THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ NƯỚC THẢI BIA NHÀ MÁY BIASÀI GÒN – CỦ CHI CÔNG SUẤT 3000 M3/NGÀY ĐÊM

• Nước thải nhà máy bia bao gồm: - Nước thải vệ sinh các thiết bị - Nước thải từ công đoạn rửa chai, thanh trùng bia chai - Nước thải từ phòng thí nghiệm - Nước thải vệ sinh nhà xưởng -

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN



ĐỒ ÁN MÔN HỌC : XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ NƯỚC THẢI BIA NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN – CỦ CHI CÔNG SUẤT 3000 M3/NGÀY ĐÊM

GVHD : Th.S PHẠM TRUNG KIÊN

THỰC HIỆN: NHÓM 2 Lớp : DH08MT

NGUYỄN VĂN NGỌC ĐẶNG HỮU SƠN

VÕ THỊ HUYỀN TRANG NGUYỄN THỊ HỒNG YẾN

TP.HCM, Tháng 12/2011

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH BIA VÀ NHÀ MÁY

ty Bia Rượu Nước giải khát Sài Gòn Ở miền Bắc, vào năm 1889, một người Pháp tên làHommel đã mở xưởng bia ở Làng Đại Yên, Ngọc Hà, sau trở thành nhà máy bia Hà Nội,nay là Tổng công ty Bia Rượu Nước giải khát Hà Nội

Việc đầu tư xây dựng các nhà máy bia được triển khai mạnh mẽ từ những năm

1990 trở lại đây Số các nhà máy bia là 469 vào năm 1998 với các quy mô khác nhau từ100.000 lít/năm đến 100 triệu lít/năm Mức tiêu thụ bình quân đầu người tăng lên nhanhchóng trong vòng 10 năm qua từ mức dưới 10 lít/người năm vào năm 1997 đã đạt mức 18lít/người.năm vào năm 2006

Dự kiến đến năm 2010 cả nước sẽ sản xuất khoảng 2,5 – 3 tỷ lít bia và mức tiêu thụ bìnhquân đầu người khoảng 28-30 lít/người/năm

1.2. Nhà máy bia Sài Gòn – Củ Chi

- Nhà máy được thành lập và đi vào sản xuất vào 11/08/2007

- Công suất hiện nay của nhà máy là 200.000.000 lít/ năm, chuyên sản suất bia chai450ml và 350ml Không sản xuất bia lon và bia hơi

- Trong tương lai nhà máy sẽ mở rộng sản xuất theo dự tính là 264.000.000 lít/ năm

- Số lượng công nhân viên của nhà máy là 380 người Nhà máy có tổ chức ăn trưa tại nhàmáy với một căn tin

- Diện tích được cấp cho nhà máy là 50 ha, hiện nay diện tích đất đã sử dụng là 25 ha

- Lượng nước sử dụng cho nhà máy được lấy từ hai nguồn, nước cấp thủy cục và nguồnkhai thác nước ngầm

C O 2

Nghiền Gạo

Nhập Malt TS, sàng, cân

Nhập gạo

Sàng, tách

sạn, kim loại

Lưu trữ Malt

TS, sàng, cân

Lưu trữ Gạo Sàng, tách sạn, kim loại Cân

Nghiền Malt

Cân

Nước khử khí

Lọc hèm

Đường hóa

Hồ hóa

Đun sôi

Hạ nhiệt

Lắng cặn Lên men

Xả men

Lưu kho Đóng gói Tàng trữ bia Lọc bia Nhân

Phân phối

Lưu thông

Bán hàng

Nướ

c thải

Phụ gia

Bột trợ lọc

Nước thải, xút thải thu hồi

Chai, thùng hỏngCHƯƠNG 2: NGUỒN GỐC – TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI

2.1. Sơ đồ dây chuyền sản xuất

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất

Nguyên liệu chính đưa vào sản xuất là Malt đại mạch, Gạo, Hublon và một số phụgia khác

Malt và gạo từ kho nguyên liệu được sẵn sàng tách tạp chất, cân rồi đưa tới bộphận xay, nghiền

Quá trình xay-nghiền malt cần phải giữ cho vỏ nguyên liệu nguyên vẹn, càng ít bị

vỡ càng tốt để khỏi ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm và tạo điều kiệu cho quá trình lọcdung dịch sau này

Bột gạo được đưa vào nồi nấu gạo, bột Malt được đưa vào nồi nấu Malt để tiếnhành quá trình dịch hóa, cháo gạo sau khi nấu được bơm qua nồi Malt để tiến hành quátrình đường hóa

Quá trình đường hóa sẽ thủy phân tinh bột và prôtêin tạo thành đường, axit amin

và các chất hòa tan khác, đó là nguyên liệu chính của quá trình lên men Sau đó dungdịch được lọc qua nồi lọc (Lauter tun) để bỏ bã hèm “Nước nha” sau khi lọc được đưavào nồi đun sôi và cho Hublon vào để thực hiện quá trình hublon hóa tạo hương vị chobia

Dịch sau khi hublon hóa được đưa qua thiết bị lắng xoáy (whirlpool) để lắng cặnsau đó chuyển sang thiết bị lạnh nhanh hạ nhiệt độ dịch xuống 7-80C Dịch nha lạnh đượcđưa vào tank lên men để lên men Nấm men được nuôi cấy và nhân giống từ phòng thínghiệm sang phòng gây men và được đưa sang các tank lên men theo tỉ lệ phù hợp Công

ty cổ phần Bia Sài Gòn – Củ Chi sử dụng nấm men đã nhân giống sẵn do Tổng Công tyBia Rượu - NGK Sài Gòn cung cấp

Lên men chính và lên men phụ trong cùng một tank, sau khi kết thúc lên men phụ,tiến hành pha bia bằng nước đã khử khí, tiệt trùng tuyệt đối, tỷ lệ pha tối đa là 25% nướcsau đó tiến hành lọc trong và đưa vào các bồn chứa Từ các bồn này bia được đưa tới dâychuyền chiết

• Quá trình lên men được chia thành 2 giai đoạn chính và phụ:

Giai đoạn đầu của quá trình lên men được gọi là lên men chính Trong giai đoạnnày, sự tiêu hao cơ chất diễn ra mạnh mẽ, một lượng lớn đường được chuyển hóa thànhcồn và CO2, sản phẩm của quá trình lên men chính là bia non đục, có mùi và vị đặc trưngnhưng chưa thích hợp cho việc sử dụng như một thứ nước giải khát Nhiệt độ trong quátrình lên men chính từ 7-90C

Sau giai đoạn lên men chính, chuyển sang quá trình lên men phụ và ủ bia Quátrình lên men này diễn ra chậm, bia được lắng trong, hàm lượng những sản phẩm phụ gâyảnh hưởng xấu đến chất lượng của bia giảm, hương vị bia tăng lên, nhiệt độ trong giaiđoạm lên men phụ tăng từ 2-50C

Thời gian lên men chính khoảng 14 ngày, sau đó được chuyển sang chế độ lên menphụ trong khoảng 7 ngày Tổng thời gian lên men là 21 ngày

Bia sau khi lên men phụ xong được đưa sang pha bia sau đó đưa vào hệ thống phabia, lọc trong Quá trình lọc bao gồm các chức năng: lọc trong, tạo ra sự ổn định cho bia,tạo ra sự đồng đều cho sản phẩm Bia được lọc trong chứa trong các bồn chứa bia thànhphẩm Từ các bồn này bia được đưa tới dây chuyền chiết Sau khi chiết, đóng nắp sảnphẩm được thanh trùng theo chế độ công nghệ phù hợp để diệt men, kéo dài thời gian tồntrữ và sử dụng Khâu cuối cùng là in hạn sử dụng, đóng thùng.Sau đó nhập kho thànhphẩm, xuất đi tiêu thụ

2.3 Tính chất nước thải

2.3.1 Đặc trưng nước thải sản xuất bia Việt Nam

Vấn đề môi trường lớn nhất trong nhà máy bia là lượng nước thải rất lớn chứanhiều chất hữu cơ (tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chất phốt pho,nitơ ), pH cao, nhiệt độ cao Thành phần nước thải nhà máy bia vượt rất nhiều lần mứccho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam, cần phải qua xử lý

Lượng nước thải phụ thuộc vào lượng nước sử dụng trong sản xuất Chỉ có mộtlượng nước ở trong bia, nước bay hơi, nước trong bã hèm, bã bia không đi vào hệ thốngnước thải Lượng nước không đi vào hệ thống nước thải khoảng 1,5 hl/hl, có nghĩa làlượng nước thải trong sản xuất bia bằng lượng nước sử dụng trừ đi 1,5 hl/hl bia.

Lưu lượng và đặc tính dòng nước thải trong công nghệ sản xuất bia còn biến đổitheo quy mô, sản lượng và mùa sản xuất Tại Việt Nam, để sản xuất 1.000 lít bia, sẽ thải

ra khoảng 2 kg chất rắn lơ lửng, 10 kg BOD5, pH dao động trong khoảng 5,8 - 8 Cá biệt,tại một số địa phương, hàm lượng chất ô nhiễm ở mức cao: BOD5 1700- 2700mg/l; COD3500-4000mg/l, SS 250-350mg/l, PO43- 20-40mg/l, N-NH3 12-15mg/l Ngoài ra, trong bãbia còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ, khi lẫn vào nước thải sẽ gây ra ô nhiễm ở mức

độ cao

• Nước thải nhà máy bia bao gồm:

- Nước thải vệ sinh các thiết bị

- Nước thải từ công đoạn rửa chai, thanh trùng bia chai

- Nước thải từ phòng thí nghiệm

- Nước thải vệ sinh nhà xưởng

- Nước thải sinh hoạt của công nhân nhà máy

• Tóm tắt đặc trưng nước thải của công nghiệp sản xuất bia:

2.3.2 Các công đoạn sản xuất chính, nguồn phát sinh nước thải và đặc tính nước thải

2.3.2.1 Các công đoạn sản xuất chính

a Nghiền

Mục đích: Tăng sự xâm nhập của nước làm cho quá trình đường hóa và thủy phânnhanh và triệt để hơn

Gồm: nghiền khô, nghiền có phun ẩm vào hạt, nghiền nước

b.Đường hóa nguyên liệu

Các phương pháp đường hóa nguyên liệu

- Đường hóa phân đoạn:

Phương án tam phân đoạnPhương án nhị phân đoạnPhương án nhất phân đoạn

- Đường hóa theo phương pháp toàn khối:

Tăng dần nhiệt độ Giảm dần nhiệt độ

c Lọc bã, nấu hoa và làm lạnh dịch đường

- Lọc bã malt: Thùng lọc đáy bằng và máy lọc ép khung bản

- Nấu dịch đường với hoa Houblon:

Dịch đường ban đầu và dịch rửa bã được trộn lẫn với nhau trong thiết bị đun hoa,luôn giữ nhiệt độ không dưới 70oC, đun sôi trong khoảng 1,5h – 2,5h; quá trình houblonhóa khoảng 70 phút

Gồm hai giai đoạn:

 Quá trình lên men chính: thay đổi lớn về lượng và chất, nhiệt độ 6 – 8oC Có hailoại: lên men chìm và lên men nổi

 Quá trình lên men phụ: nhằm chuyển hoá hết phần đường có khả năng lên mencòn tồn tại trong bia non, đồng thời làm ổn định thành phần và tính chất cảm quancủa sản phẩm

 Trước lúc tiến hành lên men phụ và tàng trữ, tất cả các loại thiết bị, đường ống,bơm và các loại dụng cụ có tiếp xúc với bia đều phải rửa sạch và sát trùng, sau đóđược tráng bằng nước vô trùng

e Hoàn thiện sản phẩm

 Gồm: Làm trong bia bão hòa CO2 thanh trùng bia

 Các phương pháp làm trong bia: máy lọc đĩa, bằng diatomit, phương pháp ly tâm

 Các phương pháp thanh trùng: thanh trùng cả khối; thanh trùng trong bao bì (chai,lon, hộp,…)

2.3.2.2 Nguồn phát sinh nước thải và đặc tính nước thải

Nước thải sinh hoạt

- Hiện nay công ty có 300 cán bộ công nhân viên làm việc, có một nhà ăn căn tin

- Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải từ: nhà ăn, nhà vệ sinh, khu vực văn phòng

- Nước thải này chủ yếu chứa các chất: cặn bã, dầu mỡ, các chất dinh dưỡng (N,P),các chấtrắn lơ lửng, các chất hữu cơ, COD và các vi khuẩn

Nước làm lạnh, nước ngưng

Được sử dụng theo chu trình khép kín nên lượng nước thải này không đáng kể vàhầu như ko bị ô nhiễm Do đó có thể thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận mà không cần sửlý

Nước thải vệ sinh các thiết bị

Như: bồn nấu, bồn lọc, bồn lên men, đường ống, … Nước thải này chứa chứa bã

hèm, tinh bột, bã hoa bia, bã men…

Nước từ công đoạn rửa chai

 Giai đoạn 1:Chai được rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng (1 – 3% NaOH) để

rửa sạch chất bẩn và nhãn chai

 Giai đoạn 2: Sau đó được rửa lại bằng nước sạch và thanh trùng.

Do đó nước từ quá trình rửa chai có pH cao và cũng chứa các cặn ,rêu…dính bám trênchai

• Nước từ công đoạn lọc và lên men

Không nhiều, chỉ chiếm khoảng 3 – 5% lưu lượng nước thải nhưng tải trọng BODlại rất cao, chiếm đến 97% tồng tải lượng BOD trong nước thải sản xuất

2.3.2.3 Tính chất nước thải nhà máy bia Sài Gòn - Củ Chi

Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5945 – 2005

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

3.1Hệ thống xử lý nước thải hiện có của nhà máy

• Thuyết minh hệ thống xử lý nước thải

Nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất, nước xả đáy nồi hơi được tập trung về

hố thu với lưu lượng 3000 m3/ngày đêm, tại đây các rác lớn sẽ được chặn lại nhờ songchắn rác thô đặt ở hố thu Các cặn bẩn,vỏ trấu… có trong nước thải sẽ được chặn lại saukhi qua máy lược rác tinh.Sau đó nước sẽ được đưa tiếp đến hồ trung hòa, tại đây nướcthải được điều chỉnh pH và nhiệt độ Đầu dò pH sẽ báo pH mỗi giờ đề châm HCl hoặcNaOH vào nước thải về 7-8 Nước sẽ được đưa về nhiệt độ 30 – 35oC.Trước khi về hầm

kỵ khí, nếu nhiệt độ trong nước vẫn còn cao, nước sẽ được đưa về tháp giải nhiệt để tiếptục ha nhiệt Ở hầm kỵ khí, sẽ xử lý BOD, COD, một phần N,P, làm giảm tải trọng cho bểSBR

Trước khi qua bể SBR, nước sẽ được đuổi khí metan tại bể làm thoáng có sục khí

15 phút, nghỉ 20 phút, để tránh gây ngộ độc cho hệ vi sinh vật hiếu khí và làm giảm côngsuất của bể SBR.Bùn tuần hoàn lại hầm kỵ khí sẽ được tách từ bể đuổi khí metan Có 3

bể SBR làm việc luân phiên nhau: bơm nước vào từ 4h - 12h kết hợp sục khí, sục tiếp 2tiếng nữa , và lắng 2h15 phút Bùn từ bể SBR sẽ được đưa ra bể lắng bùn.Bùn được đưa

ra máy ép và đem đi xử lý Nước từ bể lắng bùn sẽ được tuần hoàn lại bể SBR bổ sungthêm polimer giúp tăng khả năng keo tụ Nước từ bể SBR sẽ được khử trùng trên đườngống ra hồ thanh trùng bằng javen.Tại hồ thanh trùng, nước được lưu lại để khử trùnghoàn toàn và xả ra kênh của khu công nghiệp

Khí sinh ra từ hầm kỵ khí sẽ được đốt tự động với bộ đánh lửa bằng buri

Hầm kỵ khí được tách bùn 1 tuần/1 lần

Rác từ máy lược rác sẽ đem đi đổ 2-3 ngày / 1 lần/ 1 ben

Bùn từ bể lắng bùn, ra máy ép sẽ được chở đi xử lý

3.2 Đề xuất hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia

• Phương án 1 và bảng hiệu suất phương án 1

Bể điều hòa

Máy lọc rác tinh

Bể SBR

Bể UASB

Bể lắng bùn

Bể Lắng

Máy ép bùn

Hầm bơm + song chắn

rác thô Nước thải

Xử lý bùn

KHÍ

Khử trùng

Hồ hoàn thiện Mương tiếp nhận

HOCl

Thùng chứa rác

Bảng 3.2: Hiệu suất các công trình phương án 1

Nước thải

Máy lọc rác tinh

Hố thu + song chắn rác thô

Bể AEROTANK

Bể lắng 2

Khử trùng

Hồ điều hòa

Nước thải

sinh hoạt

Máy ép bùn

Xử lý bùn Mương tiếp nhận

KHÍ

HOCl

• Phương án 2 và bảng hiệu suất các công trình phương án 2

• Thuyết minh dây chuyền công nghệ phương án 2

Toàn bộ nước thải của công ty được dẫn theo đường ống về hố thu tập trung Đầutiên qua song chắn rác nhằm lọai bỏ các loại rác có kích thước lớn, tạp chất thô…Sau đóđược dẫn qua máy lượt rác tinh nhằm loại bỏ bã trấu và các men bia có kích thước lớn.Tiếp theo nước thải tự chảy từ máng của máy lượt rác tinh qua bể điều hòa

Tại bể điều hòa nước thải sẽ được cung cấp khí nhằm ổn định về lưu lượng, chấtlượng, tránh lắng cặn trong bể và có tác dụng giải nhiệt Cùng với hóa chất điều chỉnh pH

Sau khi qua bể điều hòa nước được đưa qua bể UASB, tại đây quá trình phân hủysinh học kỵ khí được diễn ra, nhằm loại bỏ hơn 80% BOD, vì đặc tính của nước thải bia

là có hàm lượng BOD cao do các cặn men bia và các cặn trong quá trình súc rữa chai Vìvậy khi hàm lượng BOD giảm sẽ kéo theo sự giảm của COD và SS Sau khi qua bểUASB nước được dấn qua bể lắng 1, đây là bể lắng ngang nhằm mục đích giảm một phầnbùn trẻ từ UASB và đuổi bớt khí độc có trong nước sau quá trình kỵ khí để đảm bảokhông bị ngộ độc cho các vi sinh vật hiếu khí của bể Aerotank

Đối với nước thải sinh hoạt sẽ được dẫn qua song chắn rác sau đó lắng sơ bộ nhằmloại bỏ rác có kích thước lớn và một phần hàm lượng SS Tuy nhiên với số lượng 150 công nhân viên trên ca làm việc 8 giờ thì lượng nước thải sinh hoạt so với nước thải sản xuất là rất thấp

Nước sau khi lắng chảy qua bể Aerotank Tại đây nước thải được cung cấp oxyliên tục qua hệ thống phân phối khí để tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khíphát triển, oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải và tăng sinh khối tạo thành cácbông bùn hoạt tính

Nước thải sau khi qua bể Aerotank, sẽ chảy qua bể lắng ly tâm, tại đây các bôngbùn hoạt tính và các tạp chất không tan được giữ lại, nước sau khi lắng tiếp tục chảy qua

bể trung gian rồi bơm lên bồn lọc áp lực để loại bỏ các cặn khó lắng, một phần BOD vàCOD Còn bùn lắng, một phần được tuần hoàn lại bể aerotank, một phần được đưa tới bểlắng bùn sau đó đưa qua máy ép bùn, bùn khô sẽ được đơn vị khác xử lý Trước khi thải

ra ngoài nước thải qua bể khử trùng với chất khử trùng là clo

Cuối cùng nước thải đạt tiêu chuẩn loại B TCVN 5945 – 2005 được xả ra hồ điềuhòa nhằm tăng thời gian tiếp xúc giữa nước với hóa chất khử trùng sau đó nước được dẫnqua kênh và xả ra hệ thống của khu công nghiệp

Bâng 3.1: Bảng hiệu suất các công trình phương án 2

Nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt được thu gom chung về hố thu kết hợpsong chắn rác thô.Tại bể UASB đặt kèm bộ điều áp có van xả tự động để điều hòa áp suấttrong bể kỵ khí phòng trường hợp nổ hầm Bể lắng 1 ngoài tác dụng lắng còn có tác dụngnhư một bể trung gian kết hợp làm thoáng tự nhiên trước khi qua bể SBR Bể SBR là bểlọc sinh học từng mẻ, xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính lơ lửng.SBR có khả năng xử lýN,P với hiệu suất cao mà không cần qua lắng Nước thải được khử trùng trên đường ống

và đưa ra hồ điều hòa Thời gian lưu nước tại hồ điều hòa để làm chết các vi khuẩn gâybệnh Nước thải trước khi vào kênh tiếp nhận đạt tiêu chuẩn loại A, TCVN 5945 -2005

So sánh 2 bảng hiệu suất xử lý thì phương án 1 xử lý đạt tiêu chuẩn hơn và số lượng bể cần xây dựng ít phù hợp với mặt bằng nhà máy nên ta chọn phương án 1 để tínhtoán thiết kế

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC

THẢI CHO PHƯƠNG ÁN 14.1 HẦM BƠM

Nước thải của nhà máy trong quá trình sản xuất sau khi qua quá trình xử lý sơ bộ,tách dầu nhằm loại bỏ một phần chất ô nhiễm trong nước thải Sau đó, nước thải đượcdẫn đến hầm bơm tại trạm xử lý nước thải Sau đó, nước thải sẽ được xử lý hoàn tất đểđạt được tiêu chuẩn đầu ra (QCVN:24/2009/BTNMT, cột A)

Cơ sở cho tính toán

− Ngăn chứa : sẽ chứa lượng nước thu gom từ cống qua quá trình sản xuất và sinh hoạt.

+ Lưu lượng tính toán cho hầm bơm:

Qmax,h = 128 (m3/h)

 Tính toán kích thước hầm bơm

 Thời gian cần thiết để đạt được lưu lượng vào hầm bơm là 3000 (m3/ngày) với lưu lượngvào là 125 (m3/h):

 Trong thời gian nước thải chảy vào trong 20h cùng lúc, thì tại hầm bơm nước thải cũngđược bơm ra với lưu lượng bằng lưu lượng trung bình là Qtb = 125 (m3/h) Lưu lượngbơm ra trong 23,5h là:

Vb = 125×23,5 = 2937,5 (m3)

 Do đó, thể tích hữu ích của hầm bơm cần chứa được lượng nước còn dư lại trong ngày

 Vậy thể tích hầm bơm cần thiết phải chứa được lượng nước thải còn dư lại trong 4h là:

Vđh = V1 - Vbơm = 3000 – 2937,5 = 62,5(m3)

− Chọn chiều cao hữu ích của hầm bơm là: h = 4,5 (m)

− Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 (m)

− Diện tích ngang của hầm bơm:

− Kích thước bể: Dài × Rộng = 5,25m × 3m

− Chiều cao tổng cộng của hầm bơm là:

H = h + hbv =4+ 0,5 = 4,5 (m)Tuy nhiên, do độ sâu chôn cống thoát nước cuối cùng là 0,5m so với mặt đất nên tổngchiều cao xây dựng hầm bơm phải tính gộp thêm chiều cao cốt đáy cống:

Hxd = 4,5 + 0,5 = 5 (m)

− Độ sâu chôn cống thoát nước φ500 mm là: 0,5m

 Thể tích hữu ích của hầm bơm:

Vhi = Dài×Rộng×Cao = 5,25 m × 3m × 4 m = 63 (m3) > 62,5 m3

 Thể tích xây dựng bể:

Vxd = Dài×Rộng×Cao = 5,25m × 3m × 5m = 78,75 (m3)

 Tính toán bơm và đường ống bơm lên bể điều hòa

 Tính toán bơm cho hầm bơm :

− Lưu lượng bơm: Qb = 200 (m3/h)

− Sử dụng bơm nhúng chìm để bơm nước thải lên bể điều hòa

− Cột áp của máy bơm:

H = hbể + htt = 5 + 1 = 6 (m)Trong đó:

+ hbể : chiều cao hình học, hbể = 5 (m)

+ htt : tổn thất trên đường ống và tổn thất cục bộ, chọn htt = 1 (m)

− Công suất tính theo lý thuyết của máy bơm:

Trong đó:

+ γ – khối lượng riêng của nước, γ = 1000 N/m2

+ Qb – Lưu lượng bơm, Qb = 125 (m3/h)

+ H – Chiều cao cột áp, H = 5 (m)

+ - Hiệu suất chung của bơm từ 0,6 – 0,75, chọn = 0,65

+ k – hệ số an toàn khi thiết kế trong thực tế, k = 2

 Vậy chọn 2 bơm nhúng chìm hoạt động luân phiên, có đặc tính sau:

− Model: : Bơm Nước Pentax, Q = 200 (m3/h), H = 10 (m)

− Đường kính ống ra: D = 100 mm

Bảng 4.1 Thông số thiết kế Hầm bơm

Thông số tính toán đầu vào

1 Lưu lượng vào (Qmax,h) 128 m3/h

K = 1,05: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác.

hL = hmax = 0,12 (m): chiều sâu của lớp nước ở SCR lấy bằng chiều sâu mực nước trong mương dẫn

l = 0,016 (m): khoảng cách giữa 2 khe hở

v = 0,6 (m/s): tốc độ nước chảy qua SCR

Bề dày thanh chắn, s: thường lấy s = 0,01 (m)

Chiều dày của thanh chắn, d: chọn d = 20mm

Chiều cao của thanh chắn, ht = cotg 300 x H = cotg 300 x 0,7 = 1,17 (m)

Chiều cao lớp nước qua thanh chắn : hnt = cotg 300 x h = cotg 300 x 0,19 = 0,22 m

Số thanh chắn : n– 1 = 32 – 1 = 31 thanh

Tốc độ dòng chảy qua SCR vsc : hL = x → u = → = 0,6 (m/s)

Bảng 4.2 Các thông số thiết kế và kích thước SCR

4.2.3.Máy lược rác tinh

Nước sau khi qua song chắn rác thô sẽ được đưa qua máy lọc rác tinh, máy này sẽloại bỏ những chất lơ lửng có kích thước nhỏ hơn: vỏ trấu, cặn bia…

T

T

500700120

10201170

8 Tốc dộ dòng chảy qua song chắn, v m/s 0,6

9 Tổn thất áp lực qua song chắn, hs mm 0,00059

Hãng : YUANCHANG – TAIWAN

Cấu trúc khung máy được làm bằng nguyên liệu thép SUS 304, được phủ bằng sơn

Kích thước lỗ lọc: từ 0.5 đến 2 mm

Khả năng xử lý nước thải: 60 đến 430 m3/h

Nguồn điện sử dụng: 380V/3pha/50Hz

4.3 BỂ ĐIỀU HÒA

 Nhiệm vu: Bể điều hòa có nhiệm vụ tích lũy và điều hòa nước thải cho công trình phía

sau

 Cơ sở tính toán

 Lưu lượng tính toán

Lưu lượng chính: Lưu lượng từ hầm bơm qua

Lưu lượng phụ: nước

Phân bố lưu lượng vào bể điều hòa

 Lưu lượng từ hầm bơm:Qtb = 125 (m3/h)

 Tổng lưu lượng nước vào bể điều hòa là:

Qvào= 3000 (m3/ngày)

Lưu lượng thiết kế là: Q = 3000 (m 3 /ngày)

 Lưu lượng bơm ra: là lưu lượng trung bình tính cho 24h

 Lưu lượng trung bình bơm ra:

 Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa là: 6h Vậy kích thước thật của bể điều hòa là:

Vtt = Qtb × t = 125 × 6 = 750 (m3)

 Kích thước xây dựng bể điều hòa

− Chọn chiều cao hữu ích bể điều hòa là: h = 6 (m)

− Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 (m)

− Diện tích ngang của bể điều hòa:

Tính toán hệ thống suc khí cho bể điều hòa

 Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn chặn mùi trong bể điều hòa cần cung cấp mộtlượng khí thường xuyên Lưu lượng khí cần cung cấp:

Qkk = qkk×Vhi = 0,01×750 = 7,5 (m3/phút) = 450 (m3/h)

Trong đó:

qkk : Lượng không khí cần cấp để xáo trộn, 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 – TS.

Trịnh Xuân Lai NXB Xây Dựng, 2009”).

- Sử dụng hệ thống cấp khí là các đĩa thổi khí bố trí điều trên diện tích bể

- Chọn đĩa phân phối khí của hãng Rehau – Germany, đường kính đĩa D300 Diện tích bềmặt đĩa Fđĩa = 0,063 m2, lưu lượng khí r = 7 ÷ 9 m3/h, chọn r = 7.5 m3/h

 Số đĩa khếch tán khí:

Chọn đường ống dẫn khí và cách bố trí

Hệ thống ống phân phối khí từ máy thổi khí chạy dọc thành bể (phía dưới hànhlang công tác) rồi phân phối đều xuống dưới đáy bể

Ống phân phối khí chính được đặt theo chiều rộng bể, các ống nhánh bố trí songsong với chiều dài bể

Theo chiều dài bể bố trí tâm 2 đĩa cách nhau 1,2m, cách vách bể 0,8m Có 3 ốngnhánh phân phối khí.theo chiều rộng bố trí hai ống nhánh cách nhau 1.5m, cách thành bể0,8m

 Số đĩa phân phối khí trên mỗi nhánh là:

Có 6 ống nhánh được bố trí 10 đĩa

Tính toán đường kính ống dẫn khí

 Với lưu lượng không khí Qkk = 450 m3/h = 0,125 (m3/s), vận tốc khí trong ống là: v = 10– 15 (m/s)(*) Ta chọn vk = 15 (m/s)

 Đường kính ống dẫn khí chính cung cấp cho bể:

Chọn ống nhánh sử dụng là ống uPVC sản xuất theo BS 3505:1968.

Tính toán máy thổi khí

 Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén khí được xác định theo công thức:

Hct = (hd + hc) + hf + h = 0,8 + 0,5 + 6 = 7,3 (m)

Trong đó:

+ hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, giá trị nàykhông vượt quá 0,4 m

+ hc : Tổn thất áp lực cực bộ, giá trị này không vượt quá 0,4m

+ hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối, giá trị này không vượt quá 0,5m

+ h : Chiều cao hữu ích của bể điều hòa, h = 4,5m

Tổng tổn thất (hd + hc)≤ 0,8m; tổn thất hf ≤ 0,5m

 Áp lực khí nén:

 Công suất lý thuyết máy thổi khí:

Trong đó:

+ Qkk : Lưu lượng khí cung cấp, Qkk = 0,125 (m3/s) = 7,5 (m3/phút)

+ : Hiệu suất của thiết bị, chọn η = 65% = 0,65

+ k : Hệ số an toàn khi thiết kế trong thực tế, chọn k = 1,5

 Vậy chọn 1 máy thổi khí hoạt liên tuc

Tính toán bơm và đường ống bơm lên bể UASB

− Lưu lượng bơm: Qb = Qtb = 125 (m3/h)

− Sử dụng bơm nhúng chìm để bơm nước thải qua bể UASB

− Cột áp của máy bơm:

H = hbể + htt = 6 + 1 = 7 (m)Trong đó:

+ hbể : chiều cao hình học, hbể = 6 (m)

+ htt : tổn thất trên đường ống và tổn thất cục bộ, chọn htt = 1 (m)

 Công suất tính theo lý thuyết của máy bơm:

Trong đó:

+ γ : khối lượng riêng của nước, γ = 1000 N/m2

+ Qb : Lưu lượng bơm, Qb = 125 (m3/h)

+ H : Chiều cao cột áp, H = 7 (m)

+ : Hiệu suất chung của bơm từ 0,6 – 0,75, chọn = 0,65

+ k : hệ số an toàn khi thiết kế trong thực tế, k = 1,5

 Vậy chọn 2 bơm nhúng chìm hoạt động luân phiên, có đặc tính sau:

− Q = 125 (m3/h), H = 7 (m)

− Đường kính ống ra: D = 100 mm

Bảng 4.3.Thông số thiết kế Bể điều hòa

STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị

Số liệu tính toán đầu vào

Kích thước bể

 Tính toán:

Chỉ tiêu đầu vào ở bể UASB:Công suất: 3000m3/ngđ

BOD: 1030 mg/lCOD: 2000 mg/lSS: 250 mg/l, N: 15, P: 5Chọn hiệu quả xử lý của bể UASB là 80%

Ta có tải lượng COD cần xử lý trong một ngày là:

G (kgCOD/day) = QngTB x (CODvào – CODra)= 3000 ×( 2000- 20%×2000) =

4800(kgCOD/day)

Chọn tải trọng xử lý là L = 8 KgCOD/ngđ (Bảng 12-1 Tính toán thiết kế công trình

xử lý nước thảiTrịnh Xuân Lai)

Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết là: Vyk = L/G = 4800/8 =600 m3

Để giữ lớp bùn trong trạng thái lơ lửng thì tốc độ dòng nước dâng trong bể là: 0,6 ÷ 0,9m/h chọn V dâng = 0,9 m/h

Diện tích của bể là: lấy =140 m 2

→ Chiều cao phần xử lý yếm khí là:

Tổng chiều cao của bể là: Hbể = H1+ H2 + H3

H1: chiều cao phần xử lý yếm khí là 4,3 m

H2: chiều cao vùng lắng, chọn = 1,2 m

H3: chiều cao an toàn chọn = 0,5 m

Vậy tổng chiều cao của bể là H bể = 6m

Chọn kích thước hữu ích của bể UASB như sau: Dài x rộng = 14m x 10m

Vậy thể tích thực xây dựng là: Vbể = L*R*H = 14*10*6 = 840 m 3

Thời gian lưu nước là :

(phù hợp tiêu chuần là từ 5 – 8h)Như vậy, ta sẽ chia bể UASB ra làm 4 đơn nguyên Mỗi đơn nguyên có kích thước:

Chiều dài L ’ = 7m

Chiều rộng R ’ = 5m

Vì chia làm 4 đơn nguyên; bề dày thành bể và bề dày của vách ngăn là 200mm nên kíchthướt thực tế của bể là 14,6m ÷ 10,6m

Nước trước khi đi vào ngăn lắng trước hết phải được tách khí và bùn bới những tấm

tách khí và hướng dòng đặt ngiêng so với phương ngang 45 o – 60 o

• Tính toán phễu thu khí và tấm tách bùn

Mỗi đơn nguyên ta sẽ bố trí 1 phễu thu khí

Tổng diện tích khe hở giữa các phễu thu khí chiếm 15 – 20% diện tích của mỗi đơn

nguyên Ta chọn S khe = 15%Sbể = 15%*35 = 5,25 m2

Ta có 4 khe hở, khi đó bề rộng của mỗi khe là:

 Tính toán các tấm hướng dòng:

• Hệ thống phân phối nước vào bể

Đối với bể UASB sử dụng bùn hoạt tính khi tải trọng xử lýL > 4KgCOD/m3.ngđ thì từ

2 - 5m2 diện tích bố trí một vị trí phân phối nước vào Ta chọn 3m2 có 1 vị trí phân phốinước

Như vậy mỗi đơn nguyên sẽ có 12 vị trí phân phối nước

Nước được bơm vào đường ống chính sau dó qua 2 ống phụ và mỗi ống phụ có 24 lỗphân phối nước Hệ thống phân phối nước cách dáy bể 0,2m

Chọn vận tốc nước chảy trong ống chính là 1,2m/s (tiêu chuẩn là 1 – 2m/s)

Chọn đường kính ống chính là Vc=200mm, làm bằng nhựa PVC

Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống chính là:

vẫn phù hợp với tiêu chuẩn

Chọn đường kính ống phụ là 100mm Ta có vận tốc nước trong ống phụ:

Chọn đường kính lỗ là dlỗ = 20mm, mỗi ống phụ có 24 lỗ hướng xuống dưới và nghiêngmột góc 450 so với trục thẳng đứng của ống Mỗi đơn nguyên có 12 lỗ phân phối nước.

• Máng thu nước

Trong bể UASB ta bố trí 2 máng thu nước đặt giữa ngăn lắng dọc theo chiều rộng của bể

ở mỗi đơn nguyên Máng thu được tạo dốc dẫn về cuối bể rồi theo đường ống dẫn qua bểlắng 1

 Độ đầy của máng lấy bằng 0,7chiều cao máng

 Bề rộng b của máng lấy bằng 2lần chiều cao máng

Sướt = hướt*b =0,7h*2h = 1,4h 2

=300 mm

chọn h = 300 mm

Vậy bề rộng của máng là 2*300 =600 mm

Máng được làm bằng bê tông cốt thép có dộ dày là 100mm

• Tính độ dốc của máng (theo Fedrov và Volcop)

Chu vi ướt của máng là

Chiều cao một răng cưa là 60mm

Đoạn vát của đỉnh răng cưa là 40mm

Chiều cao của cả thanh là 260mm

Khoảng cách giữa hai đỉnh răng cưa là 60mm

Nước được đưa qua bể lắng 1 với 2 đường ống nhựa PVC có đường kính: 100mm.

Nước tự chảy từ UASB qua bể lắng 1

• Tính lượng bùn cần cho vào thời điểm ban đầu

Theo tiêu chuẩn thì lượng bùn trong bể phải đạt 31 – 37,5Kg/m3 Chọn nồng độ bùn banđầu là Cr = 35Kg/m3

Thể tích ngăn phản ứng của bể UASB:

• Lượng bùn sinh ra trong bể hằng ngày

Lượng bùn sinh ra dao động trong khoảng 0,05 – 0,1Kgbùn/KgCODbịkhử Chọn là0,07Kgbùn/KgCODbịkhử

Do vậy lượng bùn sinh ra hằng ngày là:Gs= 605,6*0,07= 42,392 Kgbùn/ngày

Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày :

Css :Hàm lượng bùn trong một bể kg/m3

Bằng cách lấy bùn ở những tầng bùn khác nhau, ta có thể kiểm soát được hoạt động của

bể và quyết định khi nào cần xả bùn khỏi bể

 Công suất của bơm bùn từ bể UASB

kW

- = Hiệu suất của bơm, = 0.7 0.9, chọn = 0.7.

Chọn một bơm hút bùn công suất 6,6kw

• Ống thu bùn

Bố trí 2 ống thu bùn dọc theo chiều dài bể và cách đáy bể 0,1m, sau đó 2 ống thu bùn

sẽ được dẫn chung vào một đường ống có Φ=100mm đưa bùn qua hố nén bùn

• Tính lượng khí sinh ra và ống thu khí

Lượng khí sinh ra đối với 1KgCODbịkhử là 0,5m3 Vậy lượng khí sinh ra trong mộtngày là:Vkhí = 0,5*6056 = 3028m3/ngày

Khí mêtan sinh ra khi 1KgCOD bị khử là 0,33m3 Lượng khí mêtan sinh ra trong mộtngày là:Vmêtan = 0,33*6056 = 1998,48m3

Mỗi đơn nguyên ta sẽ bố trí 3 ống thu khí nằm ở đáy phễu cách mặt nước khoảng0,3m Do đó ta có tất cả 12 ống thu khí tại 12 điểm thu khí, khí ở tất cả các ống thu khíđược dẫn về 2 ống thu khí chạy song song dọc theo chiều dài bể và về thùng chứa khí(được tách khí làm năng lượng cho lò hơi hoặc đốt bỏ)

 Ống thu khí:

Vận tốc khí trong ống thu khí dao động từ 10 – 15m/s, chọn vận tốc khí là 10m/s khi

đó đường kính ống thu khí là: