 120 (15 – 20%)D (55 – 65%)H 3 – 4,6 3 – 60 62 – 167 0,02 – 0,05 2 40 3,7 12 - 45 83 0,03 Nguồn: Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp tính toán thiết kế công trình, trang 482, Năm 2004. Diện tích bề mặt lắng LA : Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Chọn : LA = 40 (m3/m2.ngày) → Đường kính bể lắng: Chọn D = 4 m Đường kính ống trung tâm: d = 15%D = 0,6 (m) Chiều cao tổng cộng của bể lắng đợt I Htc = H + hn + hth + h` = 3 + 1,8 + 0,15 + 0,3 = 5,25 (m) Chiều cao phần hình nón Chọn α = 450 → Chọn: Chiều cao bể lắng : H = 3 m Chiều cao phần hình nón : hn = 1,8 m Chiều cao lớp trung hòa : hth = 0,15 m Chiều cao bảo vệ : hbv = 0,3 m Chiều cao ống trung tâm Htt = 60%H = 0,6* 3 = 1,8 (m) Đường kính phần loe ống trung tâm Dloe = 1,35* d = 1,35* 0,8 = 1,08 (m) Đường kính tấm ngăn: dh = 1,3* d = 1,3* 0,8 = 1,04 (m) Khoảng cách từ mép ngoài của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm ngăn theo mặt phẳng qua trục. Trong đó vk = 0,02 m/s: Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt. dn : Đường kính đáy nhỏ của hình chóp cụt, chọn dn = 0,4 m → Kiểm tra lại thời gian lưu nước trong bể lắng Thể tích phần lắng Thời gian lưu nước Tải trọng máng tràn Thể tích tổng cộng của bể Chọn Vbể = 70 (m3) Tính toán máng thu nước Chọn Bề rộng máng: bm = 0,25 m Chiều sâu: hm = 0,3 m Đường kính trong máng thu Dmt = D + 2*b = 4 + 2* 0,2 = 4,4 (m) Với b : Bề dáy thành bể , b = 0,2 (Treo TCXD-51-84) Đường kính ngoài máng thu Dm = Dmt + bm = 4,4 + 0,25 = 4,65 (m) Chiều dài máng thu đặt theo chu vi bể Lm = π*Dmt = 3,14* 4,4 = 13,816 (m) Tải trọng thu nước trên bề mặt máng Tính máng răng cưa Drc = D = 4 (m) Chiều dài máng răng cưa lm = π* Drc = 3,14* 4 = 12,56 (m) Chọn Số khe: 4 khe/1m dài, khe tạo góc 900 Bề rộng răng cưa: brăng = 100 mm Bề rộng khe: bk = 150 mm Chiều sâu khe: hk = bk/2 = 150/2 = 75 (mm) Chiều cao tổng cộng của máng răng cưa: htc = 200 mm Tổng số khe: n = 4lm = 4* 12,56 = 50,24 (khe) = Chọn n = 51 khe Lưu lượng nước chảy qua một khe Tải trọng thu nước trên 1 máng tràn Chiều sâu ngập nước của khe Trong đó Cd : Hệ số chảy tràn, Chọn Cd = 0,6 θ : Góc răng cưa (θ = 900) Bể lắng I có bố trí hệ thống thanh gạt ván nổi và máng thu ván nổi Tổng chiều dài máng thu ván nổi Lm = 0,7* Drc = 0,7* 4 = 2,8 (m) Bố trí một máng thu váng nổi máng dài Chiều cao máng : hm = 0,8 m Đường kính ống thu váng nổi: Dvn = 150 mm Vận tốc của thanh gạt váng nổi và thanh gạt bùn v= 0,03 v/ph Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng ra ngoài Chọn vận tốc nước trong ống dẫn v = 0,8 m/s (Theo điều 2.6.2 TCVN-51-84). Đường kính ống dẫn nước Vậy chọn ống PVC có Φ = 110 mm Tính toán hệ thống thu xả cặn Thể tích phần lắng Lượng cặn cần xả là 60% trong thời gian 30 phút Vậy lượng cặn cần xả = 36,8* 0,6/(60*30) = 0,012 (m3/s). Chọn vận tốc xả cặn là v = 1 m/s. Đường kính ống xả cặn là Chọn đường kính ống dẫn bùn Φ = 141 mm Hiệu quả xử lý cặn 80% và tải trọng 40m3/m2.ngày. Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày Mtươi = 86,4gSS/m3* 500m3/ngày* (0,8)/1000g/kg = 34,56 kgSS/ngày Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học Mtươi (VSS) = 34,56 kg/ngày* 0,75 = 25,92 kg/ngày Trong đó : tỷ số VSS/SS = 0,75 Quá trình nén bùn trọng lực xảy ran gay tại phần đáy của bể lắng I. Bùn dư từ bể lắng I được đưa vào bể nén bùn. Xác định hiệu quả xử lý BOD5, COD và SS Ở bể lắng I hiệu quả lắng cặn SS từ 70 – 90%, với hiệu quả xử lý 80% và BOD5 từ 25 – 50% với hiệu quả xử lý 30%, hiệu quả khử màu đạt 92%. Cặn lơ lửng SS sau bể lắng I SS = 432* (1 – 0,8) = 86,4 (mg/l) BOD5 còn lại sau bể lắng I BOD5 = 814* (1 – 0,3) = 570 (mg/l) COD còn lại sau bể lắng I COD = 1357* (1 – 0,3) = 950 (mg/l) Độ màu của nước thải sau bể lắng I Độ màu = 1000* (1 – 0,92) = 80 (Pt – Co). Kết quả tính toán STT Thông số Đơn vị Số liệu 1 Đường kính m 4 2 Chiều cột nước m 4,95 3 Chiều cao tổng m 5,25 4 Chiều cao phần chóp đáy 45% m 1,8 5 Thể tích thực của bể m3 70 6 Thời gian lưu nước (t) h 1,74 7 Đường kính máng thu nước (Dmáng) m 4,65 8 Đường kính máng răng cưa (Drăng cưa) m 4 9 Đường kính ống dẫn nước ra bể (Ddẫn nước) mm 110 10 Đường kính ống dẫn bùn ra bể (Dbùn) mm 141 3.2.6 Bể Aerotank a. Chức năng Là thiết bị chủ yếu để xử lý COD, BOD trong dòng thải bằng hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí. Ngoài ra, nó còn có tác dụng giảm một số tác nhân ô nhiễm khác trong dòng thải như TS, các muối SO42-, NO3-... Bể Aeroten có quá trình cấp khí nhằm cung cấp lượng oxy cần thiết cho quá trình hoạt động của các vi sinh vật, đồng thời ngăn ngừa việc lắng bùn trong bể - tránh xảy ra sự phân hủy yếm khí gây ảnh hưởng đến quá trình. Sản phẩm phân hủy sinh học là khí CO2, H2O và bùn hoạt hóa (sinh khối). b. Tính toán Số liệu tính toán Hàm lượng BOD5 của nước thải dẫn vào Aerotank, S0 = 570 ml/l Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải dẫn vào Aerotank SS = 86,4 mg/l Hàm lượng BOD5 trong nước thải cần đạt sau xử lý S = 50 mg/l Lưu lượng trung bình của nước thải trong 1 ngày đêm Qtbng = 500 m3/ngd Hàm lượng chất lơ lửng cần đạt sau xử lý 50 mg/l, trong đó là chất rắn dễ phân hủy sinh học. Nhiệt độ nước thải, t = 250C Chất lơ lửng trong chất thải đầu ra là chất rắn sinh học chứa 80% chất dễ bay hơi (Z = 20%) % cặn hữu cơ là a = 75% (chất có khả năng phân hủy sinh học). Thông số lựa chọn (Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Bảng 6-1, Trang 91, Năm 2000) Thời gian lưu bùn, θc = 3 – 15 ngày Tỷ số F/M = 0,2 – 0,6 kgBOD5/kgVSS.ngày Tải trọng thể tích, Ls = 0,32 – 0,64 kgBOD/m3.ngày Nồng độ bùn sau khi hòa trộn X = 2500 – 4000 mg/l Hệ số hô hấp nội bào, Kd = 0,06 – 0,15 ngày-1 Tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính, Qth/Q = 0,25 – 1 Tỷ số BOD5/COD, F = 0,6 Hệ số sản lượng bùn, Y = 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5 Xác định hàm lượng BOD5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra Tổng BOD5 ra = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng Nồng độ BOD5 của nước thải đầu ra: BOD5ra ≤ 50 mg/k Hàm lượng chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra B = 50* 0,75 = 37,5 mg/l COD của chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra c = 37,5 mg/l* 1,42 (mgO2 tiêu thụ/mg tế bào oxy hóa)* (1 – 0,2) = 42,6 mg/l BOD5 của chất lơ lửng ở đầu ra d = 42,6* 0,424 = 18,06 (mg/l) BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra e = BOD5 cho phép – d = 50 - 18,06 = 31,94 (mg/l) Hiệu quả xử lý Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan Hiệu quả xử lý tính theo COD Tính toán kích thước bể Aerotank Thể tích bể Aerotank Trong đó Q : Lưu lượng trung bình ngày. Y : Hệ số sản lượng bùn, chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5 θc : Thời gian lưu bùn, Chọn θc = 3 ngày X : Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong bùn hoạt tính, chọn X = 2500 mg/l Xb : Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, chọn Xb = 8000 mg/l Kd : Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1 S0 : Nồng độ BOD5 của nước thải dẫn vào bể aerotank, S0 = 570 mg/l S : Nồng độ BOD5 hòa tan của nước thải ra bể aerotank, S = 41,78 mg/l → Chọn V = 162 m3 Trong đó chọn Chiều cao hữu ích của bể Aerotank, H = 4 m Chiều cao bảo vệ bể Aerotank, hbv = 0,5 m Chiều cao xây dựng của bể Aerotank Hxd = H + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Diện tích mặt bằng của bể Aerotank Chọn Aerotank gồm 1 đơn nguyên với kích thước L* B* H = 6* 6 * 4,5 (m) Thời gian lưu nước trong bể Aerotank Tính toán lượng bùn tuần hoàn Thông thường người vận hành hệ thống tuần hoàn bùn sẽ lấy khoảng 40 – 70% tổng lượng bùn hoạt tính sinh ra, ngoài ra chúng ta cũng có thể tính theo công thức: Chh : Nồng độ bùn hoạt tính trong hỗn hợp nước – bùn chảy từ aerotank đến bể lắng II, Chh = 2000 – 3000 mg/l, lấy Chh = 2400 mg/l. Cll : Nồng độ chất lơ lửng trong nước thải chảy vào aerotank, Cll = 86,4 mg/l. Cth : Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, Cth = 5000 – 6000 mg/l, lấy Cth = 5800 mg/l. Lưu lượng trung bình của hỗn hợp bùn hoạt tính tuần hoàn: Vậy, ta có Tính toán đường ống dẫn nước Từ bể lắng đợt I, nước thải tự chảy sang bể Aerotank. Sau quá trình xử lý sinh học nước thải tiếp tục chảy sang bể lắng đợt II. Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể Aerotank Trong đó vn : Vận tốc nước tự chảy trong ống dẫn do chênh lệch cao độ vn = 0,3 – 0,9 m/s; chọn vn = 0,7 m/s Chọn ống nhực PVC dẫn nước ra khỏi bể Aerotank có Φ 110 mm Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn Trong đó Qth : Lưu lượng bùn tuần hoàn, Qth = 339,66 m3/ngày. vb : Vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện bơm, vb = 1 – 2 m/s, chọn vb = 1,5m/s. → Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa PVC, đường kính Φ 60 mm Tính bơm bùn tuần hoàn Công suất bơm Qt : Lưu lượng bùn tuần hoàn, Qt = 339,66 m3/ngày = 3,93* 10-3 m3/s. H : Chiều cao cột áp, H = 5 m η : Hiệu suất máy bơm, chọn η = 0,8 Công suất thực của bơm lấy bằng 120% Công suất tính toán Nthực = 1,2* N = 1,2* 0,241 = 0,289 KW = 0,39 Hp Chọn công suất bơm thực 0,5 Hp Xác định lượng không khí cần thiết cung cấp cho bể Aerotank Lượng không khí đi qua 1m3 nước thải cần xử lý (lưu lượng riêng của không khí). Trong đó S0 : Nồng dộ BOD5 đầu vào, S0 = 570 mg/l K : Hệ số sử dụng không khí, chọn K = 14 g/m4. H : Chiều cao hữu ích của bể Aerotank, H = 4 m. Thời gian cần thiết thổi không khí vào bể Aerotank I : Cường độ thổi khí, I phụ thuộc vào hàm lường BOD20 của nước thải dẫn vào bể Aerotank và BOD20 sau xử lý, chọn I = 6,7 m3/m2.h Lượng không khí cần thiết thổi vào bể Aerotank trong ngày V = D* Qngtb = 20,36* 500 = 10.180 (m3/ngày). → V = 0,12 m3/s. Lượng không khí cần thiết để chọn máy nén khí là q = 0,12* 2 = 0,24 (m3/s). Hệ số an toàn khi sử dụng máy nén là 2. Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng đĩa, đường kính d = 240 mm, chiều cao h = 100 mm, lưu lượng khí qua mỗi phân phối, q = 200 l/phút.đĩa Số lượng đĩa thổi khí cần lắp đặt trong bể Aerotank Vậy số đĩa thổi khí cần lắp đặt trong bể Aerotank là 36 cái. Áp lực và công suất của máy nén khí Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định như sau Hct = hd + hc + hf + H hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, chọn hd = 0,2 (m). hc : Tổn thất cục bộ, chọn hc = 0,2 (m). hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối, chọn hf = 0,5 (m). H : Chiều sâu hữu ích của bể, H = 4m. Hct = 0,2 + 0,2 + 0,5 + 4 = 4,9 (m). Áp lực không khí sẽ là Công suất máy thổi khí Trong đó Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí, KW G : Trọng lượng của dòng không khí, kg/s G = Qkk* ρkhí = 0,51* 1,3 = 0,663 (kg/s) R : Hằng số khí, R = 8,314 KJ/Kmol0K T1 : Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1 = 273 + 25 = 2980K P1 : Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1 = 1 atm P2 : Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 = Pm + 1 = 0,0494 + 1 = 1,05 atm → (K = 1,395 đối với không khí) 29,7 : Hệ số chuyển đổi e : Hiệu suất của máy, chọn e = 0,8 → Công suất thực của bơm bằng 1,2 công suất tính toán → Nt = 1,2*Pmáy = 1,2* 3,4 = 5,472 (Hp) Tại bể Aerotank đặt 2 máy thổi khí 6 Hp hoạt động luân phiên nhau. Cách phân phối đĩa thổi khí trong bể. Khí từ ống dẫn chính phân phối ra 9 đường ống phụ (đặt dọc theo chiều rộng bể) để cung cấp cho bể Aerotank. Trên mỗi đường ống dẫn khí phụ lắp đặt 18 đầu ống thổi khí dạng đĩa. Khoảng cách giữa hai đường ống dẫn khí phụ đặt gần nhau là 0,8 m. Khoảng cách giữa hai đường ống ngoài cùng đến thành bể là 0,8 m. Khoảng cách giữa hai đầu thổi khí gần nhau là 0,8 m. Khoảng cách giữa các đầu thổi khí ngoài cùng đến thành bể (chiều dài bể) là 0,7m. → Kích thước trụ đỡ là: L* B* H = 0,2 m* 0,2 m* 0,2 m Tính toán đường ống dẫn khí Lượng khí qua mỗi ống nhánh Chọn số lượng ống nhánh phân phối khí là 9 ống Đường kính ống dẫn khí chính Trong đó vk : Vận tốc khí trong ống dẫn chính, vk = 15 m/s Chọn ống dẫn khí chính là ống thép, đường kính Φ 160 mm Đường kính ống nhánh dẫn khí Trong đó v : Vận tốc khí trong ống nhánh, v = 15 m/s → Chọn loại ống dẫn khí nhánh là ống thép, đường kính Φ 60 mm Kiểm tra lại vận tốc Vận tốc khí trong ống chính Vận tốc khí trong ống nhánh Kết quả tính toán STT Thông số Đơn vị Số liệu 1 Chiều dài (L) m 6 2 Chiều rộng (B) m 6 3 Chiều cao tổng cộng (H) m 4,5 4 Lưu lượng không khí sục vào bể Aerotank (OK) m3/s 0,24 5 Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh (qk’) m3/s 0,03 6 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể Aerotank (Dn) mm 110 7 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn (Db) mm 60 8 Đường kính ống dẫn khí chính (Dk) mm 160 9 Đường kính ống dẫn khí nhánh (dk) mm 60 10 Số lượng đĩa phân phối trong bể Aerotank cái 36 11 Số lượng ống nhánh phân phối khí ống 9 12 Thời gian tích lũy cặn thực tế Ngày 30 13 Thời gian lưu nước trong bể Aerotank h 8 Hiệu quả khử màu của bể Aerotank là 50% Độ màu còn lại sau xử lý sinh học Độ màu = 80* (1 – 0,5) = 40 (Pt – Co). 3.2.7 Bể lắng II a. Chức năng Sau khi qua bể Aerotank, hầu hết các chất hữu cơ trong nước thải bị loại hoàn toàn. Tuy nhiên, lượng bùn hoạt tính trong nước thải là rất lớn, bể lắng II có nhiệm vụ tách lượng bùn sinh học sinh ra trong bể Aerotank ra khỏi dòng thải, một phần dòng bùn lắng được tuần hoàn trở lại bể Aerotank để duy trì lượng bùn sinh học trong bể, phần còn lại được bơm vào bể chứa bùn. b. Tính toán Diện tích bể tính toán Trong đó Q : Lưu lượng nước xử lý Q = 500 m3/ngày = 20,8 m3/h C0 : Nồng độ bùn duy trì trong bể Aerotank (tính theo chất rắn lơ lửng) C0 = β* X = 2500/0,8 = 3125 mg/l = 3125 g/m3 α : Hệ số tuần, với α = 0,68 (kết quả tính toán ở bể Aerotank) Ct : Nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn Ct = 8000 mg/l = 8000 g/m3 VL : Vận tốc lắng của bề mặt phân chia ứng với CL, xác định bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, do không có điều kiện thí nghiệm ta có thể lấy giá trị VL theo công thức sau: Trong đó CL : Nồng độ cặn tại mặt cắt L (bề mặt phân chia) Vmax = 7 m/h K = 600 (cặn có chỉ số thể tích 50 < SVI < 150) Vậy diện tích bể tính toán α : Hệ số tuần hoàn, α = 0,25 – 0,75 chọn α = 0,68 Diện tích của bể nếu bể thêm buồng phân phối trung tâm S’ = 1,1* 21 = 23,1 (m2) Kích thước bể lắng Đường kính bể Chọn D = 6 m Xác định chiều cao bể Chọn chiều cao bể H = 3,3 m, chiều cao dự trữ trên mặt thoáng h1 = 0,3. Chiều cao cột nước trong bể 3 m bao gồm. Chiều cao phần nước trong h2 = 1,1 m. Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 2% về tâm h3 = 0,02* (D/2) = 0,02* (6/2) = 0,06 (m) Chiều cao chứa bùn phần hình trụ h4 = 3,7 – h2 – h3 = 3,7 – 1,8 – 0,06 = 1,84 (m) Thể tích phần chứa bùn trong bể Vb = S* h4 = 23,1* 1,84 = 42,504 (m3) Ống trung tâm Đường kính buồng phân phối trung tâm: dtt = 0,20* D = 0,20* 6 = 1,2 (m) Đường kính ống loe d’ = 1,35* dtt = 1,35* 1,2 = 1,62 (m) Chiều cao ống loe (h’ = 0,2 – 0,5 m), chọn h’ = 0,3 m Đường kính tấm chắn d” = 1,3* d’ = 1,3* 1,62 = 2,106 (m) Chiều cao từ ống loe đến tấm chắn (h” = 0,2 – 0,5 m), chọn h” = 0,3 m. Diện tích buồng phân phối trung tâm F = π*d2/4 = 3,14* (1,2)2/4 = 1,1304 (m2) Diện tích vùng lắng của bể SL = 23,1 – 1,1304 = 21,96 (m2) Tải trọng thủy lực Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể Thời gian lưu nước trong bể lắng Dung tích bể lắng V = 3,7* S = 3* 23,1 = 70 (m3) Lượng nước đi vào bể lắng QL = (1 + α)* Q = (1 + 0,68)* 500 = 840 (m3/ngày) Thời gian lắng Máng thu nước Ta chọn Bề rộng máng: bm = 0,25 m Chiều sâu: hm = 0,3 m Đường kính trong máng thu Dmt = D + 2* b = 6 + 2* 0,2 = 6,4 (m) Với b: Bề dày thành bể, b = 0,2 Theo TCXD51-84. Đường kính ngoài máng thu Dmn = Dmt + bm = 6,4 + 0,25 = 6,65 (m) Chiều dài máng thu đặt theo chu vi bể Lm = π* Dmt = 3,14* 6,4 = 20,1 (m) Tải trọng thu nước trên bề mặt máng Máng răng cưa Đường kính máng răng cưa dm = Dmáng = 6 m Chiều dài máng răng cưa lm = π* dm = 3,14* 6 = 18,84 (m) Chọn Số khe: 4 khe/1m dài, khe tạo góc 900 Bề rộng răng cưa: brăng = 100 mm Bề rộng khe: bkhe = 150 mm Chiều sâu khe: hk = bk/2 = 150/2 = 75 (mm). Chiều cao tổng cộng của máng răng cưa: htc = 200 mm. Tổng số khe: n = 4*lm = 4* 18,84 = 75,36 (khe) = → Chọn n = 76 khe Lưu lượng nước chảy qua một khe Tải trọng thu nước trên một máng tràn Chiều sâu ngập nước của khe Trong đó Cd : Hệ số chảy tràn (chọn Cd = 0,6) θ : Góc răng cưa (θ = 900) = 0,02 (m) < 0,75 (m) Tính toán ống dẫn nước thải ra khỏi bể Chọn vận tốc nước chảy trong ống v = 0,7 m/s Lưu lượng nước thải ra Q = 500 m3/ngd Đường kính ống Chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ = 110 mm. Kết quả tính toán STT Thông số Đơn vị Số liệu 1 Đường kính m 6 2 Chiều cao cột nước m 3 3 Chiều cao tổng m 3,3 4 Chiều cao phần chóp đáy 2% m 0,06 5 Thể tích thực của bể m3 186,5 6 Thời gian lưu nước (t) h 2 7 Đường kính máng thu nước (Dmáng) m 6,65 8 Đường kính máng răng cưa (Drăng cưa) m 6 9 Đường kính ống dẫn nước ra bể (Ddẫn nước) mm 110 10 Đường kính ống dẫn bùn ra bể (Dbùn) mm 90 3.2.8 Bể nén bùn (kiểu đứng) a. Chức năng Bùn hoạt tính dư ở ngăn lắng có độ ẩm cao (99.4%) cần thực hiện quá trình nén bùn để đạt độ ẩm thích hợp (96-97%) cho quá trình nén cặn ở máy ép bùn. Nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư. b. Tính toán: Lượng bùn hoạt tính được dẫn đến bể nén bùn: Bd = (α* Cll) – Ctr = (1,3* 86,4) – 12 = 100,32 (mg/l). Bd : Hàm lượng bùn hoạt tính dư, mg/l. α : Hệ số tính toán lấy bằng 1,3 (vì đây là bể aerotank xử lý hoàn toàn). Cll : Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng II, Ctr = 86,4 mg/l. Ctr : Hàm lượng bùn hoạt tính trôi theo nước ra khỏi bể lắng II, Ctr = 12 mg/l. Lượng tăng bùn hoạt tính dư lớn nhất được tính theo công thức. Bd.max = K* Bd = 1,15* 100,32 = 115,368 (mg/l). K : Hệ số bùn tăng trưởng không điêu hòa tháng, K = 1,15 – 1,2. Lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất giờ được tính theo công thức Diện tích hữu ích của bể nén bùn: (m2) Trong đó: Q = lưu lượng bùn hoạt tính dẫn vào bể nén bùn, Q = 0,795(m3/h) v1 = tốc độ chảy của chất lỏng ở vùng lắng trong bể nén bùn kiểu lắng đứng, lấy theo Điều 6.10.3 – TCXD-51=84: v1= 0,1mm/s. Diện tích ống trung tâm của bể nén bùn đứng: (m2) Trong đó: v2 = tốc độ chuyển động của bùn trong ống trung tâm, v2=28-30mm/s, chọn v2= 28mm/s. Diện tích tổng cộng của bể nén bùn đứng F = F1 + F2 = 0,6 + 2.10-3 = 0,602 (m2). Đường kính của bể nén bùn (m). Đường kính ống trung tâm (m). Đường kính phần loe của ống trung tâm d1 = 1,35d = 1,35 * 0,05 = 0,07 (m). Đường kính tấm chắn dch = 1,3d1 = 1,3 * 0,07 = 0,1 (m). Chiều cao phần lắng của bể nén bùn H1 = v1 * t * 3600 = 0,0001 * 10 * 3600 = 3,6 m Trong đó: t – thời gian lắng bùn lấy theo Bảng 3 – 12 , t = 10h Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 450, đường kính bể D = 2 m và đường kính của đỉnh đáy bể: 0,2 m sẽ bằng: m Chiều cao phần bùn hoạt tính đã nén hb = h2 – h0 – hth = 1,1 – 0,25 – 0,3 = 0,55 m Trong đó: h0 – khoảng cách từ đáy ống loe đến tâm tấm chắn, h0=0,25-0,5m, chọn h0=0,25m hth – chiều cao lớp trung hòa, hth= 0,3m. Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn Htc = h1 + h2 + h3 = 3,6 + 1,1 + 0,3 = 5 m Trong đó: h3 – khoảng cách từ mực nước trong bể nén bùn đến thành bể, h3 = 0,3 m. Nước tách ra trong quá trình nén bùn được dẫn trở lại aerotank để tiếp tục xử lý. 3.2.9 Máy nén bùn a. Chức năng Máy làm khô cặn bằng lọc ép băng tải, thực hiện quá trình làm ráo phần lớn nước trong bùn sau khi đã qua bể thu bùn. Nồng độ cặn sau khi làm khô trên máy đạt từ 15% – 25%. b. Tính toán Máy nén làm việc 6 giờ một ngày, 1 tuần làm việc 2 ngày. Lượng cặn đưa vào máy trong một tuần Qt = 7* Q = 7* 24* 0,2 = 33,6 (m3) Với Q là lượng bùn thải mỗi ngày. Lượng cặn đưa vào máy 1 giờ Lượng cặn đưa vào máy trong 1 giờ tính bằng kg/h q’ = q* S* P = 2,8* 1,02* 0,05 = 0,1428 (tấn/h) = 143 (kg/h) Trong đó: S : Tỷ trọng dung dịch bùn, S = 1,02 (tấn/m3) P : Nồng độ bùn vào, P = 5%. Chiều rộng băng tải nếu chọn năng suất 200 kg/m chiều rộng.h Chọn máy có chiều rộng băng 1,0 m; năng suất 200 kg cặn/m.h 3.2.10 Bể tiếp xúc a. Chức năng Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa khoảng 105 – 106 vi khuẩn trong 1 ml. Bể tiếp xúc có chức năng tiêu diệt các loại vi khuẩn này trước khi thải ra môi trường. Người ta thường sử dụng Clo hơi, dùng hypoclorit – canxi dạng bột (Ca(ClO)2), hypoclorit – natri, nước zavel (NaClO),... b. Tính toán Lượng Clo cần sử dụng Lượng Coliform còn lại sau bể lọc sinh học Trong đó Ni : Số Coliform nước thải vào, Ni = 108 (Số coliform/100 ml nước). E : Hiệu quả khử trùng của quá trình xử lý sinh học (%), E = 90%. → Liều lượng Clo cho vào Trong đó Nt : Số Coliform còn lại sau thời gian tiếp xúc t, chọn Nt = 200MPN/100ml Ct : Lượng Clo yêu cầu, mg/l. t : Thời gian tiếp xúc, phút. → Chọn thời gian tiếp xúc t = 30 phút → Ct = 5,2 (mg/l). Chọn lượng Clo cần dùng là 6 mg/l Lượng Clo châm vào bể tiếp xúc Q : Lưu lượng tính toán của nước thải, Q = 500 m3/ngd. a : Liều lượng Clo hoạt tính, a = 4 g/m3 Clo sẽ được cho liên tục vào bể tiếp xúc bằng thiết bị định lượng Clo bảo đảm lượng Clo mỗi giờ là 0,083 kg = 83g. Các thông số thiết kế bể tiếp xúc Clo Thông số Giá trị Tốc độ dòng chảy (m/ph) Thời gian tiếp xúc (ph) Tỷ số Dài/rộng Số bể tiếp xúc (1 hoạt động, 1 dự phòng) ≥ 2 – 4,5 15 – 30 ≥ 10/1 ≥ 2 Nguồn: Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và Công nghiệp, Bảng 10-15, Trang 473, Năm 2004. Tính thể tích bể V = Qngtb* t t : Thời gian tiếp xúc, t = 30 phút. Q : Lưu lượng tính toán của nước thải, Q = 500 m3/ngày. → Chọn vận tốc dòng chảy trong bể tiếp xúc v = 2,5 (m/ph). Tiết diện ngang bể tiếp xúc Chọn diện tích bể F = 12 m2 Giả sử chiều cao hữu ích của bể tiếp xúc H = 0,9 m. Chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m. Chiều cao bể tiếp xúc là: Hb = H + hbv = 0,9 + 0,3 = 1,2 (m). Chiều rộng bể: Chọn B = 1 m. Chiều dài tổng cộng của bể Kiểm tra lại tỷ số L/B → Vậy kích thước bể đạt yêu cầu Để giảm chiều dài xây dựng ta chia bể ra làm 10 ngăn chảy ziczac. Chiều rộng mỗi ngăn B = 1 m. Chiều dài mỗi ngăn sẽ là: Vậy kích thước mỗi ngăn tiếp xúc bằng Clo L* B* H = 1,2m* 1m* 1,2m Ta có tối 10 ngăn chứa Clo Tính toán đường ống dẫn nước Vận tốc nước trong ống dẫn ra bể tiếp xúc: v = 0,8 m/s. Đường kính ống dẫn nước ra Vậy chọn ống PVC có Φ = 110 mm. Kết quả tính toán STT Thông số Đơn vị Số liệu 1 Chiều dài (L) m 12 2 Chiều rộng (B) m 1 3 Chiều cao (H) m 1,2 4 Số ô - 10 5 Thời gian tiếp xúc Phút 30 6 Lượng hóa chất NaClO 10% l/ngày 7,4 7 Đường kính ống dẫn nước mm 110 3.2.11 Bể trộn hóa chất Ta có thể chọn phèn nhôm hay phèn sắt nhưng để đạt hiệu suất cao ta nên sử dụng hỗn hợp phèn nhôm và phèn sắt theo tỷ lệ 1:1. Chọn lượng phèn nhôm cần sử dụng là 60mg/l. Lượng phèn nhôm dùng trong một ngày là M = 60* 250* 103/10-6 = 15 (kg/ngày). Lượng phèn sắt cần dùng là 15 (kg/ng). Lượng dung dịch phèn nhôm 10% cần dùng là Mdd10% = M/C% = 15/10% =150 (kg/ ngày). C: nồng độ dung dịch phèn (c= 10 – 15 %) Lượng phèn nhôm dùng trong một ngày Qphèn = Mdd10%/ =150/1000 = 0,15 (m3/ngày) = 6,25 (l/giờ). Lưu lượng phèn sắt cần thiết là 6,25 l/ giờ Lượng nước cần thiết để pha phèn (150 - 15)*2/1000 = 0,27 m3/ngđ Dùng bơm định lượng một hoạt động, một dự phòng lưu lương là 6,25*2 =12,5 (l/h). Thể tích bể trộn phèn: V = Q.T = 0,27*8/24 = 0,1 (m3). T: thời gian lưu Chọn chiều cao bể trộn phèn gấp 1,5 lần đường kính Đường kính bể: D === 0,3 (m). H = 1.5 D = 0,5 (m). Dùng máy khuấy trộn cơ khí để hòa tan lượng phèn trên Đường kính cánh khuấy d = D/2 = 0.15m Năng lượng cho cánh khuấy hoạt động: =2002* 0.001* 0,1= 4 (W). G là gradiant vận tốc (chọn G =200 S-1) :độ nhớt của nước ở 200 c V: thể tích bể Chọn máy khuấy tuabin cánh nghiêng 450, đường kính cánh khuấy 0,15 m. Đặt máy khuấy sao cho khoảng cách từ cánh khuấy đến đáy là 0.55 m. Công suất máy khuấy N = = 4/0.8 = 5 (W). : công suất hữu ích của máy (chọn 80 %). 3.3 TÍNH TOÁN HÓA CHẤT SỬ DỤNG 3.3.1 Bể chứa Urê (nồng độ 10%) và van điều chỉnh dung dịch Urê (cho vào bể Aerotank) Trong xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính, tỷ lệ BOD:N = 100:5, do đó với BOD5 vào là 570 mg/l. Lượng N cần thiết sẽ là: Phân tử lượng của Urê (H2N-CO-NH2) = 60 Khối lượng phân tử: N2 = 2* 14 = 28 Tỷ lệ khối lượng: Lượng Urê cần thiết = Lưu lượng nước thải trung bình cần xử lý : Q = 500 m3/ng. Lượng Urê tiêu thụ cho đối với lưu lượng 500 m3/ng = Nồng độ dung dịch Urê cung cấp mỗi ngày = 10% (hay 100 kg/m3) tính theo khối lượng. Lưu lượng dung dịch Urê cung cấp: Thời gian lưu dung dịch = 15 ngày Thể tích bể yêu cầu Vbể = q* t = 0,31* 15 = 4,65 (m3) Chọn 2 bơm (1 vận hành, 1 dự phòng) Đặc tính bơm định lượng Q = 0,31 (m3/ngày) = 13 (l/h), áp luc75 1,5bar. 3.3.2 Bể chứa axit photphoric (H3PO4) và van điều chỉnh châm H3PO4 (cho vào bể Aerotank) Tỷ lệ BOD:P = 100:1 do vậy vấy BOD5 vào là 570 mg/l thì Lượng P cần thiết là: Sử dụng axit phophoric làm tác nhân cung cấp P Tỷ lệ khối lượng: Lượng H3PO4 cần thiết = Lưu lượng nước thải trung bình cần xử lý : Q = 500 m3/ng. Lượng tiệu thụ = Nồng độ H3PO4 sử dụng = 10% = 10 kg/m3. Dung dịch H3PO4 cung cấp : Thời gian lưu = 7 ngày. Thể tích bể yêu cầu: Vbể = q* t = 0,901* 7 = 6,307 (m3). Đặc tính bơm định lượng Q = 0,901 (m3/ng) = 37,5 (l/h), áp lực 1,5bar. 3.3.3 Bể chứa dung dịch axit H2SO4 và bơm châm H2SO4 (cho vào bể điều hòa) Lưu lượng thiết kế: Q = 20,8 m3/h pHvào max = 10 pHtrung hòa = 7 K = 0,000005 mol/l Nồng độ dung dịch H2SO4 = 10% Trọng lượng riêng dung dịch = 1,84 Liều lượng châm vào = Thời gian lưu = 7 ngày Thể tích cần thiết bể chứa = 0,554* 24* 7 = 93,1 (l/ng) Chọn 2 bơm châm axit H2SO4: 1 vận hành, 1 dự phòng. Đặc tính bơm định lượng Q = 0,006 l/h, áp lực 1,5 bar. 3.3.4 Chất trợ lắng polymer dạng bột sử dụng ở bể lắng I Lượng bùn khô = kg/ng Thời gian vận hành = 2 h/ng Lượng bùn thô trong 1 giờ = 216/2 = 108 kg/h Liều lượng polymer = 5 kg/tấn bùn Liều lượng polymer tiêu thụ = (5*108)/1000 = 0,54 (kg/h) Hàm lượng polymer sử dụng = 0,2% Lượng dung dịch châm vào = 0,54/2 = 0,27 m3/h Chọn một hệ thống châm polymer Công suất 0,27 m3/h Tất cả các bể pha chế và chứa hóa chất phục vụ cho hệ thống xử lý nước thải được đặt chung trong một bể lớn có nhiều ngăn riêng biệt, gọi là bể hóa chất và thường xuyên được kiểm tra giám sát. CHƯƠNG 4 KHÁI TOÁN KINH TẾ 4.1 Phần xây dựng STT Tên công trình Thể tích (m3) Số lượng Đơn giá (đồng/m3) Thành tiền (triệu đồng) 1 Lưới chắn rác 1 3.000.000 3 2 Bể điều hòa 47,22 1 1.500.000 70,830 3 Bể phản ứng 4,416 3 1.500.000 19,872 4 Bể lắng 1 37,15 1 1.500.000 55,716 5 Bể aerotank 60,156 1 1.500.000 90,234 6 Bể lắng 2 41,25 1 1.500.000 61,875 7 Bể tiếp xúc 13,884 1 1.500.000 20,826 8 Bể nén bùn 16,48 1 1.500.000 24,73 9 Máy nén bùn 1 450.000.000 450 10 Nhà điều khiển 1 30.000.000 30 Tổng cộng: 827.083.000 đồng. 4.2 Phần thiết bị STT Phần thiết bị Số lượng Đơn giá (đồng/m3) Thành tiền (triệu đồng) 1 Bơm chìm 2 10.000.000 20 2 Máy thổi khí 2 8.000.000 16 3 Bơm định lượng hóa chất 3 8.000.000 24 4 Tấm chặn váng bọt – bể lắng I + II 4 1.000.000 4 5 Máng tràn răng cưa - bể lắng I + II 4 1.000.000 4 6 Giàn gạt cặn - bể lắng I + II 2 35.000.000 70 7 Motơ kéo giàn gạt cặn 2 bể lắng 3Hp 2 30.000.000 60 8 Ống phân phối trung tâm bể lắng I + II 2 1.700.000 3,4 9 Máng thu ván nổi bể lắng I + II 4 1.500.000 6 10 Máy thổi khí ở Aerotank 2 65.000.000 130 11 Bơm bùn tuần hoàn 2 10.000.000 20 12 Cánh khuấy bể phản ứng 3 11.000.000 33 13 Máy khuấy bể trộn 2 8.000.000 16 14 Tủ điện điều khiển 1 23.000.000 23 15 Các thứ khác: ống điện, ống nước, van khóa, lan can,… 80.000.000 80 Tổng cộng: 509.400.000 đồng Tổng vốn đầu tư cơ bản bao gồm chi phí khấu hao xây dựng 30 năm và chi phí khấu hao máy móc 15 năm + = 92.294.150 (đồng/năm). 4.3 Phần quản lý vận hành Chi phí công nhân Máy vận hành cụm công nghiệp liên tục chia làm 2 ca; mỗi ca 2 người. Lương công nhân trung bình 2.000.000 đồng/tháng. Lương cán bộ, trung bình 3.200.0000 đồng /tháng. Lương công nhân 4 người * 2.000.000 đồng/tháng * 12 tháng/ năm = 96.000.000 đống/năm Lương cán bộ 1 người * 3.200.000 đồng/tháng * 12 tháng/năm = 38.400.000 đống/năm Tổng chi phí công nhân Tcn = 96.000.000 + 38.400.000 = 134.400.000 đồng/năm 4.4 Chi phí điện năng STT Thành phần Thông số kỹ thuật Số lượng Máy hoạt động Giờ hoạt động Điện năng tiêu thụ 1 Bơm chìm bể điều hòa 1.5 Hp 1,2 KW 2 1 24 28,8 2 Máy thổi khí bể điều hòa 0,5Hp 0,375 KW 2 1 12 4,5 3 Bơm định lượng hóa chất 0,5Hp 0,375 KW 1 4 12 4,5 4 Moto kéo giàn gạt cặn 3Hp 2,235 KW 2 2 24 108 5 Máy thổi khí ở Aerotank 6Hp 4,5 KW 2 1 12 54 6 Bơm tuần hoàn 0,5Hp 0,375 KW 2 1 24 9 7 Máy khuấy dd bể trộn 0,5Hp 0,375 KW 2 1 4 1,5 Tổng cộng: 210,3 KW/ngày. Chi phí điện năng Tđ = 210,3* 365* 2.000 (đồng/KW) = 153.519.000 (đồng/ năm). 4.5 Chi phí hóa chất Chi phí cho dung dịch Polimer dạng bột trợ lắng 0,27kg/h* 2h/ng* 365ngay/năm* 50.000đ/kg = 9.855.000 đồng/năm. Chi phí cho dung dịch H2SO4 để trung hòa nước thải 0,0057l/h* 24h/ngày* 365ngày/năm* 8.500đ/l = 424.500 đồng/năm. Chi phí cho phèn dạng bột để xử lý nước thải 30kg/ngày* 365ngày/năm* 5.000đ/kg = 54.750.000 đông/năm. Chi phí cho H3PO4 để xử lý nước thải 11l/ngày* 365ngày/năm* 8.500đ/l = 34.127.500 đồng/năm. Cho phí cho Urê dạng bột để xử lý nước thải 31kg/ngày* 365ngày/năm* 5.000đ/kg = 56.575.000 đồng/năm. Chi phí cho dung dịch Clo lỏng 0,004kg/m3* 500m3/ngày* 365ngày/năm* 4.000đ/kg = 2.920.000 đồng/năm. Tổng chi phí hóa chất cho 1 năm Thc = 9.855 + 424,5 + 54.750 + 34.127,5 + 56.575 + 2.920 = 158.472 (ngàn đồng/năm). 4.6 Chi phí sửa chữa nhỏ Chi phí sữa chữa nhỏ hàng năm ước tính bằng 1% tổng số vốn đầu tư vào công trình xử lý. Tsc = 0,01* 92.294.150 = 922.000 (đồng/năm). 4.7 Tính giá thành chi phí xử lý 1m3 nước thải T = Tv + Tcn + Tđ + Thc + Tsc = 92.294.000 + 134.400.000 + 153.519.000 + 158.472.000 + 922.000 = 446.500.000 (đồng/năm). Giá thành xử lý cho 1m3 nước thải Tài liệu tham khảo Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, Năm 1996. Hoàng Văn Huệ, Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình, Viện Môi Trường và Tài Nguyên, Năm 2002. Lâm Minh Triết (Chủ biên), Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - Tính toán thiết kế công trình, NXB Đại học Quốc gia TP. HCM, Năm 2008. Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo Dục, Năm 2002. Nguyễn Văn Phước, Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học, Tập 14, Trường Đại học Quốc gia TP. HCM. Tiêu chuẩn Xây Dựng TCXD – 51 – 84, Thoát nước màng lưới bên ngoài và công trình, Viện Môi Trường và Tài Nguyên, Đại học Quốc gia TP. HCM. TCVN 5945 – 1995. Trần Huế Nhuệ, Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Xây Dựng, Năm 2000. Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, NXB Xây Dựng, Năm 2004. Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, Năm 2000. Sổ tay xử lý nước, Tập 1 và 2, NXB Xây Dựng, Năm 1999.