ĐỒ ÁN Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm công suất 1000m3d ĐHBKHN

Các loại thuốc nhuộm sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm -Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn goi thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất hòa tan trong nước, có kh

I Thông số lựa chọn thiết kế

*Dựa vào số liệu thu được của nước thài nhà máy dệt nhuộm Thắng Lợi:

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 toán thiết kế trạm xử lý nước thải dệt nhuộm công suất 1000m 3 /ngày

HÀ NỘI – 03/2021

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC BẢNG 4

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ 5

I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 6

1 Quy trình công nghệ dệt nhuộm và nguồn phát thải [1] 6

2.Chi tiết các loại hóa chất sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm [5] 6

2.1 Các loại thuốc nhu m sử dụng trong sản xuất d t nhu m ộm sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm ệt nhuộm ộm sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm 6

2.2 Các loại hóa chất khác sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm 8

2.3 Hiện trạng ô nhiễm và các chất ô nhiễm 8

III CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TOÁN 10

IV LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 11

1 Sơ đồ công nghệ 1 11

2 Sơ đồ công nghệ 2 12

3 So sánh ưu, nhược điểm 2 sơ đồ công nghệ 13

V TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 14

1.Song chắn rác 14

1.1.Nhi m vụ, chức năng ệt nhuộm 14

1.2.Tính toán 14

2 Hố thu gom 17

2.1.Nhi m vụ, chức năng ệt nhuộm 17

2.2.Tính toán 17

3.Bể điều hòa 19

3.1.Nhi m vụ, chức năng ệt nhuộm 19

3.2.Tính toán 19

4 Bể hòa trộn cơ khí 23

4.1 Nhiệm vụ 23

4.2 Tính toán 23

5 Bể phản ứng kheo tụ tạo bông 26

5.1.Nhiệm vụ 26

5.2.Tính toán 26

6 Bể lắng 1 30

6.1.Nhiệm vụ 30

6.2.Tính toán 30

7 Bể Aerotank 35

8 Bể lắng 2 45

9 Bể khử trùng 50

10 Tính toán bể cô đặc 54

10.1 Nhi m vụ, chức năng ệt nhuộm 54

10.2 Tính toán 54

11 Tính toán bể metan 57

11.1 Nhiệm vụ 57

11.2 Tính toán 57

12 Máy ép bùn băng tải 59

12.1 Nhiệm vụ 59

12.2 Tính toán 60

13 Tính toán cao trình hệ thống 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Sơ đồ quy trình dệt nhuộm 6

Hình 2 Sơ đồ làm việc hệ thống bể Aerotank 39

Hình 3 Bố trí đĩa phân phối khí trong bể Aerotank 44

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Các thông số của nước thải dệt nhuộm sử dụng trong tính toán 10

Bảng 2 Các thông số nước thải đầu ra [9] 10

Bảng 3 Thông số thiết kế song chắn rác 17

Bảng 4 Thông số thiết kế hố gom 19

Bảng 5 Thông số thiết kế bể điều hòa 22

Bảng 6 Lượng phèn dựa vào độ đục  [7]  23

Bảng 7 Mối quan hệ giữa thời gian trộn và gradient 25

Bảng 8 Các thông số thiết kế bể lắng bùn sinh học dạng ly tâm 35

Bảng 9 Các thông số thiết kế cơ bản bể aeroten khuấy trộn hoàn toàn [4] 35

Bảng 10 Các hệ số động học của quá trình xử lí bằng bùn hoạt tính [6] 36

Bảng 11 Các thông 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 khi đi qua thiết bị 61

Bảng 16 Giá trị thất thoát thủy lực 62

I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1 Quy trình công nghệ dệt nhuộm và nguồn phát thải [1]

Hình 1 Sơ đồ quy trình dệt nhuộm

2.Chi tiết các loại hóa chất sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm [5]

2.1 Các loại thuốc nhuộm sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm

-Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn goi thuốc nhuộm tự bắt màu

là những hợp chất hòa tan trong nước, có khả năng bắt màu vào một số vật liệu như các sợi xenlulo, giấy, tơ tằm và sợi polyamit một cách trực tiếp nhờ lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm

Hầu hết các loại thuốc nhuộm trực tiếp có nhóm azo, một số ít là dẫn xuất dioazin và flatoxianim, tất cả được sản xuất dưới dạng muối natri của axit sunforic hoặc cacbonyl hữu cơ, một vài trường hợp được sản xuất dưới dạng muối amoni và kali.

Thuốc nhuộm trực tiếp chỉ có hiệu suất bắt màu cao 90% khi nhuộm màu nhạt ở nồng

độ thấp, còn đối với những màu đậm, lượng thuốc nhuộm bị thải ra tương đối lớn

-Thuốc nhuộm hoạt tính: Là loại thuốc nhuộm anion, có phần mang màu thường là gốc azo, antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxianin nhưng chứa một vài nguyên tử hoạt tính có độ hòa tan trong nước cao và khả năng chịu ẩm tốt

Mức độ không gắn màu của thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao khoảng 30% và nó có chứa gốc Halogen hữu cơ nên làm tăng lương độc hại (AOX) trong nước thải Mặt khác quá trình nhuộm phải sử dụng chất điện li khá lớn (NaCl, Na2SO4) và chúng bị thảihoàn toàn sau khi nhuộm và giặt Vì vậy, nước thải có hàm lượng muối cao có hại cho thủy sinh và cản trở xử lý nước bằng phương pháp vi sinh

-Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Thuốc nhuộm hoàn nguyên bao gồm 2 nhóm chính: nhóm indigoit (có chứa nhân indigo và dẫn xuất của nó) và nhóm hoàn nguyên đa vòng (có chứa nhân Antraguinon và các dẫn xuất)

Tất cả các loại thuốc nhuộm hoàn nguyên đều không tan trong nước và trong kiềm

Để nhuộm và in hoa, người ta khử nó trong môi trường kiềm bằng chất khử mạnh như NaHSO3, H2O2, hay dùng nhất là dung dịch Na2SO4 + NaOH ở nhiệt độ 50 – 600C Tùy thuộc vào công nghệ nhuộm khác nhau mà tỷ lệ bắt màu của thuốc nhuộm hoàn nguyên khác nhau, dao động trong khoảng 70 – 80% Phần không bắt màu đi vào nước thải, có cấu trúc bền vững và đang là một vấn đề đáng quan tâm trong xử lý nước thải dệtnhuộm

-Thuốc nhuộm phân tán: Là những chất màu không tan trong nước, được sản xuất dưới dạng hạt phân tán cao thể keo nên có thể phân bố đều trong nước kiểu dung dịch huyền phù, đồng thời có khả năng chịu ẩm cao, có cấu tạo phân tử từ các gốc azo và antraquinon, có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thế nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán trong nước

Mức độ gắn màu của thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao 90 – 95%, nên mức độ thải

ra ngoài môi trường không cao

-Thuốc nhuộm lưu huỳnh: Trong phân tử có chứa disunfua và nhiều nguyên tử lưu huỳnh Là hợp chất không màu tan trong nước và một số dung môi hữu cơ

Môi trường nhuộm mang tính kiềm và độ hấp thụ các loại thuốc nhuộm này khoảng

60 – 70%, phần còn lại đi vào trong nước thải làm cho nước thải có chứa các hợp chất lưu huỳnh và các chất điện li

Ngoài ra còn có một số loại thuốc nhuộm khác nhau như thuốc nhuộm pigment, thuốcnhuộm phân tán…

2.2 Các loại hóa chất khác sử dụng trong sản xuất dệt nhuộm

Trong sản xuất dệt nhuộm ngoài các loại thuốc nhuộm thường dùng, người ta còn sử dụng các loại hóa chất sau:

- NaOH và Na2CO3 dùng trong nấu tẩy, làm bóng với số lượng lớn

- H2SO4 dùng để giặt trung hòa và hiện màu thuốc nhuộm

- H2O2, NaOCl dùng để tẩy trắng vật liệu

- Các chất khử vô cơ như: Na2S2O3 dùng trong nhuộm hoàn nguyên, Na2S dùng để khử thuốc nhuộm lưu huỳnh

Các chất cầm màu thường là nhựa cao phân tử như syntephix, tinofic

- Những chất này khó tan trong nước nhưng lại dễ tan trong dung dịch axit axetic, chúng tạo thành phức khó tan giữa cation chất cầm màu và anion của thuốc nhuộm Nó được sử dụng để nâng cao độ bền màu cho vải khi nhuộm bằng 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 hoặc các chất tẩy giặt tổng hợp được sử dụng trong tất cả các công đoạn là các nhóm anion, cation Các chất này làm giảm sức căng bề mặt nước thải

và ảnh hưởng tới đời sống thủy sinh, đôi khi có những sản phẩm khó phân giải vi sinh

- Các polymer tổng hợp dùng trong hồ sợi và hồ vải như PAC, polycrylat Khi đi vào trong nước thải là những chất khó phân hủy sinh học

- Các chất làm mềm vải dùng trong khâu hoàn tất phần lớn là các hợp chất cao phân tử có gốc silion như: polisiloxan, silicon biến tính Các chất này có khả năng tạo thành lớp màng mỏng trên vải làm cho vải mềm mịn

2.3 Hiện trạng ô nhiễm và các chất ô nhiễm

Sự gia tăng đáng kể của ngành dệt may là nhờ sự đóng góp rất lớn của ngành dệt nhuộm Chất lượng vải, màu sắc và kiểu dáng ưa chuộng là những yếu tố không thể thiếutrong lĩnh vực thời trang Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng cao về màu sắc và độ bền của thuốc nhuộm, dưới góc độ môi trường thì sự đa dạng về màu sắc và độ bền màu ngàymột tăng cao của thuốc nhuộm lại là sự ô nhiễm môi trường mức độ ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng hơn và càng khó khăn hơn trong nghiên cứu cơ chế và công nghệ xử lý nước thải

Hàng năm, ngành công nghiệp dệt may sử dụng hàng nghìn tấn các loại hóa chất nhuộm Hiệu suất sử dụng các loại thuốc nhuộm nằm trong khoảng từ 70 – 80% và tối đachỉ đạt 95% Như vậy, một lượng lớn hóa chất, thuốc nhuộm sẽ bị thải ra môi trường

Theo số liệu thống kê, ngành dệt may thải ra môi trường khoảng 20-30 triệu m3 nước thải/ năm Trong đó mới chỉ có khoảng 10% tổng lượng nước thải đã được qua xử lý, số còn lại thải trực tiếp ra môi trường tiếp nhận.

Công nghệ nhuộm cần sử dụng 20 – 100 m3 nước/tấn sản phẩm, tương ứng với lượngnước thải từ vài trăm đến hơn 1000m3 /ngày

Theo nghiên cứu của D.Orhon, F.Germirii Babuna và nnk (2001) cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm từ các công đoạn nhuộm rất khác nhau: độ pH của các quá trình rất chênh lệch, phụ thuộc vào đặc tính riêng của từng công đoạn Nhưng phần lớn nước thải của các công đoạn chủ yếu có tính kiềm Giá trị COD cao ở những công đoạn làm sáng huỳnh quang, công đoạn làm mềm, công đoạn nhuộm và công đoạn tẩy trắng, đều lớn hơn 2000 mg/l Đặc biệt công đoạn nhuộm thải ra lượng nước thải lớn chứa hàm lượng các chất hữu cơ khó phân hủy cao, còn những công đoạn khác hầu hết là những chất hữu

cơ dễ phân hủy Công đoạn nhuộm có độ màu cao nhất, lên đến 25.000 theo thang độ màu Pt – Co Còn các thông số TDS và tổng Photpho của nước thải dệt nhuộm không cao Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong công đoạn nhuộm, công đoạn chuội vải là cao nhất

Như vậy, các chất thải trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm có thể chia thành hai loại:

- Chất thải của các loại hóa chất và phụ gia trong nước thải do sử dụng dư thừa, chủ yếu là các chất vô cơ và các chất hữu cơ dễ phân hủy

- Chất thải từ thuốc nhuôm dư thừa, đây là các chất hữu cơ khó phân hủy

Do tính chất khác nhau của hai loại nước thải này, cần lưu ý tách dòng riêng khi đưa vào xử lý trong nhà máy

II.

III CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TOÁN

Bảng 1 Các thông số của nước thải dệt nhuộm sử dụng trong tính toán

m3/ngd pH Độ màuPt-Co BOD mg/l CODmg/l SS SO

- Yêu cầu xử lý theo quy chuẩn:

Dưới đây là các giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm theo QCVN 13-MT:2015/BTNMT:

Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm khi xả ra nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệtnhuộm khi xả ra nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

Trong khuôn khổ tiểu luận, nhóm lựa chọn giá trị nước thải đầu ra đạt theo cột B của QCVN 13-MT 2015-BTNMT

Bảng 2 Các thông số nước thải đầu ra [9]

IV LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

1 Sơ đồ công nghệ 1

Nguồn thải

Rác thải

Rác thải

Sục khí nước sau rửa lọc

Điều chỉnh pH Sục khí

bùn

Tác nhân oxh

NT đạt cột B QCVN 13/2015 BTNMT

Song chắn rác thô

Hố gom

Song chắn rác mịn

Bể điều hòa

Bể tuyển nổi

Bể lắng 1

Bể cô đặc Thiết bị lọc

TB XLSH HK

Bể Metan Thiết bị AOPs

Máy ép bùn Tháp hấp phụ

Bãi chôn lấp

2 Sơ đồ công nghệ 2

NGUỒN THẢI

Rác thải

Rác thải

Sục khí

Hóa chất

bùn

Sục khí

bùn

khí thải

Chất róc nước Clo

NT đạt cột B QCVN 13/2015 BTNMT

Song chắn rác thô

Ngăn tách rác mịn –

Hố gom

Bể điều hòa

Bể keo tụ/ tạo bông

Bể lắng 1

Bể trộn bùn Aerotank

Bể cô đặc

Bể lắng 2

Bể Metan

Máy ép bùn

Bể khử trùng

Bãi chôn lấp

3 So sánh ưu, nhược điểm 2 sơ đồ công nghệ

*Sơ đồ công nghệ 1:

Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao, loại bỏ được các chất độc có trong nước thải dệt nhuộm; Đảm bảo nước đầu ra đạt tiêu chuẩn, thời gian xử lý nhanh; Diện tích cho công trình nhỏ, thiết bị di chuyển dễ dàng

Nhược điểm: Chi phí vận hành cao nên hiệu quả về kinh tế thấp

*Sơ đồ công nghệ 2:

Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao, loại bỏ được các chất độc có trong nước thải dệt nhuộm; Đảm bảo nước đầu ra đạt tiêu chuẩn, thân thiện hơn với môi trường và tiết kiệm hơn so mới công nghệ 1

Nhược điểm: Thời gian xử lý lâu hơn, hiệu quả xử lý thấp hơn

 Từ các ưu nhược điểm đó: nhóm đề xuất lựa chọn công nghệ 2 để tính toán, thiết kế bài toán

V TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Thông số đầu vào:

1.Song chắn rác

1.1.Nhiệm vụ, chức năng

Song chắn rác có nhiệm vụ tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải trước khi đưa nước thải vào các công trình xử lý phía sau Việc sử dụng song chắn rác trong các công trình xử lý nước thải tránh được các hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và gây hỏng hóc bơm

1.2.Tính toán

 Mương dẫn

Nước thải được dẫn vào mương, qua song chắn rác và đi vào hệ thống xử lý Tốc độ dòng nước của song chắn rác lấy bằng 0.7 ÷1.0 m/s ứng với lưu lượng nước thải cực đại,

do đó ta chọn tốc độ dòng nước chảy trong mương dẫn là 0.8 m/s, trang 110 [1]

Để phân phối, vận chuyển nước thải vào trạm xử lí, dùng mương hở tiết diện hình chữnhật có b=2h sẽ cho tiết diện tốt nhất về mặt thủy lực.Với b, h lần lượt là chiều rộng và chiều cao mương dẫn

Ta có: A = = = 0.039m2

Chọn chiều rộng × chiều cao mương: 0.4m × 0.2m

Chiều cao xây dựng của mương: H= h +h’ = 0.2 + 0.1 = 0.3m

Trong đó : h’ là chiều cao bảo vệ mương (0.1÷ 0.2m) [2]

Mương dẫn có độ dốc i = 0.0008m/s

 Song chắn rác

- Chiều cao lớp nước trong mương:

h = = = 0.13 (m)Trong đó:

+ h = chiều cao lớp nước trong mương

+ v = tốc độ nước chảy trong mương, v = 0.6m/s

+B = chiều rộng mương, chọn B = 0.3 (m)

- Số khe hở của song chắn rác được tính theo công thức:

n = ×K = ×1.05 = 26Trong đó

+n = số khe hở

+Qmax = lưu lượng lớn nhất của nước thải, Qmax = 0.03125 (m3/s)

+l = khoảng cách giữa các khe hở, l = 16mm = 0.016 (m)

+K = Hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, K=1.05

- Chiều rộng của song chắn rác được tính theo công thức:

Bs = s(n−1) + (l×n) = 0.008(26−1) + (0.016×26) = 0.616m ≈ 0.62 (m)Trong đó,

s = Chiều dày của thanh song chắn, thường lấy s = 0.008 (m)

- Tổn thất áp lực ở song chắn rác:

hA = ξ × × Kl = 0.628 × × 3 = 0.04m = 4 (cm)Trong đó,

+ vmax = vận tốc của nước thải trước song chắn ứng với chế độ Qmax, vmax =0.6 (m/s)

+ Kl = hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn, Kl = 2-3, chọn Kl = 3

+ ξ = hệ số sức cản cục bộ của song chắn, được tính theo công thức:

ξ = β × (eq¿(s , l))4 / 3 × sinα = 1.83 × (eq¿(0.008,0 016))4 /3× sin600 = 0.628 Trong đó,

+ β = hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn và lấy theo

[1];chọn hình dạng tiết diện song chắn kiểu “b” [1], khi đó giá trị β = 1.83

+ α = góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy, α = 600

+Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn rác Ll:

L1 = = = 0.3 (m)Trong đó,

+ Bs = chiều rộng của song chắn rác, Bs = 0.62 (m)

+Bm = chiều rộng của mương dẫn, Bm = 0.4 (m)

+ φ = góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy φ = 200

+Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác:

L2 = = = 0.15 (m)+Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn:

L = L1+ L2 +Ls = 0.3 + 0.15 + 1.5 = 1.95 (m)Trong đó: Ls = chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls = 1.5 (m)

+Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn:

H = hmax + hs + 0.5= 0.13 + 0.04 + 0.5 = 0.67 (m)Trong đó:

+ hmax = độ đầy ứng với chế độ Qmax, hmax = 0.13 (m)

+ 0.5 = khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất+ hs = tổn thất áp lực ở song chắn rác, hs = 0.04 (m)

Bảng 3 Thông số thiết kế song chắn rác

Lưu lượng giờ lớn nhất Qmax

2 Hố thu gom

2.1.Nhiệm vụ, chức năng

Hố thu gom để tập trung toàn bộ lượng nước thải và để đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho bơm hoạt động an toàn Trong hố thu gom, sử dụng hai bơm chìm hoạt động luân phiên để bơm nước thải đến bể đến bể điều hòa

2.2.Tính toán

- Thể tích hữu ích của ngăn tiếp nhận:

Vhi = Qmax

h × t = 112.5 × = 18.75 (m3)Trong đó: t = thời gian lưu của nước, t = 10-30 phút, chọn t = 10 phút

- Chọn chiều sâu hữu ích Hhi = 2.5 (m)

Chiều cao an toàn h = 0.5 (m)

Vậy chiều sâu tổng cộng: H = Hhi + h = 2.5 + 0.5 = 3 (m)

- Tiết diện mặt cắt ngang của bể:

S = B × L = = = 7.5 (m2) Chọn: B = 2.5 m, L = 3 m

 Tính bơm chìm để bơm nước thải

-Chọn 2 bơm, 1 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng

-Lưu lượng bơm: Qb = Qmax

h = 112.5 (m3/h)

-Chọn cột áp: H = 7 (m)

-Công suất bơm:

N = = = 2.38 (kW)Trong đó:

+ ρ = khối lượng riêng của nước, ρ = 1000g/m3

+ η = hiệu suất chung của bơm, η = 0.7- 0.93, chọn η = 0.9, trang 439 [3]

-Công suất động cơ điện:

Ndc = = = 2.95 (kW)Trong đó:

+ ηtr = hiệu suất truyền động, ηtr = 0.85, [3]

+ ηdc = hiệu suất động cơ điện, ηdc = 0.95, [3]

Thường thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dữ trữ dựa vào khả năng quá tải):

Nc

dc = β × Ndc = 1.2 × 2.95 = 3.53 (kW)Chọn 2 bơm TSURUMI 80PU23.7 có công suất 3.7 kW, điện 380V, trong đó có 1 bơm

dự phòng Bố trí 1 giỏ lọc có mắt lưới 1mm để lọc các sợi chỉ nhỏ có trong nước thải, tránh làm tắc bơm Chú ý định kì vệ sinh giỏ lọc, loại bỏ các sợi chỉ nhỏ sau một khoảng thời gian nhất định hoặc khi thấy hiệu suất bơm giảm

 Tính toán ống dẫn nước từ hố gom vào bể điều hòa:

- Đường kính ống:

Db = √eq¿(Q max ,0.785 × v ) = √eq¿(0.03125,0.785 × 2) = 0.141 (m)Trong đó:

+ Qmax = lưu lượng lớn nhất của nước thải, (m3/s)

+ v = vận tốc chất lỏng trong ống đẩy của bơm, v = 1.5 – 2.5m/s, chọn v = 2m/s, trang

370 [3]

Quy chuẩn đường kính của ống bơm nước thải Db = 160mm, chọn ống HDPE PE100 DN

160 PN 10 nhựa Tiền Phong

Tính lại vận tốc nước trong ống:

v = = = 1.56 (m/s)

Bảng 4 Thông số thiết kế hố gom

3.1.Nhiệm vụ, chức năng

Điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, tránh cặn lắng và làm thoáng sơ bộ, qua đó oxi hóa một phần chất hữu cơ, giảm kích thước các công trình đơn vị phía sau và tăng hiệu quả xử lý nước thải của trạm, tạo chế độ làm việc ổn định và liên tục cho các công trình xử lý, tránh hiện tượng hệ thống xử lý bị quá tải

3.2.Tính toán

 Tính toán kích thước của bể:

-Chọn thời gian lưu nước t = 8 (h)

-Thể tích lưu nước: V = Qmax

h × t = 112.5 × 8 = 900 (m3)-Chiều cao hữu ích của bể: Hh = 6 (m)

-Chiều cao tổng cộng của bể: H = Hh + Hbv = 6 + 0.5 = 6.5 (m)

-Kích thước bể: V = L × B × H = 15m × 10m × 6.5m = 975 (m3)

 Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa:

- Lưu lượng khí cần cấp cho bể :

Qk = V × I = 900 × 0.6 = 540 m3/h = 0.15 (m3/s)Trong đó:

+I = lượng khí cung cấp, I = 0.01 – 0.015 m3 khí/m3 bể/phút

Chọn I = 0.01 m3 khí/m3 bể.phút hay I = 0.6 m3 khí/m3 bể.h

-Chọn đĩa thổi khí Jaeger - HD340 có đường kính 0.295m và lưu lượng thiết kế 5–12m3/h,

chọn q = 8m3/h = 2.22 ×10-3 m3/s

-Số đĩa cần cho 1 bể là: N = = = 68 (đĩa)

Chọn N = 70 đĩa

Khi đó lưu lượng khí cung cấp cho bể là: Qk = N × q = 560 m3/h = 0.156 m3/s

-Thiết kế bể gồm 10 hàng đĩa, 7 đĩa mỗi hàng, chọn 1 ống chính và 10 ống nhánh Vận tốc khí chuyển động trong ống v = 10-25 m/s chọn v = 15 m/s [3]

-Đường kính ống chính: D = √eq¿(Q k ,0.785 × v ) = √eq¿(0.15,0 785× 15)= 0.113 mChọn ống sắt tráng kẽm Hòa Phát φ 113.5mm

-Đường kính ống nhánh: d = √eq¿(Q k ,0.785 × v × 10)= √eq¿(0.15,0 785× 15× 10)= 0.037 m

Chọn ống sắt tráng kẽm Hòa Phát φ 42.2mm

 Tính bơm chìm để bơm nước thải:

Lưu lượng bơm: Qb = QTB

h = 41.67 (m3/h)Chọn cột áp: H = 10 (m)

Công suất bơm:

N = = = 1.26 (kW)Trong đó:

+ ρ = khối lượng riêng của nước, ρ = 1000g/m3

+ η = hiệu suất chung của bơm, η = 0.7- 0.93, chọn η = 0.9, trang 439 [3]

- Công suất động cơ điện:

Ndc = = = 1.56 (kW)Trong đó:

+ ηtr = hiệu suất truyền động, ηtr = 0.85, trang 439 [3]

+ ηdc = hiệu suất động cơ điện, ηdc = 0.95, trang 439 [3]

Thường thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán (lượng dữ trữ dựa vào khả năng quá tải):

Nc

dc = β × Ndc = 1.2× 1.56 = 1.87 kWChọn công suất động cơ tối thiểu là 2.2 kW

Chọn bơm TSURUMI 80PU22.2 có công suất 2.2 kW, điện 380 V

 Tính toán ống dẫn nước từ bể điều hòa sang bể hòa trộn cơ khí:

-Đường kính ống:

Db = √eq¿(QTB s , 0.785× v ) = √eq¿(41.67,3600 ×0.785 ×2) = 0.08m

Trong đó:

+ QTB

s = lưu lượng của nước thải, m3/s

+ v = vận tốc chất lỏng trong ống đẩy của bơm, v = 1.5 – 2.5m/s, chọn v = 2m/s, trang

370 [3]

Quy chuẩn đường kính của ống bơm nước thải Db = 90mm, chọn ống HDPE PE100 DN

90 PN 10 nhựa Tiền Phong

+ Tính lại vận tốc nước trong ống:

+ hd, hc = Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống và tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh hc + hd ≤ 0,4 m

+ hf = Tổn thất qua hệ thống phân phối khí hf ≤ 0,5 m

+ H = độ ngập sâu của ống phân phối khí, lấy bằng chiều cao của bể điều hòa

- Công suất máy nén khí:

+ P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1 atm

+ P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 = Hd + 1 = 1.64 at

+ n = = = 0.283 (k = 1.395 đối với không khí)

+ η = hiệu suất chung của bơm, η = 0.7- 0.93, chọn η = 0.8, trang 439 [3]

Chọn 2 máy nén khí Puma PK100300 công suất 7.5kW, 1 máy dự phòng

Bảng 5 Thông số thiết kế bể điều hòa

4.2 Tính toán

 Xác định lượng hóa chất sử dụng

-Tính lượng phèn PAC

Bảng 6 Lượng phèn dựa vào độ đục  [7] 

Hàm lượng cặn của nước nguồn (mg/l) Liều lượng phèn không chứa nước

1001-1500 70-80Với hàm lượng cặn vào bể là 95 mg/l nên ta chọn lượng phèn PAC sử dụng là 25 mg/l

-Hàm lượng phèn PAC cần dùng tính theo độ màu:

Pp = 4 ×√M=4 ×√1250=141,4 mg/l

Lượng phèn PAC tính theo độ màu lớn hơn lượng phèn PAC tính theo hàm lượng cặn nên chọn lượng phèn PAC theo độ màu Pp=141,4 mg/l [7]

-Tính toán lượng axit châm vào bể hòa trộn hóa chất

Để quá trình keo tụ tạo bông đạt kết quả cao, cần điều chình pH nước thải về khoảng

pH tối ưu cho quá trình keo tụ tạo bông Chất keo tụ là phèn PAC có pH tối ưu là 5,5 7,5 Axit thường dùng để điều chỉnh pH là NaOH Qúa trình keo tụ sẽ làm giảm pH, trong khi đó nước thải khi đưa đi xử lý sinh học luôn phải đảm bảo pH không nhỏ hơn 6,5 Do đó chọn pH cần đạt là 7

-pH của nước thải khi chưa bổ sung kiềm: pH = 5,6

Nồng độ H+ có trong 1 lít nước thải ban đầu:

H+

tr = 10-pH = 10-5,6 = 2,52.10-6

-pH của nước thải sau khi bổ sung kiềm: pH = 7

Nồng độ ion OH- trong 1lít nước thải sau khi bổ sung kiềm:

-Lượng NaOH có trong 1 lít nước thải:

m’NaOH = M NaOH × n NaOH = 40 × 2,42.1 0−6

1 = 9,68×10-5 (g kiềm/lít)-Lượng NaOHkhan cần bổ sung vào trong nước thải 1 ngày là:

MNaOH = Q × m’NaOH = 1000 ×103 × 9,68×10-5 = 96,8 (g/ngày)-Thể tích bể trộn cơ khí

V =Q h tb ×t = 41,67 x 602 = 1,388 (m3)Với t là thời gian khấy trộn 90-120, chọn t = 120 (s)

-Chọn chiều cao lớp nước hhi=1,5 (m)

-Chiều cao của bể H =hhi + hbv = 1.5 + 0,5 = 2 (m)

-Chọn bể trộn hình vuông => Diện tích F= 1,3882 =0,69 m2 =0,83 (m)

-Chọn xây dựng bể với kích thước : LBH : 0,90,92

-Thể tích thực của bể trộn : Vtt = 0,90,92 = 1,6 (m3)

 Tính toán đường ống phân phối sang bể keo tụ tạo bông

- Theo sổ tay 1 – tr 370 – bảng II.2, vận tốc nước thải tự chảy trong ống nằm trong khoảng 0,1 ÷ 0,5 m/s, chọn v = 0,3 m/s

- Đường kính ống dẫn nước đầu ra:

Dd = √π v 3600 4 Q

=> Dd = √π 0,3 36004.41,67

=> Dd = 0,22 (m) Quy chuẩn đường kính trong của ống dẫn nước Dnước = 225mm Chọn Ống HDPE PE100

DN 225 PN 10 nhựa Tiền Phong

- Tính lại vận tốc nước trong ống:

D’= 15D=1

50,35=0,07 (m)-Cánh khuấy cuối cùng cách đáy khoảng 0,25 m

-Chiều dài cánh khuấy :

L= 12D=1

20,35= 0,175 (m)-Năng lượng cần truyền

p=G2×V × μ

Trong đó:

+G: Gradien vận tốc

+Các giá trị G trộn nhanh [4]

Bảng 7 Mối quan hệ giữa thời gian trộn và gradient

Thời gian trộn (s) Gradient (s-1)0,5 (trộn đường ống) 3500

Với η là hiệu suất động cơ, chọn η = 0,8

-Số vòng quay của máy khuấy:

+k = 1,08 ( Chọn cánh khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 450)

+ρ: Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 (kg/m3)

Trên thị trường có máy khuấy công suất 1,12kW đạt được tốc độ 300 (vòng/phút) , nên tachọn máy khuấy trộn tuabin công suất 1,12kW với số vòng quay 300 (vòng/phút)

5 Bể phản ứng kheo tụ tạo bông

5.1.Nhiệm vụ

Bể phản ứng tạo bông tạo điều kiện để các hạt keo phân tán nước sau quá trình pha trộn với phèn đã mất ổn định và có khả năng kết dính với nhau để tạo thành những bông cặn lớn, có khả năng lắng nhanh, có hoạt tính bề mặt cao

5.2.Tính toán

 Tính lượng polymer

Để tăng cường quá trình tạo bông và tăng tốc độ lắng của cặn , ta bổ sung hóa chất trợ tạo bông là PAA với hàm lượng từ 0,1 -1,5 mg/l 8, chọn hàm lượng PAA= 1,5 mg/lVới độ màu 1250 Pt-Co và SS = 95 mg/L, vậy ta chọn lượng PAA cho vào là 1,5mg/L.-Lượng PAA cần dùng trong một ngày = 1,5 mg

1000m3

ngày =1,5(

kg ngày)

Dung dịch được châm vào nước với nồng độ từ 0,1% ÷ 0,5% Chọn nồng độ 0,5%.-Lượng dung dịch PAA cần dùng trong một ngảy:

M PAA=1,5 mg/l× 1000 m3/ngày ×10−3kg /g

0,005 kg /l =300

l ngày=12,5(

l

h)

Chọn 1 máy bơm định lượng trên thị trường nhãn hiệu Blue-White series C660P lưu lượng 14l/h , áp lực 4,2 kg/cm3 , N = 45 W , điện áp 220V/50Hz

 Xác định kích thước bể phản ứng tạo bông

Thời gian lưu nước: t = 10 ÷ 30 phút [1]Chọn t = 15 phút = 0,25 (giờ)

-Chiều dài 1 buồng : l= 4,633 =1,54 m

-Chọn xây dựng chiều dài 1 buồng 1,6m => Chiều dài thực tế của bể tạo bông L=

3×1,6 = 4,8m

-Chọn chiều cao bảo vệ : Hbv= 0,3m

Chiều cao bể H=1,5+0,5=2m

Kích thước thực tế bể tạo bông : B×H×L = 1,5m × 2m × 4,8m

-Chọn cánh khuấy dạng 4 cánh nghiêng góc 450 hướng leen để đưa nước từ dưới lên trên , loại cánh khuấy tuabin một trục quay và 4 bản cánh đặt đối xứng nhau

Cánh khuấy cách đáy khoảng 0,25 m

-Chiều dài cánh khuấy:

l=1

2D=

1

2× 0,75=0,375(m)

-Tổng diện tích 4 bản cánh khuấy : fc=0,375×0,25×4=0,375 (m2)

-Tiết diện ngang của bể : F=1,5 × 1,6 = 2,4 (m2)

-Tỉ lệ diện tích cánh khuấy : F f =0,3752,4 ×100 %=¿ 15%

 Tốc độ khuấy trộn

-Gía trị gradient giảm dần từ buồng đầu tiên 60-70s-1 xuống 30 -20s-1, sự chênh lệch giữa các buồng tạo bông 15-20s-1  4

-Chọn giá trị gradien ở các buồng 1,2,3 lần lượt là: G1 =60s-1 , G2 =40s-1 , G1 =25s-1

Thời gian lưu nước của mỗi buồng :t1=15 phút Mỗi ngăn có 1 cánh khuấy

-Công suất tiêu thụ cần thiết cho máy khuấy buồng 1:

-Số vòng quay của máy khuấy:

Trong đó:

+η: Hiệu suất động cơ Chọn η = 60%

-Số vòng quay của máy khuấy:

-Vận tốc của cánh khuấy so với nước :

v = 0,75 × 2 πRn

60 =0,75 ×

2 π ×0,3 × 42

60 = 0,34 (m/s) phù hợp với điều kiện v=025-0,75m/s [4]

-Chọn máy khuấy trộn tuabin có công suất 60W và số vòng là 42 (vòng/phút)

-Công suất tiêu thụ cần thiết cho máy khuấy buồng 3:

Trong đó:

+η: Hiệu suất động cơ Chọn η = 60%

-Số vòng quay của máy khuấy:

-Vận tốc của cánh khuấy so với nước :

v = 0,75 × 2 πRn

60 =0,75 ×

2 π ×0,3 ×30

60 =0,25m/s phù hợp với điều kiện v=025-0,75m/s [4]

-Chọn máy khuấy trộn tuabin có công suất 30W và số vòng là 30 vòng/phút

 Tính đường ống dẫn nước từ bể phản ứng tạo bông sang bể lắng đứng 1

- Theo sổ tay 1 – tr 370 – bảng II.2, vận tốc nước thải tự chảy trong ống nằm trong khoảng 0,1 ÷ 0,5 m/s, chọn v = 0,3 m/s

- Đường kính ống dẫn nước đầu ra:

Dd = √π v 3600 4 Q

=> Dd = √π 0,3 36004.41,67

=> Dd = 0,22 m Quy chuẩn đường kính trong của ống dẫn nước Dnước = 225mm Chọn ống HDPE PE100

DN 225 PN 10 nhựa Tiền Phong

-Tính lại vận tốc nước trong ống:

+Mo: Hàm lượng cặn trong nước sau khi ra khỏi bể điều hòa Mo = 95 mg/l

+K: Hệ số tính đến chuyển trong lượng của phèn thành trọng lượng của cặn trong bể.+M: Độ màu của nước M = 1250 Pt – Co

+A: Liều lượng phèn cho vào nước

Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho loại bùn này là LA = 40 (m3/m2.d) [1]

-Diện tích bề mặt bể lắng II theo tải trọng bề mặt:

A= Q ngd tb

-Đường kính ống trung tâm: d = 20%D =0,2 x 5,7m = 1,14 (m)

-Chiều cao tổng cộng của bể lắng:

HTC = H + Hb + Hbv + Hth [1]

Trong đó:

+H: Chiều sâu hữu ích của bể lắng Chọn H = 3 (m)

+Hb: Chiều cao lớp bùn Hb = 0,7 (m)

+Hbv: Chiều cao bảo vệ Hbv= 0,3 (m)

+Hth: Chiều cao lớp trung hòa: 0,2 (m)

τ = V L Q+Q r=

73,5

41,67 m3/h=1,76(h)

Thời gian lưu nước 1,5< 1, 76h < 3h nên thể tích bể tính toán là hợp lý

-Chọn máng thu nước có bề ngang Bm 0 3, (m), chiều cao hm 0 3, (m)

+Bề dày lớp bêtông thành máng và đáy máng 0,1 (m)

+Đường kính máng thu nước:

d m=D−2 ×(B m+0,1)=5,7−2× (0,3+0,1)=4,9(m)

Trong đó: 0,1m bề dày thành máng

+Chiều dài máng thu nước:

+Chiều dài máng răng cưa bằng chiều dài máng thu lR = Lm = 15,4 (m)

+Chọn máng răng cưa làm bằng thép không gỉ bề dày bR = 3 (mm)

+Bề dày miếng đệm dR = 10mm = 0,01 (m)

+Máng gồm nhiều răng cưa, mỗi răng hình chữ V

Chiều cao một răng cưa: 60 (mm)

Chiều rộng đoạn vát đỉnh: 60 (mm)

Góc chữ V: 900

Khoảng cách giữa 2 đỉnh răng: 120 (mm)

Chiều cao toàn bộ thanh: 200 (mm)

+Số răng trên toàn bộ máng:

2 / 5

2

215

8

ngap

d g tg h C

Trong đó:

+hngap: Độ ngập nước đỉnh răng

+: Góc của răng

 Hiệu quả khử SS, BOD5, COD sau bể lắng I:

-Hàm lượng BOD5 sau khi qua bể lắng I còn lại:

-Độ màu sau khi qua bể keo tụ tạo bông và bể lắng 1 giảm 90%, độ màu còn lại:

(Độ màu)L1 = (Độ màu)dh× (100 – 90)% = 1250 × 10% = 125 (Pt – Co)

 Tính lượng bùn sinh ra

M bùn=Q ngày tb ×(S0−S)=1000 × (548,6−109,72) x 1 0−3=438 kg /ngày

Trong đó:

+S0: lượng SS vào bể

+S: lượng SS còn lại sau khi qua lắng 1

-Khối lượng riêng của bùn tươi 1,05 kg/L, độ ẩm 98%

-Chọn 2 bơm, trong đó 1 bơm họat động, 1 bơm dự phòng

-Dùng bơm hút bùn đáy ở bể lắng ,1 ngày bơm hút 2 lần => lưu lượng bùn cần bơm của máy là: Q bbun=20,85

2 =10,425(m¿¿3/ngày)¿

Chọn cột áp bơm H = 3 m, hiệu suất máy bơm 80%

-Công suất bơm:

+ η Hiệu suất của bơm, lấy η = 0.8

+ Qb - Lưu lượng cần bơm

+Công suất động cơ điện: [3]

Ndc= N

ηtr.ηdc

Với: ηtr=0,85 : hiệu suất truyền động

dc  0,95: hiệu suất động cơ điện

=> Ndc =0,85.0,950,12 = 0,14 (kW) + Thông thường động cơ điện được chọn có công suất lớn hơn so với công suất tính toán Chọn β=1,5 [3]: