Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh với năng suất 8 tấn sản phẩm/ngày

g phương pháp cơ học, tuỳ thuộc vào đặc tính, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch mà nguời ta chọn tiếp phương pháp hoá lí, hoá học, sinh học hay tổng hợp các phương pháp này để xử lý. Các phương pháp xử lý nước thải thường dùng: 1.2.1 Phương pháp xử lí bằng cơ học: Phương pháp này dùng để xử lý sơ bộ, giúp loại bỏ các tạp chất rắn kích cỡ khác nhau có trong nước thải như: rơm cỏ, gỗ, bao bì chất dẻo, giấy, dầu mỡ nổi, cát sỏi, các vụn gạch ngói… và các hạt lơ lửng huyền phù khó lắng Phương pháp lọc: - Lọc qua song chắn, lưới chắn: Mục đích của quá trình này là loại bỏ những tạp chất, vật thô và các chất lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải để tránh gây ra sự cố trong quá trình vận hành xử lý nước thải. Song chắn, lưới chắn hoặc lưới lọc có thể đặt cố định hay di động, cũng có thể là tổ hợp cùng với máy nghiền nhỏ. Thông dụng hơn là các song chắn cố định. - Lọc qua vách ngăn xốp: Cách này được sử dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các bể lắng không thể loại được chúng. Phương pháp cho phép chất lỏng đi qua và giữ pha phân tán lại, quá trình có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, áp suất cao trước vách ngăn hoặc áp suất chân không sau vách ngăn. Phương pháp lắng - Lắng dưới tác dụng của trọng lực: Phương pháp này nhằm loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước. Để tiến hành quá trình người ta thường dùng các loại bể lắng khác nhau: bể lắng cát, bể lắng cấp 1, bể lắng cấp 2. Ở bể lắng cát, dưới tác dụng của trọng lực thì cát nặng sẽ lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đông tụ. Bể lắng cấp 1 có nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác. Bể lắng cấp 2 có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải. - Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm và lực nén: Những hạt lơ lửng còn được tách bằng quá trình lắng dưới tác dụng của lực ly tâm trong các xyclon thuỷ lực hoặc máy ly tâm. Ngoài ra, trong nước thải sản xuất có các tạp chất nổi (dầu mỡ bôi trơn, nhựa nhẹ…) cũng được xử lý bằng phương pháp lắng. 1.2.2 Xử lý bằng phương pháp hoá lý và hoá học Phương pháp trung hòa: Nước thải sản xuất của nhiều lĩnh vực có chứa axit hoặc kiềm. Để nước thải được xử lý tốt ở giai đoạn xử lý sinh học cần phải tiến hành trung hòa và điểu chỉnh pH về vùng 6,6 ÷ 7,6. Trung hòa còn có mục đích làm cho một số kim loại nặng lắng xuống và tách khỏi nước thải. Dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hoà nước thải. Phương pháp keo tụ Để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo, thậm chí cả nhựa nhũ tương polyme và các tạp chất khác, người ta dùng phương pháp đông tụ để làm tăng kích cở các hạt nhờ tác dụng tương hổ giữa các hạt phân tán liên kết vào tập hợp hạt để có thể lắng được. Khi lắng chúng sẽ kéo theo một số chất không tan lắng theo nên làm cho nước trong hơn. Việc chọn loại hóa chất, liều lượng tối ưu của chúng, thứ tự cho vào nước,… phải được thực hiện bằng thực nghiệm. Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua… Phương pháp Oxy hóa – Khử Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như: Clo ở dạng khí và lỏng trong môi trường kiềm, vôi clorua (CaOCl2), hipoclorit, ozon,…và các chất khử như: Natri sunfua (Na2S), Natri sunfit (Na2SO3), sắt sunfit (FeSO4),…Trong phương pháp này các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước bằng lắng hoặc lọc. Tuy nhiên quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học nên phương pháp này chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải có tính chất độc hại và không thể tách bằng những phương pháp khác. Phương pháp tuyển nổi Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước, sau đó người ta tách bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Thực chất đây là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt. Khi tuyển nổi người ta thường thổi không khí thành bọt khí nhỏ li ti, phân tán và bảo hòa trong nước. 1.2.3 Xử lý bằng phương pháp sinh học Cơ sở của phương pháp là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, những chất đơn giản hơn, các chất khí và nước. Mức độ và thời gian phân hủy phụ thuộc vào cấu tạo của chất hữu cơ đó, độ hoà tan trong nước và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác. Vi sinh vật trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Do đó trong xử lý nước thải người ta phải loại bỏ các tạp chất phân tán thô hoặc các chất có hại đến sự hoạt động của vi sinh vật ra khỏi nước thải ở giai đoạn xử lý sơ bộ. Căn cứ vào tính chất hoạt động của vi sinh vật có thể chia phương pháp xử lí sinh học ra thành 3 nhóm chính như sau: 1.2.3.1 Phương pháp hiếu khí Các quá trình hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc trong các điều kiện nhân tạo. Quá trình xử lý bằng hiếu khí nhân tạo, người ta đã tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hoà tan. Chất hữu cơ + O2 vi sinh vật H2O + CO2 + NH3 + ... Ở điều kiện hiếu khí, NH4+ cũng được sử dụng nhờ quá trình nitrat hoá của vi sinh vật tự dưỡng để cung cấp năng lượng: NH4+ + 2O2 vi sinh vật tự dưỡng NO3- + 2H+ + H2O + Q Bể hiếu khí bùn hoạt tính – Bể Aerotank Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành các tế bào mới. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải ban đầu đi vào trong bể không đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hoàn bùn về bể Aerotank để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể. Phần bùn hoạt tính dư được đưa về bể nén bùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý. Bể Aerotank hoạt động phải có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục. 1.2.3.2 Phương pháp thiếu khí Các phương pháp xử lý thiếu khí thường được áp dụng để loại các chất dinh dưỡng như nitơ, Photpho, các yếu tố gây hiện tượng bùng nổ tảo trên bề mặt nước thải. Nguyên lý của phương pháp là trong điều kiện thiếu oxy hoà tan việc khử nitrat hóa sẽ xảy ra: NO3- vi sinh vật NO2- NO2- + chất hữu cơ vi sinh vật N2 + CO2 + H2O 1.2.3.3 Phương pháp kị khí Thường được sử dụng để chuyển hoá các chất hữu cơ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật hô hấp tùy tiện hoặc vi sinh vật kị khí, trong đó ưu thế là vi sinh vật kị khí. Quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ thường xảy ra theo hai hướng chính: + Lên men axit: Đây là quá trình thủy phân và chuyển hoá các sản phẩm thủy phân (như axit béo, đường...) thành các axit có phân tử lượng thấp và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành CO2 + Lên men mêtan: Phân hủy các chất hữu cơ thành CH4 và CO2 Một số ứng dụng của phương pháp kỵ khí: hầm biogas (xử lý phân, rác, nước thải công nghiệp thực phẩm), hệ thống UASB ... Quá trình phân hủy có thể được chia ra các giai đoạn như sau: Giai đoạn Vật chất Loại vi khuẩn Vật chất hữu cơ Proteins Hydrocarbon Lipids Lypolitic, proteoletic Thủy phân Acid amin Acid Béo Đường Vi khuẩn lên men Acid hóa Acid có phân tử lượng thấp và các chất khác Vi khuẩn tạo khí H2 Acetat/ Hydro Methane hóa Vi khuẩn methane Acetic hóa CH4/ CO2 Quá trình xử lý sinh học có thể đạt được hiệu suất khử trùng 99,9%, theo BOD có thể đạt tới 90 – 95%. Thông thường giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý cơ học. Bể lắng đặt sau giai đoạn xử lý cơ học gọi là bể lắng I. Bể lắng dùng để tách màng sinh học (đặt sau bể bophin) hoặc tách bùn hoạt tính (đặt sau bể aerotank) gọi là bể lắng II. Trong trường hợp xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính thường đưa 1 phần bùn hoạt tính quay trở lại ( bùn tuần hoàn) để tạo điều kiện cho quá trình sinh học hiệu quả. Phần bùn còn lại gọi là bùn dư, thường đưa tới bể nén bùn để làm giảm thể tích trước khi đưa tới các công trình xử lý cặn bã bằng phương pháp sinh học. Quá trình xử lý trong điều kiện nhân tạo không loại trừ triệt để các loại vi khuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh và truyền nhiễm. Bởi vậy, sau giai đoạn xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần thực hiện khử trùng nước thải trước khi xả vào môi trường. Trong quá trình xử lý nước thải bằng bất ký phương pháp nào cũng tạo nên 1 lương cặn bã đáng kể (= 0.5 – 1% tổng lượng nước thải). Nói chung các loại cặn giữ lại ở trên các công trình xử lý nước thải đều có mùi hôi thối rất khó chịu (nhất là cặn tươi từ bể lắng I) và nguy hiểm về mặt vệ sinh. Do vậy, nhất thiết phải xử lý cặn bã thích đáng. Để giảm hàm lượng chất hữu cơ trong cặn bã và để đạt các chỉ tiêu vệ sinh thường sử dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí trong các hố bùn ( đối với các trạm xử lý nhỏ), sân phơi bùn, thiết bị sấy khô bằng cơ học, lọc chân không, lọc ép…( đối với trạm xử lý công suất vừa và lớn). Khi lượng cặn khá lớn có thể sử dụng thiết bị sấy nhiệt. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Các phương pháp xử lí Việc lựa chọn phương pháp xử lý tối ưu sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần và tính chất nước thải đầu vào, yêu cầu chất lượng nước đầu ra, diện tích mặt bằng, vốn đầu tư… Căn cứ vào yêu cầu của đề là tài chất lượng nước thải sau xử lý đạt loại A (bảng 2.1) và dựa vào thành phần, tính chất nước thải của nhà máy có thể lựa chọn hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học kết hợp với phương pháp xử lý bằng sinh học và khử trùng, trong đó phương pháp sinh học đóng vai trò quan trọng. Bảng 2.1. Một số chỉ tiêu chất lượng nước thải công nghiệp khi tiến hành thải ra môi trường theo TCVN 5945 – 1995. Thông số Đơn vị Giá trị pH 6 ÷ 9 COD mg/l 50 BOD5 mg/l 20 Tổng nitơ mg/l 30 Tổng photpho mg/l 4 SS mg/l 50 Nhìn chung dây chuyền công nghệ là tổ hợp của các công trình xử lý, trong đó nước thải được xử lý theo từng bước với thứ tự tách các cặn lớn đến cặn nhỏ, những chất không hoà tan đến chất keo và chất hoà tan. Khử trùng là khâu cuối cùng. Ống dẩn bùn Ống dẩn nước Ống dẩn nước tuần hoàn Ống dẩn bùn tuần hoàn Ống dẩn khí 2.2 Quy trình công nghệ Nước thải Bải rác Rác Máy thổi khí Song chắn rác Bể tập trung Sân phơi cát Bể lắng cát San lấp mặt đường Bể điều hòa Bể xử lý kị khí Chú thích Bể Aerotenk Bể nén Bùn Bể lắng 1 Phân bón Máy ép Bùn Nguồn tiếp nhận Bể lắng 2 Bể tiếp xúc Clo * Thuyết minh quy trình công nghệ. Nước thải từ các công đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất cùng với nước thải sinh hoạt theo đường cống dẫn chung được đưa vào hệ thống xử lý. Tại đây nước thải được xử lý lần lượt qua các công trình đơn vị như sau: - Song chắn rác: Song chắn rác được sử dụng để giữ lại các chất rắn thô có kích thước lớn có trong nước thải mà chủ yếu là rác nhằm tránh hiện tượng tắt nghẽn đường ống, mương dẫn hay hư hỏng bơm. Khi lượng rác giữ lại đã nhiều thì dùng cào để cào rác lên rồi tập trung lại đưa đến bãi rác và hợp đồng với công nhân vệ sinh để chuyển rác đến nơi xử lý. Song chắn rác gồm các thanh đan sắp xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước. Thanh đan có thể tiết diện tròn hay hình chữ nhật, thường là hình chữ nhật. Song chắn rác thường dễ dàng trượt lên xuống dọc theo 2 khe ở thành mương dẫn và đặt nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc 45o hay 60o để tăng hiệu quả và tiện lợi khi làm vệ sinh. Do nước thải nhà máy có lượng rác không lớn nên chọn song chắn rác làm bằng thủ công. - Bể tập trung: Để thuận tiện cho việc phân phối nước thải cho hệ thống xử lý tiếp theo, người ta thường thiết kế bể tập trung sau song chắn rác. Từ bể tập trung nước thải sẽ được bơm bơm đến bể lắng cát. - Bể lắng cát: Bể lắng cát dùng để loại bỏ các tạp chất vô cơ không hoà tan như: cát, sỏi, sạn… và các vật liệu rắn khác có vận tốc lắng lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân huỷ trong nước thải. Việc tách các tạp chất này ra khỏi nước thải nhằm bảo vệ các thiết bị máy móc khỏi bị mài mòn, giảm sự lắng đọng các vật liệu nặng trong ống, bảo vệ bơm… Bể có cấu tạo giống bể chứa hình chữ nhật, dọc một phía tường của bể đặt một hệ thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 45 ÷ 60 cm. Dưới dàn ống sục khí là máng thu cát. Độ dốc ngang của đáy bể i = 0,2 ÷ 0,4, dốc nghiêng về phía máng thu để cát trược theo đáy vào máng. Tại bể lắng cát không khí được đưa vào đáy bể, kết hợp với dòng nước chảy thẳng tạo thành quỹ đạo vòng của chất lỏng và tạo dòng ngang có tốc độ không đổi ở đáy bể. Do tốc độ tổng hợp của các chuyển động đó mà các chất hữu cơ lơ lững không lắng xuống nên trong thành phần cặn lắng chủ yếu là cát đến 90 ÷ 95% và ít bị thối rữa. Nhưng cần phải kiểm soát tốc độ thổi khí để đảm bảo tốc độ dòng chảy đủ chậm để hạt cát lắng được, đồng thời dễ dàng tách cặn hữu cơ bám trên hạt và đủ lớn không cho các cặn hữu cơ lắng. Cát sau khi tách sẻ được chuyển đến sân phơi cát. - Bể điều hòa: Bể điều hoà dùng để điều hoà lưu lượng nước thải, tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình phía sau, tránh hiện tượng quá tải. Chọn bể điều hoà có thổi khí nén. Mục đích của việc thổi khí là: + Tạo nên sự xáo trộn cần thiết để tránh hiện tượng lắng cặn và phát sinh mùi hôi. + Làm cho các chất ô nhiễm dễ bay hơi đi một phần hay toàn bộ. + Tạo điều kiện tốt cho quá trình xử lý sau đó như tăng lượng oxy hoà tan trong nước thải, tăng hiệu suất lắng nước thải ở các công đoạn sau. - Bể lắng 1: Bể lắng đợt 1 dùng để loại bỏ bớt các tạp chất lơ lững có trong nước thải trước khi xử lý sinh học. Nước thải chảy vào ống trung tâm qua múi phân phối và vào bể. Sau khi ra khỏi ống trung tâm, nước thải va vào tấm chắn hướng dòng và thay đổi hướng đi xuống, sau đó sang ngang và dâng lên thân bể. Nước đã lắng trong tràn qua máng thu đặt xung quanh thành bể và được dẫn ra ngoài. Khi nước thải dâng lên thân bể và đi ra ngoài thì cặn thực hiện chu trình ngược lại. Cặn được hệ thống thanh gạt cặn gom lại và đưa xuống giếng cặn. Bể lắng đợt 1 có thể loại bỏ được 50 ÷ 70% chất rắn lơ lững và 25 ÷ 50% BOD5 - Bể xử lý kị khí (UASB): Bể xử lý kị khí sẽ phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra các sản phẩm cuối cùng là CH4 và CO2. Ở đây ta chọn dùng bể UASB vì vận hành đơn giản, phù hợp với các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao và có thể đạt được tải trọng rất cao, sử dụng bể UASB có tính kinh tế hơn và những hạn chế trong quá trình vận hành có thể dễ dàng khắc phục bằng các phương pháp xử lý sơ bộ. Nước thải được đưa trực tiếp vào dưới đáy bể và được phân phối đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học hạt nhỏ (bông bùn) và các chất bẩn hữu cơ được tiêu thụ ở đó, các bọt khí Metan và Cacbonic nơi lên trên được thu bằng các chụp khí để dẫn ra khỏi bể. Nước thải tiếp theo đó sẽ diễn ra sự phân tách hai pha lỏng và rắn. Pha lỏng được dẫn ra khỏi bể, còn pha rắn thì hoàn lưu lại lớp bông bùn. Sự tạo thành và duy trì các hạt bùn là vô cùng quan trọng khi vận hành bể UASB Các VSV sinh methane được sử dụng: - Methanobacterium: hình que, không sinh bào tử - Methanobacillus: hình que, sinh bào tử - Methanococcus: tế bào hình cầu, đứng riêng rẽ, không kết thành chuỗi - Methanosarsina: tế bào hình cầu, kết thành chuỗi hoặc khối - Bể Aerotank: Aeroten là công trình bê tông cốt thép có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn, thông dụng nhất hiện nay là các Aeroten hình bể khối chữ nhật. Tại bể Aeroten nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí từ dưới đáy bể lên nhằm tăng cường lượng oxy hoà tan, tăng khả năng khuấy trộn môi trường và tăng hiệu quả quá trình oxy hoá chất bẩn hữu cơ có trong nước thải bởi vi sinh vật. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu nước trong bể Aeroten không đủ để giảm nhanh hàm lượng các chất bẩn hữu cơ, do đó phải hoàn lưu bùn hoạt tính đã lắng ở bể lắng 2 vào đầu bể nhằm duy truỳ nồng độ đủ của vi sinh vật. - Bể lắng 2: Bể lắng đợt 2 có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động tương tự như bể lắng đợt 1. Bể lắng đợt 2 có nhiệm vụ chắn giữ các bông bùn hoạt tính đã qua xử lý ở bể Aeroten và các thành phần chất không hoà tan chưa được giữ lại ở bể lắng 1. Bùn cặn sau khi ra khỏi bể lắng 2 thì một phần được tuần hoàn lại bể Aeroten, phần bùn dư sẽ đưa đến bể nén bùn, còn nước thải sẽ đưa đến bể tiếp xúc clo. - Bể tiếp xúc Clo: Bể tiếp xúc clo dùng để khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh chưa được hoặc không thể khử bỏ ở các công đoạn xử lý trước. Để thực hiện khử trùng nước thải, có thể sử dụng các biện pháp như: clo hoá, ozon, khử trùng bằng tia hồng ngoại UV. Ở đây chỉ đề cập đến phương pháp khử trùng bằng Clo vì phương pháp này tương đối đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả chấp nhận được. Nước thải vào bể sẽ chảy theo đường dích dắc qua các ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo với nước thải, khi đó sẽ xảy ra phản ứng thủy phân như sau: Cl2 + H2O HCl + HOCl Axit hypocloric HOCl rất yếu, không bền và dễ dàng phân hủy thành HCl và oxy nguyên tử: HOCl HCl + O Hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- : HOCl H+ + OCl- OCl- và oxy nguyên tử là các chất oxy hoá mạnh có khả năng tiêu diệt vi khuẩn. - Bể nén Bùn: Bể nén bùn có nhiệm vụ làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư ở bể lắng đợt 2 và cặn tươi ở bể lắng 1. Dung dịch cặn loãng đi vào buồng phân phối đặt ở tâm bể, cặn lắng xuống và được lấy ra ở đáy bể, nước được thu bằng máng vòng quanh chu vi bể đưa trở lại bể điều hòa để tiếp tục xử lý. Trong bể có tấm gạt cặn để gạt cặn ở đáy bể về hố thu trung tâm. Để tạo các khe hở cho nước chuyển động lên trên mặt, trên tay đòn của máy cào cặn gắn các thanh dọc, khi máy cào chuyển động quanh trục, hệ thanh dọc này khuấy nhẹ khối cặn, nước trào lên trên làm cho cặn đặc hơn. - Máy ép Bùn: Máy ép bùn dây đai dùng để loại nước ra khỏi bùn. Đầu tiên cặn bùn từ thùng định lượng sẽ được phân phối vào đoạn đầu của băng tải, ở đoạn này nước được lọc qua dây đai theo nguyên tắc trọng lực, sau đó cặn bùn di chuyển theo dây đai qua các con lăn thì nước của cặn bùn cũng được tách do lực ép giữa con lăn với dây đai, cuối cùng cặn bùn đi qua trục ép thì nước được tách ra bằng lực ép và lực cắt. Nước tách ra được đưa trở lại bể điều hòa để xử lý tiếp, còn bánh bùn có thể làm phân vi sinh. * Ưu điểm của quy trình - Thường được sử dụng, do nó phù hợp với điều kiện khí hậu ở các nước nhiệt đới. - Vận hành tương đối đơn giản - Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao. - Những năm gần đây UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ khác do nguyên lý quá trình được xem là thuận tiện và đơn giản nhất, những hạn chế trong quá trình vận hành UASB có thể dễ dàng khắc phục bằng các phương pháp xử lý sơ bộ. Tính kinh tế cũng là một ưu điểm của UASB. - Chi phí đầu tư thấp - Nồng độ cặn khô từ 20%-30% - Không sử dụng hóa chất * Nhược điểm - Rất nhạy cảm với các chất gây ức chế - Thời gian vận hành khởi động dài (3 – 4 tháng). - Trong một số trường hợp cần xử lý thứ cấp để giảm sự sinh mùi. - Thời gian làm khô bùn dài. - Tuy nhiên những mặt hạn chế này dễ khắc phục. Xử lý sơ bộ tốt sẽ đảm bảo được môi trường sinh trưởng thuận lợi cho vi sinh vật kỵ khí. Nếu cấy vi khuẩn tạo acid và vi khuẩn tạo methane trước (phân trâu bò tươi) với nồng độ thích hợp và vận hành với chế độ thủy lực £1/2 công suất thiết kế thì thời gian khởi động có thể rút ngắn xuống từ 2-3 tuần. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CHÍNH Các thông số ban đầu : Năng suất nhà máy : 8 tấn sản phẩm/ngày Từ bảng 1.1 ta có : COD = 1000 ÷ 1200 mg/l. Chọn COD = 1200 mg/l BOD5 = 600 ÷ 950 mg/l. Chọn BOD5 = 750 mg/l SS = 100 ÷ 300 mg/l. Chọn SS = 200 mg/l Nhà máy làm việc 3 ca trong mỗi ngày (24/24) nên lưu lượng bơm bằng lưu lượng giờ trung bình. 3.1. Xác định lưu lượng nước thải Lưu lượng nước thải của nhà máy thủy sản tính cho 1 tấn sản phẩm thường từ 30 – 80 m3. [1,tr 409] - Lưu lượng nước thải trung bình theo ngày: = 80 × 8 = 640 (m3/ngày) - Lưu lượng nước thải trung bình theo giờ: = = 26,67 (m3/giờ) - Lưu lượng nước thải trung bình theo giây: = = 0,0074( m3/s) = 7,4 (lít/s) Với = 7,4 (lít/s) thì k = 2,5 ÷ 3,0 [Bảng 3.2 – 1, tr 100] Với k: hệ số không điều hoà chung của nước thải. Chọn k = 3,0 - Lưu lượng nước thải lớn nhất theo ngày: = k × = 3,0 × 640 = 1920 (m3/ngày ) - Lưu lượng nước thải lớn nhất theo giờ: = k × = 3,0 × 26,67 = 80 (m3/giờ) - Lưu lượng nước thải lớn nhất theo giây: = k × = 3,0 × 0,0074 = 0.022 (m3/s) = 22 (lít/s) 3.2 Tính toán các công trình đơn vị 3.2.1 Song chắn rác Do công suất nhỏ và lượng rác không lớn, nên ở công đoạn xử lý sơ bộ nước thải ta chọn song chắn rác để làm sạch bằng thủ công Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo của song chắn rác Hàm lượng chất lơ lửng và BOD5 của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4% [1, tr119] Hàm lượng chất lơ lửng còn lại: SS = 200×(100 - 4)% = 192 mg/l. Hàm lượng BOD5 còn lại: BOD5 = 750×(100 - 4)% = 720 mg/l. * Nội dung tính toán song chắn rác - Kích thước mương đặt song chắn - Tính toán Song chắn rác Chọn vận tốc qua song chắn rác là Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước là: H = 0,7 m. Chọn chiều rộng của mương Bm = 0,35 m Chọn kích thước mương: rộng × sâu = Bm × H = 0,35 m × 0,7 m. Vậy chiều cao lớp nước trong mương là: m. [1, tr 412] Chọn kích thước thanh: rộng × dày = b × d = 5 mm × 25 mm = 125 mm và khe hở giữa các thanh là w = 25 mm. [Bảng 9.3 – 1, tr 412] - Kích thước song chắn rác: Giả sử song chắn rác có n thanh, vậy số khe hở m = n + 1. Mối quan hệ giữa chiều rộng mương, chiều rộng thanh và khe hở như sau: Bm = b × n + w × (n + 1) [1, tr 412] 350 = 5 × n + 25 × (n +1) Giải ra được: n = 10,8. Chọn n = 10 thanh . Khi đó khoảng cách giữa các thanh điều chỉnh lại như sau: 350 = 5 × 10 + w × (10 + 1) Vậy w = 27,3 mm. - Tổn thất áp lực qua song chắn : Tổng tiết diện các khe song chắn, A : A = [B – (b × n)] × h1 [1, tr 414] A = [0,35 – (0,005 × 10)] × 0,2 = 0,06 m2 Vận tốc dòng chảy qua song chắn : m/s [1, tr 414] Tổn thất áp lực qua song chắn : [1, tr 414] Trong đó: hs: tổn thất áp lực qua song chắn rác, m. V: vận tốc dòng chảy qua song chắn, m/s. n: vận tốc dòng chảy trong mương, m/s. g: gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2. Vậy m = 2,02 mm Như vậy tổn thất áp lực nằm trong giới hạn cho phép (< 150 mm). [1, tr 414] Bảng 3.1. Các thông số thiết kế và kích thước song chắn rác Thông số Đơn vị Giá trị Tốc độ dòng chảy trong mương m/s 0,3 Lưu lượng giờ lớn nhất m3/h 80  Kích thước mương đặt song chắn: - Chiều rộng - Chiều sâu m m 0,35 0,7 Chiều cao lớp nước trong mương m 0,2  Kích thước thanh chắn: - Chiều rộng - Chiều dày mm mm 5 25 Số thanh thanh 10 Vận tốc dòng chảy qua song chắn m/s 0,36 Tổn thất áp lực qua song chắn mm 2.37 Hình 3.2. Cách bố trí song chắn rác B: chiều rộng mương đặt song chắn rác, m; b: chiều rộng thanh song chắn, m; w: khe hở giữa các thanh, m. 3.2.2. Bể tập trung Hàm lượng chất lơ lửng và BOD5 của nước thải sau khi qua bể tập trung không thay đổi. - Thể tích bể tập trung: Vb = × t = 80 ×15 ×= 20 (m3) Trong đó: - t: thời gian lưu nước, t = 10 ÷ 30 phút. [1, tr 415] - Chọn t = 15 phút. : lưu lượng nước thải lớn nhất theo giờ, = 80 m3/h. Giả sử: Chọn chiều cao hữu ích h = 2 m. Chiều cao an toàn lấy bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng hf = 0,7 m. - Vậy chiều cao tổng cộng: H = h + hf = 2 + 0,7 = 2,7 m. - Chọn chiều rộng bể: B = 3,5 m. Suy ra chiều dài bể: (m) Vậy kích thước của bể tập trung: L × B × H = 2,85 × 3,5 × 2,7 Bảng 3.2. Các thông số của bể tập trung Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích bể tập trung Vb m3 20 Thời gian lưu nước t phút 15 Kích thước bể tập trung L x B x H m x m x m 2,85 x 3,5 x 3,7 3.2.3. Bể lắng cát Hình 3.3: Cấu tạo bể lắng cát 1 : Cửa dẫn nước vào. 2 : Ống dẫn không khí đến. 3 : Dàn ống phân phối khí. 4 : Vách ngăn để lửng dọc bể. 5 : Cửa dẫn nước ra. Hàm lượng chất lơ lửng SS và BOD5 sau khi đi qua bể lắng cát giảm 5% [1,tr 123] - Hàm lượng chất lơ lửng còn lại : SS = 192 × (100 – 5)% = 182,4 mg/l - Hàm lượng BOD5 còn lại: BOD5 = 720 × (100 – 5)% = 684 mg/l - Kích thước bể: Chọn thời gian lưu nước trong bể lắng cát thổi khí t = 5 phút. Chọn chiều cao hữu ích của bể h = 1,2 m. Chọn tỉ số rộng : cao = B : h = 1 : 1 [1, tr 154] Vậy chiều rộng bể B = 1,2 m. - Thể tích bể lắng cát thổi khí là: 6 m3 [1, tr 454] - Chiều dài bể lắng cát thổi khí là: m - Kiểm tra tỉ số dài: rộng = . Giá trị này nằm trong khoảng cho phép: ÷ [Bảng 10.6 – 1, tr 455], vậy việc chọn các thông số như trên là hợp lý. - Lượng không khí cần thiết: Qkk = qk × L = 0,2 × 4,625 = 0,925 (m3/phút) Trong đó: L: chiều dài bể, L = 4,625 m. qk: cường độ không khí cung cấp trên 1 m chiều dài bể Chọn qk = 0,2 m3/phút. [1, tr 454] - Lượng cát trung bình sinh ra trong mỗi ngày: (m3/ngày) Trong đó: : lưu lượng nước thải trung bình ngày, = 640 m3/ngày. q0: lượng cát trong 1000 m3 nước thải. Chọn q0 = 0,15. [1, tr 198] - Chiều cao lớp cát trong bể trong 1 ngày đêm: [1, tr 198] Trong đó: t: chu kỳ xả cát, t = 1 ngày. m - Chiều cao xây dựng bể lắng cát thổi khí: H = h +hbv + hlc [1, tr 198] Trong đó: hbv: chiều cao bảo vệ của bể. Chọn hbv = 0,40 m. H = 1,2 + 0,40 + 0,017 = 1,617 m Bảng 3.3 Các thông số của bể lắng cát thổi khí Thông số Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước phút 5 Kích thước bể: - Chiều dài - Chiều rộng   - Chiều cao m m m 5,55 1,5 1,926 Lượng không khí cần thiết m3/phút 1,11 Lượng cát trung bình sinh ra mỗi ngày m3/ngày 0,216 Chiều cao lớp cát trong bể trong một ngày đêm m 0,026 Hàm lượng chất lơ lửng mg/l 182,4 Hàm lượng BOD5 mg/l 820,8 3.2.4 Bể điều hòa Hình 3.4. Cấu tạo bể điều hòa 1. Nước vào. 2. Máng phân phối nước. 3. Nước ra. 4. Ống cấp khí. 5. Ống phân phối khí có lỗ - Kích thước bể điều hoà. [1, tr 487] Giả sử chọn: - Thời gian lưu nước trong bể t = 5 h. - Chiều cao hữu ích bể h = 3 m. - Chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m. - Chiều rộng bể B = 6 m. - Chiều cao tổng cộng: H = h + hbv = 3 + 0,3 = 3,3 m - Thể tích bể điều hoà: m3 - Chiều dài bể điều hòa: m Vậy kích thước bể điều hoà: L Í B Í H = 7,4m Í 6m Í 3,3m - Hệ thống cấp khí cho bể điều hoà: Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn: qk Trong đó: R: tốc độ khí nén, chọn R = 0,012 m3/phút. [1, tr 421] V: thể tích bể điều hoà, V = 106,68 m3 qk m3/phút = 1280 lít/phút Chọn ống plasmis xốp cứng bố trí một phía theo chiều dài (dòng chảy xoắn một bên) với lưu lượng khí r = 216 lít/phút×cái. [Bảng 9.8 – 1, tr 422] Vậy số đĩa phân phối khí: đĩa Bảng 3.4 Các thông số tính toán của bể điều hoà Thông số Đơn vị Giá trị Tốc độ khí nén l/m3.phút 12 Kích thước bể: - Chiều dài - Chiều rộng   - Chiều cao m m m 2,667 10 4,3 Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn m3/phút 1,28 Số đĩa khuyếch tán cái 6 Lưu lượng khí mỗi đĩa khuyếch tán l/phút.cái 216 3.2.5 Bể xử lí kị khí (UASB) Hình 3.5 Cấu tạo bể UASB 1.Cửa tuần hoàn cặn 5. Máng thu nước 2.Tấm chắn khí 6. Ống dẫn khí 3.Cửa dẫn hỗn hợp bùn nước 7. Ống dẫn nước ra sau khi tách khí đi vào ngăn lắng 4. Vùng lắng cặn 8. Ống xả bùn Bể phản ứng làm bằng bê tông được cách nhiệt với bên ngoài. Trong bể phản ứng với dòng nước dâng lên qua nền bùn rồi tiếp tục vào bể lắng đặt cùng với bể phản ứng. Các loại khí tạo ra trong điều kiện kỵ khí chủ yếu là khí CH4 và CO2 sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ, giúp cho việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định. Một số bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt hỗn hợp phía trên bể. Khi va phải lớp lưới chắn phía trên, các bóng khí bị vỡ và hạt bùn được tách ra lại lắng xuống dưới. Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dòng hướng lên phải giữ ở khoảng 0,6 ÷ 0,9 m/h. [12, tr 206] Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân hủy kỵ khí từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30 kg SS/m3 - Tỷ lệ: MLVS : MLSS của bùn trong bể UASB = 0,75 - Tải trọng bề mặt phần lắng 12 m3/m2.ngày. - Ở tải trọng thể tích Lo = 3 kg COD/m3 ngày, hiệu quả khử COD đạt 60% và BOD5 đạt 55 ÷ 65% - Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu có TS = 5% - Y = 0,04 g VSS/g COD, kd = 0,025 ngày-1, = 30 ngày Trong đó : Y: hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc nước thải, mg/mg (tỉ số khối lượng tế bào hình thành / khối lượng cơ chất sử dụng, được xác định trong bất cứ thời gian của pha tăng trưởng lũy tiến logarit). kd: hệ số phân hủy nội bào : thời gian lưu bùn + Diện tích bề mặt phần lắng: [1, tr 461] : lưu lượng nước thải trung bình, = 640 m3/ngày LA: tải trọng bề mặt phần lắng, LA= 12 m3/m2.ngày.[Bảng 10.9 – 1, tr 460] (m2) + Thể tích ngăn phản ứng bể UASB: [1, tr 461] Co: hàm lượng COD còn lại sau khi qua bể điều hòa Sau khi qua song chắn rác, bể lắng cát sục khí, bể điều hòa, hàm lượng COD giảm 20% nên lượng COD còn lại là: [1, tr 456] Co = 1200 mg COD/l × ( 1 - 0,2 ) = 960 (mg COD/l) LCOD: tải trọng thể tích, kg COD/m3.ngày, LCOD = 3 kg COD/m3.ngày. [Bảng 10.10 – 1, tr 460] (m3) + Chọn 10 đơn nguyên hình vuông, vậy cạnh mỗi đơn nguyên là: (m) [1, tr 462] n: số đơn nguyên + Chiều cao phần phản ứng: (m) [1, tr 462] Chọn chiều cao phần thu khí hp = 0,8 m; chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m Vậy chiều cao tổng cộng của bể UASB: Htc = H + hp + hbv = 3,86 + 0,8 + 0,3 = 4,96 (m) [1, tr 462] Chọn mỗi đơn nguyên gồm 2 phễu thu khí. Mỗi phễu có chiều cao 0,8m. Đáy phễu thu khí có chiều dài bằng cạnh đơn nguyên l = W = 2,3 m và rộng w = 0,95 m. Vậy phần diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí là: , % diện tích bề mặt bể [1, tr 462] A: diện tích bề mặt bể Akh: diện tích khe hở giữa các phễu thu khí Ap: diện tích đáy phễu thu khí Giá trị Akh/A cho phép trong khoảng 15 ÷ 20 % [1, tr 462] (% diện tích bề mặt bể) (Thỏa mãn trong khoảng cho phép 15 ÷ 20%) [1, tr 462] + Mỗi đơn nguyên có 2 ống phân phối vào, diện tích trung bình cho mỗi đầu phân phối: (m2/đầu) thuộc khoảng (2 ÷ 5 m2/đầu) [1, tr 462] + Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 5%) , tấn [1, tr 463] Trong đó: CSS: hàm lượng bùn trong bể, kg/m3, CSS = 30 kg SS/m3 Vr: thể tích ngăn phản ứng, m3, Vr = 204,8 m3 = 122,88 (tấn) + Hàm lượng COD và BOD của nước thải sau xử lý kỵ khí: CODra = (1 - ECOD) × CODvào [1, tr 463] = (1 - 0,65) × 1200 = 420 (mg COD/l) BOD5 ra = (1 – EBOD) × BODvào Hàm lượng BOD sau khi qua song chắn rác, bể lắng cát sục khí và bể điều hòa giảm đi khoảng 20% : [1, tr 456] BOD5 vào = (1- 0,2) × 750 = 600 (mg BOD5/l) BOD5 ra = (1 - 0,55) × 750 = 337,5 (mg BOD5/l) ECOD, EBOD: hiệu quả khử COD & BOD5 + Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày: [1, tr 463] Y: hệ số sản lượng tế bào, Y = 0,04 g VSS/g COD So : hàm lượng COD vào bể UASB, So = 1200 mg COD/l S: hàm lượng COD ra khỏi bể UASB, S = 420 mg COD/l θc: thời gian lưu bùn, θc = 30 ngày kd: hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,025 ngày -1 : lưu lượng trung bình ngày của nước thải, = 640 m3/ngày (kg VS/ngày) + Thể tích khí Methane sinh ra mỗi ngày: [1, tr 463] : thể tích khí Methane sinh ra trong điều kiện chuẩn (0oC và áp suất 1atm) Qb: lưu lượng bùn vào bể kỵ khí, m3/ngày Px: sinh khối tế bào sinh ra mỗi ngày, kg VS/ ngày 350,84: hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí Methane sản sinh từ 1 kg BODL chuyển hoàn toàn thành khí Methane và CO2, lít /kg BODL = 350,84×[(1200-420) × 640 ×– 1,42 × 11,4] = 169459,9 (l/ngày) 169,4 (m3/ngày) + Lượng bùn dư phải bơm ra trong mỗi ngày : [1, tr 464] Px : lượng sinh khối hình thành mỗi ngày, kg VS/ngày CSS : lượng bùn nuôi cấy ban đầu, CSS = 30 kg SS/m3 (m3/ngày) + Lượng chất rắn từ bùn dư: MSS = QW × CSS = 0,506 × 30 = 15,2 (kg SS/ngày) Bảng 3.5 Các thông số tính toán bể UASB Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Diện tích bề mặt phần lắng Thể tích ngăn phản ứng Số đơn nguyên hình vuông Cạnh mỗi đơn nguyên Chiều cao phần phản ứng Chiều cao phễu thu khí Chiều cao bảo vệ Chiều cao tổng cộng của bể UASB Đáy phễu thu khí: - Chiều dài - Chiều rộng Diện tích một đầu phân phối Số ống phân phối trên mỗi đơn nguyên Lượng bùn nuôi cấy ban đầu Hàm lượng COD ra Hàm lượng BOD5 ra Lượng sinh khối hình thành Thể tích khí CH4 sinh ra Lượng bùn dư bơm ra Lượng chất rắn từ bùn dư Thời gian lưu bùn trong bể A Vr n W H hp hbv Htc l w an Mb CODra BOD5 ra Px QW MSS θc m2 m3 đơn nguyên m m m m m m m m2 ống tấn mg/l mg/l kg VS/ngày m3/ngày m3/ngày kg SS/ngày ngày 53 204,8 10 2,3 3,86 0,8 0,3 4,96 2,3 0,95 2,6 2 122,88 420 377,5 11,4 169,4 0,506 15,2 30 Hình 3.6. Cấu tạo bể lắng đợt 1 3.2.6 Bể lắng đợt 1 1. Ống dẫn nước thải vào. 2. Hệ thống thanh gạt cặn. 3. Hành lang công tác. 4. Tấm chắn hướng dòng. 5. Động cơ. 6. Máng thu nước. 7. Ống xả cặn. Chọn bể lắng ly tâm đợt 1 có dạng hình tròn trên mặt bằng, nước thải vào từ tâm và thu nước theo chu vi. Tải trọng bề mặt thích hợp cho loại cặn tươi này nằm trong khoảng từ 32÷48 m3/ m3×ngày. [Bảng 9.10 – 1, tr 428] Diện tích bề mặt lắng: [1, tr 428] Trong đó: : lưu lượng nước thải trung bình ngày, = 640 m3/ngày LA: tải trọng bề mặt, chọn LA = 32 m3/m2×ngày. m2 Đường kính bể lắng: [1, tr 429] m Chọn D = 5 m. Đường kính ống trung tâm: d = 20% D = 0,2 × 5 = 1 m. [1, tr 429] Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng h = 3 m. Chiều cao lớp bùn lắng hb = 0,7 m. Chiều cao lớp trung hòa hth = 0,2 m. Chiều cao an toàn hat = 0,3 m. [1, tr 429] Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng ly tâm đợt 1: H = h + hb + hth + hat = 3 + 0,7 + 0,2 + 0,3 = 4,2 m. Chiều cao ống trung tâm: h = 60% H = 0,6 × 3 = 1,8 m. [1, tr 429] Kiểm tra lại thời gian lưu nước trong bể lắng: Thể tích phần lắng: m3 Thời gian lưu nước: giờ Giá trị này nằm trong khoảng cho phép: 1,5 ÷ 2,5. [Bảng 9.10 – 1, tr 428] Vậy các thông số đã chọn trên là thích hợp. Tải trọng máng tràn: m3/m×ngày [1, tr 430] Bể lắng đợt 1 có thể loại bỏ được từ 50 ÷ 70% chất rắn lơ lững, 25 ÷ 50% BOD5. [1, tr 138] Chọn lượng BOD5 sau lắng 1 giảm 30%. Vậy lượng BOD5 còn lại sau lắng 1: BOD5 = 377,5 × (1 – 0,3) = 264,25 mg/l. Giả sử hiệu quả xử lý cặn lơ lững đạt 35% sau khi qua bể điều hoà và UASB: SSvào = 182,4 x (100-35)% = 118,56 Giả sử hiệu quả xử lý cặn lơ lững đạt E = 50% ở tải trọng 37 m3/m2×ngày Vậy hàm lượng chất lơ lửng SS còn lại sau lắng 1: SSra = 118,56×(100 - 50)% = 59,58 mg/l Vậy lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày là: Mtươi = SS ×× E [1, tr 430] Trong đó: SS: hàm lượng cặn lơ lững đầu vào, SSvào = 118,56 mg/l : lưu lượng nước thải trung bình ngày, = 640 m3/ngày E: hiệu quả xử lý cặn lơ lững, E = 50% Vậy: Mtươi = 1182,56 ×640 × 0,5 = 37939,2 gSS/ngày = 37,94 kgSS/ngày Bùn tươi của nước thải thực phẩm có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm = 95%), tỉ số VSS : SS = 0,75 và khối lượng riêng bùn tươi 1,053 kg/l. [13, tr 430]. Vậy lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý là: Qtươil/ngày = 0,72 m3/ngày. Lượng bùn tươi có khả năng phân huỷ sinh học: Mtươi(VSS)= 37,94 × 0,75 = 28,46 kgVSS/ngày. Bảng 3.6 Các thông số thiết kế và tính toán bể lắng ly tâm đợt 1 Thông số Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước giờ  2,12 Tải trọng bề mặt m3/m2.ngày   32 Tải trọng máng tràn m3/m.ngày    40,7  Ống trung tâm: - Đường kính - Chiều cao m m 1 1,8  Kích thước bể lắng: - Đường kính - Chiều cao m m 5 4,2 Diện tích bề mặt lắng  m2  20 Hiệu quả xử lý cặn lơ lững %   50 Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày  kgSS/ngày 37,94 Lượng bùn tươi có khả năng phân huỷ sinh học  kgVSS/ngày   28,46 Lượng SS còn lại sau lắng 1 mg/l 59,58 Lượng BOD5 còn lại sau lắng 1 mg/l 574,6 Lượng bùn tươi cần xử lý m3/ngày    0,72 3.2.7 Bể Aeroten Hình 3.7 Cấu tạo bể Aerotenk 1. Ống dẫn nước thải vào 2. Ống dẫn bùn tuần hoàn 3. Ống dẫn khí chính 4. Ống dẫn khí nhánh 5. Đĩa phân phối khí Hình 3.7. Cấu tạo bể aeroten 1. Ống dẫn nước thải vào 2. Ống dẫn bùn tuần hoàn 3. Ống dẫn khí chính 4. Ống dẫn khí nhánh 5. Đĩa phân phối khí 6. Ống dẫn nước thải ra * Nhiệm vụ của bể aerotank Bể aerotank sử dụng hệ thống sục khí xáo trộn hoàn toàn có nhiêm vụ hòa tan oxi kết hợp với bùn hoạt tính giúp khử hoàn toàn hàm lượng BOD, COD trong nước thải được đưa từ bể UASB qua. - Xáo trộn và khuếch tán oxi bằng phương pháp sục khí - Chiều cao lớp nước trong bể 4.57 – 7.62m để việc khuếch tán khí đạt hiệu quả cao - Chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến đỉnh bể) từ 0.3 – 0.6m - Dòng chảy nút xáo trộn nhờ dòng chảy xoắn thì chiều rộng bể phải phụ thuộc vào chiều cao H : B = (1.1 – 2,2):1 (thường chọn 1,5 – 1) Qc, S, Xc Qw,Xr Q,X0 Qr, S, Xr Lắng II Aeroten Hình 3.7. Sơ đồ làm việc của hệ thống * Các thông số thiết kế: [1, tr 502] Trong đó: Q, Qr, Qw, Qc: lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, lưu lượng bùn xả và lưu lượng nước đầu ra, m3/ngày. So, S: nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aeroten và bể lắng 2, mg/l. X, Xr, Xc: nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aeroten, nồng độ bùn tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng 2, mg/l. - Lưu lượng nước thải = 640 m3/ngày, = 26,67 m3/h - Hàm lượng BOD5 vào bể aeroten là BOD5 vào = 574,6 mg/l - Hàm lượng BOD5 ở đầu ra là 30 mg/l (nước thải loại A) - Hàm lượng cặn lơ lửng ở đầu ra còn 25 mg/l. Trong đó có 65% cặn dễ phân huỷ sinh học - Hệ số chuyển đổi BOD5 : BODL = 0,68 Nước thải khi vào bể Aeroten có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (nồng độ vi sinh vật ban đầu) Xo = 0 Tỉ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) Hàm lượng bùn tuần hoàn 10000 mgSS/l Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi (hay bùn hoạt tính) được duy trì trong bể Aeroten là MLVSS = 3200 mg/l Thời gian lưu bùn trung bình θc = 10 ngày Hệ số phân hủy nội bào kd = 0,72 ngày -1 Hệ số sản lượng tối đa (tỉ số giữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ) Y = 0,4045 mgVSS/mg BOD5 Loại và chức năng của bể: Chọn bể Aeroten khuấy trộn hoàn toàn. 3.2.7.1 Xác định hiệu quả xử lý: Xác định BOD5 hoà tan sau lắng 2 theo mối quan hệ sau: Tổng BOD5 = BOD5 hoà tan + BOD5 của cặn lơ lửng Lượng cặn có thể phân huỷ sinh học: 0,65 × 25 = 16,3 (mg/l) BODL của cặn lơ lửng dễ phân huỷ sinh học của nước thải sau lắng 2: 16,25 × 1,42 = 23,07 (mg/l) Trong đó: 1,42 là mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hoá. [1, tr 503] BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng 2: BOD5 = BODL × 0,68 = 23,07 × 0,68 = 15,69 (mg/l) BOD5 hoà tan của nước thải sau bể lắng 2: 30 = S + 15,69. Suy ra S = 14,31 mg/l Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hoà tan: (%) Hiệu quả xử lý của toàn bộ sơ đồ: (%) 3.2.7.2 Xác định kích thước bể Aeroten: Thể tích bể Aeroten: [1, tr 504] Trong đó: : lưu lượng nước đầu vào, = 640 m3/ngày Y: hệ số sản lượng tế bào,Y = 0,4045 mgVSS/mgBOD5 So: hàm lượng BOD5 của nước thải vào bể Aeroten, So = 574,6 mg/l S: hàm lượng BOD5 hoà tan sau lắng 2, S = 14,3 mg/l X: nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể, X = 3200 mg/l kd: hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,072 ngày-1 θc: thời gian lưu bùn, θc = 10 ngày Vậy: (m3) Thời gian lưu nước của bể: (h) Giả sử chọn: Chiều cao hữu ích bể h = 2,5 m; chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m Vậy chiều cao bể tổng cộng là: H = h + hbv = 2,5 + 0,5 = 3 (m) Chọn tỉ số rộng: cao = B : H = 1,5 : 1 Vậy chiều rộng của bể là: B = 2,5 × 1,5 = 3,75 (m) Chia bể làm 2 đơn nguyên, chiều dài mỗi đơn nguyên là: (m) Vậy kích thước mỗi đơn nguyên: L × B × H = 12,61 m × 3,75 m × 3 m 3.2.7.3 Tính lượng bùn dư thải ra mỗi ngày: Lượng bùn dư thải ra mỗi ngày được tính theo công thức: [1, tr 504] Suy ra: Qw = (m3/ngày) Trong đó: V: thể tích bể Aeroten, V = 263,54 m3 Xc: nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống Xc = 0,7 × SS ra = 0,7 × 25 = 17,5 (mg/l) [8, tr 505] Xr: nồng độ chất rắn bay hơi có trong bùn hoạt tính tuần hoàn. Xr = 0,7 × 10000 = 7000 (mg/l) [1, tr 505] 3.2.7.4 Tính lượng bùn tuần hoàn: Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aeroten: ,43 (mgSS/l) Dựa vào sự cân bằng sinh khối qua bể Aeroten, xác định tỉ lệ bùn tuần hoàn dựa trên phương trình cân bằng sinh khối: × Xo + Qr × Xr = (Q + Qr ) × X [1, tr 435] Trong đó: : lưu lượng nước thải trung bình theo ngày vào bể, m3/ngày. Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/ngày. Xo: hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi đầu vào, Xo= 0 mg/l. Xr: hàm lượng SS của bùn tuần hoàn, mgSS/l. X: hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aeroten bậc một, mgSS/l. Với Qr = × , chia 2 vế cho , biểu thức được triển khai như sau: Vậy lưu lượng bùn tuần hoàn là: Qr = × = 0,84 × 640 = 537,6 (m3/ngày) = 22,4(m3/h) 3.2.7.5 Kiểm tra tải trọng thể tích LBOD và tỉ số F/M Kiểm tra tải trọng thể tích L BOD: LBOD = (kgBOD5/m3.ngày) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép (LBOD = 0,8 ÷ 1,9). [1, tr 436] Kiểm tra tỉ số : = (ngày -1) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép (= 0,2 ÷ 0,6). [1, tr 436] Trong đó: LBOD: tải trọng thể tích, kgBOD/m3.ngày V: thể tích bể Aeroten, m3 θ: thời gian lưu nước trong bể, giờ 3.2.7.6 Tính toán lượng khí cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính: Chọn hiệu suất chuyển hoá oxy của thiết bị khuếch tán khí: e = 9%, hệ số an toàn f = 2 để tính công suất thực tế của máy thổi khí. [1, tr 436] Hệ số sản lượng quan sát (Yobs) tính theo công thức: Yobs = (mgVSS/mgBOD) Lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo VSS: Px = Yobs × × (BODvào – BODra) [1, tr 505] Px = 0,235 × 640 × (574,6 – 14,31) × 10-3 = 86 (kgVSS/ngày) Khối lượng BODL tiêu thụ trong quá trình bùn hoạt tính: ×10-3 Nhu cầu oxy cho quá trình: [1, tr 436] = – 1,42 × Px = 527,33 – 1,42 × 86== 405,21 kgO2/ngày Giả sử rằng không khí có 25% trọng lượng oxy và khối lượng riêng không khí là 1,2 kg/m3 Lượng không khí lý thuyết cho quá trình là: Mkk = (m3/ngày) Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho quá trình xáo trộn hoàn toàn: [1, tr 437] = 39,54 (l/m3.phút) Trong đó: e: Hiệu suất chuyển hóa oxy của thiết bị khuếch tán khí, e = 9% V: thể tích bể Aeroten, V = 263,54 m3 Giá trị này nằm trong khoảng cho phép q = (20 ÷ 40) l/m3.phút. [1, tr 437] Như vậy, lượng khí cấp cho quá trình bùn hoạt tính cũng đủ cho nhu cầu xáo trộn hoàn toàn. Lưu lượng cần thiết của máy thổi khí: Qkk = (m3/phút) = 0,35 (m3/s) Trong đó: : hệ số an toàn, = 2. [1, tr 437] 3.2.7.7 Cách bố trí các đĩa phân phối khí: Chọn thiết bị phân phối khí dạng đĩa xốp. Cường độ thổi khí của thiết bị là Z = 300 l/phút cho một đĩa. Không khí được bơm qua ống dẫn khí chính, đến các ống nhánh rồi tới đĩa phân phối khí. Số lượng đĩa thổi khí được tính theo công thức: N = (đĩa) Chọn N = 72 đĩa. Số lượng đĩa phân phối khí trong 1 ngăn bể: (đĩa) Ống nhánh được nối với ống dẫn khí chính vào bể, trên ống nhánh bố trí các đĩa phân phối khí. + Bố trí các ống nhánh: Khoảng cách của hai ống nhánh ngoài cùng so với mếp trong cùng của chiều rộng của bể là 1,53 m. Khoảng cách giữa đầu ống so với thành bể (theo chiều dài của bể) là 0,2 m. Khoảng cách giữa hai ống nhánh là 1 m. + Bố trí các đĩa xốp trên ống nhánh: Khoảng cách của hai đĩa phân phối khí ngoài cùng so với mép trong cùng của chiều dài của bể là 0,375 m. Khoảng cách giữa các đĩa phân phối khí 1,5 m. Suy ra: Số ống nhánh dọc theo chiều dài bể: n1 = (ống) Số đĩa xốp trên mỗi nhánh: n2 = (đĩa) + Bố trí các trụ đỡ các ống nhánh phân phối: Trụ làm bằng bê tông cốt thép có mặt cắt ngang là hình vuông có cạnh 150 mm, chiều cao 200 mm. Khoảng cách giữa các trụ đỡ là 1,75 m. Khoảng cách giữa hai trụ đỡ ngoài cùng so với vách trong cùng của bể là 1 m Suy ra số trụ đỡ cho mỗi ống nhánh phân phối khí: n* = (trụ) Vậy số trụ đỡ cho mỗi ngăn: n’ = 2 ×12 = 24 trụ. Bảng 3.7 Các thông số tính toán của bể Aeroten Thông số Đơn vị Giá trị  Thể tích bể m3 263,54  Thời gian lưu nước trong bể h 9,88  Kích thước bể: - Số đơn nguyên - Chiều dài - Chiều rộng - Chiều cao cái m m m 2 14,06 3,75 3  Lượng bùn dư thải ra mỗi ngày m3/ngày 10,44  Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể mgSS/l 4571,43  Lượng bùn tuần hoàn vào bể m3/ngày 537,6  Hệ số tuần hoàn 0,84  Nhu cầu oxy kgO2/ngày 405,21  Lượng khí cần thiết của máy thổi khí m3/phút 20,84  Số ống nhánh phân phối khí ống 12  Số đĩa phân phối khí trên mỗi ống nhánh đĩa 3 Số trụ đở cho mỗi ống nhánh trụ 2 3.2.8 Bể lắng ly tâm đợt 2: Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho loại bùn hoạt tính là 20 m3/m2.ngày và tải trọng chất rắn là 5 kg/m2.h. [1, tr 438] Vậy diện tích bề mặt lắng theo tải trọng bề mặt là: AL= (m2) Trong đó: : lưu lượng nước thải trung bình theo ngày, m3/ngày LA: tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn là: A = (m2) Trong đó: : lưu lượng nước thải vào theo giờ, = 26,67 m3/h Qr: lưu lượng bùn tuần hoàn, Qr = 22,4 m3/h LS: tải trọng chất rắn, LS = 5 kg/m2.h MLSS: lượng chất rắn lơ lững, MLSS = kg/m3 Do AS > AL nên diện tích bề mặt theo tải trọng chất rắn là diện tích tính toán. Đường kính bể lắng: D = = = 7,56 (m) Đường kính ống phân phối trung tâm: d = 20% D = 0,27,56 = 1,51 (m) Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng hL = 3,2 m, chiều cao lớp bùn lắng hb = 1,2 m và chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m. Độ dốc đáy bể 8%. [1, tr 507] Chiều cao tổng cộng của bể: H = hL + hb + hbv = 3,2 + 1,2 + 0,3 = 4,7 (m) Chiều cao ống phân phối trung tâm: Htt = 60% hL= 0,6 × 3,2 = 1,92 (m) Kiểm tra lại thời gian lưu nước ở bể lắng: Thể tích phần lắng: [1, tr 508] (m3) Thời gian lưu nước: [1, tr 508] t = = = 2,8 (h) Thể tích phần chứa bùn: Vb = AS × hb = 44,86 × 1, = 53,83 (m3) Thời gian lưu giữ bùn trong bể: [1, tr 50] (h) Tải trọng máng tràn: La = = = 49,6 (m3/m.ngày) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép La < 500 m3/m.ngày. [1, tr 508] Bảng 3.8 Các thông số chính của bể lắng ly tâm đợt 2 Thông số Đơn vị Giá trị Kích thước bể lắng:  - Đường kính - Chiều cao m m 7,56 4,7  Kích thước ống phân phối trung tâm: - Đường kính - Chiều cao m m 1,51 1,92  Thời gian lưu nước h 2,8  Thời gian giữ bùn trong bể h 2,38 Hình 3.9 Cấu tạo bể tiếp xúc chlorine 1. Máng trộn Clo 2. Ngăn nước chảy 3.2.9 Bể tiếp xúc Chlorine: Chọn thời gian lưu của nước thải trong bể t = 40 phút. Do một lượng clo mất đi oxy hóa các chất hữu cơ còn lại trong nước thải, vì vậy lượng clo cho vào có thể lấy C = 8 mg/l [Bảng 10.14,1 tr 473] Thể tích bể tiếp xúc: V = × t = 26,67 × 17,78 (m3) Chọn vận tốc dòng chảy trong bể tiếp xúc v = 2,5 m/phút. [1, tr 473] Tiết diện ngang bể tiếp xúc: An = (m2) Giả sử chiều cao hữu ích của bể tiếp xúc h = 0,6 m; chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m Vậy chiều cao tổng cộng của bể: H = h + hbv = 0,6 + 0,3 = 0,9 (m) Chiều rộng của bể: B = (m) Chiều dài tổng cộng của bể: L = (m) Kiểm tra tỷ số L : B = 98,8 : 0,3 = 329 (>10). [1, tr 474] Vậy việc chọn kích thước trên là thích hợp Để giảm chiều dài xây dựng có thể chia bể ra làm 10 ngăn chảy dích dắc. Chiều dài của mỗi ngăn là 0,3 m. Chiều dài của mỗi ngăn là: L = m Bảng 3.9 Thông số tính toán của bể tiếp xúc clo Thông số Đơn vị Giá trị  Thời gian lưu nước phút 40  Thể tích bể m3 17,78  Vận tốc dòng chảy trong bể m/phút 2,5  Tiết diện ngang của bể m2 0,18  Kích thước bể: - Số ngăn - Chiều dài - Chiều rộng - Chiều cao ngăn m m m 10 9,88 0,3 0,9 KẾT LUẬN Để thiết kế một hệ thống xử lý nước thải không phải là một việc dễ dàng, nó đòi hỏi phải qua một quá trình khảo sát và phân tích lâu dài để có được những số liệu chính xác. Tuy nhiên với tính chất giả định của Đồ án thì tôi đã chọn phương án và các thông số đã được khảo sát trước thông qua tài liệu tham khảo, kết hợp với kiến thức tìm hiểu được tôi đã hoàn thành Đồ án: “ Thiết kế hệ thống xử lí nước thải Nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh với năng suất 8 tấn sản phẩm/ngày ” Đây là một đề tài có ý nghĩa thực tiễn lớn, với công nghệ đưa ra có thể ứng dụng để xử lý nước thải có thành phần tương tự, góp phần vào việc xử lý nước thải để bảo vệ môi trường và sức khoẻ cho người dân sống trong vùng lân cận nhà máy trước khi nước thải được thải ra môi trường. Tuy nhiên, bên cạnh các biện pháp kỹ thuật cũng cần vận động các doanh nghiệp nhà máy để có thể phối hợp một cách có hiệu quả nhất. Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô. Tôi xin chân thành cảm ơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2004) Xử lí nước thải đô thị và công nghiệp - Tính toán thiết kế công trình, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh. [2] Lâm Vĩnh Sơn, Bài Giảng kỹ thuật xử lí nước thải [3] Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB Giáo Dục. [4] Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng Hà Nội. [5] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội. [6] Phan Anh Linh, Bài tập lớn : Báo cáo đánh giá tác động môi trường nhà máy thủy sản Thọ Quang, Lớp 01MT – Đại Học Đà Nẵng – Trường Đại Học Bách Khoa. [7] Trần Thế Truyền (2006), Cơ sở thiết kế nhà máy, Đại học Đà Nẵng – Trường Đại học Bách Khoa