Đồ án Xử lý nước thải nhà máy sữa, lưu lượng 2400 m3/ngày đêm

phụ thuộc vào kích thước của khe song. Hinh 2.1.Song chắn rác Bể lắng cát Thường đặt phía sau song chắn rác,và đặt trước bể điều hòa lưu lượng. Bể lắng cát hoạt động theo nguyên tắc lắng trọng lực nhầm loại bỏ các cặn thô, nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, xương cá,...để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn. Bể tách dầu mỡ Thiết bị thu dầu thường đặt trước cửa xã vào cống chung hoặc trước bể điều hòa và sau bể lắng cát và bể lắng đợt 1. Ta cần quan tâm đến chất béo vì nó bịt kín đường ống dẫn, phá vỡ cấu trúc bùn hoạt tính ở bể Aroten; cản trở quá trình lên men; che phủ mặt thoáng, cản trở xâm nhập ôxi vào nước Quá trình tách dầu mỡ được thực hiện bằng cách hòa tan vào nước những bọt khí, những bọt khí này bám vào các hạt cặn làm tỷ trọng tổ hợp cặn khí giảm, lực đẩy nổi xuất hiện, khi lực nổi đủ lớn hỗn hợp cặn – khí nổi lên mặt nước và được gạt ra ngoài. Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng Có thể đặt sau song chắn rác, trước trạm bơm, bơm đều nước thải lên bể lắng đợt I. Nhằm mục đích điều hòa lưu lượng cũng như chất lượng nước trong các công trình trong hệ thống xử lý chất thải. Thường có các thiết bị khuấy trộn nhằm hòa trộn để sn bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ hệ thống thể tích nước thải có trong bể và ngăn ngừa cặn lắng trong bể , pha loãng nồng độ các chất độc hại nếu có để đảm bảo chất lượng của nước thải là ổn định đối với hệ thống xử lý sinh học phía sau. Trong bể cũng phải đặt thiết bị thu gom và xả bọt, ván nổi. Bể lắng đợt I Nhằm tách các chất rắn lơ lửng có trong nước dựa trên nguyên tắc lắng trọng lực. Bể lắng đợt I là một công trình sơ bộ thường được áp dụng khi đưa nước thải tới một công trình xử lý phức tạp hơn. Ngoài việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng, bể lắng đợt I có thể làm giảm bớt tải lượng BOD, COD cho công trình xử lý sinh học phía sau. Căn cứ vào chiều nước chảy trong bể, người ta phân biệt thành các dạng: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng ly tâm. Hinh 2.2. Bể lắng đợt 1 2.2.2. Xử lý nước bằng phương pháp hóa lý Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng sinh hóa diễn ra giữa các chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào. Những phản ứng xảy ra có thể là phản ứng oxy hóa khử, phản ứng trung hòa tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy tạo chất đọc hại. Các phương pháp hóa lý thường được ứng dụng nhiều nhất là oxy hóa và trung hòa. Nói chung bản chất của quá trình xử lý chất thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thải. Phương pháp đông tụ Là quá trình làm thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương, thường sử dụng để tách các hạt có kích thước 1÷1000 mm. Sự đông tụ diễn ra dưới ảnh hưởng của chất đông tụ, chất đông tụ trong nước tạo thành các bông Hydroxit kim loại, lắng nhanh dưới tác dụng của trọng lực. Các bông này có khả năng hút các hạt keo, các hạt lơ lửng và kết hợp chúng lại với nhau. Chất đong tụ thường là muối nhôm, muối sắt, vá các hợp chất của chúng, việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hóa lý, giá thành, pH, nồng độ tạp chất trong nước. Phương pháp keo tụ Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các tạp chất cao phân tủ vào nước. Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các hạt phân tử chất keo tụ bị hấp thụ trên các hạt lơ lửng. Sự keo tụ được tiến hành nhầm thúc đẩy quá trình tạo bông Hydroxit nhôm và sắt với mục đích tăng vận tốc lắng của chúng. Việc sở dụng chất keo tụ cho phép giảm lượng chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ và tăng vận tôc lắng Chất keo tụ thường dùng có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp chất keo tự nhiên là tinh bột, Este, Xenlulose, Dectrin(C6H10Ò5)n, chất keo vô cơ là Dioxit Silic đã hoạt hóa (xSiO2.yH2O), chất keo tụ hữu cơ tổng hợp (-CH2-CH-CO-NH2-), Poliacrilamit kỹ thuật (PAA), PAA hoạt hóa. Phương pháp tuyển nổi Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhằm loại bỏ các tạp chất không tan và khó lắng hoặc có thể dùng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt. Tuyển nổi được áp dụng để xử lý nước thải của nhiều nghành xuất như: chế biến dầu mỏ, tơ sợi nhân tạo, giấy xenlulo, da, hóa chất, thực phẩm, chế tạo máy. Quá trình này được thực hiện bằng cách đưa các bọt khí mịn vào pha loãng. Bọt khí mịn dín bám vào các hạt, và lực đẩy nổi đủ lớn để đẩy các hạt bám dính bọt khí lên bề mặt. Hiệu quả phân riêng của tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước và bông bóng khí. Kích thước tối ưu của không khí là 15÷30mm. Các dạng tuyển nổi: tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch, tuyển nổi với việc cho không khí qua vật liệu xốp, tuyển nổi hóa học, tuyển nổi điện, tuyển nổi với sự tách khng khí bằng cơ khí. Phương pháp thấp phụ Phương pháp này được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan trong nước bằng một lớp vật liệu lọc. Chất hấp thụ thường được sử dụng là: tha hoạt tính, chất thải của vài ngành sản xuất( tro, rỉ, mạt cưa), chất hấp thụ vô cơ (đất sét, silicagen, keo nhôm)... 2.2.3. xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Mục đích cơ bản của phương pháp xử lý sinh học là lợi dụng các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật (VSV) để phân hủy chất hữu cơ, làm keo tụ các chất keo lơ lửng không lắng được trong nước thải. Các VSV sử dụng một số chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dưỡng và tạo ra năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên khối lượng sinh khối được tăng lên. Xử lý sinh học gồm các bước Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc Cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và các vở tế bào vi sinh Tạo ra các bông cặn sinh học gờm các tế bào sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải Loại các bông cặn sinh học ra khổi nước bằng quá trình lắng trọng lực Do VSV đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên tùy vào tính chất hoạt động và môi trường sống của chúng, ta có thể chia phương pháp sinh học thành 2.2.3.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nước. Việc xử lý nước thải phải được thực hiện trên các công trình: Hồ sinh vật Là các thủy vực tự nhiện hoặc nhân tạo, không lớn, nhưng ở đáy sẽ diễn ra quá trình chuyển hóa các chất bẩn với vai trò quan trọng là loại ra các chất bẩn và tảo. Cơ chế chung của quá trình: khi tảo vào hồ, do vận tốc nước chảy nhỏ, các loai cặn lắng được lắng xuống đáy. Các chất bẩn hữu cơ còn lại sẽ bị vi khuẩn thấp phụ và ôxi hóa. Vi khuẩn sử dụng oxy do rong tảo sinh ra và oxy từ không khí để tạo ra sinh khối của nó, CO2, các muối nitrat, nitrit,... Để hồ tự nhiên hoạt động bình thường cần giữa giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không thấp hơn 60C. Theo bảng chất của quá trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh vật ra các loại Hồ sinh vật hiếu khí: Là hồ mà ánh sáng có thể thường xuyên qua nước xuống mặt đáy. Ở hồ này quá trình quang hợp của tảo được thực hiện trong toàn bộ tầng nước nên sự khuyết tán oxy qua bề mặt và quang hợp là những yếu tố chính cung cấp oxy cho nước. Chất hữu cơ dược oxy hóa chủ yếu là nhờ hô hấp của vi khuẩn hiếu khí. Hồ sinh vật tùy tiện: Hồ có độ sâu từ 1.5-2.0m. thời gian lưu nước trong hồ là 5 đến 30 ngày.Trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiều sâu lớp nước có thể diễn ra hai quá trình oxy hóa hiếu khí và lên men yếm khí các chất bẩn hữu cơ. Vi khuẩn và tảo trong hồ có vai trò tương hỗ đóng vai trò cơ bản đối với sự chuyển hóa các chất. Oxy cung cấp cho quá trình chuyển hóa chất hứu cơ chủ yếu là do quang hợp của tảo và khuyếch tán từ khí quyển qua bề mặt hồ. Ngoài ra, các vi khuẩn tuỳ tiện hoặc vi khuẩn kị khí còn sử dụng oxy liên kết từ Nitrit, Nitrat, Sunfat,...để oxy hóa chất chất hữu cơ. Hồ sinh vật kị khí: Trong hồ kị khí, quá trình chuyển hóa chất bẩn chủ yếu diễn ra trong lớp cặn lắng và lớp nước sâu thiếu oxy. Hồ thường sâu 2.5÷5m và thời gian lưu nước từ một đến 20 ngày phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Cánh đồng tưới, cánh đồng lọc Là những khoảng đất canh tác có thể tiếp nhận và xử lý nước thải. Xử lý nước thải trong điều kiện này diễn ra dưới tác động của VSV, ánh sáng mặt trời, không khí và dưới ảnh hưởng của các hoạt đọng sống thực vật, chất thải hấp thụ và giữ lại trong đất, sau đó VSV có sẵn trong đất sẽ phân hủy chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ. Nước thải khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng sử dụng, phần còn lai đổ vào hệ thống tưới tiêu nước, ra sông và bổ sung cho nước nguồn. Hinh 2.3.cánh đòng lọc sinh học 2.2.3.2. Xử lý nước bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo a) xử lý nước sinh học trong môi trường kị khí trong điều kiện không có oxy, các chất hữu cơ có thể bị phân hủy nhờ VSV và sản phẩm cuối cùng của quá trình này là các chất khí như Metan (CH4) và cacbonic (CO2) được tạo thành. Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ vi khuẩn kị khí chủ yếu diễn ra theo nguyên lý lên men qua các bước: Phân hủy chất hữu cơ và các chất béo thành các chất hữu cơ đơn giản => nguồn năng lượng và dinh dưỡng cho vi khuẩn hoạt động. Các nhóm vi khuẩn kị khí thực hiện quá trình lên men axit, chuyển hóa các chất hữu cơ đơn giản thành các loại axit hữu cơ thông thường như axit acetic hoặc glixerin,axetat... CH3CHOOH + 2H2O g CH3COOH +CO2 + 3H2 CH3CH2CH2COOH + 2H2O g 2CH3COOH +2H2 Các nhóm vi khuẩn kị khí bắt buộc lên men kiềm (chủ yếu là các loại vi khuẩn lên men meetan như Methanosarcina và Methanothrix) đã chuyển hóa axit acetic và Hydro thành CH4 và CO2. CH3CHOOH " CO2 + CH4 CH3CHOO + 2H2O g CH4 +CH4 + HCO3 HCO3 + 4H2 g CH4 + OH + 2H2O Quá trình lên men diễn ra trong hai điều kiện nhiệt độ: lên men ấm ở nhiệt độ từ 29÷380C và lên men nóng ở nhiệt độ 49-570C. Khi lên men nóng, tốc độ phân hủy chất hữu cơ tăng gần hai lần so với lên men ấm. Độ pH thích hợp từ 6.6÷7.6 với giá trị tối ưu xấp xỉ 7.0. Trong đó quá trình lên men, pH của hỗn hợp chất hữu cơ sẽ thay đổi từ mức thấp lên mức cao. Yêu cầu nồng độ các chất dinh dưỡng trong nước thải là: COD:N:P=350:5:1. Hàm lượng kim loại nặng như Cu, Zn, Ni phải ở mức thấp. Các loại bể kị khí Các loại bể lắng nước thải kết hợp với lên nem bùn cặn lắng Trong quá trình này diễn ra quá trình lắng cặn nước thải và lên men bùn cặn lắng. Đó là bể tự hoại, bể lắng 2 vỏ, bể lăng kết hợp với ngăn lên men,... Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc Bể lọc kị khí: trong bể này có lắp các giá thể VSV bám dính, là các loại vật liệu hình dạng, có kích thước khác nhau, đóng vai trò như vật liệu lọc. Các dòng nước thải có thể đi từ trên xuống hoặc từ dưới lên. Các chất hữu cơ được vi khuẩn hấp thụ để tạo thành CH4 và các loại khí khác. Bể phản ứng kị khí có dòng nước thải đi qua các dòng cặn lơ lửng: dạng điển hình là bể lọc ngược qua tầng bùn kị khí (UASB). b)Xử lý sinh học trong môi trường hiếu khí khi đưa nước thải vào các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí, các chất hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ sẽ được hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn. Sau đó chúng được chuyển hóa và phân hủy nhờ vi khuẩn. Quá trình này gồm 3 giai đoạn: Khuyếch tán, chuyển dịch và hấp thụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt tế bào vi khuẩn. Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tế bào vi khuẩn. Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng tổng hợp sinh khối từ chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn. Các chất đầu tiên bị oxy hóa để tạo thành năng lượng là cacbohydrat và một số chất hữu cơ khác. Quá trình này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của men ngoại bào. Một phần chất bẩn được vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn (màng bán thấm) vào bên trong và tiếp tục oxy hóa để giải phóng ra năng lượng hoặc tổng hợp thành tế bào chất. Sinh khối VSV sẽ tăng lên. Trong điều kiện thiếu nguồn dinh dưỡng, tế bào chất lại tạo ra lại bị oxy hóa nội bào để tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt động sống. Trong quá trình oxy hóa sinh hóa hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, lưu huỳnh, phopho cũng chuyễn hóa thành Nitrat (NO3-), photphat (PO43-). CO2 và nước. Khi môi trường cạn cacbon hữu cơ, các loại vi khuẩn nitrat hóa (nitrosomonas) và nitrit hoa (nitrobacter) thực hiện quá trình Nitrat hóa. Xử lý nước theo nguyên lí lọc – dính bám Khi nước thải tưới qua lớp vật liệu lọc bằng các phần tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ bị thấp phụ, sinh sống và phát triển trên bề mặt đó. Vi khuẩn dính bám vào vật rắn nhờ chất gelatin do chúng tiết ra và có thể di chuyển dễ dàng ở trong lớp chất nhầy này. Đầu tiên vi khuẩn tập trung ở một khu vực, sau đó chúng phát triển lan dần phủ kính bề mặt vật liệu lọc, sau một thời gian, màng sinh vật được hình thành và chia thành hai lớp: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí được oxy khuyếch tán và xâm nhập, lớp trong là lớp thiếu khí (anoxic). Bề dày màng VSV từ 600-1000mm, trong đó phần lớn là vùng hiếu khí. Thành phần sinh vật chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn có các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn,... sau một thời gian hoạt động, màng sinh vật dày lên, các chất khí tích tụ bên trong tăng lên và màng bị tách khỏi vật liệu lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước tăng lên. Sự hình thành các màng VSV mới được lập lại. Điều kiện làm việc bình thường của công trình xử lý nước thải loại này là nước thải có pH từ 6.5-8.5, đủ oxy, hàm lượng cặn lơ lửng không vượt quá 150 mg/l. Nếu hàm lượng chất hữu cơ lớn (BOD5 > 200 mg/l), nước thải cần được pha loãng. Bao gồm các công trình: bể lọc sinh học nhỏ giọt, bể lọc sinh học cao tải, đĩa lọc sinh học; bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước. Xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính: Bùn hoạt tính là tổng hợp những VSV tự hình thành khi thổi không khí vào nước thải. Đó là những VSV có khả năng hấp thụ và oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải khi có mặt của oxy. Khi nước thải đi vào bể thổi khí (bể aeroten), các bông bùn hoạt tính được hình thành và hạt nhân của nó là các phân tử cặn lơ lửng. Các loại vi khuẩn đến cư trú tăng dần cùng với hoạt động nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn,... tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ. Vi khuẩn và VSV dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N,P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành tế bào mới. Trong aeroten lượng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó được tách ra khỏi bể lắng đợt II. Một phần bùn được quay về bể aeroten để tham gia xử lý nước thải theo chu trình mới. Quá trình chuyển hóa chất bẩn trong bể xử lý nước thải được thực hiện từng bước xen kẽ và kết nối. Một vài loại vi khuẩn tấn công vòa chất hữu cơ hoặc có nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, cần có thời gian để chuyển hóa thì phần bùn hoạt tính tuần hoàn phải tách riêng và sục oxy cho chúng tiêu hóa thức ăn đã hấp thụ. Quá trình này gọi là tái sinh bùn hoạt tính. Quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bao gồm các giai đoan: Khuấy trộn tạo điều kiện tiếp xúc nước thải với bùn hoạt tính. Cung cấp oxy để vi khuẩn và các VSV khác oxy hóa chất hữu cơ Tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải Tái sinh bùn hoạt tính tuần hoàn và đưa chúng về bể aeroten Phân loại theo nguyên lý làm việc: Các ông trình xử lý sinh học không tuần hoàn: các loại aeroten trộn có hoặc không có ngăn tái sinh bùn hoạt tính. Các công trình xử lý sinh học hoàn toàn : các loại bể aeroten, kênh oxy hóa. Các công trình xử lý sinh học nước thải kết hợp ổn định bùn: nay là các bể aeroten, hô fsinh học thổi khí hoặc kênh oxy hóa tuần hoàn với thời gian làm thoáng kéo dài. Các công trình xử lý sinh học có tách các nguyên tố dinh dưỡng như Nitơ và photpho: trong các công trình ngoài việc oxy hóa các chất hữu cơ và cacbon, còn diễn ra quá trình Nitrat hóa (trong điều kiện hiếu khí), khử nitrat (trong điều kiện hiếu khí-anoxic) và hấp thụ photpho trong bùn. Các công trình điển hình là các loại bể aeroten hệ Bardenpho, kênh oxy hóa hoàn toàn. CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1. Lựa chọn công nghệ xử lý 3.1.1. Mức độ cần thiết xử lý nước thải Bảng 3.1: Tính chất nước thải Thành phần Đơn vị Giá trị QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) pH 5-11 5,5-9 BOD5 mg/L 2600 50 COD mg/L 3200 150 SS mg/L 2000 100 TN mg/L 70 40 TP mg/L 35 6 Dầu mỡ mg/L 15 5 Hiệu quả xử lý SS: n = = 95% Hiệu quả xử lý COD : n = = 95.3% Hiệu quả xử lý BOD : n = = 98.3% 3.1.2. Lựa chọn sơ đồ công nghệ Lựa chọn bể tuyển nổi Trong ngành sản xuất sữa các hạt cặn lơ lững và hạt chất lỏng (dầu,mỡ) có hàm lượng cao, nếu không xử lý ngoài ảnh hưởng đến nguồn tiếp nhận, lượng dầu mỡ trong nước thải sẽ gây ức chế các quá trình hoạt động của VSV và làm giảm hiệu quả của bể xử lý sinh học. Do đặc điểm của cặn trong quá trình sản xuất sữa là các hạt nhẹ khó lắng, nên sử dụng bể tuyển nổi sẽ có ưu điểm hơn so với phương pháp lắng và tách được hoàn toàn các hạt nhẹ lắng chậm, giảm thời gian lắng. Lựa chọn bể xử lý kị khí UASB Bản chất của nước thải chế biến sữa là sự pha loãng của sữa và các sản phẩm từ sữa, chứa nhiều chât hữu cơ hòa tan với thành phần chính là Protein, chất béo, Lactose và nói chung là không độc hại hoặc không có ảnh hưởng đến việc vận hành các phương pháp xử lý sinh học. Vì vậy các quá trình sinh học được xem là thích hợp nhất. Do hàm lượng BOD đầu vào của nước thải khá cao là 2600mg/l cho nên trước khi vào bể xử lý hiếu khí, ta cho qua bể xử lý UASB nhầm giảm BOD5 xuống khoản 300-600 mg/l trước khi xử lý triệt để hơn bằng các công trình hiếu khí. Lựa chọn bể xử lý hiếu khí Aeroten Sau khi sử lý kị khí, nước thải được tiếp tục xử lý hiếu khí, trong xử lý hiếu khí có nhiều công trình xử lý khác nhau ta chon công trình xử lý bể Aeroten. Ngoài ra lưu lượng và nồng đọ của nước thải chế biến sữa dao động rất lớn theo thời gian sản xuất trong ngày cũng như theo các mùa trong năm cho nên cần bể điều hòa để làm giảm tác động của sự biến thiên và nồng đọ ô nhiễm, đồng nhất nước thải trước khi xử lý. Nước thải chế biến sữa ban đầu thường trung tính hoặc hơi kiềm, nhưng có khuynh hướng trở nên axit nhanh chóng do sự thiếu hụt oxi tạo điều kiện cho sự lên men Lactose thành axit lactic làm pH giảm và có khả năng gây ra sự kết tủa của casein. Cho nên muốn đạt hiệu quả xử lý cao cần phải chỉnh pH lên giá trị tối ưu tại bể trung hòa. Đồng thời một số nơi thiếu hụt cả N và P làm giảm hiệu quả vận hành của các công trình xử lý sinh học nên cần thiết bổ sung thêm N,P nhằm đạt tỉ lệ BOD5:N:P=100:5:1 Bể SBR Bể bùn hoạt tính từng mẻ, là công trình xử lý sinh học dựa trên nguyên lý bùn hoạt tính giống bể Aeroten nhưng các giai đoạn xảy ra trong cùng một bể (không có bể lắng 2). Bể SBR hoạt động theo 5 pha: Pha làm đầy ( fill ): thời gian bơm nước vào kéo dài từ 1-3 giờ. Dòng nước thải được đưa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tuỳ theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí. Pha phản ứng, thổi khí ( React ): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO22- và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3-. Pha lắng (settle): Lắng trong nước. Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ. Pha rút nước ( draw):  Khoảng 0.5 giờ. Pha chờ : Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể. Sơ đồ 1(bể Aeroten) Sơ đồ 2(bể Sbr) sử dụng phương pháp xử lý bằng vi sinh; Aerotank xử lý liên tục, hàm lượng bùn sinh ra lớn nên có hiệu xuất xử lý tốt hơn, lưu lượng nhiều hơn; Tốn diện tích xây dựng hơn; Xử lý ô nhiễm nồng độ cao hơn; Tháo bùn thường xuyên, quá trình lưu bùn vận hành phức tạp; Chí phí xây dựng và bảo quản thấp hơn bể Sbr sử dụng phương pháp xử lý bằng vi sinh; xử lý theo mẻ nên ít tốn năng lượng, điện, dễ dàng ứng phó với các sự cố xảy ra. nhưng xử lý lưu lượng thấp hơn; SBR tiết kiệm diện tích . Xử lý chất ô nhiễm có nồng độ thấp hơn; Không rút bùn ra khi đang vận hành; Có nhiều phương tiện hiện đại nên chi phí xây dựng và bảo trì hệ thống lớn hơn bể Aerotank. So sánh sự khác nhau giữa sơ đồ 1 và sơ đồ 2: è Cả hai phương pháp trên đều được áp dụng rộng rãi, nhưng với nước thải có lưu lượng tương đối không cao (2400 m3/ ngày.đêm) thì chọn bể Sbr sẽ có nhiều ưu điểm hơn, bể Sbr không phải lưu bùn trở về, tiết kiệm diện tích xây dựng hơn, điều khiển tự động nên dễ dàng kiểm soát các giai đọa hoạt động... 3.1.3. Thuyết minh sơ đồ công nghệ Chọn sơ đồ 2 để thuyết minh: Nước thải từ nhà máy qua hệ thống cống và được tập trung tại hầm chứa nước thải tập trung, do nước thải từ nhà máy chế biến sữa không chứa các tạp chất thô có kích thước lớn như (nhánh cây, lá cây...) nên ta không cần xây dựng thêm song chắn rác thô mà chỉ cần song chắn rác tinh. Song chắn rác tinh có nhiệm vụ chắn và giữa lại các tạp chất thô khó lắng và khó phân hủy để bảo vệ các công trình phí sau, rác thải được giữa lại ở song chắn rác sẽ được lấy bằng thủ công được vào thùng rác. Nước thải sau khi qua song chắn rác sẽ được đưa vào ngăn tiếp nhận , từ ngăn tiếp nhận nước thải sẽ tiếp tục qua bể tuyển nổi nhầm loại bỏ các ván dầu mỡ, các chất bơ trong quá trình chế biến sữa và các hạt cặn nhẹ khó lắng. Nhầm bảo vệ công trình xử lý sinh học của bể Sbr. Tại đây nước thải sẽ được sục khí tạo bọt để các cặn nhỏ và dầu mỡ bám vào và dễ nổi lên bề mặt hơn Nước thải từ bể tuyển nổi sẽ tự chảy qua bể điều hòa. Bể được cấp khí từ máy thổi khí thông qua các đĩa phân phối khí đặt sát đáy bể nhằm điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải. Tiếp theo, nước thải tự chảy qua bể lắng, lượng bông bùn có trong nước thải được lắng xuống đáy, định kỳ bùn này được bơm về bể chứa bùn. Để đảm bảo đầu vào của bể SBR, nước thải sẽ được xử lý BOD5 và COD ở bể UASB trước. Sau đó nước thải sẽ được xử lý sịnh học lần cuối ở bể SBR đê các đạt yêu cầu về các tiêu chuẩn xả thải. Cuối cùng trong hệ thống xử lý nước sẽ được khử trùng Clo ở bể khử trùng nhầm loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh và thải ra nguồn tiếp nhận. Chương 4 TÍNH TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 4.1.lưu lượng và hệ số không điều hòa Bảng 4.1 lưu lượng nước theo giờ Thời gian (h) Lưu lượng (m3/h) 0 – 1 40 1 – 2 50 2 – 3 50 3 – 4 60 4 – 5 96 5 – 6 112 6 – 7 135 7 – 8 156 8 – 9 132 9 – 10 128 10 - 11 119 11 - 12 102 12 - 13 89 13 - 14 95 14 - 15 132 15 - 16 124 16 - 17 93 17 - 18 78 18 - 19 74 19 - 20 85 20 - 21 94 21 - 22 120 22 - 23 132 23 - 24 98 Lưu lượng ngày: Qngày=2400m3/ngày Lưu lượng nước lớn nhất: Qhmax = 156 m3/h Lưu lượng giờ nhỏ nhất: Qhmin= 40 m3/h Lưu lượng giây: Lưu lượng giờ trung bình: QhTB=Qngày24=2400m324h=600m3/ngày Trạm xử lý làm việc 3ca (24/24), vậy lưu lượng bơm trung bình giờ Qb=QhTB=600m3/ngày Hệ số giờ cao điểm: khmax=QhmaxQhTB=156600=0.26 Hệ số giờ nhỏ nhất: khmin=QhminQhTB=40600=0.067 4.2. Tính toán các công trình xử lý Nhiệm vụ: thiết kế thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến sữa. Công suất thiêt kế: Q = 2400 m3/ngày.đêm Tính chất nước thải (bảng 3.1) 4.2.1 Tính toán song chắn rác Các thông số tính toán song chắn rác Bảng 4.2 Các thông số tính toán song chắn rác Thông số Làm sạch thủ công Kích thước song chắn: Rộng (mm) Dày (mm) Khe hỡ giữa các thanh (mm) Độ dóc phương đứng, độ Tốc độ chảy trong mương đặ song chắn rác(m/s) Tổn thất áp lực cho phép (mm) 5-15 25 - 38 25-50 30-45 0.3-0.6 150 kích thước mương đặt song chắn chọn tốc độ chảy trong mương v = 0.6m/s. Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước là H= 0.7m. Chọn kích thước mương: rộng x sâu = BxH = 0.4m x 0.7m. vậy chiều cao nước trong mương là: h=Qhmax3600sh*va*B=150m3/h3600sh*0.6ms*0.4m=0.17m chọn kích thước thanh rộng x dày = dxb = 5mm x 25mm và khe hở giữa các thanh w=30mm kích thước song chắn rác Giả sử song chắn rác có n số thanh, vậy số khe hở m = n + 1. B=n*w + (n+1)*b 400 = n*30 + ( n+1)*5 Giải phương trình trên ta được n=11.2, nếu chọn n=12 ta có thể điều chỉnh khoảng cách giữa các thanh như sau: 400=12*w + (12+1)*5 W=28mm 4.2.2 Hầm tiếp nhận Chọn thời gian lưu nước trong hầm tiếp nhận là 30 phút Thể tích bể là: V= Q x t = 600m3ngay,demx30 phút24hngđ x 60ph= 12.5 m3 Chọn chiều dài hữu ích của bể h = 3m; Chọn chiều cao dự trữ của mặt nước hbv = 1m; Bể hình vuông cạnh a x a= 2m x 2m; Kích thước hầm là V= a x a x H = 2m x 2m x 4m 4.2.3 Bể tuyển nổi Hiệu suất xử lý BOD đạt 5%, COD đạt 20% và cặn lơ lững là 45%, chất hoạt động bề mặt dầu mỡ đạt 80%. COD=3200mg/l x ( 1 - 0.2 )=2560mg/l BOD=2600mg/l x ( 1 – 0.04 )=2470mg/l SS=2000mg/l x ( 1 – 0.045 )=1040mg/l Bể điều hòa Nhiệm vụ Bể điều hòa giúp điều hòa lưu lượng và chất lượng nước thải nhằm giảm kích thước và chi phí các công trình phí sau. Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và cân bằng nồng độ các chất trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể. Tính toán Xác định kích thước bể Thể tích tích lũy Thể tích tích lũy dòng vào của giờ thứ i được xác định theo công thức: Vv(i) = Vv(i – 1) + Qi Trong đó: Vv(i – 1): thể tích tích lũy dòng vào của giờ trước đó, m3 Qv(i): lưu lượng nước thải của giờ đang xét (thứ i), m3/h Thể tích tích lũy bơm đi của giờ thứ i: Vb(i) = Vb(i – 1) + Qb(i) Trong đó: Vb(i – 1): Thể tích tích lũy bơm của giờ trước đó, m3 Qb(i): Lưu lượng của giờ đang xét (thứ i), m3/h Thể tích bể điều hòa: Thể tích bể điều hòa có thể tính theo hai cách: Lập bảng Biểu đồ tích lũy Bảng 4.3.1. lưu lượn theo giờ Qh, thể tích tích lũy vào Vv(i) vá thể tích tích lũy bơmVb(i) Thời gian (h) Lưu lượng (m3/h) Thể tích tích lũy vào bể m3(1) Thể tích tích lũy bơm đi m3 Hiệu số thể tích (2)-(1) 0 – 1 40 40 100 60 1 – 2 50 90 200 110 2 – 3 50 140 300 160 3 – 4 60 200 400 200 4 – 5 96 296 500 204(max) 5 – 6 112 408 600 192 6 – 7 135 453 700 247 7 – 8 156 699 800 101 8 – 9 132 831 900 69 9 – 10 128 959 1000 41 10 - 11 119 1078 1100 22 11 - 12 102 1180 1200 20 12 - 13 89 1269 1300 31 13 - 14 95 1364 1400 36 14 - 15 132 1496 1500 4 15 - 16 124 1620 1600 -20(min) 16 - 17 93 1713 1700 -13 17 - 18 78 1791 1800 9 18 - 19 74 1865 1900 35 19 - 20 85 1950 2000 50 20 - 21 94 2044 2100 56 21 - 22 120 2164 2200 36 22 - 23 132 2296 2300 4 23 - 24 104 2400 2400 0 Thể tích lý thuyết bể điều hòa bằng hiệu đại số giá trị dương lớn nhất và giá trị âm nhỏ nhất của cột hiệu số thể tích tích lũy: Vdh(lt) = Vmax - Vmin = 204 - ( - 20) = 224 m3 Thể tích thực tế của bể điều hòa: Vdh(tt) = (1.1 – 1.2) Vdh(lt) = 1.2 x 224 = 268.8 m3 Chọn chiều cao làm việc của bể là: Hlv = 4m Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0.5m Vậy chiều cao xây dựng bể là: H = Hlv + hbv = 4.5m Chọn bể có tiết diện ngang hình chữ nhật Diện tích mặt bằng bể: Chọn bể có tiết diện ngang hình chữ nhật. Chọn chiều dài bể: L = 10m và chiều rộng bể: B = 6m Dạng xáo trộn Các dạng xáo trộn trong bể điều hòa được thể hiện trong bảng 2.5 Bảng 4.3.2 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị Khuấy trộn cơ khí 4 – 8 W/m3 thể tích bể Tốc độ khí nén 10 – 15 Lít/m3.phút (m3 thể tích bể) ( Theo xử lý nước thải đô thị và công nghệ, Lâm Minh Triết, 2004 - Trang 422 ) Giả sử khuấy trộn bằng hệ thống máy thổi khí. Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn: Trong đó: R : Tốc độ khí nén, chọn R = 12 l/m3.phút = 0,012 m3/phút Vdh(tt) : Thể tích thực tế của bể điều hòa, m3 Bảng 4.3.3 Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí Loại khuếch tán khí – cách bố trí Lưu lượng khí Lít/phút.cái Hiệu suất chuyển hóa oxy tiêu chuẩn ở độ sâu 4,6m, % Đĩa sứ - lưới 11 – 96 25 – 40 Chụp sứ - lưới 14 – 71 27 – 39 Bản sứ - lưới 57 – 142 26 – 33 Ống plastic xốp cứng bố trí: + Lưới + Hai phía theo chiều dài (dòng chảy xoắn hai bên) + Một phía theo chiều dài (dòng chảy xoắn một bên) 68 – 113 85 – 311 57 – 340 28 – 32 17 – 28 13 – 25 Ống plasitc xốp mềm bố trí: + Lưới + Một phía theo chiều dài 28 – 198 57 – 298 26 – 36 19 – 37 Ống màng khoan lỗ + Lưới + Một phía theo chiều dài 28 – 113 57 – 170 22 – 29 15 – 19 Khuếch tán không xốp (nonporous diffusers) + Hai phía theo chiều dài + Một phía theo chiều dài 93 – 283 283 – 990 12 – 23 9 – 12 (Theo xử lý nước thải đô thị và công nghệ, Lâm Minh Triết, 2004 - Trang 423 ) Chọn ống khuếch tán khí plastic xốp cứng bố trí dạng lưới theo chu vi thành có lưu lượng khí 80 l/phút. Vậy số ống khuếch tán khí là: Chọn số đĩa khuếch tán khí trong bể là 40 đĩa. Cách bố trí ống phân phối khí Với diện tích đáy bể 10 x 6 m, ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều dài bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 20 cm. Chọn số ống nhánh dẫn khí là 8. Vậy mỗi ống nhánh có 5 đĩa, mỗi ống nhánh cách nhau 1m, 2 ống ở hai bên mép tường cách tường 1.5m. Mỗi đĩa cách nhau 1m. Trụ đỡ đặt giũa 2 đĩa kế tiếp nhau trên 1 nhánh ống, kích thước trụ đỡ: B × L × H = 0.3 m × 0.3 m × 0.2 m Lưu lượng khí trong ống phân phối chính: Q = 193.2 m3/h = 0.054m3/s Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 15 ÷ 20 m/s. Chọn vkhí = 15 m/s Đường kính ống dẫn khí chính: Chọn ống dẫn khí làm bằng sắt tráng kẽm, D = 70 Lưu lượng khí trong ống nhánh dẫn đến mỗi bể: Đường kính ống dẫn khí nhánh: Chọn ống dẫn khí nhánh làm nhựa PVC, D = 25. Tính và chọn máy thổi khí Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí Trong đó: hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, m hc : Tổn thất áp lực cục bộ; hd + hc £ 0,4m; chọn hd + hc = 0,4m hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối; hf £ 0,5m; chọn hf = 0,5m H : Chiều sâu hữu ích của bể điều hòa; H = 4m Áp lực không khí: Công suất máy thổi khí: Trong đó: P : Áp lực không khí; P = 1,474atm η : Hiệu suất máy thổi khí; η = 0,7 – 0,9; chọn η = 0,8 Qkhí : Lưu lượng khí, m3/s Chọn 1 máy thổi khí công suất 0,3Hp. Với 1KW = 1,36 Hp Tính toán đường ống dẫn nước vào và ra của bể điều hòa Lưu lượng nước thải đầu vào Đường kính ống dẫn nước thải vào bể điều hòa: Chọn ống dẫn nước thải là ống gang, D = 200mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: àthỏa mãn yêu cầu Đường kính ống dẫn nước ra lấy bằng đường kính ống dẫn nước vào Dra = 200 mm. Tính và chọn bơm Lưu lượng cần bơm: Qmax,h = 156 m3/h Đường kính ống: D = 200 mm Chọn ống PVC có đường kính 200 mm, chiều dày 2 mm. Cột áp của bơm H = 8 – 10 mH2O, chọn H = 8 mH2O. Công suất bơm: N = 4.25 Kw = 5.7 Hp Chọn 2 bơm chìm công suất 6 Hp, hoạt động luân phiên. Bảng 4.3.4 Bảng tóm tắt kết quả tính toán bể điều hòa Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thể tích xây dựng Vxd m3 268.8 Chiều dài L m 10 Chiều rộng B m 6 Chiều cao xây dựng Htc m 4.5 Tốc độ khí nén để xáo trộn qkk m3/m3.phút 0.012 Lượng khí nén cần thiết Qkhí m3/h 127.2 4.2.5 Bể trung hòa Chọn thời gian lưu nước trong bể là t=0.5h Thể tích bể là Vth=100 x 0.5 =50m3 Chọn bể hình chữ nhật chiều cao h=2.5m, hbv=0.5m Kích thước bể trung hòa L x B x H = 12.5m x 4m x 3m 4.2.6 Bể lắng đứng Bể lắng hoạt động theo nguyên lý lắng trọng lực, chọn tính toán bể lắng đứng. Nhiệm vụ của bể lắng là lắng và giữa lại các chất rắn lơ lững, các hạt cặn lớn để đảm bảo cho các công trình phía sau hoạt động an toàn và đảm bảo yêu cầu về các chỉ tiêu đầu vào của bể UASB và Sbr... Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm được tính theo công thức f= QmaxsVtt =0.0410.03=1,4m2 Qmax,s =Qmax,h3600=1503600=0.041m3/s Vtt=30mm/s(0.03m/s), điều 6.5.9. TCXD-51-84. Diện tích tiết diện ướt của bể lắng: F= QmaxsVtt =0.0410.0008=51,25m2 Vtt=0.8mm/s(0.008m/s), điều 6.5.4. TCXD-51-84. Chọn 2 bể lắng đứng và tiết diện mỗi bể sẽ là F1=F+fn=1.4+51,252=26.325m2 Diện tích ống trung tâm của 1 bể f1=fn=1.42=0.7m2 Đường kính mỗi bể được tính theo công thức D=4×F1π=4×26.3253.14=5.8m≈6m Đường kính ống trung tâm d=4×f1π=4×0.73.14=0.9m chiều cao tính toán của vùng lắng htt= v × t =0.0008 x 1.5 x 3600=4.3m trong đó: t=1.5 h, thời gian lắng. Chiều cao phần nón của bể lắng đứng được tính theo công thức hn= h2 + h3=D-dn2 x tgα= 6-0.62 x tg500 = 3.2m trong đó: h2: chiều cao lớp trung hòa,m; h3: chiều cao giả định lớp cặn lắng trong bể; D: đường kính của bể lắng, D=6m; dn: đường kính đáy nhỏ hình nón cụt, lấy dn=0.6m; α :góc nghiên của đáy lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 500(Điều 6.5.9-TCXD-51-84).chọn α =500. Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 4.3m. Đường kính miệng loe ống trung tâm lấy bằng chiều cao của ống loe và bằng 1.35 đường kính ống trung tâm. dl = hl=1.35 x d =1.35 x 0.9 = 1.2m đường kính tấm hắt(tắm chắn) bằng 1.3 lần đường kính miệng loe và bằng: dch=1.3×d1= 1.3 x 1.215=1.6m (Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170). Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức: L=4Qmax,svk×π×(D+dn)=4×0.0410.02×3.14×(6+0.6)=0.4m Trong đó: Vk: tốc độ nước chảy qua khe hở giữa miệng loe và ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk≤ 20mm/s, chon vk =20mm/s=0.02 m/s. Chiều cao tổng cộng của bể lắng H=htt+hn+h0=4.3+3.2+0.5=8m H0=0.3m:chiều từ mực nước đến thành bể. Chiều cao công tác 0.5m. Tính toán máng thu nước Đường kính máng thu nước: Dm=0.8D= 0.8 x 6 = 4.8m Chiều dài máng thu nước: Lm=π × 4.8 =15.1m Tải trọng nước trên 1m dài của máng: aL = QLm =2400m3/ngày15.1m= 158 m3/m(dài)ngày Hiệu quả lắng cặn Tốc độ lắng của cặn u= H3.6×t=4.33.6×1.5= 0.8mm/s Hàm lượng chất lơ lững của nước thải dẫn đến bể lắng đợt I: Chh''=400mg/l Hiệu suất lắng lấy theo Bảng 3-27(xử lý nước thải đô thị và công nghiệp-Lâm Minh Triết), với Chh''=400mg/l, tốc độ lắng của hạt lơ lửng u=0.8mm/s có E1=47%. Hàm lượng cặn trôi ra khổi bể lắng đứng được tính theo công thức: C1=Chh''(100-E1)100=400(100-47)100=212mg/l Tính máng răng cưa Đường kính máng răng cưa: Drc = Dm = 4.8m Chiều dài máng răng cưa: lm = p x Drc = 3,14 x 4.8 = 15,072( m) Máng răng cưa xẻ khe thu nước chữ V góc 900, chiều cao khe là 100mm, bề rộng mỗi khe 100mm, hai khe kế tiếp cách nhau một khoảng 80 mm. Chiều cao máng thu nước là 360mm, bề dày máng răng cưa là 5mm, máng được bắt dính với thành bể lắng. Hiệu quả khử BOD5 EBOD=ta+b×t=1.50.018+0.02×1.5=31.25% BOD5 còn lại sau bể lắng 1 BOD5=1664(1 – 0.3125)=1144 mg/l. 4.2.7 Bể UASB Bảng 4.3 các thông số đầu vào bể UASB Thông số Giá trị Đơn vị(m3/ngày) SS 212 mg/l BOD5 1144 mg/l COD 1600 mg/l pH 6.1 Tỉ lệ BOD5COD=11441600=0.175>0.5 (thích hợp cho xử lý sinh học). Lựa chọn các thông số thiết kế: Y: hệ số sản lượng tế bào (chọn Y=0.04 gVSS/gCOD) Kd: hệ số phân hủy nội bào (chọn kd=0.03 ngày) θc: thời gian lưu bùn (chon θc=60 ngày) Ks: hằng số vận tốc ( chọn Ks=360 mgCOD/l) μm: tốc đọ tăng trưởng riêng cực đại (chọn μm=0.25 gVSS/gVSS.ngày) Lượng bùn phân hủy kị khí ban đầu TS=5% Tỉ lệ MLVSS:MLSS của bùn trong bể UASB=0,75 Tải trọng bề mặt LA=12m3/m2.ngày. Tải trọng thể tích L0=3kg COD/m3.ngày Tỉ lệ COD không tan: a=0.3 Diện tích bề mặt lắng A=QngàyLA=2400(m3ngày)12(m3m2.ngày)=200m2 Thể tích ngăn phản ứng của bể UASB: Vr=QngàyCODvàoL0=2400(m3ngày)×1600(kgCODm3)×10-33=1280m3 Chọn 10 đơn nguyên hình vuông, vậy cạnh mỗi đơn nguyên là W=An=20010=4m Chiều cao phần phản ứng H=VrA=1280m3200m2=6.4m Chiều cao phểu thu khí hp=1.5m; chiều cao bảo vệ hbv=0.3m. Chiều cao tổng cộng của bể: Htc=1.5+0.3+6.4=8.2m Giả sử mỗi đơn nguyên gồm hai phểu thu khí, mỗi phểu có chiều cao 1.5m, đáy phểu thu khí có chiều dài bằng cạnh nguyên: 1=W=4m và chiều rộng w= 1.65m. Vậy diện tích bề mặt khe hở giữa các phểu thu khí là: AkhA=A-ApA×100=4m×4m-2(4m×9m)4m×4m×100=0.175 Trong đó : A:diện tích bề mặt bể Akh:diện tích khe hở giữa các bể thu khí Ap:diện tích đáy phểu thu khí Giá trị này nằm trong khoảng Akh/A=15-20% Giả sử mỗi đơn nguyên có 8 ống phân phối và diện tích trung bình cho mỗi đầu phân phối là: an=4×48=2m2/đầu ∈(2÷5%) lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể(TS=5%) Mb=CssVrTS=30(kgSSm3)×1280m30.05×1 tấn1000kg=786 tấn. Trong đó: Css= hàm lượng bùn trong bể, kg/m3. Vr=thể tích ngăn phản ứng. TS=hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu. Hiệu quả xử lý của bể UASB đối với COD là 65%, BOD là 75%, SS là 20%. Hiệu quả xử lý COD CODra=(1-ECOD)×CODvào=(1-0.65)×1600=560mg/l Hiệu quả xử lý BOD BODra=(1-EBOD)×BODvào=(1-0.75)×1144=286mg/l SS đầu ra SSra=(1-ESS)×SSvào=(1-0.2)×212=169.6mg/l COD có trong SS ra khỏi bể UASB với tỉ lệ COD/SS=1.8 là CODss=169.6(mg/l)×1.8 gCOD/gSS=305(mg/l) COD hòa tan trong nước thải đầu ra(nồng độ chất nền) S0=(CODra-CODss)×(1-a)=(560-305)×(1-0.3)=178.5mg/l Trong đó a là tỉ lệ COD không tan trong nước Thời gian lưu bùn trong bể UASB được tính theo công thức SRT=μm×s0Ks+S0-Kd-1=0.25(gg.ngày)×178.5mg/l360gm3+178.5mg/l-0.03(gg.ngày)-1=19 ngày Thời gian bùn thực tế với hệ số an toàn f=1.5 là STR=19×1.5=28 ngày( lấy tương đương 30 ngày). Lượng sinh khối bùn sinh ra mỗi ngày Px=YS0-SQngày1+Kdθc=0.04kgVS/KgCOD[1600-560mg/m3×2400m3/ngày][1+0.015 ngày-1×30 ngày]×1000g/kg=68kgVS/ngày Trong đó S0:nồng độ COD đầu vào S:nồng độ COD đầu ra Lượng bùn dư bơm ra mỗi ngày: Qw=Px0.75×Css=68kgVS/ngày0.75VS/KgSS×30(kgSSm3)=3m3/ngày Chất rắn từ bùn dư Mss= Qw×Css=3 m3/ngày×30(kgSSm3)=90kgSS/ngày. Đường kính ông dẫn nước sang bể SBR Nước từ bể UASB tự chảy sang bể SBR với vận tốc v = 1m/s D = 4×Qπ×v = 4×2400m3/s3.14×1m/s×24×3600 = 0.18 m Chọn PVC có ∅=180 Lượng COD cần khử trong ngày G=Qngày×CODvào-CODra=24001600-560×10-3=2496kgCOD/ngày Lượng khí sinh ra tương ứng rong bể là 0.5m3/kgCOD Vkhí= 0.5m3/KgCOD × G = 0.5m3/KgCOD × 2496kgCOD/ngày = 1248 m3/ngày = 76 m3/h = 0.02 m3/s Thể tích khí metan sinh ra là 0.35 m3/kgCOD Vkhí= 0.35m3/KgCOD × G = 0.35m3/KgCOD × 2496kgCOD/ngày = 873.6 m3/ngày = 36.4 m3/h = 0.01 m3/s Tính ống thu khí Khí di chuyển trong ống với vận tốc là v =10m/s Đường kính ống dẫn khí Dkhí = 4×Vkhívkhí×π=4×0.02 m3/s10m/s×3.14=0.05m Chọn ống thu khí bằng inox có ∅=50 4.2.8 Bể SBR Là bể xử lý nước bằng bùn hoạt tính từng mẻ, giống bể Aeroten nhưng các giai đoạn hoạt động xảy ra trong cùng một bể (không có bể lắng 2 sau như ở bể Aeroten). Có 5 giai đoạn (pha) trong 1 mẽ: Giai đoạn làm đầy Giai đoạn khử Nitơ / tạo không khí Giai đoạn lắng cặn Giai đoạn lấy bùn ra Giai đoạn lấy nước sạch ra Bảng 4.4 các thông số đầu vào và đầu ra bể SBR Thông số Thông số đầu vào Thông số đầu ra (đạt QCVN 40:2011/BTNMT, loại B) Đơn vị COD 560 150 m/l BOD 286 50 m/l SS 169.6 100 m/l Các thông số vận hành: Chỉ số thể tích bùn: Giá trị SVI nằm trong khoảng 100-150 (ml/g), giá trị SVI cao hơn 150 nghĩa là bùn lắng không tốt. Chọn SVI=120 ml/g. Độ tro của cặn Z=0.3(thường từ 0.2 - 0.3) Tỷ số căn bay hơi/cặn lơ lửng là 0.7 Hệ số động học Y=0.4 mgVSS/mgBOD5 và kd=0.05 ngày-1 1g chất rắn phân hủy sinh học = 1.42g BOD5 BOD5=0.68BOD20 Tỉ lệ MLVSS/MLSS=0.8 Hàm lượng COD có khả năng và không có khả năng phân hủy sinh học Ký hiệu: COD có khả năng phân hủy sinh học: bCOD COB không có khả năng phân hủy sinh học: nbCOD Hàm lượng chất lơ lửng phân hủy sinh học:nbSS Hàm lượng COD không có khả năng phân hủy sinh học (5-10% COD ban đầu) nbCOD=10%CODvào=0.1×560=56mg/l hàm lượng COD có khả năng phân hủy sinh học bCOD= CODvào-nbCOD =560-56=504mg/l Hàm lượng TSSvào=169.6 Ta có MLVSSMLSS= 0.8 è VSSvào=169.6×0.8=135.68 mg/l hàm lượng chất lơ lửng không có khả năng phân hủy sinh học được tính theo công thức nbSS=SSMLVSSMLSS(1-0.68)=169.6 mg/l × 0.8 × (1- 0.68)=43.42 mg/l èCặn lơ lửng đầu vào LSSvào= 169.6 – 43.42=126.19 mg/l (cặn có thể phân hủy sinh học) Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong nước đầu ra: LBOD5 đầu ra = LBOD5 hoà tan + LBOD5 chứa trong cặn lơ lửng = 50 mg/l lửng đầu ra: + LBOD20 chứa trong cặn lơ lửng= 0,65 x 50 = 32.5 mg/l +LBOD20 khi bị oxy hoá hết chuyển thành cặn tăng lên 1,42 lần (1 mg BOD5 tương đương 1,42 mg O2)=1,42 x 32.5 = 46.15 mg/l + Lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra: LBOD5 chứa trong cặn lơ lửng = 0,68 x 46.15 = 31.382 mg/l à Lượng chất hữu cơ theo BOD5 hoà tan khi ra khỏi bể: LBOD5 hoà tan = 50 – 31.382 =18.618 mg/l Xác định chu kỳ vận hành của bể SBR - Ta xây dựng 4 bể SBR. Giả sử 1 mẻ hoạt động là 12 h - Ta có : Tc= Tf + Ta+Ts+Td+Ti = 12 h Bảng 1.5: Giờ vận hành bể SBR Tc Thời gian tổng cộng của quá trình Tf Thời gian làm đầy Ta Thời gian phản ứng Ts Thời gian lắng tĩnh Td Thời gian rút nước Ti Thời gian chờ Tc= 6 h Tf = 3 h Tpư = 1.5 h Tl = 1h Tr.n =0.5 h Ti = 0 h - Số chu kỳ một bể hoạt động trong một ngày: n1 = 24/12 = 2 chu kỳ - Số chu kỳ cả 2 bể hoạt động trong một ngày: n2 = 2 bể x 2 mẻ/bể = 4chu kỳ - Thể tích phần lấp đầy cho một chu kỳ: Vlđ = 2400 / 4 = 600 m3 Xác định kích thước bể Ta có : Tổng lượng SS dòng vào = Tổng lượng SS sau lắng: VTX = VbXb Trong đó: VT : thể tích 1 bể SBR , m3 X : Nồng độ MLSS trong dòng vào, X = 3500 mg/l Vb : Thể tích bùn lắng sau khi rút nước, m3 Xb : Nồng độ MLSS trong bùn lắng, mg/l Xb = 1/SVI = 1/120 = 6,66 ×10-3 g/ml= 8333,3 (g/m3) - Ta có tỉ số VbVt=XMLVSSXb=35008333.3= 0.42 - Để đảm bảo SS không ra khỏi bể khi gạn nước, ta tính thêm 20 %: VbVt= 1.2 × 0.42 =0.5 - Ta có : Vt = Vlđ + Vb => VlđVt +VbVt = 1 => VlđVt = 1 – 0.5 =0.5 - vậy thể tích bể SBR: Vt= Vlđ0.5= 6000.5= 1200 m3 Xác định chiều cao xây dựng của bể SBR, Hxd: Chiều cao xây dựng của bể SBR được tính theo công thức: Hxd= h + hbv Trong đó: H: chiều cao công tác bể SBR, thường dạo động 5-8m; chọn H=6m bao gồm: H= hn + hb + hat hn: chiều cao lớp nước hn=50%H= 50% × 6= 3m hb: chiều cao bùn hb=47%H= 42% × 6 = 2.52m hat: chiều cao an toàn hat=8%H= 8% × 7 = 0.48m hbv:chiều cao bảo vệ tính từ mực nước đến thành bể; hbv=0.8m; Hxd=6+0.8=6.8m Diện tích mặt bằng bể SBR: F=VtH = 12006= 200 m2 Chọn kích thước bể : B x L = 10 m x 20 m = 100 m2 Thời gian lưu nước tổng cộng của cả 2 bể Tn=Vt×2Qngày =1200m3 ×22400 m3/ngày = 1 ngày=24h Thời gian lưu bùn chọn ( quy phạm 10÷30 ngày) PX,TSSθC=Vt XMLSS= 1200 m3 × 3500 g/m3 × 1kg/10-3g= 4200 kg PX,TSSθC= Y×Q×(S0-S)θc1+KdθC + fdKdQY(S0-S)θC21+KdθC + Q(nbVSS)θC + Q(TSS0 – VSS0)θC Trong đó: θC: thời gian lưu bùn, ngày Q: lưu lượng trung bình ngày ứng với mỗi bể, Q=1200m3/l Y: hệ số sản lượng bùn, là thoog số động học xác định bằng thực nghiệm Chọn Y=0.4 mgVSS/mgbCOD nbVSS: Hàm lượng VSV không phản ứng sinh học, nbVSS=43.42 mg/l S0: nồng độ nước thải đầu vào, S0= 504mg/l S: nồng độ nước thải đầu ra S0-S~S0 fb: tỉ lệ vụn tế bào, fb=0.15 Kd,T=K20θT-20=0.12mg/mg.ngày × (1.04)25-20= 0.146mg/mg.ngày 2100×103= 0.4×1200×504θc1+0.146θC0.85 + 0.15×0.146×1200×0.4×504θC21+0.146θC0.85 + 1200×43.42θC + 1200(169.6 – 135.68)θC èθC= 17.5 ngày (chọn 18 ngày) Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể - Thể tích mỗi ngăn SBR: (m3) Trong đó: X: Nồng độ bùn hoạt tính, mg/l V: Thể tích 1 bể SBR, m3 F/M: Tỷ lệ BOD5 có trong nước thải và bùn hoạt tính, F/M = 0,1grBOD5/1gr bùn hoạt tính. Q: Lưu lượng cần xử lý 1 mẻ So :LBOD5 đầu vào è Nồng độ bùn hoạt tính trong bể: V=S0×QX×F/M = 600×2861200×0.1=1430(mg/l) - Hàm lượng chất hữu cơ bay hơi trong cặn lơ lửng đầu vào: 65% x LSS = 0,65 x 126.19 = 82 (mg/l) - Nồng độ bùn cặn thực trong bể: X1 = Xcặn vô cơ + X / 0,7 è X1 = (126 – 82) + 1430 / 0,7 = 46,375 + 2243,6 = 2087(mg/l) - Khối lượng bùn hoạt tính cần có trong bể ( không xả đi): Gbùn= V × X = 1200 × 1430 × 10-3 = 1716(kg) - Khối lượng bùn cặn trong bể: Go = 1200x 2087 x 10-3= 2504 (kg) Thời gian lưu bùn là 18 ngày. Mỗi bể làm việc 2 mẻ/ngày, sau 18 ngày mỗi bể sẽ làm viêc 36 mẻ. - Chọn thời gian lưu bùn là 25 ngày. Mỗi bể làm việc 2 mẻ/ngày, nên sau 25 ngày thì mỗi bể làm việc 50 mẻ. - Ta có lượng bùn trong bể trong mẻ thứ n là: Gn=G0×n=110Pxn0.7+SS0 (kg) Trong đó: G0 : Lượng bùn cần duy trì trong bể sau mỗi lần xả, G0= 2675,87 kg Px : Lượng bùn sinh ra trong mẻ thứ n, kg SS : Lượng cặn hữu cơ đi vào bể mỗi mẻ, kg Pxn =Y (So – S)Q – Kd.Gn-1 Trong đó: Y : Hệ số động học = 0,5 mg/mg So : Lượng BOD5 đầu vào: So = 314,1 mg/l S : Lượng BOD5 hoà tan khi ra khỏi bể: S = 14,06 mg/l Kd = 0,05 ngày-1 Gn-1 : Nồng độ bùn hoạt tính trong bể ở mẻ trước. - Mẻ thứ nhất: Px1= 0,6 × (286 – 18.67) × 600 ×10-3  - 0.05 × 1716 = 10.43 (kg) SS1 = (126.9 – 82) × 600 × 10-3 = 26,4 Tổng bùn cặn sau mẻ thứ nhất : G1 = Go + Px1/0.7 + SS1 = 2504 + 10.43/0.7 + 26.4 = 2545.3(kg) Lượng bùn cần xả sau mẻ 1: Gxả = G1 – Go = 2545.3 – 2504 = 41.3 (kg) - Mẻ thứ hai: Px2= 0,6 × (286 – 18.67) × 600 ×10-3  - 0.05 × (1716+10.43) = 9.9 (kg) G2 = G1 + Px1/0.7 + SS1 = 2545 + 9.9/0.7 + 26.4 = 2918.3 . Thể tích bùn cần thải bỏ: Vb=Gxảρ×Xs= 41.31.02×8333.3×10-3= 4.8m3 Thể tích thực của bùn sau 1 chu kì: Vb=G2ρ×X=2918.31.02×8333.3×10-3=343.3m3 Chiều cao bùn trong bể sau một chu kỳ: Hb=VbF=343.3200= 1.71m Tốc độ rút nước ra khỏi bể SBR Lưu lượng nước rút ra khỏi bể = lưu lượng nước lấp đầy VF=VD= 600m3 tD= 0.5h=30 phút tốc độ rút nước=60030= 20m3/phút Xác tỉ số F/M và tải trong BOD Tải trong thể tích: LBOD=Q×S0V Ttrong đó: Q : lưu lượng nước thải, Q=1200 m3/ngày.bể S0: hàm lượng BOD đầu vào, S0=286 g/m3 VT:thể tích bể, VT=600 m3 LBOD=1200m3ngày×286g/m3600m3 = 572 g/ngày = 0.572 kg/ngày Tỉ số F/M: F/M==Q×S0XV=1200m3ngày×286g/m33500×600m3 = 0.13g/g.ngày Xác định lượng oxy cần thiết Lượng oxy yêu cầu cho mỗi bể R0=Q(S0-S)-1.42 PX PX,bio= Y×Q×(S0-S)θc1+KdθC + fdKdQY(S0-S)θC21+KdθC = 0.4×1200×5041+0.146×18 + 0.15×0.146×1200×0.4×504×181+0.146×18 =92967g/ngày=93kg/ngày Mỗi bể hoạt động 2 chu kỳ, mỗi chu kì, mỗi chu kỳ thời gian sục khí là 2h, do đó lượng O2 cần cung cấp trong bể 1h cấp khí là: Moxy=93kh/ng2×2 =23.25 kg/h Công suất Oxy thồi khí là 23.25/3=7.75 kgO2/h - Lưu lượng không khí đơn vị tính bằng m3 để làm sạch 1m3 nước thải: D=Z×(La-Lt)K1K2n1n2(Cp-C) (m3/m3). Trong đó: Z: Lưu lượng oxy của không khí, đơn vị tính bằng mg để giảm 1mg BOD5.Với bể Aerôten làm sạch không hoàn toàn thì z = 0,9 (mg/mg). La, Lt: LBOD5 của nước thải trước và sau xử lý. k1: Hệ số kể đến kiểu thiết bị nạp khí. Ta có k1 = 2, Imax = 50 m3/m2.h ứng với f/F = 0,5. k2: Hệ số kể đến chiều sâu đặt thiết bị, ta có k2=2,52, Imin = 3,5 m3/m2.h với h = 4 m (Chọn h = 3 m) n1: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải. n1 = 1 + 0,02. (ttb - 20) = 1 + 0,02. (37,5 - 20) = 1,35. n2: Hệ số kể đến mối quan hệ giữa tốc độ hòa tan của oxy vào hỗn hợp nước và bùn với tốc độ hòa tan của oxy trong nước sạch. Đối với nước thải sản xuất, lấy n2 = 0,7 . Cp: Độ hoà tan ôxy của không khí vào trong nước: Cp=Ct×(10.3+h2)10.3=33.975×10.3+7210.3= 45.5 Ct: Độ hoà tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất.. Theo đó ứng với nhiệt độ 37,5oC và áp suất khí quyển 760 mm thủy ngân, ta có CT = 33,975 (mg/l). C: Nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten (mg/l) lấy bằng 2 mg/l. D=0.9(286-50)2×2.52×0.7×1.35(45.5-2)=1.02 (m3/m3) - Xác định cường độ nạp khí: (m3/m2.h) Trong đó: HA: Chiều sâu làm việc của Aeroten, H= 7 m. ta : Thời gian nạp khí cho Aeroten, ta = 5,2 h. IA=1.02×75.2=1.3 (m3/m2.h) Ta có: IA = 1.3 (m3/m2.h) < Imin = 3,5 (m3/m2.h). Như vậy cần phải tăng thêm lưu lượng không khí để đạt giá trị Imin. D=Imin×tH=3.5×5.27=2.6 m3/m3 Lưu lượng không khí cần cấp cho 1 mẻ: QKA=D×Qtb=2.6×100=260 (m3/h)= 0.072 m3/s =4333 (l/phút) Hệ thống phân phối khí được bố trí trên thành bể rồi chạy dọc theo thành bể xuống đáy bể với các ống nhánh. Ống chính được đặt trên thành bể với lưu lượng khí thổi vào Qch = 0,072 m3/s. Lưu lượng vào mỗi ống nhánh là: qn = Qnh/3 = 0.07/3 = 0.023 (m3/s). Đĩa phân phối khí:Lưu lượng max: 10 m3/h,Đường kính: 270mm ( đĩa Tinh); 144mm (đĩa Thô), chiều cao đĩa: 60mm Chọn thiết bị phân phối khí loại đĩa sứ, bố trí dạng lưới với lưu lượng khí là 7.2 m3 /h≈120 l/phút.cái Suy ra số đĩa sứ cần dùng trong một mẻ một bể là: Qch / 120 = 4333/120 = 35 (cái) Số đĩa trên một nhánh: 36/3 = 12 đĩa trên 1 nhánh. Khoảng cách giữa các đĩa trên một nhánh là 9/14 = 0,64 m. Lưu lượng vào ống chính là Qch = 0,07 m3/s và vận tốc từ (9 15m/s), chọn đường kính D = 90 mm. Tiết diện ống chính : S=π×D24=3.14×0.0924=6.3×10-3 m Ta có, vận tốc khí đi trong ống : v = Qch/S = 0,07/6.3×10-3 m = 11 m/s (9 15) m/s Lưu lượng vào mỗi ống nhánh là qn = 0,02 m3/s, với vận tốc từ (6 9 m/s), chọn đường kính ống nhánh d = 60mm, v = 7 m/s. Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Hệ thống vận hành đạt tiêu chuẩn xả thải loại QCVN40:2011/BTMT loại B. Giải quyết được vấn đề chính về chất hữu cơ của nươvs thải chế biến sữa. Các chất hữu cơ phức tạp được lọc kỹ qua từng giai đoạn. Hệ thống có thể vận hành tự động hoặc có thể điều khiển bằng tay. 5.2 kiến nghị Cần kiểm tra trú trọng chất lượng nước thải và phòng chống cháy nổ. Tiếp tục chương trình giám sát môi trường hằng năm báo cáo về Sở. Khí thải UASB có thể thu gom để làm khí đốt, nên cần có biện pháp thu gom tận dụng hợp lý. Tăng cường cây xanh trong nhà máy đảm bảo diện tích cây xanh trong nhà máy và tạo mỹ quan cho nhà máy đồng thời cũng là biện cải thiện môi trường không khí trong khuôn viên máy. Phụ lục 1 Đĩa thổi khí Nươc thải Song chắn rác Nước thải tách bùn Hầm tiếp nhận Bể tuyển nổi Bể lắng 1 Bể điều hòa Trạm khí nén Bể UASB Bể trung hòa Bể lắng 2 Lưu bùn về bể aeroten Bể Aeroten Bể nén bùn Khử clo Sân phơi bùn Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận (QCVN40:2011/BTMT, loại B) Hình 3.1.Quy trình sử lý nước thải phương án 1 Nươc thải Hầm tiếp nhận Song chắn rác Nước thải tách bùn Bể điều hòa Trạm khí nén Tuyển nổi Bể nén bùn Bể lắng Bể UASB Bùn dư thải bỏ Bể đệm Bể SBR1 Bể SBR2 Máy ép bùn Khử clo Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận (QCVN40:2011/BTMT, loại B) Sơ đồ 3.1.Quy trình sử lý nước thải phương án 2