ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Kỹ thuật xử lý nước thải THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT GANG THÉP CÔNG SUẤT 3000m3ngd GVHD ThS Nguyễn Thị Hồng Tình Nhóm.
TỔNG QUAN
Tổng quan về ngành gang thép Việt Nam
Ngành gang thép ra đời đóng vai trò then chốt cho sự phát triển của thế giới và Việt Nam Nhận thức tầm quan trọng của nguyên vật liệu luyện thép và các sản phẩm từ thép, hầu hết các nước đều ban hành chính sách phát triển ngành thép nhằm thúc đẩy nền công nghiệp Ở Việt Nam, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đã đưa ngành thép trở thành một ngành chủ lực, góp phần lớn vào tăng trưởng kinh tế Nhờ lợi thế cạnh tranh về nguồn lao động có tay nghề cao và vị trí địa lý thuận lợi, Việt Nam đã gặt hái được nhiều thành tựu nổi bật trong phát triển ngành thép.
Ngành thép Việt Nam bắt nguồn từ đầu những năm 60 thế kỷ XX với mẻ gang đầu tiên tại khu liên hiệp gang thép Thái Nguyên do Trung Quốc tài trợ; từ 1960 đến 1989, sản lượng thép chỉ ở mức 40.000-85.000 tấn/năm, và bước sang giai đoạn 1989-1995 với sự đổi mới đã nâng sản lượng lên khoảng 100.000 tấn/năm, dấu mốc quan trọng là sự ra đời của Công ty Thép Việt Nam năm 1990 Đến năm 2000, sản lượng thép đạt 1,57 triệu tấn, mở ra làn sóng thu hút đầu tư nước ngoài nhờ chính sách mở cửa của Chính phủ và đẩy mạnh sự phát triển của ngành thép Việt Nam Năm 2005, ngành đặt mục tiêu sản xuất 1,2-1,4 triệu tấn phôi thép, 2,5-3,0 triệu tấn thép cán và 0,6 triệu tấn sản phẩm thép gia công sau cán; kế hoạch 2010 đề ra 1,8 triệu tấn phôi thép, 4,5-5,0 triệu tấn thép các loại và 1,2-1,5 triệu tấn sản phẩm thép gia công sau cán Những dấu mốc nổi bật còn có sự hình thành các nhà máy thép công suất lớn như nhà máy liên hợp Formosa-Sunco tại Vũng Áng, Hà Tĩnh với công suất 15 triệu tấn/năm và dự án tại Dung Quất, Quảng Ngãi với công suất 3 triệu tấn/năm, cho thấy ngành thép Việt Nam phát triển mạnh nhưng vẫn đối mặt với nhiều khó khăn và cần sự hỗ trợ toàn diện từ Chính phủ.
Nguồn phát sinh nước thải
Trong công nghiệp luyện thép, nguồn nước thải chủ yếu phát sinh từ hệ thống nước làm mát khi vòng tuần hoàn nước không đạt được sự tuần hoàn tuyệt đối, làm tăng nguy cơ ô nhiễm và tích tụ kim loại trong nước thải Bên cạnh đó, nước thải còn xuất phát từ hoạt động sinh hoạt của công nhân tại khu vực sản xuất, làm tăng lưu lượng và thay đổi thành phần ô nhiễm của nước thải Do đó, quản lý và xử lý nước thải trong ngành luyện thép cần tập trung tối ưu hóa hệ thống tuần hoàn nước làm mát và kiểm soát nước thải từ sinh hoạt của công nhân để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường và quy chuẩn về xử lý nước thải công nghiệp.
Thành phần chính của nguồn nước thải từ ngành luyện kim là dầu mỡ, cặn bẩn từ quá trình hàn, axit, kiềm, kim loại nặng và chất hữu cơ Do đặc thù của ngành luyện kim là sử dụng ít nước nên lưu lượng nước thải thường nhỏ Tuy nhiên, tác động đến môi trường từ nước thải này không thể xem nhẹ, bởi kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ có thể gây ô nhiễm và ngộ độc cho sinh vật thủy sinh Vì vậy, cần kiểm soát nghiêm ngặt nồng độ dầu mỡ, kim loại và chất hữu cơ trong nước thải để bảo vệ hệ sinh thái nước và đảm bảo tuân thủ các quy định về môi trường.
Thành phần, tính chất của nước thải
Thành phần hóa học của nước thải phát sinh trong và sau quá trình sản xuất của các nhà máy gang thép bao gồm :
Tổng chất rắn lơ lửng khoảng 4000-7000 mg/l
COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học) : 500mg/l
Nước thải từ các nhà máy sản xuất gang thép chủ yếu chứa kim loại nặng, vì vậy hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đòi hỏi sự kết hợp của nhiều công nghệ xử lý tiên tiến Các phương pháp được áp dụng phổ biến gồm điện phân, trao đổi ion, kết tủa, kỹ thuật phân ly màng, bay hơi và cô đặc để loại bỏ kim loại và chất ô nhiễm Việc lựa chọn và kết hợp các công nghệ phụ thuộc vào đặc tính nước thải và nồng độ kim loại nặng, nhằm tối ưu hiệu quả xử lý và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường.
Quy trình sản xuất gang thép
Hình 1.1 Quy trình sản xuất gang thép
Tạo dòng thép nóng chảy Đúc tiếp liệu
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Phương pháp cơ học
Phương pháp này là phần của xử lý sơ bộ nước thải, nhằm loại bỏ tạp chất rắn có kích thước khác nhau trước khi nước thải được đưa vào các giai đoạn xử lý tiếp theo Việc loại bỏ tạp chất rắn này giúp bảo vệ thiết bị và tăng hiệu quả của quá trình xử lý nước thải Các loại tạp chất phổ biến gồm rơm, cỏ, bao bì, chất dẻo, giấy, cát, sỏi và vụn gạch ngói Các phương pháp cơ học thường được áp dụng trong xử lý sơ bộ, nổi bật với phương pháp lọc qua song chắn rác.
Song chắn rác là thiết bị chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi trong nước thải, bao gồm rác đồ hộp, các mẩu đá, gỗ vụn, túi nilong và các tạp chất lớn khác; nhờ đó nước thải được lọc sơ bộ và ngăn ngừa tắc nghẽn trong hệ thống Việc loại bỏ sớm những chất thải này giúp bảo vệ máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải, đảm bảo hoạt động ổn định, tăng tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí bảo trì cho toàn bộ hệ thống xử lý nước thải.
Song chắn rác là hệ thống gồm các thanh đan sắp xếp liên tiếp, có khe hở từ 16 đến 50 mm; các thanh này có thể làm bằng thép, nhựa hoặc gỗ và có tiết diện hình chữ nhật, tròn hoặc elip Số lượng song chắn rác trong trạm xử lý nước thải tối thiểu là 2 và chúng được đặt song song với nhau để nghiêng về phía dòng nước nhằm giữ lại rác Thông thường, song chắn rác được đặt nghiêng theo dòng chảy với góc từ 50 đến 90 độ.
Song chắn rác có thể cố định hoặc di động và có thể kết hợp với máy nghiền rác; trong đó song chắn rác cố định là loại thông dụng nhất Bể điều hòa là một phần tiếp theo của hệ thống, đóng vai trò điều hòa lưu lượng và chuẩn bị cho các bước xử lý rác tiếp theo.
Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải.
Giảm và ngăn cản các chất độc hại đi vào công trình xử lý sinh học tiếp theo.
Tiết kiệm hóa chất để khử trùng.
Khi lưu lượng thay đổi theo thời gian, còn nồng độ ổn định suốt thời gian làm việc của nhà máy trong ngày.
Khi lưu lượng nước thải thay đổi lớn theo giờ trong ngày.
Bể điều hòa làm việc theo nguyên tắc đẩy hoặc nguyên tắc xáo trộn.
Xử lý sinh học được nâng cao, giảm nhẹ quá tải, pha loãng cácchất gây ức chế sinh học và pH được ổn định.
Chất lượng đầu ra và hiệu quả nén bùn của bể lắng đợt 2 được cải thiện do bông cặn đặc chắc hơn.
Diện tích bề mặt lọc giảm, hiệu quả lọc được nâng cao, và hơn nữa chu kì rữa lọc đồng đều hơn do tải lượng thuỷ lực thấp hơn.
Ổn định tải lượng trong xử lý hóa học là yếu tố then chốt giúp dễ dàng điều chỉnh giai đoạn chuẩn bị và châm hóa chất, từ đó tăng cường độ tin cậy của quy trình và tối ưu hóa hiệu suất vận hành.
Diện tích mặt bằng hoặc chỗ xây dựng cần tương đối lớn.
Bể điều hoà hoà ở những nơi gần khu dân cư cần được che kín để hạn chế mùi.
Đòi hỏi phải khuấy trộn và bảo dưỡng.
Chi phí đầu tư tăng. c Bể lắng
Quá trình lắng là quá trình tách các hạt rắn lơ lửng ra khỏi nước nhờ trọng lực nhằm làm sạch sơ bộ nguồn nước trước khi thực hiện quá trình lọc Quá trình lắng phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và trọng lượng riêng của các hạt, cũng như vào trạng thái của nước Các hạt rắn không hòa tan có trọng lượng riêng lớn hơn nước và do đó dễ lắng xuống đáy, hình thành lớp cặn sau cùng.
Bể lắng là thiết bị quan trọng trong xử lý nước, được phân loại chủ yếu dựa trên chuyển động của dòng nước Các loại bể lắng phổ biến bao gồm bể lắng ngang, nơi dòng nước chảy ngang và làm lắng chất rắn ở đáy; bể lắng đứng, dùng dòng chảy dọc để tách cặn; bể lắng ly tâm tận dụng lực ly tâm để tăng hiệu quả lắng Ngoài ra còn có các loại bể lắng khác như bể lắng lớp mỏng và bể lắng cặn lơ lửng, phù hợp với các điều kiện và mục tiêu xử lý nước khác nhau Việc chọn đúng loại bể lắng sẽ tối ưu hóa quá trình lắng và nâng cao hiệu quả xử lý nước.
Các yếu tố ảnh hưởng đến bể lắng bao gồm thể tích bể lắng, lưu lượng nước thải, thời gian lắng, khối lượng riêng của chất bẩn, tải lượng chất rắn lơ lửng, tải lượng thủy lực, sự keo tụ các hạt rắn, vận tốc dòng chảy trong bể và sự nén bùn.
Bể lắng ngang có nhiệm vụ lắng các hạt cát kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,6.
Thường sử dụng cho trạm có công suất trên 15000 m 3 /ngđ.
Nguyên lý hoạt động của bể là nước chảy theo chiều ngang từ đầu bể đến cuối bể, giúp quá trình lắng diễn ra đều và hiệu quả Cấu tạo gồm bộ phận phân phối nước vào bể, vùng lắng cặn, hệ thống thu nước đã lắng và hệ thống thu xả cặn, đảm bảo dòng nước được phân phối đồng đều và cặn được thu gom hiệu quả Ưu điểm nổi bật là dễ thiết kế, dễ xây dựng và dễ vận hành.
Nhược điểm: thời gian lưu dài, chiếm mặt bằng và chi phí cao; nhiều hố thu cặn tạo nên những vùng xoáy làm giảm khả năng lắng.
Bể lắng đứng được sử dụng khi công suất nhỏ hơn 20000 m 3 /ngđ khi xử lý bằng chất keo tụ.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống dựa trên sự đối nghịch giữa hướng di chuyển của nước và các hạt cặn: nước chảy theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, trong khi các hạt cặn rơi ngược chiều, từ trên xuống dưới Nhờ sự tách rắn-lỏng dựa trên hướng chuyển động này, chất rắn lắng xuống và được loại bỏ một cách hiệu quả, còn nước sạch được dẫn ra với lưu lượng ổn định.
Cấu tạo của hệ thống gồm các thành phần chính: máng dẫn nước, ống trung tâm, máng thu nước, máng tháo nước, ống xả cặn và ống xả cặn nổi Các thành phần này phối hợp để dẫn nước, thu nước và xả cặn hiệu quả, đảm bảo vận hành ổn định và dễ bảo trì Ưu điểm nổi bật là thuận tiện trong công tác xả cặn và ít diện tích xây dựng.
Nhược điểm: chiều cao xây dựng lớn làm tăng giá thành xây dựng, số bể nhiều, hiệu suất thấp
Bể lắng li tâm có dạng hình tròn, đường kính từ 5–50 m, được thiết kế để sơ lắng nguồn nước có hàm lượng cặn cao Hiệu quả của bể lắng li tâm thể hiện rõ khi hàm lượng cặn vượt ngưỡng Co> 2000 mg/l, giúp tách cặn nhanh và ổn định Đây là công nghệ phù hợp cho trạm cấp nước có công suất lớn, cho phép xử lý lưu lượng nước đầu vào lớn và tối ưu hóa quá trình tiền xử lý nước cấp.
Q ≥ 20.000 m 3 /ngđ và có hoăc không dùng chất keo tu.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống: nước được đưa vào bể qua máng phân phối; dưới tác động của dàn quay, nước di chuyển từ thành bể về trung tâm, giúp cặn lắng dần xuống đáy bể Hệ thống ống cào cặn sẽ gom cặn và đẩy vào ống tháo cặn thải ra ngoài, đồng thời nước trong sau khi lắng được đưa vào hệ thống dẫn thoát nước ra khỏi bể Sau đó, nước được đưa tới bể lọc để tiếp tục quá trình xử lý.
Bể lọc là thiết bị xử lý nước thải nhằm tách các chất lơ lửng có kích thước nhỏ bằng cách nước thải đi qua lớp lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc Quá trình lọc giúp loại bỏ phần lớn chất rắn, cải thiện độ trong và chất lượng nước sau lọc Bể lọc thường vận hành với hai chế độ cơ bản: chế độ lọc để thu giữ chất rắn và chế độ rửa lọc (backwash) để làm sạch lớp lọc và duy trì hiệu suất Việc lựa chọn loại lớp lọc và vật liệu lọc phù hợp sẽ tối ưu hiệu quả xử lý nước thải và kéo dài tuổi thọ của hệ thống.
Quá trình này chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng và có mục tiêu thu hồi một số thành phần quý hiếm có trong nước thải Các công nghệ này được thiết kế để vừa xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn tái sử dụng, vừa thực hiện thu hồi các thành phần quý hiếm từ nguồn nước thải Thu hồi các thành phần quý hiếm là yếu tố then chốt, đảm bảo hiệu quả và tính bền vững của quá trình xử lý nước thải tái sử dụng.
Cấu tạo: Bể lọc nhanh theo cấu tạo của hệ thống phân phối nước rửa và thu nước nước lọc có thể chia làm 2 loại:
Bể lọc nhanh có hệ thống phân phối nước và gió rửa lọc bằng giàn ống khoan lỗ.
Bể lọc nhanh có hệ thống phân phối nước và gió rửa lọc bằng sàn chụp lọc.
Phương pháp hóa học và hóa lý
Thực chất của phương pháp hóa học là đưa vào nước thải các chất phản ứng. Chất này tác dụng với các tạp chất bẩn trong nước thải và có khả năng tách chúng ra khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dưới dạng hòa tan không độc hại. a Trung hòa
Nước thải trong nhiều lĩnh vực có chứa nhiều axit hoặc kiềm Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực ở các công trình thoát nước và tránh cho các quâ trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và trong hồ, sông không bị phá hoại người ta phải trung hòa các loại nước thải đó Trung hòa còn với mục đích làm cho một số kim loại nặng lắng xuống và tách ra khỏi nước
Trong công nghệ xử lý nước thải, ưu tiên hàng đầu là đảm bảo khả năng trung hòa giữa các loại nước thải chứa axit và kiềm Quá trình trung hòa được thực hiện trong bể trung hòa có chế độ làm việc liên tục hoặc theo chu kỳ gián đoạn, sau đó nước thải có thể được đưa đến hồ lắng tập trung để lắng cặn Nếu điều kiện thuận lợi, các hồ lắng này có thể lưu trữ cặn trong khoảng 10–15 năm Thể tích cặn phụ thuộc vào nồng độ axit, nồng độ ion kim loại nặng trong nước thải, dạng và liều lượng hóa chất cũng như mức độ lắng Ví dụ, khi trung hòa nước thải bằng sữa vôi chế biến từ vôi thị trường chứa 50% CaO hoạt tính sẽ tạo ra nhiều cặn nhất.
Việc lựa chọn biện pháp trung hòa phụ thuộc vào lượng nước thải, chế độ xả thải, nồng độ, hóa chất có ở địa phương Các biện pháp trung hòa
- Trung hòa bằng cách trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm
- Trung hòa nước thải băng cách cho thêm hóa chất
- Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua những lớp vật liệu trung hòa
- Dùng khí thải, khói từ lò hơi để trung hòa nước thải chứa kiềm b Quá trình oxi hóa – khử
Trong nước thải công nghiệp, các chất bẩn được phân loại làm hai nhóm chính: chất hữu cơ và chất vô cơ Các chất hữu cơ như đạm, mỡ, đường và các hợp chất chứa phenol hoặc nitơ có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật, nên xử lý bằng phương pháp sinh học là lựa chọn thích hợp cho quá trình xử lý nước thải Ngược lại, các chất vô cơ, điển hình là các kim loại nặng như đồng, chì, niken, coban, sắt, mangan và crom, hầu như không thể bị phân hủy sinh học và cần các công nghệ xử lý nước thải vật lý – hóa học hoặc quá trình kết tủa, trao đổi ion, hấp phụ để loại bỏ hoặc giảm nồng độ.
Vì vậy để xử lý những chất độc hại người ta thường dùng phương pháp oxi hóa – khử như:
- Oxi hóa bằng hydro peoxit
- Oxi hóa bằng oxi trong không khí
Khử trùng nước thải nhằm phá hủy và tiêu diệt các loại vi khuẩn gây nguy hiểm còn lại hoặc chưa được loại bỏ trong quá trình xử lý trước đó Khử trùng có nhiều phương pháp khác nhau, được áp dụng tùy theo đặc tính và yêu cầu xử lý của nước thải.
Clo hóa là phương pháp phổ biến nhất trong xử lý nước thải, bằng cách cho Clo vào nước ở dạng hơi thông qua clorua vôi Lượng Clo cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là 10 g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ giới và 5 g/m3 đối với nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn Thời gian tiếp xúc giữa Clo và nước thải là 30 phút trước khi xả nước thải ra nguồn tiếp nhận.
Ozon hóa là phương pháp xử lý nước thải được áp dụng rộng rãi, nhờ ozone có tác động mạnh lên chất hữu cơ Sau quá trình ozon hóa, các hợp chất nitơ và photpho – hai nguyên tố dinh dưỡng quan trọng trong nước thải – được kiểm soát, góp phần chống hiện tượng phú dưỡng nguồn nước.
Dùng tia tử ngoại, hay tia cực tím UV, là một bức xạ điện từ có bước sóng từ khoảng 100 đến 400 nm Tia UV có tác dụng làm biến đổi và làm hỏng ADN của tế bào vi khuẩn, từ đó có khả năng diệt khuẩn cao Trong phổ tia UV, bước sóng 254 nm được xem là có khả năng diệt khuẩn cao nhất.
Phương pháp xử lý sinh học
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ ở dạng hòa tan, dạng keo và dạng phân tán nhỏ trong nước thải nhờ hoạt động của vi sinh vật Quá trình này diễn ra trong hai điều kiện oxy, hiếu khí và kị khí, tương ứng với hai hình thức xử lý là xử lý sinh học hiếu khí và xử lý sinh học kị khí (yếm khí) Trong xử lý hiếu khí, các vi sinh vật oxi hóa chất hữu cơ nhờ oxy có mặt, giúp nước thải được làm sạch và giảm tải chất hữu cơ, mang lại hiệu quả xử lý cao và an toàn cho môi trường.
Quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí.
Vi sinh vật tiếp xúc nước thải chứa chất hữu cơ sẽ tăng sinh khối dần lên Nếu chất hữu cơ quá nhiều, nguồn oxy không đủ sẽ tạo ra môi trường kị khí Như vậy trong quá trình phân hủy hiếu khí, vận tốc trao đổi của vi sinh vật phải luôn thấp hơn vận tốc hòa tan của oxi trong nước Phù du và các sinh vật tự dưỡng khác sử dụng CO2 và chất khoáng để tổng hợp chất hữu cơ, làm tăng sinh khối và làm giàu oxi trong nước thải.
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bằng phương pháp hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: oxi hóa chất hữu cơ
- Giai đoạn 2:tổng hợp xây dựng tế bào
- Giai đoạn 3: Oxi hóa chất liệu tế bào
Xử lý sinh học hiếu khí được áp dụng với hiệu quả cao đối với nước thải có BOD5 thấp, điển hình là nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp (BOD5 < 1000 mg/L) Phương pháp này tận dụng hoạt động của vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu cơ một cách hiệu quả, phù hợp với các hệ thống xử lý nước thải có BOD5 thấp và việc vận hành tối ưu.
Tùy theo cách cung cấp oxi mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí được chia làm hai loại:
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên được duy trì nhờ nguồn oxy từ không khí do quang hợp của tảo và thực vật nước tạo ra Các công trình tự nhiên như cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh học và đất ngập nước cung cấp oxy và môi trường thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động, giúp phân hủy chất hữu cơ và cải thiện chất lượng nước, đồng thời bảo vệ hệ sinh thái nước.
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo được thực hiện qua các hệ thống như bể aeroten và đĩa quay sinh học, nơi oxy được cung cấp bằng sục khí cưỡng bức và thiết bị khuấy trộn cơ giới Quá trình này tận dụng sự phân hủy sinh học theo chu trình oxy hóa để xử lý nước thải hiệu quả, đảm bảo hoạt động sinh học hiếu khí diễn ra liên tục và ổn định Các công trình và thiết bị đi kèm được thiết kế để tối ưu hóa sự phân bố oxy, điều phối lưu lượng nước và duy trì hiệu quả xử lý, với các thành phần và quy trình tương ứng được mô tả chi tiết.
Bùn hoạt tính là tập hợp đa dạng các vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, bên cạnh đó còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật, giun, sán, kết thành dạng bông với trung tâm là các hạt lơ lửng trong nước Trong bùn hoạt tính ta thấy có loài Zoogelea trong khối nhầy Chúng có khả năng sinh ra bao nhầy quanh tế bào, bao nhầy là một polymer sinh học với thành phần là polysaccharide có tác dụng kết các tế bào vi khuẩn lại tạo thành bông.
Quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng lơ lửng Sau thời gian thích nghi, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng và phát triển mạnh mẽ Các hạt lơ lửng trong nước thải được vi sinh vật bám lên, hình thành các bông cặn có khả năng phân hủy chất hữu cơ Nhờ được cung cấp oxi, các bông cặn dần lớn lên và hấp thụ các chất hữu cơ làm dưỡng chất cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Xử lý kị khí có thể được áp dụng như một phần bổ sung để tối ưu hóa hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra trong điều kiện không có oxi nhờ hoạt động của hệ vi sinh vật thích nghi với môi trường kị khí Trong quá trình phân hủy kị khí, các sản phẩm tạo ra gồm axit hữu cơ, các amôn, NH3, H2S và CH4 Vì vậy, quá trình này được gọi là lên men kị khí sinh metan hay lên men metan.
Quá trình phân hủy kị khí gồm hai giai đoạn:
Dưới tác dụng của enzym thủy phân do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp được thủy phân thành đường đơn, protein được phân giải thành peptide và axit amin, và chất béo được phân hủy thành glycerin và axit béo Quá trình này tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng và được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý sinh học, sản xuất thực phẩm lên men và các ngành công nghiệp dinh dưỡng từ chất béo.
Quá trình thủy phân này tiếp tục phân hủy và sản sinh CO2, CH4, đồng thời phát sinh một số khí khác như H2S và NH3 cùng với một ít muối khoáng Các hydrat bị phân hủy sớm nhất và nhanh nhất hầu như chuyển thành CO2 và CH4 Các hợp chất hữu cơ hòa tan bị phân hủy gần như hoàn toàn: axit béo tự do bị phân hủy lên tới 89%, axit béo ở dạng este phân hủy 65–68% Riêng các hợp chất chứa lignin là nhóm khó phân hủy nhất và là nguồn gây mùi.
Trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ ở điều kiện kị khí, sản phẩm cuối cùng chủ yếu là CH4, chiếm khoảng 60–75% Quá trình lên men diễn ra qua hai pha điển hình: pha axit và pha kiềm.
Trong pha axit của quá trình phân hủy sinh học, cacbonhidrat như cellulose, tinh bột và các loại đường dễ bị phân hủy thành axit hữu cơ có phân tử lượng thấp như axit propionic, axit butyric và axit axetic Một phần chất béo cũng được chuyển hóa thành axit hữu cơ Đặc trưng của pha này là sự hình thành axit và pH môi trường nước có thể giảm xuống dưới 5, đồng thời phát sinh mùi hôi Khi pha axit hữu cơ và các chất tan có chứa nitơ tiếp tục phân hủy, chúng tạo thành các hợp chất nitơ như amoni và amin, muối của axit cacbonic và phát sinh một số khí như CO2.
CH4, H2S, N2, mecaptan gây mùi khó chịu, lúc này pH của môi trường bắt đầu tăng chuyển hoàn toàn sang môi trường kiềm.
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường kị khí là một quá trình phức tạp, có sự tham gia của nhiều vi sinh vật kỵ khí Trong điều kiện kị khí, nhiệt độ phân hủy chất hữu cơ có hai khoảng chính là 10–15°C và 20–40°C Thời gian lên men thông thường kéo dài khoảng 10–15 ngày, nhưng ở nhiệt độ thấp quá trình lên men có thể kéo dài hàng tháng.
Các phương pháp kị khí
Công nghệ xử lý kị khí được chia làm 2 loại:
- Xử lý vi sinh vật sinh ra trong môi trường lơ lửng:
Đối với nước thải có BOD cao, xử lý bằng phương pháp kị khí tiếp xúc mang lại hiệu quả tối ưu Quá trình bắt đầu bằng việc khuấy trộn nước thải chưa xử lý với bùn tuần hoàn, sau đó được đưa vào bể phản ứng kín để phân hủy sinh học, tuyệt đối không cho không khí lọt vào.
Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước được đưa vào bể lắng hoặc tuyển nổi; nước trong sau lắng được xả ra nguồn tiếp nhận nếu đạt yêu cầu, còn nếu chưa đạt sẽ được xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí Aeroten hoặc lọc sinh học Bùn kị khí sau khi lắng được hồi lưu để nuôi cấy trong nước thải mới Lượng sinh khối vi sinh vật kị khí thấp nên bùn dư thừa ra rất ít.
Các công nghệ xử lý nước thải ngành công nghiệp sản xuất kim loại
Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ HTXLNT Thuyết minh quy trình:
Nước thải từ các công đoạn sản xuất của nhà máy được thu gom về bể tiếp nhận tập trung để bắt đầu chu trình xử lý nước thải công nghiệp Tiếp đó, ta đặt song chắn rác nhằm giữ lại chất thải rắn và cặn có kích thước lớn, giúp tránh ảnh hưởng tới các công trình xử lý phía sau Sau khi loại bỏ được chất thải rắn, nước thải được bơm sang bể điều hòa để cân bằng lưu lượng và nồng độ ô nhiễm, chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý tiếp theo trong hệ thống xử lý nước thải.
Trong hệ thống xử lý nước thải, bể điều hòa có tác dụng điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, làm nền tảng cho các quá trình xử lý tiếp theo Bể được trang bị hệ thống cánh khuấy ngầm giúp trộn đều nước thải, ngăn ngừa lắng cặn và tích tụ dưới đáy, đồng thời có hệ thống sục khí để tăng hiệu quả xử lý Từ bể điều hòa, nước thải được bơm sang bể phản ứng, nơi nước thải được đo lường và điều chỉnh pH phù hợp cho phản ứng keo tụ bằng cách châm nước thải và acid H2SO4 và trộn đều Trong bể phản ứng, cánh khuấy nhanh được lắp đặt nhằm đảm bảo sự đồng nhất của nước thải và tối ưu quá trình keo tụ.
Nước thải từ bể phản ứng được bơm sang bể keo tụ và tạo bông, đây là giai đoạn then chốt quyết định hiệu quả xử lý nước thải Phèn nhôm được sử dụng để thực hiện phản ứng keo tụ; để tăng độ liên kết của các kết tủa, Ca(OH)2 được bổ sung vào ngăn phản ứng Sau khi keo tụ diễn ra, nước tiếp tục chảy sang ngăn tạo bông, nơi polymer được thêm vào nhằm liên kết các kết tủa thành các hạt bông lớn hơn và bền vững.
Sau quá trình keo tụ và tạo bông, nước thải được chảy qua bể lắng để tách riêng cặn và nước Cặn mới hình thành lắng xuống đáy bể rồi được dẫn tới bể chứa bùn, sau đó bùn được đem đi chôn lấp an toàn Phần nước thải trên bề mặt chảy qua bể trung gian nhằm điều hòa lưu lượng cho các bước xử lý phía sau.
Từ bể trung gian, nước thải được bơm tiếp sang bể trao đổi ion Tại đây, các ion kim loại còn lại sẽ được xử lý và giữ lại trên vật liệu trao đổi ion, đảm bảo chất lượng nước cho quá trình xử lý và cho các bước xử lý tiếp theo.
Sau khi qua bể trao đổi ion, nước thải chảy về bể chứa nước sau xử lý rồi mới thải ra nguồn tiếp nhận.
ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN GANG THÉP
Các thông số thiết kế
+ Nước sau xử lý phải đạt QCVN 52 : 2013/BTNMT cột B và QCVN 40 : 2011/BTNMT cột A.
+ Chế độ xả nước thải: lưu lượng thải ổn định.
+ Trạm xử lý tập trung hoạt động liên tục.
+ Chọn lưu lượng nguồn tiếp nhận nước thải là 100m3/s nên Kq = 1.
Với công suất xử lý Q = 3000 m³/ngđ (tương đương 125 m³/h), hệ thống có hệ số Kf = 1,2 Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải sản xuất thép không gỉ khi thải vào nguồn nước tiếp nhận được tính bằng công thức Cmax = C × Kq × Kf.
Số liệu thành phần tính chất nước thải:
Bảng 3.1: Thành phần nước thải sản xuất của nhà máy để thiết kế HTXL
Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ
Cơ sở đề xuất công nghệ
+ Phù hợp với công suất của trạm xử lý.
+Thành phần, tính chất nước thải và mức độ cần xử lý.
Mức phát sinh và xử lý bùn cặn.
Khả năng tận dụng các công trình có sẵn.
Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất khu vực xây dựng.
Chi phí đầu tư, xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì.
Đề xuất, phân tích và lựa chọn công nghệ
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ 1
Trong quá trình sản xuất, nhà máy thải ra ba nguồn nước thải chính gồm nước thải từ làm mát ở công đoạn hàn, nước thải từ công đoạn dập bụi và nước thải quá trình tẩy gỉ, được tập trung về bể điều hòa để xử lý ban đầu Nước thải được trung hòa bằng Ca(OH)2 khi có tính axit cao hoặc bằng H2SO4 khi có tính kiềm cao Từ bể điều hòa, nước thải được bơm sang bể keo tụ - tạo bông, tại đây cho phèn nhôm và polymer bằng bơm định lượng để hình thành các bông cặn, có khả năng bắt dầu mỡ và các ion kim loại, và được loại bỏ tại bể lắng đứng số 1 Để khử hàm lượng kim loại nặng, nước thải được đưa qua hệ thống bể phản ứng gồm ba bể.
Trong Bể phản ứng 1, nước thải được hòa trộn đồng thời với dung dịch Ca(OH)2 và pH được điều chỉnh về 7–7,5 nhờ hệ thống bơm định lượng hóa chất kết hợp với đồng hồ đo pH Quá trình này nhằm trung hòa axit và thiết lập độ kiềm tối ưu cho các bước xử lý tiếp theo Phản ứng xảy ra như sau: Ca(OH)2 phân ly thành Ca2+ và OH-, OH- sẽ trung hòa các hợp chất axit trong nước thải, làm tăng pH và dẫn đến kết tủa một số chất vô tan; qua đó nước thải được chuẩn bị cho giai đoạn xử lý tiếp theo với hiệu quả cao Toàn bộ quá trình được giám sát liên tục bằng cảm biến pH và hệ thống điều khiển, đảm bảo duy trì mức pH ổn định trong khoảng 7–7,5 và an toàn cho quy trình xử lý nước thải.
Sau đó nước thải chảy qua bể lắng 2 để lắng cặn kết tủa sắt.
Trong bể phản ứng 2, nước thải được hòa trộn với dung dịch Na2S2O5 và H2SO4 nhờ các bơm định lượng hóa chất, tạo môi trường axit có pH từ 2 đến 3 Tại đây Cr6+ được khử thành Cr3+ thông qua phản ứng khử tương ứng, giúp làm giảm nồng độ và độc tính của chromium trong nước thải.
Trong quy trình xử lý nước thải, nước thải được đưa qua bể phản ứng số 3 Tại đây, nước thải được hòa trộn với dung dịch Ca(OH)2 nhờ bơm định lượng hóa chất để điều chỉnh pH xuống khoảng 9–10, giúp các kim loại nặng kết tủa và dễ loại bỏ.
�� 2+ + 2�� − → ��(��)2 ↓ Ở bể phản ứng 3: Cr, Cu và Zn kết tủa nhanh và ít bị hòa tan.
Quy trình xử lý nước thải bắt đầu khi nước thải được kết tủa và chảy vào bể lắng số 3, nơi kim loại kết tủa lắng xuống đáy và được loại bỏ Nước tiếp tục qua bể chứa trung gian rồi được bơm vào bể lọc áp lực có lớp cát, sỏi và than để loại bỏ cặn lơ lửng, dầu mỡ và các kết tủa kim loại còn sót lại, đồng thời ion kim loại nặng được hấp phụ bởi than hoạt tính Quá trình tuần hoàn nước diễn ra từ bể chứa nước về bể lọc để thực hiện rửa lọc; nước sau rửa lọc chảy về bể điều hòa để tiếp tục xử lý.
Bùn từ các bể lắng được bơm sang bể nén bùn và qua máy ép bùn để tạo thành các bánh bùn, sau đó được đưa đi xử lý an toàn Nước thải từ bể nén bùn và máy ép bùn được tuần hoàn về bể điều hòa để tiếp tục xử lý.
Nước thải sau bể lọc áp lực chảy qua bể chứa đạt QCVN 40:2011/BTNMT (cột A) và QCVN 52:2013/BTNMT
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ 2 Thuyết minh công nghệ:
Trong quá trình sản xuất, nhà máy thải ra ba loại nước thải chính: nước thải từ làm mát công đoạn hàn, nước thải từ công đoạn dập bụi và nước thải từ quá trình tẩy gỉ Tất cả nước thải được tập trung về bể điều hòa để điều hòa lưu lượng trước khi đưa vào hệ thống xử lý nước thải Việc xử lý nước thải được thực hiện bằng cách trung hòa pH: dùng Ca(OH)2 khi nước thải có tính axit cao và dùng H2SO4 khi nước thải có tính kiềm cao.
Quá trình xử lý nước thải bắt đầu khi nước từ bể điều hòa được bơm sang bể keo tụ tạo bông, nơi phèn sắt và polymer được bổ sung bằng bơm định lượng để hình thành các bông cặn Các bông cặn này kết dính dầu mỡ và một số ion kim loại, được loại bỏ tại bể lắng đứng Nước sau đó được đưa sang bể lọc chậm để loại bỏ cặn lơ lửng và dầu mỡ còn lại, đồng thời các ion kim loại nặng được hấp phụ một phần bằng than hoạt tính Quá trình tuần hoàn nước từ bể chứa về bể lọc để thực hiện rửa lọc, nước sau rửa lọc chảy về bể điều hòa để tiếp tục xử lý.
Bùn từ các bể lắng được bơm sang bể nén thông qua máy ép bùn, hình thành các bánh bùn và được đem đi xử lý an toàn Phần nước từ quá trình ép bùn được tuần hoàn về bể điều hòa để xử lý tiếp, đảm bảo hiệu quả và an toàn cho hệ thống.
Sau đó nước thải được đưa vào bể trao đổi ion để loại bỏ các ion kim loại
Xử lý nước thải bằng hệ thống cột trao đổi ion loại bỏ Cr(VI), Fe3+, Cu2+ và Zn2+ Các cột trao đổi ion được hoàn nguyên bằng dung dịch NaOH để tái sinh chất trao đổi ion và duy trì hiệu quả xử lý Nước thải sau bể trao đổi ion được chảy qua bể chứa và đạt các yêu cầu của QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 52:2013/BVNMT, với cột A đảm bảo sự tuân thủ quy chuẩn và an toàn môi trường.
3.3.3 So sánh hai phương án:
Bảng 3 2 So sánh 2 công nghệ xử lý Điểm khác nhau Ưu điểm Nhược điểm
Bể phản ứng Đơn giản, dễ xây dựng vận hành và bảo trì.
Hóa chất kết tủa dễ kiếm, rẻ tiền.
Xử lý cùng lúc được nhiều kim loại, hiệu quả cao.
Tạo ra bùn thải kim loại, tốn chi phí xử lý bùn.
Bể lọc áp lực Đơn giản, dễ thi công Tốc độ lọc lớn, tiết kiệm diện tích.
Không kiểm soát được lượng cát mất đi khi rửa lọc.
Khi mất điện đột ngột xảy ra tình trạng rửa ngược cát
Muối nhôm ít độc, sẵn có trên thị trường và khá rẻ. Đơn giản dễ kiểm soát.
Làm giảm pH, phải dùng hóa chất điều chỉnh pH.
Dùng thêm chất trợ keo tụ và trợ lắng.
Bể trao đổi ion Xử lý triệt để và xử lý có chọn lựa đối tượng.
Nhựa ion có thời gian sử dụng lâu dài, tái sinh được nhiều lần với chi phí thấp, năng lượng tiêu tốn nhỏ
Chi phí đầu tư và vận hành khá cao thường sử cho các trường hợp đòi hỏi xử lý cao.
Các hợp chất hữu cơ tồn tại trong nước và ion Fe3+ có xu hướng bám dính lên hạt nhựa trao đổi ion, tạo lớp phủ trên bề mặt nhựa và làm giảm khả năng trao đổi ion của hệ nhựa, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước và tuổi thọ của nhựa trao đổi ion.
Bể lọc chậm Hiệu quả cao.
Quản lý, vận hành đơn giản
Diện tích xây dựng lớn Quản lý vận hành thủ công
Phèn sắt Liều lượng dùng ít hơn
Bảo quản dễ dàng Ăn mòn đường ống mạnh Lượng bùn tạo ra nhiều
Trong quá trình so sánh hai phương án cho hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất thép, phương án 1 cho thấy nhiều ưu điểm và phù hợp với các yếu tố yêu cầu của nhà máy Với lưu lượng nước thải 3000 m3/ngđ, phương án 1 được chọn là giải pháp tối ưu để xây dựng hệ thống xử lý nước thải.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Song chắn rác
Quy trình xử lý nước thải bắt đầu khi nước thải đi qua song chắn rác, nơi các tạp chất có kích thước lớn như túi linon, vỏ hộp và lá cây được giữ lại để ngăn tắc và mài 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 toàn bộ hệ thống xử lý nước thải Việc tính toán song chắn rác được thực hiện nhằm xác định kích thước và vị trí cửa chắn, đảm bảo lưu lượng phù hợp, tối ưu hiệu quả loại bỏ rác và bảo vệ các thiết bị trong hệ thống.
- Chọn loại song chắn có kích thước khe hở b = 16 mm
- Tiết diện song chắn hình chữ nhật có kích thước: s × 1 = 8 ×50 mm
- Chiều sâu lớp nước ở song chắn rác lấy bằng chiều cao của cống dẫn nước thải: chọn h = 0,1 m
Trong đó: n: số khe hở Kz = 1,05 – Hệ số tính đến mức cản trở dòng thải Vs: tốc độ nước chảy qua song chắn rác ( 0,4 -0,8 m/s ) ; chọn v = 0,6
- Chiều rộng của song chắn rác:
Trong đó S là chiều dày thanh song chắn rác = 0,008 m =8 mm
- Tổn thất áp lực qua song chắn rác:
Trongđó: vmax : vận tốc nước thải song chắn ứng với Qmax, vmax =0.6 m/s k: hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, k= 2 ÷ 3, chọn k= 3
Hệ số tổn thất áp lực cục bộ, tính theo công thức:
Với α góc nghiêng đặt song chắn rác, chọn α=60 0 β: hệ số phụ thuộc hình dạng của thanh đan, β= 2,42 Vậy:
- Chiều dài mở rộng trước song chắn rác:
Bs: chiều rộng của song chắn rác
Bk: bề rộng mương dẫn, chọn Bk = 0.2m φ: góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy φ = 20 0
- Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác:
- Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác:
Ls: chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls= 1.5(m)
- Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác
H = h1 + hs + hbv = 0,1 + 0,045 + 0,5 = 0,64 (m) hbv: là chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0.5(m)
Bảng 4.1 Các thông số thiết kế của song chắn rác
STT Thông số Đơn vị Giá trị tính toán
1 Chiều rộng song chắn rác m 1,79
2 Chiều dài xây dựng mương m 4,77
4 Số thanh song chắn Thanh 74
8 Kích thước khe hở mm 16
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
Sau bể điều hòa có khả năng giảm được 5% BOD, 5% COD, 15% SS vậy hàm lượng BOD, COD, SS sau bể điều hòa là:
SS = 85% 70 = 59.5% (mg/l) b Tính toán bể điều hòa:
- Chọn thời gian lưu nước thải trong bể là 4 giờ
- Lưu lượng nước thải lớn nhất theo ngày:
Với k: hệ số điều hòa ngày k= 1.15 -1.3; chọn k= 1.2
- Thể tích bể điều hòa:
- Thể tích thực của bể điều hòa: Vtt =Vđh × k = 600×1,2 r0(m 3 )
( theo bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn )
- Chọn bể hình chữ nhật, chiều dài bể: L m, chiều rộng bể B= 14m
- Chiều cao xây dựng của bể điều hòa: Hxd = H +Hbv = 4 +0,5 = 4,5 (m) Với: H: chiều cao công tác của bể, H = 4 m Hbv =0,5 m là chiều cao an toàn
- Thể tích thiết kế: Vtk = L × H × B = 20×4,5 ×14= 1260 (m 3 )
Tính toán hệ thống khuấy trộn cho bể điều hòa:
Thiết bị khuấy trộn đóng vai trò hòa trộn nhằm đồng đều nồng độ chất ô nhiễm trên toàn bộ thể tích bể và ngăn ngừa cặn lắng, đồng thời pha loãng nồng độ các chất độc hại để tăng hiệu quả của các công trình xử lý sinh học phía sau Việc khuấy trộn giúp phân bố chất ô nhiễm đồng đều, giảm nguy cơ tích tụ ở vùng riêng lẻ và duy trì quy trình xử lý sinh học ổn định hơn Đề tài lựa chọn hệ thống sục khí làm thiết bị khuấy trộn trong bể điều hòa.
- Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa:
Trong đó: qkk : tốc độ cấp khí trong bể điều hòa, qkk = 0,01-0,015 m3/m3.phút, chọn qkk = 0,015 m3/m3.phút ( theo Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai ).
Chọn hệ thống nhựa PVC có đục lỗ, hệ thống gồm 1 ống chính, 4 ống nhánh với chiều dài mỗi ống là 8 m, đặt cách nhau 0,8 m.
- Đường kính ống chính dẫn khí vào bể điều hòa: dống chính
Chọn ống có đường kính 126mm
Trong đó: vống : vận tốc khí trong ống, vống= 10 – 15m/s Chọn vống= 12m/s
- Đường kính ống nhánh dẫn khí vào bể điều hòa:
Lượng khí qua mỗi ống nhánh: qống= m 3 /s dống nhánh Chọn ống có dường kính 63(mm)
- Lưu lượng khí qua mỗi đĩa:
- Chọn đĩa phân phối có đường kính 300mm
- Chọn vận tốc khí đi qua 1 đĩa phân phối là v= 6-8 m/h; chọn v=7m/h
Chọn số đĩa là 30 đĩa
Xác định công suất máy thổi khí: Áp lực của khí nén:
Với Hd: áp lực cần thiết cho hệ thống ống khí nên được xác định theo công thức:
Trong đó : hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m) hc: tổn thất cục bộ của ống phân phối khí, hd + hc ≤ 0,4 m, chọn hd +hc = 0,4 m hf: tổn thất qua hệ thống phân phối khí, hf ≤ 0,5 m, chọn hf =0,5 m H: độ ngập sâu của ống phân phối khí, lấy bằng chiều cao hữu ích của bể điều hòa,
- Công suất máy nén khí được tính theo công thức:
Trong đó: Qkhí: lưu lượng khí cung cấp cho bể, Qkhí = 194,4 m 3 η: hiệu suất máy nén khí, chọn η = 85 %
Tính bơm để bơm nước thải:
- Công suất của bơm được tính theo công thức:
Với: Q: lưu lượng nước thải, m 3 /h.
H: chiều cao cột áp toàn phần, H = 8 m H2O. ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m 3 η: hiệu suất bơm, % Chọn η= 85%
- Công suất thực tế của máy bơm:
Chọn 2 bơm có công suất 3.20 Kw ( 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng )
Bảng 4.2 Các thông số thiết kế bể điều hòa
STT Thông số Đơn vị Giá trị tính toán
4 Đường kính ống nhánh mm 63
5 Đường kính ống chính mm 126
7 Công suất máy nén khí Kw/h 0,025
Bể phản ứng tạo bông cơ khí
Để đạt hiệu quả keo tụ và tạo bông tối ưu, cần tạo điều kiện thuận lợi cho các hạt keo phân tán trong nước sau quá trình pha trộn với phèn mất ổn định để chúng va chạm, kết dính lại với nhau và hình thành các bông cặn có kích thước đủ lớn để lắng xuống trong bể lắng Bước tính toán bể phản ứng tạo bông sẽ điều chỉnh thông số vận hành và dung lượng để đảm bảo quá trình hình thành bông diễn ra ổn định và hiệu quả, từ đó nâng cao chất lượng nước sau xử lý.
1 Thể tích bể phản ứng:
Với t: Thời gian lưu nước t = 10 – 30 phút, chọn t = 30 phút.
Bể phản ứng chia làm 3 buồng bằng các vách ngăn hướng dòng nước theo phương thẳng đứng, kích thước chiều rộng và chiều cao mỗi buồng BxH = 0,7 x 0,7m.
2 Tiết diện ngang dòng chảy trong 1 buồng:
3 Chiều dài bể phản ứng:
Để thiết kế bể với vách ngăn đúng kích thước, chọn kích thước vách ngăn bằng với chiều rộng và chiều cao của bể và xác định độ dày vách ngăn là 0,05 m Do đó, tổng chiều dài bể được tính bằng công thức L = 10 × 3 + 0,05 × 2 = 30,1 m, cho thấy sự ảnh hưởng của chiều dài nội thất và độ dày vách ngăn đối với kích thước tổng thể của bể.
5 Chiều cao an toàn của bể:
Thể tích buồng thứ nhất: W = 0,7x0,7x0,7 = 0,343 m3, tốc độ khuấy m1 13,5 vòng/phút.
Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước:
Năng lượng cần để quay cánh khuấy:
- R = lc: chiều dài của một cánh khuấy (m).
- m: tốc độ quay cánh khuấy của máy (vòng/phút).
- F: tiết diện của cánh khuấy (m).
- Cb: hệ số sức cản của nước chọn theo l/b (Theo Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai).
Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m 3 nước thải trong bể trộn:
Thể tích buồng thứ hai: W = 0,7x0,7x0,7 = 0,343 m3, tốc độ khuấy m2
Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước:
Năng lượng cần để quay cánh khuấy:
- R = lc: chiều dài của một cánh khuấy (m).
- m: tốc độ quay cánh khuấy của máy (vòng/phút).
- F: tiết diện của cánh khuấy (m).
- Cb: hệ số sức cản của nước chọn theo l/b (Theo Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai).
Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m 3 nước thải trong bể trộn:
Thể tích buồng thứ ba: W = 0,7x0,7x0,7 = 0,343 m3, tốc độ khuấy
Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước:
Năng lượng cần để quay cánh khuấy:
- R = lc: chiều dài của một cánh khuấy (m).
- m: tốc độ quay cánh khuấy của máy (vòng/phút).
- F: tiết diện của cánh khuấy (m).
- Cb: hệ số sức cản của nước chọn theo l/b (Theo Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai).
Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m 3 nước thải trong bể trộn:
Tính toán vách ngăn hướng dòng
Trong ngăn phản ứng đặt 2 tấm vách ngăn hướng dòng, khoảng cách giữa các vách ngắn là 0,7m.
Kích thước vách ngăn bằng kích thước của ngăn phản ứng, BxH 0,7x0,7 = 0,49 m 2 ; độ dày của vách ngăn là 0,05m.
Vận tốc không lắng trong bể tạo bông ≥ 0,4 m/s.
Tổng diện tích lỗ trên vách ngăn thứ nhất (chọn v =0,45 m/s):
Chọn 2 lỗ, diện tích mỗi lỗ là 6,5.10 -4
Chọn lỗ hình vuông, kích thước mỗi lỗ là axa = 0,03 x 0,03m
Tổng diện tích lỗ trên vách ngăn thứ nhất (chọn v =0,4 m/s):
Chọn 2 lỗ, diện tích mỗi lỗ là 7,5.10 -4
Chọn lỗ hình vuông, kích thước mỗi lỗ là axa = 0,03 x 0,03m
ống dẫn nước vào và ra của bể tạo bông:
Đường kính ống dẫn nước thải vào của bể tạo bông:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải vào bể tạo bông là ống nhựa HDPE có D
= 25mm, chiều dày ống 2mm.
- v: vận tốc chảy trong ống (1 – 1,5 m/s), chọn v = 1 m/s. Ống dẫn nước ra lấy bằng ống dẫn nước vào của bể tạo bông D = 25mm.
Bảng 4 4 Thông số thiết kế bể phản ứng tạo bông
Thông số Đơn vị Giá trị
Thời gian lưu nước Giờ 0,5
Chiều dài m 0,7 Độ dày m 0,05 Đường kính ống dẫn nước ra mm 25
Bể lắng đứng 1
Diện tích tiết diện ống trung tâm: F = = = 1,16 (m 2 )
Q: lưu lượng nước thải, m 3 /ngày đêm
Vtt: Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30mm/s.
Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng:
Trong đó: v là tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v
Đường kính của bể lắng:
Chọn đường kính của bể lắng đứng là 9,4m = 9400mm.
Diện tích bể lắng trong mặt bằng:
Đường kính của ống trung tâm:
Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng
Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 3,6m.
Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe:
Đường kính tấm hắt: dh = 1,3dl = 1,3 x 0,216 = 0,3m.
Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17 0
Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục:
Trong đó: vk là tốc độ dòng chảy qua khe hở giữa miệng ống loe trung tâm và bề mặt tấm hắt, �� ≤ 20��/� Chọn vk = 20mm/s 0,02m/s.
Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng :
Với ℎ0 = 0,5� là chiều cao từ mực nước đến thành bể.
Tính toán lượng bùn sinh ra
Hiệu quả khử SS trong bể lắng 2 có chất keo tụ tạo bông, h = 85%.
Hàm lượng SS đầu ra của bể lắng 1:
Lượng bùn khô sinh ra mỗi ngày:
Kết tủa Al(OH)3 sinh ra:
Lượng kết tủa Al(OH)3 sinh ra:
Lượng bùn sinh ra mỗi ngày:
Giả sử bùn tươi của nước thải có hàm lượng cặn 5% ( độ ẩm 95%), tỉ số MLVSS: MLSS = 0,8 và khối lượng riêng của bùn tươi là 1,053 kg/l.
Vậy lượng bùn sinh ra mỗi ngày là:
Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học:
Tính bơm bùn đến bể nén bùn: bơm 10 phút/ngày N = = = 0,29 (Kw)
Qt : lưu lượng bùn bơm đến bể nén bùn, m3 /s
H: chiều cao cột áp toàn phần, H = 10mH2O ρ : khối lƣợng riêng của bùn, ρ = 1053 kg/m3 g: gia tốc trọng trường, g 9,81 m/s2 η : hiệu suất của bơm, η = 73% - 90% Chọn = 80%
Công suất thực tế của máy bơm: Ntt = 1,2 N = 1,2 0,29= 0,348 (kw)
Chọn 1 bơm công suất 0,348kw để bơm bùn đến bể nén bùn.
Bể nén bùn
Bể nén bùn đóng vai trò then chốt trong hệ thống xử lý nước thải bằng cách làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư thông qua lắng và nén cơ học Quá trình này tách nước ra khỏi bùn hoạt tính dư một cách hiệu quả và làm tăng nồng độ rắn, chuẩn bị bùn cho các bước xử lý tiếp theo Mục tiêu của bể nén bùn là đạt độ ẩm khoảng 95-97%, đảm bảo bùn sau nén có độ đặc phù hợp phục vụ cho quá trình xử lý bùn phía sau.
Bể nén bùn tương đối giống bể lắng ly tâm; tại đây bùn được tách nước để giảm thể tích Bùn loãng (hỗn hợp bùn – nước) được đưa vào qua ống trung tâm ở tâm bể Dưới tác dụng của trọng lực, bùn sẽ lắng và kết chặt lại Sau khi nén, bùn được rút ra khỏi bể bằng bơm hút bùn (bơm hút bùn B) Tính toán bể nén bùn.
Lưu lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:
Với M là tải lượng bùn ở bể lắng
-Diện tích của bể nén bùn đứng được tính theo công thức:
Trong đó, m là tải trọng cặn trên bề mặt bể cô đặc cặn trọng lực đối với hỗn hợp cặn từ bể lắng, với giá trị từ 39–78 kg/m2 ngày; và theo khuyến nghị, m được chọn bằng 70 kg/m2 ngày Tham khảo cho thông số này là Trịnh Xuân Lai trong cuốn Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống xử lý nước thải.
Chiều cao phần lắng của bể nén bùn: h = v t = 0,05 10 10-3 3600 = 1,8 (m)
Một số tham số cho quá trình xử lý nước thải được xác định như sau: vận tốc nước bùn v = 0,05 mm/s và thời gian lưu bùn t = 10 giờ, tham chiếu từ PGS-TS Hoàng Huệ, Giáo trình xử lý nước thải ĐHKTHN (bảng 3-14).
-Đường kính của bể nén bùn:
Chiều cao buồng phân phối trung tâm: h = 0,6 1,8 = 0,6 1,8 = 1,08 (m)
- Đường kính buồng phân phối trung tâm: d = 0,25 D = 0,25 1,94 = 0,485 (m )
-Đường kính ống trung tâm: d = 0,1 × D = 0,1 × 1,4 = 0,14 (m)
-Đường kính phần loe của ống trung tâm: d1 = 1,35 ×d = 1,35 × 0,14 = 0,189(m)
Máng thu nước đặt vòng tròn theo thành bể, cách thành bể 0,3 m
-Đường kính máng thu nước: Dm = 0,8× D = 0,8 × 1,94 = 1,552 (m)
-Chiều dài máng thu nước: Lm = π × D = π × 1,94 = 6,09(m)
Tải trọng thu nước trên một mét dài máng:
Lưu lượng bùn đưa đến bể nén bùn:
Vc: lưu lượng bùn xả ra hằng ngày của bể lắng I, (m3/ngày).
-Lượng nước tách ra khỏi bùn: 99,2% - 97% = 2,2%
-Lượng bùn sau khi nén:
Vc : lưu lượng bùn chuyển tới bể nén bùn (m3/h)
Tính công suất bơm bùn
Thời gian hút bùn 20 phút, 8h lấy bùn 1 lần.
Chọn cặp bơm hút bùn 2 Hp.
Q : lưu lượng bùn sau khi nén (m3/s).
H : chọn cột áp của bơm 8 m. η : hiệu suất của bơm chọn = 0,8. ρ : khối lượng riêng của bùn nén, ρ 00 (kg/m3).
Hình 4.10 Bản vẽ bể nén bùn
Sân phơi cát
Để dễ dàng vận chuyển cát đi chôn lấp, cần làm ráo nước khỏi hỗn hợp cát và nước Nước từ sân phơi cát được đưa về bể điều hòa để cân bằng và xử lý trước khi tái sử dụng hoặc xả thải Phần b của báo cáo tiến hành tính toán các tham số thiết yếu như lưu lượng nước, tỷ lệ nước trên cát và dung tích bể điều hòa nhằm tối ưu hóa quá trình dewatering và chi phí vận hành.
Chọn: chiều dài của sân phơi cát Ls = 3m
Chiều cao của sân phơi cát H = 0,03m
Thời gian phơi cát = chu kỳ xả cát = 1 ngày đêm
Thể tích cát Wc = 0,15 m 3 /ngày đêm
Chiều rộng của sân phơi cát:
Vậy diện tích của sân phơi cát là: = 3 1,667 = 5 ()
TÍNH TOÁN KINH TẾ
Chi phí đầu tư xây dựng
Dựa trên kết quả tính toán các thông số của từng đơn vị trong công trình xử lý nước thải, đề tài đã thực hiện ước tính chi phí cho hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản với công suất 3500 m3/ngày-đêm Quá trình tính toán nhấn mạnh việc xác định hiệu suất, tiêu hao năng lượng và yêu cầu thiết bị ở mỗi đơn vị xử lý để đảm bảo chất lượng nước thải đạt chuẩn và tối ưu chi phí đầu tư cũng như vận hành Kết quả cho thấy tổng mức đầu tư và chi phí vận hành phù hợp với quy mô 3500 m3/ngày-đêm, cung cấp cơ sở dữ liệu cho quyết định đầu tư, lập kế hoạch tài chính và đánh giá hiệu quả kinh tế của dự án xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản.
Kết quả thực tế chi phí xây dựng được thể hiện trong bảng 5.1, 5.2 , 5.3
Chi phí xây dựng công trình
Bảng 5.1 Bảng tính toán chi phí xây dựng
Thể tích (m 3 ) Số lượng Đơn giá (VNĐ/m 3 ) Thành tiền
3 Bể phản ứng tạo bông
8 Bể lọc áp lực 217kg 1 12.000/kg thép 2.600.000
Bảng 5.2 Bảng tính toán chi phí thiết bị
STT Thiết bị SL Đơn giá
Bơm chìm HCP A – 05l 2 4.000.000 8.000.000 Đĩa thổi khí EDI bọt tinh TL
Bơm định lượng Doseuro SMC
Bơm định lượng Doseuro SMC
3 Bể phản ứng tạo bông
Bơm bùn Ebara DWO 150 3 15.000.000 45.000.000 Ống trung tâm + máng răng cưa 3 5.000.000 15.000.000
Bơm định lượng Doseuro SMC
Bơm định lượng Doseuro SMC
Bơm định lượng Doseuro SMC
Bơm ly tâm trục ngang đầu gang một tầng cánh Ebara,
Bơm bùn Ebara DWO 150 1 15.000.000 15.000.000 Ống trung tâm + máng răng cưa 1 3.000.000 3.000.000
9 Máy ép bùn băng tải NBD –
Phí dự phòng 5% tổng phí thiết bị 15.200.000
Tổng chi phí thiết bị 318.825.000
Chi phí vận hành hệ thống
Chi phí 1 m 3 nước bao gồm: Chi phí điện, chi phí hoá chất và chi phí nhân công Thời gian hoạt động của hệ thống trong 1 ngày là 24 giờ
Lượng nước thải xử lý được trong 1 ngày là: Q = 50 m 3 /ngày. a Chi phí điện:
Với số lượng bơm hoạt động,nhu cầu thắp sáng và sinh hoạt ước tính điện năng tiêu thụ là 1000 kw/ngày.
Giá cung cấp điện công nghiệp: 3000 đồng /kw
Vậy chi phí điện năng cho một ngày vận hành:
Tđ = 1000 × 3000 =3.000.000 (đồng/ngày ) => 1.095.000.000(đồng/năm)
Số lượng nhân viên: 5 người, 3 công nhân và 2 kỹ sư
Công nhân : 4.500.000 đồng /người /tháng
Kỹ sư : 6.000.000 đồng /người /tháng
Chi phí tổng cộng: Tnc = (3× 4.500.000) +(2×6.000.000) = 25.500.000 (đồng /tháng ) 06.000.000(đồng /năm) c.Chi phí bảo dưỡng máy móc thiết bị
Chi phí bảo dưỡng hàng năm ước tính bằng 1% tổng số vốn đầu tư vào công trình xử lý
Tbd = 1% × 3.318.020.000= 33.180.200(đồng /năm ) d.Giá thành xử lý 1m 3 nước thải
Tổng chi phí xử lý:
TTC = Giá thành cho 1 m 3 nước thải:
Với giá thành tính được như trên hoàn toàn có khả thi để áp dụng vào thực tế.