TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Đề tài: Tính tốn thiết kế trạm xử lý nước thải dệt nhuộm công suất 1000m3/ngày GVHD: ThS Trần Ngọc Tân Nhóm SV thực hiện: Họ Tên I MSSV Lớp Phạm Thế Vinh Hồng Huy Cơng Nguyễn Quang Linh 20175371 20174488 20174841 MT.02 MT.02 MT.02 Vũ Minh Đức 20174539 MT.02 Trần Ngọc Bình 20174465 MT.02 Thông số lựa chọn thiết kế *Dựa vào số liệu thu nước thài nhà máy dệt nhuộm Thắng Lợi: HÀ NỘI – 03/2021 DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Quy trình cơng nghệ dệt nhuộm nguồn phát thải [1] 2.Chi tiết loại hóa chất sử dụng sản xuất dệt nhuộm [5] 2.1 Cac loai thuôc nhuôm sư dung san xuât d êt nhu ôm 2.2 Cac loai hóa chât khac sư dung san xuât dệt nhuộm 2.3 Hiện trang ô nhiễm cac chât ô nhiễm III CÁC THƠNG SỐ CỦA BÀI TỐN 10 IV LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 11 V Sơ đồ công nghệ .11 Sơ đồ công nghệ 12 So sánh ưu, nhược điểm sơ đồ công nghệ 13 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 14 1.Song chắn rác 14 1.1.Nhiêm vu, chưc 14 1.2.Tính toan .14 Hố thu gom .17 2.1.Nhiêm vu, chưc 17 2.2.Tính toan .17 3.Bể điều hòa 19 3.1.Nhiêm vu, chưc 19 3.2.Tính toan .19 Bể hòa trộn khí 23 4.1 Nhiệm vu .23 4.2 Tính toan 23 Bể phản ứng kheo tụ tạo 26 5.1.Nhiệm vu 26 5.2.Tính toan .26 Bể lắng 30 6.1.Nhiệm vu 30 6.2.Tính toan .30 Bể Aerotank 35 Bể lắng 45 Bể khử trùng 50 10 Tính tốn bể đặc .54 10.1 Nhiêm vu, chưc 54 10.2 Tính toan 54 11 Tính toán bể metan 57 11.1 Nhiệm vu 57 11.2 Tính toan 57 12 Máy ép bùn băng tải 59 12.1 Nhiệm vu 59 12.2 Tính toan 60 13 Tính tốn cao trình hệ thống 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Sơ đờ quy trình dệt nhuộm .6 Hình Sơ đờ làm việc hệ thống bể Aerotank .39 Hình Bố trí đĩa phân phối khí bể Aerotank 44 DANH MỤC BẢNG Bảng Các thông số nước thải dệt nhuộm sử dụng tính tốn .10 Bảng Các thơng số nước thải đầu [9] 10 Bảng Thông số thiết kế song chắn rác .17 Bảng Thông số thiết kế hố gom .19 Bảng Thông số thiết kế bể điều hòa 22 Bảng Lượng phèn dựa vào độ đục  [7]  23 Bảng Mối quan hệ thời gian trộn gradient 25 Bảng Các thông số thiết kế bể lắng bùn sinh học dạng ly tâm 35 Bảng Các thông số thiết kế bản bể aeroten khuấy trộn hoàn toàn [4] 35 Bảng 10 Các hệ số động học q trình xử lí bùn hoạt tính [6] 36 Bảng 11 Các thơng số thiết kế bể lắng bùn sinh học dạng ly tâm .48 Bảng 12 Thông số thiết kế bể khử trùng .53 Bảng 13 Thông số thiết kế nén bùn 56 Bảng 14 Thông số máy ép bùn băng tải DDTP-BFA50 .60 Bảng 15 Giá trị thất thoát thủy lực sau qua thiết bị 61 Bảng 16 Giá trị thất thoát thủy lực .62 BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Họ Tên Phần tính tốn Phần bản vẽ Vũ Minh Đức Tìm hiểu chung, song chắn rác, hố thu gom, bể điều hòa Sơ đờ cao trình Bể trộn khí, bể keo tụ-tạo bông, bể lắng Sơ đồ mặt Bể Aerotank Sơ đờ cao trình Hồng Huy Cơng Nguyễn Quang Linh Phạm Thế Vinh Lựa chọn sơ đồ công nghệ, bể lắng 2, bể khử trùng Sơ đồ công nghệ Trần Ngọc Bình Bể nén bùn, bể metan, máy ép bùn Sơ đồ mặt I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Quy trình công nghệ dệt nhuộm và ng̀n phát thải [1] Hình Sơ đồ quy trình dệt nhuộm 2.Chi tiết các loại hóa chất sử dụng sản xuất dệt nhuộm [5] 2.1 Các loại thuốc nhuộm sử dụng sản xuất dệt nhuộm -Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn goi thuốc nhuộm tự bắt màu hợp chất hòa tan nước, có khả bắt màu vào số vật liệu sợi xenlulo, giấy, tơ tằm sợi polyamit cách trực tiếp nhờ lực hấp phụ mơi trường trung tính kiềm Hầu hết loại thuốc nhuộm trực tiếp có nhóm azo, số dẫn xuất dioazin flatoxianim, tất cả sản xuất dạng muối natri axit sunforic cacbonyl hữu cơ, vài trường hợp sản xuất dạng muối amoni kali Thuốc nhuộm trực tiếp có hiệu suất bắt màu cao 90% nhuộm màu nhạt nồng độ thấp, còn màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải tương đối lớn -Thuốc nhuộm hoạt tính: Là loại thuốc nhuộm anion, có phần mang màu thường gốc azo, antraquinon, axit chứa kim loại ftaloxianin chứa vài nguyên tử hoạt tính có độ hòa tan nước cao khả chịu ẩm tốt Mức độ không gắn màu thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao khoảng 30% nó có chứa gốc Halogen hữu nên làm tăng lương độc hại (AOX) nước thải Mặt khác trình nhuộm phải sử dụng chất điện li lớn (NaCl, Na2SO4) chúng bị thải hoàn tồn sau nhuộm giặt Vì vậy, nước thải có hàm lượng muối cao có hại cho thủy sinh cản trở xử lý nước phương pháp vi sinh -Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gờm nhóm chính: nhóm indigoit (có chứa nhân indigo dẫn xuất nó) nhóm hoàn nguyên đa vòng (có chứa nhân Antraguinon dẫn xuất) Tất cả loại thuốc nhuộm hồn ngun đều khơng tan nước kiềm Để nhuộm in hoa, người ta khử nó môi trường kiềm chất khử mạnh NaHSO3, H2O2, hay dùng nhất dung dịch Na2SO4 + NaOH nhiệt độ 50 – 600C Tùy thuộc vào công nghệ nhuộm khác mà tỷ lệ bắt màu thuốc nhuộm hoàn nguyên khác nhau, dao động khoảng 70 – 80% Phần không bắt màu vào nước thải, có cấu trúc bền vững vấn đề đáng quan tâm xử lý nước thải dệt nhuộm -Thuốc nhuộm phân tán: Là chất màu không tan nước, sản xuất dạng hạt phân tán cao thể keo nên có thể phân bố đều nước kiểu dung dịch huyền phù, đồng thời có khả chịu ẩm cao, có cấu tạo phân tử từ gốc azo antraquinon, có chứa nhóm amin tự bị nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán nước Mức độ gắn màu thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao 90 – 95%, nên mức độ thải ngồi mơi trường khơng cao -Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Trong phân tử có chứa disunfua nhiều nguyên tử lưu huỳnh Là hợp chất không màu tan nước số dung môi hữu Môi trường nhuộm mang tính kiềm độ hấp thụ loại thuốc nhuộm khoảng 60 – 70%, phần còn lại vào nước thải làm cho nước thải có chứa hợp chất lưu huỳnh chất điện li Ngoài còn có số loại thuốc nhuộm khác thuốc nhuộm pigment, thuốc nhuộm phân tán… 2.2 Các loại hóa chất khác sử dụng sản xuất dệt nhuộm Trong sản xuất dệt nhuộm loại thuốc nhuộm thường dùng, người ta còn sử dụng loại hóa chất sau: - NaOH Na2CO3 dùng nấu tẩy, làm bóng với số lượng lớn - H2SO4 dùng để giặt trung hòa màu thuốc nhuộm - H2O2, NaOCl dùng để tẩy trắng vật liệu - Các chất khử vô như: Na2S2O3 dùng nhuộm hoàn nguyên, Na2S dùng để khử thuốc nhuộm lưu huỳnh Các chất cầm màu thường nhựa cao phân tử syntephix, tinofic - Những chất khó tan nước lại dễ tan dung dịch axit axetic, chúng tạo thành phức khó tan cation chất cầm màu anion thuốc nhuộm Nó sử dụng để nâng cao độ bền màu cho vải nhuộm thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên… - Các chất hoạt động bề mặt (như chất ngấm, chất đều màu, chất chống bọt, chất chông nhăn…), xà phòng chất tẩy giặt tổng hợp sử dụng tất cả công đoạn nhóm anion, cation Các chất làm giảm sức căng bề mặt nước thải ảnh hưởng tới đời sống thủy sinh, có sản phẩm khó phân giải vi sinh - Các polymer tổng hợp dùng hồ sợi hồ vải PAC, polycrylat Khi vào nước thải chất khó phân hủy sinh học - Các chất làm mềm vải dùng khâu hoàn tất phần lớn hợp chất cao phân tử có gốc silion như: polisiloxan, silicon biến tính Các chất có khả tạo thành lớp màng mỏng vải làm cho vải mềm mịn 2.3 Hiện trạng ô nhiễm chất ô nhiễm Sự gia tăng đáng kể ngành dệt may nhờ đóng góp rất lớn ngành dệt nhuộm Chất lượng vải, màu sắc kiểu dáng ưa chuộng yếu tố thiếu lĩnh vực thời trang Tuy nhiên, với nhu cầu ngày cao về màu sắc độ bền thuốc nhuộm, góc độ môi trường đa dạng về màu sắc độ bền màu ngày tăng cao thuốc nhuộm lại ô nhiễm môi trường mức độ ô nhiễm môi trường ngày trầm trọng khó khăn nghiên cứu chế công nghệ xử lý nước thải Hàng năm, ngành công nghiệp dệt may sử dụng hàng nghìn tấn loại hóa chất nhuộm Hiệu suất sử dụng loại thuốc nhuộm nằm khoảng từ 70 – 80% tối đa đạt 95% Như vậy, lượng lớn hóa chất, thuốc nhuộm bị thải môi trường Theo số liệu thống kê, ngành dệt may thải môi trường khoảng 20-30 triệu m3 nước thải/ năm Trong đó có khoảng 10% tổng lượng nước thải qua xử lý, số còn lại thải trực tiếp môi trường tiếp nhận Công nghệ nhuộm cần sử dụng 20 – 100 m3 nước/tấn sản phẩm, tương ứng với lượng nước thải từ vài trăm đến 1000m3 /ngày Theo nghiên cứu D.Orhon, F.Germirii Babuna nnk (2001) cho thấy nồng độ chất ô nhiễm từ công đoạn nhuộm rất khác nhau: độ pH q trình rất chênh lệch, phụ thuộc vào đặc tính riêng công đoạn Nhưng phần lớn nước thải cơng đoạn chủ yếu có tính kiềm Giá trị COD cao công đoạn làm sáng huỳnh quang, công đoạn làm mềm, công đoạn nhuộm công đoạn tẩy trắng, đều lớn 2000 mg/l Đặc biệt công đoạn nhuộm thải lượng nước thải lớn chứa hàm lượng chất hữu khó phân hủy cao, còn công đoạn khác hầu hết chất hữu dễ phân hủy Công đoạn nhuộm có độ màu cao nhất, lên đến 25.000 theo thang độ màu Pt – Co Còn thông số TDS tổng Photpho nước thải dệt nhuộm không cao Hàm lượng chất rắn lơ lửng công đoạn nhuộm, công đoạn chuội vải cao nhất Như vậy, chất thải nước thải công nghiệp dệt nhuộm có thể chia thành hai loại: - Chất thải loại hóa chất phụ gia nước thải sử dụng dư thừa, chủ yếu chất vô chất hữu dễ phân hủy - Chất thải từ thuốc nhuôm dư thừa, chất hữu khó phân hủy Do tính chất khác hai loại nước thải này, cần lưu ý tách dòng riêng đưa vào xử lý nhà máy II III CÁC THƠNG SỐ CỦA BÀI TỐN Bảng Các thông số nước thải dệt nhuộm sử dụng tính tốn Thơng số Giá trị QCVN 13-MT 2015-BTNMT (cột B) Lưu lượng m3/ngd 1000 pH 5,6 5,5-9 Độ màu Pt-Co 1250 150 BOD mg/l 350 50 COD mg/l 630 200 SS SO42- PO43- 95 150 76 - 1,31 - Bảng Các thông số nước thải đầu [9]  Yêu cầu xử lý theo quy chuẩn: Dưới giá trị tối đa cho phép thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp dệt nhuộm theo QCVN 13-MT:2015/BTNMT: Cột A quy định giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp dệt nhuộm xả nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt Cột B quy định giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp dệt nhuộm xả ng̀n nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt Trong khuôn khổ tiểu luận, nhóm lựa chọn giá trị nước thải đầu đạt theo cột B QCVN 13-MT 2015-BTNMT 10 Quy chuẩn đường kính ống dẫn nước Dnước = 225mm Chọn ống HDPE PE100 DN 225 PN 10 nhựa Tiền Phong +Tính lại vận tốc nước ống: Bể khử trùng Nước thải sau khỏi bể lắng II dẫn đến bể khử trùng để khử trùng dung dịch Clo Bể khử trùng thiết kế với dòng chảy Ziczac qua ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho qua trình tiếp xúc nước thải hóa chất khử trùng Tính tốn bể tiếp xúc với thời gian lưu nước bể 30 phút Do bể lắng bùn tuần hoàn lại bể aerotank để trì hàm lượng bùn bể => Lưu lượng nước thải vào bể khử trùng là: Qtb = 1000 (m3/ngày) -Lưu lượng nước thải trung bình vào bể khử trùng: Qtb = = = 41,7 (m3/h) -Liều lượng clo cho khử trùng nước thải sau xử lý bùn hoạt tính 2-8 mg/L, chọn nồng độ Clo (mg/L) Trong thực tế, lượng clo bị mất oxy hóa chất khử chất hữu còn lại nước thải, lượng clo cho vào có thể lấy dư để đảm bảo hiệu suất xử lý tốt nhất nhiên đảm bảo lượng Clo dư đầu không ảnh hưởng đến người môi trường =>Lấy lượng Clo = 10 (mg/l)  Tính kích thước bể khử trùng: - Thể tích bể khử trùng: V = Qtb Trong đó: + Qtb: lưu lượng nước thải vào bể (Qtb = 41,7 m3/h) + t = 30 (phút) => V = 41,7 => V = 20,85 m3 => chọn V = 21 m3 => tính lại thời gian tiếp xúc: t = = = 30,2 (phút) 49 - Tính tiết diện ngang bể khử trùng: An = Trong đó: + Qtb: lưu lượng nước thải vào bể (Qtb = 41,7 m3/h) + v: Tốc độ dòng chảy bể khử trùng, Theo [1], tốc độ dòng chảy v = ÷ 4,5 (m/phút) Chọn v = m/phút: => An = = 0,23 (m2) - Tính chiều dài bể tiếp xúc: L= Trong đó: + V = 21 (m3) + An = 0,23 (m2) => L = = 90 (m) - Tính chiều cao bể: Theo [1], chiều cao làm việc bể khử trùng H = 0,9 (m) Chọn chiều cao bảo vệ Hbv = 0,3 (m) => chiều cao bể: Hb = H + Hbv = 0,9 + 0,3 = 1,2 (m) - Tính chiều rộng bể: An = H.B Trong đó: + An = 0,23 (m2) + H = 1,2 (m) => B = An/H= 0,23/1,2= 0,19 (m) - Xét tỷ lệ L/B = 90:0,21 > > 10:1 thỏa mãn theo [1] Do bể dài để giảm chiều dài bể, ta chia bể thành 10 ngăn Chiều dài mỗi ngăn chiều dài bể chia ngăn: L1n = Lb = L/10 = 90/10 = (m) Vậy chiều rộng tổng bể là: Wt = W.9 = 0,19.10 = 1,9 (m) - Thiết kế vách ngăn hướng dòng: 50 Bể chia làm 10 ngăn đó cần vách ngăn hướng dòng, thiết kế vách có phương vuông góc với phương dòng nước vào + Độ dày vách ngăn: chọn 0,15 (m) + Chiều cao vách ngăn chiều cao thành bể: 1,2 (m) + Chiều dài vách ngăn: chọn = 0,85 Wt = 0,85.1,9 = 1,6 (m) - Chiều dài thực tế bể: Ltt = L1n + 9.0,15 = + 9.0,15 = 10,35 (m) 51 Bảng 12 Thông số thiết kế bể khử trùng Thông số Ký hiệu t Lb Đơn vi Bể ngăn phút m Giá tri 10 30,2 Chiều dài thực tế bể Ltt m 10,35 Chiều rộng bể W m 1,9 Chiều cao bể Chiều cao làm việc Hb H m m 1,2 0,9 Chiều cao bảo vệ Hbv m 0,3 Số bể Số ngăn Thời gian tiếp xúc Chiều dài hữu ích bể  Tính đường ống dẫn nước thải từ bể khử trùng nguồn tiếp nhận - Lưu lượng nước thải sang bể khử trùng: Q = 1000 m3/ngày = 41,67 (m3/h) - Theo sổ tay – tr 370 – bảng II.2, vận tốc nước thải tự chảy ống nằm khoảng 0,1 ÷ 0,5 m/s, chọn v = 0,3 (m/s) - Đường kính ống dẫn nước đầu ra: Dd = => Dd = => Dd = 0,22 (m) Quy chuẩn đường kính ống dẫn nước Dnước = 225mm Chọn ống HDPE PE100 DN 225 PN 10 nhựa Tiền Phong -Tính lại vận tốc nước ống: 10 Tính toán bể cô đặc 10.1 Nhiệm vụ, chức Một vấn đề quan trọng vận hành nhà máy xử lý nước thải quản lý bùn thải sinh Việc làm tăng nồng độ bùn thải giảm thể tích bùn thải giúp 52 nâng cao tính kinh tế cho hoạt động tái chế, đốt hay chôn lấp bùn thải về sau Bể nén bùn trọng lực sử dụng rất phổ biến để thực nhiệm vụ Ngoài còn có thể dùng máy ly tâm hay bể tuyển khí hòa tan (DAF) để nén bùn Trong trường hợp thiết kế bể nén bùn trọng lực kiểu bể lắng radian để nén hỡn hợp bùn sơ cấp bùn hoạt tính dư 10.2 Tính tốn  Xác định lượng cặn vào bể Cặn đưa vào bể gồm cặn từ bể lắng bùn xả từ bể lắng - Lượng cặn từ bể lắng 1: + Khối lượng cặn: 66,5 (kg/ngày) + Thể tích V1 = 3,26 (m3/ngày) - Cặn từ bể Aerotank: + Khối lượng cặn: 59,1 (kg/ngày) + Thể tích Vaerotank = 5,91 (m3/ngày) - Lượng cặn đưa vào bể ngày: G = G1 + G2 = 69 + 88 = 125,6 (kg/ngày) - Tổng thể tích cặn đưa vào bể là: Qc = V1 + V2 = 5,91 + 3,26 = 9,17 (m3/ngày)  Tính tốn bể trộn bùn Trước bùn đưa vào bể nén, cần có cơng trình bể trộn để hòa trộn bùn từ bể lắng sơ cấp bể lắng thứ cấp để đạt hiệu quả nén tốt nhất Theo Melcaf, bể xử lý bùn yếm khí theo mẻ có thời gian lưu nước tối thiểu 6h, thiết kế bể trộn, chọn thời gian lưu – 6h để tránh trường hợp thời gian lưu lâu dẫn đến q trình xử lý yếm khí - Chọn thời gian lưu thủy lực 3h - Thể tích bể trộn : Vtrộn = Qc x t = 9,17 x 0,5/24 = m3 - Chọn bể trộn dạng hình vng có kích thước x m - Chiều cao bể trộn : 1m - Chiều cao bảo vệ : 0,3 m - Tính hệ thống khuấy trộn : Chọn cánh khuấy dạng cánh nghiêng góc 450 hướng xuống để đưa nước từ xuống 53 Năng lượng cần truyền G = 700 μ: Độ nhớt động học nước, μ = 0,89×10-3 N/m2.s 250C.[3]  = 0,436 (kW) Công suất động cơ: Với η hiệu suất động cơ, chọn η = 0,8 Chọn máy khuấy hóa chất công suất 0,75 kw model PF28-0750-25S3  Kích thước bể nén - Diện tích bề mặt bể nén bùn: =(m2) Trong đó: +G: Lượng cặn đưa vào bể G = 125,6 (kg/ngày) +a: Tải trọng cặn bề mặt bể cô đặc trọng lực, a = 39 – 78 (kg/m2.ngày) Chọn a = 50 (kg/m2.ngày) - Đường kính bể nén bùn: D= ) -Đường kính ngăn phân phối trung tâm có đường kính 20% đường kính bể dtt = 0,2.D = 0,2.1,8= 0,36 (m) - Chiều cao bể thường từ – 3,7m, chọn Hbể = 3,7m [1] - Chiều cao ống trung tâm thường từ – 1,25m, chọn htt = 1,2m [1] - Chiều cao chóp đáy bể có độ dốc 10% về phía tâm h = 0,1×) - Chiều cao bể là: Hbể = htt + h + hb + hbvb + Chọn chiều cao bảo vệ 0,5 (m) +Chiều cao vùng chứa cặn : hb = Hbể - h – htt – hbv = 3,7 – 0,1 – 1,2 – 0,5 = 1,9 (m) - Thời gian lưu cặn từ 0,5 – 20 ngày Chọn thời gian lưu cặn 2,5 ngày (tr153- [1]) - Thể tích bể : 54 Vbể = Qc x t = 9,17 x 2.5 = 22,925 (m3) Bảng 13 Thông số thiết kế nén bùn STT Thông số Đơn vị Giá trị Đường kính bể m 1,8 Chiều cao bể m 3,7 Đường kính ống phân phối m 0,36  Xác định tỷ trọng thể tích cặn sau dặc -Cặn sau đặc có nồng độ 5% = (vd1 tr205- [4])  Sk = 1176,4 (kg/m3 ) Trong đó: + Wc : Trọng lượng bùn khô, Wc = 125,5 (kg/ngày) + Trong đó cặn vô có tỷ trọng 2,5 chiếm 25% tức Wv = 0,25 x 125,6= 31,4 (kg/ngày) + Cặn hữu có tỷ trọng chiếm 75% tức Wh = 0,75 x 125,6 = 94,2 (kg/ngày) +Sk : Tỷ trọng bùn khô + Sv : Tỷ trọng bùn vô cơ, Sv = 2,5 (T/m3) +Sh : Tỷ trọng bùn hữu cơ, Sh = (T/m3) Vậy tỷ trọng hỗn hợp cặn 95% nước 5% cặn (cặn có độ ẩm 95%)  S = 1000 ( kg/m3 ) Vậy thể tích cặn sau nén bể nén bùn : V = = (m3) Trong : Wc : trọng lượng cặn khơ (tấn), WC = 115 (kg/ngày) S : Tỷ trọng hỗn hợp cặn, S = 1000 (kg/m3) P : Nồng độ phần trăm cặn khô hốn hợp theo tỉ lệ thập phân, P = 0,05 Tính bơm bùn Chọn cột áp bơm H = m, hiệu suất máy bơm 85% 55 Dùng bơm hút bùn đáy bể ,bơm hút 30 phút=> lưu lượng bùn cần bơm máy là: Cơng śt bơm: Chọn đường kính ống dẫn bùn ống thép 141 mm Chọn hai bơm HSM220-1.10 265 công suất 100W, bơm dự trữ 11 Tính toán bể metan 11.1 Nhiệm vụ Bể methane thực trình lên men yếm khí bùn, gờm giai đoạn nối tiếp biến đổi bùn ổn định bùn Các sản phẩm cuối thu gồm CH 4, CO2 (biogas) bùn dư ổn định 11.2 Tính tốn - Khối lượng bùn khơ đưa vào bể methane = 125,6 (kg/d) - Lưu lượng nước bùn đưa vào bể methane = 2,5 (m3/d) Đối với bùn từ nhà máy xử lý nước thải thường dùng tỷ lệ VSS chiếm 75% khối lượng để thiết kế - VS đưa vào bể methane = 125,6.0,75 = 91,4 (kg/d) Theo Biosolids Treatment Process bể methane tải trọng tiêu chuẩn thiết kế theo tải trọng VS = 0,48 – 1,6 kg VS/ m3.d điển hình = 1,28 (kgVS/ m3.d) - Dung tích bể methane: = Hầu hết bể methane đều xây dựng bê-tơng gia cường, dạng hình trụ thấp với đáy hình Đường kính – 34 m có thể quy chuẩn cho phù hợp với thiết kế mẫu chuẩn Chiều cao thành = – 12 m Độ dốc đáy (hướng tâm) > 1/4 với phương thức thu bùn trọng lực giảm xuống = 1/12 với phương thức hút bùn Ngoài ra, cần gia nhiệt cho bể methane để trì nhiệt độ ưa ấm 35oC nên bể methane xây dựng lớp bảo ôn loại vật liệu xốp, sợi thủy tinh, gạch ốp hay dùng lớp không khí đắp thành ụ đất bao quanh Tỉ lệ chiều cao đường kính bể metan thường xấp xỉ 1:1 : 0,8 để việc tránh thất thoát nhiệt Ta thiết kế bể methane với dung tích 80 m3 với kích thước D = m, h1 = 0.9 m, H = m h2 = m - Kiểm tra thời gian lưu thủy lực: Với nhiệt độ ưa ấm 35oC thời gian lưu thủy lực tối thiểu bể methane = 10 ngày Như vậy, thiết kế với thời gian lưu thủy lực = 30 ngày chấp nhận 56 Hiệu quả giảm VS ước tính tùy thuộc vào tính chất bùn θ = θ c Theo đó ηVS = 56 % - Khối lượng bùn khô khỏi bể methane: Theo Biosolid Treatment Process nước bùn sơ cấp bùn thức cấp sau q trình lên men yếm khí có khối lượng riêng 1020 kg/m3 nồng độ bùn khô % - Lưu lượng nước bùn khỏi bể methane: - Lượng nhiệt cần cấp cho bể methane để trì nhiệt độ ưa ấm 35oC: Trong đó: +H = Lượng nhiệt cần cấp, J; +C = Nhiệt dung riêng trung bình nước bùn = 4200 (J/ kg.oC); +W = Lượng nước bùn đưa vào bể methane = 125,6/0,05 = 2500 kg/d = 0,029 (kg/s); + T1 = Nhiệt độ nước bùn đưa vào bể methane = 25oC; +T2 = Nhiệt độ cần trì bể methane = 35oC Ta được: Tổn thất nhiệt qua thành bể methane tùy thuộc vào mức độ khuấy trộn kết cấu bảo ôn, chấp nhận = 5% H = 0,05.1,215 =0,06075 (kW) - Nhiệt lượng cần cung cấp = 1,134 + 0,06075 (kW)  Tính tốn biogas: Biogas thơng thường có thành phần theo thể tích 65% CH 35% CO2 khí vết Nhiệt trị biogas xấp xỉ 5850 kcal/m tùy theo thành phần biogas Thể tích biogas sinh có thể ước tính theo lượng VS đưa vào: 0,5 – 0,75 m biogas/ kg VS đưa vào lượng VS tiêu thụ: 0,75 – 1,1 m biogas/ kg VS tiêu thụ theo công thức kinh nghiệm khác Giả thiết tốc độ sinh biogas 0,90 m3 biogas/ kg VS tiêu thụ nhiệt trị biogas 5850kcal/m3 - VS tiêu thụ = 91,4.0,56 = 51,2 (kg/d) - Thể tích biogas sinh = 51,2.0,90 = 46,08 (m3/d) - Nhiệt lượng có thể thu đốt biogas = 46,08.5850 = 269568 (kcal/d) = 13 kW 57 - Tính tốn ống thu khí : Theo Biosolid Treatment Process vận tốc khí đướng ống dẫn khí tối đa 3,5 m/s để tránh tổn thất áp suất Chọn v = Đường kính ống dẫn khí : Dd = = = 0,09 m Tính bơm bùn Chọn cột áp bơm H = m, hiệu suất máy bơm 85% Dùng bơm hút bùn đáy bể ,bơm hút 30 phút=> lưu lượng bùn cần bơm máy là: - Công suất bơm: Chọn đường kính ống dẫn bùn ống thép 141 mm Chọn hai bơm HSM220-1.10 265 công suất 100W, bơm dự trữ 12 Máy ép bùn băng tải 12.1 Nhiệm vụ Máy ép bùn băng tải sử dụng để tăng cường tách nước bùn Loại sử dụng rộng rãi quản lý đơn giản, tốn điện, hiệu suất tách nước chấp nhận Polymer PAA bổ sung vào dòng nước bùn để đông keo tụ bùn trước đưa vào máy ép bùn băng tải, không thực kỹ thuật hiệu quả trình xét giảm rất nhiều Nhược điểm quan trọng sử dụng máy ép bùn băng tải ô nhiễm mùi, gây tổn hại sức khỏe công nhân Do đó, bên cạnh việc bổ sung polymer nên bổ sung KmnO hay tác nhân oxy hóa khác trước tách nước để giảm mùi khó chịu sulfide giảm lượng polymer bổ sung 12.2 Tính tốn - Giả sử máy ép bùn băng tải làm việc h/ ngày Ta có: + Lượng bùn khô vào máy ép bùn băng tải: + Lưu lượng dòng nước bùn vào máy ép bùn băng tải: +Chọn tải trọng bùn = 180 kg/ m chiều rộng băng tải.h Chiều rộng băng tải: Máy ép bùn băng tải có thị trường thường có chiều rộng băng tải 500, 750, 1000, 1250, 1500, 2000, 3500 mm Theo ta chọn máy ép bùn băng tải có chiều rộng băng tải = 0,5 (m) 58 - Kiểm tra tải trọng thủy lực: Bảng 14 Thơng sớ máy ép bùn băng tải DDTP-BFA50 Tiêu chí Thơng số Chiều rộng băng tải 500mm Kích thước(DxRxC) 2250x1050x2400 Cơng śt xử lý 1-3 m3/h Motor ½ hp Trong thực tế máy ép bùn đặt nhà kho cao vị trí cao từ – m, để thuận tiện cho việc xe chở bùn di chuyển đến lấy bùn Chọn vị trí đặt máy ép bùn 3m 13 Tính toán cao trình hệ thống Cao trình hệ thống xử lý nước thải ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng đào đất nước cần phải tự chảy qua cơng trình thiết bị để giảm chi phí lắp đặt bơm tiết kiệm điện bơm nước Thiết kế cao trình hệ thống xử lý nước thải dựa việc xác định tổn thất áp lực qua mỡi cơng trình, thiết bị ống dẫn -Tổn thất áp lực hệ thống xử lý nước thải gồm: + Tổn thất áp lực theo chiều dài nước chảy ống dẫn, kênh mương nối cơng trình, thiết bị với + Tổn thất áp lực qua máng tràn, cửa sổ chỗ dẫn nước thải vào/ra khỏi cơng trình, thiết bị đầu đo + Tổn thất áp lực qua công trình, thiết bị -Trong tính tốn sơ có thể chọn tổn thất áp lực qua cơng trình (khơng kể tổn thất cục kênh máng vào khỏi cơng trình) sau [11] Bảng 15 Giá trị thất thoát thủy lực sau qua thiết bị Song chắn rác – 20cm Bể lắng cát 10– 20cm Bể làm thoáng sơ 15 – 25cm Bể lắng ngang 20 – 40cm Bể lắng đứng 40 – 50cm Bể lăng Radian 50 – 60cm 59 Bể lắng có tầng cặng lơ lửng 60 – 70cm Bể Biophin, tưới nước phản lực H + 150cm Bể Biophin, vòi phun bất động H + 250cm Bể Aetoten 25 –40cm Bể tiếp xúc 40 – 60cm Bể trộn 10 – 30cm Tổng số tổn thất áp lực trạm xử lý phụ thuộc cách bố trí cơng trình - tức phụ thuộc khoảng cách chúng, sơ có thể lấy sau: Bảng 16 Giá trị thất thoát thủy lực Khi xử lý phương pháp học 3,5 m Khi xử lý phương pháp sinh học bể Aeroten 4,0 m Khi xử lý phương pháp sinh học bể Biophin 10 m  Tính toán cao trình cho thiết bi: - Cao trình mương dẫn nước thải đầu vào – song chắn rác – hố gom: + Cao trình đáy hố thu gom Zhố thu gom = – (m) + Cao trình mực nước hố thu gom Z = – + (3 – 0.5 ) = – 2.5 (m) + Cao trình mương dẫn nước thải đầu vào từ đường thoát nước thải thành phố Zmướng dẫn nước thải đầu vào = –2 (m) - Cao trình bể điều hòa: + Cao trình thành bể Zmax = (m) + Cao trình đáy bể Zmin = – 6.5 (m) + Cao trình mực nước Z = – 0.5 (m) - Cao trình bể keo tụ tạo bông: + Cao trình đáy bể Zmin = (m) + Cao trình thành bể Zmax = +2 (m) + Cao trình mực nước bể keo tụ Znước bể kt = +1.5 (m) + Cao trình mực nước bể tạo Znước bể tb = +1.2 (m) - Cao trình bể lắng sơ cấp: + Cao trình mực nước Z = +1.2 – hw = +1.2 – 0.3 = +0.9 (m) + Cao trình đáy bể Zmin = +0.9 – (4.2 – 0.3) = –3 (m) 60 + Cao trình thành bể Zmax = +0.9 + 0.3 = +1.2 (m) - Cao trình bể aerotank: + Cao trình mực nước Z = +0.9 – hw = +0.9 – 0.6 = +0.3 (m) + Cao trình đáy bể Zmin = +0.3 – (4.5 – 0.5) = –3.7 (m) + Cao trình thành bể Zmax = +0.3 + 0.5 = 0.8 (m) - Cao trình mương dẫn nước thải đầu ra: + Cao trình điểm đầu vào Z = +0 (m) + Cao trình điểm đầu cuối Z = -2 (m) - Cao trình bể khử trùng: + Cao trình mực nước = +0.9 (m) + Cao trình đáy Zmin = +0 (m) + Cao trình thành Zmax = + 1.2 (m) - Cao trình bể lắng thứ cấp: + Cao trình mực nước Z = +0.9 + hw = +0.9 + 0.6 = +1.5 (m) + Cao trình đáy bể Zmin = +1.5 – (4.2 – 0.3) = –2.4 (m) + Cao trình thành bể Zmax = +1.5 + 0.3 = +1.8 (m) - Cao trình bể trộn bùn: + Cao trình mực nước Z = –0.3 (m) + Cao trình đáy bể Zmin = –1.3 (m) + Cao trình thành bể Zmax = (m) - Cao trình bể đặc bùn: + Cao trình mực nước Z = +3,2 (m) + Cao trình đáy bể Zmin = (m) + Cao trình thành bể Zmax = +3.7 (m) - Cao trình bể metan: + Cao trình mực nước Z = +3,35 (m) + Cao trình đáy bể Zmin = –0.725 + hvật liệu = –0.725 + 0.5 = –0.225 (m) + Cao trình thành bể Zmax = –0.225 + 4.075 = +3.85 (m) - Cao trình máy ép bùn băng tải: 61 + Cao trình chân máy: +4 (m) + Cao trình đỉnh máy: +6,4 (m) 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng (2008), Nguyễn Phước Dân, Xử lí nước thải thị cơng nghiệp, tính tốn thiết kế cơng trình, Đại học quốc gia TP.HCM [2] Thoát nước, tập Xử lý nước thải- PGS.TS Hoàng Văn Huệ [3] Sổ tay Q trình thiết bị [4] Trịnh Xn Lai, Tính tốn thiết kế cơng trình xử lí nước thải, NXB Xây dựng (2000) [5] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2005), Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Lương Đức Phẩm( 2002), Cơng nghệ xử lí nước thải phương pháp sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội [7] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, TCXDVN33-2006/BTNMT [8] Nguyễn Ngọc Dung (2008), Xử lý nước cấp , Nhà xuất bản xây dựng [9] QCVN 13-MT : 2015/BTNMT, QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM, ban hành theo Thông tư số 13/2015/TT-BTNMT ngày 31 tháng năm 2015 Bộ trưởng Bộ Tài nguyên Môi trường [10] Tổng cục môi trường, 2011 Tài liệu kỹ thuật Hướng dẫn đánh giá phù hợp công nghệ xử lý nước thải giới thiệu số công nghệ xử lý nước thải ngành Chế biến thủy sản, dệt may, giấy bột giấy, Hà Nội [11] Hoàng Huệ (2010), Xử lý nước thải, NXB Xây Dựng 63