Thiết kế, tính toán cơ sở xử lý nước thải cho nhà máy bia

ợc vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỉ số BOD/ COD ³ 0,5. Phương pháp xử lý nước thải bằng oxy hoá sinh hoá có thể chia ra làm 2 loại chính : Xử lý yếm khí : Bể UASB, bể lọc yếm khí, bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, hồ yếm khí, ổn định cặn trong môi trường yếm khí(bể mêtan). Xử lý hiếu khí : Bể Aeroten, bể lọc sinh học, hoò hiếu khí, hồ oxy hoá, ổn định cặn trong môi trường hiếu khí. III.1.1. Các phương pháp yếm khí. III.1.1.1.Cơ chế quá trình phân huỷ yếm khí. Quá trìnhnày thực hiện nhờ các chủng VSV kị khí bắt buộc và không bắt buộc, quá trình này thích hợp cho nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn từ 3000 ³ 10.000mg/l. Cơ chế phân giải yếm khí các chất hữu cơ bằng lên men sinh khí gồm 3 giai đoạn [12]. - Giai đoạn 1: Giai đoạn thuỷ phân. Dưới tác dụng của enzim Hydroza do các VSV tiết ra, các hợp chất hữu cơ phức tạp như gluxit, lipit, protein được phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản, dễ tan trong nước như: đường, peptit, glyxêrin, axit béo, axit amin - Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men các axit hữu cơ. Các sản phẩm trong quá trình thuỷ phân sẽ được phân giải yếm khí tiếp tục tạo thành các axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như : axit butynic, axit propionic, axit axetic, axit foomic, tiền đề của sự tạo thành khí mêtan. Ngoài ra sự lên men cũng tạo thành rượu, endehyt, các chất khí CO2, H2, NH3, H2S, Trong giai đoạn này COD, BOD giảm không đáng kể, tuy nhiên độ pH của môi trường có thể giảm mạnh. - Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh khí mêtan. Dưới tác dụng của các vi khuẩn lên men mêtan, các axit hữu cơ bị phân hoá tạo thành CH4 sự tạo thành CH4 có thể theo 2 phương thức: + Do decorboxyl hoá axit axetic: CH3 - COOH CH4 + CO2. + Do khí CO2 trong đó chất nhường điện tử là H2 hoặc các chất hữu cơ khác. CO2 + 8H+ CH4 + 2H2O Phương trình tổng quát biểu diễn quá trình lên mem yếm khí : * Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo biogas. - Nhiệt độ: Nhiệt độ là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình. Nhiệt độ tối ưu cho hình thành biogas là 35 á 370C. Nhiệt độ lớn hơn 370C vi khuẩn ưu nhiệt hoạt động, tốc độ sinh khí tăng nhưng khả năng cầm khí giảm. Khi nhiệt độ dưới 100C vi khuẩn tạo CH4 gần như không hoạt động. - Hàm lượng chất khô: Nguyên liệu nạp cho quá trình cần có hàm lượng chất khô 7 á 10%. - Tỉ số C/N: Tỉ số C/N tối ưu cho quá trình là (25 á 30)/1. - Độ pH: pH tối ưu cho quá trình dao động trong phạm vi rất hẹp, từ 6,5á7,5. Do lượng vi khuẩn tạo ra bao giờ cũng bị giảm trước khi qua sát thống pH thay đổi, nên nếu không pH giảm thì cần ngừng nạp nguyên liệu, vì nếu tiêp tục nạp nguyên liệu thì hàm lượng axit tăng lên có thể làm chất vi khuẩn tạo CH4. Ngoài ra còn phải kể đến ảnh hưởng của dòng vi khuẩn, thời gian lưu, dòng thải không chứa các hoá chất độc như các hợp chất halogen, chất oxy hoá mạnh đặc biệt là các kim loại nặng như Cu, Ni, Zn, III.1.1.2.Một số phương pháp xử lý yếm khí thông dụng : Quá trình phân huỷ yếm khí trong bể UASB. Trng bể đồng thời xảy ra 2 quá trình : Lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên mem yếm khí nước thải. Thiết bị này thường sử dụng cho các loại nước thải có hàm lượng chất hẽu cơ cao( COD³1500 mg/l, BOD5³1000 mg/l). Tuy vậy quá trình xử lý không triệt dể, nước sau xử lý bằng phương pháp này phải đước xử lý tiếp bằng các phương pháp hiếu khí khác. Hình vẽ và cấu tạo của bể UASB được trình bày trong phần III.2.2 2. Quá trình trong bể tiêu huỷ yếm khí. Khớ saỷn phaồm ra Nửụực ra Vuứng nửụực Vuứng phaõn huyỷ maùnh Buứn thoõ Buứn ủaừ phaõn huyỷ Vuứng chửựa buứn Có 2 loại bể tiêu huỷ yếm khí (bể mêtan) được sử dụng chủ yếu là bể tiêu chuẩn và bể cao tải, ở bể cao tải khối bùn được hâm nóng và xáo trộn. Thời gian lưu đối với bể cao tải thường từ 15á20 ngày. ở bể tiêu chuẩn khối bùn không được xáo trộn và hâm nóng, ở đây kết hợp đồng thời m2 quá trình lắng và phân huỷ. Thời gian lưu của loại bể này tương đối cao từ 30á90 ngày. Phương pháp này thích hợp với xử lý bùn cặn từ các quá trình xử lý sinh học. 3. Bể lọc yếm khí. Xaỷ caởn dử Nửụực thaỷi vaứo OÁng daón nửụực ra OÁng daón khớ ra Vaọt lieọu loùc Lụựp caởn lụ lửỷng Nước thải đi vào bể được phân phối đều theo diện tích đáy bể. Dòng nước từ dưới lên tiếp xúc với khối bùn lơ lửng ở dưới lớp lọc rồi tiếp xúc với khối hạt lọc có vi khuẩn yếm khí dinh bám . Chất hữu cơ hoà tan trong nước thải được hấp thụ và phân huỷ, bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng lớp lọc, sau thời gian 2á3 tháng xả bùn dư một lần. Nước đi qua lớp lọc được tách khí rồi chảy vào máng thu theo ống dẫn đưa sang xử lý hiếu khí. III.1.2.2.Các phương pháp hiếu khí. Là quá trình sử dụng VSV để oxy hoá các hợp chất hữu cơ và vô cơ chuyển hoá sinh học được đồng thời chứa các VSV sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxy hoá để tổng hợp lên sinh khối của chúng. Phương pháp này thích hợp với nước thử có hàm lượng chất hữu cơ hoà tan biến động từ 500 á 1000 mg/l. Các hợp chất hoá học trải qua nhiều phản ứng chuyển hoá khác nhau trong nguyên sinh chất của tế bào. Phương trình tổng quát của các phản ứng tổng của quá trình oxy oxy hoá ở điều kiện hiếm khí có dạng như sau: CxHyOzN + (x+y/4+ 2/3 + 3/4)O2 xCO2 + H2O + NH3 +DH (1) CxHyOzN + NH3 + O2 C5H7NO2 + CO2 + DH (2) Trong các phản ứng trên CxHyOzN là các chất hữu cơ của nước thải, C5H7NO2 là công thức tỉ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào VSV, DH là năng lượng. Phản ứng (1) là phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào, còn phản ứng (2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào. lượng oxy tiến đến cho các phản ứng này là tổng BOD của nước thải. Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá thì khí không đủ chất dinh dưỡng, quá trình chuyển hoá các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hoá chất liên tế bào (tự oxy hoá). C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + DH NH3 +N O2 HNO2 + O2 HNO3 *Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý. Nhiệt độ : Trong xử lý nước thải bằng phương pgáp sinh học, ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng giữ một vai trò quan trọng. Tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng cực đại khi đạt nhiệt độ tối ưu( khoảng từ 25á320C). Nhiệt độ trong quá trình xử lý không được dưới 60C và không vượt quá 380C. Giá trị pH : ảnh hưởng lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng của tế bào. Giá trị pH tối ưu dao động từ 6,5á8,5. Hàm lượng sinh khối(MLSS) : Hàm lượng sinh khối ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ xử lý. Tuỳ thuộc vào loại thiết bị, đặc tính của nước thải mà ta duy trì hàm lượng sinh khối tối ưu. Thông thường hàm lượng sinh khối biến động từ 500á3000 mg/l. Nguồn dinh dưỡng: Hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng phụ thuộc vào thành phần của nước thảivà tỷ lệ giữa chún cần phải được xác định bằng thực nghiệm. Để tính toán sơ bộ ta thường lấy tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1, tỷ lệ này chỉ đúng cho 3 ngày đầu, còn khi quá trình xử lý kéo dài để tránh giảm hiệu suốt của bùn hoạt tính cần giảm tỷ lệ nitơ và phôt pho trong nước thải. Khi quá trình xử lý kéo dài 20 ngày thì tỷ lệ BOD:N:P cần giữ ở mức 200:5:1.Trong quá trình xử lý, nếu thiếu các chất dinh dưỡng sẽ kìm hãm và ngăn cản quá trình oxy hoá, đồng thời các vi khuẩn dạng sợi phát triển là nguyên nhân làm bùn bị phồng lên, khó lắng, dễ bị cuốn ra khỏi hệ thống xử lý. Độ oxy hoà tan (DO): Để oxy hoá các chất hữu cơ các vi sinh vật cần có oxy và chúng chỉ có thể sử dụng dưới dạng oxy hoà tan. Để đảm bảo tốc độ oxy hoá DO trong bể oxy hoá cần đạt trên 4 mg/l. Thiếu oxy cũng là một trong những nguyên nhân làm bùn phồng lên do vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh. Tỷ số giữa chất dinh dưỡng với số vi sinh vật F/M : Tỷ số này biểu hiện mối quan hệ của taiư trọng cới trạng thái trao đổi chất của hệ thống. Đây là một thông số quan trọng dùng trong thiết kế bể aeroten. Chỉ số thể tich bùn SVI : Đây là yếu tố cơ bản trong thiết kế, SVI thường nằm trong khoảng 80 á150 ml/g. Trong vận hành chỉ số SVI được sử dụng làm chỉ thị về đặc tính lắng của bùn do đó ảnh hưởng tới tốc độ tuần hoàn MLSS. Ngoài ra còn có các yếu tố ảnh hưởng khác như : +Nồng độ các chất độc không vượt quá tiêu chuẩn cho phép. +Tỷ lệ BOD5/COD nằm trong khoảng 0,5á0,7. +Chủng vi sinh vật. III.1.2.1.Oxyhoá bằng cấp khí tự nhiên. 1. Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc. Nước thải được đưa vào cánh đồng tưới nhờ hệ thống cống, mương dẫn. Các chất ô nhiễm có trong nước thải được hấp thụ và giữ lại trong đất. Nhờ khu hệ vi sinh vật tự nhiên trong đất, nước sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ. Nước sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng xử dụng, phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hồ hoặc bổ xung cho nước ngầm. Phương pháp này đơn giản, không tốn kém, kết hợp xử lý nước thải và canh tác nhưng ít được sử dụng vì cần diện tích lớn, phải có hệ thống kênh mương dẫn từ nguồn đến nơi sử lý. Phương pháp này đòi hỏi không có vi sinh vật gây bệnh, không chứa chất độc hại, hàm lượng chất hữu cơ không quá lớn. 2. Hồ sinh học. Đây là biện pháp sử lý phổ thông nhất khi có nhiều diện tích đất và không đòi hỏi cao đối với nươc sau sử lý. Hồ tự làm sạch: Hồ chứa, hồ thấm lọc, ở loại này không có cửa thải đi và lưa lượng nước vào không đáng kể. Hồ hiếu khí: Trong hồ nước thải được làm sạch nhờ các quá trình tự nhiên bao gồm quang hợp của tảovà các quá trình oxyhoá của vi khuẩn với tốc độ oxyhoá chậm, đòi hỏi thời gian lưu của nước thải lớn. Loại hồ này thường sử dụng kết hợp với nuôi trồng thuỷ sản, hiệu suất xử lý đạt 65á70%. Hồ oxyhoá hiếu - yếm khí : Hồ có hiệu xuất sử lý khá cao 85á90%. Khu hệ vi sinh vật trong hồ gồm các nguyên sinh động vật, vi khuẩn hiếu, yếm khí và tảo. III.1.2.3.Oxyhoá bằng cấp khí cưỡng bức. 1. Lọc sinh học. Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật được cố định cố trên lớp vật liệu xốp, tạo màng. Khi nước thải được cấp khí và tiếp xúc với màng sinh học, các chất hữu cơ gây ô nhiễm bị oxy hoá, do vậy nước thải được làm sạch. Thaựp sinh hoùc Laộng II Doứng ra Tuaàn hoaứn xen keừ Tuaàn hoaứn buứn laộng caỏp 2 Tuaàn hoaứn doứng ra Buứn thaỷi Doứng vaứo Thuứng lửụứng Laộng I 2. Bể Aeroten. Aeroten là hệ thống xử lý bằng cấp khí nhân tạo, trong quá trình xử lý các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển ở trạng thái huyền phù. Quá trình xử lý nước thải được thực hiện trong bể oxy hoá có cấp khí, việc xục khí đảm bảo 2 yêu cầu: + Làm bão hoà oxy trong nước giúp vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hoá các chất hữu cơ. + Duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Trong quá trình oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải, lượng bùn hoạt tính tăng lên tạo bùn dư. Một phần bùn dư được tuần hoàn trở lại, phần khác đưa về bể xử lý bùn. Hiệu suất xử lý nước thải trong bể Aeroten và chất lượng bùn hoạt tính phụ thuộc vào thành phần và tính chất nước thải, điều kiện thuỷ đông học, các quá trình khuấy trộn, nhiệt độ ,độ pH của nước thải, các chất dinh dưỡng và các yếu tố khác. Phương pháp này vận hành đơn giản, ổn định, an toàn, chi phí xây dựng thấp. Do đó trong những năm gần đây đã được sử dụng rộmg rãi ở nhiều nước trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Aeroten có nhiều loại, phạm vi ứng dụng rộng. Có thể phân loại như sau: Theo nguyên lý làm việc : + Bể aeroten không tái sinh bùn. + Bể aeroten tái sinh bùn. Theo chế độ thuỷ động lực : + Aeroten đẩy. + Aeroten khuấy trộn. + Aeeroten trung gian. Theo tải lượng bùn : + Aeroten tải trọng cao. + Aeroten tải trọng trung bình. + Aeroten tải trọng thấp. - Theo sơ đồ công nghệ : + Aeroten 1 bậc. + Aeroten 2 bậc. + Aeroten nhiều bậc. Theo chiều dẫn nước thải : + Xuôi chiều. + Ngược chiều * Một số bể aeroten thường được dùng[2]. 1.Bể aeroten truyền thống. Thông số kỹ thuật : - Thời gian lưu nước thải 4á12 giờ - Tuổi của bùn 5á15 ngày - Tỷ số F/M 0,2á0,4 kgBOD5/kgMLSS - Nồng độ MLSS 1500á3000 mg/l - Tỷ lệ tuần hoàn bùn 25á75% - Tải trọng khối 0,3á0,6 kgBOD5/m3 - Nồng độ BOD vào nhỏ hơn 400 mg/l - Hiệu quả làm sạch 85á95% 2.Bể aeroten hoạt động theo bậc. Các thông số kỹ thuật : - Thời gian lưu nước trong bể 3á5 giờ Tải trọng khoảng 0,5á0,9 kgBOD5/m3.ngày. Tuổi cua bùn 5á15 ngày Lượng bùn hồi lưu 25á75 ngày Hiệu suất khử BOD5 khoảng 85á95 phút. 3.Bể aeroten ổn định tiếp xúc. Các thông số kỹ thuật : - Thời gian lưu bùn trong bể ổn định 1.5á5 giờ. - Thời gian lưu nước trong bể tiếp xúc 20á40 phút. - Lượng bùn hồi lưu 25á50 %. - Lượng bùn trong bể ổn định 4000á10000 mg/l. - Lượng bùn trong bể tiếp xúc 1000á3000 mg/l. - Tải trọng của hệ thống 0,6á0,75 kgBOD5/m3.ngày. -Hiệu xuất xử lý 80á90%. 4.Bể aeroten làm thoáng kéo dài. Bể làm thoáng kéo dài được sử dụng cho các dòng thải có tải lượng ô nhiễm thấp, lưu lượng nước thải không lớn, diện tích khu xử lý rộng. Các chỉ tiêu kỹ thuật : Thời gian lưu 18á36 giờ. Tỷ lệ bùn tuần hoàn 50á150%. Nồng độ MLSS trong bể 2000á4000 mg/l. Tải trọng khối 0,08á0,24 kgBOD5/kgMLSS. Tỷ số F/M 0,04á0,1 kgBOD5/kgMLSS. Thời gian lưu bùn 20á40 ngày. III.1.3. Xử lý bùn cặn. Bùn cặn của trong nhà máy xử lý nước thải là hỗn hợp của nước, cặn lắng có chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân huỷ, dễ thối rữa,và có các vi khuẩn có thể gây độc hại cho môi trường. Vì vậy cần phải có biện pháp xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Mục đích của quá trình xử lý bùn cặn là : Giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn gạn một phần hay phần lớn lượng nước có trong hỗn hợp để giảm kích thước thiết bị xử lý và giảm trọng lượng cặn chuyển đến nơi tiếp nhận. Phân huỷ các hợp chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các hợp chất hữu cơ ổn định hoặc các hợp chất vô cơ để rễ dàng tách nưởca khoỉ bùn cặn và không gây tác động xấu đến môi trường của nơi tiếp nhận. *Một số phương pháp xử lý bùn cặn thường được sử dụng. Làm khô cặn bằng thiết bị cơ khí : Để xử dụng phương pháp này bùn cặn cần phải được ổn định trước. Các thiết bị cơ khí thường dùng là : máy lọc chân không, máy quay ly tâm, máy lọc ép băng tải,..Bùn cặn thu được có độ ẩm 70á80% có thể tiếp tục làm khô bằng sân phơi bùn. Phương pháp này có hiệu quả xử lý cao, tuy nhiên tiêu tốn năng lượng và hoá chất. Bể ổn định bùn yếm khí ( bể mêtan) : Bể mêtan được sử dụng để ổn định bùn cặn có hiệu quả rất tốt. Bể thực hiện đồng thời 2 chức năng : Lắng nước thải và lên men cặn lắng. Thiết bị này có cấu tạo đơn gjản, dễ vận hành, không tốn năng lượng và có thể thu hồi CH4 làm nhiên liệu. - Sân phơi bùn : Bùn cặn từ các bể lắng hay thiết bị ổn định bùn có thể được làm khô bằng sân phơi bùn trong điều kiện tự nhiên. Phương pháp này vận hành đơn giản, không tốn năng lượng. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải có diện tích rộng, hiệu quả không cao, phụ thuộc nhiều vào thời tiết và gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. III.2.Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy bia Bình Định. III.2.1. Đề xuất công nghệ xử lý nước thảt cho nhà máy bia. Để lựa chọn phương án xử lý thích hợp cho nhà máy bia ta cần phải dựa vào các yếu tố cơ bản sau đây : Tuỳ thuộc vào đặc tính dòng thải. Tính chất nước thải và yêu cầu của dòng ra. Phụ thuộc vào điều kiện địa lý, mặt bằng,kinh phí đầu tư. Hệ thống phải đảm bảo tính kinh tế. Đối với nhà máy bia Bình Định, do mới được xây dựng với dây truyền sản xuất đồng bộ dòng thải có hàm lượng chất hữu cơ cao ( COD ằ 3000 mg/l, trong đó 60á70% là BOD) thì việc áp dụng dây truyền xử lý liên hợp yếm-hiếu khí là cần thiết. Hệ thống xử lý này đảm bảo dòng ra đạt tiêu chuẩn loại B. Ngày nay với xu thế đổi mới công nghệ và nâng cao năng xuất thì việc xử lý nước thải theo dây truyền này cũng ngày càng được áp dụng phổ biến và rộng rãi hơn. Hình III.2.1.Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải được lựa chọn. III.2.2. Cơ sở lựa chọn dây truyền và thiết bị xử lý. Bể điều hoà. Do đặc tính nước thải của ngành sản xuất bia là không ổn định. Lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm của nước thải biến động rât lớn trong từng ngày, từng giờ. Để các thiết bị xử lý hoạt độn ổn dịnh, nước sau xử lý có chất lượng đảm bảo tiêu chuẩn cho phép ta phải lắp đặt bể điều hoà lưu lượng và nồng độ. Trong trường hơp cần thiết, khi độ pH và các chất dinh dưỡng không thích hợp ta có thể điều chỉnh ngay tại bể điều hoà. Bể xử lý yếm khí. Chọn thioết bị xử lý theo kiểu dòng ngược UASB. Thiết bị này có ưu điểm là hiệu quả khử các chất hữu cơ cao, thời gian lưu nước trong bể ngắn, yêu cầu về năng lượng vận hành bể ít. Ngoái ra bể có cấu tạo không phức tạp, không yêu cầu có các giá thể vi sinh. Đối với nhà máy bia do thời gian hoạt động liên tục trong năm nên bể UASB có thể hoạt động liên tục và ổn định, tránh được việc khởi động lại mỗi khi ngừng hoạt động. Bể aeroten. Chọn bể aeroten hoạt động theo bậc để xử lý. Loại bể này thường áp dụng cho xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao BOD³500 mg/l, đồng thời bể có hiệu qua làm sạch cao, hiieụ quả xử lý có thể đạt tới 95%. Bể lắng đợt 2. Bể lắng đợt 2 có nhiệm vụ lắng trong nước ở phần trên để xả ra nguồn tiếp nhận và cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể để bơm tuần hoàn lại bể aeroten. Theo cấu tạo hay hướng dòng chảy người ta phân ra các loại : Bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng radian, lắng ly tâm,Ta chọn bể lắng radian do bể có hiệu quả lắng cao, diện tích xây dựng nhỏ. Thiết bị xử lý bùn cặn. Bùn sau bể lắng đứng có độ ẩm 95á98% bao gồm chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân huỷ. Do vậy ta chọn bể mêtan để xử lý lượng bùn cặn này. Bể mêtan có các ưu điểm như: làm việc ổn định, vận hành đơn giản, kinhphí xây dựng và vvận hành thấp, có thể thu gom CH4 làm nhiên liệu. III.2.3. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động các thiết bị. Bể điều hoà. Bể điều hoà được xây dựng bằng bê tông cốt thép vàđược thiết kế dạn chìm dưới đất để nước thải tự chảy vào. Bể điều hoà được thiết kế làm 2 ngăn, ngăn đầu dùng để tắch sơ bộ và lắng cát, ngăn sau dùng để điều hoà lưu lượng và nồng độ. Cặn lắng trong ngăn đầu được định kỳ hút ra ngoài. Cấu tạo bể điều hoà được thể hiện trong hình III.1. Bể UASB. Nước thải từ bể diều hoà được phân phối đều trên diện tích đáy bể. Nước thải đi từ dưới lên với vận tốc 0,6á0,9 m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể hấp phụ chất hữu cơ hoà tan trong nước thải, phân huỷ và chuyển hoá chúng thành khí ( khoảng 70á80 %là CH4, 20á30% là CO2 ). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn ;ơ lửng. Khi hạt cặn nổi lên trên va phải tấm chắn (4) hạt cặn bị vỡ, khí thoát lên cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tắch hết khí qua cửa (5) vầo ngăn lắng. Nước thải tong ngăn lắng tách bùn lắng xuống qua cửa (3) tuần hoàn lại vùng phản ứng yếm khí. Nước dâng lên thu vào máng (7) sang bể xử lý hiếu khí, khí biogas theo đường dẫn khí đưa ra ngoài. Cấu tạo bể UASB được thể hiện trong hình III.2. 3. Bể Aeroten. Bể Aeroten xây dựng bằng bê tông cốt thép, bể có dạng hình chữ nhật, trong bể có xây 3 tấm ngăn so le nhau nhằm kéo dài đường đi của nước, tăng hiệu quả xử lý. Bể hoạt động theo bậc với phương thức cấp khí giảm dần. Hệ thống cấp khí theo kiểu hình xương cá đặt sát đáy bể và dọc theo các ngăn để tạo khả năng khuấy trộn và phân tán khí. Cấu tạo bể Aeroten được biểu diễn trên hình III.3. Bể lắng đợt 2. Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép, thiết diện hình tròn, đáy bể có độ dốc ³ 2% về tâm để thu cặn. Nước thải được dẫn vầo bể theo chiều từ dưới lên sau đó được phân tán từ tâm ra thành bể rồi đươcj thu vào máng tập trung dẫn ra ngoài. Cặn lăng xuống được tập trung lại để đưa ra ngoài nhờ hệ thống gạt cặn quay tròn. 5. Bể mêtan xử lý bùn. Bể mêtan được xây chìm một phần trong lòng đất. Bể có cấu tạo gồm 3 ngăn, giữa các ngăn có cửa thông khí, nước và bùn. Phía trên có các ống thông hơi và ống hút cặn. Cấu tạo bể mêtan được thể hiện trong hình III.5. III.3.Tính toán thiết kế các thiết bị chính III.3.1. Song chắn rác. Nước thải trước khi đưa tới các công trình làm sạch phải qua song chắn rác. Song chắn rác dùng để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song chắn rác được làm băng kim loại, đặt nghiên 60 - 750 so với phương ngang. Chọn thanh chắn rác hình tròn, khoảng cách giữa các thanh là 10 mm. - Diện tích hữu ích của tấm chắn : Fc = m2. [5] Trong đó: Qmax : Lưu lượng lớn nhất của nước thải qua sóng chắn m3/s. Qmax = = 0,0083 m3/s . v: Vận tốc của nước thải qua song chắn. v = 0,8 á 1 m/s lấy v = 0,8 m/s. ị FC = = 0,0104 m2. - Tổn thất áp lực của dòng chảy qua song chắn. hp = x. m. [2] Trong đó: hp: Tổn thất áp suất m. v: Vận tốc dòng chảy trước song chắn v = 0,6 m/s P: Hệ số biến đổi trở lực do sóng chắn bị bịt kín bởi vật thải. P = 3 g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2. x: Trở lực cục bộ của song chắn. x = b. . sina. [2] d: Đường kính song chắn d = 10 mm. b: khoảng cách giữa các thanh b = 10 mm. a: Góc nghiêng của song chắn so với phương ngang a = 600. b: Yếu tố hình dạng của song chắn b = 1,97. ị x = 1,97. . Sin600 = 1,7. Vậy tổn thất áp lực hp = 1,7 . = 0,094 m hay 94 mm. Do lượng rác giữ lại qua song chắn không lớn nên chọn song chắn vào rác bằng thủ công. lượng rác này được đem tập trung xử lý cùng rác thải sinh hoạt. III.3.2. Bể điều hoà. Bể điều hoà được dùng để duy trì dòng thải và các công đoạn xử lý tiếp theo, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất các quá trình ở dây truyền xử lý. Bể điều hoà được đặt trên dòng chảy, bên trong có thiết bị cấp khí nhằm san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể. Thể tích bể điều hoà được tính theo công thức: Vd = m3. [2] Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải m3/h , Q = = 30 m3/h kn: Hệ số dập tắt dao động. td: Thời gian thải đột biến h. Lấy td là thời gian giữa 2 lần rửa thiết bị td = 2,5 h. Cmax, Ctb, Ccf: Giá trị cực đại, trung bình và nồng độ của các chất ô nhiễm mg/l, được lấy là các giá trị COD của dòng thải. Cmax = 4000 mg/l Ctb = 3000 mg/l Ccf = 1,1Ctb = 3300 mg/l ị ị Thể tích bể điều hoà: V2 = Bể điều hoà được xây chìm trong lòng đất có độ sâu 3 m. ị Diện tích bề mặt bể: Sd = = 70 m2 Chiều rộng bể : 7m. ị Chiều dài : = 10m. 10 m 7 m III.3.3. Tính toán thiết bị xử lý yếm khí UASB. Giá trị dòng vào: CODv = 3000 mg/l BOD5 = 1800 mg/l Yêu cầu dòng ra: CODr = 700 mg/l BOD5 = 450 mg/l - Hiệu quả làm sạch theo COD: E = = 77%. - Lượng COD cần khử một ngày[1] : G =720 . (3000 - 700) . 10-3 = 1656 kg/ngày. - Tải trọng khử COD của bể lấy a = 7 kg COD/m3 ngày. [1] - Dung tích xử lý yếm khí cần thiết [1] : - Tốc độ nước đi lên trong bể lấy v = 0,75 m/s. [1] - Diện tích bể cần thiết: - Chiều cao phần xử lý yếm khí: H1 = = 5,9 m - Tổng chiều cao của bể: H = H1 + H2 + H3. [1] H1: Chiều cao phần xử lý yếm khí H1 = 5,9 m. H2: Chiều cao vùng lấy H2 = 1,2 m H3: Chiều cao dự trữ H3 = 0,3 m Vậy tổng chiều cao bể H = 5,9 + 1,2 + 0,3 = 7,4 m. - Kiểm tra thời gian lưu nước: V = (H1 + H2).F = (5,9 + 1,2). 40 = 284 m3. Thời gian lưu nước T = = 9,47 h. - Chọn bể UASB dạng hình trụ, diện tích đáy F = 40 m2. ị Đường kính bể D = =7,14 - Lượng bùn tạo ra trong bể UASB. Gbùn = a. Lr - b. S'v kg/ngày a: Tỉ lệ chuyển hoá yếm khí a = 0,032 á 0,27. Chọn a = 0,1. b: Hệ số động học trao đổi nội bào yếm khí (1/ngày). Theo thực nghiệm b = 0,021 1/ngày. S'V = Sv.Q Sv: Nồng độ sinh khối trong bể mg/l. Với bể yếm khí Sv = 3000 á 5000 mg/l Chọn Sv = 3000 mg/l. ị S'V = 3000 . 720.10-3 = 2160 kg. Lr: lượng BOD5 bị khí kg. Lr = Q (L0 - LC) L0: Hàm lượng BOD5 trong nước thải dòng vào L0 = 1800 mg/l Lc: Hàm lượng BOD5 ra, với hiệu suất 77% ị BOD5 ra = 430 mg/l ị Lr = 720 (1300 - 450).10-3 = 972 kg. Vậy lượng bùn tạo ra trong bể UASB. Gbùn = 0,1 . 972 - 0,021 . 2160 = 51,84 kg/ngày. - Xác định lượng khí CH4 tạo ra trong UASB. Thể tích khí CH4 sinh ra trong bể UASB được tính theo công thức: VCH4 = 0,35 (Lr - 1,42G bùn) m3CH4/ngày. Trong đó: VCh4 - Thể tích khí CH4 tạo ra m3CH4/ngày. Lr - Lượng BOD5 bị khử Lr = 972 kg. Gbùn - lượng bùn tạo ra Gbùn = 51,84 kg/ngày. ị VCH4 = 0,35 (972 - 1,42 . 51,84) = 314,44 m3/ngày. Lưọng khí CH4 này có thể được dùng làm nhiên liệu cung cấp cho lò đốt. Trong trường hợp chưa cân bằng được nhiên liệu có thể đốt trực tiếp trên giàn đốt. III.3.4.Tính toán thiết kế bể Aeroten. Dòng vào: COD : 700 mg/l Ra: COD = 70 mg/l BOD5: 450 mg/l BOD5 = 20 mg/l Hiệu suất làm sạch theo BOD5: Ea = = 95,5%. đ Thể tích bể Aeroten được tính theo công thức: V = m3 [1] Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý Q = 720 m3/ngày. S0: Hàm lượng BOD5 của nước thải vào bể mg/l ; S0 = 450 mg/l S: Hàm lượng BOD5 của nước thải sau xử lý mg/l ; S = 20 mg/l X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten mg/l X = 3000 mg/l qc: Tuổi của bùn hoạt tính qC = 3 á 15 ngày. Chọn qC = 7 ngày. Y: Hệ số sinh trưởng cực đại mg bùn hoạt tính / mg BOD5. Y = 0,4 á 0,8, chọn Y = 0,6 mg bùn hoạt tính/ mg BOD5. Kd: Hệ số phân huỷ nội bào 1/ngày Kd: 0,02 á 0,1, lấy Kd = 0,055 1/ngày. ị Thể tích bể Aeroten : V = = 313 m3 đ Thời gian lưu nước lại trong bể [1] . q = ngày. V: