Tài liệu Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3 ngày đêm (link bản vẽ ở trang cuối)

ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm MỤC LỤC Chương 1 TỔNG QUAN ................................................................................................. 3 1. Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất sơn ........................................................ 3 1.1 Giới thiệu về ngành sơn ở Việt Nam: .................................................................. 3 1.2. Phân loại sơn: ..................................................................................................... 3 1.3. Nguyên liệu sản xuất sơn ..................................................................................... 4 1.4 Xử lý nước thải trong ngành sản xuất sơn nước: ................................................... 5 1.4.1 Quá trình sản xuất Sơn nước .......................................................................... 5 1.4.2 Thuyết minh quy trình sản xuất: ..................................................................... 6 1.5 Nước thải trong sản xuất sơn nước ...................................................................... 6 2. Mục tiêu của đồ án: ................................................................................................... 7 Chương II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ....................................................................... 10 1. Giới thiệu các phương pháp xử lý đối với nước thải sản xuất sơn .............................. 10 1.1. Phương pháp keo tụ - tạo bông. .......................................................................... 10 1.2. Phương pháp oxi hóa: ........................................................................................ 12 2. Lựa chọn công nghệ xử lý......................................................................................... 13 2.1. Yêu cầu công nghệ ............................................................................................. 13 2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ: ................................................................................ 13 2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ: ...................................................................... 14 Chương 3 TÍNH TOÁN................................................................................................. 16 1. Các thông số đầu vào: ............................................................................................... 16 2.Tính toán các công trình: ........................................................................................... 17 2.1. Song chắn rác: ................................................................................................... 17 2.1.1 Nhiệm vụ ................................................................................................... 17 2.1.2 Tính toán .................................................................................................... 17 Bảng 3.2 Các thông số tính toán cho song chắn rác làm sạch bằng thủ công ...... 17 2.2 Hố thu gom ....................................................................................................... 19 2.2.1. Nhiệm vụ .................................................................................................... 19 2.2.2. Tính toán..................................................................................................... 19 2.3 Bể điều hòa: ........................................................................................................ 20 2.3.1 Nhiệm vụ: .................................................................................................... 20 2.3.2. Tính toán:.................................................................................................... 20 2.4 Bể lắng 1: ........................................................................................................... 24 2.4.1 Nhiệm vụ: .................................................................................................... 24 2.4.2 Tính toán:..................................................................................................... 24 2.5 Bể keo tụ - tạo bông: ........................................................................................... 28 2.5.1 Nhiệm vụ: ................................................................................................... 28 2.5.2 Tính toán:.................................................................................................... 28 2.5.2.1 Tính lượng axit H2SO4 cho vào bể. .................................................... 28 2.5.2.2 Tính bể hoà trộn phèn nhôm .............................................................. 29 2.5.2.3. Tính lượng PAA cho vào bể .............................................................. 30 2.5.2.4. Bể trộn nhanh: ................................................................................... 31 2.5.2.5 Tính toán ống dẫn sang bể tạo bông : ................................................. 33 2.6. Bể lắng I sau keo tụ........................................................................................... 37 2.6.1 Nhiệm vụ: .................................................................................................... 37 2.6.2 Tính toán:..................................................................................................... 37 SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -1- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm 2.7 Bể Oxi hóa Fenton .............................................................................................. 41 2.7.1 Nhiệm vụ: .................................................................................................... 41 2.7.2 Tính toán...................................................................................................... 41 2.7.2.1 Tính lượng axit H2SO4 cho vào bể. .................................................... 41 2.7.2.2 Tính bể oxi hóa: ................................................................................ 41 2.7.2.3 Tính toán thiết bị khuấy trộn: ............................................................ 42 2.8 Bể lắng trung hòa : ............................................................................................. 43 2.8.1 Nhiệm vụ: ................................................................................................... 43 2.8.2 Tính toán..................................................................................................... 43 2.8.2.1 Tính kích thước bể ............................................................................ 43 2.8.2.2 Tính toán lượng hóa chất (NaOH) cho vào bể lắng trung hòa. ........... 46 2.9 Bể aeroten.......................................................................................................... 47 2.9.1 Nhiệm vụ ................................................................................................... 47 2.9.2 Tính toán .................................................................................................... 47 2.9.2.1 Tính toán lượng chất dinh dưỡng bổ sung vào bể: .............................. 47 2.9.2.2 Tính toán bể Aerotank: ...................................................................... 48 2.10 Bể lắng 2:......................................................................................................... 57 2.10.1 Nhiệm vụ: .................................................................................................. 57 2.10.2 Tính toán: ................................................................................................... 57 2.11 Bể nén bùn ........................................................................................................ 61 2.11.1 Nhiệm vụ ................................................................................................... 61 2.11.2 Tính toán .................................................................................................... 61 Chương IV TÍNH KINH TẾ ......................................................................................... 64 Bảng 4.1: Chi phí đầu tư cho các hạng mục công trình và thiết bị ................................ 64 Bảng 4.2 Điện năng tiêu thụ trong một ngày ................................................................ 66 1. Chi phí xây dựng: ..................................................................................................... 67 2. Chi phí vận hành:...................................................................................................... 67 2.1. Chi phí điện năng: .............................................................................................. 67 2.2. Chi phí hóa chất: ................................................................................................ 67 2.3. Chi phí nhân công: ............................................................................................. 67 2.4. Tổng chi phí cho 1 ngày vận hành: ..................................................................... 67 3. Chi phí xử lý cho 1 m3 nước thải:.............................................................................. 67 SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -2- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất sơn 1.1 Giới thiệu về ngành sơn ở Việt Nam: Ngành sản xuất Sơn ở Việt Nam được hình thành từ những năm 30 của thế kỷ XX, từ cơ sở là dầu thực vật như dầu lanh, dầu chẩu, dầu cao su sẵn có trong nước. Thời kỳ này, sản lượng sơn còn ít, chủng loại hạn chế, sản phẩm chủ yếu là sơn dầu, được cung cấp cho lĩnh vực xây dựng. Từ chỗ chỉ sản xuất được một vài loại sơn thông dụng, chất lượng thấp, đến nay, ngành sản xuất sơn của Việt Nam đã có thể sản xuất được nhiều loại sơn đặc chủng, có chất lượng cao như sơn trang trí, sơn dân dụng, sơn dầu, sơn nước, sơn nhũ tương, sơn bột, …và các loại sơn kỹ thuật như sơn trong môi trường nước biển (sơn tầu biển, dàn khoan), sơn giao thông (sơn mặt đường, sơn phản quang), sơn chống thấm, sơn chịu nhiệt.. phục vụ cho từng yêu cầu đặc thù của khách hàng. Những năm gần đây, nhờ thu hút đầu tư nước ngoài, ngành sản xuất sơn của Việt Nam đã có bước phát triển vượt trội, nhiều hãng sơn nổi tiếng đã đầu tư vào Việt Nam dưới hình thức liên doanh, 100% vốn nước ngoài hoặc chuyển giao công nghệ. Các sản phẩm sơn của Việt Nam được sản xuất tập trung nhiều ở Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương, tiếp theo là ở Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh và một số tỉnh miền trung như Thưà Thiên Huế, Đà nẵng, Khánh hoà. Xu hướng phát triển ngành: Lượng sơn tiêu thụ ở Việt Nam còn thấp, mới chỉ đạt từ 2,8kg/người/năm (năm 2007). Trong khi đó, tại các nước phát triển như Úc và Nhất Bản bình quân tiêu thụ là 9-12 kg/người/năm và các nước trong khu vực cũng đạt 4-5 kg/người/năm. Như vậy nhu cầu sơn của Việt Nam sẽ tiếp tục tăng theo đà phát triển kinh tế của đất nước. Thị trường ngành sơn năm 2007 đạt được 459 triệu USD về giá trị và 247.000 tấn về sản lượng. Xu hướng tăng trưởng của ngành sơn của Việt nam đã được khẳng định. Theo dự báo ngành sơn sẽ tiếp tục tăng trưởng trong những năm tới. 1.2. Phân loại sơn:  Sơn có thể phân loại dựa trên các yếu tố dưới đây: • Phân loại theo công nghệ và nguyên liệu sử dụng: sơn nhũ tương (pha phân tán là dung môi hữu cơ, thường gọi là sơn dung môi, pha phân tán là nước thường gọi là sơn nước), sơn bột, sơn điện di kiểu anode, sơn đóng rắn bằng SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -3- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm • • • • • • • tia EB và UB... Phân loại theo phương pháp sử dụng: sơn quét, sơn phun, sơn tĩnh điện, sơn điện ly... Phân loại theo ngoại quan: Sơn trong, sơn bóng, sơn mờ, sơn huỳnh quang..... Phân loại theo chức năng màng sơn: Sơn lót, sơn nền, sơn phủ.... Phân loại theo lĩnh vực sử dụng: Sơn trang trí, sơn ô tô, sơn bê tông, sơn đáy tàu, sơn chống rỉ.....  Phân loại sơn được dựa theo nguyên liệu sử dụng: Sơn dung môi: Dung môi hữu cơ được sử dụng để giữ nhựa và bột màu nằm ở dạng lỏng. Một số loại dung môi khác nhau được sử dụng để sản xuất loại sơn này. Lượng dung môi trong sơn sản phẩm chiếm tới 40-50% khối lượng. Sau khi dung môi bay hơi hết tạo thành màng sơn. Sơn không dung môi, sơn bột: Do quá trình bay hơi của dung môi trong khi sản xuất và sử dụng sơn gây ô nhiễm môi trường, loại sơn bột và sơn không có dung môi đã được sản xuất và sử dụng trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Trong thập kỷ qua loại sơn này đã được sử dụng nhiều trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam tỉ lệ sử dụng loại sơn này còn thấp. Sơn nước: Chất tạo màng của các loại sơn này tan trong nước. Ưu điểm của loại sơn này là giảm độc hại, không gây ra cháy nổ. Hiện nay trong ngành xây dựng ở nước ta loại sơn này được sử dụng rộng rãi để sơn nhà trang trí và chống thấm. Hai loại sản phẩm sơn dung môi hữu cơ và sơn nước chiếm tới 90% thị phần cũng như sản lượng trong cơ cấu sản phẩm sơn của Việt Nam. 1.3. Nguyên liệu sản xuất sơn Sơn bao gồm các thành phần chính như sau: • Chất tạo màng:Chất tạo màng có chức năng kết dính các thành phần trong sơn, thường sử dụng là các loại nhựa. Tùy loại sơn mà người ta sử dụng các loại nhựa khác nhau. Sơn dung môi sử dụng nhựa alkyd tan trong dung môi còn sơn nhũ tương hay sơn tan trong nước dùng nhựa tan trong nước. Nhựa alkyd được dùng rất phổ biến (33%), nhựa acrylic (19%), nhựa vinyl (19%) còn lại là loại khác • Phụ gia: là chất tổ hợp trong sơn để tăng cường một số tính năng của màng sơn. Các chất phụ gia bao gồm: chất hóa dẻo, chất làm khô, chất chống bọt, chống rêu mốc, chất dàn, chất chống lắng v.v.. • Bột màu: được sử dụng để tạo màu sắc, tạo độ phủ, tăng các tính năng cơ học SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -4- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm của màng sơn. Bột màu thông thường là chất vô cơ, cũng có khi sử dụng hợp chất hữu cơ. Bột màu cơ bản thông dụng nhất là titan dioxit (Ti2O) tạo màu trắng (65%), các bột màu vô cơ (33%) trong đó chủ yếu 27% là oxit sắt, oxit kẽm, kẽm bột, nhôm dạng nhão (paste), bột màu hữu cơ sử dụng với lượng nhỏ (2%). Màu vàng: sử dụng cromate kẽm, cromat chì. Tùy vào màu và yêu cầu sản phẩm mà các hóa chất khác nhau được lựa chọn để sử dụng tạo màu. • Bột độn thường được sử dụng là thạch cao, CaCO3, bột tan, đất sét… Lượng bột màu và bột độn sử dụng là khoảng 30-200kg/tấn sơn. • Các pha phân tán: sử dụng để hòa tan, giữ bột màu và nhựa ở dạng lỏng. Pha phân tán có thể là dung môi hữu cơ, có thể là nước, ngoài ra còn sử dụng chất pha loãng. 1.4 Xử lý nước thải trong ngành sản xuất sơn nước: 1.4.1 Quá trình sản xuất Sơn nước Bột màu, bột độn, nước chất phụ gia, chất tạo màng Điện Nước sạch Chất tạo màng, Phụ gia Chất bảo quản Điện Nước làm mát Điện Bao bì nhựa Nhãn mác Bao bì kim loại Chuẩn bị và Muối ủ bột Pha sơn Bụi Tiếng ồn thiết bị Nước vệ sinh thiết bị Nước vệ sinh thiết bị Nước thải sau làm lạnh Lọc Nước thải chứa SS, COD cao. Cặn sơn Đóng thùng Nhập kho sản phẩm Bao bì nhựa Nhãn mác Bao bì kim loại Sản phẩm nhập kho SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -5- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm 1.4.2 Thuyết minh quy trình sản xuất: Muối ủ: Ở công đoạn này, bột màu (oxit kim loại như oxit titan, thiếc, chì…) , bột độn (CaCO3, silica, đất sét..), phụ gia (chất phân tán, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bọt v.v), một phần chất tạo màng là nhựa latex (vinyl-acrylic, styrene-acrylic) và nước sạch được đưa vào thùng muối ủ, khuấy nhẹ để hỗn hợp trộn đều và trở nên đồng nhất, ủ trong thời gian vài giờ, sau đó mới chuyển sang công đoạn 2. Nhựa latex tan trong nước. Sau khi hỗn hợp nguyên liệu đã được thấm ướt và đồng nhất thành dạng paste, paste sơn được chuyển tiếp vào công đoạn khuấy trộn (công đoạn 2). Phát thải từ công đoạn này là bụi bột màu, bột độn bay lên, bao bì đựng nguyên liệu ban đầu sau sử dụng, nước thải vệ sinh thiết bị. Pha sơn: Ở công đoạn này, paste sơn được bổ sung thêm đủ lượng chất tạo màng, phụ gia, nước và được khuấy ở thùng khuấy có máy khuấy tốc độ cao. Thùng khuấy sơn được làm lạnh vỏ thùng để giữ cho nhiệt độ hỗn hợp khuấy không bị nóng lên. Khi hỗn hợp khuấy đã đạt được độ khuyếch tán đồng đều, độ mịn và độ linh động, sản phẩm cuối cùng sẽ được chuyển sang công đoạn đóng thùng. Phát thải ở giai đoạn này là nước thải vệ sinh thiết bị, nước thải làm lạnh và tiếng ồn của máy khuấy. Lọc: Công đoạn này được thực hiện để loại bỏ tạp chất. Chất thải của công đoạn này là nước thải và cặn sơn. Đóng gói sản phẩm và nhập kho: Bao bì đựng sơn nước thường là bao bì nhựa. Bao bì sau khi in phun nắp và dán nhãn được đóng sơn. Phát thải ở giai đoạn này là nước vệ sinh thiết bị, bao bì, nhãn mác hỏng. 1.5 Nước thải trong sản xuất sơn nước Nước vệ sinh thiết bị Trong sản xuất sơn, quá trình vệ sinh các thùng chứa sơn,các thiết bị sản xuất đóng vai trò quan trọng để đảm bảo các yêu cầu về chất lượng sản phẩm. Tùy theo nguyên liệu sử dụng và loại sơn sản phẩm mà người ta sử dụng nước hay dung môi để vệ sinh thiết bị. Nước hay dung môi từ quá trình vệ sinh chứa các hóa chất, chất màu chứa kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường. Nước làm mát Trong quy trình công nghệ sản xuất sơn, khâu nghiền phải sử dụng nước làm mát để hỗn hợp paste sơn không bị bay hơi dung môi, đồng thời làm ảnh hưởng tới SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -6- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm tính chất của sơn sản phẩm. Nước được đưa qua hệ thống làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống khoảng 7oC trước khi đưa vào làm mát thiết bị nghiền sơn. Nước ra khỏi thiết bị có nhiệt độ cao sẽ được làm nguội sau đó đưa trở lại làm lạnh cho mục đích làm mát khâu nghiền. Cần bổ sung một lượng nước do bay hơi, mất mát. Tóm lại, nước thải của nhà máy sơn có chứa nhiều chất gây ô nhiễm với độ phân tán, độ bền nhiệt động học, hoạt tính hóa học khác nhau và có độ độc cao, màu sắc, mùi đặc biệt. Chúng là các chất tạo màng, dung môi, bột màu, các phụ gia biến tính và hóa dẻo. Những hợp chất này có mặt trong nước thải là tác nhân tạo COD và SS cao. 2. Mục tiêu của đồ án: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải của ngành công nghiệp sản xuất sơn nước như sau:  Nước thải đầu vào: • Lưu lượng nước thải: 300 m3/ngày_đêm • Lưu lượng giờ trung bình: 12.5 m3/h  Các thành phần ô nhiễm chính từ nhà máy sản xuất sơn STT Thông số ô nhiễm Mức độ ô nhiễm 1 2 3 pH BOD5 COD 8.5 588 mg/l 5632 mg/l 4 SS 2864 mg/l 5 Độ đục 5600 NTU (Nguồn: Microfiltration of water-based paint effluents, Advances in Environmental Research 8 (2004) pp455-466) Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm khi thải ra nguồn tiếp nhận được qui định theo QCVN 24: 2009/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp. Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi thải vào nguồn nước tiếp nhận nước thải không vượt quá giá trị Cmax được tính toán như sau: SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -7- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Cmax = C x Kq x Kf Trong đó: Cmax là nồng độ tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp giấy và bột giấy khi thải vào nguồn nước tiếp nhận nước thải, (mg/l) • C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm • Kq là hệ số lưu lượng/dung tích nguồn nước tiếp nhận nước • Kf là hệ số lưu lượng nguồn thải 1.1 Giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép Cmax trong nước thải công nghiệp khi thải vào các nguồn nước tiếp nhận nước thải được quy định tại Bảng 1. STT Thông số ô nhiễm Đơn vị Giá trị C (cột B) 1 pH 5,5 - 9 2 BOD5 mg/l 50 3 COD mg/l 100 4 SS mg/l 100 5 Độ đục Bảng 1.1: Gía trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép  Giá trị hệ số Kq đối với nguồn nước tiếp nhận nước thải công nghiệp là sông, suối, kênh, mương, khe, rạch được quy định tại Bảng 2 dưới đây. Lưu lượng dòng chảy của nguồn nước tiếp nhận Gía trị hệ số Kq nước thải (Q, m3/s) Q ≤ 50 0,9 50 < Q ≤200 1 200 < Q ≤ 1000 1,1 Q > 1000 1,2 Bảng 1.2: Giá trị hệ số Kq ứng với lưu lượng dòng chảy của sông, suối, kênh, mương, khe, rạch tiếp nhận nước thải Giả sử Q của nguồn tiếp nhận thuộc khoảng 50 < Q ≤ 200. Chọn Kq = 1  Giá trị hệ số Kf ứng với lưu lượng nước thải. Giá trị hệ số Kf ứng với lưu lượng nước thải được quy định bởi bảng dưới đây. SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -8- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Lưu lượng nguồn nước thải (F ) Giá trị hệ số Kf 3 Đơn vị tính: m /24h F ≤ 50 1,2 50 < F ≤ 500 1,1 500 < F≤ 5000 1 F> 5000 0,9 Bảng 1.3: Gía trị Kf ứng với lưu lượng nước thải Ta có: F = 300m3/ ngày đêm. Chọn Kf = 1,1 Bảng 1.4 : Tính chất nước sau khi xử lý STT THÔNG SỐ Ô NHIỄM Nồng độ đầu Nồng độ đầu ra vào QCVN 24:2009 (Kf = 1,1, Kq = 1) 1 pH 8,5 5,5-9 2 BOD5 588 mg/l 55 3 COD 5632 mg/l 110 4 SS 2864 mg/l 110 5 Độ đục 5600 - SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 -9- ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Chương II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Giới thiệu các phương pháp xử lý đối với nước thải sản xuất sơn 1.1. Phương pháp keo tụ - tạo bông. Do đặc điểm của nước thải ngành sản xuất sơn là hàm lượng SS và COD thường rất cao nên việc sử dụng phương pháp keo tụ tạo bông sẽ đạt hiệu quả xử lý cao. Cơ chế của quá trình đông keo tụ: các hạt cặn lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương. Với các hạt rắn có nguồn gốc silic, các hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm. Các hạt mang điện tích âm này sẽ hút các ion trái dấu. Một số ion trái dấu đó sẽ bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện tích dương ở bên trong. Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và các lớp chuyển động gọi là thế zeta hay thế điện động. Nếu như điện tích âm thực là điện tích đẩy và thêm vào đó tất cả các hạt còn có lực hút tĩnh điện – lực Van der Waals – do cấu trúc phân tử các hạt. Tổng của hai loại điện tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trở các hạt rắn liên kết với nhau. Như vậy mục tiêu của keo tụ là làm giảm thế zeta, tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn sao cho các hạt rắn không đẩy lẫn nhau bằng cách thêm các ion có điện tích dương (các hydroxyt sắt và nhôm). Khi thế cân bằng điện động bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ dính kết với nhau bàng liên kết phân tử và điện tử, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ion tụ do. Các tổ hợp trên gọi là các bông keo. Khi lắng xuống các bông keo này sễ hấp thụ các chất màu và các chất khó phân huỷ sinh học tạo thành bùn. Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào hoá trị ion, chất keo tụ mang điện tích trái dấu và điện tích của hạt. Hoá trị ion càng lớn thì hiệu quả keo tụ càng cao. Quá trình phân huỷ các chất keo tụ tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau: Me3+ + HOH  Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH  Me(OH)+2 + H+ Me(OH)+2 + HOH  Me(OH)3 + H+ Me3+ + 3HOH  Me(OH)3 + 3H+ SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 10 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Các chất keo tụ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng, có thể kết hợp thêm sữa vôi.  Các loại hoá chất keo tụ • Phèn nhôm Al2 ( SO4)3.18H2O Cần có độ kiềm trong nước để tạo bông hydroride. Al2( SO4)3 .18H2O + 3Ca(HCO3)2  2Al(OH)3 +3CaSO4 + 18H2O + 6CO2 Al3+ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+ pH tối ưu từ 4,5 đến 8. Nếu nồng độ kiềm trong nước thải quá thấp sẽ không đủ khử H+ sinh ra . Có thể dùng NaOH, KOH, Na2CO3 , Ca(OH)2 • Phèn sắt FeSO4.7H2O 2FeSO4 .7H2O + 2Ca(OH)2 + 1 O2  2Fe(OH)3 + 2CaSO4 + 13H2O 2 Để phản ứng xảy ra pH phải tăng tới khoảng 9,5 và quá trình ổn định hoá cần lượng vôi dư. • Phèn sắt FeCl3 2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2  2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 pH tối ưu từ 4 ÷12. Bông cặn tạo thành dày, ổn định nhanh. Các muối sắt sử dụng làm chất đông keo tụ có ưu điểm hơn muối nhôm - Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp. - Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn. - Độ bền lớn và kích thước bông keo có khoảng giới hạn rộng của thành phần muối. - Có thể khử được mùi vị khi có H2S. Tuy nhiên trong thực tế muối nhôm được ứng dụng rộng rãi vì khả năng hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả cao trong khoảng pH = 5 – 7,5. Để tăng cường quá trình tạo bông keo hydroxyt nhôm và sắt với mục đích tăng tốc độ lắng, người ta tiến hành quá trình keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các chất trợ đông. Việc sử dụng các chất trợ đông cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian keo tụ và nâng cao tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ thường dùng nhất là các polyacylamit. Áp dụng phương pháp keo tụ có các ưu điểm: Có thể áp dụng khi nước nguồn dao động, hiệu quả cao hơn lắng sơ bộ, hiệu quả khử độ màu, độ đục rất cao, thiết bị gọn, ít diện tích, hoá chất sử dụng dễ kiếm và có giá thành thấp. Tuy nhiên SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 11 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm phương pháp này cũng có khuyết điểm là: hiệu quả xử lý thấp hơn xử lý bằng sinh học, lượng bùn lớn, chi phí vận hành cao. 1.2. Phương pháp oxi hóa: Nước thải nhà máy sơn gồm các chất tạo màng, dung môi, bột màu, các phụ gia, có khả năng gây ô nhiễm với độ phân tán, độ bền nhiệt động học, hoạt tính hóa học khác nhau.Vì vậy nước thải sơn có độ độc rất cao. Một trong những phương pháp được dùng để xử lý nước thải sản xuất sơn đó là phương pháp oxi hóa Fenton. Từ đầu những năm 70 người ta đã đưa ra một quy trình áp dụng nguyên tắc phản ứng Fenton để xử lý ô nhiễm nước thải có độc tính cao mà theo đó hyđro peroxyt phản ứng với sắt (II) sunfat sẽ tạo ra gốc tự do hyđroxyl có khả năng phá hủy các chất hữu cơ. Trong một số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ sẽ chuyển hóa thành CO2 và nước. Phản ứng Fenton cần có xúc tác và chất oxy hóa. Chất xúc tác có thể là muối sắt II hoặc sắt III, còn chất oxy hóa là hyđro peroxit (H2O2). Phản ứng tạo ra gốc tự do hyđroxyl diễn ra như sau: Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH− + OH· OH· + Fe2+ → OH− + Fe3+ Fe3+ + H2O2 Fe–OOH2+ + H+ Fe−OOH2+ → HO2· + Fe2+ Fe2+ + HO2· → Fe3+ + HO2− Fe3+ + HO2·→ Fe2+ + H+ + O2 OH· + H2O2 → H2O + HO2· Các gốc hyđroxyl OH. và perhyddroxyl HOO. mới tạo ra là những chất oxy hóa cực mạnh và tồn tại trong một thời gian rất ngắn. Đặc biệt gốc hyđroxyl (OH.) là một trong những chất oxy hóa mạnh nhất mà người ta từng biết đến và nó chỉ đứng sau flo mà thôi. Phản ứng Fenton diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ khoảng 5 - 20oC (nếu nhiệt độ quá cao H2O2 dễ phân hủy) và độ pH nhỏ hơn 3 (nếu cao hơn, FeIII sẽ kết tủa). Trong trường hợp nước thải có độ pH trung hòa, người ta phải dùng một số loại tạo chelat như EDTA, DTPA... để duy trì xúc tác sắt ở trong dung dịch. áp dụng nguyên lý phản ứng Fenton người ta có thể dùng nguồn ánh sáng cực tím hay dùng điện phân cùng kết hợp với H2O2.Trong thực tế để xử lý nước thải ô nhiễm người ta có thể dùng các bình phản ứng hay xử lý tại chỗ. Trong trường hợp xử lý tại chỗ mà nước thải ngấm vào đất thì sau đó phải xúc bỏ phần đất nhiễm bẩn đi để tránh tình trạng các chất bẩn ngấm vào các mạch nước ngầm. SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 12 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Phương pháp oxi hóa sử dụng phản ứng Fenton đạt hiệu quả phá hủy chất ô nhiễm rất cao. Đối với nước thải ngành sản xuất sơn, hiệu quả xử lý COD đạt khoảng 80%. 2. Lựa chọn công nghệ xử lý Do thành phần nước thải sản xuất sơn có thành phần COD và SS cao. Mặt khác, nước thải nhà máy sơn gồm các chất tạo màng, dung môi, bột màu có khả năng gây ô nhiễm với độ phân tán, độ bền nhiệt động học, hoạt tính hóa học khác nhau, có độ độc cao, màu sắc, mùi đặc biệt nên quá trình xử lý cần kết hợp các phương pháp hóa học, hóa lý, và sinh học.     2.1. Yêu cầu công nghệ Nước thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn đầu ra theo QCVN 24: 2009/BTNMT (Loại B) Lưu lượng đầu vào, các chất có trong thành phần nước thải.. Đảm bảo điều kiện mặt bằng và địa chất thủy văn khi xây dựng. Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý. 2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ: SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 13 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Nước thải đầu vào SCR Hố thu gom Máy thổi khí DD H2SO4 Phèn nhôm + PAA Bể Điều hòa Bể Lắng I Bùn Bể Keo Tụ Tạo Bông Bùn Bể Lắng Dd H2SO4 FeSO4.7H2O H2O2 + MnSO4 Dd NaOH Bùn Máy ép bùn Bùn tuần hoàn Dinh dưỡng Máy thổi khí Bể nén bùn Bể Oxi-hóa Fenton Bể Lắng Trung Hòa Nước tách bùn Bể Aerotank Bánh bùn Bể Lắng II Nguồn tiếp nhận 2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ: SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 14 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Nước thải từ các công đoạn trong nhà máy được dẫn qua song chắn rác để loại bỏ các tạp chất thô (nhãn mác, bao bì, …) rồi dẫn vào hố thu gom. Tại đây, nước thải được bơm tiếp tục sang bể điều hoà để điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm đảm bảo cho các công trình xử lý phía sau. Sau đó, nước thải được dẫn qua bể lắng I nhằm loại bỏ các cặn cứng (cát), cặn lơ lững và các bông cặn, cũng như giảm thiểu một phần BOD5, COD. Tiếp đó nước thải được dẫn sang hệ thống bể keo tụ tạo bông gồm bể trộn và bể tạo bông. Nước thải được bổ sung axit H2SO4 để giảm pH xuống còn 7,5 đảm bảo điều liện tối ưu cho quá trình keo tụ diễn ra. Tại bể trộn, nước thải được châm axit, chất keo tụ phèn nhôm, có bổ sung thêm PAA (nhằm tăng hiệu suất quá trình lắng), khuấy trộn rồi đi vào bể tạo bông gồm 3 ngăn. Tại bể keo tụ khử được một phần COD, BOD5, và độ màu, độ đục có trong nước thải. Sau khi qua bể keo tụ thì nước thải được dẫn sang bể lắng cấp I để lắng tách các bông keo. Lúc này hàm lượng COD, BOD5, SS trong nước thải giảm một lượng đáng kể. Tuy nhiên hàm lượng COD vẫn còn cao. Do đó, nước thải tiếp tục được châm axit H2SO4 để làm giảm pH xuống còn 3 nhằm tạo điều kiện thích hợp để đi vào bể oxi hóa bằng hệ chất Fenton nhằm oxi hóa các hợp chất vô cơ, các hợp chất khó phân hủy thành dễ phân hủy tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo. Lúc này, ta bổ sung thêm chất oxi hóa H2O2 và xúc tác KMnO4 và FeSO4.7H2O để phản ứng oxi hóa diễn ra. Sau đó, nước được dẫn vào bể lắng trung hòa nhằm vừa lắng bùn từ bể oxi hóa vừa đưa pH về trung tính đề đi vào bể Aerotank xử lý các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, nước thải ra được đi qua bể lắng II để lắng bùn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Bùn thải từ bể lắng II một phần được tuần hoàn trở lại bể Aerotank, phần còn lại sẽ cùng với bùn thải từ các bể lắng cấp I , keo tụ, và bể oxi hóa được đưa sang bể nén bùn, lọc ép bùn. Tại đây, nước tách bùn được tuần hoàn lại cho vào hố thu gom . Bùn từ nước thải sơn có tính độc cao sẽ được mang đi chôn lấp hoặc xử lý bằng phương pháp đốt. SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 15 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Chương 3 TÍNH TOÁN 1. Các thông số đầu vào:  Nước thải đầu vào: • Lưu lượng nước thải: Q = 300 m3/ngày_đêm • Lưu lượng giờ trung bình: Qhtb = 12,5 m3/h • Lưu lương giây trung bình: Qstb = 3,47x10-3 m3/s = 3,47 l/s Bảng 3.1 : Hệ số không đều hòa chung K0 Hệ số khôngđiều Lưu lượng nước thải trung bình qtb (l/s) 5 10 20 50 100 300 500 1000 ≥ 5000 hoà chung K0 K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 Ghi chú: Khi lưu lượng trung bình của nước thải nhỏ hơn 5 l/s thì K0 lấy bằng 5. (nguồn: Tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN-51:2008) tb • Vì Qs = 3,47 l/s < 5 l/s nên lấy K0max = 5 • Lưu lương giờ lớn nhất Qhmax= Qhtb * K0max = 12,5 x 5 = 62,5 m3/h  Trạm xử lý làm việc 24/24h, nên lưu lượng bơm bằng lưu lượng giờ trung bình : Qb = Qhtb = 12,5 m3/h  Các thành phần ô nhiễm chính từ nhà máy sản xuất sơn nước: STT THÔNG Nồng độ đầu vào Nồng độ đầu ra SỐ Ô QCVN24:2009 NHIỄM (Kf = 1,1, Kq = 1) 1 2 3 pH BOD5 COD 8,5 588 mg/l 5632 mg/l 5,5-9 55 110 4 5 SS Độ đục 2864 mg/l 5600 110 - SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 16 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm 2.Tính toán các công trình: 2.1. Song chắn rác: 2.1.1 Nhiệm vụ Song chắn rác: tách các loại rác và các tạp chất thô có kích thước lớn ở trong nước thải trước khi đưa nước thải vào các công trình xử lý phía sau. Việc sử dụng song chắn rác sẽ tránh hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và hư hỏng bơm do rác gây ra. 2.1.2 Tính toán Bảng 3.2 Các thông số tính toán cho song chắn rác làm sạch bằng thủ công Thông số Đơn vị Làm sạch thủ công Kích thước song chắn mm 5 ÷ 15 + Rộng mm 25÷ 38 + Dài Khe hở giữa các thanh mm 25÷ 50 Độ dốc theo phương đứng độ 30÷ 45 Tốc độ dòng chảy trong mương đặt song chắn m/s 0,3-0,6 Tổn thất áp lực cho phép mm 150 (Nguồn:Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - tính toán thiết kế công trình , Lâm Minh Triết) • Chọn tốc độ dòng chảy trong mương: vs = 0,3 m/s • Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bẩn: H = 0,7 • Chọn kích thước mương: rộng x sâu = B x H = 0,3m x 0,7m • Chiều cao lớp nước trong mương là: Qhmax 62,5 h= = = 0,19 m 3600 × v s × B 3600 × 0.3 × 0,3 Chọn kích thước thanh rộng x dày = b x d = 5mm x 25mm và khe hở giữa các thanh w = 25mm  Tính toán kích thước song chắn rác • Giả sử song chắn rác có n thanh, vậy số khe hở m = n+1 • Mối quan hệ giữa chiều rông mương, chiều rộng thanh và khe hở giữa các thanh w = 25mm như sau: B = n x b + (n+1) x w  300 = n x 5 + (n+1) x 25 Giải ra ta tìm được n = 9,17 SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 17 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Chọn số thanh n = 9  ta có thể điều chỉnh khoảng cách giữa các thanh lại như sau: 300 = 9 x 5 + (9+1) x w  w = 25,5 mm  Tính tổn thất áp lực qua song chắn rác • Tổng tiết diện các khe song chắn: A = (B – b x n) x h Trong đó: B – chiều rộng mương đặt song chắn rác b – chiều rộng thanh song chắn, b = 5mm = 0,005m n – số thanh, n = 9 H– chiều cao lớp nước trong mương, h = 0,19  A = (0,3 – 0,005 x 9) x 0,19 = 0,0485 m2. • Vận tốc dòng chảy qua SCR: Qhmax 62,5m 3 / h V= = = 0,358m / s A 3600s / h × 0.0485m 2 • Tổn thất áp lực qua SCR: 1 V 2 − v s 1 0,358 2 − 0,32 hL = × = × = 2,77 × 10 −3 m = 2,77mm < 150mm 0,7 2 × g 0.7 2 × 9,81 • Chiều cao xây dựng của SCR: Htc = H + hL + 0,5(m) = 0,19 + 2,77x10-3 + 0,5 ≈0,7 m Bảng 3.3 Tổng hợp tính toán SCR Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Tốc độ dòng chảy trong mương vs m/s 0,3 3 Lưu lượng giờ lớn nhất m /h 62,5 Qhmax Chiều rộng mương Chiều sâu mương Chiều cao lớp nước trong mương Bề rộng thanh Bề dày thanh Khe hở giữa các thanh Số thanh Vận tốc dòng chảy qua song chắn Tổn thất áp lực qua song chắn Chiều cao xây dựng của SCR SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 B H h b d w n V hL Htc mm mm mm mm mm mm mm m/s mm m 300 700 190 5 25 25,5 9 0,358 2,77 0,7 - 18 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm 2.2 Hố thu gom 2.2.1. Nhiệm vụ Hố thu gom nước thải, thu gom triệt để lượng nước thải của nhà máy và đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho bơm hoạt động an toàn. Đảm bảo lưu lượng cố định cho công trình phía sau hoạt động với hiệu suất cao. 2.2.2. Tính toán  Thể tích hố thu nước • Lưu lượng giờ lớn nhất: Qhmax= 62,5 m3/h V = Qhmax × t = 62,5 × 10 = 10,5m 3 60 Trong đó: Qhmax: Lưu lượng giờ lớn nhất của dòng thải qua SCR , m3/h. t: Thời gian lưu nước, t = 10- 30 phút, chọn t = 10 phút. • Chọn chiều sâu hữu ích h = 2m, chiều cao an toàn lấy bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng hf = 0,7m. Vậy chiều sâu tổng cộng : H = h + hf = 2m + 0,7m =2,7m • Chọn hố thu gom hình vuông, chiều dài cạnh hố thu gom là : a= • V 10,5 = = 2,3m h 2 Vậy thể tích hố thu gom là : V = 2,3m x 2,3m x 2,7m = 14,3 m3  Tính toán bơm hút nước thải Chọn bơm chìm có lưu lượng Qb = Qhtb = 12,5 m3/h.. Cột áp của bơm Hb=5m. N= Qstb .ρgH 0.00347 × 1000 × 9,81 × 5 = = 0,21 (kW) 1000η 1000 × 0,8 Trong đó Qstb: Lưu lượng nước thải, Qstb= 3,47 x 10-3 m3/s H: Chiều cao cột áp, H = 10 m 3 ρ: Khối lượng riêng của nước (kg/m ) : Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93 , chọn η = 0,8 η  Công suất bơm thực: (lấy bằng 120% công suất tính toán) SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 19 - ĐAMH :Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sơn nước công suất 300m3/ngày đêm Nthực = N x 1,2 = 0,21 x 1,2 = 0,252 kW Chọn 2 bơm EBARA, ký hiệu DW VOX 75 có công suất 0,55 KW, cột áp H = 6,3 m, hoạt động luân phiên. Bảng3.4 tổng hợp tính toán hố thu gom Thông số thiết kế Ký hiệu Đơn vị Giá trị Htc m 2,7 Chiều cao xây dựng bể L m 2,3 Chiều dài bể B m 2,3 Chiều rộng bể 3 V m 14,3 Thể tích bể Nthực kW 0,252 Công suất bơm 2.3 Bể điều hòa: 2.3.1 Nhiệm vụ: • Giảm bớt sự dao động của chất bẩn trong nước thải do quá trình sản xuất thải ra không đều. • Ổn định lưu lượng nước thải, giúp giảm kích thước, tiết kiệm hóa chất để trung hòa nước thải và nâng cao hiệu suất xử lý của các công trình phía sau. • Trong bể điều hòa thường bố trí hệ thống khuấy trộn hoặc hệ thống sục khí nhằm tạo sự xáo trộn đều các chất ô nhiễm trong toàn bộ thể tích nước thải, tránh việc lắng cặn, lên men tạo mùi hôi, bên cạnh đó cũng giúp oxi hóa một phần chất hữu cơ. • Nước thải sản xuất sơn dao động với hệ số không điều hoà K cao nên việc xây dựng bể điều hoà để các công trình xử lý nước thải tiếp theo hoạt động hiệu quả và kinh tế hơn . 2.3.2. Tính toán:  Thể tích bể điều hoà V = Qhtb × t = 12,5 × 4 = 50m 3 Trong đó: Qhtb: Lưu lượng trung bình giờ, Qhtb= 12,5 m3/h t: Thời gian lưu nước trong bể điều hoà (4-8 giờ), Chọn t = 4giờ  Kích thước xây dựng của bể điều hoà • Chọn chiều cao làm việc là : h = 3(m), chiều cao bảo vệ hbv = 0,5(m) • Diện tích ngang của bể điều hoà: SVTH: Phạm Kỳ Minh MSSV: 90604245 - 20 -