Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải rỉ rác của bãi rác công suất 1250 m3/ngày

95 trang phuongvu95 11683

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải rỉ rác của bãi rác công suất 1250 m3/ngày", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_tinh_toan_thiet_ke_he_thong_xu_ly_nuoc_thai_ri_rac_cua.docx

Nội dung text: Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải rỉ rác của bãi rác công suất 1250 m3/ngày

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI VIỆN KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HUTECH  ĐỒ ÁN NƯỚC THẢI Đề tài: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI RỈ RÁC CỦA BÃI RÁC CÔNG SUẤT 1250 m3/NGÀY GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO SVTH: 1. Nguyễn Thị Thảo Linh: 1411090371 2. Nguyễn Phan Uyên Vy: 141190473 3. Phan Văn Trường: 1411090461 4. Nguyễn Ngọc Thanh Trúc:1411090456 5. Lê Đình Duy:141090339 TP.HCM,30/12/2017 1 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt môn học này, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Th.S Lâm Vĩnh Sơn và cô Nguyễn Ngọc Phương Thảo đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình học tập vừa qua. Chúng em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Môi Trường, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM đã tận tình truyền đạt kiến thức trong 3 năm học tập. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học đã tạo nền tảng để chúng em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin. Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: nhóm 4 đồ án môn học xử lý nước thải lớp 14DMT03 2 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Mục lục GIỚI THIỆU CHUNG 2 1.Đăt vấn đề 2 Chương I TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ 3 1.1 Tổng quan về nước thải 3 1.1.1 Ô nhiễm nước 3 1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước 4 1.2 Tổng quan về nước rỉ rác 5 1.2.1 Sự hình thành nước rò rỉ 5 1.2.2 Thành phần và tính chất của nước rò rỉ 6 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ 12 Chương II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC RÒ RỈ 19 2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ 19 2.2 Lựa chọn công nghệ 41 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ 50 3 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Danh mục bảng Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước rác của bãi chôn lấp mới và lâu năm 11 Bảng 1.2 Phương trình tốc độ phân hủy và hệ số 15 Bảng 2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ 20 Bảng2.2 Kết quả nghiên cứu cử Chian và DeWalle sử dụng RO xử lý nước rỉ rác 32 Bảng 2.3 So sánh hiệu quả xử lý nước rác bằng hồ làm thoáng của nhiều nhà nghiên cứu 40 Bảng 2.4: Thành phần, tính chất nước rỉ rác đầu vào 46 4 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIỚI THIỆU CHUNG 1. Đăt vấn đề Nước rò rỉ từ bãi chôn lấp (hay còn gọi là nước rác) đang là vấn đề nhức nhối trong xã hội về mặt môi trường và mỹ quan. Nước rò rỉ có nồng độ chất ô nhiễm cao, có mùi chua nồng, có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm ô nhiễm đất. Khi không được tích trữ và xử lý tốt, một lượng lớn tràn ra ngoài vào mùa mưa sẽ gây ô nhiễm cho các khu vực xung quang, ảnh hưởng đến cộng đồng dân cư gần bãi chôn lấp. Đây là vấn đề nan giải của các bãi rác không có trạm xử lý nước rò rỉ hiện nay. Do thành phần phức tạp và khả năng gây ô nhiễm cao, nước rò rỉ từ bãi rác đòi hỏi một dây chuyền công nghệ xử lý kết hợp, bao gồm nhiều khâu xử lý như xử lý sơ bộ, xử lý bậc 2, xử lý bậc 3 để đạt tiêu chuẩn thải. Thành phần và lưu lượng nước rò rỉ biến động theo mùa và theo thời gian chôn lấp nên dây chuyền công nghệ xử lý nước rò rỉ cũng sẽ thay đổi đối với các loại nước thải có thời gian chôn lấp khác nhau. Chương I :TỔNG QUAN VỀ NƯỚC RÒ RỈ 1.1 Tổng quan về nước thải 1.1.1 Ô nhiễm nước Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tự nhiên và cuộc sống của con người. Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu, năng lượng, dung môi, chất tải nhiệt và vận chuyển nguyên vật liệu Do tác động của các hoạt động sống, nước bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau và bị giảm chất lượng. Chất lượng nước thay đổi theo các khuynh hướng sau: 5 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễm bởi các acid sunfuric và acid nitrit từ khí quyển, tăng hàm lượng sunfat (SO42-) và nitrit (NO3-) trong nước. Tăng nồng độ các ion Ca2+, Mg2+, Si4+ trong nước ngầm và nước sông do quá trình rửa trôi, hòa tan các cặn cacbonat và các quặng khác dưới tác động của mưa acid. Tăng hàm lượng các kim loại nặng như Pb2+ và các ion như phosphate, nitrate, nitrit trong nước tự nhiên. Tăng hàm lượng muối trong nước trên bề mặt và nước ngầm do sự xâm nhập của nước thải, từ khí quyển và rửa trôi một phần chất thải rắn (ví dụ, hàm lượng muối trong nước của nhiều sông hàng năm tăng 30 – 50 mg/L, từ 1000 tân chất thải thành phố có đến 8 tấn muối xâm nhập vào nước ngầm) Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là các chất bền sinh học (chất hoạt động bề mặt, chất sát trùng, sản phẩm phân dã của chúng với các chất độc hại, gây ung thu, đột biến gen khác) Giảm hàm lượng oxy trong nước tự nhiên do các quá trình oxy hóa và chất kỵ nước. Giảm độ trong suốt của nước (trong nước bẩn, các virut và vi khuẩn phát triển nhanh và trở thành nhân tố kích thích mầm bệnh) Nước tự nhiên bị nhiễm các đồng vị phóng xạ của nguyên tố hóa học. 1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước Nước thải là nước sinh ra từ quá trình sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô nhiễm. Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành nước thải sinh hoạt, nước chảy tràn và nước thải công nghiệp. Nước thải sinh hoạt: là lượng nước thải ra do quá trình sinh hoạt thường nhật. Thông thường, thành phần của nước thải sinh hoạt gồm khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là có 6 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI hàm lượng các chất hữu cơ không bền sinh học (như carbonhydrat, protein, mỡ) cao; chất dinh dưỡng (photphat, nitơ); vi trùng, chất rắn và mùi. Nước chảy tràn: được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng. Chúng bị ô nhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau. Nước mưa chảy qua khu vực dân cư, khu sản suất công nghiệp, cuốn theo chất răn, dầu mỡ, hóa chất và vi trùng Còn nước chảy tràn từ đồng ruộng mang theo chất răn, thuốc sát trùng và phân bón Nước thải công nghiệp: xuất hiện khi khai thác và chế biễn các nguyên liệu hữu cơ và vô cơ. Trong các quá trình công nghệ các nguồn thải là: Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi tất cả các chất và sản phẩm phản ứng) Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, được tách ra trong quá trình chế biến. Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị Dung dịch nước cái Nước chiết, nước hấp thụ Nước làm nguội. Các nước khác như: nước bơm chân không, từ thiết bị ngưng tụ hòa trộn, hệ thống thu hồi tro ướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy móc 1.2 Tổng quan về nước rỉ rác 1.2.1 Sự hình thành nước rò rỉ Nước rò rỉ từ bãi rác (nước rác) là nước bẩn thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ô nhiễm từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chôn lấp. Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn lấp, nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mua và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của chất thải do các thiết bị đầm nén. 7 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Quá trình tạo thành nước rò rỉ bắt đầu khi bãi rác đạt đến khả năng giữ nước hay khi nó bị bão hòa nước. Khả năng giữ nước (FC – Field Capacity) của chất thải rắn là tổng lượng nước có thể lưu lại trong bãi rác dưới tác dụng của trọng lực. FC của chất thải rắn là yếu tố rất quan trọng trong việc xác định sự hình thành nước rò rỉ. FC thay đổi tùy thuộc vào trạng thái bị nén của rác và việc phân hủy chất thải trong bãi chôn lấp. Cả rác và lớp phủ đều có khả năng giữ nước trước sức hút của trọng lực. FC có thể tính theo công thức sau: 푾 FC = . ― . ∗ + 푾 Trong đó: FC: Khả năng giữ ước (tỷ lệ giữ nước và trọng lượng khô của chất thải rắn). W: Khối lượng vượt tải (overburden weight) được tính tại chính giữa chiều cao ô chôn lấp, pound. Các nguồn chính tạo ra nước rò rỉ bao gồm nước từ phía trên bãi chôn lấp, độ ẩm của rác, nước từ vật liệu phủ, nước từ bùn nếu việc chôn bùn được cho phép. Việc mất đo của nước được tích trữ trong bãi rác bao gồm nước tiêu thụ trong các phản ứng hình thành khí bãi rác, hơi nước bão hòa bốc hơi theo khí và nước thoát ra từ đáy bãi chôn lấp (nước rò rỉ). Điều kiện khí tượng, thủy văn, địa hình, địa chất của bãi rác, nhất là khí hậu, lượng mưa ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước rò rỉ sinh ra. Tốc độ phát sinh của nước rác dao động lớn theo các giai đoạn hoạt động khác nhau của bãi rác. Trong suốt những năm đầu tiền, phần lớn lượng nước mưa thâm nhập vào được hấp thụ và tích trữ trong các khe hở và lỗ rỗng của chất thải chôn lấp. Lưu lượng nước rò rỉ sẽ tăng lên dần trong suốt thời gian hoạt động và giảm dần khi đóng cửa bãi chôn lấp do lớp phủ cuối cùng và lớp thực vật được trông lên trên mặt giữ nước làm giảm lượng nước thấm vào. 8 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.2.2 Thành phần và tính chất của nước rò rỉ Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, phụ thuộc bào tuổi của bãi chôn lấp. loại rác, khí hậu. Mặt khác, độ dày, độ nén và lớp nguyên liệu phủ trên cùng cũng tác động lên thành phần nước rác. Thành phần và tính chất nước rò rỉ còn phụ thuộc bào các phản ứng lý, hóa, sinh ra trong bãi chôn lấp. Các quá trình sinh hóa xảy ra trong bãi chôn lấp chủ yếu do hoạt động của các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ từ chất thải rắn làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân giải trong bãi chôn lấp được chia thành các nhóm chủ yếu sau: Các vi sinh vật ưu ẩm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 0 – 20oC Các vi sinh vật ưa ấm: phát triển mạnh ở nhiệt độ 20 – 40oC Các vi sinh vật ưa nóng: phát triển mạng ở nhiệt độ 40 – 70oC  Sự phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp bao gồm các giai đoạn sau: Giai đoạn I – giai đoạn thích nghi ban đầu: Chỉ sau một thời gian ngắn từ khi chất thải rắn được chôn lấp thì các quá trình phân hủy hiếu khí sẽ diễn ra, bởi vì trong bãi rác còn có một lượng không khí nhất định nào đó được giữ lại. Giai đoạn này có thể kéo dài một vài ngày cho đến vài tháng, phụ thuộc vào tốc độ phân hủy, nguồn vi sinh vật gồm có các loại vi sinh hiếu khí và kị khí. Giai đoạn II – giai đoạn chuyển tiếp: Oxy bị cạn kiệt dần và sự phân hủy chuyển sang giai đoạn kỵ khí. Khi đó, nitrat và sulphat là chất nhận điện tử cho các phản ứng chuyển hóa sinh học và chuyển thành khí nitơ và hydro sulfit. Khi thế oxy hóa giảm, cộng đồng vi khuẩn chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ trong rác thải thành CH4, CO2 sẽ bắt đầu quá trình 3 bước (thủy phân, lên men axir và lên men metan) chuyển hóa chất hữu cơ thành axit hữu cơ và các sản phẩm trung gian khác (giai đoạn III). Trong giai đoạn II, pH của nước rò rỉ 9 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI sẽ giảm xuống do sự hình thành của các loại axit hữu cơ và ảnh hưởng của nồng độ CO2 tăng lên trong bãi rác. Giai đoạn III – giai đoạn lên men axit: Các vi sinh vật trong giai đoạn II được kích hoạt do việc tăng nồng độ các axit hữu cơ và lượng H2 ít hơn. Bước đầu tiên trong quá trình 3 bước liên quan đến sự chuyển hóa các enzym trung gian (sự thủy phân) của các hợp chất cao phân tử (lipit, polysacarit, protein) thành các chất đơn gian thích hợp cho vi sinh vật sử dụng. Tiếp theo là quá trình lên men axit. Trong bước này xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hình thành ở bước trên thành các chất trung gian phan tử lượng thấp hơn như là axit acetic và nồng độ nhỏ axit fulvic và các axit hữu cơ khác. Khí cacbonic được tạo ra nhiều nhất trong giai đoạn này, một lượng nhỏ H2S cũng được hình thành. Giá tri pH của nước rò rỉ giảm xuống nhỏ hơn 5 so với sự có mặt của các axit hữu cơ và khí CO2 có trong bãi rác. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) và độ dẫn điện tăng lên đáng kể trong suốt giai đoạn III do sự hòa tan các axit hữu cơ vào nước rò rỉ. Do pH thấp, nên một số chất vô cơ chủ yếu là các kim loại nặng sẽ được hòa tan trong giai đoạn này. Nếu nước rò rỉ không được tuần hoàn thì nhiều thành phần dinh dưỡng cơ bản cũng bị loại bỏ theo nước rác ra khỏi bãi chôn lấp. Giai đoạn IV – giai đoạn lên men metan: Trong giai đoạn này nhóm vi sinh vật thứ hai chịu trách nhiệm chuyển hóa axit acetic và khí hydro hình thành từ giai đoạn. trước hình thành CH4, CO2 sẽ chiễm ưu thế. Đây là nhóm vi sinh vật kị khí nghiêm ngặt, được gọi là vi khuẩn metan. Trong giai đoạn này, sự hình thành metan và các axit hữu cơ và H2 bị chuyển hóa thành metan và cacbonic nên pH của nước rò rỉ tăng lên đáng kể trong khoảng từ 6.8 – 8.0. Giá trị BOD5, COD, nồng độ kim loại nặng và độ dẫn điện của nước rò rỉ giảm xuống trong giai đoạn này. 10 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Giai đoạn V – giai đoạn ổn định: giai đoạn ổn định xảy ra khi các vật liệu hữu cơ dễ phân hủy sinh học đã được chuyển hóa thành CH4, CO2 trong giai đoạn IV. Nước sẽ tiếp tục di chuyển trong bãi chôn lấp làm các chất có khả ngăng phân hủy sinh học trước đó chưa được phân hủy sẽ tiếp tục được chuyển hóa. Tốc độ phát sinh khí trong giai đoạn này giảm đáng kể, khí sinh ra chủ yếu là CH4 và CO2. Trong giai đoạn ổn định. nước rò rỉ chủ yếu axit humic và axit fulvic rất khó cho quá trình phân hủy sinh học diễn ra tiếp nữa. Tuy nhiễn, khi bãi chôn lấp càng lâu năm thì hàm lượng axit humic và fulvic cũng giảm xuống. Từ hình 1.1 có thể thấy rằng nước rò rỉ từ các bãi rác mới chôn lấp chất thải rắn có pH thấp, BOD5 và VFA cao, hàm lượng kim loại nặng cao, tương ứng với gian đoạn I, II, III và một phần giai đoạn IV của bãi chôn lấp Hình 1.1 Quá trình phân hủy sinh học trong bãi chôn lấp Khi đã chôn lấp trong một thời gian dài thì các chất hữu cơ trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan, khi đó thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ cũng giảm xuống đáng kể. Khi pH tăng lên sẽ làm giảm nồng độ các chất vô cơ, đặc biệt kim loại nặng có trong nước rò rỉ 11 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Khi nước thấm qua chất thải rắn đang phân hủy được chôn trong bái rác, thì các thành phần hóa học và sinh học đã được phân hủy sẽ hòa vào nước làm tăng nồng độ ô nhiễm của nước và tạo thành nước rò rỉ. Việc tổng hợp và đặc trung thành phần nước rác là rất khí vì nhiều yếu tố khác nhau tác động lên sự hình thành nước rò rỉ. Nên tính chất của nó chỉ có thể xác định trong một khoảng giá trị nhất định và được cho trong bảng 1.1 Bảng 1.1 thống kê các chỉ tiêu của nước rò rỉ trong nhiều năm. Một điều có thể thấy rõ là các thành phần ô nhiễm trong nước rò rỉ bãi rác mới chôn lấp đều cao, đặc biệt ô nhiễm hữu cơ rất cao (COD, BOD5 cao). Nồng độ chất ô nhiễm trong nước rò rỉ của bãi rác mới chôn lấp cao hơn rất nhiều so với bãi rác chôn lấp lâu năm. Bởi vì trong bãi chôn lấp lâu năm, chấy thải rắn đã được ổn định do các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thời gian dài, các chất hữu cơ đã được phân hủy hầu như hoàn toàn, các chất vô cơ đã bị cuỗn trôi đi. Trong bãi chôn lấp mới, thông thường pH thấp, các thành phần khác như BOD5, COD, chất dinh dưỡng, kim loại nặng, TDS có hàm lượng rất cao. Khi các quá trình sinh học trong bãi chôn lấp đã chuyển sang giai đoạn metan hóa thì pH sẽ cao hơn (6.8 – 8.0), đồng thời BOD5, COD, TDS và nồng độ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) thấp đi. Hàm lượng kim loại nặng giảm xuống bởi vì khi pH tăng thì hầu hết các kim loại ở trạng thái kém hòa tan. Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước rác của bãi chôn lấp mới và lâu năm Giá trị, mg/L Bãi mới (dưới 2 năm) Bãi lâu năm Thành phần Khoảng Trung bình (Trên 10 năm) BOD5 2.000-55.000 10.000 100-200 TOC 1.500-20.000 6.000 80-160 12 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI COD 3.000-90.000 18.000 100-500 Chất rắn hòa tan 10.000-55.000 10.000 1.200 Tổng chất rắn lơ 200-2.000 500 100-400 lửng Nitơ hữu cơ 10-800 200 80-120 Amoniac 10-800 200 20-40 Nitrat 5-40 25 5-10 Tổng lượng photpho 5-100 30 5-10 Othophotpho 4-80 20 4-8 Độ kiềm theo CaCO3 1.000-20.900 3.000 200-1.000 pH 4,5-7,5 6 6,6-9 Độ cứng theo CaCO3 300- 25.000 3.500 200-500 Canxi 50-7.200 1.000 100-400 Magie 50-1.500 250 50-200 Clorua 200-5.000 500 100-400 Sunphat 50-1.825 300 20-50 Tổng sắt 50-5.000 60 20-200 Nguồn:IntergratedSo liW 7aste Management) Khả năng phân hủy của nước rác thay đổi theo thời gian. Khả năng phân hủy sinh học có thể xét thông qua tỷ lệ BOD5/COD. Khi mới chôn lấp tỷ lệ này thường khoảng 0.5 hoặc lớn hơn. Khi tỷ lệ BOD5/COD trong khoảng 0.4 - 0.6 hoặc lớn hơn thì chất hữu cơ trong nước rò rỉ dễ phân hủy sinh học. Trong các bãi rác lâu năm, tỷ lệ BOD5/COD rất thấp, khoảng 0.005 - 0.2. KHi đó nước rò rỉ chứa nhiều axit humic và fulvic có khả năng phân hủy sinh học thấp. 13 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Khi thành phần và tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian thì việc thiết kế hệ thống xử lỹ cũng rất phức tạp. Chẳng hạn như, hệ thống xử lý nước rác cho bãi chôn lấp mới sẽ khác so với hệ thống xử lý các bãi rác lâu năm. Đồng thời, viêc phân tích tính chất nước rò rỉ cũng rất phức tạp bởi nước rò rỉ có thể là hỗn hợp của của nước ở các thời điểm khác nhau. Từ đó, việc tìm ra công nghệ xử lý thích hợp cũng gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải nghiên cứu thực tế mới có thể tìm ra công nghệ xử lý hiệu quả.  Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần tính chất nước rò rỉ Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi lý, hóa, sinh học cùng xảy ra một lúc. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hóa học đã được phân hủy từ rác. Thành phần chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều sâu bãi chôn lấp, độ nén, loại và độ dày của nguyên liệu phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của nước trong bái rác, độ pha loãng vói nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất ức chế, chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi rác, việc chôn lấp chất thải rắn, chất thải độc hại, bùn từ trạm xử lý nước thải Ta sẽ lần lượt xét qua các yếu tố chính ảnh hưởng đến thành phần và tính chất nước rò rỉ: a. Thời gian chôn lấp Tính chất nước rò rỉ thay đổi theo thời gian chôn lấp. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rò rỉ là một hàm theo thời gian. Theo thời gian nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác giảm dần.Thành phần củanước rò rỉ thay đổi tùy thuộc vào cấc giai đoạn khác nhau của quá trình phần hủy sinh học đang diễn ra. Sau giai đoạn hiều khí ngắn (một vài tuần hoặc kéo dài một vài tháng), thì giai đoạn phân hủy yếm khí tạo ra axit xảy ra và cuối cùng là quá trình tạo ra khí metan. Trong giai đoạn axit, các hợp chấy đơn gian được hình thành như các axit dễ bay hơi, amino axit và một phần 14 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI fulvic với nồng độ nhỏ. Trong giai đoạn này, khi rác mới được chôn hoặc có thể kéo dài vài năm, nước rò rỉ cũng có những đặc điểm sau: Nồng độ các axit béo dễ bay hơi (VFA) cao. pH nghiêng về tính axit. BOD cao. Tỷ lên BOD/COD cao. Nồng độ NH4+ và nitơ hữu cơ cao. Vi sinh vật có số lượng lớn. Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng cao. Khi rác được chôn càng lâu, quá trình metan hóa xảy ra. Khi đó, chất thải rắn trong bãi chôn lấp được ổn định dần, nồng độ ô nhiễm cũng giảm dần theo thời gian. Giai đoạn tạo khí metan có thể kéo dài đến 100 năm hoặc lâu hơn nữa. Đặc điểm nước thải ở giai đoạn này: Nồng độ các axit béo dễ bay ơi thấp. pH trung tính hoặc kiềm. BOD thấp. Tỷ lên BOD/COD thấp. Nồng độ NH4+ thấp. Vi sinh vật có số lượng nhỏ. Nồng độ các chất vô cơ hòa tan và kim loại nặng thấp. Theo thời gian chôn lấp đất thì các chất hữu cơ trong nước rò rỉ cũng có sự thay đổi. Ban đầu, khi mới chôn lấp, nước rò rỉ chủ yếu axit béo bay hơi. Các axit thường là acetic, propionic, butyric. Tiếp theo đó là axit fulvic làm cho pH của nước rác nghiêng về tính axit. Rác chôn lấp lâu thì thành phần chất hữu cơ trong nước rò rỉ có sự biến đổi thể hiện ở sự giảm xuống của các axit béo bay hơi và sự tăng lên của axit fulvic và humic. Khi bãi rác đã đóng của 15 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI trong thời gian dài thì hầu như nước rò rỉ chỉ chứa một phần rất nhỏ các chất hữu cơ, mà thường là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Nghiên cứu của Lu (1984) về mối quan hệ thời gian chôn lấp và các thành phần của nước rò rỉ đã đưa ra các phương trình tương quan giữa thời gian và sự sụt giảm của COD, BOD5, TOC, độ kiềm, canxi, kali, natri, sulphat và clorua trong nước tác tại nhiều bãi chôn lấp. Trong các nghiên cứu này, hầu hết các trường hợp cho bãi chôn lấp hoạt động trên 3 năm và thấp hơn 30 năm (xem bảng sau). Bảng 1.2 Phương trình tốc độ phân hủy và hệ số Phương trình Đơn vị Hệ số, k kt BOD5 = 47.000 x10" mg/l 0,043 COD = 89.500 x 10-kt mg/l 0,0454 TOC = 1.600 x 10-kt mg/l 0.040 TVS = 24.000e-kt mg/l 0,185 TDS = 16.000e-kt mg/l 0,075 Nitơ hữu cơ = 130e-kt mg/l 0,185 N- Amoniac = mg/l 0,1 12.000e-kt Độ kiềm = 1.400e-kt mg/l CaCO3 0,04 Ca = 9.360 x10-kt mg/l 0,050 Na = 1.805 x 10-kt mg/l 0,038 Cl- = 4.200 x 10-kt mg/l 0,050 K+ = 3.800 x 10-kt mg/l 0,095 (Nguồn: Lu, 1984) 16 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Như vậy, các quá trình phân hủy sinh hóa trong bãi chôn lấp có ảnh hưởng rất lớn đến thành phần và tính chất nước rò rỉ. Theo thời gian, các quá trình phân hủy trong bãi. chôn lấp sẽ có những biến đổi giai đoạn này sang giai đoạn khác làm thay đổi tính chất nước rò rỉ. b. Thành phần và các biện pháp xử lý sơ bộ chất thải rắn Rõ ràng thành phần chất thải rắn là yếu tố quan trọng nhất tác động đến tính chất nước rò rỉ. Khi các phản ứng trong bãi chôn lấp diễn ra thì chất thải rắn sẽ bị phân hủy. Do đó, chất thải rắn có những đặc tính gì thì nước rò riri cũng có các đặc tính tương tự. Chẳng hạn nhưm chất thải có chứa nhiều chất độc hại thì nước rác cũng chứa nhiều thành phần độc hại Các biện pháp xử lý hoặc chế biến chất thải rắn cũng có những tác động đến tính chất nước rác. Chẳng hạn như, các bãi rác có rác không được nghiền nhỏ. Bởi vì, khi rác được cắt nhỏ thì tốc độ phân hủy tăng lên đáng kể so với khi không nghiền nhỏ rác. Tuy nhiên, sau một thời gian dài thì tổng lượng chất ô nhiễm bị trôi ra từ chất thải rắn là như nhau bất kể là rác có được xử lý sơ bộ hay không. c. Chiều sâu bãi chôn lấp Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng bãi chôn lấp có chiều sâu chôn lấp càng lớn thì nồng độ chất ô nhiễm càng cao so với bãi tác chôn lấp khác trong cùng điều kiện về lượng mưa và quá trình thấm. Bãi rác càng sâu thì cần nhiều nước để đạt trạng thái bão hòa, cần nhiều thời gian để phân hủy. Do vậy, bãi chôn lấp càng sâu thì thời gian tiếp xúc giữa nước và rác sẽ lớn hơn và khoảng cách di chuyển của nước sẽ tăng. Từ đó quá trình phân hủy sẽ xảy ra hoàn toàn hơn nên nước rò rỉ chứa một hàm lượng lớn chất ô nhiễm. d. Các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi Độ dày và khả năng chống thấm của vật liệu phủ có vai trò rất quan trọng trong ngăn ngừa nước thấm vào bãi chôn lấp làm tăng thời gian tạo nước rò rỉ 17 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI cũng như tăng lưu lượng và pha loãng các chất ô nhiễm từ rác vào trong nước. Khi quá trình thấm xảy ra nhanh thì nước rò rỉ sẽ có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm nhỏ. Quá trình bay hơi làm cô đặc nước rác và tăng nồng độ ô nhiễm. Nhìn chung các quá trình thấm, chảy tràn, bay hơi diễn ra rất phức tạp và phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa hình, vật liệu phủ, thực vật phủ e. Độ ẩm rác và nhiệt độ Độ ẩm thích hợp các phản ứng sinh học xảy ra tốt. Khi bãi chôn lấp đạt trạng thái bão hòa, đạt tới khả năng giữ nước FC, thì độ ẩm trong rác là không thay đổi nhiều. Độ ẩm là một trong những yếu tố quyết định thời gian nước rò rỉ được hình thành là nhanh hay chậm sau khi rác được chôn lấp. Độ ẩm trong rác cao thì nước rò rỉ sẽ hình thành nhanh hơn. Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất nước rò rỉ. Khi nhiệt độ môi trường cao thfi quá trình bay hơi sẽ xảy ra tốt hơn là giảm lưu lượng nước rác. Đồng thời, nhiệt độ càng cao thì các phản ứng phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp càng diễn ra nhanh hơn làm cho nước rò rỉ có nồng độ ô nhiễm cao hơn. f. Ảnh hưởng từ bùn cống rãnh và chất thải độc hại Việc chôn lấp chất thải rắn sinh hoạt với bùn cống ránh và bùn của trạm xử lý nước thải sinh hoạt có ảnh hưởng lớn đến tính chất nước rò rỉ. Bùn sẽ làm tăng độ ẩm của rác và do đó khả năng tại thành nước rò rỉ. Đồng thời chất dinh dưỡng và vi sinh vật từ bùn được chôn lấp sẽ làm tăng khả năng phân hủy và ổn định chất thải rắn. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, việc chôn lấp chất thải rắn cùng với bùn làm hoạt tính metan tăng lên, nước rò rỉ có pH thấp và BOD5 cao hơn. Việc chôn lấp chất thải rắn đô thị với các chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến các quá trình phân hủy chất thải rắn trong bãi chôn lấp do các chất ức chế như kim loại nặng, các chất độc với vi sinh vật Đồng thời, theo thời gian các 18 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI chất độc hại sẽ bị phân hủy và theo nước rò rỉ thoát ra ngoài ảnh hưởng đến môi trường cũng như các công trình sinh học xử lý nước rác. Chương II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC RÒ RỈ 2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ Phương pháp xử lý nước rò rỉ gồm có xử lý sinh học, cơ học, hóa học hoặc liên kết các phương pháp này, xử lý cùng với nước thải sinh hoạt. Để xử lý nước rò rỉ thì nên sử dụng phương pháp cơ học kết hợp xử lý sinh học và hóa học bởi vì quá trình cơ học có chi phí thấp và thích hợp với sự thay dổi thành phần tính chất của nước rò rỉ. Tuy nhiên, nước rò rỉ từ bãi chôn lấp thường có thành phần chât hữu cơ cao, do đó việc sử dụng các quá trình xử lý sinh học sẽ mang lại hiệu quả cao hơn. Quá trình xử lý hóa lý thích hợp đối với xử lý nước rò rỉ của bãi chôn lấp lâu năm.  Các phương pháp xử lý nước rò rỉ được cho trong bảng sau Bảng 2.1 Các phương pháp xử lý nước rò rỉ Phương pháp xử lý Đặc điểm PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC Điều hòa Điều hòa lưu lượng và nồng độ trên dòng thải và ngoài dòng thải Chắn rác Các loại mảnh vụn, rác được loại bỏ bằng song chắn, lưới chắn rác Lắng Chất lơ lửng và bông cặn được loại bỏ do trọng lực Tuyển nổi Các hạt nhỏ được tụ lại và đưa lên khỏi mặt nước nhờ các bọt khí và loại khỏi mặt nước nhờ cánh gạt. Khuấy trộn, sục các bọt khí nhỏ được sử dụng. 19 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Khử khí Nước và không khí tiếp xúc với nhau trong các dòng xoáy trộn trong tháp khử khí. Amoniac, VOC là một số khí khác được loại bỏ khỏi nước rỉ. Lọc SS và độ đục loại bỏ Quá trình màng Đây là quá trình khử khoáng. các chất rắn hòa tan được loại bỏ bằng phân tách màng. Quá trình siêu lọc (Ultrafihtion), thẩm thấu ngược (RO) và điện thẩm thấu tách (Electrodialysis) hay được sử dụng. Bay hơi Bay hơi nước rò rỉ. Phụ thuộc vào nhiệt độ, gió độ ẩm và mưa. PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ Keo tụ, tạo bông Hệ keo tụ bị mất ổn định do sự phân tán nhanh của hóa chất keo tụ. Chất hữu cơ, SS, photphate, một số kim loại và độ đục bị loại bỏ khỏi nước. Các loại muối nhôm, sắt và polymer hay được sử dụng làm hóa chất keo tụ. Kết tủa Giảm độ hòa tan bằng các phản ứng hóa học. Độ cứng, photphat và nhiều kim loại nặng được loại ra khỏi nước rò rỉ. Oxy hóa Các chấy oxy hóa như ozone, H2O2, Clo, Kali permanganate được sử dụng để oxy hóa các chất hữu cơ, H2S, sắt và một số kim loại khác. Amonia và 20 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI cianua chỉ bị oxy hóa bởi các hợp chất oxy hóa mạnh. Phản ứng khử Kim loại được khử thành các dạng kết tủa và chuyển thành dạng ít độc hơn (ví dụ: Crom). Các chất oxy hóa cũng bị khử (quá trình loại do clo dư trong nước). Các hóa chất khử hay sử dụng: SO2, NaHSO3, FeSO4. Trao đổi ion Dùng để khử các ion vô cơ có trong nước rò rỉ Hấp thụ bằng Dùng để khử COD, BOD còn lại, các chất độc và cacbon hoạt tính các chất hữu cơ khó phân hủy. Một số kim loại cũng được hấp thụ. Cacbon thường được sử dụng dưới dạng bột và dạng hạt PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Hiếu khí Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn khi có O2. Bùn được tuần hoàn. Sản phẩm cuối là CO2 a. Sinh trưởng lơ lửng Bùn hoạt tính Trong quá trình bùn hoạt tính chất hữu cơ và vi sinh được sục khí. Bùn hoạt tính lắng xuống và được tuần hoàn về bể phản ứng. Các quá trình bùn hoạt tính bao gồm: dòng chảy đều, khuấy trộn hoàn chỉnh, 21 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI nạp nước vào bể theo cấp, làm thoáng kéo dài, quá trình ổn định tiếp xúc Nitrat hóa Amoniac được oxy hóa thành nitrat. Quá trình khử BOD có thể thực hiện trong cùng một bể hay trong bể riêng biệt. Hồ sục khí Thời gian lưu nước trong hồ có thể vài ngày. Khí được sục để tăng cường quá trình oxy hóa chất hữu cơ. SBR Các quá trình tương tự bùn hoạt tính, Tuy nhiên, việc ổn địn chất hữu cơ lắng và tách nước sạch sau xử lý chỉ xảy ra trong một bể. b. Sinh trưởng dính bám Bể lọc sinh học Nước được đưa vào bể có các vật liệu tiếp xúc. Bể lọc sinh học gồm có các loại: tải trọng thấp, tải trọng cao, lọc hai bậc. Các vi sinh vật sống và phát triển trên bề mặt vật liệu tiếp xúc, hấp thụ và oxy hóa các chất hữu cơ. Cung cấp không khí và tuần hoàn nước là rất cần theiest trong quá trình hoạt động. Bể tiếp xúc sinh học Gồm các đĩa tròn bằng vật liệu tổng hợp đặt sát quay (RBC) gần nhau. Các đía quay này một phần ngập trong nước. Kị khí a. Sinh trưởng bám dính Sinh trưởng lơ lửng Nước thải được trộn với sinh khối vi sinh vật. Nước thải trong bể phản ứng thường được khuấy 22 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI trộn và đưa đến nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh học kị khí xảy ra. Quá trình kị khí cổ Chất thải nồng độ cao hoặc bùn được ổn định điển trong bể phản ứng Quá trình tiếp xúc Chất thải được phân hủy trong bể kỵ khí khuấy trộn hoàn chỉnh. Bùn được lắng tại bể lắng và tuần hoàn trở lại bể phản ứng. UASB Nước thải được đưa vào bể từ đáy bể. Bùn trong bể dưới sức nặng của nước và khí biogas từ quá trình phân hủy sinh học tạo thành lớp bùn lơ lửng, xáo trộn liên tục. Vi sinh vật kỵ khí có điều kiện rất tốt để hấp thụ và chuyển đổi chất hữu cơ thành khí metan và cacbonic. Bùn được tác và tự tuần hoàn lại bể UASB bằng cách sử dụng thiết bị tách rắn - lỏng - khí. Khử nitrat Nitrit và nitrat bị khử thành khí nitơ trong môi trường thiếu khí. Cần phải có một số chất hữu cơ làm nguồn cung cấp cacbon như methanol, acid acetic, đường Hệ thống kết hợp Photpho và nitơ được loại bỏ trong hệ thống này. các quá trình kị khí, Nitơ được loại trong quá trình thiếu khí. Photpho thiếu khí và hiếu khí được giải phóng nhờ các quá trình kị khí và thiếu khí. Việc sử dụng photpho, ổn định chất hữu cơ và nitrat hóa amonia được thực hiện ở bể phản ứng hiếu khí. b. Sinh trưởng dính bám 23 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Bể lọc khí Nước thải được đưa từ phía trên xuống qua các vật liệu tiếp xúc trong môi trường kị khí. Có thể xử lý nước thải có nồng độ trung bình với thời gian lưu nước ngắn. EBR và FBR Bể gồm các vật liệu tiếp xúc như cát, than, sỏi. Nước và dòng tuần hoàn được bơm từ đáy bể đi lên sao cho duy trì vật liệu tiếp xúc ở trạng thái trưởng nở hoặc giả lỏng. Thích hợp với khi xử lý nước thải có nồng độ cao vì nồng độ sinh khối được duy trì trong bể khá lớn. Tuy nhiên, thời gian satart - up tương đối lâu. Đĩa sinh học quay Các đĩa tròn được gắn vào trục trung tâm và quay trong khi chìm hoàn toàn trong nước. Màng vi sinh vật phát triển trong điều kiện kị khí và ổn định chất hữu cơ. Khử nitrat Quá trình sinh trưởng dính bám trong môi trường kị khí và có mặt của nguồn cung cấp cacbon, khử nitrit và nitrat thành khí nitơ. Sinh trưởng lơ lửng Kết hợp quá trình sinh trưởng lơ lửng và dính và dính bám kết hợp bám để ổn định chất hữu cơ. Hồ xử lý hiếu khí - Hồ xử lý dạng này thường là những hồ tự nhiên kị khí hoặc nhân tạo và được lắp đặt lớp lót chống thấm. Quá trình sinh học xảy ra trong hồ có thể là kị khí, tùy tiện hoặc hiếu khí. Xử lý đất (Land Tận dụng thực vật, đặc tính của đất và các hiện treatment) tượng tự nhiên khác để xử lý nước rò rỉ bằng việc kết 24 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI hợp các quá trình hóa lý - hóa 0 sinh cùng xảy ra. Tuần hoàn nước Nước rò rỉ có nồng độ cao được tuần hoàn về bãi rác. Việc lựa chọn công nghệ xử lý căn cứ rất nhiều vào lượng ô nhiễm cần loại bỏ để đạt được tiêu chuẩn thải. Thông thường, công nghệ xử lý tùy thuộc chủ yếu vào đặc tính của nước rò rỉ. Đồng thời, các điều kiện vị trí địa lý và tự nhiên của bãi chôn lấp cũng có vai trò nhất định trong việc đưa ra quyết định lựa chọn công nghệ xử lý. Đặc tính của nước rác thường có đặc trưng bởi các chỉ tiêu như COD, BOD5, TDS. SO42-, kim loại nặng, Ca2+ và một số chỉ tiêu khác. Chú ý rắng nước rò rỉ có hàm lượng chất rắn hòa tan lớn và kim loại nặng nên có thể ức chế quá trình xử lý sinh học. Đồng thời, xử lý sinh học chỉ loại được một phần nhỏ các chất rắn hòa tan. Khi nước rác có COD cao thì có thể dùng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí bởi vì xử lý hiếu khí rất tốn kém. Sunphat với nồng độ cao có thể làm ảnh hưởng đến quá trình xử lý kỵ khí, mùi hình thành do sunphat do bị khử thành sunfit cũng có thể hạn chế việc sử dụng công trình kỵ khí khi xử lý nước rác. Độc tính của kim loại nặng cũng là một vấn đề cần quan tâm trong việc ứng dụng các quá trình sinh học. Canxi gây ra các hiện tượng kết tủa, đóng cáu cặn làm giảm hoạt tính của bùn hoạt tính trong các công trình xử lý sinh học loàm tắc nghẽn đường đống dẫn nước, từ đó làm giảm đáng kể đến hiệu quả xử lý. Lựa chon kích thước thiết bị hay lưu lượng cần xử lý tùy thuộc vào vị trí, kích cỡ của từng bãi chôn lấp và thời gian hữu ích của công trình. Sau đây ta sẽ tìm hiểu chi tiết về từng quá trình xử lý sinh học đã và đang được áp dụng để xử lý nước rò rỉ từ bãi chôn lấp. 2.1.1 Xử lý cơ học, hóa lý và hóa học a. Khử khí 25 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Phương pháp khử khí (air tripping) được sử dụng để loại bỏ các loại chất bay hơi khi VOC và amonia. Quá trình khử khí là cần thiết trong xử lý nước rác vì nó làm tăng oxy hòa tan trong nước rác, loiaj bỏ VOC, giảm hàm lượng amoniac trong nước rác. QUá trình này yêu cầu cần có sự hiệu chỉnh pH để các loại chất dễ bay hơi dễ dàng thoát ra khỏi nước trong các thiết bị làm thoáng. Đồng thời nhiệt độ cũng có ảnh hướng đến hiệu suất của quá trình. Hiệu quả khử VOC đạt đến hơn 90%. Trở ngại chĩnh của quá trình trao đôi và khử khí là sự đóng cáu cặn canxi cacbonat trong tháp tiếp xúc khủ khí. b. Bay hơi Bay hơi là biện pháp đơn gian nhất để giảm lưu lượng và cô dặc nước rác ở các nước có khí hậu nóng khô. Nước rác được chứa trong các hồ được lắp đặt lớp lót. Quá trình bay hơi diễn ra trên bề mặt nước phụ thuộc vào nhiệt độ, vận tốc gió và độ ẩm không khí. Bay hơi nước rò rỉ được tiến hành trong các tháng mùa hè khi nhiệt độ cao và ít có mưa. Nước rò rỉ cũng có thể được phun lên bề mặt bãi chôn lấp và để bay hơi tự nhiên. Việc sục khí có thể cần thiết để kiểm soát mùi. c. Tuyển nổi Phương pháp này sử dụng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm. Trong một số trường hợp, quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt (quá trình tách bọt hay làm đặc bọt). Quá trình thực hiên bằng cách sục bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào pha lỏng. Các bọt khí kết dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó lớp váng này được thu gom nhờ thiết bị vớt bọt. Phương pháp tuyển nổi có nhiều ưu điểm như: cấu tạo thiết bị đơn giản, vốn đầu tư và chi phí năng lượng vận hành thấp, có độ lựa chọn tách các tạp chất, tốc độ quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng; nhược điểm là các lỗ mao quan hay bị bẩn tắc. 26 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI d. Điều hòa lưu lượng và nồng độ - Trung hòa Lưu lượng và tính chất nước rác thay đổi liên tục, do đó hệ thống xử lý nước rác cần có công trình điều hòa nhằm đảm bảo việc cung cấp nước liên tục với lưu lượng và nồng độ ổn định cho hệ thống xử lý. Nhờ đó, các công trình xử lý phía sau mới hoạt động ổn định và hiệu quả. Bể điều hòa thường gắn các thiết bị sục khí để kiểm soát mùi và cặn lắng. Nước rác mới thường có pH thấp, để có thể xử lý ở các công trình sinh học thì cần phải tăng pH nước rác bằng các sử dụng các hóa chất như NaOH, KOH. Nên hạn chế việc sử dụng Ca(OH)2 vì làm tăng nồng độ ion canxi trong nước, ảnh hưởng đến các công trình sinh học, đặc biệt quá trình kỵ khí do đóng cặn CaCO3. Khi xử lý nước rác bằng phương pháp hóa lý cũng cần phải hiệu chỉnh pH về giá trị tối ưu để các phản ứng xảy ra với hiệu quả cao nhất. g. Lọc Lọc là quá trình xử lý bậc ba thường được áp dụng trong xử lý nước rác nhằm làm giảm chất rắn lơ lửng đặc biệt trong xử lý nước rác ở trạm trung chuyển ép rác kín. Lọc cũng rất cần thiết trong việc tiền xử lý trước khi đưa nước vào các công trình xử lý bậc cao như siêu lọc, thẩm thấu ngược, trao đổi ion, hấp phụ than hoạt tính Các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất vi hữu cơ (micro – organic matter) bị khử loại qua quá trình học cát (cơ học) hay hấp phụ (lý hóa). Quá trình lọc diễn ra khi cho dòng nước được qua lớp vật liệu lọc. Vật liệu lọc thường sử dụng là cát. Hoạt động của thiết bị lọc có thể dưới tác dụng của trọng lực hoặc lọc áp lực. Vấn đề này hay gặp phải trong xử lý nước rác ép là SS lớn nên dễ tawtcs lọc làm tăng tổn thất áp lực và được khắc phục bằng cách định kỳ rửa vật liệu lọc. 27 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI h. Thẩm thấu ngược Thẩm thấu ngược được ứng dụng để loại bỏ các chất vô cơ hòa tan (khử khoáng). Đây là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới áp suất cao (trêm 100 atm). Màng lọc cho các phân tử dung môi đi qua và giữ lại các hạt (phân tử, ion bị hydrat hóa) có kích thước không lớn hơn phân tử dung môi. Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào tính chất màng lọc. Phương pháp này có ưu điểm là: tiêu hao năng lượng ít, có thể tiến hành ở nhiệt độ thường, kết cấu đơn giản. Hơn nữa, quá trình hoạt động dưới áp suất cao nên cần có vật liệu đặc biệt làm kín thiết bị. Thẩm thấu ngược thường chỉ được dùng ở giai đoạn cuối của quá trình xử lý (sau khi đã qua xử lý sinh học hoặc đã tách loại các chất lơ lửng). Nhiều dạng màng bán thấm được sử dụng, nhưng loại màng xenlulose acetat và polyamit (nylon) được sử dụng rộng rãi nhất. Thông thường thì thẩm thấu ngược hay sử dụng cho các công trình xử lý nước cấp, khi áp dụng cho xử lý nước rác thì có nhiều trở ngại nhưu việc đóng cáu cặn và khẳ năng sử dụng bị hạn chế, thời gian sử dụng rất ngắn. Hiện nay, trên thế giới đã và đang chế tạo nhiều loại màng bán thấm dạng ống có thể sử dụng để xử lý nước rác. Các loại màng bán thấm này có thời gian sử dụng lâu, chống được hiện tượng đóng cáu cặn trong màng, thiết bị chế tạo theo module rất thuận lợi khi tính chất và lưu lượng nước rác thay đổi. Trong tất cả các phương pháp được áp dụng để xử lý nước rác rò rỉ, thẩm thấu ngược là phương pháp khử COD hiệu quả nhất. Tuy nhiên, một số axits béo có thể thẩm thấu qua màng làm giảm hiệu quả xử lý. Bên cạnh việc xử lý các chất hữu cơ, các chất rắn hòa tan cũng được loại bỏ với hiệu suất rất cao. Tuy nhiên, trong hầu hết các nghiên cứu sử dụng thẩm thấu ngược để xử lý nước rò rỉ đều cho rằng việc đóng cáu cặn ảnh hưởng rất xấu đến màng bán 28 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI thấm, và từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và làm tăng trở lực của hệ thống. Màng bán thấm cũng rất nhạy cảm với pH. Slater (1983) nghiên cứu việc kết hợp thẩm thấu ngược với các quá trình xử lý khác để xử lý nước rò rỉ. Giai đoạn tiền xử lý bao gồm việc loại bỏ dầu thô, keo tụ bằng vôi, recacbonat và điều chỉnh pH. Lưu lượng nước rò rỉ vào thiết bị RO là 180 lít/m2.ngày. Hiệu quả xử lý TDS, COD, TOC lần lượt là 98%, 68%, 59%. Sau đó nghiên cứu được tiếp tục với việc sử dụng các quá trình keo tụ, recacbonat, lắng, xử lý sinh học, lọc trước khi cho qua thẩm thấu ngược. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý COD, TDS và TOC tăng lên đáng kể. Kết quả nghiên cứu của Chian và DeWall (1977) dùng thiết bị RO để xử lý nước rò rỉ được cho bảng 2.2 Bảng2.2 Kết quả nghiên cứu cử Chian và DeWalle sử dụng RO xử lý nước rỉ rác COD ban BOD/C Hệ thống xử lý % đầu OD khử (mg/L) COD 53,000 0.65 RO bằng màng xenlulose acetate, pH = 5.5 56 53,000 0.65 RO bằng màng xenlulose acetate, pH = 8.0 89 900 - RO rò rỉ sau khi qua bể lọc kị khí 98 536 RO cho nước rác từ hồ sục khí, màng 95 xenlulose acetate (Nguồn: Chian và DeWall, 1977) i. Keo tụ, tạo bông, kết tủa và lắng 29 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Keo tụ, tạo bông nhằm khử các chất ô nhiễm dạng keo, chất lơ lửng bằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa điện tích các hạt keo nhằm liên kết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực. Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng, trong đó phổ biến nhất là Al2(SO4)3 (phèn nhôm) vì Al2(SO4)3 hòa tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động hiệu quả cao trong khoảng pH = 5 – 7.5. Ngoài ra, người ta còn thêm các chất trợ đông tụ giúp nâng cao tốc động lắng của bông keo, giảm thời gian quá trình và liều lượng chất đông tụ cần thiết. Kết tủa là phương pháp thông dụng nhất để khử kim loại và một số anion. Kim loại bị kết tủa dưới dạng hydroxide, snfit và cacsbonat bằng cách thêm các chất làm kết tủa và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình. Phương pháp này có thể dùng để khử hầu hết các kim loại (As, Cd, Cr3+, Cu, Fe, Pb, Ni, Zn, ) và nhiều loại anion (PO43-, SO42-, Cl-, ). Kết tủa sulfit cho hiệu quả khử tốt hơn nhưng đắt tiền và có thể tạo ra khí H2S nên thực tế người ta thường dùng vôi (tạo kết tủa hydroxide) hay NaOH, vừa rẻ vừa ít nguy hiểm hơn. Các nghiên cứu cho thấy, hiệu quả khử COD bằng kết tủa vôi với nồng độ vôi cao (300 – 1000 mg/L). Mặc khác, việc dùng môi để kết tủa sẽ tạo ra nhiều các cặn bám không tốt cho quá trình sinh học phía sau. Quá trình keo tụ dùng phèn nhôm và phèn sắt có hiệu quả thấp khi xử lý nước rác mới. Liều lượng sử dụng thường rất lớn và cần thiết hiệu chỉnh pH thích hợp. Sử dụng polymer có thể nâng cao hiệu quả xử lý. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý tăng lên khi sử dụng chất keo tụ để xử lý nước rò rỉ lâu năm. Nhìn chung, quá trình keo tụ, tạo bông thường áp dụng xử lý ban đầu nước rò rỉ, loại bỏ một phần COD và kim loại nặng ức chế vi sinh vật trước xử lý sinh học. Các nghiên cứu trước đây sử dụng phèn, vôi để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước rò rỉ không đạt hiệu suất cao. Nguyên nhân chính là do các nghiên cứu này đều được thực hiện với nước rò rỉ có thành phần chất hữu cơ phân hủy 30 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI sinh học cao (BOD/COD cao) và hầu hết đều ở dạng chất hữu cơ hòa tan nên keo tụ không đạt hiệu quả tốt. Hơn nữa, liều lượng hóa chất sử dụng là khá lớn nên sẽ không kinh tế. Trong các nghiên cứu gần đây được thực hiện tại Khoa Môi Trường – Đại học Bách Khoa TP.HCM, dùng phương pháp keo tụ, tạo bông, lắng kết hợp với oxy hóa chất hữu cơ trong nước rò rỉ bằng oxy già và xúc tác, mang lại kết quả rất khả quan. j. Hấp phụ than hoạt tính và trao đổi ion Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu cơ hòa tan sau xử lý sinh học mà than hoạt tính (phổ biến nhất), các chất tổng hợp, một số chất thải của chúng thường có độc tính cao hay kim loại nặng hoặc không phân hủy sinh học. Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính (phổ biến nhất), các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất như: xỉ tro, mạc sắt, khoáng chất như đất sét, silicagel, keo nhôm Than hoạt tính sử dụng có thể ở dạng bột (PAC) hoặc dạng hạt (GAC). Phương pháp này có hiệu quả lọc cao nhưng thường chỉ sử dụng ở gian ddaonj xử lý bậc cuối vì nó cũng không hiệu quả bằng phương pháp sinh học đối với các bãi rác mới. Ngoài ra, nó cần quá trình rửa tái hồi phục chất hấp phụ. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để đánh giá khả năng sử dụng than hoạt tính xử lý nước rác và chỉ ra rằng việc sử dụng than hoạt tính xử lý nước rác mới đạt hiệu quả thấp hơn nhiều so với xử lý bằng phương pháp sinh học bởi vì trong nước rò rỉ có nhiều axit béo bay hơi dễ phân hủy sinh học hơn nhiều. Kipling (1965) nghiên cứu và cho biết rằng than hoạt tính dù với liều lượng lớn khoảng 5000 mg/L có hiệu suất xư rlys các axit acetic, propionic, bytyric lần lượt à 24%, 33% và 60%. Burchinal (1970) cho rằng hiệu suất xử lý COD bằng than hoạt tính cho nước rác mới thường dao động là do độ lớn và thành phần khác của các axit béo bay hơi có phân tử lượng thấp và cao trong nước rác. 31 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy rằng dùng than hoạt tính để xử lý nước rác sau khi qua xử lý sinh học đạt hiệu quả cao hơn nhiều so với xử lý trực tiếp. Hiệu quả xử lý COD của nước rác đã ổn định có tỷ lệ BOD/COD thấp khoảng dưới 0.1 là 70% (Chian và DeWalle, 1977) với liều lượng cacbon sử dụng 1mg than hoạt tính/ 0.17 mg COD. McClinton (1900) nghiên cứu xử lý nước rác sau khi xử lý ở bể kị khí kết hợp thiếu khí, than GAC với liều lượng 2g/L được sử dụng, hiệu quả xử lý đạt 84% theo COD sau 40h tiếp xúc. Pohland (1975) nghiên cứu xử lý nước rò rỉ kết hợp 2 quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính và trao đổi ion, đạt hiệu quả xử lý COD cao. Nghiên cứu này cũng cho biết rằng than hoạt tính nên đứng trước cột trao đổi ion thì hiệu quả sẽ cao hơn và khắc phục các khó khăn trong khi vận hành. Porbarazi (1989) nghiên cứu xử lý kết hợp quả trình hấp phụ và phân hủy sinh học nhờ các màng vi sinh vật hình thành trong các cột hấp phụ than hoạt tính, hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao và phù hợp với các tính toán lý thuyết. Tuy rằng, việc sử dụng than hoạt tính đem lại hiệu quả tốt khi ứng dụng xử lý nước rác nhưng giá thành lại rất cao. Cần cân nhắc khi sử dụng than hoạt tính so cho đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất. Thông thường thì hấp phụ than hoạt tính được sử dụng trong giai đoạn xử lý bậc 3 làm sạch hoàn toàn nước thải khỏi chất hữu cơ, màu, mùi, vị, các chất độc hại và kim loại nặng. Phương pháp trao đổi ion ứng dụng làm sạch nước khỏi các kim loại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn cũng như các hợp chất Asen, Photpho, Cyanua. Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn (chất trao đổi ion – ionit, không tan trong nước) trao đôi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc với nhau. Các ionit có thể là các chất vô cơ có nguồn gốc tự nhiên (zeolit, lim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, mica ) chất vô cơ tổng hợp (silicagel, permutit ) chất hữu cơ tự nhiên (axit humic của đất – chất bùn, than đá) và các chất hữu cơ tổng hợp là các nhựa cao 32 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI phân tử có bề mặt riêng lớn Phương pháp này có hiệu quả cao, xử lý khá triệt để, sonh chỉ có thể áp dụng ở gian đoạn cuối cùng, và nó cũng đòi hỏi quá trình tái sinh các ionit và giá thành cao. k. Oxy hóa Phương pháp oxy hóa khử có khả năng phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nước rỉ rác, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm BOD, nâng tỷ lệ BOD/COD), nó còn ứng dụng khử độc một số chất vô cơ (Cyanide, Ammonia; một số kim loại Fe, Mn, Se, Cr ). Phương pháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhân oxy hóa tác nhân khử dưới pH thích hợp. Các chất oxy hóa có thể được sử dụng là Clo ở dạng khí hay hóa lỏng, dioxitclo, cloratecanxi, hypcloritcanxi, natri, permanganatkali (KMnO4) Phương pháp khử (chất khử: NaHSO3, FeSO4) dùng để tách các hợp chất Hg, Cr, As ra khỏi nước rác. Quá trình tiêu tốn một lượng lớn hóa chất nên thường chỉ được dùng trong trường hợp khi các tạp chất ngây nhiễm bẩn không thể xử lý được bằng các phương pháp khác. Nhìn chung, việc sử dụng chất oxy hóa để xử lý nước rác mới không đạt hiệu quả cao. Việc sử dụng ozon để xử lý nước rác mới không đạt hiệu quả cao vì có sự chống lại rất mạnh của các axit béo đối với ozon. Hiệu quả xử lú dùng chất oxy hóa đối với nước đã ổn định cao hơn nhiều. Chất oxy hóa có tác dụng bẻ gẫy các liên kết của các chất hữu cơ có phân tử lượng cao, chuyển chúng từ dạng hòa tan, các phức chất thành dạng không tan và có thể áp dụng quá trình keo tụ để loại chúng ra khỏi nước. Một số nghiên cứu cho biết rằng quá trình sinh học chỉ loại được các chất hữu cơ có phân tử lượng bé hơn 500, còn các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn hơn 500 sẽ theo nước sau khi xử lý sinh học trôi ra ngoài làm ảnh hưởng đến chất lượng nước. Ngược lại, quá trình oxy hóa có tác dụng rất tốt đối với các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn hơn 500. Do 33 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI vậy, ta có thể kết hợp quá trình xử lý sinh học với quá trình oxy hóa để loại bỏ các chất hữu cơ, đảm bảo nước rò rỉ sau xử lý sinh học với quá trình oxy hóa để loại bỏ các chất hữu cơ, đảm bảo nước rò rỉ sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn. Hiện nay, việc sử dụng H2O2 mang lại nhiều triển vọng trong việc xử lý nước rác từ bãi chôn lấp đã lâu năm. Khi H2O2 kết hợp với các chất xúc tác tạo ra gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa rất mạng, do đó hiệu quả khử COD cũng được nâng lên rõ nét. Đồng thời H2O2 là chất tự phân hủy nên không gây ô nhiễm môi trường và không tạo ra các sản phẩm trung gian độc hại khác. Đối với nước rác thường không dùng Clo để oxy hóa vì có thể tạo ra các gốc halogen độc hại cho môi trường khi cũng kết hợp với kim loại nặng có trong nước thải. 2.1.2 Xử lý sinh học a. Bùn hoạt tính Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học có thể xử lý hiệu quả bằng hệ thống sinh học bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là khói quần thể ci sinh hoạt tính có khả năng ổn định chất hữu cơ hiếu khí. Các hệ thống bùn hoạt tính thường dùng như: xáo trộn hoàn toàn, hoạt động theo mẻ, dòng chảy nút Những thuận lợi và khó năng khi ứng dụng quá trình bùn hoạt tính: Thuân lợi Bùn hoạt tính thích nghi nhanh Lượng bùn sử dụng trong quá trình khởi động ít Hiệu quả đạt được cao Khó khăn Hao tốn nhiều năng lượng trong quá trình xử lý 34 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Sục khí quá nhiều kết hợp nồng độ kim loại cao làm nổi bọt Mặt bằng công trình lớn và các thiết bị sử dụng đắt tiền Lượng bùn sinh ra nhiều nên chi phí xử lý bùn tốn kém Áp dụng đối với nồng độ và tải trọng thấp Một số điều kiện và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bùn hoạt tính: Phải đảm bảo cung cấp đủ oxy một cách liên tục và sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng 2 khong nhỏ hơn 2mg/L. Nồng độ độc chất gây hại cho vi sinh ở trong ngưỡng cho phép Lượng các nguyên tố dinh dưỡng để các quá trình sinh hóa diễn ra bình thường không được thấp hơn giá trị cần thiết (BOD5:N:P = 100:5:1) pH vào nằm trong khoảng 6.5 – 8.5. pH ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men trong tết bào và hấp thu các chất dinh dưỡng vào tế bào Nhiệt độ nước thải không dưới 6oC và không quá 37Oc Nồng độ của muối vô vơ trong nước thải không quá 10 g/L SS vào không quá 100 mg/L khi dùng bể lọc sinh học và 150 mg/L khi dùng bểaerotank b. Bể phản ứng hoạt động theo mẻ (Sequencing Batch Reactor) Hệ thống aerotank làm việc theo mẻ kế tiếp (SBR) là quá trình bùn hoạt tính hay được sử dụng để xử lý nước rò rỉ. Quá trình gồm 5 giai đoạn: cho nước vào, phản ứng (kị khí, hiếu khí, thiếu khí), lắng, tháo nước ra, nạp mẻ mới được thực hiện trong cùng 1 bể phản ứng, do đó rất tiết kiệm diện tích xây dựng. Đồng thời, bùn hoạt tính không cần tuần hoàn để duy trì nồng độ bùn trong bể như các quá trình bùn hoạt tính khác. SBR có hiệu quả cao khi xử lý nước rác có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan và chất dinh dưỡng cao. Nó còn được áp dụng để xử lý nước thải nhiễm phenol, benzoic axit, các chất béo Các nghiên cứu và công trình thực tế cho biết rằng hiệu quả hiệu quả xử lý 35 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI nước rác của SBR khoảng 72 – 79% COD, 98% BOD5 và khử được hơn 72% tổng nitơ, hơn 98% sắt bà hơn 82% mangan, đồng thời kẽm cũng được giảm xuống còn rất thấp (0.02 mg/L). Hiệu quả xử lý kim loại của các công trình snh học bùn hoạt tính khi xử lý nước rác mới rất cao. Tuy nhiên, khi các kim loại như Fe, Mn, Al, Cr, Ca, Pb, Ni bị loại ra khỏi nước thải sẽ lắng trong các công trình xử lý sinh học cũng như hấp phụ trong bùn hoạt tính, thì tỉ lệ MLVSS/MLSS sẽ giảm xuống rất thấp ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý sinh học. Do vậy cần có những công trình sơ bộ làm giảm nồng độ kim loại trước khi xử lý snh học c. Hồ ổn định sinh học Hệ thống hồ ổn định sinh học thường là một chuỗi từ 3 – 5 hồ. Trong hồ nước thải được làm sạch bằng các quá trình sinh học tự nhiên bao gồm tảo và vi khuẩn. Do tốc độ oxy chậm nên thời gian lưu nước phải lớn (khoảng 30 – 50 ngày). Các vi sinh vật sử dụng oxy trong quá trình quang hợp của tảo và oxy được khuếch tán qua bề mặt để phân hủy các chất hữu cơ. cần duy trì pH và nhiệt độ thích hợp để hồ làm việc bình thường. d. Hồ làm thoáng Hồ làm thoáng có lắp đạt thiết bị làm thoáng bề mặt nhằm khắc phục mùi từ hồ do bị quá tải bởi lượng chất hữu cơ. Quá trình hồ làm thoáng giống như quá trình bùn hoạt tính kéo dài thông thường (thời gian lưu bùn khoảng 10 ngày) Chian và DeWalle (1977) đã tổng kết và so sánh kết quả của nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng quá trình hồ làm thoáng về xử lý nước rác (Bảng 2.3). Hiệu quả xử lý của các nghiên cứu này có thể khử khoảng 22 – 99% COD. Tỉ số BOD5/COD khoảng 0.03 – 0.8. 36 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Bảng 2.3 So sánh hiệu quả xử lý nước rác bằng hồ làm thoáng của nhiều nhà nghiên cứu COD BOD/C Nguồn %C Thời Nguồn vào OD nước OD gian lưu (mg/L) (khử (ngày) ) Chưa xử 74 5 Boyle và Ham 8,800 0.8 lý (1974) 1,5800 0.95 Chưa xử 98 Cook và Foree 10 lý 3,550 0.64 Chưa xử 77 Karr (1972) 0.6 lý 500 0.52 Chưa xử 58 0.3 Pohland (1972) lý 30,000 0.65 Chưa xử 99 7 Chian và DeWalle lý (1977) - Chưa xử 40 5 Boyle và Ham 0.18 lý (1973) 510 Sau xử 22 1 Foree và Reid lý kỵ khí (1973) 1000 Sau xử 17 7 Chian và DeWalle lý kị khí (1977) e. Quá trình sinh học dính bám Quá trình sinh học dính bám là quá trình phát triển của vi sinh vật trên bề mặt các vật liệu rắn trong môi trường hiếu khí hoặc kị khí. Vi sinh vật sẽ tiết ra 37 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI chất gelatin và chúng có thể di chuyển trong lớp gelatin dính bám này. Đầu tiên, vi khuẩn chỉ hình thành ở một khu vực, sau đó màng sinh vật sẽ không ngừng phát triển phủ kín toàn bộ bề mặt vật liệu tiếp xúc. Chất dinh dưỡng (chất hữu cơ, muối khoáng) và oxy có trong nước thải sẽ khuếch tán vào lớp màng biofilm và từ đó quá trình ổn định chất hữu cơ sẽ diễn ra làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải. Bể tiếp xúc sinh học quay hay đĩa lọc sinh học (Rotating Biological Contactor RPC) Đĩa sinh học gồm nhiều đĩa tròn, phẳng, bằng poluetyren hoặc bằng PVC lắm trên một trục. Các đầu đĩa được đặt ngập trong nước một phần và quay chậm. Đĩa sinh học thường được thiết kế dựa trên tải trọng thu được từ thực nghiệm. Lugowski (1989) đã nghiên cứu so sánh hiệu quả của quá trình bùn hoạt tính và bể tiếp xúc sinh học quay trong xử lý nước rác từ các bãi chôn lấp mới. Những kết quả nghiên cứu trên mô hình pilot cho biết hiệu quả khử BOD5 trong RBC đạt 95 – 97%, khử COD hòa tan 80 – 90%. Quá trình bùn hoạt tính có hiệu quả xử lý thấp hơn. Nếu sử dụng kết hợp RBC với các phương pháp hóa lý thì nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường. f. Xử lý kị khí Xử lý kị khí gồm các công trình: Hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc đệm giãn nở, công nghệ đệm bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB). So với xử lý hiếu khí và xử lý kị khí nước rác cho thấy tính khả thi cao hơn. So với xử lý hiếu khí. xử lý kị khí nước rác cho thấy tính khả thi cao hơn. Lý thuyết về xử lý kị khí và bể UASB sẽ được trình bày kỹ ở phần 2.3 2.2 Lựa chọn công nghệ 2.2.1 Một số công nghệ xử lý rác trong nước a. BCL Gò Cát 38 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Hiện nay, tại bãi rác Gò Cát có 2 hệ thống xử lý nước rỉ rác hoạt động đồng thời với công suất 400 m3/ngày: (1) do CENTEMA thiết kế và lắp đặt; (2) do Công ty Hà Lan Vermeer thiết kế và công ty ECO lắp đặt và vận hành. Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam Tân (CENTEMA) Trung tâm Công nghệ Môi trường (CENTEMA, 2002) đã nghiên cứu xử lý nước rỉ rác Gò Cát có hàm lượng 50,000 – 60,000 mgCOD/L bằng phương pháp sinh học UASB nối tiếp sinh học hiếu khí bùn hoạt tính từng mẻ (SBR) với quy mô pilot 1m3/h. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý COD rất cao sau hai tháng vận hành (trên 98%). Tuy nhiên COD không phân hủy còn lại sau xử lý hiếu khí dao động trong khoảng 380 – 1,100 mg/L. Hệ thống bao gồm hồ tiếp nhận nước rỉ rác 25,000 m3, bể UASB nối tiếp bể sinh học từng mẻ (SBR) và xả vào hồ sinh học trước khi ra kênh Đen. Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý nước rỉ rác khoảng 2 tỷ đồng Việt Nam và giá thành chi phí cho xử lý 1m3 nước rỉ rác là khoảng 20.000 đồng. 39 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của công ty THHH Quốc Việt Công nghệ áp dụng hệ hồ này đơn giản, phù hợp ở những nơi có diện tích mặt bằng rộng và dễ vận hành. Như kết quả phân tích của công ty Quốc Việt đưa ra, với chất lượng nước đầu vào có COD = 3,094 mg/L chất lượng nước rỉ rác sau khi xử lý đạt yêu cầu xả ra nguồn loại B (COD = 78mg/L). Tuy nhiên khi đi vào chi tiết về hóa chất sử dụng, tính toán chi tiết công trình đơn bị và xử lý bùn lắng, công nghệ này còn nhiều điểm chưa rõ ràng và chưa có tính thuyết phục cao. Công nghệ xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của NUPHACO thể hiện ở hình 2.4 Công nghệ này ứng dụng quá trình hồ sinh học. Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ NUPHACO xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh 40 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Nước sau khi qua hồ sinh học, được hấp phụ ba bậc hồ bằng bùn lắng từ nhà máy nước Thủ Đức. Công đoạn cuối cùng là khử trùng bằng Chlorine. Kết quả cho thấy giá trị BOD và COD còn khá cao (87 mgBOD/L và 530 mg COD/L). Công nghệ này cho thấy hiệu quả khử ammonia cao (98%). Ammonia được khử chủ yếu từ hồ sinh học do quá trình sinh trưởng của tảo tiêu thụ ammonia. Công nghệ này được ứng dụng hò sinh học nuôi tảo, sau đó được tuyển nổi bằng phương pháp hóa học. Phần COD còn lại sau bể tuyển nổi tiếp tục được khử bẳng phương pháp oxy hóa Fenton. Các công nghệ trên đầu ứng dụng quá trình hồ sinh học, đòi hỏi mặt bằng lớn. Quá trình hồ với sự tham gia của thực vật nước như tảo, lục bình có thể đạt hiệu quả xử lý ammonia đối với nước rỉ rác của BCL lâu năm (hàm lượng BOD thấp). Tuy nghiên để đạt yêu cầu xả ra nguồn tiếp nhận B (COD = 100 mg/L), các công nghệ trên đều phải ứng dụng các phương pháp oxy hóa mạnh (H2O2 với xúc tác FeSO4) hoặc phương pháp keo tụ, hấp phụ để khử nbCOD còn lại. Điều này dẫn đến chi phí vận hành, chi phí hóa chất tăng khá cao. 2.2.2 Các công nghệ xử lý nước ngoài Bãi chôn lấp Buckden South miền Đông nước Anh nằm trong vùng chịu ảnh hường thủy triều của sông Great Ouse. Hệ thống xử lý nước rỉ rác của bãi chôn lấp này gồm hay bể SBR hoạt động song song nhằm khử BOD và nitrate 41 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI hóa. Nước sau xử lý sinh học tiếp tục được xử lý bổ sing bằng bãi lau sậy 1 (reed constructed wetland) có diện tích 2000 m2 tiếp theo là oxy hóa mạng bằng ozone nhằm phá vỡ dư lượng thuốc bảo vệ thực vật thành các chất hữu cơ phân tử nhỏ hơn. Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rò rỉ bãi chôn lấp Buckden South 2.2.3 Đề xuất công nghệ xử lý a. Thành phần, tính chất nước rò rỉ cần xử lý Bảng 2.4: Thành phần, tính chất nước rỉ rác đầu vào STT Thông số Đơn vị Giá trị Giá trị thiết ban đầu kế 1 pH - 4.5 - 7.5 5.5 - 9 2 COD mg/L 32,000 100 3 BOD mg/L 21,000 50 4 TSS mg/L 1,000 100 5 N - mg/L 450 10 amonia 6 Tổng Nitơ mg/L 800 30 7 Tổng mg/L 30 6 phospho (CENTEMA, 2002) 42 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI NƯỚC RỈ RÁC SCR BỂ TRỘN VÔI BỂ ĐIỀU HÒA THÁP STRIPPING BỂ KEO TỤ - TẠO BÔNG BỂ LẮNG 1 BỂ ANOXIC BỂ AEROTANK LẮNG II 2+ OXI HÓA BẬC CAO H2O2 , xúc tác Fe (FENTON) BỂ CHỨA BÙN BỂ LẮNG TRUNG HÒA BỂ NÉN BÙN LỌC NHANH NGUỒN TIÊP NHẬN KHỬ TRÙNG Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ xử lý nước rỉ rác công suất 1250 m3/ngày đêm 43 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI  Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước thải từ bãi rác tự chảy qua song chắn rác để loại bỏ rác có kích thước >1mm để không làm ảnh hưởng tới các bước xử lý tiếp theo.Nước thải sau khi đã tách rác sẽ qua hệ thống khuấy trộn vôi nâng PH trước khi vào bể điều hòa, để thuận lới cho quá trình đuổi khi nito (pH tối ưu từ 10,8 - 11,20). Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng và ổn định nồng độ nước thải.Nước từ bể điều hòa chảy qua bể Hệ thống tháp Stripping để khử ammonia. Nước sau khi qua tháp Stripping sẽ đưa vào bể keo tụ tạo bông nhằm loại bỏ Canxi và SS. Sau khi khử canxi và căn, nước thải được đưa qua bể lắng 1 để lắng các hạt cặn. Nước từ bể lắng tiếp tục cho vào bể anoxic, để khử nito và photpho.Nước từ bể Anoxic qua bể sinh học hiếu khí (Aerotank). tại bể này, quá trình nitrat hóa diễn ra nhờ nhóm vi khuẩn Nitrosomonas chuyển hóa amonia thành nitrit và sau đó nhóm vi khuẩn Nitrobacter chuyển nitrit thành nitrat, và bơm tuần hòan vể bể Anoxic. Nước thải sau xử lý và bùn sinh ra trong bể thổi khí được lắng tại bể lắng sinh học. Bể lắng sinh học cũng được thiết kế có tác dụng tạo môi trường tĩnh cho bông bùn lắng xuống. Bùn lắng được thu xuống đáy của bể lắng và tự động được bơm tuần hòan trở lại bể Anoxic bằng hệ thống bơm bùn để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể thổi khí, phần bùn dư được bơm sang bể chứa bùn. sau quá trình xử lý nước thải sẽ được dẫn sang cụm xử lý fenton 2 bậc để tiếp tục xử lý màu và các chất không có khả năng phân hủy sinh học trong nước rỉ rác. Sau quá trình phản ứng fenton 2 bậc, nước được chuyển đến hố thu, tại đây dung dịch vôi sữa được châm vào nhằm nâng ph= 7-8 để khử fe và hàm lượng h 2o2 dư trước khi được bơm lên bể lắng thứ cấp.sau đó đi sang ngăn lắng thứ 3 bùn được lắng xuống đáy, nước trong chảy qua tràn qua máng vào bể lọc nhanh. đây là giai đoạn cuối của công trình, có mục đích lọc các cặn rắn lơ lửng để giảm độ đục và độ màu của nước sau xử lý. nước rác sau khi qua bể lọc hầu như đã khử gần hết 44 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI các chất ô nhiễm nhưng vẫn chưa đạt tiêu chuẩn để thải ra môi trường, vì vậy bể khử trùng được đề xuất để khử các chất ô nhiễm còn sót lại trong nước thải đến mức độ cho phép. nước thải được dẫn sang bể khử trùng, do hóa chất chorine đã được châm tại bể lắng thứ cấp nên bể khử trùng có chức năng làm tăng thời gian phản ứng của chlorine để tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh còn lại trong nước thải, tạo môi trường sống tốt cho thủy sinh tiếp nhận nguồn nước này. với hệ thống sục khí nhằm xáo trộn đồng thời cũng làm giảm lượng chlorine bởi thoát ra ngoài không khí để làm giảm hàm lượng chlorine ở đầu ra của hệ thống nước thải trước khi thải ra ngoài nguồn tiếp nhận. CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ LỰA CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ: pH = 7 COD = 7000 (mg/l) BOD = 3500 (mg/l) TSS = 1000 (mg/l) N = 300 (mg/l) P = 60 (mg/l) SONG CHẮN RÁC  tiêu chuẩn thiết kế song chắn rác: vận tốc dòng chảy qua song chắn rác: 0,6-1m/s vận tốc tối ưu qua song chắn rác:0,6 m/s vận tốc cực đại qua song chắn rác: 0,75-1 m/s vận tốc cực tiểu qua song chắn rác: 0,4 m/s tổn thất áp lực: 0,1-0,4 m/s 45 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI - thiết kế song chắn rác: Q = 1250 m3/ngày = 52,1 m3/h ℎ ℎ ℎ 푄 = 푄푡 × 퐾 = 52,1 × 2 = 104,2 3/ℎ 퐾ℎ:ℎệ 푠ố 푣ượ푡 푡ả푖 푡ℎ푒표 푖ờ 푙ớ푛 푛ℎấ푡 (퐾 = 1,5 ― 3,5) Chọn K=2 Chọn loại song chắn rác có kích thước khe hở b= 16mm (b=16-25mm) a. Số khe hở của song chắn rác 푄ℎ 0,029 × 1,05 n= × = = 18,125 ℎ푒 푣푠 × × 0,7 × 0,016 × 0,15 chọn số khe là 19 ; số song là 18 trong đó: n: số khe 푣푠:tốc độ nước chảy qua SCR :Hệ số tính đến hiệ tượng thu hẹp dòng chảy( chọn = 1,05) b. Bề rộng song chắn rác: Bs= s(n-1)+(b x n) = 0,01(19-1)+(19 x 0,016) =0,484m Chọn Bs = 0,5m s: chiều dày của mỗi thanh song chắn rác s= 0,01( s=8-10mm) c. Tổn thất áp lực qua SCR: 푣2 ℎ = 휀 × 푠 2 Trong đó: 푣 :Vận tốc nước thải trước SCR ứng với Qmax . Vmax =0,6 K: hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, K=2-3(chon K=3) 휀: hệ số tổn thất áp lực cục bộ 46 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4 4 푠 3 0,008 3 휀 = 훽 × × sin 훼 = 2,42 × × sin 600 = 0,83 0,016 훼: góc nghiên đặt SCR (chọn 훼 = 600) 훽: hệ số phụ thuộc hình dạng thanh đơn 훽 = 2,42 0,62 h = 0,83 × 3 = 0,05 = 5 cm s 2.9,81 d. Chiều dài phần mở rộng SCR 푠 ― 0,5 ― 0,4 퐿 = = = 0,14 1 2 × 푡 훼 2 × 푡 20 Chọn 퐿1 = 0,2 Trong đó: : bề rộng mương dẫn, chọn = 0,4m 훼: góc nghiên phần mở rộng , thường lấy 훼 = 20 e. Chiều dài phần mở rộng SCR 퐿1 0,2 퐿 = = = 0,1 2 2 2 f. Chiều dài xây dựng mương đặt SCR L= L1+L2+L3= 0,2+0,1+1,5m Trong đó: L3: chiều dài phần mươn đặt SCR( chọn L3 = 1,5) g. Chiều sâu xây dựng SCR H= hmax + L3+0,5=0,15+0,05+0,5=0,7m Trong đó: hmax: độ dày ứng với chế độ Qmax. hmax=0,15m hs: tổn thất áp lực SCR 0,5: khoảng cách giữu cột sàn nhà đặt SCR với mực nước cao nhất h. Chiều dài của mỗi thanh 0,7 L = t sin 훼 = 푠푖푛60 = 0,81 47 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Với SCR đặt nghiên so với mặt phẳng nằm ngang một góc 훼 = 600 BỂ TRỘN Ta có: Q = 1250m3/ngđ = 52,1m3/h = 0,014m3/s - Chọn thời gian khuấy trộn trong bể là là 3s V = t × Q = 3 × 0.014 = 0.042(m3) - Chọn một bể trộn có tiết diện vuông . Chiều dài cạnh của bể: 3 3 0.042 = = = 0.28 2 2 - Chiều cao hữu ích của bể: 0.042 ℎ = = = 0.54 ℎ푖 2 (0.28)2 - Chiều cao toàn phần của bể: = ℎℎ푖 + ℎ 푣 = 0.54 + 0.5 = 1.04  Chọn H = 1.2 m - Bể trộn vuông: × × = 0.28 × 0.28 × 1.2 Dùng máy khuấy tubin 4 cánh nghiêng 450 hướng xuống bể đưa nước từ trên xuống: - Đường kính cánh tubin: ≤ 0,5 × = 0,5 × 0.28 = 0.14  Chọn D = 0.15 m - Năng lượng cần truyền vào nước: 푃 = 2 × × 휇 = (1000)2 × 0.042 × 0.001 = 42 J/s = 0,042 kW 48 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Với = 1000 푆―1: Gradient vận tốc Độ nhớt động lực của nước ứng với t = 200c, 휇 = 0,001 .푆/ 2 Hiệu suất động cơ: 휂 = 0,8 - Công suất động cơ: 푃 × 휂 = 0,042 × 0,8 = 0,034 푤 - Số vòng quay của máy khuấy: 1 1 푃 3 42 3 휂 = = = 8 푣ò푛 / 푖â = 480 푣ò푛 / ℎú푡 퐾 휌 5 1.08 1000 0.155 - Chiều dài cánh khuấy trộn: 퐿 = 0,25 × = 0,25 × 0,2 = 0,5 - Chiều rộng cánh khuấy: = 0,2 × = 0,2 × = 0,2 × 0,2 = 0,04 BỂ ĐIỀU HÒA - Thể tích bể điều hòa : 3 Vdh = Qh x t = 52,1 x 6 = 312,6 m Thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 4÷12 h.Chọn t = 6 h . - Kích thước bể điều hòa: Chọn chiều cao hữu ích cửa bể điều hòa h = 5m Chiều cao bảo vệ của bể điều hòa: hbv = 0,5 m chiều cao xây dựng của bể điều hòa là: H = h + hbv = 5 + 0,5 = 5,5 m - Diện tích bể điều hòa V 312,6 F = B x L = dh 62,5 m2 h 5 Chọn B = 6,5 m , L = 10 m 49 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Thể tích xây dựng bể ĐH: B x L x H = 6,5 x 10 x 5,5 = 357,5 m3 - Đường kính dẫn ống nước vào và ra bể: 4 × 푄 4 × 1250 D = = = 0.25 m 24 × × 3600 × 푣0 24 × 3,14 × 3600 × 0,3 Vớiv0 = 0,3 – 0,5 m/s 3 Chọn vận tốc qua đường ống chính Lkhí = 467,5 m /h là v = 12m/s 3 Qkk = qkk x V = 0,015 x 312,6 = 281,34 (m /h) - Đường kính ống chính là: 4Q 4x281,34 D = = 0,1 m 3600 v 3600x3,14x10 PVC có đục lỗ, 1 ống chính, 6 ống nhánh, với chiều dài mỗi ống 9,5m, đặt cách nhau 0,9m. - Đường kính ống nhánh dẫn khí: 4qong 4x46.89 Dn = = 0,04 m 3600 vong 3600x3,14x10 chọn Dn =0,05m Đường kính lỗ d = 2-5m chọn 5mm Vlỗ = 15-20 (m/s) chọn Vlỗ=15mm 2 2 Lưu lượng: q = V x . x3600 = 15 x 3,14 . 5 x 3600 = 1,06 lỗ lỗ 4 4 46,89 N = 1,06 = 44,23 = 44 44 n = 9,5 = 4 푙ỗ - Xác định công suất thổi khí: 34400* 1,570,29 1 * 281,3 N 4,9 KW/h 102*0,75*3600 10,33 + 10,33 + 5,9 P= = = 1,57( 푡 ) 10,33 10.33 50 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Hđ = hd + hc + hf +H =0,4 + 0,5 + 5 = 5,9 m Nb = 1,2 x N = 1,2 x 4,9 = 5,88 (KW/h)  Nước thải qua song chắn rác, bể khử canxi và bể điểu hòa hiệu quả xử lý đạt 20%. đầu ra của bể: Thông số TSS COD BOD Đầu ra (mg/l) 950 2800 5600 THÁP STRIPPING  Nhiệm vụ : -Nước thải sau khi qua bể lắng vôi sẽ tự chảy xuống chân tháp stripping -Tháp stripping gồm hầm bơm dưới chân và tháp đặt phía trên , để tăng khả năng xử lý khí N-NH3 ta bố trí làm 2 tháp. -Đuổi lượng lớn khí N-NH3 (nước được bơm từ hầm bơm lên đỉnh tháp rồi chảy xuống dưới còn khí đi từ dưới chân tháp lên trên)  Tính toán: - Tính hầm bơm - Chọn thời gian lưu: t = 90 phút [Nguồn : Tính toán các công trình xử lý nước thải] 푄 ∗ 푡 52.083 ∗ 90 - Thể tích hố thu: V = = 78.1 m3 = 78 m3 60 = 60 - Chọn chiều cao bể: H = 4 m , hbv = 0,3 m - Diện tích bể: F = 78 / 4 = 19.5 m Theo yêu cầu bố trí mặt bằng ta chọn B = 4 m, L = 5 m - Vậy thể tích xây dựng bể V = 4*5*4,3 = 86 m3  Đường kính tháp : 51 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI - Chọn đường kính tháp d=5m - Chọn công suất quạt gió: 27000 m3/h - C1 = 100 mg/l: Nồng độ Amonia trong nước thải đầu vào - C2 = 25 mg/l: Nồng độ Amonia trong nước thải đầu ra - Diện tích bề mặt: S=3,14*R2 = 3,14*(2,52)= 19,625 m2 Tải lượng nước bề mặt: L= 52,083 (m3/h) / 19,625 (m2) = 2,65 m3/m2h Tải lượng gió bề mặt: G = 27000 (m3/h) / 19,625 (m2) = 1375,8 m3/m2h Hằng số Henry H của Amonia ở 20oC H = 0,76 atm T = 20 oC = 293 K Xét tại điểm cân bằng của nồng độ NH3 trong pha lỏng và pha khí vá KLa là hệ số truyền khối tổng tính theo pha lỏng : Ta có 1/KLa = 1/mKk + 1/Kl Ở đây ta tính đến quá trình bức NH3 ra khỏi nước sau quá trình nâng pH đến 11 để tạo sự dịch chuyển cân bằng trong phản ứng về hướng tạo thành NH3 để thuận lợi tối đa cho quá trình tách pha NH3 ra khỏi nước nên dung chất NH3 được xem là rất dễ tách pha ra khỏi nước. khi đó số hạng 1/mKk sẽ trở nên không đáng kể,trở lực của quá trình chủ yếu nằm trong pha lỏng và pha lỏng đóng vai trò kiểm soát quá trình truyền khối, ta có : 1/KLa = 1/Kl  Tính Kl : Kl là nồng độ phần mol khí NH3 chuyển qua trên 1 diện tích bề mặt tiếp xúc pha trong một đơn vị thời gian (mol/m2h). - Lượng NH3 cần được tách ra: 3 C1 – C2 = 100 – 25 = 75 mg/l = 75g/m Tải lượng bề mặt dòng lỏng là : L= 2,65m3/m2h 3 - Lượng NH3 cần được tách ra trong 2,65 m 52 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 75*2,65 = 198,75 g/m3h 3 3 Khối lượng riêng của NH3: 0,73 kg/m = 730g/m nên : 3 198,75 g NH3 sẽ chiếm phần thể tích : (198,75*1) / 730 = 2,27 m Trong khi đó khối lượng phân tử của NH3 = 17,031 g/mol Nên 189,75 g NH3 sẽ là 198,75/17,031 = 11,7 mol  Vậy Kl theo như định nghĩa sẽ là : 2 Kl = 11,7 mol/m h Do: 1/ KLa = 1/Kl Nên KLa = 11,7 Hình: số đơn vị chuyển khối (NTU) của cột hấp thụ hoặc thổi đuổi khí với hệ số hấp thụ hoặc đuổi khí và hiệu suất xử lý không đổi (D.A. Cornwell, Air Stripping and aeration. In: AWWA, Water Quality and Treatment. Copyright 1990, McGraw-Hill, New York, reprinted with permission of McGraw-Hill}. Để thiết kế tháp loại này ta cần hai khái niệm: chiều cao cột nhồi, z, cần có để đạt hiệu suất xử lý cho trước là tích của chiều cao một đơn vị chuyển khối 53 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI (height of a transfer unit = HTU) và số đơn vị chuyển khối (number of transfer unit = NTU) (Treybal, 1968): z = (HTU)(NTU) (1) Tính HTU theo Pt HTU = L / KLa = 2,65 /11,7= 0,23 Để thuận lợi cho việc vệ sinh tháp trong quá trình vận hành ta chọn chiều cao của một tầng(đơn vị truyền khối) là HTU=1 m o (2) Tính Hu, hằng số Henry vô thứ nguyên ở 20 C Bảng Hằng số Henry, H và hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ J Khí Hằng số Henry ở 20oC, H, 103 J atm cal/mol Amoniac 0,76 3,75 6,31 Benzen 240 3,68 8,68 Bromofooc 35 - - Carbon 1,51 x 102 2,07 6,73 dioxit 1,29 x 103 4,05 10,06 Carbon 585 1,74 5,75 tetraclorua 54 2,93 6,76 Clo 170 4,00 9,10 Clo dioxit 515 1,85 5,88 Clorofooc 3,8 x 104 1,54 7,22 Hydro 8,6 x 104 1,12 6,85 sulfua 4,3 x 104 1,45 7,11 Metan 5,0 x 103 2,52 8,05 Nitơ 38 2,40 5,68 Oxy 550 3,41 8,59 54 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ozon 1,21x103 - - Sulfur dioxit Tricloetylen Vinyl clorua H = 0,76 atm Sử dụng Pt Chuyển đổi đơn vị hằng số Henry từ atm thành không thứ nguyên: Khi T = 20oC = 293 K 4 Hu = H / *293 = 7,48,10 H = 0,000569 - Tính thông số thổi khí R sử dụng: H G R u = 0,412*1375,8 / 2,65 = 0,3 L - Tìm NTU từ Hình Số đơn vị chuyển khối (NTU) vì C2/C1 = 25 / 100 = 0,25=0,3 Sử dụng R = 0,7và C2/C1 = 0,3, từ Hình Số đơn vị chuyển khối (NTU), ta có NTU = 8 Vậy ta chọn số đơn vị chuyển khối NTU = 8 tầng - Tính chiều cao tháp nhồi z bằng Pt z = (HTU) (NTU) = 1 x 8 = 8 m Vậy tháp nhồi sẽ có dạng hình trụ tròn : Đường kính d=5m Chiều cao H= 8 m Chia tháp làm 8 tầng mỗi tầng cao h=1m ( để thuận tiện cho việc vệ sinh và chứa lớp vật liệu đệm ,chọn chiều cao ống từ đáy bể B1 lên tới lớp vật liệu đầu tiên là : hđáy = 4 m ( để khi quạt thổi khí không làm sáo trộn lớp vật liệu đệm ), chiều cao lớp trên cùng hdm = 1 ( để thuận tiện cho việc lắp dàn mưa ) 55 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Vậy Htháp = H + hđáy + hdm = 8+4+1 = 13 m Vậy chiều cao tổng cộng của tháp là 13 (m) Tháp được thiết kế nằm trên 1 bể chứa, bể chứa này có nhiệm vụ chứa nước từ bể lắng vôi về để bơm lên giàn mưa của tháp : Ở tầng trên cùng của tháp ta thiết kế một giàn mưa để phân phối nước đi vào trong tháp. - Tính giàn mưa: - Diện tích bề mặt giàn mưa được tính theo công thức : 2 F= Q/qm = 52,083/10 = 5,21 m 3 2 3 2 (qm = 10 đến 15 m /m h chọn qm= 10 m /m h ) Q = 1250m3 / ngày đêm = 52,083 m3 / h − Để phân phối nước đều trong tháp ta chọn kích thước giàn mưa : 3*3 m giàn mưa gồm 1 ống chính và các ống nhánh phân bố theo hình xương cá. − Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,5m số nhánh n= (3/0,5)*2 =12 nhánh − Chiều cao tính từ giàn mưa đến lớp vật liệu đầu tiên của tháp : chọn h1 = 1m. - Hệ thống phân phối nước : − Lưu lượng nước lên giàn mưa: Q=0.014 m3/s − Đường kính ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa với vận tốc nước chảy trong ống là v= 1 m/s (theo TCXD 33:2006BXD quy định v nằm trong khoảng từ 0,8 đến 1,2m/s) d= 4푞 = 4 × 0,014 = 0,13 m= 130 mm 푣 3,14 × 1 Chọn ống có đường kính d= 140 mm Từ ống phân phối nước chính ta chia ra làm 6 ống nhánh - Lưu lượng qua mỗi ông nhánh là : 3 Qn = q/6 = 0,014/6 = 0,0023 m /s 56 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI - Đường kính ống nhánh d= 4푞 = 4 × 0,0023 = 0,054 m 푣 3,14 × 1 Chọn đường kính ống nhánh là dn = 60 mm - Diện tích lỗ phân phối nước: Tổng diện tích lỗ phun trên 1 ống nhánh bằng 30-35% diện tích tiết diện ngang của ông phân phối chính, chọn tỉ lệ này là 30. Tổng diện tích lỗ phun là : 2 2 0,3 = 0,3 3,14 × 0,03 0,0002 m = 0,2mm × 4 × 4 = Chọn đường kính lỗ phun mưa trên ống nhánh là d=10mm Số lỗ phân phối trên một ống nhánh = tổng diện tích lỗ/diện tích 1 lỗ 0,0002 0,0002 N = 2 = 3,14 × 0,012 =25,6 lỗ 4 4 Chọn số lỗ phân phối trên một ống nhánh là 26 lỗ. - Đường kính ống dẫn nước ra: Là đường kính ống thu nước ở tầng thấp nhất của tháp để nước dẫn qua bể lắng canxi chọn vận tốc nước chảy trong ống là v= 0,5 m/s: d= 4푞 = 4 × 0,014 = 0,19 m= 190 (mm) 푣 3,14 × 0,5 chọn đường kính ống d= 200 mm - Tính bơm nước thải: 푄푡 ∗ ∗ ∗ 1000 52,083 ∗ 9,81 ∗ 13 ∗ 1000 P = = = 8,3kw chọn = 8,5 kw 1000 ∗ 푛 1000 ∗ 0,8 Trong đó : - P : Công suất bơm nước thải - Qtb : Lưu lượng trung bình của nước thải bơm lên tháp cần xử lý - g : Gia tốc = 9,18 - n : Hiệu suất làm việc của bơm - Tính công suất máy thổi khí lên tháp : 57 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 34.400 × 0,29 ― 1 ∗ 푄 34.400 × 0,29 ― 1 × 푄 = = 102 × 휂 102 × 0,8 - Trong đó N : Công suất máy thổi khí 10,33 + 10,33 + 13 p : áp lực máy thổi khí ; p = 10,33 = 10,33 = 2,26 atm Qkk : Lưu lượng khí lên tháp (m3/p) = 2700 (m3/h) = 0,75 m3/s n : Hiệu suất làm việc của máy thổi khí : n = 90% = 0,9 0,29 34.400 × (2,260,29 ― 1) ∗ 0,75 N = 34.400 × ― 1 ∗ 푄 = = 75kw 102 × 휂 102 × 휂 - Tính đường kính ống bơm nước lên đỉnh tháp -Nước thải dược bơm lên đỉnh tháp nhờ bơm chìm , lưu lượng nước thải 52,083m3/h , với vận tốc là v = 2 m/s , đường kính ống ra : D = 4 ∗ 52,083 = 0,096 (m) ∗ 2 ∗ 3600 Chọn ống nhưa uPVC có đường kính D = 110 mm Bảng 3.10 Tổng hợp tính toán tháp stripping Stt Thông số Kí Đơn vị Giá trị hiệu 1 Lưu lượng Q m3/h 52,083 3 2 Thể tích hầm bơm Vhb m 86 3 Chiều cao tháp Htháp m 13 4 Đường kính tháp Dthap m 5 5 Công suất bơm P kw 3 6 Công suất máy thổi N kw 75 khí 58 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 7 Đường kính ống Dố mm 110 bơm nước BỂ KEO TỤ - TẠO BÔNG  Bể phản ứng - Thể tích bể: s 3 V = t* Q max = 20 * 60 * 0,014 = 16,8 (m ) s s 3 Trong đó: Q max : lưu lượng tính toán lớn nhất, Q max = 0,014m /s Thời gian lưu nước, t = 20p - Kích thước bể: Chọn chiều cao của bể: H = 4,2 (m) 16,8 Tiết diện bể F = = = 4 (m) 4,2 Chọn bể có dạng hình vuông. a = 퐹 = 4 = 2 (m) Chiều rộng bể (B) = chiều dài bể (L) = 2 (m) Chọn chiều cao bảo vệ bể: hbv = 0,3 (m) - Chiều cao tổng cộng ( chiều cao xây dựng): Hxd = 4,2 + 0,3 = 4,5 (m) - Thể tích thực của bể phản ứng: L*B*H = 2* 2* 4,5 = 18 (m) Loại cánh khuấy: chọn loại cánh khuấy 2 bản, đối xứng qua trục, khuấy quanh trục thẳng đứng - Năng lượng: Có G = 10 푍 với Z = 휇 Trong đó: 휇: độ nhớt nước thải: 휇 = 0,0092 (N/cm2) 59 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI N: năng lượng cho khối nước thải V: thể tích nước thải. V = 16,8 (m3) G: gradient – sự biến đổi vận tốc của nước trong 1 đơn vị thời gian. G không lớn hơn 800 (s-1). Chọn G = 800 (s-1). 2 2 N = ∗ ∗ 휇 = 800 ∗ 16,8 ∗ 0,0092 = 989,184 (w) 100 100 Diện tích cánh khuấy: Có: N = 51* c* F* v3 989,184 F = = = 0,097 (m2) 51 ∗ ∗ 푣3 51 ∗ 1,2 ∗ 5,53 Trong đó: c: hệ số phụ thuộc vào kích thước bản cánh. 퐿 Chọn = 5 c = 1,2 F: diện tích tiết diện cánh khuấy v: vận tốc cánh khuấy. v = 0,75vk = 0,75*7,327 = 5,5 (m/s) Với v k: vận tốc tuyệt đối của cánh khuấy 2 ∗ 푅 ∗ 푛 2 ∗ 3,14 ∗ 0,5 ∗ 140 v = = = 7,327 (m/s) k 60 60 Với R: bán kính vòng khuấy. chọn 2R = 50 – 60% chiều rộng bể Chọn R = 0,5 (m) n: số vòng khuấy, n = 140 vòng/phút Diện tích 1 bản cánh khuấy: 퐹 0,097 f = = = 0,0485 (m2) 2 2 퐿 Có: B * L = f = 0,0485 (m2) và = 5 Vậy: chiều rộng bản cánh khuấy: B = 0,0985 Chiều dài bản cánh khuấy: L = 0,493 STT Tên thông số Số liệu dùng thiết Đơn vị kế 60 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1 Chiều dài bể (L) 2 m 2 Chiều rộng bể (B) 2 m 3 Chiều cao bể (H) 4,2 m 4 Thời gian lưu nước 20 Phút 5 Thể tích xây dựng bể 18 m3 6 Chiều rộng 1 bản cánh 0,0985 m khuấy 7 Chiều dài 1 bản cánh khuấy 0,493 m 8 Bán kính vòng khuấy 0,5 m - Bể tạo bông Bể tạo bông dựng gồm 3 ngăn với kích thước bằng nhau. Thời gian lưu xây nước 1 ngăn: t = 15 (phút)  Thể tích 1 ngăn: - Thể tích bể: s 3 V = t* Q max = 15 * 60 * 0,014 = 12,6 (m ) s s 3 Trong đó: Q max : lưu lượng tính toán lớn nhất, Q max = 0,014m /s Thời gian lưu nước, t = 15p - Kích thước bể: Chọn chiều cao của bể: H = 4,2 (m) 12,6 - Tiết diện bể F = = = 3 (m) 4,2 Chọn bể có dạng hình vuông. a = 퐹 = 3 = 1,8 (m) Chiều rộng bể (B) = chiều dài bể (L) = 1,8 (m) Chọn chiều cao bảo vệ bể: hbv = 0,3 (m) - Chiều cao tổng cộng ( chiều cao xây dựng): Hxd = 4,2 + 0,3 = 4,5 (m) 61 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI - Thể tích thực của bể phản ứng: L*B*H = 1,8* 1,8* 4,5 = 14,58 (m3) - Xây dựng bể tạo bông gồm 3 ngăn có cùng kích thước: V = L * B * H = 1,8* 1,8* 4,5 = 14,58 (m3) Loại cánh khuấy: chọn loại cánh khuấy gồm trục quanh và 4 cánh khuấy đặt đối xứng nhau quanh trục. Tổng diện tích bản cánh khuấy = 15% diện tích mặt cắt ngang của bê. 15 ∗ 15 ∗ 7,56 f = 푛 = = 1,134 (m2) c 100 100 2 Với:f n = B * H = 1,8 * 4,2 = 7,56 (m ) - Diện tích 1 bản cánh khuấy: 1,134 f = = = 0,2835 (m2) 4 4 Chọn chiều dài cánh khuấy: L = 1,4 Chọn bán kính vòng khuấy: R1 = 0,45 2B < 0,45 → B < 0,225 퐿 퐿 1,4 Chọn = 20 B = = = 0,07 (m) → 20 20 B = 0,07 < 0,225 Chọn R2 = 0,225 (m)  Mỗi buồng đặt 1 động cơ điện, tốc độ quay là: Buồng 1: 40 vòng/phút Buồng 2: 20 vòng/phút Buồng 3: 10 vòng/phút  Kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản: Buồng phản ứng 1: 3 Dung tích: V1 = 12,6 m Tốc độ chuyển động của cánh khuấy 40 vòng/phút - Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước: 62 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2 ∗ 푅 ∗ 푛 2 ∗ 3,14 ∗ 0,45 ∗ 40 V = 0,75 * 1 = 0,75 * = 1,413 (m/s) 1 60 60 2 ∗ 푅 ∗ 푛 2 ∗ 3,14 ∗ 0,225 ∗ 40 V = 0,75 * 2 = 0,75 * = 0,7065 (m/s) 2 60 60 Trong đó: R 1 , R2 : khoảng cách từ mép cánh khuấy đến tâm trục quay n: số vòng quay, n = 40 vòng/phút - Năng lượng cần quay cánh khuấy: 3 3 N1 = 51* C* Fc* (V1 + V2 ) = 51* 1,9* 0,392* (1,4133 + 0,70563) = 120,56 (w) Trong đó: C = 1,9 vì L/B = 20 2 Fc : tiết diện của bản cánh khuấy Fc = 1,4 * 0,07 * 4 = 0,392 (m ) - Giá trị Gradien vận tốc: 푍 120,56 -1 G1 = 10 * = 10 * =10 = 322,50 (S ) 휇 휇 ∗ 0,0092 ∗ 12,6 Buồng phản ứng 2: 3 Dung tích: V1 = 12,6 m Tốc độ chuyển động của cánh khuấy 20 vòng/phút - Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước: 2 ∗ 푅 ∗ 푛 2 ∗ 3,14 ∗ 0,45 ∗ 20 V = 0,75 * 1 = 0,75 * = 0,7065 (m/s) 1 60 60 2 ∗ 푅 ∗ 푛 2 ∗ 3,14 ∗ 0,225 ∗ 20 V = 0,75 * 2 = 0,75 * = 0,35325 (m/s) 2 60 60 Trong đó: R1 , R2 : khoảng cách từ mép cánh khuấy đến tâm trục quay n: số vòng quay, n = 20 vòng/phút - Năng lượng cần quay cánh khuấy: 3 3 N2 = 51* C* Fc* (V1 + V2 ) = 51* 1,9* 0,392* (0,70653 + 0,352353) = 15,06 (w) 63 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Trong đó: C = 1,9 vì L/B = 20 2 Fc : tiết diện của bản cánh khuấy Fc = 1,4 * 0,07 * 4 = 0,392 (m ) - Giá trị Gradien vận tốc: 푍 15,06 -1 G1 = 10 * = 10 * =10 = 113,98 (S ) 휇 휇 ∗ 0,0092 ∗ 12,6 Buồng phản ứng 3: 3 Dung tích: V1 = 12,6 m Tốc độ chuyển động của cánh khuấy 40 vòng/phút - Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với nước: 2 ∗ 푅 ∗ 푛 2 ∗ 3,14 ∗ 0,45 ∗ 10 V = 0,75 * 1 = 0,75 * = 0,35235 (m/s) 1 60 60 2 ∗ 푅 ∗ 푛 2 ∗ 3,14 ∗ 0,225 ∗ 10 V = 0,75 * 2 = 0,75 * = 0,1767 (m/s) 2 60 60 Trong đó: R1 , R2 : khoảng cách từ mép cánh khuấy đến tâm trục quay n: số vòng quay, n = 10 vòng/phút - Năng lượng cần quay cánh khuấy: 3 3 N1 = 51* C* Fc* (V1 + V2 ) = 51* 1,9* 0,392* (0,352353 + 0,17673) = 1,87 (w) Trong đó: C = 1,9 vì L/B = 20 2 Fc : tiết diện của bản cánh khuấy Fc = 1,4 * 0,07 * 4 = 0,392 (m ) Giá trị Gradien vận tốc: 푍 1,87 -1 G1 = 10 * = 10 * =10 = 40,16 (S ) 휇 휇 ∗ 0,0092 ∗ 12,6 BỂ LẮNG 1 - Diện tích ướt của bể lắng đứng 푄 0,014 F = = = 28 (m2) 푣 0,0005 64 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Trong đó:F 1: diện tích mặt cắt ướt của bể lắng Q: lưu lượng trung bình ngày, Q = 1250m3/ngày = 0,014 m3/s v: tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng. Chọn v = 0,5mm/s = 0,0005m/s (điều 6.5.6 TCXD 51 – 84) - Diện tích mặt cắt của ống trung tâm: 푄 0,014 F = = = 28 (m2) 푣 0,0005 Trong đó:F 2: diện tích mặt cắt ướt của ống trung tâm Q: lưu lượng trung bình ngày, Q = 1250m3/ngày = 0,014 m3/s v: tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30mm/s. Chọn v = 20mm/s = 0,02m/s (điều 6.5.9 TCXD 51 – 84) - Diện tích tổng cộng của bể lắng: 2 F = F1 + F2 = 28 + 0,7 = 28,7 (m ) - Đường kính bể lắng: D = 4퐹 = 4 ∗ 28,7 = 6,05 (m) 3,14 - Đường kính ống trung tâm: d = 4퐹2 = 4 ∗ 0,7 = 0,95(m) 3,14 - Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: htt = v*t = 0,0005*114*60 = 3,42 (m) Trong đó: t: Thời gian lắng, t = 114 phút (Thực nghiệm) v: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 (mm/s) = 0,0005 (m/s) - Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định: 65 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI ― 6,05 ― 0,5 h = h + h = 푛 * tg( = * tg( = 3,3 (m) n 2 3 2 훼) 2 50) Trong đó: h2: chiều cao lớp trung hòa (m) h3: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể D: đường kính trong của bể lắng, D = 3,085 (m) dn: đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,5 m α : góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, α không nhỏ hơn 500, chọn α = 500 - Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 3,42 (m). Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm: D1 = hl = 1,35 × d = 1,35 * 0,95 = 1,2825 (m), chọn D1 = 1,3 (m) - Đường kính tấm chắn: lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe: Dc = 1,3 * Dl = 1,3 * 1,3 = 1,69 (m) Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o - Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là: H = htt + hn + hbv = htt + (h2 + h3) + hbv = 3,42 + 3,3 + 0,3 = 7,02 (m) trong đó:h bv: khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, hbv = 0,3 (m) Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể. - Đường kính máng thu: Dmáng = 80% đường kính bể Dmáng = 0,8*6,05 = 4,84 ≈ 4,85 (m) - Chiều dài máng thu nước: L = π × Dmáng = 3,14 * 4,85 = 15,25 (m) - Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: 66 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 푄 1250 a = = = 81,97 (m3/mdài.ngày) L 퐿 15,25 - Lượng bùn sinh ra mỗi ngày M = 0,75*950*1250 = 890,625 (Kg/ngđ) Giả sử bùn tươi có độ ẩm 95% Khối lượng riêng bùn = 1053 Kg/m3 Tỉ số MLVSS : MLSS = 0,75 890,625 3 G = (1 ― 0,95) ∗ 1053 = (1 ― 0,95) ∗ 1053 = 16,92 (m /ngđêm) - Lượng bùn có khả năng phân hủy sinh học Mtươi = 0,75*890,625 = 667,972 (Kg/ngày) Nước thải qua bể keo tụ - tạo bông và bể lắng 1 hiệu quả xử lý: COD, BOD là 50% và TSS là 80%. Đầu ra của bể: Thông số TSS COD BOD Đầu ra (mg/l) 190 2800 1400 BỂ ANOXIC N vào= 250mg/l P vào= 50mg/l N ra= 250 – (250*0,65) = 87,5 P ra= 50 – (50*0,65) = 17,5 Hệ thống bẻ anoxic được thiết kế làm bốn đơn nguyên. Chọn thời gian lưu nước của bể anoxic là 4 giờ: - Lưu lượng nước đầu vào bể anoxic là: 3 3 Qvào = Q + Qr = 625 + 312,5 = 937,5 m /ngày = 39 m /h - Thể tích bể anoxic: 67 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3 V = Qvào x t = 39 x 4 = 156 m Chọn chiều cao bể anoxic H1 = 3.5m, chiều cao bảo vệ h = 0.5m - Diện tích bể anoxic là: 156 2 F = 3,5 = 44,6 m -Bể anoxic hình chữ nhật. Kích thước các cạnh: F = B x L = 6 x 7,5 - Kích thước tổng thể của bể anoxic là: B x L x H = 6 x 7,5 x 4 Bảng 3.8 Tóm tắt kết quả tính toán bể anoxic Chiều cao làm việc 3,5m Chiều cao xây dựng 4m Kích thước cạnh bể (Bể hình 6m x 7,5m vuông) Nước thải qua bể anoxic và bể aerotank hiệu quả xử lý: COD, BOD là 10%. Đầu ra của bể: Thông số TSS COD BOD N P Đầu ra (mg/l) 190 2520 1260 105 21 BỂ AEROTANK Lượng nước thải: Q = 1250 m3/ngày đêm Nhiệt độ nước thải t = 250C Hàm lượng BOD5vào = S0 = 1260 (mg/l) Hàm lượng CODvào = 2520 (mg/l) Cặn lơ lửng: SSvào = 190 mg/l Đầu ra: Nước thải sau xử lý đạt 68 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BOD5ra = S < 50 mg/l, chọn BOD5ra = 45 mg/l CODra < 300 mg/l, chọn COD = 200 mg/l SSra < 100 mg/l, chọn SS = 80 mg/l Các thông số vận hành Cặn hửu cơ: a = 75% Độ tro: z = 0,3 (tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể: X0 = 0 Nồng độ bùn hoạt tính, X = 2500 – 4000 mg/l, chọn X = 3000mg/l Lượng bùn hoạt tính tuần hoàn là nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng 2, X T = 8000mg/l Chế độ xáo trộn hoàn toàn Thời gian lưu bùn trong công trình là 휃 = 5 – 15 ngày, chọn 휃 = 7 ngày -1 Hệ số phân hủy nội bào: Kd = 0,06 ngày Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại : Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5. Nước thải đã được điều chỉnh sao cho BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 5 × 1215 N = = 60,75 100 1 × 1215 P = = 12,15 100 - Lượng N , P ra khỏi bể: Ndư= 87,5 – 60,75 = 26,75 Pdư= 17,5 – 12,15 = 5,35 − Hệ thống bể aerotank được thiết kế làm 4 đơn nguyên. 1. Thể tích 1 bể aerotank Q.Y . .(S S ) 312,5* 0,45*5* (1260 45) V c 0 = 219,05m3 X .(1 K d c ) 3000(1 0,06 *5) 69 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Trong đó: Q là lưu lượng nước thải Q=312,5(m3/ngđêm) Y là hệ số sản lượng bùn Y=0,45mgVSS /mg BOD5 S o là hàm lượng BOD5 nước thải đầu vào ,So =1260(mg/l) S là hàm lượng BOD5 nước thải đầu ra ,S=45(mg/l) X là nồng độ bùn hoạt tính ,X=3000(mg/l) K d số phân hủy nội bào ,Kd =0.06 ngày-1 Ɵ thời gian lưu bùn trong công trình ,ɵ=5 ngày  Chọn chiều cao bể : H = Hi+ Hbv = 3,5 + 0.5 = 4.5(m) Trong đó: Hi: là chiều cao hữu ích ,chọn Hi=4(m) Hbv: la chiều cao bảo vệ ,chọn Hbv =0.5(m)  Diện tích mặt bằng bể : - Chia làm 2 đơn nguyên,mỗi đơn nguyên có diện tích: 219,05 F = = = 62,6(m2) 푖 3,5 F = L * B = 8,5 * 7,5 = 63,75 (m2) - Thể tích thực của bể : 3 Vtc = L* B* H = 8,5* 7,5* 4 = 255 m ) 2. Thời gian lưu nước: V 219 ,05  0,7 ngày = 16,8 (h) Q 312 ,5  Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày - Tốc độ tăng trưởng của bùn : Y 0 ,6 - Y b 0 ,46 1 K d  c 1 0 ,06 * 5 70 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI - Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày tính theo MLVSS: 3 PX Yb *Q(So S) 0,46*312,5*(1260 45)*10 174,66 (kg/ngđ) - Tổng lượng cặn sinh ra trong 1 ngày: P 174 ,66 P X 249 ,5 kg/ngày 1 x 1 z 1 0,3 - Lượng cặn dư xả ra hàng ngày : P xa P1 x P ra = 249,5 – 25 = 224,5 (kg/ngày) -3 Với: Pra = SSra * Q = 80 * 10 * 312,5 = 25 (kg/ngày) - Lưu lượng bùn xả ( nồng độ bùn hoạt tính ra khỏi bể lắng) V .X Qr X r c 219 ,05 * 3000 312 ,5 * 60 * 5 3 Q xa 20,12m X T  c 5600 * 5 Trong đó: X T: nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn (cặn không tro). X T = (1 – 0,3)* 8000 = 5600 (mg/l) X r: nồng độ VSS ra khỏi bể lắng: X r = SSra* a = 80* 0,75 = 60 (mg/l)  Hệ số tuần hoàn bùn : - Phương trình cân bằng vật chất đối với bể aerotank ( Q + Qt )* X = Q* Xo + Qt* Xt Trong đó: Q là lưu lượng nước thải vào bể ,Q=312,5m3/ngày Q t lưu lượng bùn tuần hoàn ,m3/ngày X: nồng độ VSS trong bể , X=3000mg/l X o nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể , Xo=0 X t: nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn , Xt=8000mg/l 71 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Q Chia 2 vế pt cho Q ,đặt t là tỷ số tuần hoàn bùn : Q X + α* X = α* Xt X 3000 Suy ra: 0.6 X t X 8000 3000 - Lưu lượng bùn tuần hoàn : Q Ta có : t Q Suy ra: Qt = α* Q = 0,6* 312,5 = 187,5 (m3/ngày)  Kiểm tra chỉ tiêu làm việc cuả bể Aerotank : - Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M: S 1260 F / M 0 0,56 kgBOD / kgMLSS .ngày  * X 0.753 * 3000 5 F/M=0,56 nằm trong giới hạn cho phép đối với bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn : F/M=0.2-0.6kg BOD5 /kg MLSS .ngày - Tải trọng thể tích : S *Q 1260*312,5 L 0 *10 3 *10 3 1,8kgBOD / m3.ngay a V 219,05 L a = 1,8 nằm trong giới hạn cho phép đối với aerotank xáo trộn hoàn toàn: La =0.8÷1.9 kg BOD/m3.ngày (theo tài liệu thoát nước của PGS.TS .HOÀNG VĂN HUỆ ).  Tính lượng oxy cần thiết : Q(So S) 4,57( 0 ― ) OCo = - 1,42*Px + f 1000 312,5*(1260 45)10 3 4,57(87,5 ― 26,75) = 1,42*174,66 + 0,5 1000 = 511,63 kg O2/ngày Trong đó: 72 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI f: 5 = 0,5 1.42 -hệ số chuyển đổi từ tb sang COD Px lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày: Px = 174,66(kg/ngđêm) - Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế: 푠 1 1 Oct = OCo* ( )* ―20* 푠 ― 1,024 훼 Trong đó: o C s: là nồng độ oxy bão hòa trong nước ở 20 C , Cs ≈9,08(mg/l) C:là nồng độ oxy cần duy trì trong bể ,C=1.5÷2 (mg/l) (tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) Chọn C = 2 (mg/l). T = 25oC, nhiệt độ nước thải 훼: hệ số điều chỉnh lượng oxy ngầm vào nước thải ( do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt), 훼 = 0,4 – 0,94. Chọn 훼 = 0,8 9,08 1 1 Oct = 511,63* (9,08 ― 2 )* 1,02425―20* 0,7 = 728,48 kg/ngày - Lượng không khí cần thiết Q = 푡 * f KK 푈 a Trong đó: fa: hệ số an toàn, fa = 1,5 – 2, chọn fa = 1,5 (tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1 m3 không khí. OU = Ou * h 73 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Với: Ou: phụ thuộc vào hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ và mịn, ( tra bảng 7 – 1 sách tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai) 3 Ou = 8 (g O2/ m .m) h: độ ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h = 3,2m 3 OU = 8 * 3,2 = 25,6 (gO2/m ) 728,48 3 3 QKK = 25,6 ∗ 10―3 *1,5 = 42684 m /ngày = 0,49 m /s 3. Tính áp lực máy nén: Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén: Hd = hd + hc + hf + H Trong đó:h d: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẩn, (m) Hc: tổn thất cục bộ (m) Tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0.4 (m) hf: tổn thất qua thiết bị phân phối (m). Tổn thất hf không quá 0.5 (m) H: chiều sâu hửu ích của bể, H = 3,5 (m) - Do đó áp lực cần thiết sẻ là: Hd = 0.4 + 0.5 +3,5 = 4.4 (m) - Áp lực không khí là: 10.33 + 10.33 + 4.4 = 푡 = 1.43 (atm) 휌 10.33 = 10.33 - Công suất máy nén khí: 0.29 34400 × (1.430.29 ― 1) × 0,49 N = 34400 × ― 1 × 푞 = = 24,09 (Kw) 102 × 푛 102 × 0.75 Trong đó: 푄 q : lưu lượng không khí: q = = 0,49 (m3/s) k k 86400 n: hiệu suất máy nén khí, chọn n = 0.75 74 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4. Bố trí hệ thống sục khí: Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 7 ống nhánh với chiều dài mỗi ống là 8,3 m, đặt cách nhau 1m Đường kính ống dẩn khí: D = 4 × 푄 ℎí = 4 × 0,49 = 0,204 (m) = 210 (mm) × 3.14 × 15 Trong đó: V: tốc độ chuyển động của không khí trong mạng lưới trong ống phân phối, V = 10 ÷ 15 (m/s), chọn V = 15 (m/s) (tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS Trịnh Xuân Lai) - Đường kính ống dẩn khí nhánh 4 × 푄 4 × 0,49 Dn = = = 0,077 (mm) 7 × 15 × 3.14 7 × 15 × 3.14 Chọn Dn = ∅ 85 (mm) Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170 (mm), diện tích bề mặt F = 0.02 (m2), cường độ khí 200l/phút.đĩa = 3.3 (l/s) Số đĩa phân phối trong 1 bể là: 푄 0,49 N = ℎí = = 148 đĩa 3.3 3.3 × 10―3 Chọn: số lượng đĩa: N =148 đĩa Số lượng đĩa là 147 cái, chia làm 7 hàng, mỗi hàng 21 đĩa phân bố cách sàn bể 0.2m và mỗi tâm đia cách nhau 0.4m Đường kính ống dẩn bùn tuần hoàn 4 × 푄푡ℎ 4 × 187,5 Db = = = 0.043 m × 3.14 × 1.5 × 86400 Chọn Db = ∅85 3 Qth: lưu lượng bùn tuần hoàn Qth = 187,5 (m /ngđ) Vb: vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện bơm,Vb = 1 – 2 m/s Chọn Vb = 1.5 m/s 75 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI STT Tên thông số Số liệu dùng Đơn vị thiết kế 1 Chiều dài bể (L) 8,5 (m) 2 Chiểu rộng bể (B) 7,5 (m) 3 Chiều cao bể (H) 4.5 (m) 4 Thời gain lưu nước (휃) 16,8 Giờ 5 Thời gian lưu bùn (휃 ) 5 Ngày 6 Đường kính ống dẩn khí 210 Mm chính 7 Đường kính ống dẩn khí 85 Mm nhánh 8 Công suất máy nén khí 18,18 KW/h 9 Số lượng đĩa 114 đĩa Thống số đầu ra của bể: Thông TSS COD BOD N P số Đầu ra 80 200 45 26,75 5,35 ( mg/l) BỂ LẮNG 2 -Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm 푄푡푡 (1 + 0.6) ∗ 0.0014 퐹 = = = 1.12( 2) 1 0.02 76 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Trong đó: Vtt : Tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy không lớn 30(mm/s) ( điều 6.5.9 TCXD-51-84) Chọn Vtt=20 (mm/s) = 0,02 (m/s) 2 Qtt : Lưu lượng tính toán khi có tuần hoàn, Qtt= (1+α)*푄 -Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng 푄푡푡 (1 + 0.6) ∗ 0.0014 퐹 = = = 44.8( 2) 2 0.0005 Trong đó: V: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng V: 0,005 (m/s) ( điều 6.5.9 TCXD-51-84 - Diện tích tổng cộng của bể lắng 2: 2 F= F1+F2 = 1.12 + 44.8 = 44.9 (m ) - Đường kính của bể: 4퐹 4 ∗ 44.9 = = = 7.56( ) 3.14 - Đường kính ống trung tâm: 4 ∗ 퐹 4 ∗ 1.12 = 1 = = 1.19~1.2 3.14 - Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: Htt= V*t = 0.0005*1.5*3600= 2,7 (m) Trong đó: t: Thời gian lắng , t=1,5 giờ ( điều 6.5.6 TCXD-51-84) V: tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng V = 0.0005 (m/s) ( điều 6.5.6 TCXD-51-84) - Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định: ( ― 푛) (7.56 ― 0.5) ℎ = ℎ + ℎ = ∗ 푡 훼 = ∗ 푡 50° = 4.21 푛 2 3 2 2 Trong đó: h2: chiều cao lớp trung hòa (m) 77 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI h3: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể D: đường kính trong của bể lắng , D=7.56 (m) Dn: đường kín đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn= 0.5m Α: góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, α không nhỏ hơn 50˚, chọn α =50˚ - Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 2,7m Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm: D1 = hl = 1,35*d = 1,35 *1.2 = 1.62(m) Đường kính tấm chắn : lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe và bằng : Dc = 1,3 * Dl = 1.3*1.62 = 2.1 (m) Góc nghiên giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17˚ - Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là : H = htt + hn + hbv = htt + ( h2 + h3) +hbv = 2.7 + 4.21+ 0.3 = 6.61 (m) Trong đó : hbv là khoảng cách từ bề mặt nước đến thành bể , hbv = 0.3 m Để thu nước đã lắng , dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể . Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể. - Đường kính máng thu: Dmáng = 80% đường kính bể Dmáng = 0.8*7.56 = 6.05(m) - Chiều dài máng thu nước L = π x Dmáng = 3.14 * 6.05 = 19(m) - Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: 푄 1250 ∗ 1.6 (m3/mdài.ngày) 퐿 = 퐿 = 19 = 105.3 78 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI * Kiểm tra lại thời gian lắng nước - Thể tích phần lắng: 3.14 = ( 2 ― 2) ∗ ℎ = (7.562 ― 1.22) ∗ 2.7 = 118.1 ( 3) 푙 4 푡푡 4 - Thời gian lắng: 푙 118.1 푡 = = = 1.42 (ℎ) 푄 + 푄푡ℎ 52.083 ∗ (1 + 0.6) - Thể tích phần chứa bùn: 3 Vb = F*hn = 44.9*4.21 = 189.03 (m ) - Thời gian lưu bùn : 189.03 푡 = = = 1.65 (ℎ) 푄 + 푄푡ℎ 3.55 ∗ 32.25 3 3 Trong đó : Qx Lưu lượng bùn thải : Qx = 312,5(m /ngđ) = 13,02 (m /h) 3 Qth: Lưu lượng bùn tuần hoàn : Qth = 0.6 *13,02 = 7,8 (m /h) Bảng : Các thông số thiết kế bể lắng II ST Tên thông số Số liệu dùng Đơn T thiết kế vị 1 Diện tích tiết diện ướt của ống 1.12 (m2) trung tâm (f) 2 Diện tích tiết diện ướt của bể 44.8 (m2) lắng (F) 3 Đường kính ống trung tâm ( d) 0.6 (m) 4 Đường kính của bể lắng (D) 7.56 (m) 5 Chiều cao bể (H) 6.61 (m) 6 Thời gian lắng (t) 1.5 Giờ 7 Đường kính máng thu 6.05 (m2) 79 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỂ FENTON  Tính lượng axit H2SO4 cho vào bể. Tại pH = 3 là điều kiện tối ưu cho keo tụ đối với nước rỉ rác Nước thải có pH = 7,5 khi đi đến bể oxi hóa. Nồng độ ion [H+] trong nước thải ban đầu: pH = 7,5 => [H+] = 10-7,5 mol/l. Nồng độ ion [H+] trong nước thải sau khi trung hòa:pH = 3 => [H+] = 10-3 mol/l. Lượng [H+] cho thêm vào bằng lượng [H+] tăng từ 10-7,5 xuống 10-3: [H+] = 10-3 - 10-7,5 = 10-3 mol/l + 2- H2SO4 → 2H + SO4 Nồng độ mol: 5 x 10-4 mol/l ← 10-3 mol/l - Sử dụng H2SO4 98% để trung hòa nước thải, lượng H2SO4 cần bổ sung: 푡 ―4 [H2SO4] ∗ 푄ℎ ∗ 2푆 4 5 ∗ 10 ∗ 52,083 ∗ 1000 ∗ 98 QH2SO4 = = % ∗ 휌 2푆 4 0,98 ∗ 1840 = 1,415 L/h Trong đó: tb Qh :Lưu lượng nước thải trung bình trong 1 giờ chảy vào bể trung hòa, tb 3 Qh = 52,083 m /h. MH2SO4: Khối lượng phân tử của H2SO4, g/mol. C%: Nồng độ dung dịch H2SO4, C% = 98% = 0,98 ΡH2SO4: Khối lượng riêng của H2SO4, ρH2SO4 = 1,84g/ml =1840g/l. [H2SO4]: Nồng độ mol  Tính toán bể fenton Thời gian để phản ứng oxy hóa bằng hệ Fenton diễn ra trong khoảng từ 1 – 2h, do đó chọn thời gian phản ứng là 2h 80 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI Hóa chất cho quá trình phản ứng (H2SO4 98%, H2O2 0,1%, FeSO4, và MnSO4) cho vào bể sẽ dược hòa trộn bằng cánh khuấy chân vịt. - Thể tích bể: h 3 V = t* Q max = 2 * 52,083 = 104,166 (m ) h h 3 Trong đó: Q max : lưu lượng tính toán lớn nhất, Q max = 52,083 m /s Thời gian lưu nước, t = 2h - Kích thước bể: Chọn chiều cao của bể: H = 4,2 (m) 104,166 - Tiết diện bể F = = = 24,8 (m) 4,2 Chọn bể có dạng hình vuông. a = 퐹 = 24,8 = 5(m) Chiều rộng bể (B) = chiều dài bể (L) = 5 (m) Chọn chiều cao bảo vệ bể: hbv = 0,3 (m) - Chiều cao tổng cộng ( chiều cao xây dựng): Hxd = 4,2 + 0,3 = 4,5 (m) - Thể tích thực của bể phản ứng: L*B*H = 5* 5 * 4,5 = 112,5 (m)  Tính toán thiết bị khuấy trộn: Dùng máy khuấy chân vịt 3 cánh, nghiêng góc 450 hướng lên để đưa nước từ dưới lên trên. - Năng lượng truyền váo nước: 푍 Có G = 10 với Z = 휇 Trong đó: 휇: độ nhớt nước thải: 휇 = 0,0092 (N/cm2) N: năng lượng cho khối nước thải V: thể tích nước thải. V = 24,8 (m3) G: gradient – sự biến đổi vận tốc của nước trong 1 đơn vị thời gian. G không lớn hơn 800 (s-1). Chọn G = 800 (s-1). 81 GVHD: NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG THẢO