Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải tinh bột sắn

Ngành xử lí nước thải tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp có bề dày truyền thống ở nước ta.. Ngành công nghiep xử lí nước thải tinh bột sắn là là ngành đang phát triển nhan

Ngành xử lí nước thải tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp có bề dày truyền thống ở nước ta Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành lí nước thải tinh bột sắn có nhiều thay đổi, ngày càng nhiều xí nghiệp nhà máy ra đời, trong đó có xí nghiệp thuộc thành phần kinh tế ngoài quốc doanh, liên doanh và 100% vốn đầu tư nước ngoài Ngành công nghiep xử lí nước thải tinh bột sắn là là ngành đang phát triển nhanh chóng do có sự đầu tư của trong và ngoài nước Trong điều kiện nền kinh tế hiện nay, công nghiệp xử lí nước thải tinh bột sắn chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đóng góp đáng kể vào ngân sách nhà nước nguồn giải quyết công ăn việc làm cho nhiều lao động Xử lí nước thải tinh bột sắn là loại hình công nghiệp đa dạng về chủng loại sản phẩm và có sự thay đổi về nguyên liệu, đặc biệt là nguồn nguyên liệu là củ sắn tươi.

II.NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Tổng quan về ngành công nghiệp cần xử lý nước thải: Tình hình sản xuất và thành phần tính chất nước thải cũng như dự trù nguồn phái thải trong dây chuyền sản xuất

Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải hiện nay

Dây chuyền công nghệ hệ thống xử lý nước thải và thuyết minh dây chuyền

Thuyết minh chi tiết các công trình đơn vị đã giao

Tính toán sơ bộ mạng lưới thu gom nước thải trong nhà máy

Bản vẽ chi tiết các công trình đơn vị

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC THẢI TINH BỘT SẮN

ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC THẢI TINH BỘT SẮNCác thành phần hữu cơ như tinh bột, protein, xenluloza, pectin, đường có trong nguyên liệu củ sắn tươi là nguyên nhân gây ô nhiễm cao cho các dòng nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn Nước thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trưng: pH thấp, hàm lượng chất hữu cơ

và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), TSS rất cao, các chất dinh dưỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao và trong thành phần của vỏ sắn và lõi củ sắn có chứa Cyanua (CN-) một trong những chất độc hại có khả năng gây ung thư

Nồng độ ô nhiễm của nước thải thể hiện cụ thể ở bảng sau

Bảng chất lượng nước thải sản xuất bột sắn

Stt Chỉ Tiêu Đơn vị Giá Trị

QCVN 24:2009, cột B

Tính chất nước thải ngành tinh bột sắn

STT Chỉ tiêu Đơn vị Bể rửa, bóc vỏ và băm nhỏ Sàng, Lọc Tổng hợp

Tính chất nước thải ngành tinh bột mì mang tính chất acid và cĩ khả năng phân hủy sinh học Đặc biệt với loại nước thải này là trong khoai mì cĩ chứa HCN là một acid cĩ tính độc hại Khi ngâm khoai mì vào trong nước HCN

sẽ tan vào trong nước và theo nước thải ra ngồi

III ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT SẮN

• Lựa chọn công nghệ

1) Cơ sở lựa chọn công nghệ

Việc lựa chọn chọn công nghệ dựa vào các yếu tố cơ bản sau đây

Công suất của trạm xử lý

Thành phần và đặc tính của nước thải

Tiêu chuẩn xả nước thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng

Phương pháp sử dụng cặn

Khả năng tận dụng các công trình có sẳn

Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựngKhả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý

Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác

Nước thải trước xử lý

Các thông số thiết kế

3 COD mg/l 1300

Nước thải sau xử lý: Đạt tiêu chuẩn TCVN 5945-2005 (loại B)

STT Thông số Đơn vị TCVN 5945 -2005 (loại

I Lựa chọn công nghệ

1) Cơ sở lựa chọn công nghệ

 Việc lựa chọn chọn công nghệ dựa vào các yếu tố cơ bản sau đây

• Công suất của trạm xử lý

• Thành phần và đặc tính của nước thải

• Tiêu chuẩn xả nước thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng

• Khả năng tận dụng các công trình có sẳn

dựng

• Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý

• Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì

 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác

• Nước thải trước xử lý

Các thông số thiết kế

1) Dề xuất dây chuyền công nghệ

a) Sơ đồ dây chuyền công nghệ

a) Thuyết minh sơ đồ công nghệ

• Bể lắng cát: Cĩ nhiệm vụ loại bỏ cát, mảng kim loại,… trong nguyên liệu, trong nước thải vệ sinh nhà xưởng Nước thải từ các khu vực sản xuất theo mạng lưới thốt nước riêng chảy vào

bể lắng cát của trạm xử lý Tại đây, để bảo vệ thiết bị và hệ thống đường ống công nghệ phía sau, song chắn rác thô được lắp đặt trước bể lắng cát để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn ra khỏi nước thải Bể lắng cát giữ lại phần lớn các hạt cát có kích thước lớn hơn 0,2mm bao gồm những hạt cát rời và một phần cát dính trong lớp vỏ gỗ, tránh ảnh hưởng đến máy bơm và thiết

bị ở các công trình sau Trong nước thải chế biến tinh bột sắn thường có hàm lượng cát đáng kể, vì vậy trong công nghệ xử lý cần thiết phải có bể lắng cát Nước thải sau khi qua bể lắng cát

sẽ tự chảy vào hầm tiếp nhận.

Nước thải trước khi đến bể điều hòa sẽ qua lưới chắn rác tinh Lưới chắn rác tinh có nhiệm vụ loại bỏ các sơ sợi sắn, lớp váng bọt nổi và rác có kích thước nhỏ hơn 10mm.

• Bể điều hòa: sự dao động nồng độ và lưu lượng nước thải sẽ ảnh hưởng đến chế độ công tác của mạng lưới và các công trình xử

lý, đặc biệt quan trọng với các công trình hóa lý, sinh học với việc làm ổn dịnh nồng độ nước thải sẽ giúp giảm nhẹ kích thước công trình xử lý hóa lý, đơn giản hóa công nghệ xử lý và tăng hiệu quả xử lý nước thải ở các công trình xử lý Tại bể điều hoà nhờ quá trình khuấy trộn và cấp khí giúp ổn định lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm như: BOD5, COD, pH, CN - …tại đây nước thải được bơm sang bể phản ứng.

• Bể trung hòa: Nước thải ở công nghệ chế biến tinh bột sắn đều

có pH thấp, ở các công đoạn do quá trình lên men axit tinh bột

Do đó, trước khi tiến hành xử lý sinh học (yêu cầu pH từ 6.5 – 8.5) hay quá trình hóa lý thường yêu cầu pH trung tính cần tiến

hành trung hòa để tạo điều kiện thích hợp cho vi sinh phát triển tốt.

• Bể phản ứng: hóa chất keo tụ được châm vào bể với liều lượng nhất định và được kiểm soát chặt chẽ bằng bơm định lượng hóa chất Dưới tác dụng của hệ thống cánh khuấy với tốc độ lớn được lắp đặt trong bể, hóa chất keo tụ được hòa trộn nhanh và đều vào trong nước thải, hình thành các bông cặn nhỏ li ti khắp diện tích bể.

• Bể keo tụ tạo bông: Hỗn hợp nước thải này tự chảy qua bể keo

tụ tạo bông Dưới tác dụng của chất trợ keo tụ và hệ thống motor cánh khuấy với tốc độ chậm, các bông cặn li ti sẽ chuyển động, va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể lắng Hỗn hợp nước và bông cặn ở bể keo tụ tạo bông tự chảy sang bể lắng.

• Bể lắng 1: Bể lắng có chức năng loại bỏ các chất lắng được mà các chất này có thể gây ra hiện tượng bùn lắng trong nguồn tiếp nhận, tách dầu mỡ và các chất nổi khác, giảm tải trọng hữu cơ cho các công trình xử lý phía sau Phần bùn trong nước thải được giữ lại ở đáy bể lắng Lượng bùn này được bơm qua bể chứa bùn.

• Bể Aerotank : Màng sinh học hiếu khí là một hệ VSV tuỳ tiện, ở ngoài cùng của màng là lớp vi khuẩn hiếu khí, lớp sâu bên trong màng là các vi khuẩn kỵ khí Phần cuối cùng của màng là các động vật nguyên sinh và một số các vi khuẩn khác Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxy hoá các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm

nguồn dinh dưỡng và năng lượng Chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, cịn khối lượng của màng sinh học tăng lên Màng vi sinh chết sẽ được cuốn trơi theo nước ra khỏi bể lọc sinh học Để duy trì điều kiện hiếu khí hay kỵ khí trong bể phụ thuộc vào lượng oxy cấp vào Nhưng thực tế trong bể luơn tồn tại 3 quá trình hiếu, thiếu và kỵ khí Do đĩ hiệu quả khử nitơ và photpho của bể lọc tương đối cao.

II Tính toán các công trình đơn vị

Các thong số tính tốn

Lưu lượng Q = 500 m 3 /ngày đêm

Các thông số tính toán

Lưu lượng nước thải trung bình giờ:

Qtbh = Q/24 = 500/24 = 20.833 ( m3/h)

Lưu lượng nước thải trung bình giờ lớn nhất:

Qmaxh = Qtbh×Kh = 20.833 ×2 = 41.667 ( m3/h)

Trong đó: Kh là hệ số vượt tải (1.5 –3.5), chọn Kh = 2

Lưu lượng nước thải trung bình giây lớn nhất:

 Thể tích bể

V = Q maxh × t = 41.667 ×2 = 83.334 ( m3)Với t là thời gian lưu nước, chọn t = 23h

 Diện tích bể là:

Chọn hình dạng bể điều hòa là hình chữ nhật, chiều sâu bể h = 3

m

F = V/h = 83.334 /3 = 27.778 ( m2)Chọn kích thước bể: L B× = 22.3 5 × ( )m

.Chọn chiều cao an toàn 0.5 m vậy chiều cao tổng cộng của bể:

H = 3.5 m

Thể tích xây dựng bể điều hòa:

( )3 22.3 5 3.5 334.5

V = × × =L B H × × = m

 Tính toán lượng không khí cần thiết

vk : tốc độ cấp khí trong bể điều hòa, chọn vk = 0,015 m3/m3.phút (Theo Lâm Minh Triết, bảng 9.7 trang 412 sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp).

V : dung tích bể điều hòa

Chọn hệ thống cấp khí bằng nhựa PVC có đục lổ, hệ thống gồm

3 ống nhánh, các ống nhánh đặt vuông góc với bể và chạy dọc theo chiều dài bể

Khí được cung cấp từ máy khí nén, đi vào ống dẫn chính đặt dọc theo chiều dài bể sau đó đi vào 3 ống nhánh đặt theo chiều rộng bể Khoảng cách giữa các nhánh là 1m, cách thành 0.5m

( 3 )

300

75 / 4

kk ong

Q

n

Chọn vận tốc khí qua ống nhánh v=15m/s

Với v: vận tốc khí trong ống 10 – 15 m/s Chọn v = 10 m/s ( Xử

lý nước thải đô thị và công nghiệp- Lâm Minh Triết)

Chọn ống có d = 60mm, đường kính các lổ 2-5 mm Chọn dlỗ = 5mm = 0,005m, vận tốc khí qua lỗ chọn vlổ = 15m/s (vlổ thay đổi từ 5 – 20 m/s)

(m h)

d v

3 2

75 110.62 0,678

ong lo

q N q

(lỗ)Chọn 111 lỗ trên 1 ống

• Khoảng cách giữa các lỗ

( ) ( )

22.3

0, 201 201 111

hc : là tổn thất áp lực theo chiều dài ống dẫn, thông thường, hd &

hc không vượt quá 0,4m Chọn Hc=0.2m

hf : tổn thất áp lực qua thiết bị phân phối, hf không vượt quá 0,5 (m)

H : chiều sâu ngập nước của bể =3.5 (m)

Tóm tắt thông số thiết kế Bể điều hòa

5 Lưu lượng không khí sục vào bể

(Qkk)

• Bể keo tụ – tạo bông

 Dung tích bể

V=Qtbh t =20.83.30/60=10.415 (m3)Trong đó:

QTBh : lưu lượng nước thải trung bình giờ max

t : thời gian lưu nước trong bể (thời gian trộn), chọn t = 30 phút.Xây dựng bể có kích thước: B x H = 2.5 x 2.5 (m)

 Tiết diện ngang của bể

( )2 2.5 2.5 6.25

 Tính toán hệ thống cánh khuấy

Chọn hệ thống khuấy trộn dạng cơ khí, cấu tạo cánh khuấy gồm trục quay và 4 bản cánh khuấy đặt đối xứng nhau qua trục

Tổng diện tích cánh khuấy lấy bằng 15% diện tích mặt cắt ngang của bể (theo quy phạm từ 15 – 20%)

 Diện tích cánh khuấy

4

c

F

 Chiều dài cánh khuấy

Chiều dài cánh khuấy phải nhỏ hơn bề rộng bể từ 0,4 – 0,5 m Chọn 0,5m

 Lcánh = 2.5- 0.5 = 2 m Chiều dài 1 bản cánh lbc = 1m

 Chiều rộng bản cánh

( )

0, 234

0, 234 1

c bc

• Tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước

R: khỏang cách từ mép cánh khuấy đến tâm trục quay

n = 6: số vòng quay cánh khuấy trong 1 phút

f : tổng diện tích của bản cánh khuấy (m2)

C : hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài l và

chiều rộng b của bản cánh quạt:( theo Nguyễn Ngọc Dung- xử lý

= 8.55  C = 1.3

Fc = 9.38: tổng diện tích bản cánh khuấy

• Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1 m3 nước thải

( 3)

1

15.403

0.704 / 21.875

• Tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước

R: khỏang cách từ mép cánh khuấy đến tâm trục quay

n = 5: số vòng quay cánh khuấy trong 1 phút

f : tổng diện tích của bản cánh khuấy (m2)

C : hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài l và

chiều rộng b của bản cánh quạt:( theo Nguyễn Ngọc Dung- xử lý

= 8.55  C = 1.3

Fc = 9.38: tổng diện tích bản cánh khuấy

• Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1 m3 nước thải

( 3)

2

8.897

0.407 / 21.875

µ : độ nhớt động học của nước, ở t =250C, µ = 0.0092 (kg.m2/s)

 Tính ống dẫn nước vào bể phản ứng

Chọn đường kính ống dẫn nước là d =180 mm = 0.18 m

 Tính lỗ của ống phân phối trong ống

Q v

 Oáng phân phối được đặt theo chiều rộng bể và phân phối bằng các lỗ để cho nước đi đều vào bể phản ứng)

• Chọn đường kính lỗ là dl = 50mm = 0.050 m

• Vận tốc nước đi trong ống:

2

2

3

4 3.14 (0.050)

0.908 4

12.978

l

Q n

Q n

• Chọn vận tốc nước đi trong ống là vô = 0.15 (qui phạm 0.15 -0.3 m/s

- xử lý nước cấp -Nguyễn Ngọc Dung - trang 61)

• Diện tích ống dẫn nước

• Kiểm tra lại vận tốc

( )2 2

4 4 0.0231

3.14 0.443 0.15 ( / )

Q v

• Chọn 3 tường chắn :

Tường 1 cách đáy 0.1 mTường 2 cách mặt nước 0.1 mTường 3 cách đáy 0.1 m

• Bể lắng I

 Dung tích phần công tác của bể

W = Qtbh × t = 20.833 × 1.5 = 31.245 ( m3)t: thời gian lưu nước trong bể lắng I, chọn t =1.5 h

 Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm

f = Qs max / Vtt = 0.00578 / 0.03 = 0 192 ( m2)

Vtt : vận tốc chuyển động của nước trong ống trung tâm,

 Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng

) ( 36 2 0005 0

00118

V

Q F

s

=

=

=

v : vận tốc nước trong be å(05 –0.8m/s), chọn v=0 5m/s

 Tiết diện tổng cộng của bể

 Kiểm tra lại bể lắng 1

2 2

2

0.0231

0.000676( ) 34.19

D h

3 2

h2: chiều cao lớp nước trung hoà

h3: chiều cao lớp cặn lắng trong bể

dn: đường kính đáy nhỏ hình nón cụt, dn = 0.4m

α : góc nghiên của bể lắng đứng so với phương nằm ngang, lấy không nhỏ hơn 500, chọn α =500

 Chiều cao ống trung tâm lấy bằng chiều cao vùng lắng và bằng 2.7m Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1.35 đường kính ống trung tâm.

1 1 1.35 tt 1.35 1 1.35( )

nghiên giữa bề mặt tấm chắn dòng so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170

1 1.3 1.3 1.35 1.755( )

4 max

n k

s d D V

Q L

hbv: chiều cao bảo vệ, hbv =0.46m

Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính bằng 0.8 đường kính bể

D d

r = − = − = m

 Chiều cao của máng : hm = 0.3(m)

Chọn vận tốc trong ống vn =0.8(m/s)

n

s NT

v

Q d

4 3

2 2

n n

n c

d D d

D h

Đường kính ống thu bùn dbùn = 45mm

 f Xác định hiệu qua xử lý BOD5 , COD và SS

Ở bể lắng I hiệu quả lắng cặn SS từ 70-90%,giả sử hiệu quả xử lý 80% và BOD5 từ 25-50%, giả sử hiệu quả xử lý 30%

• Cặn lơ lửng SS sau bể lắng I

COD =1248*(1 – 0,3) = 873.6 mg/l

• Tổng lượng cặn tươi thu được ở bể lắng 1

SS Q

4 Chiều cao phần hình nón của bể

lắng 1

• Bể Aerotank

 Số liệu tính toán

• Hàm lượng BOD5 của nước thải dẫn vào Aerotank , S0 = 470.4 mg/l

• Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải dẫn vào Aerotank ,

• SS = 96 (mg/l)

• Hàm lượng BOD5 trong nước thải cần đạt sau xử lí, S = 50 mg/l

• Lưu lượng trung bình của nước thải trong 1 ngày đêm ,

• Nhiệt độ nước thải, t= 25oC

• Chất lơ lửng trong nước thải đầu ra là chất rắn sinh học chứa 80% chất dễ bay hơi (Z=20%)

• % cặn hữu cơ là a= 75% (chất có khả năng phân hủy sinh học)

 Thông số lựa chọn

• Thời gian lưu bùn, θc = 5÷15 ngày

• Tải trọng thể tích, Ls = 0,8÷1,92 kgBOD/m3.ngày

• Hệ số hô hấp nội bào, Kd = 0,06÷0,15 ngày-1

• Tỉ số tuần hoàn bùn hoạt tính, Qth/Q = 0,25÷1

 Xác định hàm lượng BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra

• Tổng BOD5 ra = BOD5 hoà tan + BOD5 của cặn lơ lửng

• Nồng độ BOD5 của nước thải đầu ra:

• COD của chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra

c =37,5 (mg/l) * 1,42 (mgO2tiêu thụ/mg tế bào bị oxi hoa)* (1-0.2) = 42,6 (mg/l)

• BOD5 của chất lơ lửng ở đầu ra

d= =c.f=42.6x0.538 = 22.919 (mg/l)

• BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra

e= BOD 5chophep - d = 50 – 29.919 = 27.081 (mg/l)

 Hiệu quả xử lí

• Hiệu quả xử lí tính theo BOD5 hoà tan

E1 =

5 5

*100%

BOD d BOD

=

873.6 (100 27.081)

100% 91.65% 873.6

S = H

V

=

1330 4

= 332.5 (m2)Chọn Aerotank gồm 2 đơn nguyên với kích thước LxBxH=21x8x4.5 m

• Thể tích mỗi bể

θ = Q

V

=

672 0.672

θ

=

470.4 0.672*2500

−

 Tính lượng bùn thải bỏ mỗi ngày

• Tốc độ tăng trưởng bùn