Tính toán hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm

Đặc trưng thành phần của nước thải dệt nhuộm

Ở Việt Nam, ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp giữ vị trí then chốt trong nền phát triển kinh tế nước nhà. Bên cạnh sự đóng góp mà ngành dệt nhuộm đem lại thì cũng đã tác động đến môi trường, đặc biệt là môi trường nước. Quá trình sản xuất gồm nhiều công đoạn phực tạp và sử dụng rất nhiều hóa chất tùy theo từng mặt hàng sản xuất. Do vậy, vấn đề xử lý nước thải dệt nhuộm cần phải chú trọng. Thành phần nước phát sinh từ các công đoạn dệt vải, nhuộm, in hoa, … gây ô nhiễm môi trường nước chủ yếu do độ màu, COD và BOD cao, tổng rắn lửng cao, … Dưới đây là bảng thông số về thành phần nước thải dệt nhuộm:

Bảng 1: Thông số ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm

STT	Thông số ô nhiễm	Đơn vị	Giá trị
1	Nhiệt độ	oC	70
2	pH	–	5,6
3	Độ màu	Pt – Co	1.450
4	COD	mg/L	859
5	BOD	mg/L	500
6	Chất rắn lơ lửng (SS)	mg/L	95
7	Đục	mgSiO2/L	145
8	PO43-	mg/L	1.31
9	SO42-	mg/L	76
10	Kim lọai nặng	mg/L	Cr = 0,4

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải dệt nhuộm

Tùy theo mô hình sản xuất của nhà máy dệt nhuộm thì quy chuẩn xả thải sẽ khác nhau. Nếu nhà máy nằm trong khu công nghiệp thì nước thải dệt nhuộm sau xử lý sẽ được quy định theo quy chuẩn mà khu công nghiệp đề ra. Nếu nhà máy nằm ngoài khu công nghiệp thì nước thải sau xử lý phải đáp ứng QCVN 12:2015/BTNMT.

Bảng 2: Giá trị C để làm cơ sở tính giá trị tối đa cho phép các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm

STT	Thông số	Đơn vị	Giá trị C
			A	B
1	Nhiệt độ	oC	40	40
2	pH	–	6 – 9	5,5 – 9
3	Độ màu (pH=7)	Pt – Co	50	150
4	BOD5 ở 20oC	Pt – Co	30	50
5	COD	mg/L	75	150
6	Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)	mg/L	50	100
7	Xyanua	mg/L	0,07	0,1
8	Clo dư	mg/L	1	2
9	Crom VI (Cr6+)	mg/L	0,05	0,10
10	Tổng các chất hoạt động bề mặt	mg/L	5	10

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

Công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm

Như vậy, nước thải dệt nhuộm phát sinh nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm trầm trọng cho nguồn nước. Vì thế, việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm trước khi xả ra nguồn tiếp nhận là việc làm bắt buộc đối với những nhà máy.

Tính chất nước thải đóng vai trò rất lớn để tạo cơ sở cho việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp. Sự dao động về lưu lượng và tính chất nước thải quyết định tải trọng thiết kế cho các công trình đơn vị. Hiện nay, có nhiều công nghệ được áp dụng để xử lý nước thải dệt nhuộm. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý tùy thuộc vào từng hệ thống.

Từ 2 sơ đồ trên ta có thể thấy rằng, mỗi sơ đồ công nghệ sẽ có hiệu quả xử lý riêng của từng công trình cũng như ưu và nhược điểm của chúng. Đối với sơ đồ công nghệ xử lý dùng module MBR sẽ tiết kiệm được diện tích, không cần phải xây dựng thêm bể lắng và lọc. Tuy nhiên, màng MBR sẽ thường bị tắc nghẽn, do vậy cần phải sử dụng hóa chất làm sạch màng theo định kỳ.

Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm

Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm khi xả ra nguồn tiếp nhận nước thải được tính theo công thức: C_max= C x K_q x K_f.Trong đó:

• C_max: là giá trị tối đa cho phép của thông số ô nhiễm khi xả ra nguồn tiếp nhận
• C: giá trị thông số ô nhiễm trong nước thải được quy định
• K_q: hệ số nguồn tiếp nhận nước thải

Bảng 3: Hệ số K_q khi nguồn tiếp nhận nước thải là sông suối khe rạch

Lưu lượng dòng chảy của nguồn tiếp nhận nước thải (Q) (m3/s)	Hệ số Kq
Q ≤ 50	0,9
50 < Q ≤ 200	1
200 < Q ≤ 500	1,1
Q > 500	1,2

Bảng 4: Hệ số K_q khi nguồn tiếp nhận nước thải là ao, hồ, đầm

Dung tích nguồn tiếp nhận nước thải (Q) (m3)	Hệ số Kq
V ≤ 10 x 106	0,6
10 x 106 < V ≤ 100 x 106	0,8
V > 100 x 106	1

Bảng 5: K_f – hệ số lưu lượng nguồn thải

Lưu lượng nguồn thải F (m3/24h)	Hệ số Kf
F ≤ 50	1,2
50< F ≤ 500	1,1
500 < F ≤ 5.000	1,0
F> 5.000	0,9

Song chắn rác

Lưu lượng nước thải: Q^h_max = Q^h_tb x k^h. Trong đó:

• k^h: là hệ số vượt tải theo giờ lớn nhất (k = 1,5 – 3,5), chọn k =2,5
• Chọn loại song chắn có kích thước khe hở b
• Tiết diện song chắn hình chữ nhật có kích thước: s x l
• s: diện tích bề mặt song chắn rác
• l: chiều dài song chắn rác

Số lượng khe hở: n = k_z x Q_max/(v_s x b x h_l)

Trong đó:

• n : số khe hở
• Q_max: lưu lượng lớn nhất của nước thải (m/s)
• v_s : tốc độ nước qua khe song chắn, chọn v_s = 0,6 m/s
• k_z : hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy, chọn k_z = 1,05

Bề rộng thiết kế song chắn rác: B_s =s x (n – 1) + (b.n). Trong đó:

• s : bề dày của thanh song chắn, thường lấy s = 0,008

Tổn thất áp lực qua song chắn rác: h_s = ξ x (v_max²/2g) x k

Trong đó:

• v_max :vận tốc nước thải trước song chắn ứng với Qmax, v_max = 0,6
• k: hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, k = 2 – 3, chọn k = 2
• ξ: hệ số tổn thất áp lực cục bộ được xác định theo công thức: ξ = β x (s/b)^3/4 x sinα

Với:

• α: góc nghiệng dặt song chắn rác, chọn α = 600
• β: hệ số phụ thuộc hình dạng thành đan, β = 2,42

Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: L₁ = (B_s – B_k)/2tgφ

Trong đó:

• Bs: chiều rộng song chắn
• B_k: bề rộng mương dẫn, chọn B_k = 0,2m
• φ: góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy φ = 200

Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: L₂= 0,5 x L₁

Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác: L= L₁ + L₂ + L_s .Trong đó:

• L_s : chiều dài phần mương đặt song chắn rác, L = 1,5m

Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác: H= h_max + h_s + 0,5. Trong đó:

• h_max = h_l: độ đầy ứng với chế độ Q_max
• h_s: tổn thất áp lực qua song chắn
• 0,5: khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất

Bể thu gom nước thải

Thời gian lưu nước trong bể thu gom tối thiểu 15 – 20 phút. Thể tích bể thu gom: V = Q^tb_h x t

• Chọn chiều cao h
• Chiều cao bảo vệ chọn h_bv = 0,5m
• Chiều cao của bể: H = h + h_bv
• Chọn bể hình vuông có cạnh: a x a

→ Kích thước bể: a x a x H

Bể tách dầu mỡ

• Chọn thời gian lưu nước (1,5 – 3h)
• Tải trọng bề mặt U_o = 40 (m³/m².ngày.đêm)
• Chọn kiểu thiết kế dài:rộng (1:4)
• Thể tích của bế lắng: V = Q x t
• Diện tích bề mặt: F= Q/U_o
• Chiều rộng bề mặt: F = B x L
• Xác định lại tải trọng bề mặt: U_o= Q/F
• Chiều cao bể: h= V/F
• Thể tích bể lắng:  V = F x h
• Thời gian lưu nước trong bể: T= V/Q
• Vận tốc nước chảy trong vùng lắng: v= Q/(B x h)

Bể điều hòa nước thải dệt nhuộm

Chọn thời gian lưu nước của bể điều hoà t = 8h (4 – 12h)

Thể tích cần thiết của bể: V = Q^ngày_tb x t

Chọn chiều cao hữu ích của bể: H

Diện tích mặt bằng: A= V/H

Chọn kích thước bể theo A

Chiều cao xây dựng của bể: H_xd = H + h_bv .Trong đó:

• H: Chiều cao hữu ích của bể (m)
• h_bv: Chiều cao bảo vệ, h_bv = 0,5m

⇒ Kích thước của bể điều hoà: L x B x H_xd

Thể tích thực của bể điều hòa: V= L x B x H_xd .Trong đó:

• L: chiều dài bể điều hòa
• B: chiều rộng bể điều hòa

Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn chặn mùi trong bể điều hoà cần cung cấp một lượng khí thường xuyên.

Lượng khí nén cần cho thiết bị khuấy trộn: Q_kk = q_kk x W

Với q_kk – Lượng khí cần thiết để xáo trộn, q_kk = 0,01 – 0,015 m³ /m³.phút, (Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai, 2000).

Không khí được phân phối qua hệ thống ống châm lỗ với đường kính 4mm, khoảng cách giữa các tâm lỗ là 150mm. Khi đó, số lỗ phân phối trên mỗi ống nhánh là: n_lo = (L/0,15) – 1

Số ống nhánh được phân bố (n ống) là: n_lo = ((B – 2 x L_kc)/Lco) + 1

Trong đó:

• L_kc: Khoảng cách của ống đến tường bể
• L_co: Khoảng cách giữa các ống nhánh
• Vận tốc khí ra khỏi lỗ thường từ 5 – 20 m/s

Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo công thức: H_c = h_d + h_c + h_f + H. Trong đó:

• h_d: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn (m)
• h_c: Tổn thất áp lực cục bộ, h_c thường không vượt quá 0,4m
• h_f: Tổn thất qua thiết bị phân phối, h_f không vượt quá 0,5m
• H: Chiều cao hữu ích của bể điều hoà

Áp lực khí nén là: P = (10,33 + H_c)/10,33

Cụm bể keo tụ tạo bông

Bể pha chế vôi

Xác định liều lượng vôi kiềm hóa (Liều lượng phèn nhôm Al₂(SO₄)₃, không chứa nước (theo TCXD 33 – 1985) là 25  mg/l). Liều lượng vôi kiềm hóa được xác định bằng công thức:

Trong đó:

• P_k: hàm lượng chất kiềm hóa (mg/L)
• P_p: hàm lượng phèn cần thiết cho quá trình keo tụ (mg/L)
• e₁, e₂: trọng lượng đương lượng của chất kiềm hóa và của phèn (mg/mgđl)
• K_t: độ kiềm nhỏ nhất của nguồn nước (mgđl/L)
• c: Tỷ lệ chất kiềm hóa nguyên chất có trong sản phẩm sử dụng (%)

Dung tích của bể pha vôi sữa: W_v = (Q x n x P_v)/(10⁴ x b_v x γ) (m³). Trong đó:

• Q: lưu lượng nước tính toán (m³/h)
• n: số giờ giữa hai lần pha vôi (t = 6 – 12h)
• P_v: liều lượng vôi cho vào nước (mg/L)
• b_v: nồng độ vôi sửa (5%)
• γ: khối lượng riêng của vôi sữa (1 tấn/m³)

Tính toán thiết bị khuấy trộn vôi sữa

Khuấy trộn bằng máy khuấy cánh quạt, bể được thiết kế hình tròn, đường kính bể lấy bằng chiều cao công tác của bể, d = h.

W_v = h x (π x d²)/4. Trong đó:

Chọn chiều cao an toàn của bể hòa trộn vôi là 0,5m

Chọn số vòng quay của cánh quạt là 40 vòng/phút, chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 đường kính của bể (quy phạm = 0,4 – 0,45d).

l_cq= 0.45 x d

Chiều dài toàn phần của cánh quạt là:  2 x  l_cq (m)

Diện tích cánh quạt theo quy phạm là (0,1 – 0,2m² ) cánh quạt/1m³ vôi sữa trong bể: f_cq = (0,1 ÷ 0,2) x W_v

Chiều rộng mỗi cánh quạt: b_cq = (f_cq ÷ l_cq)

Năng lượng khuấy trộn cần thiết: P = k x ρ x n³ x D_kh⁵ (W). Trong đó:

• k: hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy, k = 1,08 với cánh khuấy phẳng 2 cánh
• ρ: khối lượng riêng dung dịch
• n: số vòng quay trong vòng 1 giây
• D_kh: đường kính cánh khuấy

Công suất động cơ: N = P/η (W)

Bể hòa trộn phèn

Xác định liều lượng phèn

Có thể cho phèn vào nước dưới dạng bột, hạt thô hoặc dưới dạng dung dịch. Để định lượng được phèn vào nước dưới dạng bột hoặc hạt khô thì phải có phèn sản xuất ra dưới dạng bột, nhưng việc định lượng phèn dưới dạng bột khô thì thường không chính xác và thường không đảm bảo vệ sinh vì nhiều bụi, nên có thể loại trừ việc dùng phèn bột. Thường định lượng phèn vào nước dưới dạng dung dịch có nồng độ từ 1 – 5%.

Việc tăng nồng độ của dung dịch phèn sẽ làm giảm độ chính xác của việc định lượng. Vì vậy cần có bể hòa trộn để hòa trộn phèn có nồng độ cao, đồng thời để lắng bớt các cặn, tạp chất không tan trong nước ở bể hòa tan, sau đó mới chuyển qua bể tiêu thụ để pha loãng nồng độ 1 – 5% rồi định lượng vào nước.

Nhiệm vụ của bể hòa trộn

Là hòa tan phèn cục và lắng cặn bẩn. Nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn thường cao nhưng không vượt quá nồng độ bão hòa. Theo TCXD 33 – 1985 có thể lấy nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn trong khoảng 10 – 17%. Để hòa tan phèn trong bể có thể dùng không khí nén, máy khuấy hoặc bơm tuần hoàn. Liều lượng phèn để xử lý nước đục theo bảng sau:

Hàm lượng cặn của nước nguồn (mg/L)	Liều lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 không chứa nước (mg/L)
Đến 100	25 – 35
101 – 200	30 – 45
201 – 400	40 – 60
401 – 600	45 – 70
601 – 800	55 – 80
801 – 1.000	60 – 90
1.001 – 1.400	65 – 105

Lượng phèn nhôm Al₂(SO₄)₃ cần thiết để khử màu theo công thức: P_Al = 4√M (mg/L). Trong đó:

• M là độ màu của nước thải

Dung tích bể hòa trộn phèn: W_h = (Q x n x P_p)/(10⁴ x b_p x γ) (m³). Trong đó: 

• Q: lưu lượng nước xử lý (m³/h)
• n: số giờ giữa hai lần hòa trộn phèn (t = 24h)
• P_p: liều lượng vôi cho vào nước (g/L)
• b_p: nồng độ dung dịch phèn trông bể hòa trộn (%)
• y: khối lượng riêng của vôi sữa (1 tấn/m³)

Tính toán thiết bị khuấy trộn phèn

Đường kính của bể:

Chọn chiều cao an toàn của bể hòa trộn phèn là 0,5m

Chọn số vòng quay của cánh quạt là 40 vòng/phút, chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 đường kính của bể (quy phạm = 0,4 – 0,45d).

l_cq= 0.45 x d

Chiều dài toàn phần của cánh quạt là:   2 x  l_cq  (m)

Diện tích cánh quạt theo quy phạm là ( 0,1 – 0,2m²  ) cánh quạt/1m³ phèn trong bể: f_cq = (0,1 ÷ 0,2) x W_v

Chiều rộng mỗi cánh quạt: b_cq = (f_cq ÷ l_cq)

Năng lượng khuấy trộn cần thiết: P = k x ρ x n³ x D_kh⁵ (W). Trong đó:

• k: hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy, k = 1,08 với cánh khuấy phẳng 2 cánh
• ρ: khối lượng riêng dung dịch
• n: số vòng quay trong vòng 1 giây
• D_kh: đường kính cánh khuấy

Công suất động cơ: N = P/η (W)

Bể trộn cơ khí

Thể tích bể trộn

V = t x Q^h_tb. Trong đó: 

• Q_tb: Lưu lượng tính toán trung bình trong 1h
• t: Thời gian khuấy trộn

Kích thước bể trộn cơ khí

Chọn chiều cao bể: H= H_i + h_bv. Trong đó:

• H_i: Chiều cao hữu ích của bể
• h_bv: Chiều cao bảo vệ

Tiết diện bể trộn vuông: F = V/H_i

Kích thước bể trộn vuông: a = √F

Thể tích thực của bể: V_t = a x a x H

Thông số máy khuấy

Đường kính máy khuấy: d_k ≤ 1/2 x a

Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng h: h_k = d_k

Chiều rộng cánh khuấy: b_k = 1/5 x d_k

Chiều dài cánh khuấy: l_k = 1/4 x d_k

Công suất máy khuấy: P = G² x μ x V. Trong đó:

• G: Gradien vận tốc cho quá trình khuấy trộn, G = 800 – 1.000 s^-1, chọn G = 800 s^-1
• V: Thể tích bể
• μ: Độ nhớt động học của nước ở 25^oC

Chọn hiệu suất của máy khuấy η = 80 %

Vậy công suất của máy khuấy: N = P/η (W)

Số vòng quay của cánh khuấy: n = (p/(k x d_k⁵ x ρ))^1/3. Trong đó:

• P: Năng lượng khuấy trộn
• k: Hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy, chọn k = 1,08
• d_k: đường kính cánh khuấy
• ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng

Lượng PAC cần dùng trong một ngày là: M= 0,075 (g/L) x Q

Bể phản ứng

Thể tích bể phản ứng

V = t x Q^h_tb. Trong đó:

• Q_tb^h : Lưu lượng tính toán lớn nhất
• t : Thời gian lưu nước, t = 10 – 30 phút

Kích thước bể phản ứng:

Chiều cao bể: H = H_i + h_bv. Trong đó: 

• H_i : Chiều cao hữu ích của bể
• h_bv: Chiều cao bảo vệ, h_bv = 0, m

Tiết diện bể: F = V/H_i

Kích thước bể trộn vuông: a = √F

Thể tích thực của bể: V_t = a x a x H

Thông số máy khuấy

Đường kính máy khuấy: dk ≤ 1/2 x a

Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng h: h_k = d_k

Chiều rộng cánh khuấy: b_k = 1/5 x d_k

Chiều dài cánh khuấy: l_k = 1/4 x d_k

Công suất máy khuấy:

Năng lượng khuấy cần truyền vào nước: P = G² x μ x V. Trong đó: 

• G: Gradien vận tốc cho quá trình khuấy trộn, chọn G = 150 s^-1
• V: Thể tích bể
• μ: Độ nhớt động học của nước ở 25 ^oC.

Chọn hiệu suất của máy khuấy η = 80 %

Vậy công suất của máy khuấy: N = P/η (W)

Số vòng quay của cánh khuấy: n = (p/(k x d_k⁵ x ρ))^1/3. Trong đó:

• P: Năng lượng khuấy trộn
• k: Hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy, chọn k = 1,08
• d_k: đường kính cánh khuấy
• ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng

Tính toán lượng polyme

Để hỗ trợ keo tụ tốt ta châm thêm polymer 0,02 g/L nước thải. Lượng polymer cần dùng trong một ngày là: m =  0,02(g/L) x Q

Nồng độ polymer pha là 60 g/L nên thể tích dung dịch polymer sử dụng trong 1 ngày là: Vp = m/c

Bể tạo bông

Thể tích bể phản ứng

V = t x Q^h_tb. Trong đó:

• Q_tb^h : Lưu lượng tính toán lớn nhất
• t : Thời gian lưu nước, t = 10 – 30 phút

Kích thước bể phản ứng:

Chiều cao bể: H = H_i + h_bv. Trong đó: 

• H_i : Chiều cao hữu ích của bể
• h_bv: Chiều cao bảo vệ, h_bv = 0, m

Tiết diện bể: F = V/H_i

Kích thước bể trộn vuông: a = √F

Thể tích thực của bể: V_t = a x a x H

Kích thước bể trộn vuông: a = √F

Thể tích thực của bể: V_t = a x a x H

Thông số máy khuấy

Đường kính máy khuấy: dk ≤ 1/2 x a

Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng h: h_k = d_k

Chiều rộng cánh khuấy: b_k = 1/5 x d_k

Chiều dài cánh khuấy: l_k = 1/4 x d_k

Công suất máy khuấy:

Năng lượng khuấy cần truyền vào nước: P = G² x μ x V. Trong đó: 

• G: Gradien vận tốc cho quá trình khuấy trộn, chọn G = 150 s^-1
• V: Thể tích bể
• μ: Độ nhớt động học của nước ở 25 ^oC.

Chọn hiệu suất của máy khuấy η = 80 %

Vậy công suất của máy khuấy: N = P/η (W)

Số vòng quay của cánh khuấy: n = (p/(k x d_k⁵ x ρ))^1/3. Trong đó:

• P: Năng lượng khuấy trộn
• k: Hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy, chọn k = 1,08
• d_k: đường kính cánh khuấy
• ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng

Bể lắng hóa lý

Loại bỏ các chất lơ lửng và các bông cặn có khả năng lắng được trong nước thải sau khi đã qua quá trình keo tụ tạo bông trước đó.

Thể tích bể

V = t x Q^h_tb. Trong đó:

• Q_tb^h: Lưu lượng h trung bình
• t: Thời gian lưu nước trong bể t = 1,5 – 2,5h

Chiều cao phần công tác (phần hình trụ của bể): H₁ = v x t. Trong đó:

• v: vận tốc nước dâng, v = 0,45 – 0,5mm

Tiết diện phần công tác của bể: F_i = V/H_i

Tiết diện ống trung tâm: f = Q^s_tb/V_o. Trong đó:

• v_o: Vận tốc nước chảy trong ống trung tâm, v_o=0,03 m/s
• Tiết diện tổng cộng của bể lắng: F = F_i + f

Tính đường kính bể lắng: D = √(4F/π)

Đường kính ống trung tâm: d = √(4f/π)

Đường kính miệng ống loe: D₁ = 1,35 x d

Chiều dài phần ống loe: h = 1,35 x d

Đường kính tấm chắn dòng: D₂ = 1,3 x D₁

Thể tích phần chứa cặn của bể

Trong đó:

• Q_tb: Lưu lượng ngày trung bình
• C_o: Nồng độ chất lơ lửng ban đầu
• P: Độ ẩm của cặn, chọn P = 95%
• γ: Trọng lượng thể tích của cặn = 1.000 kg/m³ = 10⁶ mg/L
• t: Thời gian lưu cặn lại trong bể, cặn lưu lại trong bể thường không quá 2 ngày, chọn t = 2 ngày

Thiết kế bể có độ dốc 10%

Chiều cao của phần hình chóp đáy bể: h₆ = 0,1 x D/2

Thể tích của phần hình chóp: V_chóp = (h₆ x π x R²)/3

Thể tích của phần chứa bùn còn lại là: V_trụ = V_c – V_chóp

Chiều cao phần chứa bùn hình trụ: h₅ = V_chóp/F

Tổng chiều cao xây dựng bể lắng đợt I: H = H_i + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ + h₆. Trong đó:

• H_i: Chiều cao phần công tác của bể
• h₂: Chiều cao lớp nước trung hòa
• h₃: khoảng cách từ miệng ống loe đến tấm chắm, h₃ = 0,25 – 0,5m
• h₄: Chiều cao bảo vệ, h₄ = 0,5m
• h₅: Chiều cao phần chứa bùn hình trụ, h₅ = 0,3m
• h₆: Chiều cao phần chứa bùn hình chóp

Kiểm tra tải trọng bề mặt của bể

Tải trọng bề mặt của bể: L_o = Q^ng_tb/F

Lượng bùn sinh ra mỗi ngày: G = 60% x C_o X Q

Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày: V_b = G/C. Trong đó:

• C: Hàm lượng chất rắn trong bùn
• Hiệu suất xử lý %H= (80 – 90%)

Bể aerotank

• Lưu lượng nước thải: Q  (m³/ngày đêm)
• ­Lượng BOD_5vào đầu vào
• Lượng COD_vào đầu vào
• ­Lượng BOD_5ra đầu ra
• Lượng COD_ra đầu ra
• ­Tỷ lệ BOD₅/COD là  f
• ­Nhiệt độ nước thải (^oC)
• Chế độ xáo trộn hoàn toàn

Nước thải điều chỉnh sao cho : BOD₅ : N : P = 100 : 5 :1

Cặn hữu cơ, a (%)

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, X_o= 0

Nồng độ bùn hoạt tính, X = 2.500 ÷ 4.000 mg/L

Lượng bùn hoạt tính tuàn hoàn là nồng độ cặn lắn ở đáy bể lắng 2, X_T = 10.000 (mg/L)

Thời gian lưu bùn trong công trình, θc = 5 ÷ 15 ngày

Hệ số phân hủy nội bào, K_d = 0,06 ngày^-1

Hệ số sản lượng bùn Y = 0,4 ÷ 0,8 mg VSS/mg BOD₅

Xác định hiệu quả xử lý

Hiệu quả xử lý tính theo BOD₅: E = 100% x (BOD_5vào – BOD_5ra)/BOD_5vào

Hiệu quả xử lý COD: E = 100% x (COD_vào – COD_ra)/COD_vào

Kích thước bể aerotank

Thể tích bể:

Trong đó:

• Q: Lưu lượng nước thải
• Y: Hệ số sản lượng bùn
• S_o: Hàm lượng BOD₅ nước thải đầu vào
• S: Hàm lượng BOD₅ nước thải đầu ra
• X: Nồng độ bùn hoạt tính
• k_d: Hệ số phân hủy nội bào
• θ_c: Thời gian lưu bùn trong công trình.

Chọn chiều cao bể: H = H_i + H_bv. Trong đó:

• H_i: Chiều cao hữu ích
• H_bv: Chiều cao bảo vệ, chọn H_bv = 0,5m

Diện tích mặt bằng bể: F = V/H_i (m²)

Chiều rộng bể: B (m)

Chiều dài bể: D (m)

Thể tích thực của bể: V_t = D x B x H

Thời gian lưu nước

θ = V/Q^ngày_tb

Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày

Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức: y_b = y/(1 + θ x k_d)

Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD₅: P_x = Q x Y_b x (S_o – S)  (kg/ngày.đêm)

Tổng lượng cặn sinh ra 1 ngày: P_1x = P_x/(1 – z) (kg/ngày)

Lượng cặn dư xả ra hàng ngày: P_xả = P_1x − P_ra. Trong đó:

• P_ra = SS_ra x Q

Lưu lượng bùn xả (nồng độ bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng)

Trong đó:

• X_T: Nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn (cặn không tro)
• X_T = (1 – Z) x X_t (mg/L)
•  X_ra: Nồng độ VSS ra khỏi bể lắng:  X_ra = SS_ra x a

Hệ số tuần hoàn bùn

Phương trình cân bằng vật chất đối với bể aerotank: (Q + Q_t) x X = Q x X₀ + Q_t x X_t. Trong đó:

• Q: Lưu lượng nước thải vào bể, Q = 150 m³/ngày
• Q_t: Lưu lượng bùn tuần hoàn, m³/ngày
• X: Nồng độ VSS trong bể, X = 3.000 mg /L
• X_o: Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể
• X_t: Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn

Chia 2 vế phương trình cho Q, đặt α = Q_t/Q là tỷ số tuần hoàn bùn: X + α x X = α x X_t

⇒ α = X/(X_t – X)

Lưu lượng bùn tuần hoàn: Q_t = α x Q

Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể aerotank

Kiểm tra tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M: F/M = S_o/(θ x X) (kg BOD5/kg MLVSS.ngày)

F/M nằm trong giới hạn cho phép đối với bể aerotank xáo trộn hoàn toàn: F/M = 0,2 – 0,6 kg BOD5/kg MLVSS.ngày.

Tải trọng thể tích: L_a = 10^-3 x (S_o x Q)/V (kg BOD/m³.ngày)

L_a nằm trong giới hạn cho phép đối với aerotank xáo trộn hoàn toàn: L_a = 0,8 -1,9 kgBOD/m³.ngày (Theo tài liệu Thoát nước của PGS, TS. Hoàng Văn Huệ).

Tính lượng ôxy cần thiết

Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện chuẩn (không cần xử lý nitơ)

Trong đó:

• f: Hằng số chuyển đổi từ BOD₅ sang BOD₂₀
• 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD
• P_x: Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày: P_x = 33,6 (kg/ngđ)

Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện thực tế:

Trong đó:

• C_S: Nồng độ oxy bão hòa trong nước ở 20^oC, C_S ≈ 9,08 (mg/L)
• C: 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)
• T= 25^oC, nhiệt độ nước thải
• α: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải (do ảnh hưởng của hàm lựơng cặn, chất hoạt động bề mặt), α = (0,6 ÷0,94)

Lượng không khí cần thiết: Q_k = f_a x (OC_t/OU)

Trong đó:

• f_a: Hệ số an toàn, fa = 1,5 – 2, (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 1m³ không khí

OU = O_u x h

Trong đó:

• O_u: Phụ thuộc 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).
• h: Độ ngập nước của thiết bị phân phối khí.

Áp lực máy nén

Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén: H_ct = h_d + h_c + h_f + H

Trong đó:

• h_d: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, (m)
• h_c: tổn thất cục bộ (m)

Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4 (m)

• h_f: tổn thất qua thiết bị phân phối (m)

Tổn thất h_f không quá 0,5 (m)

• H: chiều sâu hữu ích của bể.

Áp lực không khí là:

Công suất máy nén khí:

Trong đó:

• qk: lưu lượng không khí (m³/s)
• n: Hiệu suất máy nén khí, chọn n = 0,75

Bố trí hệ thống sục khí

Đường kính ống chính dẫn khí

Trong đó:

• V: tốc độ chuyển động của không khí trong mạng lưới trong ống phân phối, V = 10 ÷ 15 (m/s) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Ts.Trịnh Xuân Lai).

Đường kính ống nhánh dẫn khí:

Trong đó:

• n: là số ống nhánh

Số đĩa phân phối trong bể là: N = Q_khí/C_d. Trong đó:

• Cd : là cường độ thổi khí của 1 đĩa thổi khí

Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn:

Trong đó:

• Q_th: Lưu lượng bùn tuần hoàn (m³/ngđ)
• V_b: Vân tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện bơm, V_b = 1 – 2 m/s

Module MBR hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm

Các thông số thiết kế bể MBR

• Tỉ lệ MLVSS/MLSS = 0,8
• MLSS, X = 8.000 g/m³
• SRT = 15 ngày/đêm
• Y_obs = 0,64 gVSS/gBOD

Tính toán các thông số

Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể MBR: X = MLSS (g/m³)

Tỉ số MLVSS/MLSS = 0,8

MLVSS: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể MBR: X = MLVSS = MLSS x 0,8

Nồng độ VSS trong SS là: C_vss/ss = C_vssx 0,8  (kgVSS/m³)

Lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo VSS: (Metcalf and Eddy, 1991)

P_x,vss = Y_obs * Q *(S_o – S)

Tổng lượng cặn không phân hủy sinh học:(giả sử có 65% cặn rắn có khả năng phân hủy sinh học):

Xo = C_vss/ss * Q * 0,65   (kgVSS/ngày)

Thể tích bể MBR: (thời gian lưu bùn 0_c ): V = (P_x + X_o) x θ_c/X

Chọn chiều cao của bể MBR là H

Chiều cao bảo vệ H_bv = 0,5m

Chiều cao xây dựng H_xd= H + H_bv

Diện tích bể MBR: F = V/H

Xác định lưu lượng bùn dư cần thải: θ = V/Q_w

Trong đó:

• Q_w: lưu lượng bùn cần xử lý, m³/ngày.
• V: thể tích bể hiếu khí, m³.

Q_w = V/θ_c

Kiểm tra tỉ số F/M:

Thời gian lưu nước của bể: T = V/Q (giờ)

Tùy thuộc vào loại nước thải mà ta chọn loại màng khác nhau (tìm hiểu và tìm thông số của màng trên catalog của các công ty, ví dụ như màng Motimo MBR)

• Loại màng: Áp suất âm hoặc áp suất thủy tĩnh
• Diện tích màng (m²): 12,5m²; 20m²; 25m²
• Kích thước (mm): (534 x 450 x 1.020); (534 x 450 x 1.523); (534 x 450 x 1.523)
• Lỗ màng: 0,2 μm
• Vật liệu: PVDF
• Dòng hút: 10 – 20L/h.m²
• Áp suất tối đa: 0,1 Mpa

Số lượng màng cần thiết cho bể MBR

Diện tích bề mặt màng cần dùng: A_m=(1,25*Q)/q   (m²)

Trong đó:

• 1,25 = 10h/8h – tỉ số tổng thời gian so với thời gian màng thực hiện lọc;
• Q: Lưu lượng trung bình giờ;
• q: Thông lượng dòng thấm m³/m².h, chọn q=20 (l/m².h)

Chọn module màng có diện tích là 12,5 m² (theo nhà sản xuất màng motimo)

Số lượng module màng cần dùng: N = A_m/12,5

Số lượng module màng trong 1 đơn vị màng: n= N/s

Trong đó:

• s  là số đơn vị màng

Chiều rộng của 1 đơn vị màng là: (khoảng cách giữa các module màng là 100mm, giữa 2 đơn vị màng là 100mm, giữa đơn vị màng với thành bể là 200mm): B_m = (N+1)*100 + s*100 + 400 (mm)

Chọn chiều rộng bể MBR là B

Chiều dài bể MBR là  L= F/B (m)

Xác định lượng oxy cần thiết:

Lượng oxy cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính theo điều kiện tiêu chuẩn: (Metcalf and Eddy, 1991)

Trong đó:

• f: hệ số chuyển đổi giữa BOD₅ và BOD₂₀
• 1,42: hệ số chuyển đổi tế bào sang COD

Lượng O₂ cần thiết trong thực tế:

Trong đó:

• C_s20: nồng độ bão hòa oxy trong nước sạch ở nhiệt độ 20^oC, C_s20= 9,08 mg/L;
• C_sh: nồng độ bão hòa oxy trong nước ở nhiệt độ 25^oC, C_sh= 8,26 mg/L;

(Trích trong: Mortimer, CH the oxygen content of air saturated fresh water over ranges of temperature and atmospheric pressure of limoligical interest Milt, Int. Ver. Limnol, 22, 1981).

• β: Hệ số chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường lấy β =1.
• α: Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng và kích thước bể, có giá trị từ 0,6-0,94.
• C_L: lượng oxy hòa tan cần duy trì trong bể, khi xử lý nước thải thường lấy C_L=1,5-2 mg/L.

Giả sử O₂ chiếm 23% trọng lượng không khí và khối lượng riêng của không khí là 1,18 kg/m³. Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình bùn hoạt tính là:

Lượng không khí cần cấp tương ứng với hệ thống màng: V_km=Q*15 (m³ khí/ m³ nước)

Vậy tổng thể tích khí thực tế cần cung cấp thực sự cho bể: Q_kk= V_kkb + V_km  (m³/s)

Kết luận

Nước thải dệt nhuộm chứa các thành phần độ màu, BOD, COD cao nếu thải ra môi trường sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển gây ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường đất và nước. Công nghệ hóa lý cụm keo tụ tạo bông được đề xuất làm công nghệ chính trong hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm. Bài viết cung cấp các bước tính toán chi tiết về các công nghệ được sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải.

Công ty Cổ phần Năng Lượng WeMe mang đến công nghệ xử lý nước thải hiệu quả bằng phương pháp vi sinh hiếu khí kết hợp với lọc màng MBR. Nguồn nước sau xử lý cam kết đạt tiêu chuẩn xả thải quốc gia. Ngoài ra, hệ thống xử lý nước thải công nghiệp của chúng tôi hoạt động hoàn toàn tự động, tích hợp chế độ tự vệ sinh màng lọc vô cùng thông minh.

Ngoài ra, chúng tôi còn cung cấp các loại máy xử lý nước thải khác với đa dạng các loại công suất, phù hợp mọi nhu cầu xử lý nước thải của bạn. Vui lòng xem thêm TẠI ĐÂY. Nếu có bất kì thắc mắc nào, vui lòng liên hệ ngay với chuyên viên của WeMe để được tư vấn, hỗ trợ kịp thời.

CÔNG TY CỔ PHẦN NĂNG LƯỢNG WEME

Trụ sở chính	: 124/1 Lý Thường Kiệt, Phường 7, Quận Gò Vấp, Tp. Hồ Chí Minh
Điện thoại	: 0906.653.007
Email	: [email protected]
Fanpage	: Môi Trường WeMe
Miền Bắc (Chuyên viên tư vấn)	: 0845.653.007
Miền Trung (Chuyên viên tư vấn)	: 0847.653.007
Miền Nam (Chuyên viên tư vấn)	: 0824.653.007