Đồ án Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột khoai mì Công ty TNHH Tân Trường Hưng, tỉnh Tây Ninh

trình xử lý sau. 3.2.1.2.3 Cơ sở lựa chọn xử lý kỵ khí UASB Nghiên cứu xử lý kỵ khí cho nước thải khoai mì đã được quan tâm từ rất lâu và đã được nhiều nước áp dụng, đem lại hiệu quả cao. Đặc tính của nước thải khoai mì có ồng độ chất hữu cơ dễ phân hủy rất cao nên công đoạn xử lý kỵ khí là không thể thiếu. Nguyên lý của phương pháp xử lý kỵ khí Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CH4 và CO2 (trường hợp nước thải không chứa NO3- và SO42-). So sánh giữa UASB và các công nghệ xử lý kỵ khí khác Trong phương pháp xử lý kỵ khí có các công nghệ như: hồ sinh học kỵ khí, lọc sinh học kỵ khí, bể với lớp vật liệu trương nở, bể với lớp bùn lơ lửng dòng hướng lên UASB... đều đạt hiệu quả khá cao. Mỗi thiết bị có những ưu- nhược riêng của nó. Bảng 3.2.2: So sánh giữa các phương pháp xử lý kỵ khí Quá trình Thuận lợi Bất lợi Hồ kỵ khí Rẻ. Hầu như không đòi hỏi quản lý thường xuyên, bảo trì, vận hành đơn giản. Cần có một diện tích rất lớn. Gây mùi thối rất khó chịu. Không thu hồi được khí sinh học sinh ra. Phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn Thích hợp nước thải có hàm lượng SS cao. Đảm bảo tính chất nước thải (vật chất, pH, nhiệt độ) đồng đều trong thiết bị. Tải trọng thấp. Thể tích thiết bị lớn để đạt SRT cần thiết. Sự xáo trộn trở nên khó khi hàm lượng SS quá lớn. Tiếp xúc kỵ khí Thích hợp với nước thải có hàm lượng SS từ trung bình đến cao. Tải trọng trung bình. Vận hành tương đối phức tạp. Lọc kỵ khí Vận hành tương đối đơn giản. Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao. Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS cao. Dễ bị bít kín. UASB Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp. Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích. Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao. Có thể đạt được tải trọng rất cao. Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS 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. Mặt khác UASB được quan tâm hơn cả là vì đối vơi nước thải khoai mì: - Giai đoạn acid hóa không chỉ chuyển hóa các protein, glucose, … thành acid mà còn có tác dụng khử CN. Khi thời gian lưu ở bể acid ngắn không khử triệt để CN thì CN sẽ tiếp tục được xử lý tại bể UASB. - UASB có khả năng xử lý nước thải hữu cơ với tải trọng cao, nhưng ít tốn năng lượng. Hiệu quả xử lý cao từ 60 – 90% theo COD. - Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích. - Có khả năng giữ bùn lâu dài và ít thay đổi hoạt tính khi không hoạt động. - Hàm lượng cặn lơ lửng trong thành phần nước thải khoai mì chủ yếu là các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học nên không ảnh hưởng đến UASB. 3.2.1.2.4. Cơ sở lựa chọn hiếu khí Sau xử lý kỵ khí, nước thải được tiếp tục xử lý sinh học hiếu khí. Trong xử lý hiếu khí có rất nhiều công trình khác nhau. Tuy nhiên qua phân tích các yêu cầu xử lý của nhà máy bao gồm : Khả năng tương lai nhà máy sẽ mở rộng sản xuất. Điều kiện tự nhiên, khí tượng, thủy văn của nhà máy. Chi phí đầu tư, xây dựng, vận hành, bảo trì thấp. Quỹ đất có hạn của công ty. Đối chiếu với các yêu cầu công trình xử lý hiếu khí thích hợp của nhà máy là quá trình xử lý sục khí trong bể Aerotank hoặc quá trình xử lý hiếu khí trong bể lọc sinh học Ưu điểm: đạt được mức độ xử lý triệt để, thời gian khởi động ngắn, ít tạo mùi hôi, có tính ổn định cao trong quá trình xử lý. Khuyết điểm: tốn nhiều năng lượng. 3.2.2. ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ Từ những phân tích trên, công nghệ xử lý nước thải của nhà máy như sau 3.2.2.1. Phương án 1 Nước thải 3.2.2.1.1. Sơ đồ công nghệ Song chắn rác Sân phơi cát Bể lắng cát Nước dư Hố gom Máy sàng rác Bể Acid NaOH Trộn tĩnh Dinh dưỡng Bùn đã phân hủy Bể UASB Bể nén bùn Sục khí bùn Bể chứa bùn Bể Aerotank Tuần hoàn Đặc Bùn Máy lọc ép băng tải bùn Bể lắng Hồ hoàn thiện Bánh bùn Nguồn tiếp nhận Hình 3.2.3 : Qui trình xử lyù nước thải 1 3.2.2.1.2. Thuyết minh quy trình công nghệ Nước thải từ các quy trình công nghệ được dẫn qua song chắn rác để loại bỏ các tạp chất thô có kích thước lớn, trước khi vào hố gom, nước thải được dẫn qua bể lắng cát, tại đây những hạt cát có kích thước lớn hơn 0,2mm được giữ lại để tránh ảnh hưởng đến hệ thống bơm các công trình sau. Nước thải chảy vào hố thu gom tại hố gom nước thải được 2 bơm chìm hoạt động luân phiên bơm đến bể acid. Trước khi vào bể acid nước thải chảy qua sàng chắn rác tinh để giữ lại chất rắn có kích thước lớn hơn 1mm. Tại bể acid có nhiệm vụ khử CN, chuyển hóa các mạch vô cơ phức tạp thành đơn giản đồng thời nhờ quá trình khuấy trộn và cấp khí nước thải được điều hòa về lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm như : COD, BOD, SS, pH….xử lý một phần COD (10 – 30% COD). Từ bể điều hòa, nước thải được bơm với một lưu lượng cố định vào bể phản ứng kỵ khí UASB. Giá trị pH thuận lợi cho hoạt động của bể UASB là 6,7-7,5. Khoảng giá trị pH này là khoảng cực thuận cho quá trình hình thành khí metan và sự cân bằng trong trường hợp tải trọng của bể quá tải, pH trong bể xuống thấp. Các chất dinh dưỡng tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của các vi sinh vật do đó cần bổ sung vào nước thải. Tỷ lệ bổ sung thích hợp là COD: N: P = 350 :5 :1. Nước thải ra khỏi bể acid có pH thấp ( khoảng 4 – 5), nên trước khi vào bể UASB nước thải sẽ được nâng cao pH lên =7, hoạt động điều chỉnh nhờ thiết bị đầu dò pH nối với tủ điều khiển hoạt động của bơm dung dịch NaOH. Các chất dinh dưỡng N, P được bổ sung vào theo đúng tỷ lệ. Sau khi qua thiết bị trộn tĩnh dung dịch NaOH, các chất dinh dưỡng được trộn đều trước khi vào bể UASB. Tại bể UASB, các vi sinh vật ở dạng kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải (hiệu suất xử lý của bể UASB tính theo COD, BOD đạt 60-80%) thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và khí Biogas (CO2, CH4, H2S, NH3…), theo phản ứng sau : Chất hữu cơ + Vi sinh vật kỵ khí CO2 + CH4 + H2S + Sinh khối mới + … Phần CN còn lại tiếp tục được phân hủy ở bể UASB Sau bể UASB nước thải được dẫn qua bể Aerotank xử lý triệt để các hợp chất hữu cơ. Tại bể Aerotank diễn quá trình sinh học hiếu khí được duy trì nhờ không khí cấp từ các máy thổi khí. Tại đây, các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như : CO2, H2O…Theo phản ứng sau : Sự oxy hoá tổng hợp COHNS + O2 + dinh dưỡng CO2 + NH3 + C5H7NO2 + các sản phẩm khác Phân hủy nội bào C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + H2O + năng lượng Quá trình phân huỷ của vi sinh vật phụ thuộc vào các điều kiện sau: pH, nhiệt độ, các chất dinh dưỡng, nồng độ bùn và tính đồng nhất của nước thải. Do đó cần phải theo dõi các thông số này trong bể aerotank. Hiệu quả xử lý BOD của bể aerotank đạt từ 90 – 95%. Từ bể Aerotank, nước thải được dẫn sang bể lắng, tại đây diễn ra quá trình phân tách giữa nước và bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính lắng xuống đáy, nước ở phía trên chảy tràn sang hồ hoàn thiện. Hợp chất hữu cơ sẽ được phân huỷ triệt để ở hồ hoàn thiện nhờ quá trình tự làm sạch của hồ, oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá chủ yếu do sự khếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của tảo, rêu … Thời gian lưu nước trong hồ là 3 ngày. Hồ hoàn thiện có thể kết hợp xử lý nước thải với nuôi cá. Nước thải sau hồ hoàn thiện đạt QCVN 24-2009 (Cột A) và được xả vào nguồn tiếp nhận. Bùn hoạt tính ở đáy bể lắng được thu gom về bể thu bùn, một phần được bơm tuần hoàn về bể Aerotank nhằm duy trì hàm lượng vi sinh vật trong bể. Bùn dư được bơm vào bể nén bùn trọng lực để làm giảm thể tích. Sau đó được bơm đến đến ngăn khuấy trộn của máy lọc ép băng tải để khuấy trộn cùng polyme, rồi đi qua hệ thống băng tải ép bùn. Bùn thải ra có dạng bánh đem chôn lấp hoặc sử dụng làm phân bón. 3.2.2.2. Phương án 2 3.2.2.2.1. Sơ đồ công nghệ Maùy saøng raùc Nước thải Song chắn rác Bể lắng cát Saân phôi caùt Hố gom Nước dư Bể lắng Bể Acid Lọc sinh học Bể UASB Trộn tĩnh Hồ hoàn thiện Nguồn tiếp nhận NaOH Dinh dưỡng Bể chứa buøn Buøn phaân huyû Buøn Maùy loïc eùp baêng taûi Baùnh buøn Buøn Bể neùn buøn ñaëc Hình 3.2.4 : Qui trình xử lý nước thải 2 3.2.2.2.2. Thuyết minh qui trình công nghệ Nước thải sẽ đi qua các công trình tương tự như trong phương án 1. sau khi ra khỏi bể UASB, nước thải được dẫn đến bể lọc sinh học (bể Biophin) _ là một công trình xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ các vi sinh vật hiếu khí. Nước thải phân phối lên bề mặt của bể, thấm qua các lớp vật liệu lọc. Ở bề mặt của các hạt vật liệu lọc, các cặn bẩn được giữ lại và tạo thành màng gọi là màng vi sinh vật. Màng vi sinh hấp thụ các chất hữu cơ và nhờ có cung cấp ôxy mà quá trình ôxy hóa được thực hiện. Những màng vi sinh vật chết sẽ cùng nước thải đi ra khỏi bể và được lắng ở bể lắng. Nước thải thu được từ máng chảy tràn đưa đến hồ hoàn thiện, tại đây phần chất hữu cơ còn lại bị phân hủy tiếp tục nhờ quá trình tự làm sạch của hồ. Nước thải sau hồ hoàn thiện đạt QCVN 24-2009 (Cột A) và được xả thẳng ra nguồn tiếp nhận. 3.2.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN 1 3.2.3.1. Song chắn rác 3.2.3.1.1. Nhiệm vu Nước thải đưa tới công trình làm sạch trước hết phải qua song chắn rác. Tại song chắn rác, các tạp vật thô có kích thước lớn được giữ lại. Các tạp vật này có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc bơm đường ống hoặc kênh dẫn. Ngoài ra, các hợp chất cơ học trong nước còn có tác hại khác như bào mòn đường ống, thiết bị, làm tăng trở lực dòng chảy nên tăng tiêu hao năng lượng của bơm. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện thuận lợi cho cả hệ thống. 3.2.3.1.2. Tính toán Lưu lượng trung bình ngày: Lưu lượng trung bình giờ: Lưu lượng trung bình giây: Lưu lượng giờ lớn nhất: Trong đó: Kcb là hệ số không điều hòa chung của nước thải, lấy theo TCXD-7951-2009; Kch=3. Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60o so với mặt đất. Số khe hở của song chắn rác: Trong đó: Qmax : lưu lượng lớn nhất của dòng thải (m3/s). Qmax = 112,5 m3/h = 0,03125 m/s. b : bề rộng khe hở giữa các song chắn rác (mm), từ 15 ÷ 25 mm. Chọn b = 16 mm ko : hệ số tính đến độ thu hẹp của dòng chảy khi sử dụng công cụ cào rác cơ giới, ko = 1,05. h : chiều sâu mực nước qua song chắn (m) thường lấy bằng chiều sâu mực nước trong mương dẫn. Chọn h = 0,1m. Vmax : tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn rác ứng với lưu lượng lớn nhất, từ 0,6 ÷ 1,0 m/s. Chọn Vmax = 0,9 m/s. = 22,79 Chọn n = 22 khe. Chiều rộng song chắn rác: Bs = S(n – 1) + b.n Trong đó: S: là bề rộng thanh đan hình chữ nhật, chọn S = 8mm (n-1) : số thanh đan của song chắn rác Bs = 0,008(22 – 1) + 0,016 x 22 = 0,52 (m) Chọn Bs = 0,5 m. Kiểm tra lại tốc độ dòng chảy ở phần mở rộng trước song chắn ứng với lưu lượng nước thải Qmax = 0,03125 m3/s. Vận tốc này không được nhỏ hơn 0,4 m/s. Vktra = = 0,625 (m/s) Tổn thất áp lực qua song chắn rác: Trong đó: Vmax = 0,9 m/s g : gia tốc trọng trường (m/s2) k : hệ số tính đến sự tăng tổn thất do rác đọng lại ở song chắn. k = 2 ÷ 3, chọn k = 3. x : hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh song chắn được tính bởi: b : hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh. Chọn thanh tiết diện hình chữ nhật, b = 2,42 a : góc nghiêng song chắn rác, a = 60o = 0,103 (mH2O) Þ Vậy tổn that áp lực nước qua song chắn rác là 0,103 (mH2O) Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn: = 0,275 (m) Trong đó: : góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác. Chọn =20o Bk : chiều rộng của mương dẫn nước thải vào. Chọn Bk = 0,3 m Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn: L2 = 0,5.L1 = 0,5 x 0,275 = 0,14 (m) Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác: L = L1 + L2 + L3 = 0,275 + 0,14 + 1 = 1,415 (m) L3 : chiều dài buồng đặt song chắn rác Hình 3.2.5 : Sơ đồ lắp đặt song chắn rác. Các thông số xây dựng mương đặt song chắn rác: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Bề rộng khe mm 16 2 Số khe hở khe 22 3 Chiều rộng mương dẫn nước vào m 0,3 4 Chiều rộng song chắn m 0,5 5 Chiều dài đoạn kênh trước song chắn m 0,275 6 Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn m 0,14 7 Chiều dài mương đặt song chắn m 1,0 3.2.3.2. Bể lắng cát 3.2.3.2.1. Nhiệm vu Bể lắng cát được thiết kế nhằm mục đích loại bỏ cát, cuội có trọng lượng riêng khoảng 1600 kg/m3. Nếu các loại này không được tách loại ra khỏi nước thải, có thể gây ảnh hưởng lớn đến các công trình phía sau như mài mòn thiết bị, nhanh làm hư bơm, lắng cặn trong ống, mương, giảm thể tich làm việc cho bể mêtan do chứa cát. Trong bể lắng cát ngang, dòng chảy theo hướng ngang và vận tốc được kiểm soát theo kích thước bể, cửa phân phối đầu vào và máng tràn đầu ra. Bể lắng cát ngang thường được thiết kế sao cho vận tốc dòng chảy trong bể đạt gần giá trị 0,3 m/s với thời gian lưu nước từ 45 đến 90 giây. Cát sau khi lắng được lấy ra khỏi bể bằng thủ công, thiết bị bơm thủy lực hoặc sử dụng các thiết bị cơ khí như gàu cạp, bơm trục vít, bơm khí nén, bơm phản lực, … 3.2.3.2.2. Tính toán Vận tốc chuyển động của dòng nước trong bể lắng cát từ 0,15 ÷ 0,3 m/s.Chọn v = 0,15 m/s. Tải trọng thủy lực của bể lắng cát (hay độ lớn thủy lực) theo đường kính hạt cát ở 15oC theo bảng sau: Bảng 3.2.3 : Tải trọng thủy lực của bể lắng cát hay độ lớn thủy lực theo đường kính hạt trong nước thải đô thị ở 15oC. Đường kính hạt (mm) 0,1 0,12 0,15 0,20 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 Độ lớn thủy lực (mm/s) 5,12 7,37 11,5 18,7 24,2 28,3 34,5 40,7 51,6 Thiết kế bể lắng cát có thể lắng được các hạt cát có đường kính ³ 0,2 mm thì tải trọng bề mặt Uo = 18,7 mm/s. Diện tích mặt nước phần hình chữ nhật của bể lắng cát: (m2) Trong đó: Qmax : lưu lượng lớn nhất (m3/s) Uo : độ lớn thủy lực của hạt (mm/s) k : hệ số kinh nghiệm tính đến ảnh hưởng của dòng chảy rối cục bộ trong bể làm cản trở tốc độ lắng của hạt. Chọn k = 1,3 ứng với Uo = 18,7 mm/s [1] (m2) Tỉ số giữa chiều dài L và chiều cao h1 h1 là chiều sâu công tác của bể, chọn lớn hơn chiều sâu dòng nước trong kênh dẫn nhưng không quá 1,2 m, thường h1 = 0,5 ÷1,2 m. Chọn h1 = 0,5 m. Chiều dài bể L = 10,4.h1 = 10,4 x 0,5 = 5,2 (m) - Chiều rộng bể (m) Đáy cửa tràn có độ chênh với đáy bể lắng cát DP để tạo độ chênh áp đủ đưa nước ra khỏi bể lắng cát với vận tốc không đổi Trong đó: K = - Dựa trên qui trình sản xuất của nhà máy, lưu lượng nước thải nhỏ nhất vào sáng sớm với hệ số thải nước ít nhất là 0,35. Qmin = Qtb 0,35 = 315 m3/ng.đ 0,08 (m) Kết quả phân tích lượng cát có trong nước thải là 140 mg/l (140 g/m3). Khối lượng cát có trong nước thải trong một ngày đêm: 140(g/m3) x 900(m3) = 126 (kg/ng.đ) Độ ẩm cát trong nước thải từ 13 ÷ 65%. Chọn độ ẩm cát là 40% thì lượng cát ẩm là: m = (kg/ngđ) Trọng lượng riêng của cát trong nước thải khoảng 1600 kg/m3. Thể tích cát trong một ngày đêm: Vcát = (m3) Chọn thời gian lấy cát là T = 1 ngày. Thể tích ngăn chứa cát được tính theo công thức: Wc = 0,2 x 1 = 0,2 (m3) Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong một ngày đêm h2 = = = 0,09 m . Chọn h2 = 0,1m Trong đó: Vc = Lượng cát sinh ra trung bình trong 1 ngày đêm t = chu kỳ xả cát, t = 1 ngày Chiều sâu tổng cộng của bể lắng cát H = h1 + h2 + h3= 0,5 + 0,1 + 0,3 = 0,9 (m) h3 là chiều cao bảo vệ Vậy kích thước của lắng cát được xây dựng như sau: STT Thông số Đơn vị Kích thước 1 Chiều dài M 5,2 2 Chiều rộng M 0,42 3 Chiều cao tổng M 0,9 4 Độ chênh đáy M 0,1 Hình 3.2.6 : Cấu tạo bể lắng cát. 3.2.3.3. Hố thu gom 3.2.3.3.1. Nhiệm vụ Hố thu gom nước thải tập trung nước thải, thu gom triệt để lượng nước thải của nhà máy và đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho bơm hoạt động an toàn. Trong hố thu gom, sử dụng hai bơm chìm hoạt động luân phiên để bơm nước thải đến bể acid. 3.2.3.3.2. Tính toán Chọn thời gian lưu nước là t = 15 phút. Thế tích hố thu gom được tính như sau: V = Qmax x t = 112,5 x = 28 (m3) Vậy kích thước của hố thu gom được xây dựng như sau: LBH = 432 - Chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 m Bơm nước thải vào bể acid Lương lượng bơm Q = 900 m3/ngày = 0,0104 m3/s Cột áp bơm H = 8m - Công suất bơm N = = = 1 (kW) h : hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93 , chọn h = 0,8 Chọn máy bơm có công suất : 1,5 (kW) Các thông số thiết kế hố thu gom STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều rộng hố thu M 3 2 Chiều dài hố thu M 4 3 Chiều sâu hố thu M 2,5 4 Công suất bơm kW 1,5 3.2.3.4. Máy sàng rác 3.2.3.4.1. Nhiệm vụ Máy sàng rác hay còn gọi là trống quay dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị, trống quay có kích thước khe (lỗ) từ 0,5 ÷ 1,0 mm. Khi tang trống quay, thường với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải được lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đường dẫn nước thải vào. 3.2.3.4.2. Tính toán Diện tích hữu ích của tang trống Trong đó: Fc : tổng diện tích hữu ích (m2) Qmax : lưu lượng lớn nhất của nước thải (m3/s) u : vận tốc của nước thải chảy qua khe tấm chắn (thường lấy từ 0,8 ÷ 1,0 m/s). Chọn u = 0,8 m/s. (m2) Chọn máy loại GS6305 co: - Kích thước khe 1,0 mm - Đường kính tang trống 630 mm - Chiều dài thiết bị 1000 mm - Môtơ 0,37 kW 3.2.3.5. Bể acid hóa kết hợp bể điều hòa 3.2.3.5.1. Nhiệm vụ Khử CN có trong nước thải khoai mì và xử lý một phần nước thải. Tại bể acid hóa, COD giảm từ 10 -30% và phần lớn các chất hữu cơ phức tạp như protein, chất béo, đường chuyển hóa thành acid đồng thời hầu hết CN được khử trong bể acid hóa Kết quả thí nghiệm xử lý tại phòng thí nghiệm Khoa Môi Trường – ĐH Bách Khoa Tp.HCM trình bày trong hình 4.2 cho thấy : Ở điều kiện tự nhiên để CN có thể tự phân hủy cần thời gian khá dài. Điển hình là sau 5 – 7 ngày khoảng 30% CN bị phân hủy. Tại bể acid hóa hàm lượng CN được khử nhanh hơn rất nhiều, theo nguyên cứu Khoa Môi Trường – Trường ĐH Bách Khoa thì khi bể đạt tải trọng cao nhất chỉ cần 2 ngày là lượng CN ở 25mg/l bị khử hoàn toàn và khoảng 30% COD bị phân hủy. Quá trình khử COD: Chất hữu cơ phức tạp chất hữu cơ đơn giản H2S + CO2 + NH3 … 3.2.3.5.2. Tính toán Dựa vào khả năng phân hủy cơ chất theo thời gian ta xác định bậc phản ứng và hằng số tốc độ phân hủy cơ chất. Bảng 3.2.4: Khả năng phân hủy CN ở bể acid T (ngày) CN (mg/l) 0,5 22 1,5 19 2,5 16 3,5 13 4,5 5,8 (Nguồn: Khoa Môi Trường – ĐH Bách Khoa) (1) Trong đó: C: Nồng độ chất hữu cơ, mg/l k: Hằng số tốc độ phản ứng a: Bậc phản ứng Lấy tích phân phương trình 1 ta được: C = Co [ 1 + Co a-1 K t (a-1)]-1/a-1 (2) Đặt x = Thay vào phương trình (2) ta có: Giải phương trình: t = 1,5 ngày Trong thực tế, ở giai đoạn vận hành, sau 2 tuần cho dần nước thải vào bể acid hóa để vi sinh vật thích nghi với môi trường. Khi bể đã hoạt động ổn định thời gian lưu của bể là t = 1,5 ngày. CNra = 5,8 mg/l. Với thời gian lưu nước là 1,5 ngày tại bể acid nước thải cũng được điều hòa về lưu lượng và nồng độ. Thể tích bể acid hóa: V = Qt = 9001,5 = 1350 (m3) Chọn chiều cao bể H = 4m Diện tích bể: F = = = 337,5 m2 Kích thước bể: LBH=22154,5 (m3) Tính toán các ống dẫn nước vào và ra khỏi bể aid - điều hoà: Nước thải được bơm từ hố thu vào bể acid. Chọn vận tốc nước vào bể là 2m/s , đường kính ống là : 0,081m = 81mm Þ Sử dụng ống Þ 90. Chọn vận tốc nước ra khỏi bể điều hoà là 2m/s Đường kính ống ra là : Dra = 81mm Chọn ống có đường kính Þ 90 Để tăng hiệu quả xử lý, trong bể lắp đặt một cánh khuấy dài 1,2m; công suất motơ 7,5kw. 3.2.3.6. Bể UASB 3.2.3.6.1. Nhiệm vụ Từ bể acid nước thải được bơm về bể kị khí UASB. Nhiệm vụ của quá trình xử lý nước thải qua bể UASB là nhờ vào sự hoạt động phân hủy của các vi sinh vật kị khí biến đổi chất hữu cơ thành các dạng khí sinh học. Chính các chất hữu cơ tồn tại trong nước thải là các chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật. Sự phát triển của vi sinh vật trong bể thường qua ba giai đoạn: + Giai đoạn 1: Nhóm vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như Monosacarit, amino axit để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động. + Giai đoạn 2 : Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các axit hữu cơ thường là axit acetic, nhóm vi khuẩn yếm khí tạo axit là nhóm vi khuẩn axit focmo. + Giai đoạn 3 : Nhóm vi khuẩn tạo mêtan chuyển hóa hydro và axit acetic thành khí mêtan và cacbonic. Nhóm vi khuẩn này gọi là Mêtan Focmo. Vai trò quan trọng của nhóm vi khuẩn mêtan focmo là tiêu thụ hydrô và axit acetic, chúng tăng trưởng rất chậm và quá trình xử lý yếm khí chất thải được thực hiện khi khí mêtan và cacbonic thoát ra khỏi hỗn hợp. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ pH... Các yếu tố sinh vật như: số lượng và khả năng hoạt động phân hủy của quần thể vi sinh vật có trong bể. Hiệu quả xử lý theo COD từ 60÷80%. 3.2.3.6.2. Tính toán Khi đi qua các công trình xử lý trước thì hàm lượng COD giảm từ 20 ÷ 40%. Chọn hiệu quả xử lý của các công trình phía trước là 30% thì hàm lượng COD đầu vào của bể UASB là: CODv = 4400 (1 - 0,3) = 3080 (mgCOD/l) Trong bể UASB để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý yếm khí phải duy trì được tình trạng cân bằng thì giá trị pH của hỗn hợp nước thải từ 6,6 ¸ 7,6 (phải duy trì độ kiềm đủ khoảng 1000 ¸ 1500 mg/l để ngăn cản pH xuống dưới mức 6,2) và phải có tỉ lệ chất dinh dưỡng Nitơ, Photpho theo COD là COD : N : P = 350 : 5 : 1. Lượng N, P cần thiết phải cho vào nước thải trước khi vào bể UASB: Nồng độ N, P có trong nước thải khi phân tích là Ntổng = (60 – 70) mg/l, Ptổng = (5,5 – 10) mg/l. Như vậy trước khi nước thải vào bể UASB ta có thể không thêm vào các chất dinh dưỡng N, P trên đường ống. Để tạo điều kiện tốt cho hoạt động phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí mêtan giá trị pH trong bể xử lý phải thích hợp: 6,8 – 7,5. Do đó trước khi nước thải vào bể UASB ta tiến hành bổ sung NaOH để duy trì giá trị pH = 7. Yêu cầu nước thải trước khi vào công trình xử lý hiếu khí tiếp theo chỉ tiêu COD cần đạt là 700 mg/l. a. Kích thước bể Hiệu suất xử lý của UASB: Lượng COD cần khử trong 1 ngày: G = (3080 – 700)´900 (m3)´10-3 = 2142 kg COD/ngày Tải trọng khử COD: Chọn L = 9 kg COD/m3.ngày [1] Thể tích xử lý yếm khí cần thiết: Tốc độ nước đi lên trong bể: v = 0,6 ¸ 0,9 m/h để đảm bảo bùn trong bể được duy trì ở trạng thái lơ lửng. Chọn v = 0,8 m/h. Diện tích bề mặt bể: Vậy kích thước tiết diện bể: L ´B = 8 m ´ 6 m Chiều cao phần xử lý yếm khí: Chọn chiều cao phần lắng H2 = 1,3 m (H2 > 1 m) Chọn chiều cao bảo vệ H3 = 0,3 m Þ Chiều cao tổng thể của bể Hbể Hbể = H1 + H2 + H3 = 4,9 m + 1,3 m + 0,3 m = 6,5 m Trong bể thiết kế 2 ngăn lắng. Nước đi vào ngăn lắng sẽ được tách bằng các tấm chắn khí. Tấm chắn khí đặt nghiêng một góc (với = 450÷ 600) Chọn = 500 Gọi Hlắng: chiều cao toàn bộ ngăn lắng. tg500 = Û Hlắng = tg500 – H3 = 2,4 m – 0,3 m = 2,1 m Kiểm tra: ³ 30% > 30% (Thỏa yêu cầu) Thời gian lưu nước trong ngăn lắng (tlắng ³ 1h) tlắng=== > 1 h (Thỏa yêu cầu) Thời gian lưu nước trong bể (HRT = 4÷12 h) HRT = = (Thỏa yêu cầu) b. Tấm chắn khí và tấm hướng dòng Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí là b Vận tốc nước qua khe vào ngăn lắng (vqua khe = 9÷10 m/h) [1] Chọn vqua khe = 9 m/hTa có: vqua khe = = =9 m/h ® b = 0,17 m = 170 mm Trong bể UASB, ta bố trí 4 tấm hướng dòng và 8 tấm chắn khí, các tấm này đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang một góc 55o Tấm chắn khí 1 Dài = B = 6 m Rộng=b1 ===1,04 m ® Chọn rộng = 1040 mm Chiều cao y = b1 x sin 50o = 797 (mm) Tấm chắn khí 2 Đoạn xếp mí của 2 tấm chắn khí lấy bằng 0,3 m. Dài = B = 6 m Rộng = 0,3m + Với h = 170sin(900 – 500) = 109,3 mm Rộng = b2 = 0,3m + =2,24 m ® Chọn rộng = 2240 mm Tấm hướng dòng: được đặt nghiêng so với phương ngang một góc và cách tấm chắn khí dưới 170 mm. Hình 3.2.7 : Cấu tạo tấm hướng dòng. Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn 1: Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10¸20cm. Chọn mỗi bên nhô ra 15cm. Chiều rộng tấm hướng dòng: Chiều dài tấm hướng dòng: B = 6 m c. Tính máng thu nước Máng bê tông Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng, thiết kế 2 máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều dài của bể. Vận tốc nước chảy trong máng: 0,6¸0,7 m/s [4] Chọn Vmáng = 0,6 m/s Diện tích mặt cắt ướt của mỗi máng: A == 0,0087 m2 Þ Chọn chiều ngang máng 400 mm chiều cao máng 200 mm. Máng bêtông cốt thép dày 65 mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ, được đặt dọc bể, giữa các tấm chắn khí. Máng có độ dốc 1% để nước chảy dễ dàng về phần cuối máng. Tại đây có đặt ống thu nước Þ 90 bằng thép để dẫn nước sang bể Aerotank. Máng răng cưa: Máng tràn gồm nhiều răng cưa hình chữ V. Chiều cao một răng cưa: 60 mm Dài đoạn vát đỉnh răng cưa: 40 mm Chiều c