CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

ta có thể đề xuất ra phương án để xử lý nước thải có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật để tính

tốn chi tiết các cơng trình đơn vị trong phương án xử lý đó.

3.1.1. Quy trình cơng nghệ



Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chế biến sữa



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



29



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

3.1.2. Thuyết minh công nghệ

Nước thải được thu gom và theo mạng lưới thoát nước riêng, nước chảy qua

mương dẫn có đặt song chắn rác, ở đây nước thải sẽ được loại bỏ các tành phần có kích

thước lớn như bao ni lơng, giấy ăn… nhằm tránh gây tắc nghẽn các cơng trình phía sau.

Sau đó nước thải được dẫn vào bể điều hòa để ổn định lưu lượng và nồng độ,

tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn

định và giảm kích thước các cơng trình đơn vị tiếp sau. Bể điều hòa được bố trí một hệ

thống sục khí nhằm tạo sự xáo trộn của nước thải tránh hiện tượng cặn lắng và phân

hủy kỵ khí trong bể này, tạo mơi trường đồng nhất cho dòng thải trước khi qua các

bước xử lý tiếp theo. Từ bể điều hòa nước được đưa vào bể đông keo tụ. Tại bể đông

keo tụ sẽ xảy ra ba q trình là đơng tụ- keo tụ- lắng. Ban đầu đưa chất đông tụ là PAC

vào ngăn khuấy trộn, PAC được phân tán nhờ quá trình khuấy trộn với cường độ lớn

( 200-300 v/ph) trong khoảng thời gian 30s-2ph nhằm tăng sự va chạm với các hạt rắn

lơ lửng để q trình đơng tụ đạt được hiệu quả cao nhất. Sau đó dòng nước được đưa

sang ngăn tạo bơng, trong ngăn tạo bông nước thải được khuấy trộn với cường độ nhỏ (

30-50v/ph) trong khoảng 15-45ph để quá trình keo tụ diễn ra hiệu quả. Các bông keo tụ

sẽ được lắng ở ngăn lắng trong thời gian khỏang 1,5-2h. Nước đầu ra của bể sẽ được

đưa qua bể UASB để thực hiện quá trình phân hủy sinh học kỵ khí.

Nước vào bể UASB theo kiểu đi từ dưới lên xuyên qua lớp bùn lơ lửng và các chất

hữu cơ bị phân hủy trong điều kiện kỵ khí. Sau đó nước thải được đưa qua mương oxy

hóa để xử lý phần chất hữu cơ còn lại trong nước thải BOD, độ màu, COD, Nitrogen....

Tại mương oxy hóa xảy ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì từ hệ thống làm

thống cơ khí kiểu rulo tấm phẳng. Tại đây các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính)

sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ dạng đơn

giản như CO2, H2O theo phản ứng sau:

•



Sự oxy hóa tổng hợp:



Chất hữu cơ + O2 + dinh dưỡng → CO2 + NH3 + C5H7NO2 + Sản phẩm khác.

 Phân hủy nội bào:



C5H7NO2 + 5O2 → CO2 + NH3



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



+ H2O + Năng lượng.



30



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Quá trình phân hủy của các vi sinh vật phụ thuộc vào các điều kiện sau: pH, nhiệt độ, các

chất dinh dưỡng, nồng độ bùn và tính chất đồng nhất của nước thải.

Nước thải sau khi xử lý ở mương oxy hóa được dẫn xuống bể lắng 2 để loại bỏ các vi

sinh vật già bị bong ra khỏi giá thể lẫn trong nước thải. Tại đây, cặn bùn sẽ được tách ra

khỏi nước và lắng xuống đáy bể. Bùn tách ra từ bể lắng một phần sẽ được tuần hồn lại

về mương Oxi hóa trong khoảng thời gian đầu để giữ nồng độ bùn trong bể ở mức cố

định, lượng bùn dư còn lại sẽ được đưa sang bể nén bùn.

Sau khi lắng, nước sẽ được dẫn sang bể khử trùng và được khử trùng bằng Clo để loại bỏ

các vi sinh vật gây bệnh. Nước sau khử trùng đạt tiêu chuẩn cột B QCVN

40:2011/BTNMT và được thải vào nguồn tiếp nhận. Cột B dùng cho các mục đích giao

thơng thuỷ, tưới tiêu, bơi lội, ni thuỷ sản, trồng trọt,… khơng dùng cho mục đích sinh

hoạt.

3.2. Tính tốn cơng nghệ

3.2.1. Các thơng số tính tốn

Q = 1000 m3/ngđ

pH = 5,7

BOD5 = 2650 mg/l

COD = 5200 mg/l

TSS = 1100 mg/l

N- Tổng = 120mg/l

P- Tổng = 13mg/l

Coliform = 8000 MNP/100ml

3.2.2. Lưu lượng tính tốn

- Lưu lượng trung bình ngày đêm Qtb = 1000 m3/ngđ

 Lưu lượng trung bình giờ (m3/h)

 Lưu lượng trung bình giây (m3/s)

- Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất

Trong đó: Kh là hệ số vượt tải lấy trong khoảng 1,5-3.5 [8].

chọn Kh = 2

 (m3/h)

- Lưu lượng nước thải theo giây lớn nhất

(m3/s)

3.2.3. Song chắn rác



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



31



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

 Chức năng: Tách các vật có kích thước lớn ra khỏi dòng nước thải nhằm bảo vệ các



bơm, động cơ không bị mài mòn, bị tắc nghẽn.

 Tính tốn

- Chọn loại SCR: SCR trung bình, hình chữ nhật.

- Lựa chọn các thơng số tính tốn:



Hình 3.2: Cấu tạo song chắn rác

+

+

+

+

+

+

+



Vận tốc nước chảy qua SCR vtt = 0,6 – 1 m/s => chọn vtt = 0,6 m/s

Chọn song chắn rác có tiết diện s×b = 10×60mm.

Chọn khoảng cách giữa các thanh: b = 16 mm

Chọn cào vớt rác cơ giới: Kz = 1,05

Góc nghiêng α = 60o

h1: chiều cao lớp nước qua SCR h1 <0,5 m=> chọn h1 = 0,15 m

Tính tốn



- Số lượng khe hở

Trong đó:

+ : Lưu lượng lớn nhất của nước thải

+ Vtt : Tốc độ nước qua khe song chắn rác, vtt = 0,6 m/s

+ h1: Chiều sâu lớp nước qua song chắn rác, h1 = 0,15m

+ b: Chiều rộng khe hở giữa các thanh: b = 16 ÷30mm, b = 0,016m [6].

(khe)

Kiểm tra vận tốc =

Vậy số thanh song chắn là 16 (thanh)

-



Bề rộng thiết kế SCR [9]



Trong đó: s là bề dày của thanh song chắn, S = 10 mm.

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



32



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Chọn Bs = 0,41 (m)

- Chiều dài đoạn kênh mở rộng [6]

Trong đó:

+ Bk: Chiều rộng của kênh dẫn nước thải (m), chọn Bk = 0,2m

+ φ: Góc nghiêng chỗ mở rộng. φ = 200

→ l1= 0,29 (m)

- Chiều dài đoạn kênh thu hẹp

- Chiều dài phần mương đặt SCR



→ Chọn

- Chiều dài xây dựng mương đặt SCR

Chọn L = 1,8 m

- Tổn thất áp lực qua song chắn rác

Trong đó:

+ vmax: Vận tốc của nước thải trước SCR với chế độ Q max đối với phương pháp cào cơ

giới = 0,6÷1,0 (m/s), chọn .

+ P: Hệ số tính đến tổn thất do rác bám, P= 2 ÷ 3, chọn P = 2,5

+ ξ: hệ số tổn thất áp lực cục bộ,

+

+ β: là hệ số yếu tố hình dạng của song chắn

→ Chọn thanh chắn dạng hình chữ nhật: β = 2,42



= 9 (cm) nằm trong khoảng 7 12 cm.

Kiểm tra vận tốc : thuộc khoảng 0,6 m/s)

- Chiều sâu xây dựng mương đặt SCR

H = h1 + hp + hbv

Trong đó:

+ h1: Chiều sâu lớp nước qua SCR, m

+ hp: Tổn thất áp lực qua SCR, m

+ hbv: Chiều cao bảo vệ, Chọn hbv = 0,5m

→ H = 0,15 + 0,09 + 0,5 = 0,74 (m)

Chọn chiều sâu xây dựng mương H= 0,8 m

Khối lượng rác lấy ra trong ngày đêm từ SCR:

Lượng nước cấp vào (Nghị định về thoát nước và xử lý nước thải số 80/2014/ND-CP).

Giả sử nhà máy có số cơng nhân phân xưởng nóng và lạnh là bằng nhau và bằng , làm

việc 1 ca/ngày.

-



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



33



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Tiêu chuẩn dùng nước cho công nhân phân xưởng lạnh[4].

Nước sinh hoạt: 40l/ng.ca, nước sản xuất 25l/ng.ca hệ số không điều hòa K = 3

Tiêu chuẩn dùng nước cho cơng nhân phân xưởng nóng[4].

Nước sinh hoạt: 60l/ng.ca, nước sản xuất 35l/ng.ca. hệ số khơng điều hòa K = 2,5.

Ta có: + = 1250 ()

 N = 5780 (công nhân)

 Khối lượng rác lấy ra trong 1 ngày đêm:

W = = 8 ()

Trong đó:

a: lượng rác tính trên đầu người (l/ng.năm) (Bảng 20 TCVN 7957:2008)

Trọng lượng rác ngày đêm tính theo cơng thức:

P = W = 0,1 (tấn/ngày)

 Thu rác 1 lần/ ngày sau 30 phút tính từ lúc kết thúc ngày làm việc.

Bảng 3.2: Tóm tắt các thơng số thiết kế SCR

STT



Thông số



Số liệu thiết kế



Đơn vị



1



Số khe hở (n)



17



Khe



2



Số thanh song chắn



16



Thanh



3



Chiều rộng khe hở giữa các thanh (b)



16



mm



4



Bề dày của thanh song chắn (s)



10



mm



5



Chiều dài xây dựng mương đặt SCR (L)



1,8



m



6



Chiều rộng SCR (Bs)



0,41



m



7



Chiều rộng của kênh dẫn nước thải (



0,2



m



7



Chiều sâu xây dựng mương đặt SCR (H)



0,8



m



3.2.4. Bể điều hòa

 Chức năng: Ổn định dòng thải vào hệ thống xử lý cả về mặt lưu lượng và nồng độ

nhằm tạo chế độ làm việc ổn định cho các cơng đoạn phía sau, tránh hiện tượng q

tải hoặc giảm tải đột ngột.

 Tính tốn :

- t: Thời gian lưu nước thải trong bể, t ≤ 6h

→ Chọn t = 3h

- Dung tích cần thiết để điều hòa lưu lượng của bể điều hòa [6]

Wđh = Qhmax t = 83,343250,02 ()

- Chiều cao cơng tác của bể điều hòa, chọn H = 4 (m)

Chiều cao bảo vệ: 0,30 ÷ 0,5 m, chọn Hbv = 0,3 (m)

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



34



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

→ Chiều cao xây dựng của bể: H + 4 + 0,34,3 (m)

-



Diện tích mặt cắt ngang của bể điều hòa [9]



Chọn bể điều hòa có dạng hình chữ nhật với số nguyên đơn n = 1( nguyên

đơn)

+ Chiều rộng của bể: Chọn B = 5,5 (m)

+ Chiều dài của bể: L .

Thể tích thực của một bể điều hòa:

-



Vật liệu xây dựng: Bê tông cốt thép.

Bề dày của đáy: 150mm

Bề dày tường xung quanh: 100m

 Tính tốn hệ thống phân phối khí

Sử dụng bể điều hòa khuấy trộn bằng khơng khí nén để điều hòa nồng độ nước thải.

- Lượng khơng khí cần cung cấp cho bể điều hòa:

Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn chặn mùi trong bể điều hòa cần cung cấp một

lượng khí thường xun.

Qkk = qkk. V

Trong đó:

+ : Lượng khí cần thiết để xáo trộn, qkk = 0,01 ÷ 0,015 (/.phút)

→ Chọn qkk = 0,015 (/.phút)

V=

→ = 0,015 250,7 = 3,77 (/phút)

- Khơng khí được phân phối qua hệ thống sục khí là các ống nhựa PVC có lỗ

khoan, đường kính lỗ dlỗ = 5 (mm), cách nhau a = 3 ÷ 6 cm, nằm ở mặt dưới

của ống (TCVN 51:2008, điều 7.40)

→ Chọn a = 6 cm = 0,06 m

Khi đó, số lỗ phân phối trên mỗi ống nhánh là:

-



Với:



+ ln: Chiều dài của ống nhánh, ln = 10,6 m

+ a: khoảng cách giữa các tâm lỗ



Với diện tích đáy bể là 10,6 x 5,5 m, ta bố trí các ống sục khí đặt dọc theo chiều

dài của bể, các ống được đặt trên các giá đỡ để ở độ cao

h = 10 cm, (h = 6 ÷ 10 cm) so với đáy bể.

- Khoảng cách giữa các ống nhánh là b = 1 m, các ống cách tường là 1 m.

Khi đó, số ống nhánh được phân bố là:

-



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



35



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

,

chọn = 6 ống.

Với: L là chiều dài của ống chính, L = 5,5 m

- Lưu lượng khí qua từng ống nhánh

-



Lưu lượng khí đi qua các lỗ sục khí



-



Vận tốc khí ra khỏi lỗ



Trong đó:

+ qlỗ: Lưu lượng khí đi qua các lỗ sục khí, qlỗ = (m3/phút)

+ dlỗ: Đường kính lỗ, d = 5 mm = 5 (m)



-



Đường kính ống chính dẫn khí vào bể điều hòa:



Trong đó:

+ Qk: Lưu lượng khí vào bể điều hòa, Qkk = 3,77 (m3/phút)

+ vk: Vận tốc khí trong ống, v = 9 ÷ 15 (m/s), Chọn v = 10 (m/s)

+ Chọn ống PVC có đường kính ϕ = 90 mm.

-



Đường kính ống nhánh dẫn khí vào bể



Trong đó:

+ qn: Lưu lượng khí trong mỗi ống nhánh, qn = 0,63 (m3/phút)



Chọn v = 10 (m/s)

Chọn ống PVC có đường kính ϕ = 40 mm

 Tính áp lực và cơng suất của hệ thống nén khí :

- Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí được xác định theo cơng thức:

Trong đó:

+ hđ: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, (m)

+ hc: Tổn thất cục bộ, (m)

→ , chọn

+ hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối,

→ Chọn

+ H: Chiều sâu hữu ích của bể,

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



36



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải



-



Áp lực khơng khí:



-



Cơng suất máy thổi khí



Trong đó:

+ η: hiệu suất máy nén khí, → chọn

+ Qkk: Lưu lượng khí, Qkk = 3,77 (m3/phút) = 0,063 (m3/s)



+ Chọn 2 máy thổi khí có cơng suất 3,2 KW, 2 máy thổi khí này hoạt động ln



phiên nhau.

 Tính tốn ống dẫn nước ra

Nước thải được dẫn ra khỏi bể với vận tốc dòng chảy trong ống là

v = 0,7 ÷ 1,3 (m/s), chọn v = 0,8 (m/s)

 Đường kính ống dẫn nước:

Chọn ống PVC có đường kính ϕ = 140 mm

Bảng 3.3: Các thơng số thiết kế bể điều hòa

STT



Tên thơng số



Số liệu thiết kế



Đơn vị



1



Số bể (n)



1



Bể



2



Chiều cao xây dựng của bể (Hxd)



4.3



m



3



Chiều dài của bể (L)



10,6



m



4



Chiều rộng của bể (B)



5,5



m



5



Số ống nhánh



6



ống



5



Số lỗ phân phối trên mỗi ống nhánh (nlỗ)



176



lỗ



6



Đường kính ống chính dẫn khí vào bể (D)



90



mm



7



Đường kính ống nhánh dẫn khí vào bể (d)



40



mm



8



Đường kính ống dẫn nước ra



140



mm



9



Thể tích khơng khí cấp vào



3,77



 Tính tốn lượng hóa chất để điều chỉnh pH



Hóa chất sử dụng là NaOH để tăng pH từ 5,7 lên 7

Ta có Q = 1000 /ngđ = 41,67 /h

= 5,7 => pOH = 8,3 => [] =

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



37



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

= 7 => [] =

ượng [] cần bổ sung là (mol/l)

Dùng NaOH 10M để trung hòa. Thể tích NaOH cần dùng

= = (l)

Từ phương trình NaOH

+

Số mol NaOH n = = 0,095 (mol)

Lượng NaOH cần châm vào là m =0,095 = 3,8 (g/ngày)

3.2.5. Bể đông keo tụ

 Chức năng: Tại bể đông keo tụ được bổ sung hóa chất đơng tụ Polymer Anion để

tăng cường quá trình keo tụ. Kết thúc quá trình keo tụ, bơng keo có kích thước bé,

khả năng lắng kém. Do đó, tại bể phản ứng nước thải sẽ được bổ sung hóa chất

đơng tụ (Polymer) để tăng cường tạo bông keo to hơn, tăng khả năng lắng các bông

bùn cho q trình lắng phía sau.

 Tính tốn:



3.2.5.1. Bể phản ứng

1. Thể tích bể:

V = t = 0,023 = 2,76 (m3 )

Trong đó:

+ : Lưu lượng nước thải theo giây lớn nhất, (m3 /s)

+ t : Thời gian lưu nước. t = 10s- 6 phút (Chọn t= 2 phút)



2. Kích thước bể:

-Chiều cao bể: H = Hi + hbv = 1 + 0.5 = 1,5 (m)



Trong đó:

+ Hi : Chiều cao hữu ích của bể, Chọn Hi = 1 (m)

+ Hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.5 (m)



- Tiết diện bể:

F = = = 2,76 ()

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



38