Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m 3 /ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn MỤC LỤC MỤC LỤC..................................................1 LỜI NÓI ĐẦU..............................................2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN.....................................4 I.1. Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam:................................................4 I.2. Đặc điểm của quá trình mạ điện:.....................5 I.3. Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ:..........13 I.4. Ảnh hưởng do chất ô nhiễm gây ra...................21 CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH MẠ ĐIỆN...........................................24 II.1. Các biện pháp giảm thiểu:.........................24 II.2. Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện:....27 CHƯƠNGIII: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN. . .31 III.1. Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý:.............31 III.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn:........38 III.3. Giới thiệu các thiết bị chính:...................48 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN....................................................50 IV.1. Nước thải nhà máy và xử lý nước thải phân xưởng mạ: ........................................................50 IV.2. Tính toán các thiết bị chính của hệ thống xử lý nước thải:...................................................53 IV.3. Tính và chọn các thiết bị khác:...................90 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN.......................................................................................4
I.1. Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam:.......................4
I.2. Đặc điểm của quá trình mạ điện:...........................................................................5
I.3. Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ:......................................................13
I.4. Ảnh hưởng do chất ô nhiễm gây ra......................................................................21
CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH MẠ ĐIỆN......................................................................................................24
II.1. Các biện pháp giảm thiểu:..................................................................................24
II.2. Các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ điện:..........................................27
CHƯƠNGIII: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN......31
III.1. Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý:................................................................31
III.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp lựa chọn:....................................................38
III.3. Giới thiệu các thiết bị chính:.............................................................................48
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN..............................................................................................................................50
IV.1. Nước thải nhà máy và xử lý nước thải phân xưởng mạ:................................50
IV.2. Tính toán các thiết bị chính của hệ thống xử lý nước thải:............................53
IV.3. Tính và chọn các thiết bị khác:.........................................................................90
CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CHI PHÍ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI.................................................................................................101
V.1. Chi phí ước tính của toàn bộ hệ thống xử lý:..................................................101
V.2. Mặt bằng xây dựng:...........................................................................................105
V.3. Hiệu quả chi phí và lợi ích thu được khi lắp đặt hệ thống.............................105
V.4. Vận hành hệ thống và sự cố trong quá trình hoạt động.................................106
KẾT LUẬN.................................................................................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................109
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 1
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 2
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
LỜI NÓI ĐẦUMôi trường sống – cái nôi của nhân loại đang ngày càng ô nhiễm trầm trọng cùng với
sự phát triển của xã hội. Bảo vệ môi trường là mối quan tâm không chỉ của một quốc
gia nào, là nghĩa vụ của toàn cầu và của Việt Nam nói riêng.
Quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước làm cho môi trường tại các khu
công nghiệp và đô thị lớn bị suy giảm nghiêm trọng, là mối lo ngại cho các cơ quan
quản lý nhà nước cũng như toàn thể dân cư trong khu vực.
Ô nhiễm môi trường nói chung và tình trạng môi trường do nước thải công nghiệp nói
riêng là một trong những vấn đề quan trọng đặt ra cho nhiều quốc gia. Cùng với sự
phát triển của công nghiệp, môi trường ngày càng phải tiếp nhận nhiều các yếu tố độc
hại. Riêng nguồn nước thải công nghiệp mạ đã có thành phần gây ô nhiễm trầm trọng
như: crom, niken, đồng, kẽm, xianua, ... là một trong những vấn đề đang được quan
tâm của xã hội.
Hiện nay, tại nhiều cơ sở mạ, vấn đề môi trường không được quan tâm đúng mức, chất
thải sinh ra từ các quá trình sản xuất và sinh hoạt không được xử lý trước khi thải ra
môi trường nên gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Kết quả phân tích chất lượng nước
thải của các cơ sở mạ điện điển hình cho thấy: hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu
chuẩn nước thải cho phép, chỉ tiêu kim loại nặng vượt nhiều lần cho phép, thành phần
của nước thải có chứa cặn, sơn, dầu nhớt, ... Vì vậy, đầu tư vào công tác bảo vệ môi
trường là vấn đề cấp bách của doanh nghiệp để có thể đảm bảo sự phát triển bền vững
trong tương lai của chính doanh nghiệp.
Đến nay trên thế giới đã có nhiều phương pháp xử lý nước thải mạ điện được đưa ra
như: phương pháp trao đổi ion, phương pháp điện hoá, phương pháp hoá học, phương
pháp hấp phụ, phương pháp vi sinh,…Tuy nhiên khả năng áp dụng vào thực tế của các
phương pháp này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: hiệu quả xử lý của từng phương pháp,
ưu nhược điểm, và kinh phí đầu tư,... Do đó, việc lựa chọn phương pháp xử lý và thiết
kế hệ thống xử lý chất thải thích hợp cho cơ sở mạ điện là nhiệm vụ của một kỹ sư môi
trường, đáp ứng yêu cầu của các doanh nghiệp về hệ thống xử lý với giá thành có thể
chấp nhận được.
Để giúp các doanh nghiệp lựa chọn hệ thống xử lý nước thải cho cơ sở mạ điện, đồ án
“Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công xuất 200 m3/ngày”
đã được thực hiện với mục đích thiết kế hệ thống xử lý với hiệu quả cao và chi phí hợp
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 3
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
lý. Tuy nhiên việc lựa chọn phương án thích hợp và khả thi đối với nhà máy cụ thể còn
tuỳ thuộc vào tính chất của dòng thải, mặt bằng xây dựng, điều kiện khí tượng thuỷ văn
nguồn nước, tiêu chuẩn nước thải cho phép tại địa phương và điều kiện kinh tế kỹ thuật
của cở sở sản xuất.
Nội dung đề tài gồm những phần chính sau:
Chương I: Tổng quan về công nghiệp mạ và các vấn đề về môi trường.
Chương II: Các biện pháp giảm thiểu và xử lý nước thải ngành mạ.
Chương III: Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải ngành mạ điện và cơ sở lý thuyết của
phương pháp.
Chương IV: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải.
Chương V: Phân tích hiệu quả chi phí và xây dựng hệ thống xử lý nước thải.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 4
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP MẠ ĐIỆN VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG LIÊN QUAN
I.1. Tình hình phát triển của ngành mạ trên Thế Giới và Việt Nam:Phương pháp mạ điện được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1800 bởi giáo sư tạo một
lớp phủ bên ngoài kim loại khác. Tuy nhiên lúc đó người ta không quan tâm lắm đến
phát hiện của Luigi Brungnatelli mà mãi sau này, đến năm 1840, khi các nhà khoa học
Anh đã phát minh ra phương pháp mạ với xúc tác Xyanua và lần đầu tiên phương pháp
mạ điện được đưa vào sản xuất với mục đích thương mại thì công nghiệp mạ chính
thức phổ biến trên thế giới. Sau đó là sự phát triển của các công nghệ mạ khác như: mạ
niken, mạ đồng, mạ kẽm, … Những năm 1940 của thế kỷ XX được coi là bước ngoặc
lớn đối với ngành mạ điện bởi sự ra đời của công nghiệp điện tử. [1]
Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp hóa chất và sự hiểu
biết sâu rộng về lĩnh vực điện hóa, công nghiệp mạ điện cũng phát triển tới mức độ
tinh vi. Sự phát triển của công nghệ mạ điện đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát
triển không chỉ của ngành cơ khí chế tạo mà còn của rất nhiều ngành công nghiệp
khác.
Xét riêng cho khu vực Đông Nam Á, sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, một loạt các cơ
sở mạ điện quy mô vừa và nhỏ đã phát triển mạnh mẽ và hoạt động một các độc lập.
Sự phát triển lớn mạnh của những cơ sở mạ điện quy mô nhỏ này là do nhu cầu đáp
ứng việc nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành công nghiệp vừa và nhẹ.
Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của ngành cơ khí, ngành công nghiệp mạ điện
được hình thành từ khoảng 40 năm trước và đặc biệt phát triển mạnh trong giai đoạn
những năm 1970 – 1980. Các cơ sở mạ của Việt Nam hiện nay tồn tại một các độc lập
hoặc đi liền với các cơ sở cơ khí, dưới dạng công ty cổ phần, công ty tư nhân và công
ty liên doanh với nước ngoài. Các cơ sở này hầu hết có quy mô vừa và nhỏ, số ít có
quy mô lớn, được tập trung ở các thành phố lớn với sản phẩm chủ yếu được mạ đồng,
crom, kẽm, niken, ... Ngoài ra các loại hình mạ điện đặc biệt như mạ cadimi, mạ thiếc,
mạ chì, mạ sắt và mạ hợp kim cũng được phát triển để đáp ứng nhu cầu của các ngành
công nghiệp hiện đại.
Để hiểu rõ hơn về công nghiệp mạ điện ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu về bản chất và quy
trình công nghệ của nó.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 5
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
I.2. Đặc điểm của quá trình mạ điện:I.2.1. Nguyên lý của quá trình mạ điện:
Theo định nghĩa, mạ điện chính là quá
trình ôxy hóa xảy ra trên bề mặt các
điện cực, cụ thể là bề mặt điện cực âm
(catốt), các cation (ion kim loại) nhận
điện tích từ điện cực trở thành các
nguyên tử kim loại.
Nói cách khác, mạ điện cũng chính là
một quá trình điện phân, trong đó anot
xảy ra quá trình oxy hoá (hoà tan kim
loại hay giải phóng khí oxy), Hình I.1 – Sơ đồ nguyên lý quá trình mạ
còn catot xảy ra quá trình khử (khử ion kim loại từ dung dịch thành lớp kim loại bám
trên vật mạ hay quá trình giải phóng hydro ...) khi có dòng điện một chiều đi qua chất
điện phân (dung dịch mạ). [2]
Tại Catot:
Thực tế quá trình trên xảy ra theo nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như sau:
1. Cation hydrat hoá Mn+.mH2O di chuyển từ dung dịch đến bề mặt catot.
2. Cation mất vỏ hydrat hoá (mH2O) và tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot.
3. Điện tử (e) từ Catot điền vào lớp điện tử hoá trị của cation, tạo thành nguyên
tử kim loại trung hoà ở dạng hấp phụ:
Các nguyên tử kim loại này sẽ tạo mầm tinh thể mới hoặc tham gia vào việc
nuôi mầm tinh thể đã sinh ra trước đó. Mầm này sẽ phát triển dần thành tinh thể.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 6
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
4. Tinh thể liên kết với nhau thành lớp mạ [2]
Tại Anot: Anot được sử dụng trong mạ điện thường là anot tan có tác
dụng
cung cấp ion Mn+ cho dung dịch bù vào lượng Mn+ đã bám vào catot thành lớp mạ và
chuyển điện trong mạch điện phân. Anot thường là kim loại cùng loại với lớp mạ. Ta
có phản ứng:
Tốc độ chung của quá trình tại catot nhanh hay chậm là do tốc độ chậm nhất của một
trong các giai đoạn trên quyết định.
Nếu khống chế các điều kiện điện phân tốt để cho hiệu suất dòng điện của hai phản
ứng (1) và (2) bằng nhau thì nồng độ ion Mn+ trong dung dịch sẽ luôn không đổi. Một
số trường hợp dùng anot trơ (không tan), nên ion kim loại được định kì bổ sung dưới
dạng dung dịch muối vào bể mạ, lúc đó phản ứng chính trên anot chỉ giải phóng oxy.
Trong mạ điện, dung dịch điện giải phóng thường sử dụng là muối đơn (như mạ đồng
từ dung dịch CuSO4, mạ kẽm từ dung dịch ZnSO4 ...) hoặc muối phức (như dung dịch
phức amoni, dung dịch phức hydroxit ...). Ngoài ra còn phải sử dụng một số dung dịch
và phụ gia khác như chất dẫn điện, chất đệm, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bóng...
Chất lượng lớp mạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ dung dịch mạ và tạp chất,
các chất phụ gia, pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dạng của vật mạ, của anot, của
bể mạ, các chế độ thủy động của dung dịch.... Vì vậy để duy trì được chất lượng của
lớp mạ tốt cần kiểm soát nồng độ của dung dịch mạ và giữ được dải mật độ dòng điện
thích hợp.
Nhờ các lớp bề mặt mạ mà các vật được mạ có thêm nhiều tính chất như: tính chất bền
hóa học, bền ăn mòn, bền cơ học, tăng độ dẫn điện, dẫn từ, tăng độ cứng, dẻo. Mạ có
thể tiến hành với các chi tiết có kích thước từ cực nhỏ của kĩ thuật vi điện tử đến cực
lớn của các ngành công nghiệp chế tạo máy, xây dựng, vô tuyến viễn thông, thiết bị y
tế và đồ gia dụng. Việc chuyên môn hóa sử dụng các quy trình mạ trong các kĩ thuật
tạo mẫu bằng đúc điện đã đưa đến chỗ sản xuất được những công cụ và sản phẩm mà
phương pháp chế tác cổ truyền nhiều khi không làm được một cách tinh tế. Có thể nói
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 7
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
sản phẩm của ngành công nghiệp mạ điện đã và đang thỏa mãn dần dần nhu cầu ngày
càng cao của thị trường.
Hiện nay ở Việt Nam tồn tại hai công nghệ mạ là mạ điện và mạ nóng chảy, trong đó
mạ điện phổ biến hơn cả, gần 90% cơ sở sản xuất sử dụng công nghệ này. Do đó, ta sẽ
chủ yếu đề cập tới các loại hình mạ điện trong mạ. Các loại hình mạ trong mạ điện bao
gồm: mạ kẽm, mạ Niken, mạ đồng, mạ thiếc, mạ Crom, mạ vàng, mạ hợp kim, ... [2]
* Mạ kẽm: Mạ kẽm thường được sử dụng để tạo lớp trang trí hay bảo vệ cho sắt
thép. Do thế điện động tiêu chuẩn của kẽm nhỏ hơn sắt nên khi bị ăn mòn thì lớp kẽm
bị ăn mòn trước. Lớp kẽm dẻo, dễ kéo, dễ dát mỏng. Sản phẩm mạ kẽm thường gặp
như chi tiết ốc vít, tôn lợp nhà, đường ống nước, dây thép (dây kẽm)... Mạ kẽm thường
phân loại theo hóa chất sử dụng: dung dịch axit, dung dịch xyanua, dung dịch borat,
dung dịch amoniac, dung dịch poryphotphat... Mỗi dung dịch sử dụng trong quá trình
mạ lại có một ứng dụng và ưu nhược điểm riêng.
* Mạ Niken: Niken là một kim loại màu trắng bạc, hơi mềm. Lớp mạ niken dẻo,
dễ đánh bóng tạo độ bóng rất cao và bền nhờ màng thụ động mỏng, chịu được các điều
kiện khắc nghiệt của axit, kiềm và muối. Mạ Niken lên sắt thép nhằm bảo vệ vật mạ
không bị ăn mòn do thế tiêu chuẩn của Niken thường cao hơn thế tiêu chuẩn của sắt.
Để cho vật mạ bền người ta thường mạ 2 hoặc 3 lớp có tác dụng lót và gắn chặt Niken
với kim loại nền, làm cho lớp mạ Niken bền hơn. Mạ niken thường ứng dụng nhiều
trong công nghiệp: mạ bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường xâm thực mạnh, mạ
chịu mài mòn, mạ khuôn in, các chi tiết xe hơi, xe đạp, xe máy... Hiện nay, tại các cơ
sở sản xuất thường sử dụng phương pháp mạ Niken bóng
Mạ Niken có nhiều phương pháp khác nhau
Mạ Niken trong dung dịch axit
Mạ Niken bóng
Mạ Niken đen
Mạ Niken đặc biệt khác
* Mạ Crom: Crom là kim loại cứng, trắng, thế tiêu chuẩn của Crom thấp hơn
sắt. Vì vây, đáng lẽ ra crom dễ bị ăn mòn hơn sắt song trên bề mặt của crom có lớp oxit
rất bền trong môi trường vì thế nên mạ Crom bền trong môi trường xâm thực, rất bền
trong khí quyển. Lớp mạ Crom có độ bóng cao, màu sáng, có ánh xanh, crom rất dễ mạ
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 8
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
lên các kim loại như sắt, đồng, niken, chì, kẽm, do đó crom được sử dụng trong mạ
trang trí, mạ bảo vệ (phụ tùng xe hơi, xe gắn máy, xe đạp, đồ gia dụng). Mạ crom còn
được sử dụng nhiều trong mạ các chi tiết chính xác, làm tăng độ mài mòn như mạ
khuôn đúc, khuôn dập, khuôn in, các chi tiết chịu mài mòn.
* Mạ đồng: Lớp mạ đồng có màu hồng đỏ nhưng trong không khí dễ bị rỉ do
tác dụng với oxy và axit cácbonic, tạo ra rỉ có màu xanh. Mạ đồng thường dùng trong
mỹ thuật làm lớp mạ lót trang trí, lớp mạ bảo vệ các chi tiết thép khỏi bị thấm cacbon,
thấm nitơ... Lớp mạ đồng dùng trong kĩ thuật đúc điện làm các bản sao từ các đồ mỹ
nghệ và để tạo hình các chi tiết phức tạp. Mạ đồng được dùng rộng rãi trong các lĩnh
vực chế tạo máy và chế tạo dụng cụ. Mạ đồng có thể thực hiện từ các dung dịch mạ
khác nhau:
Mạ đồng trong dung dịch Xyanua
Mạ đồng trong dung dịch không có Xyanua
Mạ đồng trong dung dịch axit
Mạ đồng đặc biệt khác.
> Tuỳ theo kích thước của các chi tiết mạ, người ta phân biệt thành hai dạng mạ điện:
Mạ treo: được thực hiện bằng cách buộc, gá, móc hoặc vít các vật cần mạ
vào
giá dẫn điện rồi treo vào thành dẫn nối với điện cực âm của nguồn điện. Các chi tiết mạ
treo có kích thước lớn, cấu hình phức tạp hoặc đòi hỏi độ chính xác của lớp mạ cao, độ
dày lớp mạ lớn.
Mạ quay: được thực hiện với các chi tiết nhỏ, cấu hình đơn giản, không
kết
dính với nhau, không đòi hỏi lớp mạ dày,… bằng các chuông hoặc tang trống quay.
Quá trình tiếp xúc điện của các vật mạ nhờ va chạm khi quay.
So với mạ treo mật độ dòng điện trên diện tích của mạ quay nhỏ hơn. Do mạ quay
không cần gá và thời gian treo mẫu nên rất kinh tế.
Các sản phẩm của ngành công nghiệp mạ rất khác nhau về loại hình, năng suất, chất
lượng và giá thành bởi chúng hoàn toàn phụ thuộc vào từng quy trình công nghệ mạ
riêng biệt.
Ưu nhược điểm của mạ điện:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 9
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
- Ưu điểm:
Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và kiểm soát quá trình, dễ cơ khí hoá và tự động hoá,
tốc độ mạ nhanh, ít tốn hóa chất nhưng đảm bảo được tính cơ lý của lớp mạ
- Nhược điểm:
Tiêu tốn nhiều điện năng, chỉ mạ được lên những vật dẫn điện.
I.2.2. Quy trình công nghệ mạ điện:
Trong công nghiệp sản xuất dụng cụ cơ khí nói riêng và các ngành gia công chế tác nói
chung thì công nghệ mạ bao gồm 2 loại hình công nghệ chính là mạ điện và mạ nóng
chảy. Hai hình thức này tồn tại song song cùng với nhau. Tuy nhiên, về mức độ phổ
biến thì mạ điện được áp dụng phổ biến hơn so với mạ nóng chảy.
Sau đây là quy trình công nghệ của loại hình sản xuất mạ điện có kèm theo cả dòng
thải:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 10
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 11
Hình I.2: Quy trình công nghệ mạ điện kèm dòng thải
Cặn
Làm sạch bằng cơ học Bụi, rỉ
Mài nhẵn,đánh bóng Bụi kim loại
Khử dầu mỡXăng,dầu mỡ
Hơi dung môi
Nước thải chứa dầu mỡ
Làm sạch bằng phương pháp hóa học
NaOHH2SO4
Hơi axit,kiềm
Nước thải chứa axit,kiềm
Làm sạch điện hoá
Mạ đồngCuSO4
H2SO4
Mạ kẽm
Chi tiết mạ
Mạ Niken
NiSO4
H3BO3
Mạ Crom
H2SO4
CrO3
Mạ vàng,bạc
Axit,muối vàng,bạc
Nước thải chứa axit, CN-, kim loại nặng
Zn(CN)2,ZnCl2,
ZnO,NaCN,
NaOH, H3BO3
Ni2+, axit Cr6+, axit CN-, axit
CN-, muối đồng
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Hình I.3: Quy trình 1 dây chuyền mạ tại Công ty Cổ phần Khóa Minh Khai
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 12
Chi tiết
Gia công cơ khí - đột- dập tiện
Đánh bóng
Tẩy dầu mỡ hóa học
Rửa
Tẩy nhẹ
Rửa
Mạ niken mờ
Mạ niken bóng
Rửa thu hồi
Rửa
Mạ Crom
Rửa thu hồi
Rửa
Sấy
Sản phẩm
Phoi, sơn
Bụi
Hơi hóa chấtNaOH
Nước thải kiềm, dầu mỡ
Nước
H2SO4 ,1% Hơi axit
Nước Nước thải axit
NiSO4 Hơi hóa chất
NiSO4 Hơi hóa chất
Nước Nước thải axit, Ni
CrO3
H2SO4Hơi hóa chất
Nước Nước,axit Crom
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Trong công nghệ mạ điện về cơ bản bao gồm: quá trình xử lý bề mặt, quá trình mạ và
hoàn thành sản phẩm. Sơ đồ công nghệ mạ điện điển hình kèm theo dòng thải được
trình bày như sau:
a. Công đoạn xử lý bề mặt:
Trước khi chi tiết được mạ, vật cần được cắt, tiện hàn theo đúng hình dạng sản phẩm
yêu cầu của khách hàng. Sau đó chi tiết mạ cần phải cạo lớp gỉ bám trên bề mặt mục
đích làm sạch gỉ tạo mặt phăng thường dùng các bánh mài, vật liệu mài cỡ hạt to hoặc
dùng phớt mài… Sau đó các chất bẩn như dầu mỡ và bụi bám trên bề mặt được loại bỏ.
Các giai đoạn của quá trình xử lý bề mặt thường là làm sạch bằng biện pháp cơ học
như kiềm, tẩy gỉ và các phương pháp hoạt hóa bề mặt khác. Sự sắp xếp các công đoạn
từ gia công bề mặt đến tẩy dầu mỡ, tẩy axit, đánh bóng hóa học và điện hóa theo hệ
thống quá trình riêng biệt dựa vào yêu cầu cơ bản của các chất nếu được mạ và các quá
trình mạ tiếp theo. Dầu mỡ của các chất hữu cơ được loại bỏ bằng quá trình xà phòng
hóa với kiềm. Dầu mỡ, khoáng và xăng không thể loại bỏ bằng phương pháp này mà
phải dùng các dung môi để thực hiện như: Tricloretylen, benzen, xăng và cacbon
tetrachloride nhưng hầu hết phương pháp thực hiện tẩy dầu mỡ bằng phương pháp điện
hóa..
Tẩy gỉ được thực hiện sau tẩy dầu mỡ do trên bề mặt kim loại có một lớp mỏng phủ
bên ngoài và vì vậy phải tẩy bỏ trước khi mạ làm cho lớp mạ bám trên bề mặt tốt hơn
có thể tẩy bằng phương pháp hóa học hay điện hóa. Các chất thường được sử dụng
trong công đoạn này là HCl, H2SO4, HNO3.
b)Công đoạn mạ:
Quá trình mạ là quá trình chủ yếu nhất trong công nghệ mạ, đây là công đoạn phát sinh
ra nhiều chất thải độc hại trong nước. Các bể mạ axit thường chứa HCl, H2SO4, HNO3
các bước mạ kiềm thường chứa sunfat, cacbonat, xianua và hydroxit.
Tùy theo tính chất của dung dịch mạ mà phân ra các loại mạ khác nhau: Mạ axit, mạ
kiềm và mạ xianua
c)Công đoạn sau mạ:
Quá trình chính được thực hiện ở quá trình sau mạ là làm khô vật mạ và kiểm soát chất
lượng sản phẩm. Trong một vài trường hợp, các sản phẩm mạ có thể được yêu cầu
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 13
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
thêm như thụ động hóa, sơn phủ bề mặt hoặc làm bóng cho sản phẩm được bảo vệ tốt
hơn.
d)Công đoạn rửa:
Rửa là quá trình diễn ra trong một dải rộng các bể trong dây chuyền mạ điện, rửa để
loại các dung dịch bám trên bề mặt vật mạ, sau mỗi công đoạn để ngăn ngừa và loại bỏ
các chất cặn vào trong các bể tiếp theo. Dung dịch quá trình mạ sẽ bám vào bề mặt chi
tiết, chi tiết mạ sẽ được nhúng vào các bể rửa để loại bỏ hóa chất. Sau khi chi tiết được
làm sạch, được rửa để tránh sự trung hòa trong bể tẩy gỉ. Sau khi chi tiết mạ đi ra khỏi
bể tẩy gỉ sẽ được rửa để tránh sự xuất hiện vết trên bề mặt và vật mạ có thể đổi màu.
Đây là công đoạn phát sinh lượng nước thải lớn nhất và gần như chiếm toàn bộ quá
trình.
I.3. Các vấn đề môi trường trong công nghệ mạ:I.3.1. Nước thải:
a) Nguồn nước thải:
Nguồn nước thải từ khâu sản xuất của các xí nghiệp rất đa dạng và phức tạp, nó phụ
thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, chất
lượng sản phẩm... Nước thải từ khâu sản xuất trong các xí nghiệp thường chia làm 2
loại: nguồn thải từ quá trình mạ và quá trình làm sạch bề mặt chi tiết. Chúng khác nhau
cơ bản về lưu lượng và nồng độ.
*Nước thải từ quá trình mạ:
Dung dịch trong bể mạ có thể bị rò rỉ, rơi vãi hoặc bám theo các gá mạ và các chi tiết
ra ngoài. Các bể mạ sau một thời gian vận hành cần phải được vệ sinh thải các chất
bẩn, cặn... Do đó, phát sinh lượng nước thải tuy không nhiều nhưng chất ô nhiễm đa
dạng, nồng độ chất ô nhiễm cao (Cr+6, Ni+2, CN-).
* Nước từ quá trình làm sạch bề mặt chi tiết:
Trên bề mặt kim loại thường có dầu mỡ bám vào do các giai đoạn bảo dưỡng và đánh
bóng cơ học. Để đảm bảo chất lượng lớp mạ các chi tiết trước khi mạ cần được làm
sạch bề mặt bằng các phương pháp tẩy dầu mỡ hóa học, dùng dung môi hoặc điện hóa.
Vì vậy lượng nước thải phát sinh trong quá trình này nhiều nhưng nồng độ chất ô
nhiễm nhỏ chủ yếu là kiềm, axit và dung dịch.
b) Đặc tính chung của nước thải công nghiệp mạ:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 14
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Một trong những đặc tính cơ bản của nước thải ngành công nghiệp mạ điện là có lưu
lượng dao động trong khoảng rất rộng tùy thuộc vào loại hình sản xuất, dây chuyền
công nghệ, thành phần nguyên vật liệu, yêu cầu đối với chất lượng sản phẩm...
Không chỉ có lưu lượng dao động trong khoảng rộng, nước thải ngành công nghiệp mạ
điện còn có đặc tính và thành phần các chất ô nhiễm biến đổi rất phức tạp. Bảng sau
trình bày đặc tính cơ bản và thành phần các chất ô nhiễm của nước thải tại một số cơ sở
mạ điện ở Việt Nam [6].
Bảng I.1: Nước thải mạ điện tại một số nhà máy ở Hà Nội
Một số nhà máy ở Hà Nội có phân
xưởng mạ
Nhiệt độ
(0C)pH
Thành phần (mg/l)
Cr6+ Ni2+
Nhà máy dụng cụ cơ khí xuất
khẩu23,5 – 25 2,2– 6,7 1.1 – 6,6 0,1 – 0,45
Nhà máy cơ khí chính xác 24,3 2,9 – 12 0,21 – 14,8 0,5 – 20,1
Nhà máy khóa Minh Khai ( trước
khi qua hệ thống xử lý)21 – 23 6,3– 7,5 5 – 20 0,1 – 48
Nhà máy điện cơ thống nhất 23,4 5,82 3 – 10 0,2 – 6,05
Nhà máy khóa Việt Tiệp 20 – 22 4,0 6,0 50,2
QCVN 24: 2009/BTNMT
(B)≤ 40 5,5 – 9 0,1 0,5
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 15
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Bảng I.2: Lưu lượng và thành phần đặc trưng của các loại nước thải Công ty Cổ phần
Vậy lượng hóa chất Na2SO3 cần thiết bổ sung để xử lý 7,5m3 nước thải là:
909 x 7,5 = 6817,5 (g/h) 6,818 (kg/h)
Khối lượng riêng của nước ở 25°C là: [14]
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 60
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Khối lượng riêng của Na2SO3 là: [14]
Khối lượng riêng của dung dịch Na2SO3 x% là:
[14]
Khối lượng riêng của Na2SO3 20% ở 25°C
=> ρdd= 1195,52(kg/m3)
Lượng dung dịch Na2SO3 được cấp vào bể là:
Lượng Na2SO3 được bơm vào bể khử Cr bằng bơm định lượng và trong bể khử Cr phải
lắp đầu dò pH nhằm kiểm soát được pH của phản ứng luôn ở pH =2,5- 3.
Tính kích thước thùng chứa Na2SO3:
Lượng Na2SO3 cần thiết bổ sung vào bể khử Cr6+ là 5,7(l/h)
Na2SO3 sẽ được pha dưới dạng dung dịch với nồng độ 20%
=> Lượng dung dịch Na2SO3 cần bổ sung vào bể khử Cr trong 1 ngày là:
5,7.8 = 45,6 (l/ngày)
Với lưu lượng nước thải cần xử lý là 60 m3/ngày => Lượng Na2SO3 cần thiết cho một
ngày tương ứng là 45,6 lít.
Ta không xây dựng bể chứa Na2SO3 mà chọn loại thùng hình trụ tròn bằng nhựa , kín
để đảm bảo an toàn hóa chất. Phía trên thùng có lắp cánh khuấy để pha hóa chất. Mỗi
thùng có bơm định lượng để bơm hóa chất vào các bể phản ứng.
VNa2SO3= 45,6 lit → Chọn loại bình 50 lit .
Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày.
c) Tính toán kích thước bể khử Cr (VI):
Vr = Q. (m3)
Trong đó:
Q : tổng lưu lượng nước thải và lưu lượng hóa chất sử dụng (m3/h).
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 61
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
: thời gian phản ứng ở thiết bị khử Cr6+ thành Cr3+ (h).
Để phản ứng xảy ra với hiệu quả cao nhất ta chọn thời gian phản ứng là =30’ [6]. Do
dòng thải mạ Cr có môi trường axit, nên khi cần mới bổ sung thêm axit cho phản ứng
khử Cr (VI).
Lưu lượng các dòng vào bể:
Q = QCr + Qdd
Với QCr: lưu lượng dòng thải Cr, QCr = 7,5 (m3/h)
Qdd: lượng hóa chất Na2SO3 ; Qdd = 5,7.10-3 (m3/h).
Thay các thông số trên vào công thức ta có lưu lượng các dòng vào bể 7,51 m3/h.Thể tích cần thiết của bể khử Cr là: V = 3,75m3. Chọn hệ số dư là k = 1,2 xác định được thể tích của bể phản ứng khử là ~ 4,5m3.Xây dựng bể hình tròn. Chọn chiều cao bể là 2,5m, chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,2 m
Khi đó bán kính bể là:
Bể được xây dựng bằng bê tông, có lót nhựa composit, chịu được axit, chịu được mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để trộn đều hóa chất.Nước thải được đưa vào bể từ dưới, hóa chất được bổ sung vào ở giữa bể bằng bơm
định lượng. Bể được làm bằng bê tông, trong có lót nhựa composit, chịu được axit,
chịu được mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất.
d) Tính toán cánh khuấy của bể khử:
Cánh khuấy có tác dụng tăng cường quá trình hòa trộn trong bể khử. Chọn cánh khuấy
chân vịt, loại cánh khuấy này thích hợp với độ nhớt không cao và có số vòng quay lớn.
+) Các thông số cánh khuấy chân vịt [14]:
- Số cánh khuấy: 3
- D/d = 3
- S/d = 1,5
- b = 0,1D
Trong đó:
d - Đường kính cánh khuấy, m
D - Đường kính bể phản ứng khử, m
S - Khoảng cách từ đáy bể đến bề mặt dưới của cánh khuấy, m
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 62
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
b - bề rộng của cánh khuấy, m
Đường kính bể: D = 0,85 (m)
Đường kính cánh khuấy: d = D/3 = 0,85/3 0,3 (m)
Suy ra: S = 1,5 × 0,3 = 0,45 (m)
Chiều dài trục khuấy: L = H – S = 2,3 – 0,45 = 1,85 (m)
b = 0,1.D = 0,1 × 0,85 = 0,085 (m)
+) Số vòng quay của cánh khuấy:
Hiệu quả của quá trình khuấy trộn phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn.
Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao để tạo ra dòng chảy
rối.
Trong kỹ thuật xử lý nước thải, sử dụng đại lượng Gradien vận tốc để biểu thị cường
độ khuấy trộn:
G , (s-1) [15]
Trong đó
V: thể tích bể khuấy trộn, V = 4,5 (m3)
μ: Độ nhớt động lực của nước thải, NS/m2. Coi độ nhớt của nước thải bằng độ
nhớt của nước.
Nước ở nhiệt độ 25oC, μ = 0,894.10-3 NS/m2. [14]
G: Gradien vận tốc, s-1. Trong thực tế, để hòa trộn có hiệu quả, giá trị Gradien
vận tốc thường lấy từ 200 đến 1000 s-1. Chọn G = 300 (s-1) [15]
P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng là
P = K. ρ. n3. d5 [15]
Với P: Năng lượng cần thiết, W
ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3 . Coi khối lượng riêng của nước thải
bằng khối lượng riêng của nước.
Khối lượng riêng của nước ở 250C, ρ = 997,08 (kg/m3) [14]
d: đường kính cánh khuấy, d = 0,3 (m)
n: Số vòng quay của cánh khuấy, vòng/giây
K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào cánh khuấy
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 63
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
K = 0,32 [15]
= = 7,48(vòng/giây)
Số vòng quay của cánh khuấy là 7,5 (vòng/giây). +) Tính toán công suất của động cơ cánh khuấy:
- Tính chuẩn số Raynod:
[14]
Trong đó:
n: số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s)
ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3
752828 › 104
→ Chất lỏng trong bể có chế độ chảy xoáy
- Công suất tiêu tốn:
N = A . n3. d5. ρ , W (*) [14]
Trong đó:
A: hệ số, A = 0,36
n: số vòng quay (vòng/s), n = 7,5
d: đường kính cánh khuấy, d = 0,3 m
ρ: khối lượng riêng của nước thải, kg/m3
N = 0,36 × 7,53 × (0,3)5 × 997,08 = 368 (W)
+) Công suất mở máy
Nc = Nm + Ng , W [14]
Trong đó
Nm: công suất để khắc phục ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy, W
Nm = N = 368 (W)
Ng : công suất tiêu tốn để khắc phục trở lực, W
Ng = K . n3. d5. ρ , W (**)
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 64
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Từ (*) và (**) ta có: Nc = (W) [IV.1]
+) Công suất của động cơ xác định như sau:
, W
Trong đó:
η: là hiệu suất truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy, thường η = 0,6 ÷ 0,7 [13]
Chọn η = 0,65
= 1069 (W)
Chọn động cơ có công suất: Ndc = 1,1 KW
IV.2.2.2 Bể oxy hóa xianua (do có mạ đồng xianua):
a) Hoạt động:
Chất oxy hóa được chọn là NaOCl cho bể phản ứng oxy hóa bằng bơm định lượng xảy
Qdd : lượng hóa chất NaOCl ; Qdd = 8,459.10-3 (m3/h).
Thể tích cần thiết của bể oxh CN- là:
V = (5 + 8,459.10-3). = 2,504(m3)
Chọn hệ số dư là k = 2 xác định được thể tích của bể phản ứng khử là ~ 5,01m3.Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 2,5m, chiều cao bảo vệ là Hbv = 0,2
m
Khi đó bán kính bể là:
Nước thải được đưa vào bể từ dưới, hóa chất được bổ sung vào ở giữa bể bằng bơm
định lượng. Bể được làm bằng bê tông thành, trong có lót nhựa composit, chịu được
mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất.
c) Tính toán cánh khuấy của bể oxy hóa:
Cánh khuấy có tác dụng tăng cường quá trình hòa trộn trong bể oxy hóa. Chọn cánh
khuấy chân vịt.
+) Các thông số cánh khuấy chân vịt [14]:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 67
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
- Số cánh khuấy: 3
- D/d = 3
- S/d = 1,5
- b = 0,1D
Trong đó:
d - Đường kính cánh khuấy, m
D - Đường kính bể phản ứng oxy hóa, m
S - Khoảng cách từ đáy bể đến bề mặt dưới của cánh khuấy, m
b - bề rộng của cánh khuấy, m
Đường kính bể: D = 0,80 (m)
Đường kính cánh khuấy: d = D/3 = 0,80/3 = 0,25 (m)
Suy ra: S = 1,5 × 0,25 = 0,375 (m)
Chiều dài trục khuấy: L = H – S = 2,5 – 0,375 = 2,125 (m)
b = 0,1.D = 0,1 × 0,80 = 0,08 (m)
+) Số vòng quay của cánh khuấy:
Hiệu quả của quá trình khuấy trộn phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn.
Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao để tạo ra dòng chảy
rối.
Trong kỹ thuật xử lý nước thải, sử dụng đại lượng Gradien vận tốc để biểu thị cường
độ khuấy trộn:
G , (s-1) [15]
Trong đó
V: thể tích bể khuấy trộn, V = 5,01 (m3)
μ: Độ nhớt động lực của nước thải, NS/m2. Coi độ nhớt của nước thải bằng độ
nhớt của nước.
Nước ở nhiệt độ 25oC, μ = 0,894.10-3 NS/m2. [14]
G: Gradien vận tốc, s-1. Trong thực tế, để hòa trộn có hiệu quả, giá trị Gradien
vận tốc thường lấy từ 200 đến 1000 s-1. Chọn G = 300 (s-1) [15]
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 68
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng là
P = K. ρ. n3. d5 [15]
Với P: Năng lượng cần thiết, W
ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3. Coi khối lượng riêng của nước thải
bằng khối lượng riêng của nước.
Khối lượng riêng của nước ở 250C, ρ = 997,08 (kg/m3) [14]
d: đường kính cánh khuấy, d = 0,25 (m)
n: Số vòng quay của cánh khuấy, vòng/giây
K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào cánh khuấy
K = 0,32 [15]
= = 10,5 (vòng/giây)
Số vòng quay của cánh khuấy là 10,5 (vòng/giây). +) Tính toán công suất của động cơ cánh khuấy:
- Tính chuẩn số Raynod:
[14]
Trong đó:
n: số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s)
ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3
731916 › 104
→ Chất lỏng trong bể có chế độ chảy xoáy
- Công suất tiêu tốn:
N = A . n3. d5. ρ , W (*) [14]
Trong đó:
A: hệ số, A = 0,36
n: số vòng quay (vòng/s), n = 7,5
d: đường kính cánh khuấy, d = 0,3 m
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 69
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
ρ: khối lượng riêng của nước thải, kg/m3
N = 0,36 × 10,53 × (0,25)5 × 997,08 = 406 (W)
+) Công suất mở máy
Nc = Nm + Ng , W [14]
Trong đó
Nm: công suất để khắc phục ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy, W
Nm = N = 406 (W)
Ng : công suất tiêu tốn để khắc phục trở lực, W
Ng = K . n3. d5. ρ , W (**)
Từ (*) và (**) ta có: Nc = (W)
+) Công suất của động cơ xác định như sau:
, W
Trong đó:
η: là hiệu suất truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy, thường η = 0,6 ÷ 0,7 [13]
Chọn η = 0,65
= 1180 (W)
Chọn động cơ có công suất : Ndc = 1,2 KW
* Thông số ô nhiễm của nước thải sau khi đi qua các bể oxy hóa và khử với hiệu suất
xử lý chung là 99,9%.
Để xử lý Cr (VI) đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là:
Và hiệu suất để xử lý CN- đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT:
Thông số Nồng độ trước khi xử lý Nồng độ sau khi xử lý
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 70
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Cr6+
Cr3+
CN-
50mg/l
40 mg/l
0,1 mg/l
49,9 mg/l
0,1 mg/l
Nước thải của các dòng sau khi qua bể khử và bể oxy hóa sẽ tự chảy tràn sang bể kết
tủa.
IV.2.3. Bể kết tủa:
a) Nguyên lý hoạt động:
Hình IV.5: Nguyên lý làm việc của bể kết tủa
Nguyên lý hoạt động của bể phản ứng kết tủa được trình bày trong hình IV.5. Xút được
pha chế thành dung dịch có nồng độ khoảng 20%. Xút từ bể chứa được đưa vào bể
phản ứng để tạo kết tủa. Thiết bị đo pH được gắn liền với thiết bị định lượng sữa vôi để
đảm bảo pH của môi trường luôn ổn định trong dải pH keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi
cho phản ứng kết tủa xảy ra.
Phân xưởng mạ điện gồm 4 dòng thải với 4 kim loại Cr, Cu, Zn và Ni lưu lượng đầu
vào là 200 m3/ngày. Mỗi kim loại sẽ keo tụ với pH thích hợp ([7] và thực tế ở Công ty
Cổ phần Khóa Minh Khai), ứng với đó sẽ cho lượng NaOH thích hợp để đưa pH về
môi trường pH kết tủa của kim loại. Các dòng thải khi vào bể keo tụ:
+ Nước thải dòng Cr lưu lượng lớn đồng thời hàm lượng Cr cao, dòng Cr sẽ tự chảy
tràn từ bể khử Cr sang bể kết tủa. Khi đi vào bể keo tụ, tại đây Cr (III) bị kết tủa dưới
dạng hydroxyt.
+ Nước thải dòng Ni với hàm lượng Ni+2 cao, sẽ được bơm trực tiếp từ ngăn thu nước
lên bể phản ứng kết tủa. Tại đây Ni+2 kết tủa dưới dạng hydroxyt.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 71
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
+ Nước thải dòng Cu sẽ nhập chung với dòng Zn, hàm lượng Cu và Zn trong dòng thải
bé. Dòng Zn sẽ bơm trực tiếp tư ngăn thu nước lên bể phản ứng kết tủa, còn dòng thải
Cu sẽ tự chảy tràn từ bể oxy hóa xianua sang bể kết tủa. Khi đi vào bể keo tụ, tại đây
các kim loại bị kết tủa dưới dạng hyđroxyt.
Trong bể có đặt thiết bị khuấy trộn để tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra trong điều
kiện tốt nhất. Nước thải sau khi ra khỏi mỗi bể sẽ tiếp tục đưa vào bể lắng.
b) Tính toán hóa chất:
Tính lượng hóa chất bổ sung:
+ Dòng Cr:
Cr3+ + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3 Na+ (1)
Từ phản ứng trên ta thấy để xử lý:
52g Cr3+ phải sử dụng 120g NaOH tạo ra 103g Cr(OH)3
=>Vậy để xử lý 1m3 nước thải chứa
49,9g Cr3+ thì cần 115,15g NaOH
=> Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ Cr là: 115,15g/m3
Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ trong một giờ là:
Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng Cr để xử lý 7,51 m3/h
575,75.7,51 = 4323,88 (g/h)
Khối lượng riêng của nước ở 25°C là: [14]
Khối lượng riêng của NaOH là: [14]
=> Khối lượng riêng của NaOH 20% ở 25°C là:
=>ρdd = 1101,26(kg/m3)
Lượng dung dịch NaOH được cấp vào bể là:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 72
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
= 3,93 (l/h).
+ Dòng Ni:Ni2+ + 2NaOH = Ni(OH)2 + 2Na+ (2)
Từ phản ứng trên ta thấy để xử lý:59g Ni2+ phải sử dụng 80g NaOH tạo ra 93g Ni(OH)2
=>Vậy để xử lý 1m3 nước thải chứa
80g Ni2+ thì cần 108,5g NaOH
=> Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ Ni là: 108,5g/m3
Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ trong một giờ là:
Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng Cr để xử lý 6,25 m3/h
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 73
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
=>Vậy để xử lý 1m3 nước thải chứa
6g Cu2+ thì cần 7,5g NaOH
5g Zn2+ thì cần 6,2g NaOH
=> Lượng NaOH cần bổ sung vào bể keo tụ là: 13,7g/m3
Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ trong một giờ là:
Lượng NaOH 20% cần bổ sung vào bể keo tụ dòng (Cu + Zn) để xử lý 11,26 m3/h
68,5.11,26 = 771,31 (g/h)
Khối lượng riêng của nước ở 25°C là: [14]
Khối lượng riêng của NaOH là: [14]
=> Khối lượng riêng của NaOH 20% ở 25°C là:
=>ρdd=1101,26(kg/m3)
Lượng dung dịch NaOH được cấp vào bể là:
= 0,7 (l/h)
Tính kích thước thùng chứa NaOH:
Lượng NaOH cấp vào các bể kết tủa gồm bể kết tủa Cr, bể kết tủa Ni và bể kết tủa (Cu
+ Zn) là 7,71(l/h)
NaOH được pha dưới dạng dung dịch với nồng độ 20%
=> Lượng dung dịch NaOH cần bổ sung vào bể kết tủa trong 1 ngày là:
7,71.8 = 61,68 (l/ngày)
Lượng NaOH cần thiết cho một ngày tương ứng là 61,68 lít.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 74
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Ta không xây dựng bể chứa NaOH mà chọn loại thùng hình trụ tròn bằng nhựa , kín để
đảm bảo an toàn hóa chất. Phía trên thùng có lắp cánh khuấy để pha hóa chất. Mỗi
thùng có bơm định lượng để bơm hóa chất vào các bể phản ứng.
VNaOH= 61,68 lit → Chọn loại bình 100 lit .
Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày.
c) Tính toán kích thước bể kết tủa:
Thể tích thiết bị phản ứng tính theo công thức:V = Q
Trong đó:Q: Tổng lưu lượng nước thải và lưu lượng hóa chất sử dụng (m3/h).: Thời gian phản ứng để kết tủa hết lượng kim loại (h).
Tính (h)
Phản ứng kết tủa kim loại diễn ra rất nhanh, khoảng 3 - 5 phút [13]. Để phản ứng diễn ra triệt để, nâng cao hiệu quả tách bỏ kim loại ra khỏi nước thải, chọn thời gian phản ứng là 5 phút, khi đó hiệu suất phản ứng đạt 99,9%.
Bể kết tủa dòng Cr:
Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể:Nước thải đi vào bể gồm có nước ra từ bể phản ứng khử và lượng xút thêm vào.Lưu lượng nước thải đi ra từ bể phản ứng khử crôm là 7,51m3/h (đầu vào + hóa chất).
Lượng xút thêm vào bể kết tủa Cr là
Vậy tổng lượng nước thải và hoá chất sử dụng trong bể kết tủa (lưu lượng các dòng vào bể) là:
Q = Qthải + Qdd
Với :
Qthải: lưu lượng dòng thải, Qthải= 7,51 (m3/h)
Qdd: lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 3,93.10-3 (m3/h).
Thể tích cần thiết của bể kết tủa là:
V = (7,51 +3,93.10-3). = 0,63 (m3)
Với hệ số dư là 1,2 xác định được thể tích của bể kết tủa là 0,756m3
Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 1,5m, chiều cao bảo vệ là
Hbv = 0,2 m
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 75
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Khi đó bán kính bể là:
Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất.
Theo các phương trình phản ứng (1), (2): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, thực tế yêu cầu xử lý
kết tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là:
Khi đó các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là:
- Lượng cặn hydroxyt:Lượng cặn lắng Cr(OH)3 là 98,84 g/m3 => Lượng cặn Cr(OH)3 là 5998,39g
Vậy lượng bùn tạo ra: 98,84 g/m3
- Hàm lượng các ion kim loại còn lại:Cr6+: 0,1 mg/l
Cr3+: 1 mg/l
- pH = 8,5 – 9,5
Bể kết tủa dòng Ni:
Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể:Nước thải đi vào bể gồm nước thải của dòng thải chứa niken và lượng xút thêm vào.Lưu lượng nước thải của dòng thải niken sau khi ra khỏi bể điều hoà là 6,25m3/h.
Lượng xút thêm vào bể kết tủa Ni là
Vậy tổng lượng nước thải và hoá chất sử dụng trong bể kết tủa (lưu lượng các dòng vào bể) là:
Q = Qthải + Qdd
Với :
Qthải : lưu lượng dòng thải, Qthải= 6,25 (m3/h)
Qdd : lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 3,08.10-3 (m3/h).
Thể tích cần thiết của bể kết tủa là:
V = (6,25 + 3,08.10-3). = 0,521 (m3)
Với hệ số dư là 1,2 xác định được thể tích của bể kết tủa là 0,625m3
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 76
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 1,5m, chiều cao bảo vệ là
Hbv = 0,2 m
Khi đó bán kính bể là:
Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất.
Theo các phương trình phản ứng (1), (2): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Với hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, yêu cầu xử lý kết
tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là:
Vậy các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là:
- Lượng cặn hydroxyt:Lượng cặn lắng Ni(OH)2 là 126,1 g/m3 => Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72g
Vậy lượng bùn tạo ra: 126,1 g/m3
- Hàm lượng ion kim loại còn lại:Ni2+: 0,5mg/l
- pH = 10 – 11
Bể kết tủa dòng (Cu + Zn):
Tổng lưu lượng nước thải và lượng hoá chất cho vào bể:Nước thải đi vào bể gồm có nước ra từ bể phản ứng oxy hóa, nước thải của dòng thải chứa Zn và lượng xút thêm vào.Lưu lượng nước thải đi ra từ bể phản ứng oxy hóa 5,01 m3/h (đầu vào + hóa chất).Lưu lượng nước thải của dòng thải Zn sau khi ra khỏi bể điều hoà là 6,25m3/h.
Lượng xút thêm vào bể kết tủa (Cu + Zn) là
Vậy tổng lượng nước thải và hoá chất sử dụng trong bể kết tủa (lưu lượng các dòng vào bể) là:
Q = Qthải + Qdd
Với :
Qthải: lưu lượng dòng thải, Qthải= 11,26 (m3/h)
Qdd: lượng hóa chất NaOH ; Qdd = 0,7.10-3 (m3/h).
Thể tích cần thiết của bể kết tủa là:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 77
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
V = (11,26 +0,7.10-3). = 0,938 (m3)
Với hệ số dư là 1,2 xác định được thể tích của bể kết tủa là 1,126m3
Ta xây dựng bể hình trụ tròn. Chọn chiều cao bể là 1,5m, chiều cao bảo vệ là
Hbv = 0,2 m
Khi đó bán kính bể là:
Trong bể có lắp cánh khuấy để khuấy trộn đều hóa chất.
Theo các phương trình phản ứng (3), (4): Nước thải tự chảy sang bể lắng. Với hiệu suất phản ứng đạt là 99,9%, yêu cầu xử lý kết
tủa Cr3+ đạt loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT thì hiệu suất cần đạt là (tính theo
đồng):
Vậy các thông số của nước thải khi ra khỏi các bể kết tủa là:
- Lượng cặn hydroxyt:Lượng cặn lắng Cu(OH)2 là 9 g/m3 => Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72gLượng cặn lắng Zn(OH)2 là 7,62 g/m3 => Lượng cặn Zn(OH)2 là 381g
Vậy lượng bùn tạo ra: 8,23 g/m3
- Hàm lượng các ion kim loại còn lại:Cu2+: 2mg/l
Zn2+: 1,67mg/l
- pH = 8 – 9d) Tính toán cánh khuấy cho bể kết tủa:
+ Chọn cánh khuấy loại chân vịt, có các thông số sau: [14]
- Đường kính cánh khuấy: d = 0,3m
- Bề rộng cánh khuấy: b = 0,1D = 0,03 m
- Số vòng quay n = 5 vòng/ phút ( cần sử dụng hộp giảm tốc)
- Hệ số ma sát A = 0,62
Coi độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải bằng độ nhớt và khối lượng riêng của
nước ở 250C
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 78
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Khi đó:
[14]
Trong đó:
n: số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s)
ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3
[14]
Vậy dung dịch ở chế độ chảy xoáy.
+ Công suất tiêu tốn: N = A.n3.d5.ρdd [14]
Thay số vào, xác định được N = 187,78 W
+ Công suất mở máy của cánh khuấy:
Với K = 0,32 [IV.1]
Vậy Nc = 284,7W
+ Công suất động cơ: W
Vậy công suất động cơ của cánh khuấy là 0,5kW
Chúng ta có 3 cánh khuấy cho 3 bể keo tụ dòng Cr, dòng Ni và dòng (Cu + Zn).
IV.2.4. Bể lắng đứng:a) Nguyên lý hoạt động:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 79
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Nước thải theo đường dẫn nước vào (1) chảy vào ống trung tâm (8) ở giữa bể. Phía
dưới ống trung tâm có bố trí tấm hướng dòng (5) để thay đổi hướng chảy của nước thải
sang hướng ngang. Nước chảy ra khỏi ống trung tâm dâng lên theo thân bể, sau đó tràn
ra máng thu (2) và theo ống dẫn nước ra (4) đi sang bể điều chỉnh pH cuối cùng. Cặn
lắng rơi xuống vùng chứa cặn hình chóp (7) và theo ống xả cặn (6) sang thiết bị xử lý
cặn.
Nước thải 2 dòng sau khi ra khỏi bể keo tụ sẽ nhập dòng sau đó vào bể lắng. Lượng
cặn như sau:
Lượng cặn lắng Cr(OH)3 là 98,84 g/m3 (Q = 7,51 m3/h).=> Lượng cặn Cr(OH)3 là 5998,39g
Lượng cặn lắng Ni(OH)2 là 126,1 g/m3 (Q = 6,25 m3/h)=> Lượng cặn Ni(OH)2 là 39406,25g
Lượng cặn lắng Cu(OH)2 là 9 g/m3 (Q = 5,01 m3/h)=> Lượng cặn Cu(OH)2 là 360,72g
Lượng cặn lắng Zn(OH)2 là 7,62 g/m3 (Q = 6,25 m3/h)=> Lượng cặn Zn(OH)2 là 381gVậy lượng bùn: 230,5 g/m3.
b) Tính toán kích thước bể:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 80
Hình IV.6: Thiết bị lắng đứng
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường từ 50 – 70% .
Thời gian lắng cần thiết của hạt cặn :
[12]
t : thời gian lắng (s)
E : Hiệu suất lắng
C0 : nồng độ bùn ban đầu trước khi vào bể lắng (mg/l) . C0 = 230,5 (mg/l)
Vậy:
Tốc độ lắng nhỏ nhất (độ lớn thủy lực) của phần tử cặn:
[12]
Uo: tốc độ lắng nhỏ nhất của phần tử cặn (mm/s)
α: Hệ số kể tới ảnh hưởng của nhiệt độ tới nước. Chọn α = 1 (theo TCXDVN 51 :2006)
n: hệ số kết tụ hấp dẫn. Theo tiêu TCXDVN 51 :2006, với nồng độ bùn 230,5 mg/l thì
n=0,3.
K: hệ số sử dụng thể tích bể lắng phụ thuộc vào cấu tạo của hệ thống phân phối. Đối
với bể lắng đứng thường chọn K=0,35.
Hct: độ sâu công tác của bể lắng (m) . Chọn Hct=3,5 (m).
h: chiều cao ống nghiệm dùng để lắng trong phòng thí nghiệm (m) .
Thường h=500 (mm).
ω : vận tốc thành phần theo phương thăng đứng (mm/s). Vận tốc này phụ thuộc vào
vận tốc công tác theo phương nằm ngang . Với bể lắng đứng v=0 [16] → ω=0
Vậy:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 81
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Chọn thời gian lưu nước trong bể lắng là 1,5h [12]. Chọn chiều cao của bể lắng là
3,5m. Khi đó vận tốc lắng thực tế của hạt là:
(m/h) [7]
Tuy nhiên trong thực tế, do nhiều yếu tố ảnh hưởng đế quá trình lắng như lắng chen
của các hạt, chuyển động của các lớp nước hoặc do quá trình bơm hút bùn, đưa nước
vào bể,... mà vận tốc lắng thực tế thường thâp hơn so với vận tốc lắng lý thuyết. Giả
thuyết vận tốc lắng lý thuyết lớn gấp 2 lần vận tốc lắng thực tế. Khi đó: v lt = 2.vtt =
2.2,33 = 4,66 (m/h)= 1,29.10-3 m/s
Trong nước thải các hạt lắng đều có dạng hình cầu và chủ yếu là các hydroxit kim loại.
Nhưng để tiện cho quá trình tính toán bể lắng, ta tính toán với bể Niken mà các
hydroxit niken là chủ yếu. Độ nhớt của môi trường bằng độ nhớt của nước, bỏ qua độ
nhớt của các thành phần trong nước thải. Nhiệt độ làm việc của nước thải là 250C.
+ Giá trị chuẩn số Lyasenco được xác định theo công thức:
[14]
Với vlt – Vận tốc lắng lý thuyết; vlt = 1,29.10-3m/s
μ0 – Độ nhớt của môi trường lắng ở 250C; μ0 = 0,894.10-3 Ns/m2.
ρ0 – khối lượng riêng của môi trường lắng; ρ0 =995,68Ns/m3.
ρh – khối lượng riêng của hạt; với Ni(OH)2 ρh =996,58Ns/m2.
G – gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s2.
Thay số vào, xác định được Ly= 1,7.10-4.
+ Giá trị của chuẩn số Acsimet có thể xác định được từ đồ thị thực nghiệm theo giá trị
của chuẩn số Ly. Từ đồ thị II.17/tr408 “Sổ tay các quá trình và thiết bị trong công
nghệ hóa chất tập I”, xác định được Ar ~ 1.
+ Khi đó đường kính của hạt được xác định theo công thức sau (II.91/tr409 – Sổ tay
các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất tập I):
Thay số vào công thức ta xác định đươc dh = 0,368.10-4 m.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 82
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
+ Kiểm tra lại vận tốc lắng:
Đối với động lực học của lớp hạt
[14]
Vì Ar < 3,6; Ly < 0,0022; Re < 0,2 nên vận tốc lắng của hạt tuân theo định luật Stock
[14]
Thay số xác định được w0 = 1,21.10-3m/s ~ vlt =1,29.10-3m/s
Vậy chọn vận tốc lắng lý thuyết ban đầu là hợp lý.
+ Diện tích bể lắng là:
[12]
Với Q – Lưu lượng nước vào bể lắng; Q = 25,03 m3/h
vtt – Vận tốc lắng thực tế; vtt = 2,33 m/h
=> F = 10,74 (m2)
+ Thể tích bể lắng là: V = Q.t = 25,03.1,5 = 37,545 (m3)
+ Bán kính của bể lắng là: R = = 1,85 (m) => D = 3,7(m)
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 83
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Hình IV.7: Ống loe và tấm chắn
+ Diện tích ống trung tâm đưa nước và bể lắng được tính theo công thức:
[12]
Trong đó: q: lưu lượng nước thải qua ống q = 25,03 m3/h
v: vận tốc nước thải qua ống, chọn v = 0,03 m/s
Thay số ta có f = 0,232(m2)
Khi đó đường kính ống trung tâm là:
(m)
Phía cuối của ống trung tâm có 1 phần ống loe. Chọn đường kính là chiều cao của phần
ống loe bằng 1,35 đường kính ống trung tâm ([12]). Khi đó:
dloe = hloe = 1,35.0,544 = 0,734 (m)
Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe bằng 1,3 đường kính ống loe.
Vậy dtấm chắn = 1,3.0,7344 = 0,955(m)
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 84
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
+ Ngăn chứa bùn của bể lắng đứng có dạng hình nón, chọn đường kính đáy của đáy
ngăn chứa bùn là dbùn = 0,4m.
+ Chiều cao ngăn chứa bùn được tính theo công thức
[12]
Thay số, xác định được hb = 1,65m
* Kích thước bể lắng đứng được xác định:
Đường kính: D = 2R = 2.1,85 = 3,7 m
Chiều cao công tác: H = 3,5 + 1,65 = 5,15 m
Chiều cao xây dựng Hxd = H + hbảo vệ = 5,15 + 0,30 = 5,45 m
* Thời gian tháo bùn
Bùn từ bể lắng sẽ được bơm bùn bơm đến hệ thống máy ép bùn để xử lý. Ở đây ta cần
tính được thời gian tháo bùn tại bể lắng để đưa ra thời gian hoạt động hợp lý của thiết
bị ép bùn.
+ Dung tích phần chứa cặn là:
[7]
Trong đó:
Wc – Thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng đứng
D – đường kính bể lắng đứng; D = 3,7 m
d – đường kính của ngăn chứa bùn d = 0,4 m
hb – Chiều cao ngăn chứa bùn cặn, hb = 1,65 m
Thay số vào ta được Wc = 6,62 m3.
+ Chu kì xả cặn lắng là:
δ – Nồng độ cặn trung bình đã nén
=> Chọn δ = 25000 mg/l [TCXDVN 51 :2006]
N – Số bể lắng N = 1
Q – Lưu lượng nước thải vào bể (25,03 m3/h)
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 85
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
C – Hàm lượng cặn ra khỏi bể lắng.
Cmax – hàm lượng cặn lớn nhất trong nước thải (lấy Cmax = Co)
Như vậy, thay số vào ta sẽ có chu kì xả cặn của bể lắng là: T 3,5 ngày
+ Lượng bùn tạo thành:
Hàm lượng bùn ban đầu: C0 = 230,5 (g/m3) = 230,5 (mg/l)
Chọn hiệu suất bể lắng của bể lắng là 70%. Tuy nhiên các hydroxit kim loại có kích
thước lớn nên hầu như bị lắng hết ngay khi mới vào bể lắng. Hiệu suất lắng các hạt này
đạt 99% [12]
Vậy hàm lượng bùn xả ra khỏi bể: 228,195 mg/l
=> Thể tích bùn sau 1,5 giờ lắng
Wb = , m3
Với T – chu kỳ lắng , T = 1,5 giờ
Q – lưu lượng nước xử lý, Q = 25.03 (m3/h)
C0,C- nồng độ cặn trước và sau khi lắng.
- nồng độ trung bình của cặn trong vùng lắng
Wb = = 0,34 (m3)
* Máng thu nước:
Để thu nước trong ra khỏi bể lắng đứng, ta dùng loại máng thu nước đặt ở vị trí cách
tâm bể từ 3/4 – 4/5 bán kính bể, ta chọn cách 4/5 bán kính bể
m.
Chiều dài của máng thu chính bằng chu vi của bể lắng đứng:
m.
Tải trọng thu nước trên 1 m dài của mép máng:
, m3/m.s. [18]
Trong đó:
Q – Lưu lượng nước thải, m3/s, Q = 0.007 m3/s.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 86
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
L - Chiều dài của máng, m, L = 9,42 m.
m3/m.s.
Ta chọn tấm xẻ khe chữ V, góc đáy 900 trên máng thu để điều chỉnh độ cao độ của mép
máng. Chiều cao đáy chữ V là 10 cm, khoảng cách giữa các đỉnh là 20 cm nên 1 m
chiều dài của máng thu sẽ có 5 khe. Do đó, toàn bộ chiều dài máng sẽ có:
khe.
Lưu lượng nước qua 1 khe sẽ là:
m3/s.
Mặt khác lưu lượng nước qua 1 khe còn được tính theo công thức:
[18]
Chiều cao mực nước h trong khe chữ V là:
= 0.025 m = 2.5 cm < 10 cm.
Do đó, chiều cao này đạt yêu cầu.
Dựa vào tính toán trên, ta có kế hoạch hoạt động cho hệ thống máy ép bùn.Nước thải
trước khi đưa vào bể lắng chủ yếu chứa các hạt hydroxit kim loại và một lượng nhỏ các
hạt huyền phù khó lắng. Các hydroxit kim loại có kích thước lớn nên hầu như bị lắng
hết ngay khi mới vào bể lắng. Hiệu suất lắng các hạt này đạt 99% ( sau 25 phút). Các
hạt rắn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn nên khó lắng hơn. Hiệu suất lắng đạt khoảng
70%. Như vậy, sau khi qua bể lắng hàm lượng chất lơ lửng trong nước đã giảm đáng
kể. Thông số các chất ô nhiễm trong nước thải sau khi ra khỏi bể lắng là:
Bảng IV.1: Thông số các chất ô nhiễm sau khi ra khỏi bể lắng
Thông số Trước khi vào bể lắng Sau khi ra khỏi bể lắng
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 87
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
pH
Ni2+
Ni(OH)2
Cu2+
Cu(OH)2
Cr3+
Cr(OH)3
Zn2+
Zn(OH)2
Cr6+
10 – 11
0,5 mg/l
126,1 mg/l
2 mg/l
9mg/l
0,05 mg/l
98,84mg/l
1,67 mg/l
7,62mg/l
0,1 mg/l
10 – 11
0,5 mg/l
1,26 mg/l
3 mg/l
0,09 mg/l
0,05 mg/l
0,988 mg/l
1,67 mg/l
0,07 mg/l
0,1 mg/l
IV.2.5 Bể trung hòa:
Kích thước bể trung hòa:
Sau khi lắng xong, nước thải được đưa sang bể trung hoà để đưa pH từ 11 xuống 5,5-9
để đạt với QCVN 24: 2009/BTNMT loại B. Trong hệ thống xử lý, tác nhân được chọn
để trung hoà là axit H2SO4 . Hệ thống trung hoà bằng H2SO4 có ưu điểm là đơn giản, dễ
vận hành và điều chỉnh phù hợp với tình hình sản xuất ở Việt Nam.
Sau khi ra khỏi bể lăng, nước thải có pH = 10 hay [H+] = 10-10
Do [OH-].[H+] = 10-14 nên [OH-] = 10-4 (mol/l).
Phản ứng trung hòa là :
OH- + H+ = H2O
Theo phản ứng trên , cứ 1 mol OH- thì phản ứng hết với 1 mol H+ .Vậy số mol H+ để
trung hòa hết OH- trong 1 m3 nước là : nH+ = 10-4.103 = 0,1 (mol).
Số mol H2SO4 cần để trung hòa 1 m3 nước thải là : n =0,05 (mol) .
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 88
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Tải lượng H2SO4 vào bể trung hòa là :
n .M .Q = 0,05.98.25,03 = 122,647 (g/h).
Tải lượng dung dịch H2SO4 vào bể trung hòa là : 122,647. = 125,15 (g/h).
Nước pha dung dịch có nhiệt độ là 25oC. Khối lượng riêng của dung dịch H2SO4 98% ở
25oC là : ρ=1818 (kg/m3).
Vậy , lưu lượng dung dịch H2SO4 98% vào bể là :
Chọn thời gian lưu của nước thải trong bể là 10 phút, thể tích của bể trung hoà là:
V= Q x t = (25,03 + 6,9.10
-5
).10/60 = 4,2 (m
3
)
Với hệ sô dư là 1,2 thì thể tích thật của bể là 5,04 m3.Chọn kích thước bể: 1,7 x 2,5 x 1,2(m)
+ Chiều cao bảo vệ là 0,2 (m)
Thể tích thực tế của bể : 1,7 x 2,5 x 1,4 = 5,95 (m3)
Bể được nắp tấm đan bảo vệ và được làm bằng bê tông thành dày 10cm, trong có lót
nhựa composit, chịu được axit, chịu được mài mòn. Trong bể có lắp cánh khuấy để
khuấy trộn đều hóa chất.
Thùng chứa axit:
Theo tính toán ở trên lượng H2SO4 thực tế cần bổ sung cho bể trung hòa là
0,069 x 1,2 0,1 (l/h)
H2SO4 được pha dưới dạng dung dịch với nồng độ 98%
=> Lượng dung dịch H2SO4 cần bổ sung vào bể kết tủa trong 1 ngày là:
0,1 x 8 = 0,8 (l/ngày)
Lượng H2SO4 cần thiết cho một ngày tương ứng là 0,8 lít.
Ta không xây dựng bể chứa H2SO4 mà chọn loại thùng hình trụ tròn bằng nhựa , kín để
đảm bảo an toàn hóa chất. Phía trên thùng có lắp cánh khuấy để pha hóa chất. Mỗi
thùng có bơm định lượng để bơm hóa chất vào các bể phản ứng.
VH2SO4= 0,8 lit → Chọn loại bình 5 lit .
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 89
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Hóa chất được mua trên thị trường và pha vào thùng hàng ngày. Hóa chất được pha 3
ngày/lần.
Tính toán cánh khuấy bể trung hòa:
+ Chọn cánh khuấy loại chân vịt, có các thông số sau: [14]
- Đường kính cánh khuấy: d = 0,4m
- Bề rộng cánh khuấy: b = 0,1D = 0,04 m
- Số vòng quay n = 5 vòng/ phút ( cần sử dụng hộp giảm tốc)
- Hệ số ma sát A = 0,62
Coi độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải bằng độ nhớt và khối lượng riêng của
nước ở 250C
Khi đó:
[14]
Trong đó:
n: số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s)
ρ: khối lượng riêng của nước, kg/m3
Vậy dung dịch ở chế độ chảy xoáy.
+ Công suất tiêu tốn: N = A.n3.d5.ρdd [14]
Thay số vào, xác định được N = 791,28 W
+ Công suất mở máy của cánh khuấy:
Với K = 0,32 [IV.1]
Vậy Nc = 1199,68W
+ Công suất động cơ: W
Vậy công suất động cơ của cánh khuấy là 2kW
Bảng IV.2: Đặc tính nước thải sau xử lý của công ty khóa Minh Khai
STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN 24: 2009/BTNMT
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 90
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
(cột B)
1 pH - 7,3 5,5-9
2 Mùi - KKC KKC
3 Mầu sắc Co- Pt ở pH =7 mg/l 15 70
4 COD mg/l 29,3 100
5 BOD mg/l 15,6 50
6 SS mg/l 5 100
7 Fe mg/l 0,28 5
8 Mn mg/l 0,1 1
9 S2- mg/l 0,1 0,5
10 NH4+ (tính theo Nitơ) mg/l 3,6 10
11 Cl dư mg/l 0,1 2
12 F - mg/l 2,76 10
13 Cu mg/l 0,04 2
14 Pb mg/l < 0,002 0,5
15 Hg mg/l < 0,0002 0,01
16 Ni mg/l < 0,002 0,5
17 Cd mg/l < 0,001 0,01
18 Zn mg/l 0,55 3
19 As mg/l <0,005 0,1
20 Tổng nitơ mg/l 15,1 30
21 Tổng Photpho mg/l 0,4 6
22 Dầu mỡ , khoáng mg/l 0,4 5
23 Cr3+(III) mg/l 0,17 1
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 91
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
24 Cr6+(VI) mg/l 0,16 0,1
25 Xianua (CN-) mg/l < 0,05 0,1
26 Sn mg/l 0,07 1
KKC:Không khó chịu
(Nguồn: giấp phép xả thải do sở tài nguyên môi trường Hà Nội cấp 6/2008)
IV.3. Tính và chọn các thiết bị khác:IV.3.1. Tính toán và lựa chọn bơm:
a) Tính bơm nước thải:Nước thải dẫn từ xưởng sản xuất qua song chắn rác, qua bể điều hòa bằng thuỷ lực.
Nước từ bể điều hòa sẽ được bơm lên bể khử Cr đối với dòng Cr, bơm lên bể oxy hóa
đối với dòng Xianua và kết tủa đối với dòng Ni và dòng Zn. Nước sau đó sẽ được xả
thủy lực sang các bể tiếp theo và ra ngoài. Bùn từ được bơm lên lọc ép khung bản để
làm khô và đem chôn lấp.
Số bơm nước cần chọn là 4 bơm ở những vị trí:
- Hố thu dòng Cr: lưu lượng dòng là 7,5 m3/h = 2,08.10-3 m3/s.
- Hố thu dòng Ni: lưu lượng dòng là 6,25 m3/h = 1,74.10-3 m3/s.
- Hố thu dòng Cu: lưu lượng dòng là 5 m3/h = 1,39.10-3 m3/s.
- Hố thu dòng Zn: lưu lượng dòng là 6,25 m3/h = 1,74.10-3 m3/s.
Bơm nước thải được đặt chìm trong nước tại ngăn thu nước. Chiều cao hút của bơm là
H1 = 1m, chiều cao đẩy là H2 = 6,5m (do độ sâu của bể lắng là 5,5m cộng thêm 1m
chiều cao đẩy của chính hố bơm)
Chọn loại bơm dùng là bơm ly tâm
Công suất yêu cầu trên trục bơm
N = (kW) [14]
Trong đó
Q: Năng suất bơm (m3/s)
: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
g : Gia tốc trọng trường (m/s2)
H : áp suất toàn phần của bơm (m)
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 92
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
: Hiệu suất của bơm.
Hiệu suất bơm:
= [14]
Trong đó
: Hiếu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng
áp suất thấp và do chất lỏng rối qua các chổ hở của bơm . Chọn = 0,9 .
: Hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo thành dòng xoáy trong bơm
= 0,85 .
: Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ lót ,ổ bi = 0,95.
Vậy: = 0,9.0,85.0,95 = 0,727
Tính H:
H = , suy ra P = g H, N/m2 [14]
Do đó:
: Áp suất toàn phần cần thiết để thắng tất cả sức cản thủy lực trong hệ thống ống
dẫn nước (kể cả ống dẫn và thiết bị) khi dòng đăng nhiệt.
P = Pd + Pm + PH + Pt + Pk + PC
1. Đối với dòng nước thải Crôm:
Đường kính của ống dẫn: D = , [14].
Trong đó:
D- đường kính của ống, m.
V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 2,08.10-3 m3/s.
- tốc độ trung bình, m/s.
Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn = 2.0 m/s.
m = 36 mm.
D = 0,036 m.
- Tính P:
P = Pđ + Pm + PH + Pt + Pk + Pc , [14]
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 93
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
P đ – áp suất động lực học tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi
ống dẫn:
Pđ = , N/m2 , [14]
Pđ = = 1994 N/m2.
P m - áp suất để khắc phục trở lực ma sát (khi dòng chảy ổn định trong ống thăng),
N/m2.
Pm = , [14]
Trong đó:
- hệ số ma sát.
L- chiều dài ống dẫn (ống đẩy), m, L = 8 m.
- khối lượng riêng của nước thải, Kg/m3, = 997,08 Kg/m3, [14]
- tốc độ của lưu thể, m/s, = 2 m/s.
dtđ – đường kính tương đương, m, dtđ = D = 0,036 m.
Xét = 89254 > 4000 suy ra chất lỏng chảy
trong ống dẫn ở chế độ chảy xoáy, do đó:
,
Trong đó:
λ- Hệ số ma sát.
- Độ nhám tương đối, .
- Độ nhám tuyệt đối, = 0.007mm (đối với ống nhựa)
=> = 1,9410-4
Do đó: ,
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 94
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Suy ra = 0,019.
Pm = = 10273 N/m2.
P H – Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ
tĩnh, N/m2.
, N/m2, [14]
Trong đó:
- khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm, Kg/m3, = 997.08 kg/m3.
g- gia tốc trọng trường, m/s2, g = 9.81 m/s2.
H- chiều cao nâng chất lỏng hoặc cột chất lỏng, m, H = 7,5 m.
= 73360 N/m2.
P t – áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, N/m2, Pt = 0.
P k – áp suất cần thiết ở cuối ống dẫn, N/m2, Pk = P1 – P2.
P1 - áp suất ở hố gom, N/m2, P1 = Pa (vì hố gom hở).
P2 - áp suất ở bể điều hoà, N/m2, P2 = Pa (vì bể hở).
Pk = 0.
P c – áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ.
, N/m2, [14]
Trong đó:
- hệ số trở lực cục bộ.
- khối lượng riêng của nước thải, Kg/m3, = 997.08 kg/m3.
- tốc độ của lưu thể, m/s, = 2 m/s.
Tại góc cua 900 ta dùng khuỷu 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành. Vì Re = 89254 < 2105
nên bỏ qua trở lực.
Dùng 1 van điều chỉnh lưu lượng (van bướm) có α = 200 và dùng loại ống tròn nên =
1.54 [14].
= 3071 N/m2.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 95
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Nên tổn thất áp suất toàn phần là: P = 1994 + 8946 + 73360 + 3071 = 87371 N/m2.
* Năng suất của bơm:
Do đó: Công suất yêu cầu của trục bơm:
KW
Công suất động cơ điện:
= 0,282 KW.
:Hiệu suất truyền động = 0,85
:Hiệu suất động cơ điện = 0,9
Công suất động cơ điện có tính đến hệ số dự trữ:
Vì Ndc = 0,282 KW < 1 nên tra bảng II.33 trang 440 [14] ta có = 2, do đó:
= 0,564 KW.
Vậy chọn bơm có công suất 0,6 KW.
2. Đối với dòng nước thải Ni:
Đường kính của ống dẫn: D = , [14].
Trong đó:
D- đường kính của ống, m.
V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 1,74.10-3 m3/s.
- tốc độ trung bình, m/s.
Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn = 2.0 m/s.
m = 33 mm.
D = 0,033 m.
Lưu lượng dòng thải nhỏ hơn dòng Cr nên tính toán tương tự dòng Cr:
Với L = 8,5m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; Pm = 10273 N/m2; P = 88698 N/m2
Lưu lượng dòng là 1,74.10-3 m3/s => N = 0,220 KW; = 0,479 KW
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 96
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Ta chọn bơm có công suất: 0,5 KW
3. Đối với dòng nước thải đồng:
Đường kính của ống dẫn: D = , [14].
Trong đó:
D- đường kính của ống, m.
V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 1,39.10-3 m3/s.
- tốc độ trung bình, m/s.
Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn = 2.0 m/s.
m = 30 mm.
D = 0,030 m.
Lưu lượng dòng thải nhỏ hơn dòng Cr nên tính toán tương tự dòng Cr:
Với L = 9m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; Pm = 73360 N/m2; P = 89725 N/m2
Lưu lượng dòng là 1,39.10-3 m3/s => N = 0,178 KW; = 0,386 KW
Ta chọn bơm có công suất: 0,4 KW
4. Đối với dòng nước thải Zn:
Đường kính của ống dẫn: D = , [14].
Trong đó:
D- đường kính của ống, m.
V- lưu lượng thể tích, m3/s, V = Q = 1,74.10-3 m3/s.
- tốc độ trung bình, m/s.
Ta có: chất lỏng trong ống đẩy của bơm, = 1.5 – 2.5 m/s, [14], chọn = 2.0 m/s.
m = 33 mm.
D = 0,033 m.
Lưu lượng dòng thải nhỏ hơn dòng Cr nên tính toán tương tự dòng Cr:
Với L = 9,5m; dtđ = D = 0,033m => Re = 73635; Pm = 10273 N/m2; P = 88698 N/m2
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 97
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Lưu lượng dòng là 1,74.10-3 m3/s => N = 0,220 KW; = 0,479 KW
Ta chọn bơm có công suất: 0,5 KW
b) Máy nén khí:
Lưu lượng không khí cần cấp cho bể điều hòa theo nguyên tắc xáo trộn là:
Q = n.qkk.L [13]
Với Q – Lưu lượng không khí cần cấp
n – Số ống phân phối khí
qkk – Cường độ thổi khí cho 1m chiều dài; qkk = 3 – 5m3/m.h
=>chọn qkk = 5m3/m.h
L – Chiều dài bể điều hòa
Thay số ta có Q = 2.5.9,2 = 92 (m3/h) (4 bể điều hòa với chiều dài 2,3m => chiều dài
tổng: 4.2,3 (m)) => Chọn máy nén khí có năng suất 140m3/h (gấp rưỡi lưu lượng khí
cần cung cấp). Áp suất tuyệt đối đầu vào và đầu ra của máy nén khí là p1 = 1at, p2 = 1,5
at => Công suất lý thuyết của máy nén khí là:
[14]
Với G: Công suất của máy nén khí (kg/s)
L: công nén 1kg không khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt (tra bảng
II.49/Tr465 - Sổ tay quá trình công nghệ và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 – NXB
KHKT 2000)
Ta lấy nhiệt độ của không khí ở đầu vào là 250C với áp suất 1 at
Vậy với công suất máy nén khí là 140m3/h thì công suất lý thuyết của máy nén khí là:
(d = 1136 kg/m3: khối lượng riêng của không khí ẩm trong phòng ở áp suất 1 at và
250C – Tra theo bảng I.10/tr15 – Sổ tay các quá trình công nghệ và thiết bị công nghệ
hóa chất tập I – NXB KHKT 2000)
Công suất thực tế của máy nén đoạn nhiệt:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 98
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
(ηdc : hiệu suất cơ khí của máy nén, với máy nén li tâm ηdc = 0,8 – 0,9 => Chọn ηdc =
0,8).
Công suất của động cơ điện là
β: Hệ số dự trữ thường từ 1,1 – 1,15 => Chọn β = 1,1
ηck, ηtt, ηđc: hiệu suất cơ khí, hiệu suất truyền động, hiệu suất động cơ điện
=> Với máy nén li tâm ηck = 0,96 – 0,98; ηtt = 0,96 – 0,99; ηdc = 0,95
Vậy ta chọn 2 máy nén khí li tâm có QB1 = 140 m3/h, NB1 = 4 kW. Hai bơm này hoạt
động luân phiên.
c) Bơm bùn:
Muốn ép được bùn thải ta cần có bơm bùn để vận chuyển bùn từ bể lắng sang bể chứa
sau đó sang máy ép bùn. Lượng bùn thải hút từ có V = 1 – 1,5 m3 mỗi lần hút. Lượng
bùn thải này không nhiều và máy ép bùn hoạt động gián đoạn theo chu kì hoạt động đã
tính, ta không tính bơm bùn mà lựa chọn loại có khả năng chịu được kiềm, năng suất Q
= 2m3/h, công suất N = 3 kW, số lượng 1.
IV.3.2. Bể chứa bùn:Lượng bùn sau chu kỳ lắng là 0,34 (m3)
Thể tích bể chứa bùn được tính theo công thức:
, m3.
Chọn t = 1 chính là 1lần bơm cặn từ bể lắng.
Bùn được chứa sang bể, diện tích bể hình chữ nhật, giữa bể hình tròn có răng cưa phân
phối nước đồng thời tránh hiện tượng sục bùn lên tiếp giáp, thể tích bể là 6,35 m3
Vậy: Kích thước bể chứa bùn:
+ Chiều dài bể 1,75m
+ Chiều rộng bể 1,6m
+ Chiều cao bể 2,3m
+ Chiều cao bảo vệ 0,2 m
Kích thước xây dựng: Vxd = 1,6 x 1,75 x 2,5 = 7 (m3)
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 99
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Kích thước trụ tròn chứa bùn ở giữa để xả bùn từ bể lắng vào là: R = 0,5m; H = 2,5m
Được bố trí 1 ống để nước chảy tràn sang bể trung hòa và ống bơm bùn sang máy lọc
ép khung bản.
IV.3.2. Thiết bị ép bùn: [14] Nhiệm vụ:
Tách nước trong bùn thải, tách lượng bùn tạo ra trong quá trình xử lý là lượng bùn ra ở
bể lắng đứng.
Bùn có thể làm khô bằng phương pháp như dùng sân phơi bùn hoặc các máy lọc như
lọc băng tải, máy lọc tấm, máy lọc thùng quay, hoặc máy lọc ép. Làm khô bùn bằng
sân phơi bùn có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, chi phí thấp nhưng nhược điểm là phải
phụ thuộc vào thời tiết (nếu không có mái che) tốn nhiều công nhân vận hành. Ở đây
sử dụng máy lọc ép để xử lý bùn.
Thiết bị ép cặn ta lựa chọn ở đây là thiết bị lọc ép khung bản.
Cấu tạo của máy lọc ép khung bản: [17]
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 100
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Hình VI.8: Thiết bị lọc ép khung bảnCấu tạo thiết bị lọc ép khung bản được mô tả như hình trên gồm 1 dãy khung bản ghép
xen kẽ nhau. Khung rỗng được nối thông với ống dẫn cặn (1). Bản đặc hai mặt xẻ rãnh
được nối thông với ống nước rửa (2) và ống thoát nước (3). Trên khung và bản có tay
vịn để tựa lên 2 thanh nằm ngang khi lắp. Giữa khung và bản có vải lọc.
Nguyên lý hoạt động:
Cặn được bơm đẩy vào ống dẫn (1) rồi được đưa vào các khung. Nước thấm qua vải
lọc sang một mặt của bản và rãnh thoát theo vòi (3) ra ngoài.
Khi cặn đã chứa đầy khung, tốc độ lọc chậm lại, người ta ngừng cung cấp cặn để tiến
hành rửa bã. Trong quá trình rửa bã, nước rửa đi theo ống (2) phân phối vào 2 mặt của
bảng (khi đó cách 1 vòi khóa 1 vòi), ngấm qua lớp bã trong khung, sang bản bên cạnh
và thoát ra ngoài theo vòi thoát. Khi đã rửa xong bã người ta tháo khung và bản ra để
xả cặn.
Máy lọc ép khung bản có ưu điểm là bề mặt lọc rất lớn, động lực của quá trình lớn nên
hiệu suất cũng lớn, kiểm tra được quá trình làm việc và dễ thay vải lọc.
Tuy nhiên nhược điểm của thiết bị này là công việc tháo bã thực hiện thủ công bằng
tay nên nặng nhọc, quy trình rửa bã chưa hoàn hảo và vải lọc nhanh bị bào mòn.
Lượng bùn ép thu được sẽ được lưu giữ trong kho chứa bùn của nhà máy. Lượng bùn
này sẽ được xử lý để tận thu kim loại chứa trong nước thải. Nước thải sau khi ép bùn sẽ
được dẫn trở lại bể trung hòa để trung hòa trước khi thải.
Máy lọc ép khung bản có thể mua sẵn trên thị trường do đó ta không tính toán mà sẽ
dựa vào catalog của nhà sản xuất mà lựa chọn cho phù hợp
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 101
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
=> Ngoài những thiết bị chính và các thiết bị phụ như bơm, máy nén khí, thùng chứa
thiết bị thì còn nhiều thiết bị phụ khác như bơm định lượng, ống, rãnh thoát nước thải,
phòng thí nghiệm..vv. Nhưng trong khuôn khổ đồ án ta chỉ tính và lựa chọn sơ bộ các
thiết bị như trên.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 102
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CHI PHÍ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
V.1. Chi phí ước tính của toàn bộ hệ thống xử lý:V.1.1. Chi phí xây dựng của hệ thống xử lý:
Chi phí xây dựng của hệ thống xử lý nước thải được tính tuơng đối, trình bày trong bảng sau: (đơn vị tính theo 1.000.000 đồng).
TT Vật tư, thiết bị
(1)
Quy cách
(2)
Số
lượng
(3)
Đơn
giá
(4)
Thành
tiền
(5)
Thiết bị chính
1 Song chắn rác Hố gom 2 x 2 cm 4 0,1 0,4
Hố bơm 0,5 x 0,5 cm 4 0,1 0,4
2 Hố thu gom
Bể hình chữ nhật,
được xây dựng
bằng bê tông
V = 1,8 m3 1 1 1,8
V=1,275 m3 1 1 1,3
V=1,575 m3 2 1 1,6
3 Bể điều hòa
Bể hình chữ nhật,
bê tông cốt thép,
thành dày 15 cm;
lót nhựa composit
V = 9,66 m3 1 1 9,66
V = 6,44 m3 1 1 6,44
V = 7,822 m3 2 1 7,82
4 Hố bơm nước
Hình chữ nhật, bê
tông cốt thép, lót
nhựa composit
V = 2,1 m3 1 1 2,1
V = 1,4 m3 1 1 1,4
V = 1,7 m3 2 1 1,7
5 Bể khử Cr
Hình tròn, bê
tông cốt thép,
thành dày 10cm,
lót nhựa composit
V = 4,5 m3 1 1 4,5
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 103
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
6 Bể oxy hóa
CN -
Hình tròn, bê
tông cốt thép, dày
10cm, lót nhựa
composit.
V = 5,01 m3 1 1 5,0
7 Bể phản ứng
kết tủa
Hình tròn, bê
tông cốt thép,
thành dày 10cm,
lót nhựa composit
V = 0,756 m3 1 1 0,76
V = 0,625 m3 1 1 0,63
V = 1,126 m3 1 1 1,13
8 Bể lắng đứng Xây bằng bê tông, hình trụ tròn,
đáy chóp nón, V= 56 (m3)
1 1 56
9 Bể chứa bùn Hình chữ nhật, xây bằng bê tông
cốt thép, lót nhựa composit, V = 7
(m3)1 1 7
9 Bể trung hòa Hình chữ nhật, xây bằng bê tông
cốt thép, lót nhựa composit, V= 4,2
(m3)
1 1 4,2
10 Tổng 1 113,84
Thiết bị phụ
11 Máy lọc ép
khung bản
2 100 200
12
Tủ điều khiển
và bảng hệ
thống tín hiệu
Chế tạo bằng thép, linh kiện Đài
Loan 1 500 500
13 Thùng hóa chất
Làm bằng nhựa chịu axit hoặc
kiềm. Với các thể tích 50l; 70l;
100l; 5l4 2 8
14
Máy pH met,
hiện số tự động
điều chỉnh
Dải đo pH từ 0-14. Độ phân giải
0,1; 2 điện kép 6 3 18
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 104
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
15
Hệ thống
đường ống, van
- Ống có đường kính lần lượt là
110, 36, 33, 30, 33…
- Van: 10 cái trên các đường ống
50
16 Cánh khuấy
Cho bể oxy hóa, mô tơ N = 1,1 kW 1 2,3 2,3
Cho bể khử, mô tơ N = 1,2 kW 1 2,3 2,3
Cho bể kết tủa, mô tơ N = 0,5 kW 3 1,7 5,1
Cho bể trung hòa, mô tơ N = 2kW 1 3,2 3,2
17 Bơm bùn Q = 2m3/h; N = 3kW 1 4 4
18 Bơm nước thải Q = 7,5m3/h, N = 0,6 kW 1 2,5 2,5
Q = 5m3/h; N = 0,4 kW 1 1,5 1,5
Q= 6,25m3/h; N = 0,5 kW 2 2,0 4
19 Bơm khí nén
Cho bể điều hòa Q = 140m3/h; N =
4kW
2 3 6
Cho máy ép bùn áp lực 7 kg/cm2,
tốc độ 1302 l/phút
1 8,7 8,7
20 Bơm hóa chất Q = 0,1 – 1 (m3/h) 6 1,5 9,0
21 Nhà điều hành
30,5m2 để chứa hóa chất đang sử
dụng, bơm, tủ điều khiển, phòng
thí nghiệm.....
1 15 15
22
Nhà chứa hóa
chất và chứa
bùn
18,7m2 chứa hóa chất mua về và
bùn đã được ép khô để mang đi
chôn lấp.
1 8 8
23Phụ kiện các
loại10
24 Máy và vật liệu Xi măng, cát, sỏi, thép, … 25
Nhân công Để xây dựng 30
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 105
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Chi phí khác 60% nhân công 18
25Chi phí chạy
thử20
26 Chi phí thiết kế 3% tổng chi phí 31,73
27 Tổng 2 982,33
26 Tổng 3 = 2+1 1096,17
Tổng chi phí xây dựng hệ thống là 1.096.170.000 đồng
=> Tỉ suất đầu tư tính cho 1 m3 nước thải là: 5.480.850 đồng/m3.
V.1.2 Ước tính chi phí vận hành hệ thống
Chi phí vận hành hệ thống bao gồm chi phí hóa chất sử dụng, chi phí điện năng và chi
phí nhân công vận hành hệ thống.
* Chi phí nhân công CP1
Số lượng nhân công cần để vận hành trạm xử lý là 1 người
Chi phí cho 1 người/ngày: 60.000 đ/ngày
→ CP1 = 1.560.000 VNĐ/tháng
* Chi phí hóa chất CP2
Lượng hóa chất sử dụng cho quá trình xử lý nước thải trong 1 ngày:
STT Tên hóa chất Lượng sử dụng Đơn giá (đồng) Thành tiền
1 Na2SO3 54,54 kg 10.000 đ/kg 545.400
2 H2SO4 (98%) 1,100kg 4.000 đ/kg 4.400
3 NaOH 67,887 kg 13.000 đ/kg 882.531
4 Nước Javen 67,672 lít 5.000 338.360
Tổng chi phí 1.770.691
Chi phí hoá chất cho 1 tháng là: CP2 = 1.770.691 × 26 = 46.038.000 (VNĐ/tháng)
* Chi phí điện năng CP3
Tổng công suất điện năng tiêu tốn cho trạm xử lý nước thải là: 60 kW/ngày
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 106
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Chi phí điện công nghiệp là 2.000 đồng/kW
Vậy chi phí cho điện năng là 120.000 đồng/ngày
→ Chi phí điện năng trong 1 tháng: CP3 = 3.120.000 VNĐ/tháng
CPvh = CP1 + CP2 + CP3 = 50.718.000 VNĐ/tháng
=> Tổng chi phí một ngày là: 1.950.691 đ/ngày
=> Chi phí xử lý là: 9.750 đ/m3.ngày – 9.800 đ/m3.ngày
V.2. Mặt bằng xây dựng:Để có thể bố trí mặt bằng một cách hợp lý chúng ta cần phải tuân theo một số nguyên
tắc sau:
+ Vị trí bố trí hệ thống phải phù hợp với quy hoạch chung của công ty, phải đảm bảo
cho việc liên hệ và quản lý chung của công ty.
+ Việc lựa chọn địa điểm để bố trí hệ thống xử lý nước thải cần phải đảm bảo được các
yêu cầu như các điều kiện cung cấp điện, nước, hóa chất cho hệ thống.
+ Hệ thống xử lý cần bố trí ở cuối hướng gió, cuối đường cống thoát nước tránh ảnh
hưởng đến các hoạt động khác đồng thời giảm giá thành chung của đường ống, hệ
thống cách xa khu dân cư và nơi sản xuất sinh hoạt có đông công nhân.
+ Cần bố trí cao trình nhà xưởng, thiết bị sao cho đảm bảo nguyên tắc tự chảy của
nước thải, để tránh năng lượng tiêu tốn cho việc dùng bơm. Độ chênh lệch mực nước
giữa các đơn vị xử lý nước phải được tính toán đủ để khắc phục tổn thất áp lực trong
công trình, trên đường ống nối giữa các công trình và các van khóa, thiết bị đo lường.
+ Bố trí sao cho công nhân dễ vận hành, kiểm tra, sửa chữa thiết bị.
+ Bố trí thiết bị hợp lý với mặt bằng cho phép, tránh lãng phí đất.
+ Có lối đi lớn, thuận tiện cho việc vận chuyển hóa chất, bùn thải.
Ta sẽ bố trí thiết bị của hệ thống xử lý nước thải trong mặt bằng tổng thể hệ thống như
trong bản vẽ số 1 (đính kèm trong đồ án).
V.3. Hiệu quả chi phí và lợi ích thu được khi lắp đặt hệ thống* Về mặt kĩ thuật
+ Các thiết bị trong hệ thống hoạt động ổn định, an toàn và hiệu suất xử lý cao (85% -
99%).
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 107
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
+ Hệ thống trang bị các thiết bị cơ giới hóa trong nhiều công đoạn xử lý: hệ thống bơm
tự động, máy đo pH, cánh khuấy... tạo điều kiện cho công nhân vận hành tốt.
+ Vận hành đơn giản, thao tác dễ dàng.
+ Linh hoạt trong xử lý chất ô nhiễm
+ Có tính đến mọi loại hình sản xuất của công ty kể cả khi có mạ đồng xianua.
* Về mặt kinh tế
+ Tổng chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý phù hợp và đảm bảo được tình hình kinh tế
của nhà máy.
+ Chi phí vận hành tương đối.
+ Nhà máy đảm bảo được các yêu cầu về mặt môi trường nhờ đó tránh được các khoản
phạt về vấn đề môi trường, giúp cho các hoạt động sản xuất của nhà máy diễn ra bình
thường không bị ngừng trệ vì vi phạm các quy định về vệ sinh môi trường.
* Về mặt môi trường
+ Nước thải ra đảm bảo được yêu cầu xử lý loại B theo QCVN 24: 2009/BTNMT
+ Bùn thải được tuần hoàn lưu giữ và nếu có thể sẽ tái thu hồi kim loại trong bùn thải,
góp phần xử lý triệt để nước thải của nhà máy.
+ Giải quyết được vấn đề ô nhiễm nước thải phân xưởng mạ của nhà máy.
V.4. Vận hành hệ thống và sự cố trong quá trình hoạt độngV.4.1. Vận hành hệ thống
Hệ thống trước khi đưa vào hoạt động phải tiến hành chạy thử để qua đó kiểm tra và
điều chỉnh lại hoạt động của từng thiết bị riêng lẻ cũng như toàn bộ hệ thống so với các
thông số kỹ thuật khi thiết kế.
Quá trình kiểm tra và vận hành của hệ thống bao gồm việc xác định lượng nước và đặc
trưng của từng dòng thải vào và ra hệ thống xử lý cũng như từng thiết bị. Ví dụ các
thông số đầu vào hệ thống xử lý của các dòng thải bao gồm lưu lượng, pH, nồng độ
Cr6+, ∑Fe, Ni2+, Cu+, Zn2+. Thông số đầu ra của hệ thống xử lý bao gồm lưu lượng, pH,
nồng độ các kim loại còn trong nước thải... Đối với riêng bể lắng thì thông số đầu vào
là lưu lượng nước vào, nồng độ căn lơ lửng (SS) vào bể lắng, thông số đầu ra là lưu
lượng nước ra, SS của nước khi ra khỏi bể lắng.
V.4.2. Sự cố trong quá trình hoạt động:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 108
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Vì ở đây dây chuyền xây dựng và lắp đặt các thiết bị định lượng hóa chất, việc vận
hành nhà máy sẽ ít xảy ra sự cố đáng tiếc nào đối với việc sử dụng hóa chất, tuy nhiên
trong quá trình thiết kế và tính toán hệ thống cũng đề phòng đến một số trường hợp sự
cố như sau:
+ Hỏng bơm: nên đã bố trí 2 bơm với cùng một công dụng để có thể khắc phục sự cố
nếu xảy ra, đồng thời sử dụng 2 bơm song song để đảm bảo độ bền và tính hiệu quả lâu
dài.
+ Hỏng máy cấp khí, hỏng máy ép bùn hay mất điện thì dừng sản xuất vì cơ sở sản
xuất không có phương án dự phòng
+Mặt khác, qua quá trình hoạt động hệ thống được quan trắc, thí nghiệm để điều chỉnh
hợp lý nhằm đạt được hiệu quả xử lý nước thải cao nhất, đồng thời cũng đưa ra hiệu
quả xử lý của hệ thống. Hệ thống hoạt động tốt thì nước thải đầu ra của cơ sở sản xuất
được xử lý khá tốt, nước trong và không còn kết tủa khi tiến hành thí nghiệm kiểm tra.
Trong quá trình hoạt động có thể xảy ra sự cố ở dây chuyền xử lý nước thải trong khi
đó tại phân xưởng mạ vẫn tiếp tục hoạt động.Vì vậy, ở đây ta bố trí xây dựng thêm một
hồ chứa nước thải với thể tích bằng 1 ngày hoạt động là 200m3 nếu sự cố xảy ra để
chứa nước từ phân xưởng mạ, mục đích chính là chứa nước thải sau xử lý để tái sử
dụng cho tưới tiêu, tưới đường, chăn nuôi….
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 109
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
KẾT LUẬN
Việc xử lý nước thải của cơ sở mạ điện là cần thiết do nước thải công nghiệp mạ điện
có pH dao động trong khoảng rộng và có nồng độ các kim loại ô nhiễm với độc tính
cao. Muốn nâng cao hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp mạ điện thì cần phải thực
hiện các biện pháp phòng ngừa ô nhiễm và giảm thiểu tại nguồn tức là tại phân xưởng
mạ điện.
Trong một loạt các phương pháp xử lý nước thải ngành mạ thì phương pháp oxy hóa
khử và keo tụ là phương pháp phù hợp và khả thi nhất đối với điều kiện hiện nay của
cơ sở sản xuất như: kinh phí eo hẹp, không có công nhân trình độ cao để vận hành hệ
thống...
Ưu điểm của hệ thống xử lý thiết kế theo phương pháp oxy hóa khử và keo tụ chính là:
Dễ vận hành, dễ thao tác, tính linh hoạt cao có thể thay đổi công suất phù hợp với tình
hình sản xuất của nhà máy ngay cả khi quy mô sản xuất của nhà máy được mở rộng,
hiệu suất xử lý cao và xử lý được triệt để chất ô nhiễm trong nước thải, lượng bùn thải
sinh ra ít, khả năng tái thu hồi kim loại cao, chi phí xử lý cho 1 m3 nước thải là tương
đối, các hóa chất đều dễ kiếm và dễ mua trên thị trường.
Hệ thống xử lý theo phương pháp kết tủa có thêm tủ điều khiển tự động, vận hành dễ
dàng, chỉ cần 1 kỹ thuật viên với trình độ trung bình là có thể điều khiển hệ thống, hiệu
quả xử lý kim loại cao. Tuy nhiên, hệ thống này phát sinh ra nhiều bùn. Bùn này đều là
các hydroxyt kim loại, rất độc hại, gặp điều kiện pH thuận lợi (pH = 4-5) thì bùn sẽ lại
tan vào nước. Việc xử lý bùn của hệ thống chủ yếu là đem đi chôn lấp mà không tận
thu tái sử dụng kim loại còn chứa trong bùn nếu hàm lượng còn cao vì chi phí đầu tư
ban đầu khá lớn. Ngoài các giải pháp công nghệ xử lý nước thải thì để giảm thiểu ô
nhiễm chất thải mạ một cách hiệu quả và tốn ít chi phí nhất, các cơ sở cần áp dụng các
giải pháp quản lý và sản xuất sạch hơn trong sản xuất và cần nhận thức đúng về công
tác môi trường cũng như được đầu tư vốn để đổi mới công nghệ thiết bị.
Đây là đồ án thiết kế và cũng là lần đầu tiên em tiếp xúc với cách làm đồ án nên không
tránh khỏi những bỡ ngỡ, sai sót. Rất mong được sự giúp đỡ của thầy cô để em hoàn
thiện hơn.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 110
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Một số trang Web (www.Artisanplanting.com.vn, www.vinachem.com.vn)
2. Trần Minh Hoàng
Công nghệ mạ điện, NXB KH&KT, 2001.
3. Trần Minh Hoàng
Phương pháp thiết kế xưởng mạ điện. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội, 1998
4. Sở khoa học, công nghệ và môi trường Tp Hồ Chí Minh
Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm công nghiệp trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp –
Tập 8. Xử lý ô nhiễm ngành mạ điện, 1998
5. Đinh Bách Khoa, INEST
Bài giảng môn các quá trình sản xuất cơ bản trong công nghệ môi trường, năm học
2007
6. Vũ Văn Mạnh
Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp mạ điện chứa Crom, Niken, và lựa chọn quy
trình thích hợp áp dụng thực tế tại Công ty khóa Minh Khai Hà Nội; Luận văn thạc
sĩ, Hà Nội, 1997
7. Trần Văn Nhân - Ngô Thị Nga
Giáo trình Công nghệ xử lý nước thải, NXB KH&KT, 2006.
8. Trần Minh Hoàng - Nguyễn Văn Thanh – Lê Đức Trí
Sổ tay mạ điện, NXB KH&KT, 2002.
9. Mạc Cẩm Thảo
Khảo sát điều tra hiện trạng môi trường công nghiệp mạ điện trên địa bàn Hà Nội;
Đánh giá hiện trạng môi trường và thiết kế hệ thống thông gió – Xử lý khí thải tại
phân xưởng mạ Công ty khóa Minh Khai. Luận văn thạc sĩ, Hà Nội,
10. Trần Văn ThắngMô hình hoá và tối ưu hoá quá trình công nghệ khử Crôm (IV) trong xử lý nước thải công nghiệp mạ điện. Luận án Tiến sỹ, Hà nội, 1996
11. Trịnh Xuân Lai
Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, 2008, [240 trang].
12. PGS.TS Hoàng Văn Huệ - PGS.TS Trần Đức Hạ
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 111
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải phân xưởng mạ điện công suất 200 m3/ngày – Nguyễn Minh Vương – Lớp CNMT K50 – Quy Nhơn
Thoát nước, Tập II, Xử lý nước thải, NXB KH&KT, Hà Nội, 2002.
13. Trần Hiếu Nhuệ
Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB KH&KT, 2001.
14. Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Khoa Hóa - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập I và II, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1978.
15. Trịnh Xuân Lai
Tính toán các công trình xử lý và phân phối nước cấp, NXB Xây Dựng, 2008
16. Đặng Xuân Hiển, INEST
Bài giảng môn xử lý nước thải, năm học 2008.
17. Thí nghiệm Quá Trình Cơ Bản trong Công Nghệ Môi Trường.
18. Trịnh Xuân Lai
Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, NXB Xây dựng, 2004.
19. http://www.nea.gov.vn/tapchi/Toanvan.
20. http://vi.wikipedia.org/wiki/Mạ_điện.
21. http://moitruong.xaydung.gov.vn.
22. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Bin, Phạm Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cử, Đinh Văn HuỳnhCơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, tập I và II. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 1999.
23. Trần Văn Nhân và các cộng sự
Nghiên cứu nước thải mạ điện, Hà Nội, 1995.
24. Một số trang web môi trường khác.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN –Tel: (84.43)8681686 – Fax: (84.43)8693551 112