TÀI LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÀ PHÊ

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghiệp chế biến cà phê chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế nước ta.
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ khác, nhu cầu về các sản
phẩm cà phê ngày càng tăng. Cà phê dần trở thành mặt hàng nông sản chế biến xuất khẩu
quan trọng của Việt Nam, kim ngạch xuất khẩu những năm gần đây dao động từ 400 đến
600 triệu USD/năm, tạo ra từ 6% đến 10% thu nhập từ xuất khẩu quốc gia. Việt Nam đã
trở thành nước xuất khẩu cà phê đứng thứ hai trên thế giới sau Brazil. Chính vì vậy,
ngành công nghiệp này không thể thiếu được trong đời sống của người dân.
Có thể nói, cà phê tạo nguồn lợi hết sức to lớn về kinh tế: tạo ra các sản phẩm
ngày càng đa dạng để phục vụ trong nước, xuất khẩu khối lượng lớn nhân cà phê để thu
nhiều ngoại tệ cho đất nước và tạo ra công ăn việc làm cho người lao động.
Các tác nhân gây ô nhiễm là đường sinh từ nhớt hoặc phần ngoài của quả cà phê.
Trong quá trình lên men, đường bị phân huỷ thành rượu và khí các-bô-níc. Sau đó,rượu
được biến thành axít axêtíc, và vì thế mà độ pH của nước bị giảm. Độ pH của nước thải
cà phê thường ở khoảng 3.8.
Phần nhớt là phần chất nhầy bọc quanh hạt cà phê. Thành phần chủ yếu của nó là
prôtêin, đường và péctin. Phần nhớt rất khó bị phân huỷ. Trong nước thải cà phê phần
nhớt này thường kết tủa thành một lớp đen trên bề mặt.
Nước thải cà phê nếu không có biện pháp xử lý hợp lý, quản lý chặt chẽ thì không
chỉ ảnh hưởng tới mỹ quan môi trường trong vùng mà hệ sinh thái, sức khỏe cộng đồng
cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Một bài học được rút ra từ Costa Rica vào những năm
80, hai phần ba tổng lượng BOD của các con sông là do nước thải cà phê thải ra, biến
thành những con sông chết.
1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1. Tổng quan về ngành cà phê Việt Nam:
1.1. Các đặc điểm chung của cà phê Việt Nam:
Việt Nam được chia thành hai vùng khí hậu phù hợp cho chế biến cà phê:
- Vùng Tây Nguyên và tỉnh Đồng Nai: chủ yếu trồng cà phê vối.
- Các tỉnh miền Bắc: chủ yếu trồng cà phê chè.
Trong đó, diện tích cà phê vối chiếm hơn 95% tổng diện tích gieo trồng.

Tỷ trọng diện tích 6 vùng trồng cà phê: Đông Bắc và duyên hải Nam Trung Bộ 0%, Tây
Bắc 1%, Bắc Trung Bộ 2 %, Đông Nam Bộ 8%, Tây Nguyên 89%.
1.2. Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam:
• Chế biến:

2
Hình 1
• Xuất khẩu:
Bảng 1: Sản lượng chế biến và xuất khẩu cà phê qua các năm
Nhận xét: Năm 2007 là đỉnh cao của xuất khẩu cà phê, kim ngạch đạt 1,8 tỷ USD
tăng 219% và gần 1 tỷ USD so với kế hoạch. Nếu so với năm 2000 thì kim ngạch xuất
khẩu đã tăng tới 3,6 lần. Đây là một bước tăng rất đáng kể, hầu như không nông sản nào
có thể đạt được. Cùng với sự phục hồi của đơn giá, xuất khẩu cà phê Việt Nam đã đứng
thứ nhì thế giới sau Brazil.
2. Các phương pháp chế biến cà phê trong nước và thế giới:
Có hai phương pháp chế biến cà phê sống:
- Phương pháp khô (tự nhiên)
- Phương pháp ướt (phương pháp rửa)
2.1. Phương pháp khô (phương pháp cổ điển):
Trái cà phê được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời, chúng sẽ được cào vài lần trong
một ngày và được che kín để tránh sương vào ban đêm;
Sau một vài tuần, trái sẽ khô và sẵn sàng để bóc vỏ. Một số người Ethiopia và hầu hết
3
người Brazil dùng phương pháp khô. Tại Việt Nam, phương pháp này cũng được sử dụng
khá rộng rãi tại các hộ dân trồng cà phê.
Đối với phương pháp khô, điều kiện chế biến đơn giản nhưng phụ thuộc hoàn toàn
vào thời tiết, thời gian chế biến kéo dài, sản phẩm tạo ra có chất lượng không cao.
2.2. Phương pháp ướt:
Vỏ sẽ được lấy ra bằng máy để lại một chất dính như keo bao quanh hạt. Ở thời
điểm này, sự tách rời bằng máy móc có thể làm tổn thương hạt cà phê.

Sau đó hạt cà phê sẽ được bỏ vào những cái chum ủ men lớn để cho tan đi những vỏ cà
phê còn dính lại trên hạt.
Sau cùng, hạt cà phê sẽ được rửa cho hết sạch vỏ và được phơi khô dưới ánh nắng
mặt trời hoặc là máy sấy.
Với phương pháp ướt, việc sản xuất chủ động hơn nhưng tốn nhiều thiết bị, nước và
năng lượng. Tuy nhiên, sản xuất theo phương pháp này rút ngắn được thời gian chế biến
và cho sản phẩm có chất lượng cao hơn.
Dựa trên ưu và nhược điểm của cả hai phương pháp, thông thường người ta chế biến
kết hợp cả hai phương pháp. Dưới đây là sơ đồ công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng
phương pháp kết hợp.
4
3. Quy trình chế biến cà phê:



Hình 2: Quy trình chế biến cà phê thô
5
3.1. Quy trình chế biến nhân cà phê từ hạt khô:
Cà phê khô sau khi thu mua được đưa đến công đoạn xay hạt, nhằm loại bỏ lớp vỏ
bên ngoài hạt. Hạt tiếp tục được chuyển qua để đánh bóng, tạo độ bóng cần thiết trước
khi phân phối.
Sau giai đoạn đánh bóng, muốn có hiệu quả kinh tế cao cho sản phẩm chế biến,
nhà máy phải có hệ thống phân loại hạt. Hạt có chất lượng tốt được xuất khẩu, hạt có chất
lượng không tốt phân phối ở trong nước.
3.2. Quy trình chế biến nhân cà phê từ hạt tươi:
Hạt cà phê tươi sau khi thu hoạch được công ty thu mua và vận chuyển về nhà
máy. Tại đây, cà phê được chuyển đến bãi tập trung để chuẩn bị cho giai đoạn chế biến.
Đầu tiên cà phê được đưa qua hệ thống sàn lọc nguyên liệu. Tại đây, quả được sàn để
tách cành, lá, đất… còn sót lại trong quá trình thu hoạch. Quá trình này được gọi là quá
trình sàn lọc nguyên liệu, hay cò gọi quá trình làm sạch khô. Sau khi sàn lọc nguyên liệu,

hạt được chuyển đến giai đoạn rửa thô. Giai đoạn rửa thô được thực hiện với mục đích là
sạch lớp vỏ bên ngoài của hạt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xay.
Cà phê tiếp tục được đưa đến cối xay, đi vào công đoạn xay vỏ. Tại cối xay, quả
được phân ra làm hai loại: Quả chín được xay bỏ vỏ, quả xanh đưa thẳng đến công đoạn
sấy. Mục đích của giai đoạn này là loại bỏ lớp vỏ cứng bao bên ngoài quả, lấy hạt để tiếp
tục cho công đoạn sau.
Tiếp đến, hạt theo hệ thống băng chuyền vào bồn chứa dung dịch enzim Pectinaza
để loại bỏ thịt quả. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn đánh nhớt, hay còn gọi là giai
đoạn ngâm enzim. Mục đích của quá trình này là dùng enzim pectinaza phân huỷ Pectin
có trong thịt quả, giúp nhân không có độ nhớt. Công đoạn đánh nhớt diễn ra từ 5 – 6 giờ,
quyết đinh lớn đến chất lượng sản phẩm. Sau khi đánh nhớt, nhân được rửa sạch, loại bỏ
chất bẩn dính trên nhân. Giai đoạn này tốn khá nhiều nước trong toàn bộ quá trình chế
biến. Đây cũng là công đoạn gây ô nhiễm chính vì nước thải chứa một lượng lớn chất
6
hữu cơ dễ phân hủy.
Tại công đoạn làm ráo, cà phê được trải đều trên mặt sàn (cách đất 500mm), gió
được cung cấp bởi các cánh quay phía dưới. Giai đoạn này xảy ra với mục đích làm ráo
nước bề mặt nhân cà phê, giảm thời gian sấy khô bằng nhiệt. Sau giai đoạn làm ráo, cà
phê được đưa đến các thùng quay nhiệt (các hạt cà phê xanh được sấy tại một thùng quay
riêng). Tại đây, cà phê được sấy khô hoàn toàn thành hạt nhân thành phẩm. Trước khi
phân phối, nhân cà phê được phân loại hạt để phân phối cho các nhà phân phối khác
nhau.Riêng hạt cà phê xanh tiếp tục được chế biến như quá trình khô.
4. Các vấn đề môi trường của nhà máy chế biến cà phê:
4.1. Ô nhiễm của nước thải:
Trong quá trình hoạt động của công ty sẽ phát sinh ra một lượng nước thải tác động đến
môi trường nước, bao gồm các nguồn gốc chủ yếu sau:
- Nước thải chế biến
Nguồn gốc nước thải chế biến cà phê nhân của công ty xuất phát từ các công đoạn sau:
+ Rửa thô: Đây là giai đoạn nước thải sinh ra có thành phần chủ yếu là chất rắn lơ lửng,
các chất ô nhiễm không cao. Nước thải trong giai đoạn này không đáng kể;

+ Xay vỏ: Trong giai đoạn này nước thải sinh ra ít nhưng có thành phần rất đậm đặc, có
độ đục và lượng cặn cao. Ngoài ra, giai đoạn này còn thải ra lượng vỏ lớn làm cho nước
thải có lượng rác rất đáng kể;
+ Ngâm enzim: Đây là giai đoạn phát sinh nước thải đáng chú ý nhất của quy trình chế
biến. Nước thải phát sinh từ giai đoạn này có thành phần hữu cơ cao, ngoài ra còn có độ
nhớt lớn;
+ Rửa sạch: Nước thải giai đoạn này có thành phần hữu cơ tương đối cao;
- Nước thải vệ sinh: phát sinh từ công đoạn vệ sinh các thiết bị chế biến.
- Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt thải khu vực văn phòng, từ các khu vệ sinh, v.v… có chứa các thành
phần cặn bã (TSS), các chất hữu cơ (BOD/COD), chất chất dinh dưỡng (N,P) và vi sinh
gây bệnh.
7
4.2. Ô nhiễm do khí thải:
- Ô nhiễm do hoạt động của lò sấy, quá trình xay vỏ từ quá trình chế biến khô.
- Ô nhiễm từ tiếng ồn, rung động và nhiệt
4.3. Chất thải rắn:
- Rác thải sinh hoạt.
Rác thải từ sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên và công nhân vận hành thải ra mỗi ngày
rác thải có hàm lượng hữu cơ cao, dễ phân hủy như thức ăn thừa, các loại rác thải từ việc
sinh hoạt khác như: bao nilông, thùng carton.
Mỗi ngày lượng rác thải do CB CNV thải ra vào khoảng, khoảng 40 kg. Lượng rác này sẽ
được thu gom trong các thùng ra, sau đó giao cho đơn vị dịch vụ công cộng địa phương
xử lý hoặc đốt bỏ.
- Chất thải rắn từ hoạt động chế biến.
Chất thải rắn từ hoạt động chế biến chủ yếu là vỏ cà phê, bao bì chứa nguyên liệu, cành,
que còn sót khi thu hoạch.
5. Thành phần, tính chất nước thải:
Bảng 2: Thông số nước thải ở công đoạn rửa thô
Thông Số Đơn Vị Số Liệu

pH - 4-5
BOD mg/l 19463
COD mg/l 32894
TSS mg/l 1720
Nước thải ở công đoạn rửa thô và xay cà phê: có nồng độ chất ô nhiễm rất cao.
COD vượt gấp 411 lần cho phép so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24/2009-BTNMT,
loại A), BOD vượt gấp 389 lần cho phép so với tiêu chuẩn cho phép, SS vượt gấp 17 lần
cho phép so với tiêu chuẩn. Nồng độ ô nhiễm của nước thải cao là do nước thải chứa
nhiều chất bẩn bám dính hạt cà phê (cát, đất, bụi, …), các hạt cà phê xanh còn sót lại, xác
vỏ cà phê, hạt cà phê bị nát trong quá trình xay.
8
Bảng 3: Thông số nước thải ở công đoạn đánh nhớt
Thông Số Đơn Vị Số Liệu
pH - 4-5
BOD mg/l 7825
COD mg/l 10447
TSS mg/l 2173
Nước thải ở công đoạn đánh nhớt, rửa sạch: có nồng độ chất ô nhiễm cung khá
cao. COD vượt gấp 130 lần cho phép so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24/2009-
BTNMT, loại A), BOD vượt gấp 157 lần cho phép so với tiêu chuẩn cho phép, SS vượt
gấp 28 lần cho phép so với tiêu chuẩn. Nồng độ ô nhiễm của nước thải cao là do nước
thải chứa nhiều thịt quả cà phê bị tan rã từ quá trình ngâm enzym.
Như vậy có thể nói:
Nước thải chế biến của nhà máy có nồng độ ô nhiễm lớn rất nhiều so với nhà máy tương
tự tại Brazil. Giải thích cho điều này có những lý do sau:
- Công nghệ chế biến không tốt:
Máy xay vỏ không tốt, không loại bỏ hết hạt xanh trong quá trình xay, hay làm nát hạt
quá nhiều.
- Nhà máy không có hệ thống tách vỏ quả trước khi vào hệ thống. Tất cả các loại chất
thải phát sinh từ quá trình chế biến cà phê được đưa thẳng ra hệ thống xử lý.

6. Đề xuất công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê thô:
Sau khi trung hòa nước thải ở các công đoạn sản xuất thì nước thải có thành phần:
Bảng 4: Thông số nước thải sau khi trung hòa
Thông Số Đơn Vị Số Liệu
pH - 4-5
9
BOD mg/l 12480
COD mg/l 19426
TSS mg/l 1850
Nước thải này có hàm lượng BOD, COD, SS cao và pH thấp. Đối với SS cao, chủ
yếu là do công đoạn tách vỏ quả và hạt xanh không tốt, vì thế cần thiết phải có thiết bị
tách rác dạng băng tải tự động trước khi nước thải chảy vào hệ thống xử lý.
Nước thải sau khi điều hòa có tỷ lệ BOD/COD = 12480/19426 = 0.64 > 0.6: thích
hợp cho quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học. Tuy nhiên, độ màu cũng là một yếu
tố quan trọng để chọn lựa phương án xử lý.
Quá trình xử lý sinh học được đề xuất để giải quyết COD, BOD rất cao trong nước
thải. Cần phải kết hợp cả phương pháp xử lý sinh học kị khí và sinh học hiếu khí. Căn cứ
vào thành phần tính chất của nước thải để quyết định phương án xử lý cũng như công
trình xử lý.
7. Đề xuất quy trình xử lý:
10
Bể Điều Hòa
8. Thuyết minh quy trình công nghệ:
Nước thải sinh ra từ các khâu chế biến của nhà máy được tách rác bằng thiết bị
tách rác băng tải. Sau khi loại bỏ rác, nước thải chảy đến bể điều hòa.
Nước thải được bơm đến bể điều hoà. Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu
lượng, thành phần tính chất nước thải và nhiệt độ nước thải, tránh tình trạng quá tải vào
các giờ cao điểm. Do đó giúp cho hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời giảm kích
11
Bể Chứa Bùn

Bể Điều Hòa
Bể Keo Tụ Tạo Bông
Bể Lắng Đợt 1
Bể UASB
Bể Arotank
Bể Lắng Đợt 2
Bể Khử Trùng
Nguồn Tiếp Nhận
Máy ép bùn
thước các công trình đơn vị phía sau. Trong bể điều hòa có bố trí hệ thống phân phối khí
nhằm mục đích xáo trộn và giảm một phần các chất hữu cơ có trong nước thải.
Do tính chất của nước thải là có hàm lượng chất lơ lửng cao, nên cần tiến hành
keo tụ tạo bông. Tại bể keo tụ, hóa chất keo tụ được bổ sung vào liên tục để quá trình keo
tụ xảy ra hoàn toàn. Sau quá trình keo tụ, các bông cặn sẽ hình thành.kết bông lại và lắng
khá nhanh nhờ sự hỗ trợ của chất trợ keo tụ là polymer.
Nước thải sau khi ra khỏi bể keo tụ tạo bông sẽ chảy đến bể lắng đợt 1. Tại đây
những bông cặn sẽ được lắng xuống đáy. Hàm lượng SS tại bể lắng đã giảm đi rất nhiều
tạo điều kiện thích hợp cho các công trình xử lý phía sau.
Nước thải tiếp tục được bơm đến bể sinh học kỵ khí ( UASB). Tại đây phần lớn
các chất ô nhiễm bị phân hủy kị khí tạo thành bùn và khí. Khí thoát ra sẽ được tận dụng
thu gom để làm chất đốt.
Nước thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí được dẫn sang bể sinh học hiếu khí bùn
hoạt tính. Trong bể hiếu khí bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan
chuyển hóa thành bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – có khả năng lắng
dưới tác dụng của trọng lực. Nước thải chảy liên tục vào bể sinh học song song là khí
được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính (oxy hòa tan DO>2mg/l), cung cấp oxy cho
vi sinh phân hủy chất hữu cơ. Dưới điều kiện này, vi sinh sinh trưởng tăng sinh khối và
kết thành bông bùn.
VSV + C5H7NO2 (chất hữu cơ) + 5O2 –> 5CO2 + 2H2O + NH3 + VSV mới (1)
Bể này đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp. Bể này có

dạng chữ nhật, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu oxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích
bể. Bể này có ưu điểm chịu được quá tải rất tốt. METCALF and EDDY (1991) đưa ra tải
trọng thiết kế khoảng 0.8-2.0 kgBOD5/m3.ngày với hàm lượng bùn 2.500 – 4.000 mg/L,
tỉ số F/M 0.2-0.6. Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải gọi là dung dịch xáo trộn. Hỗn hợp
này chảy đến bể lắng bùn sinh học.
12
Bể lắng bùn sinh học có nhiệm vụ lắng và tách bùn ra khỏi nước thải. Bùn sau
khi lắng có hàm lượng SS = 8.000 – 10.000mg/L, một phần sẽ tuần hoàn trở lại bể sinh
học (25-75% lưu lượng) để giữ ổn định mật độ cao vi khuẩn tạo điều kiện phân hủy
nhanh chất hữu cơ, đồng thời ổn định nồng độ MLSS = 3500 mg/l. Các thiết bị trong bể
lắng gồm ống trung tâm phân phối nước, hệ thống thanh gạt bùn – motour giảm tốc và
máng răng cưa thu nước. Độ ẩm bùn dao động trong khoảng 98.5 – 99.5%. Lưu lượng
bùn dư Qw thải ra mỗi ngày được bơm về sân phơi bùn.
Nước thải sau đó được dẫn sang bể lắng đợt 2 để tiến hành tách cặn. Phần bùn dễ
lắng sẽ được lắng xuống đáy bể và được thu gom liên tục nhờ hệ thống gạt gom bùn được
lắp đặt trong bể. Phần nước trong sau lắng sẽ tràn qua máng thu nước răng cưa và tiếp tục
chảy vào bể khử trùng để diệt vi khuẩn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT
CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÀ PHÊ
1.Song chắn rác:
1.1.Nhiệm vụ:
13
Giữ lại các tạp chất có kích thước lớn có trong nước thải như vỏ nguyên liệu,
nhánh, lá cây, vải vụn, giấy, bao nilon… tránh gây nghẹt bơm, van, đường ống…gây
cản trở các công trình xử lí phía sau. Do công suất nhỏ và lượng rác không lớn nên
ta có thể chọn song chắn rác làm sạch bằng thủ công.
1.2.Tính toán:
-Lưu lượng giờ trung bình: = = = 50 m
3
/h

-Hệ số vượt tải theo giờ lớn nhất: k
h
(1,5 – 3,5) , chọn k
h
= 3
-Lưu lượng thải theo giờ lớn nhất: = . k
h
= 50. 3 = 150 m
3
/h
-Lưu lượng lớn nhất theo giây: q = = = 0,042 m
3
/s
a.Kích thước mương đặt song chắn:
+Chọn vận tốc dòng chảy trong mương: v = 0,4 m/s.
+Chọn kích thước mương đặt song chắn: rộng x cao = B x H = 0,4 x 0,6 m
-Chiều cao lớp nước trong mương: h
n
= = = 0,26 m
b.Kích thước song chắn:
+Chọn kích thước thanh chắn: rộng x dày = b x d = 8 x 25 mm
+Khoảng cách giữa các thanh chắn: w

(16 – 25) mm, chọn w = 20 mm
+Chọn độ nghiêng song chắn: α = 60
0
14
-Số thanh chắn tính toán là:
B = n.b + (n+1).w → 400 = n.8 + (n+1).20 = 13,6 .Chọn n = 14
-Khoảng cách các thanh điều chỉnh lại:

400 = 14.8 + (14 + 1).w → w = 19,2 mm
c.Tổn thất áp lực qua song chắn:
-Tổng tiết diện các khe song chắn:
A = (B – b.n). h
n
= (0,4 – 0,008.14).0,26 = 0,0748 m
2
-Vận tốc dòng chảy qua song chắn: u = = = 0,56 m/s
-Chọn vận tốc dòng chảy trong mương v = 0,4 m/s
-Tổn thất áp lực qua song chắn là:
h
L
= x = x = 0,0112 m (< 0,15 m) thỏa
Với C là hệ số thực nghiệm do dòng chảy, chọn C = 0,7
Theo thực nghiệm, sau khi qua song chắn rác, hàm lượng chất lơ lửng và COD
ban đầu có trong nước thải giảm từ 3 – 4%, chọn hiệu suất khử là 3%
Vậy: TSS
1
= TSS
đầu
. (100 – 3)% = 1850 . 97% = 1794,5 mg/l
COD
1
= COD
đầu
. (100 – 3)% = 19426 . 97% = 18843,2 mgO
2
/l
d.Thông số thiết kế song chắn rác:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Số liệu

1 Chiều rộng mương B m 0,4
2 Chiều cao mương H m 0,6
15
3 Chiều rộng song chắn b mm 8
4 Bề dày song chắn d mm 20
5 Khoảng cách giữa các khe w mm 19,2
6 Độ nghiêng của mương α
0
60
7 Số thanh chắn n thanh 14
2. Bể điều hòa:
2.1. Nhiệm vụ:
Điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn cho tương đối ổn định, giảm kích thước
vàchi phí cho các công trình xử lí sau này, điều hòa chất lượng nước thải qua đó nâng
cao hiệu quả xử lí của các công trình xử lí phía sau. Trong bể có tiến hành sục khí để
xáo trộn đều nước thải và tránh sự lắng của các chất xảy ra trong bể.
2.2.Tính toán:
a.Thể tích bể điều hòa:
-Thời gian lưu nước trong bể: : t (4÷ 12) h, chọn t = 4 h
-Thể tích bể điều hòa là: Q
đh
= . t = 50. 4 = 200 m
3
-Thể tích thực của bể: Q
thực
= (1,1 – 1,2)Q
đh
= 200. 1,1 = 220 m
3
b.Xác định kích thước bể điều hòa:

+Chọn bể điều hòa hình chữ nhật
+Chọn ch.cao lớp nước cao nhất h
max
2,5
÷
5 m, chọn h
max
= 4,5 m
+Chọn chiều cao bảo vệ : h
bv
= 0,5 m
-Chiều cao tổng của bể: H = h
max
+ h
bv
= 4,5 + 0,5 = 5 m
16
-Diện tích mặt cắt ngang của bể : A = = = 44 m
2
+Chọn chiều dài bể L = 9 m, chiều rộng bể W = 5 m
Vậy kích thước bể điều hòa là L x W x H = 9 m x 5 m x 5 m
Theo thực nghiệm, sau khi qua bể điều, hàm lượng chất lơ lửng và BOD
5
có trong
nước thải giảm khoảng 5%.
Vậy: TSS
2
= TSS
1
. (100 – 5)% = 1794,5 . 95% = 1704,7 mg/l

COD
2
= COD
1
. (100 – 5)% = 18843,2 . 95% = 17901 mgO
2
/l
c.Thông số thiết kế:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Số liệu
1 Chiều cao bể H m 5,0
2 Chiều dài bể L m 9
3 Chiều rộng bể W m 5
3. Bể keo tụ tạo bông:
3.1. Nhiệm vụ:
Do nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao nên cần phải keo tụ tạo bông để
loại bỏ bớt hàm lượng chất rắn trước khi xử lý nước thải bằng các công trình phía sau.
3.2. Tính toán:
+ Chọn thời gian khuấy trộn là 10 phút
Thể tích bể khuấy trộn là :
W = Q
h
tb
.t = m
3
17
Chọn chiều cao phần hình trụ h
1
là 2,5m và đường kính D
1
= 2 m.

Thể tích phần hình trụ là :
W
1
=
π
.R
2
.h
1
=
π
.1
2
.2,5 = 7,85m
3
Thể tích phần hình trụ nón cụt là :
W
2
= W – W
1
= 8,3 – 7,85 = 0,45m
3
Chọn đường kính D
2
của phần hình nón cụt là D
2
= 0,4m
Chiều cao của phần nón cụt là:
h
2

=
).(
3
2
2
2
1
2
2
2
1
2
RRRR
W
++
π
=
3,0
)045.145,01(
45,0.3
2222
=
++
π
m
Tổng chiều cao của bể khuấy trộn là : 2,5 + 0,3 + 0,3 = 3,1m .Trong đó 0,3 là
chiều cao bảo vệ.
+ Chọn hệ thống khuấy trộn dạng cơ khí ,cấu tạo cánh khuấy gồm trục khuấy và 4
bản cánh khuấy đặt đối xứng nhau qua trục.
+ Chọn chiều dài cánh khuấy là 0,4m.

+ Tổng diện tích cánh khuấy lấy bằng 15% diện tích mặt cắt ngang của bể.
Diện tích mặt cắt ngang của bể :
F
be
= F
tru
+ F
non
= 8,3 + 0,16 = 8,46 m
2
Diện tích cánh khuấy:
F
cánh
= 15%F
be
= 0,15.8,46 = 1,269 m
2
Diện tích một bản cánh khuấy :
f =
3,0
4
269,1
4
==
canh
F
m
2
18
Chiều rộng một bản cánh khuấy là:

r
ban
=
16,0
4,0
066,0
==
ban
l
f
m
Hiệu quả xử lý nước thải qua bể Keo tụ - tạo bông là: SS giảm 80%, BOD giảm 45%,
COD giảm 40%, độ màu 70%.
TSS
2
= TSS
1
. (100 – 70)% = 1704,7 . 20% = 340,94 mg/l
COD = COD . (100 – 40)% = 17901 . 60% = 10740,6 mgO
2
/l
4.Bể lắng đợt 1:
4.1.Nhiệm vụ:
Loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình
xử lí trước đó. Các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống
đáy, các chất có tỷ trọng nhỏ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước và được gạt cặn tập trung
đến hố ga đặt ở bên ngoài bể. Hàm lượng chất lơ lửng sau bể lắng 1 cần đạt ≤
150mg/l trước khi đưa vào các công trình xử lí sinh học.
4.2.Tính toán:
a.Tính toán kích thước bể:

+Chọn bể lắng loại trụ tròn, nước thải vào từ tâm bể, Q
tb
= 1200 m
3
/ngđêm
+Tải trọng bề mặt L
A
32
÷ 48
m
3
/m
2
.ngày, chọn L
A
= 40 m
3
/m
2
.ngày
-Diện tích bề mặt lắng : A = = = 30 m
2
-Đường kính bể lắng 1: D = = = 6,18 m, lấy D = 6,2 m
19
-Đường kính ống trung tâm: d
tt
15
÷ 20%
D, chọn d
tt

= 20% D
→
d
tt
= 0,2.D = 0,2. 6,2 = 1,24 m
+Chiều sâu hữu ích H
hữu ích
3
÷ 4,6,
chọn H
hữu ích
= 3,8 m
+Chiều cao lớp trung hòa: h
th
= 0,2 m
+Chiều cao lớp bùn lắng: h
bl
= 0,7 m
+Chiều cao lớp an toàn: h
at
= 0,3 m
→
Chiều cao tổng cộng của bể: H
tổng
= 3,8 + 0,2 + 0,7 + 0,3 =5 m
-Chiều cao ống trung tâm: h
tt
55
÷ 65%
H

hữu ích
, chọn h
tt
= 60% H
hữu ích
→
h
tt
= 0,6 H
hữu ích
= 0,6. 3,8 = 2,28 m
-Thể tích phần lắng của bể: V
lắng
= (D
2
– d
2
).H
hữu ích

= (6,2
2
– 1,24
2
). 3,8 110 m
3
-Thời gian lưu nước: HRT = θ = = 2,2 h > 1,5 h (thỏa)
-Độ dốc đáy bể: i 4
÷ 10%,
chọn i = 10%

b.Tính hiệu quả lắng cặn và COD của bể lắng:
20
-Hiệu quả lắng cặn lơ lửng và COD được tính theo công thức sau: R=
Trong đó: -R là hiệu quả khử COD hoặc cặn lơ lửng, %
-θ là thời gian lưu nước, h
-a,b là các hằng số thực nghiệm theo phương pháp của Mỹ
+Hiệu quả lắng cặn lơ lửng: a= 0,0075 h, b= 0,014
R
SS
= = 57,44 %
-Hàm lượng chất rắn sau lắng 1:
TSS
3
= TSS
2
. (100 – 57,44)% = 340,94 . 42,56 % = 145 < 150 mg/l (thỏa)
+Hiệu quả khử COD: a= 0,018 h, b= 0,02
R
COD
= = 35,5 %
-COD sau lắng 1:
COD
3
= COD
2
. (100 – 35,5)% = 10740,6 . 64,5% mgO
2
/l
c.Thông số thiết kế:
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Số liệu

1 Chiều cao tổng H
tổng
m 5
2 Đường kính bể D m 8,8
4 Đường kính ống trung tâm d
tt
m 1,76
5 Chiều cao ống trung tâm h
tt
m 2,28
3 Độ dốc đáy bể i % 10
21
5.Bể UASB:
5.1. Nhiệm vụ:
Nước thải cà phê có hàm lượng COD rất cao nên ta sử dụng bể UASB để xử lý. Đây
là bể sinh học kỵ khí có hiệu quả xử lý cao, mặc khác có thể thu hồi khí sử dụng cho
mục đích làm khí đốt.
5.2. Tính toán:
5.2.1. Các thông số đầu vào:
+ Các thông số đầu vào của bể UASB :
Q = 1200m
3
/ngđ
COD = 6927,7 mg/l
SS = 145 mg/l
Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân huỷ kỵ khí từ quá trình xử lý nước
thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30kgSS/m
3
;
+ Tỉ lệ MLVS/MLSS của bùn trong bể UASB =0,75;

+ Tải trọng bề mặt phần lắng 12,5m
3
/m
2
.ngày;
+ Tải trọng thể tích L
0
= 12 kg COD/m
3
.ngày, hiệu quả khử COD đạt 80%-90% và
BOD
5
đạt 80%;
+ Lượng bùn phân huỷ kỵ khí cho vào ban đầu có TS=7%;
+ Y=0,06 gVSS/gCOD, k
đ
=0,03 ngày
-1
,t
c
=50 ngày.
Để giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng trong bể phải
giữ trong khoảng 0,6 - 0,9m/h . Chọn v=0,6 m/h.
22
+ Tỷ lệ COD trong bể UASB tốt nhất là = 350:5:1
Ta thấy hàm lượng N,P không đạt yêu cầu cần thiết để đưa vào bể UASB, nên cần được
bổ sung thêm để đạt tỷ lệ trên:
+ Với nồng độ COD
đầu vào
= 6927,7 mg/l lượng N cẩn thiết là:

N = = 19,8 mg/l
Phân tử lượng của ure: M(H
2
N-CO-NH
2
) = 60, khối lượng phân tử N
2
= 28
+ Lượng ure cần thiết = = 42,43 mg/l
+ Lượng ure tiêu thụ = = 50,9 kg/ngày
Với nồng độ COD đầu vào = 6927,7 mg/l lượng P cần thiết là:
P = = 19,8 mg/l
+ Khối lượng phân tử của H
3
PO
4
= 98, khối lượng nguyên tử P = 31
Lượng H
3
PO
4
cần thiết = = 62,6 mg/l
Lượng H
3
PO
4
cần tiêu thụ = = 75,12 kg/ngày
+ Lượng COD cần khử mỗi ngày:
G = Q(S
0

-S).10
-3
= 1200.(6927,7-1039).10
-3
= 7066,44 kgCOD/ngày
+ Chọn tải trong COD của bể ( đối với bông bùn) L =20 kgCOD/m
3
.ngày
23
( Bảng 10-10, trang 456, XLNT đô thị và khu công nghiệp- Lâm Minh Triết)
5.2.2. Thể tích ngăn phản ứng của bể UASB:
V =
COD
L
G
= = 353,32 m
3
5.2.3. Để giữ lớp bùn ở trạng thái lơ lửng tốc độ nước dâng trong bể khoảng
0,6-0,9m/h ( Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai,trang 193)
Chọn v = 0,8 m/h
5.2.4. Diện tích bể cần thiết:
F = = 62,5 m
2

5. Chiều cao phần xử lý yếm khí
H
1
= = 5,65 m
5.2.6. Tổng chiều cao của bể
H = H

1
+ H
2
+ H
3

H
1
: Chiều cao phần xử lý yếm khí
H
2
: Chiều cao vùng lắng, chiều cao này phải
≥
1m để đảm bảo an toàn cho vùng lắng
(Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai, trang 195), Chọn H
2
= 1,5
m
H
3
: Chiều cao dự trữ ( chiều cao bảo vệ) : 0,3 – 0,5m, Chọn H
3
= 0,5 m
Vậy H = 5,65+ 1,5+ 0,5 = 7,65 m
24
5.2.7. Kiểm tra thời gian lưu nước:
T =
24.
Q
V

Với V = H.F =7,65.62,5 = 478,125 m
3

T = = 9,56 h chọn 10 h
5.2.8. Kích thước của bể:
Với diện tích F = 62,5 m
2
, chiều cao tổng cộng H = 7,65
⇒
Chiều dài L = 9m và Chiều rộng B = 7 m => chiều dài mỗi ngăn là L/2= 10/2= 4,5 m
5.2.9. Nước sau khi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng cách tấm chắn khí
đặt nghiêng 1 góc 45
0
-60
0
chọn 55
0

Tg55
0
=
3
0
3
. 55 . / 2
/ 2
lang
lang
H H
H H tg B

B
+
⇔ + =
⇒
H
lang
= 4,5 m > 30% so với chiều cao bể
nên thỏa mãn điều kiện thiết kế.
5.2.10. Trong bể lắp 1 tấm hướng dòng.
Với một tấm hướng dòng đặt 4 tấm chắn khí, đặt theo hình chữ V, mỗi bên đặt 2 tấm, các
tấm này đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang một góc 55
0

Chọn khe hở giữa các tấm chắn này bằng nhau
Tổng diện tích các khe hở chiếm 15 – 20% tổng diện tích bể,
Chọn F
khe
= 0,15F
Trong 1 ngăn có 4 khe, diện tích mỗi khe là:
F
khe
= =1,17 m
2

25