Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất đường tiêu chuẩn loại B

màu: được lọai bỏ bằng phương pháp xử lý với vơi. II.1.2. Hĩa chất làm trong và tẩy màu 9 Vơi CaCO2 : Cĩ tác dụng trung hịa các axit hữu cơ cĩ trong nước mía. Phản ứng với axit phốtphoric tạo Ca3(PO4)2. Kết hợp với hợp chất nitơ và pectin tạo kết tủa. Làm kết tủa các hợp chất tạo màu gốc chlorophyll và anthocyanin. Tác dụng với sucrose tạo saccharates, glucosates. 9 Khí SO2: Trung hịa lượng vơi thừa: CA(OH)2 + H2SO3 = CaSO3 + H2O Tẩy màu nước mía. 9 Khí CO2: Hấp phụ chất tạo màu. 9 H3PO4: Kết hợp với vơi để làm trong nước mía. 9 Hĩa chất tẩy màu: Dùng Na2S2O4: II.1.3. Cơng nghệ sản xuất đường thơ: Quy trình cơng nghệ sản xuất đường thơ từ mía được trình bày trên hình 1. đầu tiên người ta ép mía cây dưới các trục ép áp lực. Để tận dụng hết đường cĩ trong cây mía, người ta dùng nước hoặc nước mía phun vào bả mía để mía 5 nhả đường. bã mía ở máy ép cuối cịn chứa một lượng nhỏ đường chưa lấy hết, xơ gỗ và khỏang 40-50% nước. Nước mía cĩ tính axit (pH =4,9-5,5), đục, cĩ màu xanh lục (chứa 13- 15%chất tan, trong chất khơ chứa 82-85% đường saccarosa). Nước mía được xử lý bằng các chất hĩa học như vơi, CO2, SO2, phốt phát rồi được đun nĩng để làm trong. Quá trình xử lý này cĩ tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyền phù và lắng các chất bẩn. Dung dịch trong được lọc qua máy lọc chân khơng. Bã lọc được lọai bỏ, đem thải hoặc dùng làm phân bĩn. Nước mía sau khi lọc cịn chứa khỏang 88% nước, sau đĩ được bốc hơi trong lị nấu chân khơng. Hỗn hợp tinh thể và mật được thu vào máy ly tâm để tách đường ra khỏi mật rỉ. Rỉ đường là dung dịch ĩc độ nhớt cao, chứa khỏang 1/3 đường khử. Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất đường gồm cĩ: 9 Bột giấy, tấm xơ ép từ bã mía. 9 Nhựa, bê tơng từ bã mía. 9 Phân bĩn, thức ăn gia súc, alcohol, dấm, axeton, axit citric,…và từ mật mía. Lượng nước thải trong cơng nghiệp sản xuất đường thơ rất lớn bao gồm nước rửa mía cây và ngưng tụ hơi, nước rửa than, nước xả đáy lị hơi, nước rửa cột trao đổi ion, nước làm mát, nước rửa sàn và thiết bị, nước bùn bã lọc dung dịch đường rơi vãi trong sản xuất… Ngồi bã bùn được dùng để sản xuất phân hữu cơ, nước thải từ các cơng đọan trong nhà máy được phân thành các nhĩm sau đây: 9 Nhĩm A: nước thải cĩ độ nhiễm bẩn khơng cao, chủ yếu cĩ nhiều chất lơ lửng ở dạng vơ cơ nên chỉ cần lọc sơ bộ qua song chắn rác và lắng tiếp xúc để lọai bỏ chất lơ lửng, sau đĩ trộn với nước thải đã xử lý và nước ngưng tụ rồi xả ra nguồn tiếp nhận. 9 Nhĩm B: nước thải cĩ nhiều chất hữu cơ cần được tách riêng để xử lý. 9 Nhĩm C: nước ngưng tụ từ lị hơi, khơng bị nhiễm bẩn nên dùng để pha lỗng vơi nước thải (A+B) đã qua xử lý và thái ra nguồn tiếp nhận. II.1.4. Cơng nghệ sản xuất đường tinh luyện Quy trình cơng nghệ tinh luyện đường gồm 3 giai đọan chính: 9 Rửa và hịa tan. 9 Làm sạch. 9 Kết tinh và hồn tất. a.Rửa và hịa tan: 9 Rửa:làm sạch lớp phim mạch bên ngồi hạt đường thơ để nâng cao tinh độ của đường. 9 Hịa tan:Đường sau khi ly tâm được hịa tan vào nước thành dung dịch nước đường nguyên chất để đến khâu hĩa chế. b.Làm trong và làm sạch: 6 9 Làm trong: Nước đường nguyên chất được xử lý bằng các chất hĩa học như vơi, H3PO4 để làm trong. Quá trình xử lý này cĩ tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyền phù và làm lắng các chất bẩn. 9 Làm sạch:Nước đường sau khi lắng trong được cho thêm than hoạt tính và bột trợ lọc để khử màu và tăng cường khả năng làm trong. Nước đường sau lọc gọi là sirơ tinh lọc. c.Kết tinh và hồn tất: Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ sirơ tinh lọc và đưa dung dịch đến trạng thái bão hịa, sản phẩm nhận được sau khi nấu đường là đường non gồm tinh thể đường và mật cái. Quá trình kết tinh đường gồm cĩ: 9 Cơ đặc sirơ. 9 Tạo mầm tinh thể. 9 Nuơi tinh thể. 9 Cơ đặc cuối cùng. II.2. SƠ LƯỢC HIỆN TRẠNG NGÀNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM Ngành đường của Việt Nam nhìn chung khá lạc hậu so với thế giới. Trước 1954, tồn bộ miền Bắc khơng cĩ nhà máy đường nào. Sau 1975, ở miền Nam đã phục hồi lại các nhà máy đường Bình Dương, Hiệp Hịa, Phan Rang, Khánh Hội, Biên Hịa; xây dựng mới các nhà máy đường La Ngà, Lam Sơn, Tây Ninh. Ngồi các nhà máy lớn cịn cĩ nhiều cơ sở sản xuất đường mía thủ cơng, thơ sơ, năng suất thấp ở các vùng trồng mía. Thiết bị sản xuất hầu hết là cũ kỹ, chắp vá, hay gặp sự cố kỹ thuật và bị rị rĩ, nên khối lượng nước thải rất lớn. Hiện nay, chủ yếu cĩ 3 phương pháp làm trong :bằng vơi, sunfit và cacbonat. Phương pháp dùng vơi hầu hết cịn dùng trong các cơ sở sản xuất nhỏ, trình độ kém, chủ yếu sản xuất mật vàng và mật trầm. Cơng nghiệp sản xuất mía đường ở Việt Nam là ngành gây ơ nhiễm khá lớn do cơng nghệ lạc hậu, thiết bị rị rỉ nhiều lại khơng cĩ bất cứ thiết bị xử lý nào, trong số các chất ơ nhiễm cĩ bụi khĩi lị hơi, bùn lọc, nước thải, khí thốt ra từ các tháp phản ứng sunfit hĩa và cacbonat hĩa. Riêng bã mía được dùng làm nhiên liệu hoặc để sản xuất giấy bìa, cịn mật rỉ được lên men để chế biến cồn. Bảng dưới đây thống kê một số nhà máy đường lớn và khối lượng nước thải của chúng: 7 Bảng Các nhà máy lớn thuộc ngành cơng nghiệp đường ở miền Nam Địa chỉ Trình độ cơng nghệ Nhà máy Địa phương KCN Năng suất tấn/ngày CN Nguyên liệu Định mức tiêu thụ/tấn đường Nước thải m3/giờ Ghi chú Quảng Ngãi (a) Quảng Ngãi + Đường:135 Mía: 1.500 Sunfit hĩa -Mía -Vơi tơi -Lưu hùynh 11,5 tấn 22 kg 6 kg 350 Bình Dương Bình Dương + Đường:135 Mía: 1.500 Sunfit hĩa -Mía -Vơi tơi -Lưu hùynh 11,5 tấn 22 kg 6 kg 350 Xả ra rạch Bà Lụa Hiệp Hịa Long An + Đường:125 Mía: 1.500 Sunfit hĩa -Mía -Vơi tơi -Lưu hùynh 11,5 tấn 22 kg 6 kg 350 Xả ra sơng Vàm Cỏ La Ngà Đồng Nai + Đường:180 Mía: 2.000 Vơi -Mía -Vơi 12 tấn 7 kg 500 Đường Khánh Hội Tp.HCM + Đường:100 Biên Hịa Đồng Nai + Đường:200 II.3. NƯỚC THẢI NGÀNH CƠNG NGHIỆP SẢN XUẤT ĐƯỜNG Do đặc điểm của cơng nghệ sản xuất đường, ngồi các bã lắng, bã bùn, bã lọc được tách riêng, nước thải được phân thành các nhĩm sau: II.3.1. Nước thải từ khu ép mía Ở đây, nước dùng để ngâm ép đường trong mía và làm mát các ổ trục của máy ép. Lọai nước thải này cĩ BOD cao(do cĩ đường thất thốt) và cĩ chứa dầu mỡ. II.3.2. Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và rửa sàn Nước thải rửa lọc tuy cĩ lưu lượng nhỏ nhưng giá trị BOD và chất lơ lửng cao. Nước làm mát được dùng với lượng lớn và thường được tuần hồn hầu hết hoặc một phần trong quy trình sản xuất. Nước làm mát thường nhiễm bẩn một số chất hữu cơ bay hơi từ nước đường đun sơi trong nồi nấu hoặc nồi chân khơng. Nước chảy tràn từ các tháp làm mát thường cĩ giá trị BOD thấp. Tuy nhiên, do chế độ bảo dưỡng kém và điều kiện vận hành khơng tốt nên cĩ lượng đường đáng kể thất thốt trong nước làm mát. Lượng nước này sẽ được thải đi. Nước rị rỉ và nước rửa sàn, rửa thiết bị tuy cĩ lưu lượng thấp và được xả định kỳ nhưng cĩ hàm lượng BOD rất cao. II.3.3. Nước thải khu lị hơi 8 Nước thải khu lị hơi được xả định kỳ, với đặc điểm là chất rắn lơ lửng cao và giá trị BOD thấp, nước thải mang tính kiềm. II.3.4. Đặc trưng của nước thải nhà máy đường Đặc trưng lớn nhất của nước thải nhà máy đường là cĩ giá trị BOD cao và dao động nhiều Bảng BOD5 trong nước thải ngành cơng nghiệp đường Các loại nước thải NM đường thơ (mg/L) NM tinh chế đường (mg/L) Nước rửa mía cây 20-30 Nước ngưng tụ 30-40 4-21 Nước bùn lọc 2.900-11.000 730 Chất thải than - 750-1.200 Nước rửa xe các loại - 15.000-18.000 Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vơ cơ. Nước rửa mía cây chủ yếu chứa các hợp chất vơ cơ. Trong điều kiện cơng nghệ bình thường, nước làm nguội, rửa than và nước thải từ các quy trình khác cĩ tổng chất rắn lơ lửng khơng đáng kể. Chỉ cĩ một phần than hoạt tính bị thất thốt theo nước, một ít bột trợ lọc, vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơ lửng trong nước. Nhưng trong điều kiện các thiết bị lạc hậu, bị rị rỉ thì hàm lượng các chất rắn huyền phù trong nước thải cĩ thể tăng cao. Các chất thải của nhà máy đường làm cho nước thải cĩ tính axit. Trong trường hợp ngoại lệ, độ pH cĩ thể tăng cao do cĩ trộn lẫn CaCO3 hoặc nước xả rửa cột resin. Ngồi các chất đã nĩi trên, trong nước thải nhà máy đường cịn thất thốt lượng đường khá lớn, gây thiệt hại đáng kể cho nhà máy. Ngồi ra cịn cĩ các chất màu anion và cation (chất màu của các axit hữu cơ, muối kim loại tạo thành) do việc xả rửa liên tục các cột tẩy màu resin và các chất khơng đường dạng hữu cơ (các axit hữu cơ), dạng vơ cơ (Na2O, SiO2, P2O5, Ca, Mg và K2O). Trong nước thải xả rửa các cột resin thường cĩ nhiều ion H+, OH-. Dựa vào đặc tính của nước thải, và yêu cầu mức độ xử lý đặt ra : nước thải phải đạt tiêu chuẩn xả thải loại B (TCVN 5945-1995) trong đĩ quy định giới hạn xả thải của các chất như sau: Bảng tổng kết chất lượng nước thải nhà máy đường STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Tiêu chuẩn (lọai B) 1 pH mg/l 7,5-8 5,5 -9 2 SS mg/l 1250 100 3 BOD mg/l 5000 50 4 COD mg/l 7000 100 5 N mg/l 16,4 60 6 P mg/l 7,5 6 Việc quản lý tốt quy trình sản xuất , bảo dưỡng thiết bị, chống rị rỉ hoặc thay đổi quy trình cơng nghệ, sử dụng các cơng nghệ sạch là biện pháp tốt nhất 9 để giải quyết các chất ơ nhiễm ngay trong khâu sản xuất. Ngồi ra, cấn phải áp dụng quy trình xử lý nước thải, nhằm làm giảm việc thải các chất ơ nhiễm vào nguồn nước hay vào hệ thống thốt nước chung của thành phố. Theo tin trên báo Tuổi Trẻ, số ra ngày 23/2/1999, Nhà máy đường Sĩc Trăng phối hợp với Trung Tâm Cơng Nghệ Khoa Học và Mơi Trường Quốc Gia vừa thử nghiệm thành cơng và đưa vào sản xuất loại phân hữu cơ vi sinh từ bã bùn. Đây cũng là một biện pháp giải quyết chất thải ơ nhiễm của Nhà máy đường rất hiệu quả, với giá thành phân bĩn lĩt là 1.000đ/kg, và phân bĩn thúc là 1.300đ/kg. II.4. KHẢ NĂNG GÂY Ơ NHIỄM NGUỒN NƯỚC CỦA NƯỚC THẢI NGÀNH CƠNG NGHIỆP ĐƯỜNG Hiện nay, phần lớn các nhà máy đường và nhiều tổ hợp sản xuất tư nhân chưa cĩ hệ thống xử lý nước thải. Với lưu lượng lớn, hàm lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao, nước thải nhà máy đường đã và đang làm ơ nhiễm các nguồn tiếp nhận. 9 Đường cĩ trong nước thải chủ yếu là đường sucroza và các loại đường khử như glocose và fructoze, trong đĩ: 9 Fructoze, C6H12O6 tan trong nước 9 Sucroze, C12H22O11 là sản phẩm thủy phân của Fructose và Glucose, tan trong nước . Các loại đường này dễ phân hủy trong nước. Chúng cĩ khả năng gây kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởng đến hoạt động của quần thể vi sinh vật nước. Trong quá trình cơng nghệ sản xuất đường, ở nhiệt độ cao hơn 550C các loại đường glucose và fructoze bị phân hủy thành các hợp chất cĩ màu rất bền. Ơ nhiệt độ cao hơn 2000C, chúng chuyển thành caramen(C12H18O9)n. Đây là dạng bột chảy hoặc tan vào nước, cĩ màu nâu sẫm, vị đắng. Phần lớn các sản phẩm phân hủy của đường khử cĩ phân tử lượng lớn nên khĩ thấm qua màng vi sinh. Để chuyển hĩa chúng, vi sinh phải phân rã chúng thành nhiều mảnh nhỏ để cĩ thể thấm vào tế bào. Quá trình phân hủy các sản phẩm đường khử địi hỏi thời gian phân hủy dài hơn, nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch trong nguồn tiếp nhận. Các chất lơ lửng cĩ trong nước thải cịn cĩ khả năng lắng xuống đáy nguồn nước. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất này sẽ làm cho nước cĩ màu đen và cĩ mùi H2S. Ngồi ra, nước thải nhà máy đường cịn cĩ nhiệt độ cao, làm ức chế hoạt động của vi sinh vật nước. Trong nước thải cĩ chứa các sản phẩm của lưu huỳnh và đơi khi cĩ lẫn dầu mỡ của khu ép mía. Ngày 26/11/1998, Chương trình cơng nghệ và mơi trường Đài truyền hình tỉnh Bình Dương cĩ báo động về tình hình ơ nhiễm nước thải do nhà máy đường Bình Dương gây ra trên Rạch Bà Lụa, thuộc phường Phú Thọ, thị xã Thủ Dầu Một. Với khối lượng lớn nước thải chưa xử lý được thải ra hàng ngày, Rạch Bà Lụa khơng đủ khả năng tự làm sạch và hậu quả là trong khu vực lân cận điểm xả, thực vật nước khơng phát triển được, một số lồi thủy sinh bị chết. Biện pháp hữu hiệu nhất là quản lý tốt quy trình sản xuất nhằm hạn chế tải lượng các chất ơ nhiễm được đưa vào 10 nước. Ngồi ra, cần phải xử lý nước thải nhà máy đường để gĩp phần bảo vệ mơi trường. 11 CHƯƠNG III. QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG Theo các tài liệu nghiên cứu, chất lượng và lưu lượng nước thải tổng hợp của nhà máy đường thay đổi nhiều trong ngày. Trong đĩ chất ơ nhiễm hữu cơ đĩng vai trị chủ yếu. Do thành phần nước thải của nhiều cơng đọan trong nhà máy đường rất khác nhau nên dây chuyền cơng nghệ xử lý được đề nghị trong các tài liệu tham khảo là: III.1. Lựa chọn quy trình cơng nghệ Một cách tổng quát, thì cả 2 phương án trên đều là những mơ hình xử lý nước thải đang được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam. Hai phương án đều cĩ thể vận hành dễ dàng trong điều kiện nước ta. Đối với dây chuyền xử lý nước thải sử dụng bể aerotank thì ta chú ý đến liều lượng bùn, lưu lượng khí … phải điều chỉnh ngay khi cần thiết. Cịn đối với dây chuyền xử lý sử dụng biofil thì ta chú ý đến khả năng xử lý của lớp vật kiệu lọc, việc quản lý phải bao gồm cả vịêc vệ sinh và thay thế lớp vật liệu lọc nếu cần. Trong phương án 1 vịêc xây dựng sân phơi bùn địi hỏi phải cần diện tích lớn hơn là đầu tư máy nén bùn. Diện tích xây dựng của aerotank cũng tương đối nhỏ hơn diện tích xây dựng biofil của phương án 1 Vì vậy, nếu xét về phương diện mặt bằng cần thiết để xây dựng hệ thống xử lý nước thải thì phương án 2 khả thi hơn so với phương án 1. III.2. Thuyết minh quy trình cơng nghệ: Nước thải sản xuất được dẫn theo đường thốt nước riêng ra hệ thống xử lí nước thải. Dịng thải sau khi qua song chắn rác (SCR) ở đầu mỗi cống thu chảy qua bể lắng cát được đặt âm sâu dưới đất, ở đây sẽ giữ lại cát và các chất rắn lơ lửng cĩ kích thước lớn. Phần rác thải thu được cĩ thể dùng để sản xuất giấy, phân bĩn… Nước thải sau khi lắng cát sẽ tự chảy qua hầm tiếp nhận. Tiếp theo, nước thải được bơm qua bể điều hịa, trước khi qua bể điều hịa nước thải được bơm qua trống lọc, lưu lượng nước thải ra sẽ được điều hịa ổn định. Tại đây nước thải được thổi khí để làm thống sơ bộ và phân bố chất bẩn đồng đều khắp bể. Sau đĩ tiếp tục bơm nước thải qua bể lắng 1 để loại bỏ 1 phần BOD5, COD và SS. Tiếp tục, nước thải tự chảy qua bể kị khí kiểu đệm bùn chảy ngược UASB để xử lí sơ bộ nhờ áp lực thủy tĩnh, vì nước thải mía đường cĩ đặc trưng là COD đầu vào rất lớn 7.000 mg/l. Sau khi xử lí yếm khí, đầu ra bể UASB là khí sinh học được thu giữ lại làm biogas, phần nước đã được giảm bớt tải lượng chất hữu cơ tự chảy qua aerotank để xử lí hiếu khí. Tại đây xảy ra quá trình xử lí sinh học, khí được thổi vào bể bằng các đĩa phân phối khí nhằm tăng cường sự xáo trộn chất bẩn và oxi trong khơng khí đồng thời giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng . Sau thời gian lưu, nước từ aerotank tự chảy qua bể lắng 2 để lắng bùn .Tiếp theo, nước trong từ máng thu nước aerotank tự chảy qua bể tiếp xúc, khử trùng bằng Clo với dư lượng là 0,5 mg/l, sau 30 phút chảy ra cống thu nước và chảy vào mạng lưới thốt nước chung của thành phố . 12 Bùn từ bể lắng được đưa vào bể chứa bùn sau khi ổn định bùn được bơm tuần hồn 1 phần vào bể aerotank, phần cịn lại bơm qua bể nén bùn trọng lực sau đĩ bơm qua máy ép bùn băng tải, bùn sau khi ra khỏi máy ép bùn băng tải tạo thành banh bùn được bĩn ruộng, trồng cây hoặc chơn lắp hợp vệ sinh . III.3. Mơ tả các cơng trình đơn vị: III.3.1. Song chắn rác Để tách bã mía trong nước thải người ta dùng song chắn rác. Hiệu suất của quá trình tách chất rắn bằng phương pháp này phụ thuộc vào các yếu tố sau: Đặc tính cơ học của song, lưới: kích thước mắt sàn, khoảng cách giữa các thanh chắn, lưu lượng dịng chảy và điều kiện dịng chảy. Tính chất nước thải :nồng độ chất rắn, kích thước của bã mía cần tách,… Đối với nước thải nhà máy đường, cĩ thể dùng song chắn rác với các thanh đan xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước trước hầm bơm và cào rác thủ cơng. Rác thu được cĩ thể thu hồi cùng với bã mía tại khu ép mía để chế biến thàng các sản phẩm phụ như làm bột giấy, làm chất độn trong sản xuất vật liệu xây dựng. 9 Ưu điểm: o Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt. o Giữ lại tất cả các tạp vật lớn. 9 Nhược điểm: o Khơng xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật lớn. o Làm tăng trở lực hệ thống theo thời gian. o Phải xử lý rác thứ cấp III.3.2. Hố thu gom Thu gom nước thải từ các dây chuyền sản xuất và nước thải sinh hoạt của nhà máy. Giúp cho hệ thống xử lý nước hoạt động ổn định và hiệu qua III.3.3. Bể lắng cát Loại bỏ cát và những mảnh vụn vơ cơ khĩ phân hủy trong nước thải. Cát sau đĩ được đem qua sân phơi cát. III.3.4. Bể điều hịa (điều hịa lưu lượng và chất lượng) Đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng 1. Do lưu lượng, thành phần, tính chất nước thải của nhà máy đường tùy thuộc vào dây chuyền sản xuất nên thường dao động nhiều trong một ngày đêm. Để ổn định chế độ dịng chảy cũng như chất lượng nước đầu vào cho các cơng trình xử lý phía sau, cần thiết phải cĩ một bể điều hịa lưu lượng và nồng độ. Dung tích bể được chọn theo thời gian điều hịa, dựa vào biểu đồ thay đổi lưu lượng, nồng độ nước thải và yêu cầu mức độ điều hịa nồng độ nước thải. Trong bể phải cĩ hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hịa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong tịan thể tích (để loại trừ các cú sốc về chất 13 lượng cho các cơng trình xử lý sinh học phía sau và khơng cho cặn lắng trong bể. III.3.5. Bể lắng 1 Loại bỏ 1 phần SS và chất hữu cơ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý sinh học ở cơng trình sau. III.3.6. Bể UASB - UASB là bể xử lý sinh học kị khí dịng chảy ngược qua lớp bùn, phát triển mạnh ở Hà Lan. Xử lý bằng phương pháp kị khí là phương pháp được ứng dụng để xử lý các loại chất thải cĩ hàm lượng hữu cơ tương đối cao, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản sinh năng lượng mới. - Vì quá trình phân hủy kị khí dưới tác dụng của bùn hoạt tính là quá trình sinh học phức tạp trong mơi trường khơng cĩ oxi, nên bùn nuơi cấy ban đầu phải cĩ độ hoạt tính methane. Độ hoạt tính methane càng cao thì thời gian khởi động (thời gian vận hành ban đầu đạt đến tải trọng thiết kế) càng ngắn. Bùn hoạt tính dùng cho bể UASB nên lấy bùn hạt hoặc bùn lấy từ một bể xử lý kị khí là tốt nhất, cĩ thể sử dụng bùn chứa nhiều chất hữu cơ như bùn từ bể tự hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng. - Nồng độ bùn nuơi cấy ban đầu cho bể UASB tối thiểu là 10Kg VSS/ m3. Lượng bùn cho vào bể khơng nên nhiều hơn 60% thể tích bể. - Trước khi vận hành bể UASB cần phải xem xét thành phần tính chất nước thải cần xử lý cụ thể như hàm lượng chất hữu cơ, khả năng phân hủy sinh học của nước thải, tính đệm, hàm lượng chất dinh dưỡng, hàm lượng cặn lơ lửng, các hợp chất độc, nhiệt độ nước thải … - Khi COD nhỏ hơn 100 mg/L, xử lý nước thải bằng UASB khơng thích hợp. Khi COD lớn hơn 50.000 mg/L, cần pha lỗng nước thải hoặc tuần hồn nước đầu ra. - UASB khơng thích hợp đối với nước thải cĩ hàm lượng SS lớn. Khi nồng độ cặn lơ lửng lớn hơn 3.000 mg/L, cặn này khĩ cĩ thể phân hủy sinh học được trong thời gian lưu nước ngắn và sẽ tích lũy dần trong bể, gây trở ngại cho quá trình phân hủy nước thải. Tuy nhiên, nếu lượng cặn này bị cuốn trơi ra khỏi bể thì khơng cĩ trở ngại gì. Cặn lơ lửng sẽ lưu lại trong bể hay khơng tùy thuộc vào kích thước hạt cặn và hạt bùn nuơi cấy. Khi kích thước của hai loại cặn này gần như nhau, cặn lơ lửng sẽ tích lại trong bể. Khi sử dụng bùn hạt, cặn lơ lửng sẽ dễ dàng bị cuốn trơi ra khỏi bể. Đơi khi, lượng cặn lơ lửng này cĩ thể bị phân hủy trong bể. Lúc đĩ, cần biết tốc độ phân hủy của chúng để tính thời gian lưu cặn trong bể. - UASB khơng thích hợp với nước thải cĩ hàm lượng amonia lớn hơn 2.000 mg/L hoặc nước thải cĩ hàm lượng sunphate vượt quá 500 mg/L ( tỉ số COD/SO42- < = 5). Bản thân sunphate khơng gây độc nhưng do vi khuẩn khử sunphate dễ dàng chuyển hĩa SO42- thành H2S. Khi hàm lượng SO42- khơng quá cao (hoặc tỉ số COD/SO42- khơng vượt quá 10), sẽ khơng ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kị khí. - Dựa vào các yếu tố trên cĩ thể khẳng định sử dụng UASB cho cơng nghệ sử lý nước thải mía đường là hợp lý. 14 III.3.7. Bể aerotank Tùy thuộc vào loại chất ơ nhiễm cĩ thể sử dụng bể aerotank với các vi sinh vật được nuơi cấy trong bùn hoạt tính để oxy hĩa chất hữu cơ trong điều kiện nhân tạo. Mơ hình này được thực hiện bằng cách cung cấp oxy cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển qua việc tiêu thụ chất hữu cơ . Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật cĩ khả năng oxy hĩa và khống hĩa chất hữu cơ chứa trong nước thải. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ phải luơn cung cấp đầy đủ khơng khí cho bể aerotank hoạt động. Sau bể aerotank nước thải vào bể lắng đợt 2 để tách bùn hoạt tính. Ơ đây, một phần bùn lắng được đưa trở lại bể aerotank để tạo mầm vi sinh vật trong bể, phần khác đưa tới bể nén bùn. Khối lượng bùn tuần hồn và lượng khơng khí cần cung cấp phụ thuộc vào mức độ yêu cầu xử lý của nước thải. Hiệu quả xử lý BOD5 =90-95%. Việc lựa chọn cơng nghệ xử lý tùy theo thành phần tính chất nước thải, chi phí đầu tư quản lý và diện tích mặt bằng khu xử lý . III.3.8. Bể lắng II Đặt sau aerotank , nhiệm vụ làm trong nước ở phần trên để xả ra nguồn tiếp nhận , cơ đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể để tuần hồn lại aerotank. Thường cĩ dạng trịn ( bể lắng đứng ,bể radial ) , dạng hình chữ nhật ( bể lắng ngang ).Bể lắng ngang , chữ nhật thường cĩ hiệu quả lắng thấp hơn bể lắng trịn vì cặn lắng tích lũy ở các gĩc bể thường bị máy gạt cặn khuấy động trơi theo dịng nước vào máng thu nước ra . III.3.9. Bể nén bùn Thu gom cặn chưa ổn định từ bể lắng 1, bể lắng 2 và cặn đã ổn định từ aerotank nhằm làm giảm bớt độ ẩm . 15 CHƯƠNG IV.TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH DƠN VỊ: Giả sử sau khi qua các cơng trình: song chắn rác, bể lắng cát, bể điều hịa, bể lắng 1 hàm lượng các chất ơ nhiễm giảm như sau: BOD5 giảm 45%(ban đầu là 5.000mg/l) COD giảm 43% (ban đầu là7.000mg/l) SS giảm 80% (ban đầu là 1.250mg/l) Do đĩ các thơng số để tính tốn các cơng trình như trình bày sau đây IV.1. Tính bể UASB Tính tốn: ¾ Các thơng số đầu vào: 9 pH= 6,6÷7,6 9 Lưu lượng Q=800m3/ngđ 9 BOD5=2.750mg/l 9 COD=4.000mg/l 9 SS= 250mg/l 9 Trong nước thải cĩ đầy đủ các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển của VSV. ¾ Các thơng số đầu ra 9 pH = 6,5÷7,6 9 BOD5=500mg/l 9 COD=700mg/l 9 SS=100mg/l Nước thải khi ra khỏi bể sẽ cĩ hàm lượng COD nhỏ hơn hay bằng 700mg/l để đưa sang bể Aerotank . Hiệu quả xử lý của bể UASB: %,582100 4000 7004000100 =×−=×−= v rv COD CODCODE Lượng COD cần khử: lmgCODCODCOD rv /33007004000 =−=−= Lượng COD cần khử trong ngày: ngdkgCODQG /2640103300800 3 =××=×= − Chọn tải trọng xử lý trong bể UASB: [1] ngdmkgCODL ./9 3= Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết: 33293 9 2640 m L GV ,=== → Chọn V=293,5m3 Để giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng trong bể phải giữ trong khoảng 0,6÷0,9m/h . Chọn v=0,7m/h 16 Diện tích bề mặt cần thiết của bể: 26247 7024 800 m v QF , , =×== Chọn F=48m2 Chiều cao phần xử lý yếm khí: m F VH 16 48 5293 1 , , === → chọn H1=6m. Tổng chiều cao của bể: 321 HHHH ++= Trong đĩ: H1: chiều cao phần xử lý yếm khí. H2: chiều cao vùng lắng. Để đảm bảo khơng gian an tồn cho bùn lắng xuống phía dưới thì chiều cao vùng lắng phải lớn hơn 1,0m [1]. Chọn H2=1,1m H3: chiều cao dự trữ, chọn H3=0,5m H=6+1,1+0,5=7,6m Chọn 2 đơn nguyên hình vuơng, vậy cạnh mỗi đơn nguyên là: ma 894 2 48 ,== Ỉchọn a=5m Chiều cao H=7,5m Thể tích thực của bể: 3380675522 mmmmHaaVt =×××=×××= , Thời gian lưu nước trong bể: 24×= Q VT Trong đĩ: ( ) 329842506750 mFHV =×−=×−= ,,),( Q = 800m3/ngđ hT 94824 800 298 ,=×=⇒ Nằm trong khỏang cho phép [4-10h][1] ¾ Tính ngăn lắng: Trong mỗi đơn nguyên, bố trí 4 tấm chắn khí và hai tấm hướng dịng. Nước thải khi đi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm tách khí đặt nghiêng so với phương ngang 1 gĩc 450÷600. Chọn gĩc nghiêng giữa tấm chắn khí với phương ngang là 600. Các tấm này đặt song song nhau. Tổng chiều cao của tồn bộ ngăn lắng Hnglắng (kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao dự trữ chiếm trên 30% tổng chiều cao bể. Ta cĩ: 17 ( ) mHH mtgtgaHH a HH tg 9350444 44 2 605 2 60 2 60 3 00 3 30 ,,, , nglắng nglắng nglắng =−=−=⇒ =×=×=+⇒ += Kiểm tra lại: ( ) %,% , ,% H HH bể 3nglắng 8957100 67 44100 =×=×+ >30% Vậy chiều cao xác định được là thích hợp. Thời gian lưu nước trong ngăn lắng, thời gian này phải lớn hơn 1h: h Q Haa Q V t 9224 800 93552 1 2242 1 224 , ,nglắngnglắng =×××××=×××××=×= >1h. mặt khác Vvùnglắng /tổng thể tích UASB=H2 /Hbể =1,1/7,5≈15% Ỉthỏa b2 tấm chắn 1 r y1 b1 tấm chắn 2 x1 x2 h1 H ng la éng Tính tốn tấm chắn khí: Chọn khe hở giữa các tấm chắn khí và giữa tấm chắn khí với tấm hướng dịng là như nhau. Tổng diện tích giữa các khe hở này chiếm 15÷20% tổng diện tích đơn nguyên. Chọn Skhe=0,15Sdng Hình 4.1: tấm chắn khí và hướng dịng bể UASB Trong mỗi đơn nguyên cĩ 4 khe hở, diện tích của mỗi khe: ( ) 22 940 4 5150 4 150 m S S dngkhe , ,, =×=×= Bề rộng của khe hở: mmm a Sr khekhe 18818805 940 ==== ,, ¾ Tính tốn các tấm chắn Tấm chắn 1: Chiều dài: l mma 50001 == 18 Chiều rộng: mmHHb nglang 32336011936021 =−=−= sin/),,(sin/)( chọn 3240 Chiều cao: mmby 280060323360 0011 =×=×= sinsin Tấm chắn 2: Chiều dài: mmal 50002 == Chiều rộng: 212 xxb +=( ) mmrh khe 94301886090 0001 =×=−×= sinsin mmx 4001 = ( ) ( ) mm yhHH x 1739 60 2800945003900 60 00 113 2 =+−+= +−+= sin )()( sin nglắng mmb 213917394002 =+= chọn 2140 ¾ Tính tốn tấm hướng dịng: Tấm hướng dịng cũng được đặt nghiêng 1 gĩc 60o so với phương ngang cách tấm chắn khí 188mm như hình vẽ. ¾ Tính hệ thống phân phối nước: Đối với bể UASB cĩ tải trọng chất bẩn hữu cơ L>4kgCOD/m3.ngđ [1] thì từ 2m2 diện tích bể trở lên sẽ được bố trí một vị trí phân phối nước. → Chọn 3m2 cho một vị trí phân phối nước. Số vị trí phân phối nước trong mỗi đơn nguyên: 8 3 2 48 3 2 === F n ¾ Tính máng thu nước: Bố trí máng thu nước kết hợp với máng răng cưa đặt ở tâm bể và dọc theo chiều rộng bể. Máng thu nước được tạo độ dốc để dẫn nước thải về cuối bể rồi theo ống dẫn theo cơ chế tự chảy, chảy sang aerotank . Máng thu nước tiết diện hình chữ nhật: d x r với d=2r. Độ dốc máng: i=1/200. Lưu lượng vào máng: Qmáng = 800m3/ngđ. Ta cĩ: iRCQmáng ×××=ω (4.8) Trong đĩ: 6 11 22 2 R n C r rd rdR rd rd ×= =×+ ×== ×+= ×= λ ω λ ω 19 ( ) ( ) ( ) mmmr i nQ r 860860 200 1502360024 0140800 502 2 1 3 22 1 3 2 6 16 ==⇒ ×××× ×= × ×=⇒ , , , , máng Chọn kích thước máng: r =90mm d=180mm Thanh răng cưa Chiều cao răng cưa :50mm Dài đoạn vát đỉnh răng cưa:40mm Chiều cao cả thanh :200mm Khe dịch chuyển Cách nhau : 450mm Bề rộng khe :12mm Chiều cao:150mm 450450 50 40 50 60 50 13 0 khe dịch chuyển 25 0 Hình 4.2: máng răng cưa ¾ Tính lượng khí và bùn sinh ra: Tính lượng khí sinh ra trong bể: Thể tích khí sinh ra đối với 1kgCOD bị khử là 0,5m3 [3] Tổng thể tích khí sinh ra trong một ngày: đ,, ng mGVkhí 3 14008005050 =×=×= Tính lượng khí CH4 sinh ra: Thể tích khí CH4 sinh ra khi 1kg COD được loại bỏ là 0,35 m3(CH4 chiếm 70% tổng lượng khí sinh ra) [3]. Thể tích khí CH4 sinh ra là: đ/,, ngmVV khíCH 398014007070 4 =×=×= Tính lượng bùn sinh ra: Lượng bùn do VSV sinh ra từ 0,1÷0,5kg/kgCOD được loại bỏ. → Chọn Mbùn=0,1kg/kgCOD bị loại bỏ. Khối lượng bùn sinh ra trong một ngày: 20 ngà kgbùn,bùn 280280010 =×=M ¾ Tính ống phân phối nước vào bể UASB: Đường kính các ống được chọn theo bảng sau: Tn thơng dụng Kích thuớc danh nghĩa Đường kính ngồi (mm) Độ dày (mm) p suất danh nghĩa(1) (bar) Ống 110 110 110 5,3 10 Ống 140 140 140 6,7 10 Ống 160 160 160 7,7 10 Ống 225 225 225 10,8 10 Ống 250 250 250 11,9 10 Ống 280 280 280 13,4 10 Ống 315 315 315 15,0 10 Ống 400 400 400 19,1 10 Ống 110 110 110 3,2 6 Ống 140 140 140 4,1 6 Ống 160 160 160 4,7 6 Ống 225 225 225 6,6 6 Ống 250 250 250 7,3 6 Ống 280 280 280 8,2 6 Ống 315 315 315 9,2 6 Ống 400 400 400 11,7 6 Bề dy thnh ống (mm)(*)Tn thơng dụng Kích thước danh nghĩa Đường kính ngồi PN 3,2bar PN 6bar PN 10bar PN 12,5bar PN 16bar 20 20 20 - - 2,3 2,3 2,8 25 25 25 - 2,3 2,3 2,8 3,5 32 32 32 - 2,3 2,9 3,6 4,4 40 40 40 - 2,3 3,7 4,5 5,5 50 50 50 - 2,9 4,6 5,6 6,9 63 63 63 2,3 3,6 5,8 7,1 8,6 75 75 75 2,3 4,3 6,8 8,4 10,3 90 90 90 2,8 5,1 8,2 10,1 12,3 110 110 110 3,4 6,3 10,0 12,3 15,1 125 125 125 3,9 7,1 11,4 14,0 17,1 140 140 140 4,3 8,0 12,7 15,7 19,2 160 160 160 4,9 9,1 14,6 17,9 21,9 Nguồn :www. binhminhplastic.com Vận tốc nước chảy trong ống chính v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s. m v QD 110 3600241 80044 ,=××× ×=× ×= ππ → chọn ống nhựa PVC cĩ đường kính Φ110mm 21 Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: ( ) ( ) smD Qv / , 1 360024110 80044 22 =××× ×=× ×= ππ Từ ống chính chia làm 2 ống nhánh vào 2 đơn nguyên. 9 Đường kính ống nhánh: Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s. m v Q D 0770 3600241 2 800424 ,=××× ×=× ×= ππ → chọn ống nhựa PVC cĩ đường kính Φ75mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: ( ) ( ) smD Q v /, , 051 3600240750 2 800424 22 =××× ×=× ×= ππ Trên mỗi ống nhánh chia làm 2 nhánh nhỏ dẫn vào mỗi đơn nguyên. 9 Đường kính ống nhánh: Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s. m v Q D 0540 3600241 4 800444 ,=××× ×=× ×= ππ → chọn ống nhựa PVC cĩ đường kính Φ50mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: ( ) ( ) smD Q v /, , 181 3600240500 4 800444 22 =××× ×=× ×= ππ → thỏa điều kiện. Hệ thống ống phân phối nước vào được đặt cách đáy bể 0,5m ¾ Ống dẫn nước thải sang aerotank : Vận tốc nước chảy trong ống v=0,1÷0,5m/s [2], chọn v=0,5m/s. m v QD 1540 36002450 80044 , , =××× ×=× ×= ππ → chọn ống nhựa PVC cĩ đường kính Φ160mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: ( ) ( ) smD Qv /, , 4610 3600241600 80044 22 =××× ×=× ×= ππ → thỏa điều kiện. ¾ Tính tốn đường ống thu khí: Chọn vận tốc khí chạy trong ống v=10m/s. m v V D khí 0450 36002410 140044 ,=××× ×=× ×= ππ → chọn ống sắt tráng kẽm cĩ đường kính Φ40mm. 22 Kiểm tra vận tốc khí trong ống 13 360024040143 140044 22 =××× ×=× ×= ),(,)(D Vv khíπ m/s Ỉ thỏa điều kiện ¾ Tính ống thu bùn: Chọn ống thu bùn cĩ đường kính Φ90mm cĩ đục lỗ, dlỗ=20mm. Ở mỗi vị trí ta đục lỗ 3 mặt, mỗi lỗ cách nhau 20mm, mỗi vị trí cách nhau 400mm. Bùn được xả định kỳ từ 1÷6 tháng nhờ áp lực thủy tĩnh của nước trong bể. Ống thu bùn được đặt dọc theo chiều dài bể và cách đáy 1m. ¾ Lấy mẫu: Để biết được sự hoạt động bên trong bể, dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy mẫu. Với các mẫu thu được ở cùng một van, ta cĩ thể ước đốn lượng bùn ở độ cao đặt van đĩ. Sự ước đốn này rất cần thiết khi muốn biết tải trọng thực sự của bùn và thời gian lưu bùn hiện trong bể là bao nhiêu, từ đĩ mà cĩ sự điều chỉnh thích hợp. Trong điều kiện ổn định, tải trọng của bùn gần như khơng đổi, do đĩ mật độ bùn tăng lên đều đặn. Nhưng ngay trong những trường hợp đĩ, việc lấy mẫu vẫn được đề nghị thực hiện đều đặn. Khi mở van, cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được bùn gần giống trong bể vì nếu mở lớn quá thì nước sẽ thốt ra nhiều hơn. Thơng thường lấy 50÷150 ml mẫu vào 2 lần cách nhau ít nhất 1h. Bể cao 7,6m, do đĩ dọc theo chiều cao bể đặt 5 van lấy mẫu, các van đặt cách nhau 1,m. Van dưới cùng đặt cách đáy 0,5m. Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng Φ25. CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ BỂ UASB LÀ: STT Tên thơng số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Số lượng Cơng trình 2 2 Chiều dài bể m 5 3 Chiều rộng bể m 5 4 Chiều cao bể m 7,5 5 Thể tích m3 187,5 ¾ Tính bơm từ bể lắng I đến UASB : Lưu lượng cần bơm Q = 33,34 m3/h. Cột áp của bơm: H = ∑+Δ hZ (m H2O) ΔZ: khoảng cách từ mặt nước bể điều hồ đến mặt nước bể UASB. ∑h: tổng tổn thất của bơm, bao gồm tổn thất cục bộ, tổn thất dọc đường ống, tổn thất qua lớp bùn lơ lửng trong bể UASB. Một cách gần đúng, chọn : o ΔZ = 4 m H2O o ∑h = 7 m H2O ⇒ H = 4 + 7 = 11 m H2O 23 Cơng suất yêu cầu trên trục bơm: N= η ρ .1000 H.g..Q = 801000 11819100036003433 233 , /,//)/,( × ××× msmmkgsm = 1,25 kW Vậy chọn bơm cĩ cơng suất 1,25 kW (2 HP) IV.2. TÍNH TỐN BỂ AEROTANK: Tính tốn: Các thơng số thiết kế ¾ Các thơng số đầu vào: 9 Lưu lượng nước thải Q= 800m3/ngày 9 BOD5 = 500 mg/L 9 COD = 700 mg/L 9 Nhiệt độ duy trì trong bể 26-280C ¾ Các thơng số đầu ra: Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn loại B: 9 BOD ở đầu ra ≤ 50 mg/L 9 COD = 100 mg/L 9 Cặn lơ lửng ở đầu ra SSra ≤ 40 mg/L (thấp hơn tiêu chuẩn nguồn loại B) gồm cĩ 65% là cặn cĩ thể phân huỷ sinh học Nước thải khi vào bể Aerotank cĩ hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi ( nồng độ vi sinh vật ban đầu) X0 = 0 9 Nước thải được điều chỉnh sao cho BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 9 Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) cĩ trong nước thải là 0,8 MLSS MLVSS = 0,8 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,2) 9 Nồng độ bùn hoạt tính tuần hồn ( tính theo chất rắn lơ lửng ) Xr = 8500 mg/L 9 Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì trong bể Aerotank là : X = 3100 mg/L 9 Thời gian lưu bùn trong hệ thống, θc = 4 ngày 9 Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68 9 Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,05 ngày-1 9 Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số giữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ ), Y = 0,6 Kg VSS/Kg BOD5 24 9 Loại và chức năng bể : Bể Aerotank khuấy trộn hồn chỉnh . Ưu điểm: khơng xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp cho xử lý nước thải mía đường . ¾ Xác định nồng độ BOD5 hồ tan trong nước thải ở đầu ra - Sơ đồ làm việc của hệ thống: Q,X0, S0 Qe, S,Xe Bể lắng II Bể Aerotank Qr , Xr , S Qw , Xr Trong đĩ: •Q , Qr, Qw , Qe : lưu lượng nước đầu vào , lưu lượng bùn tuần hồn , lưu lượng bùn xã và lưu lượng nước đầu ra , m3/ngày •S0 , S : nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng II , mg/L •X , Xr , Xe : nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank , nồng độ bùn tuần hồn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng II , mg/L - Phương trình cân bằng vật chất: BOD5 ở đầu ra = BOD5 hồ tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra Trong đĩ : •BOD5 ở đầu ra : 50 mg/L •BOD5 hồ tan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/L •BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác định như sau : ¾ Lượng cặn cĩ thể phân huỷ sinh học cĩ trong cặn lơ lửng ở đầu ra : 0,65 × 40 = 26 mg/L ¾ Lượng oxy cần cung cấp để oxy hố hết lượng cặn cĩ thể phân huỷ sinh học là : 26 × 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 36,92 mg/L . Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng . Quá trình tính tốn dựa theo phương trình phản ứng: C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/L 160 mg/L 1 mg/L 1,42 mg/L ¾ Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5 BOD5 = BOD20 × 0,68 = 36,92 × 0,68 = 25,11 mg/L Vậy : 25 50 (mg/L) = S + 25,11 (mg/L) ⇒ S = 24,89 mg/L ¾ Tính hiệu quả xử lý - Tính hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hồ tan: E = 0 0 S SS − × 100 = 500 ,500 8924− × 100 = 95% - Hiệu quả xử lý của tồn bộ sơ đồ E0 = 500 50500 − × 100 = 90% - Thể tích bể Aerotank V = )1( )( 0 cd c kX SSQY θ θ + − Trong đĩ : •V: Thể tích bể Aerotank , m3 •Q: Lưu lượng nước đầu vào Q = 800 m3/ngày •Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,6 •S0 – S = 500 – 24,89 = 475,11 mg/L •X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank, X= 3100 mg/L •kd: Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,05 ngày-1 •θc: Thời gian lưu bùn trong hệ thống, θc = 4 ngày V = ),( ,, 405013100 41147560800 ×+× ××× = 245,2 m3 Chọn V = 245 m3 ¾ Thời gian lưu nước trong bể θ = Q V = 800 245 x24= 7,35h Nằm trong khoảng cho phép [4-8h] [1] Lượng bùn phải xã ra mỗi ngày - Tính hệ số tạo bùn từ BOD5 Yobs = dc K Y θ+1 = 05041 60 , , ×+ = 0,5 Trong đĩ: + Y : hệ số sản lượng, Y= 0,6 kg VSS/ kg BOD5 + kd: hệ số phân huỷ nội bào, kd= 0,05 ngày-1 + θ c: thời gian lưu bùn, θ c = 4 ngày. 26 - Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 (tính theo VSS) Px (VSS) = Yobs × Q × (S0 – S ) = 0,5 × 800 × 475,11 × 10-3= 190 kgVSS/ngày - Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày Ta biết MLSS MLVSS = 0,8⇒ MLSS = 80, MLVSS Px (SS) = ( ) 80, VSSPx = 80 190 , = 237,5 kgSS/ngày - Lượng cặn dư hằng ngày phải xã đi Pxả = Px (SS) – Q × SSra = 237,5 – 800 x 40 x 10-3 =205,5 kg/ngày - Tính lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần hồn bùn θc = eerw XQXQ VX + ⇒ Qw = cr ee X XQVX θ θ− Trong đĩ • V: Thể tích bể Aerotank V= 646 m3 •X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank X = 3100 mg/L • θc : Thời gian lưu bùn θc = 4 ngày •Qe : Lưu lượng nước đưa ra ngồi từ bể lắng đợt II ( lượng nước thải ra khỏi hệ thống ). Xem như lượng nước thất thốt do tuần hồn bùn là khơng đáng kể nên Qe = Q = 800 m3/ngày •Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống Xe=0,8× SSra = 0,8 × 40 = 32 mg/L •Xr :nồng độ chất rắn lơ lửng cĩ trong bùn tuần hồn. Xr =8500 x 0,8=6.8 kg/m3 ⇒ Qw = 486 4103280013245 3 × ×××−× − , , = 24,16 m3/ngày ¾ Tính hệ số tuần hồn (α) từ phương trình cân bằng vật chất viết cho bể lắng II ( xem như lượng chất hữu cơ bay hơi ở đầu ra của hệ thống là khơng đáng kể) Ta cĩ: X(Q+Qr) = X0Q + XrQr Trong đĩ: •+ Q: Lưu lượng nước thải, Q = 800 m3/ngày •+ X: Nồng độ VSS trong bể Aerotank, X = 3100mg/l •+ Qr : Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hồn •+ X0 : Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aerotank, 27 •Xo = 0 •+ Xr : Nồng độ VSS trong bùn tuần hồn, Xr = 6800 mg/L ⇒ X(Q + Qr) = XrQr Vậy ta cĩ: α = Q Qr = XXr X − = 31006800 3100 − = 0,84 Lưu lượng bùn tuần hồn: Qr = Qα = 800 x 0,84 = 672 m3/ngày = 28 m3/giờ ¾ Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD20 - Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn OC0 = f SSQ )( 0 − - 1,42Px(VSS) Với f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 , f= 0,68 OC0 = 1000680 11475800 × × , ),( - 1,42 × 190 = 558,68 kgO2/ngày - Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể OCt = OC0 αβ 1 0241 1 20 20 )(. −− tsh s CdC C Trong đĩ •Cs20 : Nồng độ bão hồ oxy trong nước ở nhiệt độ làm việc Cs20 = 9,08 mg/L •Cd : Lượng oxy hồ tan cần duy trì trong bể Cd = 2 mg/L •Csh :nồng độ oxy hịa tan trong nước sạch ở 26oC , Csh=8,09mg/l •β:hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối. Đối với nước thải lấy β=1. •α: hệ số điều chỉnh lưựng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng c hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thĩang, hình dáng và kích thước bể, cĩ giá trị từ 0,6-0,94. chọn α =0,7. OCt =558,68x =−× − 70 1 0241 1 20981 089 2026 ,,, , )( 1032,13 kgO2/ngày Ỉlượng khơng khí/m3 nước thải =1032,13/800=1,29kg O2/ m3 nước thải ¾ Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể : Chỉ số F/M M F = X S ×θ 0 Trong đĩ: + S0: BOD5 đầu vào, S0 =500 mg/L + X: Hàm lượng SS trong bể, X = 3100 28 + θ : Thời gian lưu nước, θ = 0,3063 ngày M F = 310030630 500 ×, = 0,53 mgBOD5/mg bùn.ngày Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thơng số thiết kế bể (0,2-0,6 kg/kg. ngày).[1] - Tốc độ oxy hố của 1 g bùn hoạt tính ρ = X S θ −s0 = 310030630 8924500 × − , , = 0,5 ( mg BOD5/mgbùn.ngày) - Tải trọng thể tích của bể Aerotank L= V QS ×0 = 245 80010500 3 ×× − = 1,63 (kgBOD5/m3ngày) Giá trị này trong khoảng thơng số cho phép khi thiết kế bể (0,8 -1,92 kgBOD5/m3. ngày)[1] - Tính lượng khơng khí cần thiết để cung cấp vào bể Qkk = OU OCt × f Trong đĩ •OCt : Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể : OCt =1032,13kgO2/ngày •OU : Cơng suất hồ tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối •Chọn dạng đĩa xốp , đường kính 170 mm , diện tích bề mặt F=0,02 m2 •Cường độ thổi khí 200 L/phút đĩa = 12 m3/giờ •Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h = 4,4m ( lấy gần đúng bằng chiều sâu bể) Tra bảng 7.1 trang [1]ta cĩ Ou = 7 gO2/ m3.m OU = Ou × h = 7× 4,4 = 30,8 g O2/m3 Ou: Cơng suất hồ tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo g O2/m3 khơng khí •f: hệ số an tồn , chọn f = 1,5(f nằm trong khoảng 1,5-2,0)[1] Qkk = 310830 131032 −×, , × 1,5 = 50266,1(m3/ngày) =0,582(m3/s) - Số đĩa cần phân phối trong bể N = )./(200 )/( diaphutL phutLQkk = 200 34907 ≈174 đĩaỈ chọn 180 đĩa. ¾ Kích thước bể Aerotank •Thể tích bể Vb = 245 m3 •Chiều sâu chứa nước của bể h = 4 m •Diện tích bể F = h V = 4 245 =61,25 m2 29 •Chiều dài bể L = 15,3 m •Chiều rộng bể B = 4 m(tỷ lệ B:h=1:1) [2] •Chiều cao dự trử trên mặt nước hbv = 0,4m •Chiều cao tổng cộng của bể H = h+ hbv =4 + 0,4 = 4,4m CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ BỂ AEROTANK STT Tên thơng số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Số lượng Cơng trình 1 2 Chiều dài bể m 15,3 3 Chiều rộng bể m 4 4 Chiều cao bể m 4,4 5 Thể tích m3 269,5 Tính tốn các thiết bị phụ: ¾ Tính tốn máy thổi khí - Ap lực cần thiết của máy thổi khí Hm = h1 + hd + H Trong đĩ •h1: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển h1 = 0,4m •hd : Tổn thất qua đĩa phun , hd = 0,5m •H : Độ sâu ngập nước của miệng vịi phun H = 4,4m Hm = 0,4 + 0,5 + 4,4 = 5,3m Chọn Hm =5,3m Ap lực máy thổi khí tính theo Atmotphe: Pm = 1210, Hm = 1210 35 , , = 0,52 atm - Năng suất yêu cầu Qtt = 50266,1(m3/ngày) =0,582(m3/s) - Cơng suất máy thổi khí Pmáy = ne GRT 729 1 , ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 1 2830 1 2 . p p Trong đĩ •Pmáy : Cơng suất yêu cầu của máy nén khí , kW •G: Trọng lượng của dịng khơng khí , kg/s •G = Qtt × ρkhí = 0,582 × 1,2 = 0,7 kg/s •R : hằng số khí , R = 8,314 KJ/K.mol 0K 30 •T1: Nhiệt độ tuyệt đối của khơng khí đầu vào •T1= 273 + 27 = 300 0K •P1: áp suất tuyệt đối của khơng khí đầu vào P1= 1 atm •P2: áp suất tuyệt đối của khơng khí đầu ra •P2 =Pm + 1 = 0,52 +1=1,52 atm •n= K K 1− = 0,283 ( K = 1,395 đối với khơng khí ) •29,7 : hệ số chuyển đổi •e: Hiệu suất của máy , chọn e= 0,7 Vậy : Pmáy = 702830729 300314870 ,,, ,, ×× ×× ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 1 1 521 2830,, = 37,33 kW ¾ Tính tốn đường ống dẫn khí - Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính , chọn Vkhí = 15 m/s - Lưu lượng khí cần cung cấp , Qk = 0,582 m3/s - Đường kính ống phân phối chính D= πkhi k V Q4 = 14315 58204 , , × × = 0,22 m Chọn ống sắt tráng kẽm D= 225 mm - Từ ống chính ta phân làm 15 ống nhánh cung cấp khí cho bể , lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh ( Khoảng cách giữa các nhánh từ 1 – 1,5). Q’k = 15 kQ = 15 5820, = 0,0388 m3/s - Vận tốc khí qua mỗi ống nhánh v’khí = 12 m/s - Đường kính ống nhánh d = πkhi k v Q ' '4 = 14312 09704 , , × × = 0,062 m Chọn loại ống sắt tráng kẽm d = 63 mm - Kiểm tra lại vận tốc + Vận tốc khí trong ống chính Vkhí = 2 4 D Qk π = 22250143 58204 ,, , × × = 14,6 m/s Vậy Vkhí nằm trong khoảng cho phép (10 -15 m/s) + Vận tốc khí trong ống nhánh v’khí = 2 '4 d Q k π = 20630143 8804 ,, , × × = 12,45 m/s Vậy v’khí nằm trong khoảng cho phép (10 -15 m/s) 31 Tính tốn đường ống dẫn nước thải vào bể - Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 0,3 m/s - Lưu lượng nước thải : Q = 800 m3/ngày = 0,0093m3/s - Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC , đường kính của ống D = πv Q4 = 14330 009304 ,, , × × = 0,198 m Chọn ống ống PVC 160 mm - Tính lại vận tốc nước chảy trong ống v= 2 .4 D Q π = 21600143 009304 ,, , × × = 0,46 m/s Vận tốc nước vào nằm trong khoảng cho phép ( 0,3 – 0,7 m/s) Chọn máy bơm nước vào bể Aerotank - Lưu lượng bơm : Q = 800 m3/ngày = 0,0093 m3/s - Cột áp bơm :H = 8m N = η ρ 1000 gHQ = 801000 8819100000930 , ,, × ××× = 0,91 kW = 910W Chọn bơm cĩ cơng suất 910W (1,5HP) η : hiệu suất chung của bơm từ 0,72-0,93 , chọn η= 0,8 Tính tốn đường ống dẫn bùn tuần hồn - Lưu lượng bùn tuần hồn Qr = 672 m3/ng. = 0,0078 m/s. - Chọn vận tốc bùn trong ống v= 0,3 m/s D = πv Q4 = 14330 007804 ,, , × × = 0,182 m Chọn ống PVC đường kính = 160mm Bơm bùn tuần hồn - Lưu lượng bơm :Q’r = 672 m3/ngày = 0,0078 m3/s - Cột áp của bơm :H= 8m - Cơng suất bơm N = η ρ 1000 ' gHQ r = 801000 8819100000780 , ,, × ××× = 0,765 kW = 765W η : hiệu suất chung của bơm từ 0,72-0,93 , chọn η= 0,8 Chọn bơm cĩ cơng suất 765W(1,2 HP) IV.3. Hố thu (hầm bơm) Thời gian lưu trong hố thu là: 10-20 phút.[1] Ỉ Chọn t=15 phút. Chọn hệ số điều hịa k=1,2 Ỉ Thể tích bể: Vb = Qhmax x k x t = 33,34 x 1,2 x 60 15 = 10 m3. Chọn chiều cao bể: 32 ⎭⎬ ⎫ = = mh mH bve 50 2 , Ỉ Hbể =2,5m. Giả sử hầm bơm hình vuơng: Vb = a x a x H =10 Ỉ Cạnh hầm bơm: a = 2,2m. Chọn bơm cĩ Q = Qhmax =33,34 x 1,2 = 40 m3/h. IV.4.Bể điều hịa Chọn thời gian lưu: t=6h. Thể tích bể điều hịa: Vđh =6 x 33,34 =200 m3. Chọn bể cĩ kich thước LxBxH=8x5x5,5(hbv =0,5m) Chọn tốc độ khí nén:12l/m3-phút. qkhí =12 x 200/60 =40(l/s)/m3 thể tích bể. IV.5. Bể lắng I Giả sử tải trọng bề mặt là LA=35m3/m2.ngày. Ỉ Diện tích bề mặt bể lắng: A=QTbngày / LA= 3 800 =25m2. Đường kính bể lắng: D= Aπ 4 = 254π =5,7m. Đường kính ống trung tâm: d=20%D=1,15m. Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng H=3m, chiều cao lớp bùn lắng hb=0,7m, chiều cao lớp trung hịa hth =0,2m, chiều cao an tồn h=0,3m. Vậy chiều cao tổng cộng: Htc=H + hb + h + hth =3 + 0,7 + 0,3 + 0,2 =4,2m. Chiều cao ống trung tâm: h=60%H=1,8m. Kiểm tra lại thời gian lưu nước của bể lắng: Thể tích phần lắng: V= 4 π (D2-d2)h= 4 π (5,72-1,152)x3=73,4m3. Thời gian lưu nước : t= hQTb V = 3433 473 , , =2,2h > 1,5h. *Hiệu quả xử lý :[1] BOD5: R= tba t .+ = 220200180 22 ,.,, , + =35,48%. SS: R= tba t .+ = 22014000750 22 ,.,, , + =57,44%. Tải trọng máng tràn: Ls = D Q .π = 75143 800 ,., =44,7m3/m.ngày. 33 Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày: Mss=1250. 57,41.10-2.800.10-3=574,1KgSS/ngày. MBOD5=5000.35,48.10-2.800.10-3=1419,2 KgBOD5/ngày. CHƯƠNG V. TÍNH TỐN CHI PHÍ VÀ KẾT LUẬN V.1. Tính tốn chi phí V.1.1. chi phí xây dựng Tên cơng trình Kích thước (m3) Giá (VNĐ/ m3) Thành tiền (VNĐ) Hố thu 10 1.200.000 12.000.000 Bể điều hịa 200 1.200.000 240.000.000 Bể lắng I 105 1.200.000 126.000.000 Bể lắng II 105 1.200.000 126.000.000 Bể UASB 375 1.200.000 450.000.000 Bể AEROTANK 269,5 1.200.000 323.400.000 Tổng cộng 1.277.400.000 V.1.2. chi phí thiết bị Tên thiết bị Đơn vị tính Giá thiết bị Số lượng Thành tiền Bơm nước Cái 8.000.000đ/cái 4 32.000.000 đ Bơm bùn Cái 10.000.000đ/cái 3 30.000.000 đ Máy nén khí Cái 30.000.000đ/cái 2 60.000.000đ Đầu phân phối khí Đĩa 300.000đ/đĩa 180 54.000.000 Máy gom bùn Cái 55.000.000đ//cái 1 55.000.000đ Máng thu nước răng cưa Tấm 1.500.000đ/bộ 1 1.500.000đ Hệ thống đường ống 2.000.000đ Tổng cộng 234.500.000 V.1.3. chi phí phát sinh Chi phí phát sinh = 5% chi phí thiết bị =0,05x1.511.900.000=75.595.000 V.1.4. chi phí tổng cộng chi phí tổng cộng =chi phí xây dựng+chi phí thiết bị+chi phí phát sinh = 1.503.900.000+75.595.000 =1.579.495.000 VND 34 V.2. KẾT LUẬN Nước thải mía đường cĩ tính chất đặc trưng là nồng độ chất hữu cơ rất cao vì vậy trong cơng nghệ xử lý địi hỏi hệ thống phải cĩ bể phân huỷ chất hữu cơ. BểUASB và bể Aerotank cĩ khả năng phân huỷ chất hữu cơ với hiệu suất cao và xử lý được đến tiêu chuẩn cho phép nên được quan tâm đến trước tiên trong hệ thống xử lý đã chọn. Nhưng trước khi cho nước thải qua bể Aerotank cần phải cĩ các cơng trình xử lý khác ( song chắn rác , bể lắng cát , bể điều hịa ,bể lắng I)để làm giảm bớt nồng độ chất hữu cơ. Để đạt hiệu quả cao, khi thiết kế bể Aerotank cần phải cung cấp đầy đủ oxy để khuấy trộn đều các chất hữu cơ trong nước thải, và cung cấp đủ lượng bùn hoạt tính tuần hồn cho bể;trong bể UASB giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Ngành mía đường gĩp phần làm tăng trưởng nền kinh tế. Tuy nhiên nước thải của ngành này nếu khơng được xử lý triệt để sẽ gây ơ nhiễm mơi trường do đĩ cần phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải sao cho khi thải ra đạt tiêu chuẩn; khơng làm ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của mơi trường xung quanh. 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS. Trịnh Xuân Lai, Tính tốn thiết kế các cơng trình xử lý nước thải, Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội, 2000 [2] ].Sổ tay quá trình và thiết bị cơng nghệ hĩa chất T1, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội, 1999 [3] Joseph F. Malina, Design of Anaerobic Process for the Treatment of Induatual and municipal [4] PGS.TS. Lương Đức Phẩm, Cơng nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, Nhà xuất bản Giáo Dục, 2002. [5] TS. Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng - Nguyễn Phước Dân, Xử lý nước thải đơ thị và cơng nghiệp - tính tốn thiết kế cơng trình, CEFINEA – Viện Mơi trường và Tài nguyên, 2002. [6] Nguyễn Hồi Linh_Đồ án mơn học xử lý chất thải [7] Luận văn tốt nghiệp cao học xử lý nước thải nhà máy đường www.binhminhplastic.com 36