Đồ án Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia bằng phương pháp sinh học lưu lượng 2000 m3/ngày đêm

ch kiềm loãng nóng (1 -3 % NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn và nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên ngoài chai, sau đó rửa sạch bằng nước nóng và nước lạnh. Do đó, dòng thải của quá trình rửa chai có độ ph cao vào làm cho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính. Kiểm tra nước thải từ các máy rửa chai đối với loại chai 0,5lit cho thấy mức độ ô nhiễm như trong bảng 2: Bảng 2: Ô nhiễm nước thải từ nhà máy bia Thông số Hàm lượng, mg/l Thấp Cao Trung bình COD 810 4480 2490 BOD5 330 3850 1723 Nitơ 2,05 6,15 4,0 P tổng 7,9 32,0 12,8 Cu 0,11 2,0 0,52 Zn 0,20 0,54 0,35 AOX 0,10 0,23 0,17 pH = 8,3 đến 11,2 Nước tiêu thụ để rửa 1 chai = 0,3 đến 0,5lit Trong nước thải rửa chia có hàm lượng đồng và kẽm là do sử dụng loại nhãn dán chia có in ấn bằng các loại thuốc in có chứa kim loại. Hiện nay, loại nhãn dán chia có chứa kim loại đã bị cấm sử dụng ở nhiều nước. Trong nước thải có tồn tại AOX là do trong quá trình khử trùng có dung chất khử là hợp chất của clo. Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau có thể chỉ là sử dụng phưong pháp lên men chìm hay nổi. Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị, sàn nhà, … Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhễm của các nhà máy bia rất khác nhau. Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nước và công nghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp. Số liệu trung bình của những thông số ô nhiễm như sau: Lượng nước cấp cho 1000 lít bia là 4 – 8 m3 Nước thải tính từ sản xuất 1000 lít bia là 2,5 – 6 m3 Tải trọng BOD5 là 3 – 6 kg/1000 lít bia Tỷ lệ BOD5/COD là 0,55 – 0,7 Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải như sau: BOD5: 1100 – 1500 mg/l COD : 1800 – 3000 mg/l Tổng Nitơ : 30 – 100 mg/l Tổng Photpho : 10 – 30 mg/l Chương III: Lựa chọn phương án xử lý nước thải nhà máy bia III.1. Phương án 1: Bể Axit hoá Bể tuyển nổi Bể lắng cát Bể điều hoà và ổn định pH Bể UASB Bể Aerotank Bể lắng II Bể tiếp xúc Máy nén khí Bể nén bùn Máy ép bùn Sân phơi cát Clo BCL San lấp xử lý làm phân bón Song chắn rác Nước thải Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước thải từ quá trình sản xuất qua song chắn rác, tại đây rác có kích thước lớn được loại bỏ, rác được đưa đến nơi chôn lấp. Nước thải đến bể lắng cát ngang, các hạt cặn có thể lắng được sẽ được giữ lại ở đây, cát sẽ được mang đến sân phơi cát để mang được chôn lấp hoặc sang lấp. Nước thải được đưa đến bể tuyển nổi có thổi khí, các hạt cặn không thể lắng ở bể lắng cát và dầu mỡ sẽ được tách ra khỏi nước thải. Nước thải được đưa đến bể điều hoà, tại đây nước thải được ổn định và lưu lượng và nồng độ. Sau đó nước thải qua bể axit hoá để điều chỉnh pH về trung tính. Nước thải tiếp tục được đưa qua bể UASB, tại đây hàm lượng BOD và COD giảm xuống một cách nhanh chóng. Khí thoát ra được tận dụng để cung cấp năng lượng cho quá trình sản xuất. Nước thải qua bể Aerotank, hàm lượng BOD và COD cũng giảm xuống, nước thải tiếp tục đến bể lắng 2, lượng bùn dư sẽ được giữ lại, một phần bùn sẽ được tuần hoàn về bể aerotank, một phần đưa qua bể nén bùn rồi đến máy ép bùn, bùn sau được xử lý làm phân bón. Nước thải từ bể lắng 2 được đưa đến bể tiếp xúc, tại đây nước được khử trùng bằng Clorine và thải ra nguồn tiếp nhận. Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao, nước sau khi xử lý có thể thải trực tiếp ra ngoài môi trường. Có thể thu hồi năng lượng ở bể UASB để cung cấp cho quá trình sản xuất. Bùn được xử lý để làm phân bón. Nhược điểm: Có nhiều công trình đơn vị do đó chi phí đầu tư cao. Chiếm một diện tích khá lớn. III.2. Phương án 2: Hình: Sơ đồ hệ thống xử lý nhà máy bia Bavane Lieshout, Hà Lan Thuyết minh quy trình công nghệ Nước thải được đưa vào bể chứa (1), tại bể này lưu lượng nước thải được làm ổn định và điều chỉnh pH. Nước thải tiếp tục qua bể Axit hoá (2), do nước thải đầu vào có pH tương đối cao nên cần phải điều chỉnh pH về trung tính. Tại đây, nước tải bể axit hoá cũng được tuần hoàn về bể chứa (1) để tắng hiệu qua ổn định pH của nước thải. Nước thải được đưa qua bể UASB, hàm lượng COD và BOD ở bể này giảm xuống rất nhanh, khí sinh ra được tận dụng để làm năng lượng cho quá trình sản xuất. Tiếp tục, nước thải qua bể tiếp xúc (4) rồi đến bể aerotank (5), hàm lượng COD và BOD ở đây cũng giảm xuống nhanh chóng. Nước tiếp tục qua bể lắng 2 (6), một phần bùn sẽ được tuần hoàn về bể Aerotank, nước từ bể lắng 2 được thải ra nguồn tiếp nhận. Nếu nước thải có pH trung hoà và hàm lượng COD, BOD thấp thì sẽ trực tiếp đưa về bể tiếp xúc 4. Ưu điểm: Hiệu quả xử lý COD và BOD cao Chi phí xây dựng thấp Ít tốn diện tích Khí thoát ra từ bể UASB có thể tận dụng tạo ra năng lượng cung cấp cho quá trinh sản xuất Nhược điểm: Quy trình xử lý nước thải này chỉ phù hợp cho lưu lượng nước thải thấp. Không có song chắn rac, do đó dễ làm tắc nghẽn cho các công trình phia sau. Không có giai đoạn khử trùng, nước đươc thải ra nguồn tiếp nhận thường chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh. III.3. Phương án 3: Song chắn rác Bể lắng cát Bể điều hoà và ổn định pH Bể lắng I Bể UASB Bể Aerotank Bể lắng II Bể tiếp xúc Máy nén khí Bể nén bùn Máy ép bùn Sân phơi cát Clo BCL San lấp xử lý làm phân bón Nước thải Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước thải từ quá trình sản xuất qua song chắn rác, tại đây rác có kích thước lớn được loại bỏ, rác được đưa đến nơi chôn lấp. Nước thải đến bể lắng cát ngang, các hạt cặn có thể lắng được sẽ được giữ lại ở đây, cát sẽ được mang đến sân phơi cát để mang được chôn lấp hoặc sang lấp. Nước thải được đưa đến bể tuyển nổi có thổi khí, các hạt cặn không thể lắng ở bể lắng cát và dầu mỡ sẽ được tách ra khỏi nước thải. Nước thải được đưa đến bể điều hoà, tại đây nước thải được ổn định và lưu lượng và nồng độ, điều chỉnh pH về trung tính. Nước thải qua bể lắng 1, hàm lượng SS giảm đi một cách đáng kể và cặn bùn được đua về bề nén bùn Nước thải tiếp tục được đưa qua bể UASB, tại đây hàm lượng BOD và COD giảm xuống một cách nhanh chóng. Khí thoát ra được tận dụng để cung cấp năng lượng cho quá trình sản xuất. Nước thải qua bể Aerotank, hàm lượng BOD và COD cũng giảm xuống, nước thải tiếp tục đến bể lắng 2, lượng bùn dư sẽ được giữ lại, một phần bùn sẽ được tuần hoàn về bể aerotank, một phần đưa qua bể nén bùn rồi đến máy ép bùn, bùn sau được xử lý làm phân bón. Nước thải từ bể lắng 2 được đưa đến bể tiếp xúc, tại đây nước được khử trùng bằng Clorine và thải ra nguồn tiếp nhận. Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao, nước sau khi xử lý có thể thải trực tiếp ra ngoài môi trường. Có thể thu hồi năng lượng ở bể UASB để cung cấp cho quá trình sản xuất. Bùn được xử lý để làm phân bón. Nhược điểm: Có nhiều công trình đơn vị do đó chi phí đầu tư cao. Chiếm một diện tích khá lớn. Chương IV: Tính toán - thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia (Phương án 3) IV.1. Lưu lượng nước thải tính toán: Lưu lượng trung bình ngày đêm: Qtb = 2000 m3/ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ: Lưu lượng trung bình giây: IV.2. Tính toán song chắn rác: Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành phần rác có kích thước lớn như: vải vụn, vỏ đồ hộp, lá cây … được giữa lại. Nhờ đó tránh làm tắc nghẽn và bào mòn bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải. Tính toán song chắn rác: Chiều sâu lớp nước ở song chắn rác lấy bằng chiều cao lớp nước của cống dẫn nước thải : h1 = 0,2 m Số khe hở ở song chắn rác được tính: khe Trong đó k0 = 1.05 - hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy, cào rác bằng cơ giới. n: số khe hở : lưu lượng giây lớn nhất của nước thải V: tốc độ nước chảy qua song chắn rác (0,4-0,8 m/s); chọn v = 0,65 m/s b = 0,02 khoảng cách giữa các khe hở của song chắn. Vậy chiều rộng mỗi song chắn rác là: Bs = S.(n1 +1) + b.n1 = 0,008.(9+1) + 0,02 .9 = 0,26 (m) Trong đó S: chiều dày thanh song chắn = 0,008m Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy tại vị trí mở rộng của mương trước song chắn ứng với lưu lượng nước thải nhỏ nhất nhằm tránh sự lắng cặn tại đó. Vận tốc này phải > 0,4 m/s. Tổn thất áp lực qua song chắn rác: Chiều cao tổng cộng của song chắn rác: IV.3. Tính toán bể lắng cát: Bể lắng cát ngang được thiết kế để loại bỏ các tạp chất vô cơ không hoà tan như cát, sỏi, xỉ và các vật liệu rắn khác có vận tốc lắng (hay trọng lượng riêng) lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân huỷ trong nước thải. Bể lắng cát ngang được thiết sao cho vận tốc chuyển động ngang của dòng chảy là 0,15 m/s < v < 0,3 m/s và thời gian lưu nước trong bể là 30’ < t < 60’ (điều 6.3 20 TCN 51-84). Tính toán bể lắng cát ngang: Chiều dài của bể lắng cát ngang được tính theo công thức: Trong đó: H -Chiều sâu tính toán của bể lắng cát. Chọn H= 0,5 (m) (tiêu chuẩn 0,5 – 1,2 m). U0 - Độ thô thủy lực của hạt cát (mm/s) Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt cát có đường kính lớn hơn 0,2 mm. Theo bảng 24-20 TCN 561-84 ta có U0 = 18,7 mm/s. K - Hệ số lấy theo bảng 24-20 TCXD 51-84, với bể lắng cát ngang K = 1,7 v- Vận tốc dòng chảy trong bể. Chọn v = 0,15 m/s Diện tích ướt của phần lắng: Với n =1 là số đơn nguyên công tác Bề rộng của bể lắng cát ngang: Xây bể lắng cát gồm một ngăn công tác và một ngăn dự phòng với kích thước mỗi ngăn là: Chiều dài L = 9 m và chiều rộng B = 0,3 . Kiểm tra chế độ làm việc của bể lắng cát ngang tương ứng với Thời gian lưu nước trong bể lắng cát ứng với Lượng cát trung bình sau mỗi ngày đêm là: Trong đó, q0 = 0,15 m3/ngày đêm là lượng cát trong 1000 m3 nước thải. Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong 1 ngày đêm: Với t = 1 ngày đêm là chu kỳ xả cát. Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang: Với Hbv = 0,3 m là chiều cao bảo vệ Tính toán sân phơi cát: Nhiệm vụ sân phơi cát là làm ráo nước trong hỗn hợp cát-nước cho dễ dàng vận chuyển cát đi nơi khác. Chọn: Chiều dài của sân phơi cát Ls = 5m Thời gian phơi cát = Chu kỳ xả cát = 1 ngày đêm Thể tích cát Wc = 0,3 m3/ngày đêm Chiều rộng của sân phơi cát: Vậy diện tích của sân phân cát là: IV.4. Tính toán bể điều hoà: Lưu lượng và chất lượng nước thải từ cống thu gom chảy về trạm xử lí nước thải, đặc biệt đối với dòng thải công nghiệp và dòng nước mứa thường xuyên dao động theo thời gian trong ngày. Khi hệ số không điều hòa k ≥ 1,4 thì nên xây dựng bể điều hòa để đảm bảo cho công trình xứ lí làm việc ổn định và đạt được giá trị kinh tế. Có hai loại bể điều hòa: bể điều hòa lưu lượng và chất lượng và bể điều hòa chất lượng. Mục đích xây dựng bể điều hòa: Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình sản xuất thải ra không đều. Tiết kiệm hóa chất để trung hòa nước thải. Giữ ổn định lưu lượng nước đi vào các công trình xử lý tiếp theo. Hàm lượng BOD, COD, SS sau bể điều hòa đạt: BOD = 95% x 1500 = 1425 mg/l COD = 95% x 2000 = 1900 mg/l SS = 85% x 300 = 255 mg/l Tính toán bể điều hoà: Chọn thời gian lưu nước thải trong bể là 4 giờ Thể tích bể điều hoà: Thể tích thực tế của bể điều hoà: Wth = 1,2 . Wdh = 1,2 . 333,32 = 400 m3 Chọn chiều sâu mực nước là Hdh = 4. Diện tích của bể điều hoà: Chiều cao xây dựng của bể điều hoà: Hxd = Hdh + Hbv = 4 + 0,5 = 4,5m Xây bể điều hoà hình chữ nhật có kích thước là : Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hoà (bằng khí nén) Lượng không khí cần thiết: Với a = 3,74m3 khí/m3nước thải là lưu lượng không khí cấp cho bể điều hoà. Chọn hệ thống ống cấp khí bằng thép có đục lỗ, có 4 ống đặt dọc theo chiều dài của bể điều hoà, mỗi ống cách nhau 2m. Lưu lượng khí trong mỗi ống: Trong đó là vận tốc khí trong ống, = 10 – 15 m/s. Chọn =10m/s Đường kính ống dẫn khí: Chọn ống . Đường kính các lỗ 2 – 5 mm, chọn dlỗ = 4mm và vận tốc khí qua lỗ chọn vlỗ = 15m/s (vlỗ thay đổi từ 5 – 10 m/s). Số lỗ trên mỗi ống: lỗ Số lỗ trên 1m chiều dài ống: lỗ Chọn n = 14 lỗ/m ống. Tính toán bơm dùng trong bể điều hoà: Tại bể điều hòa có đặt bơm chìm để bơm nước thải qua bể lắng 1, do đó ta phải tính công suất của bơm đặt tại đây. Cột áp toàn phần của bơm: H = 4,5m + 0,3m = 4,8m Lưu lượng bơm: Q = 2000 m3/ngày.đêm Công suất của máy bơm: Công suất thực tế của máy bơm: Ta chọn 2 bơm, một bơm làm việc và một bơm dự trữ. Công suất của mỗi bơm là: 2 Kw Tính toán máy nén khí: Lượng khí cần cấp cho bể là : Lkhí = 311,65m3/h = 0,087m3/s Áp lực cần thiết cho hệ thống ống khí nén: Hd = hd + hc + hf + H Trong đó: hd, hc: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn và tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh. hd + hc £ 0,4m hf: tổn thất qua hệ thống phân phối khí hf £ 0,5m H: độ ngập sâu của ống phân phối khí, lấy bằng chiều cao hữu ích của bể điều hòa H = 4m Vậy áp lực cần thiết : Hd = 0,4m + 0,5m + 4m = 4,9m Áp lực không khí sẽ bằng: Công suất máy nén khí được tính theo công thức: IV.5. Tính toán bể lắng 1: Loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải qua bể điều hòa. Ở đây các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọn của nước sẽ lắng xuống đáy. Hàm lượng chất lơ lửng sau khi qua bể lắng đợt 1 cần đạt ≤150 mg/l. Hàm lượng sau khi ra khỏi bể lắng 1 phải đạt: BOD = 80% x 1425 = 1140 mg/l COD = 80% x 1900 = 1520 mg/lSS = 55% x 255 = 140,25mg/l ≤ 150 mg/l Tính toán bể lắng 1: Chọn bể lắng đợt 1 dạng tròn, nước thải đi vào từ ống trung tâm, thu nước theo chu vi bể. Thể tích tổng cộng của bể lắng 1 được xác định theo công suất: Trong đó t là thời gian lắng được xác định bắng thực nghiệm về động học lắng. Trường hợp không tiến hành thực nghiệm được, thời gian lắng (t) đối với bể lắng 1 có thể lấy bằng 1,5h. Chọn 2 bể công tác và một bể dự phòng,, thể tích của mổi bể là: Diện tích của mỗi bể lắng trong mặt bằng: Trong đó: H1 là chiều sâu vùng lắng ly tâm có thể lấy từ 1,5 đến 5 m. Chọn H1 = 4m Đường kính của mỗi bể lắng: Lấy D(lt) = 4,5 m Đường kính thực tế của bể lắng là: Đường kính ống trung tâm: Chọn: Chiều cao lớp bùn lắng hb = 0,7 m Chiều cao an toàn h = 0,5 m Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng 1 Htc= H1 + h + hb = 4 + 0,5 + 0,7 = 5,2 m Chiều cao ống trung tâm Ta chọn 3 bể, hai bể công tác và một bể dự phòng. Kích thước mỗi bể lắng: Thông số Giá trị Dãy Đặc trưng Thời gian lưu nước (giờ) 1.5-2.5 2 Tải trọng bề mặt (m3/m2ngay) 32-48 Lưu lượng trung bình 32-48 Lưu lượng cao điểm 80-120 Tải trọng máng tràn (m3/m.ngay) 125-500 Ống trung tâm Đường kính Chiều cao Chiều sâu bể lắng (m) H=3-4,6 4 Đường kính bể lắng (m) D=3-60 8,53 Độ dốc đáy (mm/m) 62-167 83 Tốc độ thanh gạt bùn (vòng/phút) 0,02-0.05 0,03 Bảng 3: Thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng ly tâm Hiệu quả của quá trình lắng các chất lơ lửng: Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng trong bể lắng được tính theo công thức: Hiệu suất lắng của chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng 1 phụ thuộc vào tốc độ lắng của hạt căn lơ lửng trong nước thải (U = 0,74 mm/s) và hàm lượng ban đầu của hạt cặn lơ lửng (Cdv = 255 mg/L) và có thể lấy theo bảng 4: Hiệu suất lắng của chất lơ lửng(%) Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng, U (mm/s) ứng với hàm lượng ban đầu của chất lơ lửng C (mg/L) 150 200 250 300 30 1,30 1,80 2,25 3,20 35 0,90 1,30 1,90 2,10 40 0,60 0,90 1,05 1,40 45 0,40 0,60 0,75 0,95 50 0,25 0,35 0,45 0,60 55 0,15 0,20 0,25 0,40 60 0,05 0,10 0,15 0,20 Bảng 4: Hiệu suất lắng của chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng 1 Với Cdv = 255 mg/L và U = 0,74. Chọn hiệu suất lắng E1 = 45% Hàm lượng chất lơ lửng triôi theo nước ra khỏi bể lắng 1 được tính theo công thức: Kiểm tra lại thời gian lưu nước của bể lắng Thể tích phần lắng Thời gian lưu nước Tải trọng máng tràn Tính toán lượng bùn sinh ra Giả sử hiệu suất xử lý cặn lơ lửng đạt 60% ở tải trọng Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày Giả sử bùn tươi của nước thải nhà máy bia có hàm lượng cặn 5% (tức là có độ ẩm 95%). Tỉ số VSS:TSS = 0,75 và khối lượng riêng bùn tươi là 1,053kg/lít. Vậy lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý là Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học Tính toán bơm hút bùn: Công suất của mỗi bơm: Trong đó Q:lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm, m3/ngàyđêm H:áp suất toàn phần của bơm, mH2O : khối lượng riêng của chất lỏng Khối lượng riêng của bùn là 1006kg/m3 g: gia tốc trọng trường, g ≈ 9,81m/s2 : hiệu suất của bơm, = 0,73 – 0.9. Chọn = 0,8 Cột áp toàn phần của máy bơm bơm bùn tuần hoàn về bể Aeroten: H = 4,5m + 1,5m = 6m Công suất của máy bơm bùn tuần hoàn: Công suất thực tế của bơm: N1 = 1,5 × 0,005 = 0,0075Kw Ta đặt 2 bơm để bơm bùn từ bể lắng I về bể nén bùn, một bơm làm việc và một bơm dự phòng. Tính toán máng tràn. Chiều dài máng tràn Tải trọng trên một mép dài máng tràn Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 90o để điều chỉnh độ cao mép máng. Chiều cao hình chữ V l 5 cm, đáy chữ V là 10 cm, mỗi m dài có 5 khe chữ V, khoảng cách giữa các đỉnh là 20 cm. Chiều cao mực nước h trong khe chữ V qo= = 1,4 h5/2 Phù hợp tiêu chuẩn cho phép ≤50 mm IV.6. Tính toán bể UASB: Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là một quá trình phát triển tương đối gần đây trong lĩnh vực công nghệ môi trường. Ưu điểm của phương pháp này là: ít tiêu hao năng lượng trong quá trình hoạt động, giá thành vận hành thấp và tự sản sinh ra năng lượng có thể thu hồi sử dụng dưới dạng biogas. Thêm vào đó, các hệ thống xử lý kỵ khí sản sinh ít bùn thừa hơn so với hệ thống hiếu khí, trung bình khoảng từ 0,03 – 0,15 g bùn VSS trên 1g BOD được khử.Hơn nữa, sự duy trì sinh khối trong các hệ thống xử lý kỵ khí với tỉ lệ cao cho phép vận hành hệ thống xử lý ở các tải trọng hữu cơ cao và do đó làm giảm đáng kể khối tích của các công trình. Tải trong hữu cơ thích hợp trên các thiết bị UASB xử lý nước thải công nghiệp khoảng từ 8 đến 15 kg COD/m3.ngày. Hiệu quả xử lý COD tương đối cao, trung bình vào khoảng 43 – 78% trong đa số các trường hợp. Điều này cho thấy rằng xử lý kỵ khí có khả năng ứng dụng rộng rãi để giảm thiểu các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học trong nước thải công nghiệp của nhiều loại hình sản xuất. Nồng độ nước thải, mgCOD/l Tỷ lệ COD không tan, % Tải trọng thể tích ở 30oC, kg COD/m3.ngày Bùn bông Bùn hạt (không khử SS) Bùn hạt khử SS ≤ 2000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 2 ÷ 4 2 ÷ 4 8 ÷ 12 8 ÷ 14 2 ÷ 4 2 ÷ 4 2000 ÷ 6000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 3 ÷ 5 4 ÷ 8 4 ÷ 8 12 ÷ 18 12 ÷ 24 3 ÷ 5 2 ÷ 6 2 ÷ 6 6000 ÷ 9000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 4 ÷ 6 5 ÷ 7 6 ÷ 8 15 ÷ 20 15 ÷ 24 4 ÷ 6 3 ÷ 7 3 ÷ 8 9000 ÷ 18000 10 ÷ 30 5 ÷ 8 15 ÷ 24 4 ÷ 6 Bảng 5: Các thông số thiết kế cho bể UASB (Tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt và bùn bông ở các hàm lượng COD vào và tỷ lệ chất không tan khác nhau) Nhiệt độ, oC Tải trọng thể tích hữu cơ (kg COD/m3.ngày) Nước thải VFA Nước thải không VFA Có 30% COD-SS 15 20 25 30 35 40 2 ÷ 4 4 ÷ 6 6 ÷ 12 10 ÷ 18 15 ÷ 24 20 ÷ 32 1.5 ÷ 3.0 2 ÷ 4 4 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 18 15 ÷ 24 1.5 ÷ 2 2 ÷ 3 3 ÷ 6 6 ÷ 9 9 ÷ 14 14 ÷ 18 Bảng 6: Tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt có hàm lượng bùn trung bình 25kgVSS/m3 (phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành, nước thải có VFA hòa tan, nước thải không có VFA và nước thải có cặn lơ lửng chiếm 30% tổng COD Thực nghiệm trên mô hình Pilot rút ra được kết quả sau Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân hủy kỵ khí từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt bể với hàm lượng 30KgSS/m3. Tỉ lệ MLVS/MLSS của bùn trong bể UASB = 0,75 Tải trọng bề mặt phần lắng L12 Ở tải trọng thể tích L=3 KgCOD/m.ngày, hiệu quả khử COD đạt 65% và BOD đạt 75% Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu có TS=5% Y = 0,04gVSS/gCOD, k= 0,025ngay,=60 ngày Hàm lượng COD vào bể UASB C= 80% .C= 80% x 1520 = 1216 mg/l Hàm lượng BOD vào bể UASB BOD vào = 80% . BOD= 80% x 1140 = 912 mg/l Diện tích bề mặt phần lắng Thể tích ngăn phản ứng bể UASB Chọn 8 đơn nguyên hình vuông, vậy cạnh mỗi đơn nguyên có chiều dài là Chiều cao phần phản ứng Chọn chiều cao phểu thu khí là h1,5m Chiều cao bảo vệ =0,5m Chiều cao tổng cộng bể UASB là: H= h+ h+ H = 4,9 + 0,5 + 1,5 = 6,9 m Chọn tại mỗi bể gồm 2 phễu thu khí. Mỗi phễu có chiều cao 1,5 m. Đáy phễu thu khí có chiều dài bằng cạnh đơn nguyên: l = W = 4,56 m và chiều rộng w = 1,9 m Vậy phần diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí là Trong đó 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 này nằm trong khoảng:= 15%20% Giả sử mỗi đơn nguyên có 8 ống phân phối khí vào, diện tích trung bình cho một đầu phân phối: đầu. Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 5%) Trong đó: Css: Hàm lượng bùn trong bể, Kg/m Vr: Thể tích ngăn phản ứng m3 TS: Hàm lượng chất rắn cho bùn nuôi cấy ban đầu. Hàm lượng COD của nước thải sau khi xử lí kỵ khí Hàm lượng BODcủa nước thải sau khi xử lý kỵ khí: Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày qc : Thời gian lưu bùn, chọn qc = 10 ngày Q : Lưu lượng trung bình ngày, Q = 2000 m3/ngàyđêm Y : Hệ số sản lượng bùn, chọn Y = 0.5mgVSS/mgBOD5 La : BOD5 của nước thải dẫn vào aeroten, La = 197 mg/L Lt : BOD5 hòa tan của nước thải ra khỏi aeroten, Lt = 12.62mg/L X : Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten, MLVSS = 3000mg/L Kd : Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0.05 ngày-1 Thể tích khí mêtan sinh ra mỗi ngày Trong đó VCH4: Thể tích khí metan sinh ra ở đktc (t = 0C, p = 1 atm) Q: Lưu lượng bùn vào bể kị khí, m3/ngày Px: Sinh khối tế bào sinh ra mỗi ngày, kgVS/ngày 350,84: Hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí metan sản sinh từ 1 kg BOD chuyển hoàn toàn thành khí metan và CO2, litCH/kgBOD Lượng bùn bơm ra mỗi ngày Lượng chất rắn từ bùn dư IV.7. TÍNH TOÁN AEROTEN Nước thải sau khi xử lý ở bể UASB được dẫn tiếp đến bể Aeroten. Tại đây, các chất hữu cơ chưa được phân hủy hoàn toàn nhờ quá trình phân hủy kị khí tiếp tục được các vi sinh vật trong bể Aeroten phân hủy hiếu khí. Khi tính toán thiết kế công trình sinh học áp dụng quá trình bùn hoạt tính cần xem xét các yếu tố sau: Kiểu bể bùn hoạt tính( chảy nút, xáo trộn hoàn toàn, chảy tầng…) Tải trọng tiêu chuẩn Lượng bùn sinh ra Nhu cầu oxy cung cấp và phương thức cung cấp Nhu cầu các chất dinh dưỡng Kiểm soát các sinh vật dạng sợi Tính chất của nước thảỉ sau xử lý. Thiết kế bể aeroten làm thoáng bằng phương pháp khuyếch tán khí, hình dạng bể ảnh hưởng rất quan trọng đến hiệu quả làm thoáng. Chiều cao lớp nước trong bể phải từ 4,57 đến 7,62 để việc khuyếch tán khí đạt hiệu quả cao. Chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến đỉnh bể) từ 0,3m đến 0,6m. Nội dung tính toán aeroten gồm các phần sau: Chọn kiểu bể và xác định kích thước bể; Tính lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày, lưu lượng bùn tuần hoàn; Xác định lượng không khí cần thiết cung cấp cho aeroten; Chọn kiểu và tính toán thiết bị khuyếch tán không khí. Các số liệu tính toán bể Aeroten: 1. Lưu lượng trung bình của nước thải trong một ngày đêm: Q = 2000m3/ngđ 2. Hàm lượng các chất lơ lửng dẫn vào bể Aeroten: Cd = 140,25mg/l 3. Hàm lượng BOD5 đầu vào là: 319,2mg/l 4. Hàm lượng COD đầu vào là 425,6mg/l Giả sử theo kết quả thực nghiệm ta tìm được các thông số động học sau: Ks = 45mg/l; Y = 0,45mg/l; kd = 0.04ngày-1 Có thể áp dụng các điều kiện sau để tính toán quá trình bùn hoạt tính xóa trộn hoàn toàn: Tỉ số MLVSS/MLSS = 0,75 Hàm lượng bùn tuần hoàn Cth= 8500mg/l Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten MLVSS = 3000mg/l Thời gian lưu bùn trung bình ngày Nước thải sau lắng đạt tiêu chuẩn loại B, BOD5 ở đầu ra 50mg/l, SS là 70mg/l, trong đó 65% cặn dễ phân hủy sinh học. Tỉ số BOD5/BODL = 0.68; Hệ số chuyển đổi BOD5 và BOD20 là 0,68; Hàm lượng bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn 0.8% và khối lượng riêng là 1,008kg/L; Hiệu suất chuyển hóa oxy của thiết bị khuyếch tán là 9%, hệ số an toàn là 2; Oxy chiếm 21% trọng lượng thể tích không khí và khối lượng riêng không khí là 1,2kg/m3; Loại và chức năng của bể: bể aeroten khuấy trộn hoàn toàn. Các thông số tính toán cơ bản cho aeroten kiểu xáo trộn hoàn toàn có thể tham khảo theo trang 511– sách “Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình” (Lâm Minh Triết , Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Hùng) II.7.1. Xác định kích thước bể aeroten Xác định BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra tính theo công thức: BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể aeroten + BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra. Lượng cặn có thể phân hủy sinh học: 0,65 × 70 = 45,5mg/L BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của lước thải sau lắng II: 45,5 × (1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào) = 64,6mg/L BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau lắng II: BOD5 = BODL × 0,68 = 64,6 × 0,68 = 43,9mg/l BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng II: 50 = S + 43,9 Vậy S = 6,1mg/L Hiệu quả xử lí tính theo BOD5 hòa tan: % Với S0 là hàm lượng BOD5 ở đầu vào bể aeroten. Hiệu quả xử lí BOD5 của bể aeroten: % Tính thể tích của bể Thề tích bể aeroten tính theo hai công thức sau: Trong đó: : thời gian lưu bùn; Q: lưu lượng nước thải; Y: hệ số sản lượng tế bào; S0: BOD5 của nước thải vào aeroten; S: nồng độ BOD5 sau lắng II; X: hàm lượng tế bào chất trong bể; Kđ: hệ số phân hủy nội bào. Thay vào