THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA NADA NAM ĐỊNH

MỤC LỤC

I.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC
Nguyên tắc chung:
Nước thải có thành phần hết sức phức tạp. Trong nước thải không chỉ chứa
các thành phần hoá học hoà tan, các loài vi sinh vật, mà còn chứa các chất không hoà
tan. Các chất không hoà tan có thể có kích thước nhỏ và có thể có kích thước lớn.
Người ra dựa vào kích thước và tỷ trọng của chúng để loại chúng ra khỏi môi trường
nước, trước khi áp dụng các phương pháp hoá lý hoặc các phương pháp sinh học.
Các vật chất có kích thước lớn như cành cây, bao bì chất dẻo, giấy, giẻ rách, cát, sỏi
và cả những giọt dầu, mỡ. Ngoài ra, vật chất còn nằm ở dạng lơ lửng hoặc ở dạng
huyền phù.
Tuỳ theo kích thước và tính chất đặc trưng của từng loại vật chất mà người ta
đưa ra những phương pháp thích hợp để loại chúng ra khỏi môi trường nước. Những
phương pháp loại các chất rắn có kích thước lớn và tỷ trọng lớn trong nước được gọi
chung là phương pháp cơ học.
Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất không
hoà tan có trong nước thải và giảm 20% BOD. Các công trình trong xử lý cơ học bao
gồm:

−
−
−
−

Song chắn rác hoặc lưới lọc.
Bể lắng cát.Bể lắng.
Điều hoà lưu lượng dòng chảy.
Quá trình tuyển nổi.

1


1.1.

Song chắn rác
Song chắn rác (SCR) nhằm chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng
sợi: giấy, rau cỏ, rác … được gọi chung là rác. Rác được chuyển tới máy nghiền
để nghiền nhỏ, sau đó được chuyển tới bể phân hủy cặn (bể mêtan). Đối với các
tạp chất < 5 mm thường dùng lưới chắn rác. Cấu tạo của thanh chắn rác gồm các
thanh kim loại tiết diện hình chữ nhật, hình tròn hoặc bầu dục… Song chắn rác
được chia làm 2 loại di động hoặc cố định, có thể thu gom rác bằng thủ công hoặc
cơ khí. Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60 – 900 theo hướng dòng chảy.

1.2.

Bể lắng cát
Bể lắng cát dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều
so với trọng lượng riêng của nước như xỉ than, cát …… ra khỏi nước thải. Thông
thường cặn lắng có đường kính hạt khoảng 0,25 mm (tương đương độ lớn thuỷ
lực là 24,5) chiếm 60% tổng số các hạt cặn có trong nước thải.
Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng.
Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang hoặc vòng qua bể với
vận tốc lớn nhất Vmax = 0,3 m/s, vận tốc nhỏ nhất Vmin = 0,15 m/s và thời gian
lưu nước từ 30 – 60 giây. Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo
phương thẳng đứng từ dưới lên với vận tốc nước dâng từ 3 – 3,7 m/s, vận tốc
nước chảy trong máng thu (xung quanh bể) khoảng 0,4 m/s và thời gian lưu nước
trong bể dao động trong khoảng 2 -3,5 phút.
Cát trong bể lắng được tập trung về hố thu hoặc mương thu cát dưới đáy, lấy cát

ra khỏi bể có thể bằng thủ công (nếu lượng cát < 0,5 m3/ngày đêm) hoặc bằng cơ
giới (nếu lượng cát > 0,5 m3/ngày đêm). Cát từ bể lắng cát được đưa đi phơi khô
ở sân phơi và cát khô thường được sử dụng lại cho những mục đích xây dựng.

1.3.

Điều hòa lưu lượng dòng chảy

2


Trong quá trình xử lý nước thải cần phải điều hoà lượng dòng chảy. Trong quá
trình này thực chất là thiết lập hệ thống điều hoà lưu lượng và nồng độ chất ô
nhiễm trong nước thải nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho các công trình phía sau
hoạt động ổn định. Bể điều hoà dòng chảy có thể bố trí trên dòng chảy hay bố trí
ngoài dòng chảy.

2. PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình nhằm phân
hủy các vật chất hữu cơ ở dạng hòa tan, dạng keo và dạng phân tán nhỏ trong
nước thải nhờ vào sự hoạt động của các vi sinh vật. Quá trình này xảy ra trong
điều kiện hiếu khí hoặc kị khí tương ứng với hai tên gọi thông dụng là: qua trình
xử lý sinh học hiếu khí và quá trình xử lý sinh học kỵ khí (yếm khí).
Quá trình xử lý sinh học kị khí thường được ứng dụng để xử lý sơ bộ các loại
nước thải có hàm lượng BOD5 cao (>1000 mg/l), làm giảm tải trọng hữu cơ và
tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hiếu khí diễn ra có hiệu quả. Xử lý
sinh học kị khí còn được áp dụng để xử lý các loại bùn, cặn (cặn tươi từ bể lắng
đợt một, bùn hoạt tính sau khi nén …) trong trạm xử lý nước thải đô thị và một
số ngành công nghiệp.
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được ứng dụng có hiệu quả cao đối với nước

thải có hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước
thải của các ngành công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp (BOD5 < 1000
mg/l). Tùy theo cách cung cấp oxy mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí được
chia làm hai loại:
II.
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ CÁC NGUỒN NƯỚC THẢI
II.1. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
Các công đoạn chính của công nghiệp sản xuất bia bao gồm:

- Chuẩn bị nguyên liệu: Malt đại mạch và nguyên liệu thay thế (gạo, lúa mì, ngô)
được làm sạch rồi đưa vào xoay, nghiền ướt để tăng bề mặt hoạt động của enzym
và giảm thời gian nấu.
- Lọc dịch đường để thu nước nha trong và loại bỏ malt. Quá trình gồm hai bước:
• Bước 1: Lọc hỗn hợp dịch đường thu nước nha đầu;

3


• Bước 2: Dùng nước nóng rửa bã thu nước nha cuối và tách bã malt.
- Nấu với hoa houblon để tạo ra hương vị cho bia, sau đó nước nha được qua thiết
-

bị tách bã hoa.
Làm lạnh: Nước nha từ nồi nấu có nhiệt độ xấp xỉ 100oC được làm lạnh tới nhiệt
độ thích hợp của quá trình lên men, ở nhiệt độ vào khoảng 10 – 16oC và qua hai
giai đoạn. Giai đoạn 1 dùng nước lạnh hạ nhiệt độ xuống chừng 60oC và giai

-

đoạn 2 dùng tác nhân lạnh glycol để hạ nhiệt độ xuống còn chừng 14oC.

Lên men chính và lên men phụ: Đây là các quá trình quan trọng trong sản xuất
bia. Quá trình lên men nhờ tác dụng của men giống để chuyển hoá đường thành
alcol etylic và khí cacbonic:

Nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men chính (6 đến 10 ngày) từ 8 đến 10 oC.
Sau đó tiếp tục thực hiện giai đoạn lên men phụ bằng cách hạ nhiệt độ của bia
non xuống 1 đến 3 oC và áp suất 0,5 đến 1 at trong thời gian 14 ngày cho bia hơi
và 21 ngày cho bia đóng chai, lon. Quá trình lên men phụ diễn ra chậm và thời
gian dài giúp cho các cặn lắng, làm trong bia và bão hoà CO 2, làm tằng chất
lượng và độ bền của bia. Nấm men tách ra, một phần được phục hồi làm men
giống, một phần thải có thể làm thức ăn gia súc. Hạ nhiệt độ của bia non để thực
hiện giai đoạn lên men phụ có thể dùng tác nhân làm lạnh glycol.

- Lọc bia nhằm loại bỏ tạp chất không tan như nấm men, protein, houblon làm cho
-

bia trong hơn trên máy lọc khung bản với chất trợ lọc là diatomit.
Bão hoà CO2 và chiết chai: Trước khi chiết chai, bia được bão hoà CO 2bằng khí
CO2 thu được từ quá trình lên men chứa trong bình áp suất. Các dụng cụ chứa bia
(chai, lon, két) phải được rửa, thanh trùng đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh, sau đó
thực hiện quá trình chiết chai ở điều kiện chân không để hạn chế khác nhau để
đảm bảo chất lượng trong thời gian bảo hành.
Trong công nghệ sản xuất bia, nước được dùng vào các mục đích:

- Làm nguyên liệu pha trộn theo tỷ lệ nhất định để nghiền ướt malt và gạo (hay lúa
mì) và bổ sung tiếp trong quá trình nấu - đường hóa.

4

- Sản xuất hơi nước dùng cho quá trình nấu – đường hoá, nấu hoa, thanh trùng.
- Một lượng nước lớn dùng cho quá trình rửa chai, lon, thiết bị máy móc và sàn
thao tác.

Sơ đồ công nghệ và hệ thống nước thải nhà máy bia

5


II.2. CÁC NGUỒN PHÁT SINH VÀ ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI NHÀ MÁY
BIA
Nước thải công nghệ sản xuất bia bao gồm:

- Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không bị ô
-

nhiễm, có khả năng tuần hoàn sử dụng lại.
Nước thải từ bộ phận nấu - đường hoá, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bể

-

chứa, sàn nhà … nên chứa bã malt, tinh bột, bã hoa, các chất hữu cơ, …
Nước thải từ hầm lên men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa,

-

đường ống, sàn nhà, xưởng, … có chứa bã men và chất hữu cơ.
Nước thải từ hầm lên men là nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa,
đường ống, sàn nhà, xưởng, … có chứa bã men và chất hữu cơ.
Các phân tích gần đây đã cho bảng số liệu như sau:

(Nguồn: Trung tâm sản xuất sạch hơn, Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn trong ngành sản
xuất bia, Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Trường ĐHBK Hà Nội)

6


Qua bảng phân tích trên ta thấy vấn đề môi trường cần quan tâm trong nhà máy
sản xuất bia là lượng nước thải rất lớn chứa nhiều chất hữu cơ, pH và nhiệt độ
cao. Việc lưu giữ và thải bỏ lượng men thải lớn và bột trợ lọc, vải lọc có lẫn nấm
men sau mỗi lần lọc làm tải lượng hữu cơ trong nước thải rất lớn. Nguồn nước
thải không được kiểm soát và không được xử lý sẽ đến phân huỷ các chất hữu
cơ, làm giảm ôxy hòa tan trong nước cần thiết cho thủy sinh. Ngoài ra quá trình
này còn gây mùi khó chịu.

III.

DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA

7


III.1. Thuyết minh hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia:
Nước thải từ các công đoạn sản xuất của nhà máy theo mương dẫn tự chảy về
hệ thống xử lý tập trung. Nước thải bắt đầu chảy qua song chắn rác để loại bỏ
các chất thải rắn có kích thước lớn. Sau đó nước thải sẽ tự chảy vào hố thu và
được bơm lên bể điều hòa. Tại bể điều hòa được bổ sung hóa chất nhằm điều
chỉnh pH tạo điều kiện cho các công trình phía sau (bể UASB) hoạt động hiệu
quả. Ngoài ra, trong bể còn bố trí hệ thống phân phối khí để đảm bảo hòa tan và
điều hòa nồng độ các chất bẩn trong toàn bộ thể tích bể và ngăn cản quá trình

lắng cặn trong bể.
Nước thải từ bể điều hòa được chảy sang bể lắng lần 1. Tại đây quá trình lắng
sẽ diễn ra, những chất có trọng lượng lớn sẽ lắng xuống đáy bể. Nước thải sau
khi lắng sẽ qua máng thu và chảy vào bể UASB, bùn lắng được thu gom và đưa
sang bể chứa bùn. Trong bể UASB nước thải được phân phối đều trên diện tích
đáy bể bởi hệ thống phân phối có đục lỗ. Dưới tác dụng của vi sinh vật kị khí,
các chất hữu cơ hòa tan trong nước được phân hủy và chuyển hóa thành khí. Các
hạt bùn cặn bám vào các bọt khí được sinh ra nổi lên bề mặt va phải tấm chắn và
bị vỡ ra, khí thoát lên trên được thu vào hệ thống thu khí, cặn rơi xuống dưới đáy
và tuần hoàn lại vùng phản ứng kị khí. Phần bùn dư sẽ được đưa sang bể chứa
bùn. Nước trong ra khỏi bể UASB có hàm lượng chất hữu cơ tương đối thấp
được chảy tràn qua bể Aeroten thông qua máng thu nước.
Tại bể Aeroten, nước thải được trộn đều với bùn hoạt tính bằng hệ thống phân
phối khí được lắp đặt dưới đáy bể. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong bể
được thực hiện nhờ các vi sinh vật hiếu khí tạo thành CO 2, nước và một phần
tổng hợp thành tế bào vi sinh vật mới. Kết quả là nước thải được làm sạch. Hỗn
hợp bùn, nước trong bể Aeroten được dẫn sang bể lắng bậc II theo nguyên tắc tự
chảy.

8


Ở bể lắng bậc II sẽ thực hiện quá trình lắng các bông bùn hoạt tính và các
chất rắn lơ lửng trong nước. Bùn hoạt tính được bơm sang bể chứa bùn để bơm
tuần hoàn lại cho bể Aeroten, phần còn lại sẽ chuyển qua bể nén bùn.
Bùn tạo ra từ bể lắng I, bể UASB sẽ được bơm về bể chứa bùn, sau đó bơm
lên bể nén bùn. Bùn sau khi nén được đưa sang máy ép bùn nhằm giảm bớt độ
ẩm và thể tích bùn, sau đó tiến hành thu gom để chôn lấp hoặc làm phân bón.
Nước sinh ra từ bể nén bùn sẽ được dẫn về hố gom để được tiếp tục làm sạch.
Nước trong ra khỏi bể lắng bậc II sẽ qua bể khử trùng nhằm tiêu diệt các vi sinh

vật gây bệnh. Nước đạt tiêu chuẩn thải sẽ được đổ vào cống thoát nước chung
của khu vực.

III.2. Ưu – Nhược điểm
-

Ưu điểm:
Vận hành tương đối đơn giản, chi phí cho vận hành không cao.
Thu hồi được nhiên liệu ở bể UASB để làm nhiên liệu sạch cung cấp cho quá

trình sản xuất (đốt lò hơi).
- Hiệu quả xử lý cao, nước sau xử lý có thể trực tiếp thải ra môi trường.
 Phương pháp này nhằm mục đích giảm được thể tích bùn sinh ra; giảm tiêu thụ
điện năng cho việc cấp khí; giảm thể tích bể aeroten.
Nhược điểm:
- Chi phí đầu tư cao do có nhiều hạng mục.
- Tốn diện tích lớn.
IV.TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY
BIA NADA-NAM ĐỊNH
1. Thông số nước thải đầu vào
Thông số
Lưu lượng
Nhiệt độ
pH
BOD5
COD
TSS
TN
TP

Đơn vị
m3/ngày
0
C
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

Giá trị
800
27-35
6-8
1300
2000
600
30
12

9

Đầu ra/Quy chuẩn loại A
6-9
30
50
50
15
4

2. Tính toán các công trình
- Lưu lượng trung bình ngày đêm: Qtb=800m3/ngày
- Lưu lượng trung bình theo giờ: Qtbh = = 33,33 m3/h
- Lưu lượng trung bình theo giây: Qtbs = = 9,26 l/s
- Lưu lượng cực đại: Qmax = K0max Qtb = 2,1 33,33 = 70 m3/h = 0,02 m3/s
2.1.

Mương dẫn nước thải
Giả sử các thông số của mương dẫn nước thải đến trước song chắn rác: độ dốc i

-

2.2.

=0,008, chiều ngang B =0,1m, vận tốc nước chảy trên kênh hở v = 0,8m/s.
Diện tích mặt ướt của mương:
A = = = 0,025 m2
Chiều cao làm việc (chiều cao lớp nước) của mương dẫn:
Hlv = == 0,25 m
Trong thực tế ngoài chiều cao làm việc thì người ta còn phải công thêm chiều

cao bảo vệ bằng 0,4 lần chiều cao làm việc
Htt = 250+250x0,4 = 350 mm
Song chắn rác
- Nhiệm vụ SCR: Tách các tạp chất thô để ngăn ngừa ảnh hưởng của chúng đến
các công trình và thiết bị trong hệ thống xử lý nước thải như tắc đường ống, van,
tê, cút, bể xử lý, bơm, máy khuấy trộn,..
- Vị trí lắp đặt: trên mương, kênh dẫn nước thải. Trước các công đoạn xử lý.
- Tính toán:

+ WSCR = 0,6 -1 m/s  chọn WSCR = 0,6 m/s
+ Tiết diện làm việc của SCR:
F = = = 0,033 m2
+ Chọn khoảng cách 2 song là 20mm, chiều cao làm việc của SCR bằng mực nước
trên kênh dẫn (0,25h).
Số khe = = 6,6 khe. Chọn 7 khe 8 song
Chiều cao làm việc = = 0,24 m
Chọn thép làm song có chiều dày 6 mm
Chiều rộng của SCR: B = 7x20 + 8x6 = 188 mm
Chiều cao làm việc thực tế của SCR gấp 1,5 lần chiều cao làm việc tính toán:
Hlvtt = 1,5x240= 360 mm
- Cách lắp đặt SCR: SCR được đặt tạo với phương đáy mương một góc α = 30-600
 HSCR = Hlvtt: Cos450= 510 chọn HSCR = 550 mm



+

+

10


2.3.Bể lắng cát sục khí
- chức năng:
Tách cát, tạp chất thô có khối lượng riêng lớn ra khỏi nước thải để hạn chế ảnh
hưởng, rủi ro, sự cố đối với các thiết bị, các công trình phía sau trong hệ thống
xử lý nước thải. Tách dầu mỡ và các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ để ngăn
ngừa ảnh hưởng của chúng đến quá trình xử lý sinh học phía sau.

- Vị trí lắp đặt:
+Thường đặt sau SCR và trên kênh dẫn.
+Trước bể điều hòa và lắng I.
-Tính toán bể lắng cát
Bể lắng cát sục khí có cấu tạo như 1 bể chứa hình chữ nhật. Dọc một phía tường của
bể đặt hệ thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 45-60 cm. Dưới dàn ống sục khí là
máng thu cát. Độ dốc ngang của đáy bể i= 0,2 – 0,4 dốc về phía máng thu để cho cát
trượt theo đáy vào máng.
Tính toán BLC thổi khí xuất phát từ điều kiện tạo ra tốc độ chuyển động xoáy quanh
chu vi mặt căt ngang bể với vận tốc xoay 0,25 – 0,3 m/s và chuyển động theo trục
dọc của bể v= 0,08 – 0,12 m/s. Tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều sâu của bể B/L = 11,5. Thời gian lưu nước trong bể 3 phút. Với các chỉ tiêu tính toán đã nêu đảm bảo
giữ được cát có d = 0,2 mm (độ lớn thủy lực 0,018 m/s). Nước thải dưới tác dụng của
dòng khí đi từ dưới lên sẽ chuyển động theo hình xoáy ốc, hạt cát rơi vào vùng đáy
về phía dưới dàn ống phun khí. Để giữ tốc độ chuyển động xoay V = 0,25-0,3 m/s

11


lượng không khí cấp vào từ 3-8 m3 cho 1 m2 bề mặt bể trong 1 giờ. Vận tốc chuyển
động xoay giữ không đổi và không phụ thuộc vào sự dao động cảu lưu lượng nước
thải đi vào bể. Vì giảm vận tốc nước chảy dọc bể mà vẫn giữ thời gian lưu trong bể
cho phép giảm chiều dài bể để dễ dàng lấy cát ra khỏi bể.
Do sự sục khí mà các tạp chất nổi như dầu mỡ sẽ nổi lên trên và được tách nhờ kết

-

-

cấu gạt về máng thu trên bề mặt nước thải.
Qmax= 0,02 m3/s.

Chọn thời gian lưu nước t = 3 phút = 180s
 Vbể = t × Qmax = 180 × 0,02 = 3,6 m3.
Chọn chiều cao bể H = 1 m. Tỷ lệ B:H = 1,2
 Chiều rộng bể: B = 1,2m
Chiều dài bể: L = = 3 m
Thực tế khi thiết kế để đảm bảo an toàn ta chọn: H = 1,5 m ; B = 1,8m ; L = 3 m.
Lượng không khí cần cấp
Qkhí = q1 × F = q1 × L × B = 5× 3 × 1,8 = 27 m3/h
 Lượng không khí cần cấp trên 1 m dài bể:
Q2 = = = 2,5 l/s mét dài.
Lấy cát ra khỏi bể bằng bơm phun tia, để dồn cát về máng thu dọc đáy bể đặt ống Φ≥
100 mm cấp nước qua các vòi phun đặt cách nhau 0,4 m.

 Lưu lượng nước để lùa cát:
Q = v × F = 0,0065 × 1,8 × 3 = 0,0351 m3/s
Với v: vận tốc đẩy cát về máng thu v = 0,0065 m/s (đẩy được hạt cát cỡ 0,05 cm)
2.4.Bể điều hòa

12


- Lưu lượng và nồng độ nước thải thường xuyên dao động theo ca làm việc trong nhà
máy. Khi hệ số không điều hòa k ≥ 1,4 thì nên xây dựng bể điều hòa để đảm bảo cho

-

-

-

công trình xử lý làm việc ổn định và đạt được giá trị kinh tế.
Mục đích xây dựng bể điều hòa:
+ Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình sản
xuất thải ra không đồng đều.
+Tiết kiệm hóa chất để trung hòa nước thải.
+Giữ ổn định lưu lượng đi vào các công trình xử lý phía sau.
Hàm lượng BOD, COD, SS sau bể điều hòa:
BOD = 95% x 1300 = 1235 mg/L
COD = 95% x 2000 = 1900mg/L
TSS = 85% x 600 = 510mg/L
Tính toán bể điều hòa
+ Thời gian lưu của bể điều hòa: 4 – 12h. Chọn t = 6h.
Thể tích bể: Vđh = Qhtb x t = 33,33 x 6 = 199, 98 ≈ 200 m3
Thể tích bể thực tế: Vt.t= 1,2 x Vđh= 1,2 x200 = 240 m3
+ Chọn chiều sâu mực nước là Hđh = 4m. Diện tích của bể điều hòa:
S = = = 60 m2
Chiều cao xây dựng của BĐH: Hxd = Hđh + Hbv = 4 +0,5 = 4,5 m
Xây dựng bể điều hòa HCN có kích thước là:
Lđh x Bđh x Hxd= 10m x 6m x 4,5m
+ Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa (bằng khí nén)
Lượng không khí cần cấp: Lkhí = Qhtb x a = 33,33 x 3,74 = 124,66 m3/h
Với a = 3,74 m3 khí/m3 nước thải là lưu lượng không khí cấp cho bể điều hòa.
Chọn hệ thống cấp khí bằng ống thép có đục lỗ, có 4 ống đặt dọc theo chiều dài
của bể điều hòa, mỗi ống cách nhau 1,5m.
Lưu lượng ống trong mỗi ống:qống = (Lkhí)/vống = 124,66/4= 31,165 m3/h
Đường khí ống dẫn khí:
dống =
= 0,0176 m = 17,6 mm
Trong đó vống là vận tốc khí trong ống, vống = 10-15 m/s. Chọn v = 12 m/s
15 mm. Đường kính các lỗ 2-5 mm, chọn dlỗ = 3mm và vận tốc

-

khí qua lỗ vlỗ = 15 m/s.
qlỗ =
= = = 0,3815 m3/h
số lỗ trên mỗi ống: N= qống /q lỗ =31,165/0,3815 = 81,7 lỗ  chọn 82 lỗ.
số lỗ trên 1m chiề dài ống: n = N/10 = 8,2 lỗ.
Tính toán bơm dùng trong bể điều hòa:
Tại bể điều hòa đặt bơm chìm để bơm nước thải qua bể lắng 1, do đó ta phải tính
toán công suất bơm đặt tại đây.
Cột áp toàn phần của bơm: H = 4,5 + 0,3 = 4,8 m

13


-

Lưu lượng bơm: Q= 800 m3/d
Công suất của bơm: N =
= = 0,545 kW
Công suất thực tế: Ntt = 1,2 x N = 1,2 x 0,545 = 0,654 kW
Ta chọn 2 bơm làm việc luôn phiên nhau. Công suất của mỗi bơm là 1 kW
Tính toán máy nén khí:
Lượng khí cần cấp cho bể là: L khí = 124,66 m3/h = 0,035 m3/s
Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khi:
Hd = hd +hc + hf + H
Trong đó:
+ hd hc: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn và tổn
thất cục bộ tại các điểm uốn. hd + hc

+ hf: tổn thất qua hệ thống phân phối khí: hf
+ H: độ ngập sâu của ống phân phối khí, lấy bằng chiều cao hữu ích của bể điều
hòa: H = 4m
Vậy áp lực cần thiết:

Áp lực không khí sẽ bằng:
Công suất máy nén khí được tính theo công thức:
= 1,75 kW . Chọn máy nén khí có N = 2 kW

2.5. Bể UASB
2.5.1. Nhiệm vụ: xử lý/chuyển đổi các hợp chất hữu cơ trong nước thải thành các
khí sinh học nhờ sự hoạt động của các vi sinh vật yếm khí. Các chất hữu cơ
trong nước thải cũng chính là chất dinh dưỡng cho các VSV
2.5.2. Các thông số nước đầu vào bể UASB:
Thông số
Lưu lượng
BOD5
COD
SS
TN

Đơn vị
m3/d
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L

Giá trị
800

1235
1900
510
30

TP

mg/L

12

2.5.3. Tính toán:
a. Tính hiệu suất xử lý

14


Khi nước thải vào bể Aerotank thì BOD5 ≤ 500 mg/L, SS ≤ 150 mg/L nên hiệu quả
xử lý của bể UASB:
ηCOD≥
= ≥ 73,69 %
+ Lượng COD được các vi sinh vật chuyển hóa thành khí:
 1900 × 0,7369 ≥ 1400 mg/L
 lượng nito cần cung cấp: Ncc ≥ × 5 ≥ 20 mg/L
+  lượng photpho cần cung cấp: Pcc ≥ Ncc/5 ≥4 mg/L

Chọn ηCOD = 75%  CODra = 0,25xCODvào = 475 mg/L, Ncc = 20,36
mg/L, Pcc = 4,1 mg/L
b. Tính kích thước bể
- Thể tích hữu dụng tối thiểu của bể UASB được tính toán dựa trên tải trọng hữu cơ lựa

chọn:
Vn =

QC0
Lorg

= = 380 m3

Trong đó:
Vn : thể tích hữu dụng tối thiểu của bể (m3);
Q : lưu lượng nước thải vào bể (m3/h);
C0 : nồng độ COD của nước thải trước khi xử lý (mg/L);
Lorg : tải trọng chất hữu cơ (kg COD/m3.ngđ).Chọn Lorg = 4kg COD/m3.ngđ
(ban đầu chưa có bùn dạng hạt, bùn dạng hạt có thể được hình thành từ 3-4 tháng
hoạt động của bể)
Tải trọng thể tích của bể UASB hoạt động ở 30oC, hiệu quả xử lý 85-95%
COD nước
thải (mg/L)
1000-2000
2000-6000
6000-9000
9000-18000

Tỷ lệ COD
do cặn gây
ra
0,10-0,30
0,30-0,60
0,60-1,00
0,10-0,30

0,30-0,60
0,60-1,00
0,10-0,30
0,30-0,60
0,60-1,00
0,10-0,30
0,30-0,60
0,60-1,00

Tải trọng thể tích (kg COD/m3.ngđ)
Bùn dạng bông
Bùn hạt, dễ loại Bùn hạt, mức độ
bùn
TSS cao
loại SS ít hơn
2-4
2-4
8-12
2-4
2-4
8-14
3-5
4-8
4-8
4-6
5-7
6-8
5-8

3-5

2-6
2-6
4-6
3-7
3-8
4-6
3-7
3-7

15

12-18
12-24
15-20
15-24
15-24


Nguồn: Metcaft & Eddy, 2003.

- Thể tích hữu dụng tối thiểu của bể:
VL =

Vn
E

= = 475 m3

Trong đó:
Vn: thể tích hữu dụng tối thiểu của bể (m3);

VL: tổng thể tích phần chứa hỗn hợp nước thải trong thiết bị (m3);
E : hệ số hữu ích = 0,8-0,9.
- Diện tích bề mặt phần lắng
A=

Q 800
=
= 66,67
LA
12

m2

Trong đó A: Diện tích bề mặt phần lắng
LA: Tải trọng bề mặt phần lắng = 12 m3/m2.ngày)
Chọn chiều rộng B = 6,7m, chiều dài: L =10m  Att =67 m2
Kiểm tra vận tốc nước thải trong bể: vNT = =
bảng thông số thiết kế bể UASB dựa vào nồng độ COD

= 0,5m/h phù hợp với số liệu từ

Thông số thiết kế bể UASB dựa vào nồng độ COD:

(nguồn: M.M Ghangrekar, U.J.Kahalekar, S.V.Takalakar.(2003).Design of Upflow Anaerobic
Sludge Blanket Reactor for Treatment of Organic Wastewaters)

- Chiều cao bể phần phản ứng:
H=

Vp

A

=

475
= 7,09
67

m

Kiểm tra thời gian lưu nước trong bể:

HRT =

= = 14,18 h  phù hợp
16


- Chọn chiều cao phân tách 3 pha (R-L-K) là Htách = 1,7m (Chiều cao của thiết bị tác
pha dao động trong khoảng 1,5-2,0 m đối với bể UASB có chiều cao 5-7 m), chiều

-

cao an toàn Hat = 0,5m
 Hxd = H + Htách + Hat = 7,07 + 1,7 + 0,5 = 9,27 m (lấy tròn 9,4m)
Tính toán phễu thu khí:

Chiều cao vùng lắng: HL = 1-2m, chọn HL = 1,5m. Trong đó: HL = h+Δh, với h là
chiều cao vách nghiên của phễu và Δh là chiều cao vách đứng của phễu.
Hình vẽ  Δh = tgø. Wt = 0,2 - 0,3m, chọn Wt =0,3m, ø là góc nghiêng của phễu

theo phương ngang, ø = 45 – 60o Δh = 0,26m

+ Chiều rộng phần đáy phễu thu khí: Wb = = = 1,74 m
+ Số phễu thu khí trong bể: n = = = 4,9 (phễu) chọn 5 phễu Wa = 0,26 (Wa

-

= 0,2 – 0,5m)
Chiều dài phễu bằng chiều rộng của bể = 6,7m.
Kiểm tra lại diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí Ak (Diện tích bề mặt
của phần khe hở phải < 15-20% tổng diện tích bề mặt của bể)
==0,156 = 15,6% (thỏa mãn)
Tính toán ngăn lắng:
Trong bể có 5 phễu thu khí, ngăn lắng được bố trí ở giữa các phễu thu khí nên sẽ có
5 ngăn lắng.
+ Chiều rộng phần trên của 1 ngăn lắng: WS = = 1,7 (m). Chiều dài của vùng lắng
là chiều rộng của bể: 6,7 (m)
Để đảm bảo lắng tốt thì thời gian lưu nước trong ngăn lắng phải lớn hơn 1h.
Coi thể tích phần lắng ở trên và phếu thu khí ở dưới bằng nhau:

17


Vlắng + Vphễu =2Vlắng = BxLxHL
 Thể tích một ngăn lắng: VL = = = 10,05 m3
Thời gian lưu nước trong ngăn lắng: tL = = = 1,5h > 1h.

- Tính toán tấm hướng dòng:
Tấm hướng dòng là tấm inox dày 3 mm, được tạo thành hình chữ V, có góc ở đỉnh là
90o. Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng bên dưới khe hở 1 đoạn 10 – 20cm, chọn khoảng

cách của tấm hướng dòng đến khe hở là 20cm.
Khoảng cách giữa hai mép tấm hướng dòng là: Wa + 0,2 = 0,26+0,2 = 0,46m. Chiều dài
của tấm hướng dòng là chiều rộng của bể: 6,7m.

- Tính toán hệ thống phân phối nước vào bể:
Chọn ống dẫn nước chính có đường kính ngoài 110 mm, đường kính trong 104,6 mm.
Vận tốc nước đi trong ống: vNT

=

= 1,08 m/s (thỏa mãn v = 0,8 -2m/s)

Trong bể UASB cứ 2m2 bố trí một vị trí phân phối nước. Chọn 5 ống dẫn nước thải vào
bể theo chiều dọc, khoảng cách 2 đường ống liên tiếp = , chiều dài ống bằng chiều dài
bể.
Số vị trí phân phối nước trong bể: k = = = 33,5(vị trí)  chọn 35 vị trí trên mỗi
đường ống dẫn nước thải có 7 vị trí phân phối nước, khoảng cách 2 vị trí phân phối liên
tiếp: ℓ = = = 1,43m. Mỗi vị trí phân phối đục 2 lỗ tạo 1 góc 90o và hướng tia phân
giác góc 900xuống dưới để tránh lắng bùn phía đáy bể.
Đặt giàn ống phân phối cách đáy bể khoảng 20 cm.

- Tính máng thu nước:
+ Bố trí 6 máng thu giữa 5 ngăn lắng và chạy dọc theo chiều rộng của bể. Chọn
máng có thông số thủy lực:
• Độ dốc: i = 0,5%
• Độ nhám: n = 0,012 theo bảng
Hệ số nhám theo các loại cống làm từ vật liệu khác nhau

18

(nguồn: thoát nước tập 1. NXB Khoa học kỹ thuật)

Mặt cắt có lợi nhất về mặt thủy lực: β = = 2 
Với bm là chiều rộng máng, hm là chiều cao máng
+ Lưu lượng trong mỗi máng:
Qm = = = 1,55.10-3 m3/s
Ta có:

 hm =

() = ()
3/8

3/8

bm= 2hm

= 42 mm

chọn máng có chiều cao: hm = 100 mm
chiều rộng máng: bm = 2hm = 200 mm

c. Tính toán lượng khí sinh ra trong bể:
+ lượng khí sinh ra khi loại bỏ 1kg COD là 0,5 m3 (theo M.M Ghangrekar,
U.J.Kahalekar, S.V.Takalakar.(2003).Design of Upflow Anaerobic Sludge
Blanket Reactor for Treatment of Organic Wastewaters)
lưu lượng khí sinh ra trong 1 ngày:

Qkhí = 0,5 = 0,5 = 570 m3/ngày

+ thể tích CH4 sinh ra khi loại bỏ 1kg COD là 0,35 m3
 lưulượng CH4 sinh ra trong 1 ngày:QCH4 =
+ Đường kính ống thu khí ở các phễu thu khí là:

19

= 399 m3/ngày


Vận tốc khí trong ống dẫn khí phụ: vo =4 m/s.

Dnhánh = = = 0,0205 m = 20,5 mm
Chọn loại ống PVC có Φ = 27 mm.
+ Đường ống chính có vo = 4 m/s.

Dchính = = = 0,0459m = 45,9 mm
Chọn loại ống PVC có Φ = 60 mm.
d. Tính toán lượng bùn sinh ra trong bể:

Lượng bùn sinh ra trong bể bằng 0,05 – 0,1 kgVSS/kgCODloại bỏ. (Metcalf &
Eddy – waste water engineering Treatment, Diposal, Reuse, MccGraw – Hill,
Third edition, 1991)
Lượngbùn sinh ra tính theo ngày:

= Y×Qtb× = 0,04×800× = 24 kgVSS/ngày
Trong đó: Y – hệ số sản sinh tế bào, Y = 0,04 kgVSS/kgCOD
Kd – hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,015 ngày-1.
– thời gian lưu bùn (35-100 ngày), chọn = 60 ngày.
Qtb - lưu lượng nước thải trung bình, m3/ngày
Lượng bùn cần bơm ra mỗi ngày:

Qdư = = = 1,07 m3/ngày.
Lượng chất rắn từ bùn dư:

MSS = Qdư × CSS = 1,07 m3/ngày × 30kg/m3 = 32,1 kg/m3
2.5.4. Thông số thiết kế bể UASB
Thông số
Thể tích làm việc của bể, V
Chiều cao hữu ích, H
Chiều cao xây dụng, Hxd
Chiều dài bể, L
Chiều rộng bể, B
Thời gian lưu, t
Tải trọng hữu cơ, Lorg
Lượng CH4 thu được

Đơn vị
m3
m
m
m
m
Giờ
kgCOD/m3.ngày

Lượng bùn dư

m3/ngày
m3/ngày

Tải trọng lắng

m3/m2.ngày

2.5.5. Nước sau xử lý bằng bể UASB vào Aerotank
- Hiệu suất xử lý BOD, COD
H = 75%
 CODra = 0,25×CODvào = 0,25×1900 = 475 mg/L

20

Giá trị
380
7,09
9,27
10
6,7
14,18
4
399
1,07
12


 BODra = 0,25×BODvào = 0,25×1235 = 308,75 mg/L
- Qua bể UASB SS giảm 60-75%. Chọn 71%
 SSra = 0,29×SSvào = 0,29×510 = 147,9 mg/L

2.6.

Thông số

Lưu lượng
BOD5

Đơn vị
m3/d
mg/l

Giá trị
800
308,75

COD
SS
TN

mg/l
mg/l
mg/l

380
147,9
9,7

TP

mg/l

7,0

Bể Aerotank

1. Thông số đầu vào bể Aerotank và yêu cầu đầu ra

- Thông số đầu vào:
Q = 800 m3/d
BOD5(v) = 308,75 mg/L
CODv = 380 mg/L
TSSv = 147,9 mg/L
TNv = 9,7 mg/L
TPv = 7,0 mg/L
- Thông số yêu cầu
BOD5(r) = 25 mg/L
CODr = 45 mg/L
TSSr= 45 mg/L
21


TNr= 9,7 mg/L
TPr = 4 mg/L
2. Nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra:
BOD5(r) = BOD5 hòa tan trong nước ở đầu ra + BOD5 của chất lơ lửng ở đầu
ra. Chất lơ lửng trong nước thải đầu ra là chất rắn sinh học (bùn hoạt tính),
trong đó có 80% là chất dễ bay hơi và 60% là chất có thể phân hủy sinh học.
Do đó, phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra
là: TSSra = 60%×45 = 27 mg/L
BOD21 của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra:
BOD21 = 1,42× 27 = 38,34 mg/L
BOD của chất rắn lơ lửng ở đầu ra: 38,34× 0,65 = 25 mg/L
 BOD hòa tan trong NT đầu ra: BOD5ht = 27 –25 = 2 mg/L
- Hiệu quả xử lý theo BOD5 = = = 92%
3. Xác định kích thước bể

- Thể tích bể:
V=
Với:

+ Q: lưu lượng trung bình ngày, Q = 800 m3/ngày
+ Y: hệ số sinh bùn, Y = 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5 tiêu thụ (xử lý nước thải
đô thị và công nghiệp). Chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5 tiêu thụ.
+ X: nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể, X = 2500 mg/L (do BOD5> 200
mg/L)
+ θc: thời gian lưu bùn, ngày. θc = 3-15 ngày, chọn θc = 12 ngày (tính toán
thiết kế công trình XLNT)
+ Kd : hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1.
 V = = 411 m3
- Chọn h=4,5 m là chiều cao làm việc của bể Aerotank, chọn chiều cao an toàn
hat = 0,5 m  Hxd = h + hat = 4,5 + 0,5 = 5 (m)
- Diện tích mặt bằng của bể: A = = = 92 m2
Chọn kích thước bể: B×L×H = 8×11,5×5 (m)

- Tải trọng BOD5 trên một đơn vị thể tích trong một ngày:
22


La = = = 0,601 kg BOD5/m3.ngày (nằm trong khoảng 0,35-0,64 kg BOD5/m3.ngày
– theo tính toán thiết kế công trình XLNT )

-

-

4. Tính toán lượng bùn dư thải mỗi ngày

Hệ số sinh bùn
Yb = = = 0,349 mgVSS/mgBOD5
Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS
Px = Yb×Q×(BOD5(v) – BOD5ht) = 0,349×800×(308,75 – 2) = 85,645 kg/ngày
Tổng lượng bùn cặn sinh ra
Px(ss) = = = 107,06 kg/ngày
Với % dễ bay hơi = = 0,8
 Lượng cặn dư cần xử lý mỗi ngày: Pdư = Px(ss) – Pra
Pra = Q×SSra×10-3 = 800×45×10-3 = 36 kg/ngày/
Pdư = 107,06 – 36 = 71,06 kg/ngày.
5. Xác định lưu lượng bùn thải
Lưu lượng bùn dư thải bỏ:


Qb = == 22,73 m3/ngày
Với: Xra : nồng độ SS ra khỏi bể lắng II, Xra = 0,8×45 = 36 mg/L
Qra≈ Q = 800 m3/ngày
- Phương trình cân bằng vật chất cho bể Aerotank
Q×Xo + QR×XR = (Q +QR)×X
X0: nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aerotank, X0<< X, bỏ qua X0
 = = = 0,5, R: chỉ số tuần hoàn
 QR = 0,5Q =0,5×800 = 400 m3/ngày
QR, XR: lưu lượng và hàm lượng bùn tuần hoàn lại bể Aerotank,
XR = 3X = 3×2500 = 7500 mg/L
- Thời gian lưu thủy lực của bể
θ = = = 0,3425 ngày = 8,22 h
6. Xác định lượng không khí cần cấp và hệ thống phân phối khí
- Lượng oxy cần cấp lý thuyết:
OC0 =
⇒ OC0

-

Q × ( BOD5( v ) − BOD5ht ) × 10 −3
f

− 1,42 × Px

800 × (308,75 − 2) × 10 −3
− 1,42 × 85 ,645 = 239,3kg / me
0,68

f : hệ số chuyển đổi BOD5 và BOD20, f = 0,68
Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể:

23


OCt = OC0 × (

C s 20
1
1
9,08
1
1
)×
× = 239,3 × (
)×
×

= 290kg / ngày
(T − 20)
25−5
( C s 20 − C d ) 1,024
α
9,08 − 2 1,024
0,94

Với:

β

- Hệ sô điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường

lấy = 1
Cs20- nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 200C, mg/L. Cs20 = 9,08 mg/L
Cd - nồng độ oxy cần duy trì trong công trình (mg/L). Cd = 2 mg/L
- Lượng không khí cần cấp: Qkk = === 17575,8 m3/ngày
= 0,2 m3/s
Với:
+ f : hệ số an toàn, f = 1,5 – 2. Chọn f = 1,5.
+ OU – công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo
gam oxy cho 1m3 nước thải ở độ sâu 1m, OU = Ou.h, Ou –phụ thuộc hệ
thống phân phối khí. Ở điều kiện tối ưu và nhiệt độ nước thải là 250C, chọn

-

Ou = 5,5 gO2/m3. h- chiều cao làm việc bể. h= 4,5 m
Xác định áp lực và công suất máy nén khí:
+ Áp lực máy nén khí

H ct = hd + hc + h f + H

Với: - hd, Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m
- hc, Tổn thất cục bộ,m
- hf, tổn thất qua thiết bị phân phối khí, m
- H, chiều sâu hữu ích của bể, H=4,5 m
Tổng tổn thất hd,và hc thườngkhông vượt qua 0,5m, tổn thất hf không quá 0,5 m.
Do đó áp lực cần thiết:
Hct = 0,4+0,5+4,5 =5,4 m
Áp lực không khí sẽ là:

24


P=

10,33 + H ct 10,33 + 5,4
=
= 1,53at
10,33
10,33

Công suất máy nén khí:
N=

34400* ( P 0, 29 − 1) * q 34400* (1,53 0, 29 − 1) * 0,2
=
= 11,1kW
102 *η

102 * 0,8

Trong đó:
-

q = Lưu lượng không khí, q = 0,2m3/s
η

η

= Hiệu suất máy nén khí, = 0,7

÷

η

0,9, chọn = 0,8.

 Lắp đặt 2 máy nén khí làm việc luân phiên có N = 12 kW, cột áp 5,4m, Q =
0,2 m3/s
- tính toán hệ thống phân phối khí vào bể:
Hệ thống phân phối khí được bố trí dọc bên thành của bể là đường ống cấp khí
chính, từ đó có các ống nhánh đi dọc xuống đáy bể.
Ống dẫn khí chính được đặt trên thành bể với lưu lượng khí thổi vào: Qkk = 0,2 m3/s.
+ Đường kính ống chính dẫn khí vào:
D = = = 0,135 m = 135 mm.
Chọn ống dẫn PVC có Φ = 140 mm
Đặt 12 ống nhánh vuông góc với vách bể và song song với chiều rộng của bể, cách 2 đáy bể
0,2 m. Khoảng cách giữa 8ống nhánh đầu là 0,7 m và 4 ống nhánh cuối cách nhau 1,1m.
Ống đầu cách thành bể 1,2 m, ống nhánh cuối cách thành bể 1

+ Lưu lượng khí đi trong ống nhánh
qkk = == 0,0167 m3/s
+ Đường kính ống nhánh
dnh = = = 0,039 m = 39 mm
Chọn ống PVC có Φ = 42 mm.
Với v: vận tốc khí đi trong ống dẫn và qua hệ đường ống phân phối, v = 10-15 m/s
Hệ thống phân phối khí dạng đĩa. Chọn đĩa phân phối khí CDF -250 có các
thông số sau:

25