Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành dệt may đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế, trong đó ngành công nghiệp dệt nhuộm giữ vị trí then chốt nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng về màu sắc, kiểu dáng và độ bền sản phẩm thời trang. Tuy nhiên, cùng với sự gia tăng sản lượng và việc sử dụng các loại thuốc nhuộm có độ bền màu cao, mức độ ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm gây ra ngày càng trở nên phức tạp.

Theo số liệu thống kê trong đồ án, ngành công nghiệp dệt may phát sinh khoảng 20 đến 30 triệu $\text{m}^3$ nước thải mỗi năm, nhưng mới chỉ có khoảng 10% tổng lượng nước thải được qua xử lý, phần còn lại thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận. Công nghệ sản xuất dệt nhuộm tiêu tốn lượng nước rất lớn, dao động từ 20 đến 100 $\text{m}^3$ nước cho mỗi tấn sản phẩm, tương ứng với lưu lượng xả thải từ vài trăm đến hơn 1000 $\text{m}^3/\text{ngày}$.

Nước thải dệt nhuộm có thành phần ô nhiễm phức tạp, phân thành hai nhóm chính:

  • Chất thải từ hóa chất và phụ gia dư thừa: Chủ yếu gồm các chất vô cơ như $\text{NaOH}$, $\text{Na}_2\text{CO}_3$, $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{H}_2\text{O}_2$, $\text{NaOCl}$, các chất khử ($\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$, $\text{Na}_2\text{S}$), chất điện ly ($\text{NaCl}$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$), chất hoạt động bề mặt và polymer tổng hợp (PAC, polyacrylat, chất làm mềm gốc silicon).
  • Chất thải từ thuốc nhuộm dư thừa: Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thuộc nhóm thuốc nhuộm trực tiếp (gốc azo, dioazin), thuốc nhuộm hoạt tính (chứa halogen hữu cơ AOX), thuốc nhuộm hoàn nguyên (nhân indigo, antraquinon không tan trong nước), thuốc nhuộm phân tán và thuốc nhuộm lưu huỳnh. Hiệu suất sử dụng thuốc nhuộm chỉ đạt 70 - 80% (tối đa 95%), dẫn đến lượng lớn hóa chất màu thải vào dòng nước.

Đồ án tập trung giải quyết bài toán thiết kế trạm xử lý nước thải cho Nhà máy dệt nhuộm Thắng Lợi với các thông số thiết kế xác định tại thời điểm tháng 03/2021 tại Hà Nội:

  • Mục tiêu nghiên cứu: Tính toán, thiết kế toàn diện hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm công suất $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ nhằm xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B).
  • Nhiệm vụ thiết kế:
    1. Phân tích đặc tính nguồn thải và lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý tối ưu.
    2. Tính toán chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước và tuyến xử lý bùn.
    3. Lựa chọn thiết bị cơ điện, máy nén khí, bơm, đường ống phân phối và tính toán tổn thất thủy lực toàn hệ thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Cơ sở lý thuyết

Đồ án áp dụng phối hợp các cơ chế xử lý nước thải công nghiệp:

  • Phương pháp cơ học: Sử dụng song chắn rác và hố thu gom để loại bỏ rác thô, sợi vải và cặn lơ lửng kích thước lớn nhằm bảo vệ thiết bị bơm và đường ống.
  • Phương pháp hóa lý (Keo tụ - Tạo bông & Lắng I): Sử dụng phèn PAC kết hợp kiềm NaOH để điều chỉnh pH và chất trợ tạo bông polymer anionic (PAA) nhằm phá vỡ độ bền của các hạt keo màu, tạo bông cặn lớn và lắng tách các chất hữu cơ khó phân hủy và chất rắn lơ lửng.
  • Phương pháp sinh học hiếu khí (Bùn hoạt tính Aerotank xáo trộn hoàn toàn): Dựa trên quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan ($\text{BOD}_5$, $\text{COD}$) nhờ hệ vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện cung cấp oxy liên tục và tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng sinh học đợt 2.
  • Phương pháp khử trùng: Sử dụng dung dịch Clo tiếp xúc dòng ziczac để tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh trước khi xả ra môi trường tiếp nhận.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

  • Phương pháp tính toán công nghệ kỹ thuật: Vận dụng các công thức thủy lực, cân bằng vật chất, động học bùn hoạt tính (theo mô hình sinh trưởng tế bào vi sinh vật) và các tiêu chuẩn thiết kế trạm xử lý nước thải hiện hành.
  • Nguồn dữ liệu đầu vào: Dữ liệu phân tích thành phần nước thải thực tế từ Nhà máy dệt nhuộm Thắng Lợi.
  • Quy chuẩn đối chiếu: QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B - áp dụng cho nước thải dệt nhuộm xả vào nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt).
Thông số ô nhiễm Đơn vị Nước thải đầu vào QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B)
Lưu lượng ($Q_{\text{TB}}$) $\text{m}^3/\text{ngày}$ 1000 -
$\text{pH}$ - 5,6 5,5 - 9,0
Độ màu $\text{Pt-Co}$ 1250 150
$\text{BOD}_5$ ($20^\circ\text{C}$) $\text{mg/L}$ 350 50
$\text{COD}$ $\text{mg/L}$ 630 200
Tổng chất rắn lơ lửng ($\text{SS}$) $\text{mg/L}$ 95 150
Sunfat ($\text{SO}_4^{2-}$) $\text{mg/L}$ 76 -
Photphat ($\text{PO}_4^{3-}$) $\text{mg/L}$ 1,31 -

Thiết kế và tính toán công nghệ

So sánh và lựa chọn sơ đồ công nghệ

Đồ án đã phân tích và so sánh hai phương án dây chuyền công nghệ:

Tiêu chí Sơ đồ công nghệ 1 (Hóa lý kết hợp Sinh học hiếu khí + AOPs + Hấp phụ) Sơ đồ công nghệ 2 (Hóa lý keo tụ tạo bông + Sinh học Aerotank + Khử trùng Clo)
Quy trình chính Song chắn rác $\rightarrow$ Hố gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Tuyển nổi $\rightarrow$ Lắng 1 $\rightarrow$ XLSH hiếu khí $\rightarrow$ AOPs $\rightarrow$ Tháp hấp phụ Song chắn rác $\rightarrow$ Hố gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Trộn cơ khí $\rightarrow$ Keo tụ/tạo bông $\rightarrow$ Lắng 1 $\rightarrow$ Aerotank $\rightarrow$ Lắng 2 $\rightarrow$ Bể khử trùng
Ưu điểm Hiệu quả xử lý rất cao, loại bỏ triệt để chất độc và màu khó phân hủy, diện tích xây dựng nhỏ, thiết bị gọn nhẹ. Hiệu quả xử lý cao, đảm bảo chất lượng nước đầu ra cột B, quy trình thân thiện với môi trường, chi phí vận hành và đầu tư hợp lý.
Nhược điểm Chi phí đầu tư và vận hành rất cao do dùng tác nhân oxy hóa nâng cao (AOPs) và than hấp phụ; hiệu quả kinh tế thấp. Thời gian lưu xử lý dài hơn sơ đồ 1, thể tích công trình đơn vị lớn hơn.
Đánh giá lựa chọn Không chọn do chi phí vận hành cao. Được chọn để thiết kế và tính toán chi tiết.

Dây chuyền công nghệ đã lựa chọn

  1. Dòng nước thải: Nước thải $\rightarrow$ Song chắn rác thô $\rightarrow$ Ngăn tách rác mịn kết hợp Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa (sục khí xáo trộn) $\rightarrow$ Bể hòa trộn cơ khí (châm $\text{NaOH}$, $\text{PAC}$) $\rightarrow$ Bể phản ứng keo tụ tạo bông (châm polymer PAA) $\rightarrow$ Bể lắng 1 $\rightarrow$ Bể sinh học hiếu khí Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng 2 ly tâm $\rightarrow$ Bể khử trùng (tiếp xúc dung dịch Clo) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận đạt Cột B QCVN 13-MT:2015/BTNMT.
  2. Dòng bùn thải: Bùn hóa lý từ Bể lắng 1 và bùn hoạt tính dư từ Bể lắng 2 $\rightarrow$ Bể cô đặc bùn / nén bùn $\rightarrow$ Bể Metan $\rightarrow$ Máy ép bùn băng tải Model DDTP-BFA50 $\rightarrow$ Vận chuyển đến bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Một phần bùn lắng từ Bể lắng 2 được bơm tuần hoàn về Bể Aerotank để duy trì nồng độ sinh khối.

Nội dung chính theo từng công trình đơn vị

1. Song chắn rác và mương dẫn

  • Mương dẫn: Thiết kế mương hở tiết diện chữ nhật với tỷ lệ $b = 2h$, chọn chiều rộng $B_m = 0,4\text{ m}$, chiều cao lớp nước $h = 0,17\text{ m}$, chiều cao xây dựng $H = 0,3\text{ m}$ (chiều cao bảo vệ $h' = 0,2\text{ m}$), độ dốc $i = 0,0008$, vận tốc dòng chảy $v = 0,6\text{ m/s}$.
  • Song chắn rác: Đặt nghiêng một góc $\alpha = 60^\circ$. Khoảng cách giữa các khe $l = 16\text{ mm}$, chiều dày thanh song $s = 8\text{ mm}$, số thanh $n = 19$, chiều rộng song chắn $B_s = 0,62\text{ m}$. Chiều dài xây dựng mương lắp song chắn $L = 0,95\text{ m}$.

2. Hố thu gom

  • Nhiệm vụ: Tập trung nước thải và tạo dung tích duy trì lưu lượng ổn định cho bơm chìm hoạt động luân phiên. Bố trí giỏ lọc mắt lưới $1\text{ mm}$ để giữ lại sợi chỉ nhỏ, chống tắc bơm.
  • Kích thước công trình: Thời gian lưu nước $t = 10\text{ phút}$, thể tích hữu ích $V_{hi} = 18,75\text{ m}^3$. Chiều dài $L = 3\text{ m}$, chiều rộng $B = 2,5\text{ m}$, chiều sâu hữu ích $H_{hi} = 2,5\text{ m}$, chiều cao an toàn $h = 0,5\text{ m} \Rightarrow$ Chiều sâu tổng cộng $H = 3\text{ m}$.
  • Hệ thống bơm: Lắp đặt 2 bơm chìm TSURUMI 80PU23.7 (1 hoạt động, 1 dự phòng), công suất $3,7\text{ kW}$, điện áp 380V, lưu lượng bơm $Q_b = 112,5\text{ m}^3/\text{h}$, cột áp $H = 7\text{ m}$. Tuyến ống đẩy sử dụng ống nhựa Tiền Phong HDPE PE100 DN160 PN10 ($v = 1,5\text{ m/s}$).

3. Bể điều hòa

  • Nhiệm vụ: Điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm, chống lắng cặn và làm thoáng sơ bộ giúp oxy hóa một phần chất hữu cơ, ổn định chế độ làm việc cho các công trình phía sau.
  • Kích thước công trình: Thời gian lưu nước $t = 8\text{ giờ}$, thể tích hữu ích $V = 900\text{ m}^3$. Kích thước xây dựng: $L \times B \times H = 15\text{ m} \times 10\text{ m} \times 6,5\text{ m}$ (chiều cao hữu ích $H_h = 6\text{ m}$, chiều cao bảo vệ $H_{bv} = 0,5\text{ m}$), tổng thể tích $975\text{ m}^3$.
  • Hệ thống sục khí: Sử dụng 70 đĩa phân phối khí Jaeger - HD340 (đường kính $0,295\text{ m}$, lưu lượng $q = 8\text{ m}^3/\text{h}$), bố trí thành 10 hàng (mỗi hàng 7 đĩa). Đường ống cấp khí chính bằng sắt tráng kẽm Hòa Phát $\phi 113,5\text{ mm}$, ống nhánh $\phi 42,2\text{ mm}$. Cung cấp khí bởi 2 máy nén khí Puma PK100300 công suất $7,5\text{ kW}$ (1 làm việc, 1 dự phòng).
  • Bơm chuyển nước: 2 bơm chìm TSURUMI 80PU22.2 công suất $2,2\text{ kW}$, tuyến ống HDPE PE100 DN90 PN10 dẫn sang bể trộn.

4. Bể hòa trộn cơ khí

  • Nhiệm vụ: Phân tán nhanh hóa chất keo tụ ($\text{PAC}$) và kiềm ($\text{NaOH}$) vào dòng nước thải.
  • Liều lượng hóa chất:
    • Lượng phèn PAC tính theo độ màu ($M = 1250\text{ Pt-Co}$): $P_p = 4 \times \sqrt{1250} = 141,4\text{ mg/L}$ (lớn hơn lượng tính theo hàm lượng cặn $25\text{ mg/L}$ nên chọn $141,4\text{ mg/L}$).
    • Lượng $\text{NaOH}$ khan bổ sung để nâng $\text{pH}$ từ 5,6 lên mức tối ưu bằng 7,0 là $96,8\text{ g/ngày}$.
  • Kích thước & Thiết bị: Thời gian khuấy trộn $t = 120\text{ s}$, gradient vận tốc $G = 700\text{ s}^{-1}$. Kích thước bể: $L \times B \times H = 0,9\text{ m} \times 0,9\text{ m} \times 2,0\text{ m}$ (thể tích thực $1,6\text{ m}^3$, chiều cao hữu ích $1,5\text{ m}$). Cánh khuấy tuabin 4 cánh nghiêng $45^\circ$ ($D = 0,35\text{ m}$, $n = 300\text{ vòng/phút}$), động cơ công suất $1,12\text{ kW}$. Ống dẫn sang bể tạo bông bằng ống HDPE PE100 DN225 PN10 ($v = 0,29\text{ m/s}$).

5. Bể phản ứng keo tụ tạo bông

  • Nhiệm vụ: Tạo điều kiện thủy động lực học êm dịu để các bông cặn nhỏ liên kết thành bông cặn lớn có tốc độ lắng cao nhờ chất trợ keo tụ polymer anionic (PAA).
  • Liều lượng polymer: Bổ sung PAA liều lượng $1,5\text{ mg/L}$ ($1,5\text{ kg PAA/ngày}$), pha nồng độ 0,5% cần $12,5\text{ L/h}$. Sử dụng 1 bơm định lượng Blue-White C660P (lưu lượng $14\text{ L/h}$, công suất $45\text{ W}$, điện 220V).
  • Kích thước công trình: Thời gian lưu nước $t = 15\text{ phút}$, thể tích $V = 10,42\text{ m}^3$. Chia làm 3 buồng phản ứng liên hoàn có kích thước tổng thể $B \times H \times L = 1,5\text{ m} \times 2,0\text{ m} \times 4,8\text{ m}$ (mỗi buồng dài $1,6\text{ m}$, chiều cao hữu ích $1,5\text{ m}$).
  • Hệ thống khuấy trộn: Cánh khuấy tuabin 4 cánh hướng lên ($D = 0,75\text{ m}$), thiết kế gradient vận tốc giảm dần:
    • Buồng 1: $G_1 = 60\text{ s}^{-1}$, số vòng quay $n_1 = 55\text{ vòng/phút}$, động cơ $200\text{ W}$.
    • Buồng 2: $G_2 = 40\text{ s}^{-1}$, số vòng quay $n_2 = 42\text{ vòng/phút}$, động cơ $60\text{ W}$.
    • Buồng 3: $G_3 = 25\text{ s}^{-1}$, số vòng quay $n_3 = 30\text{ vòng/phút}$, động cơ $30\text{ W}$.
  • Nồng độ cặn đi vào bể lắng 1 tính toán đạt: $SS = 548,6\text{ mg/L}$.

6. Bể lắng 1 (Bể lắng ly tâm / đứng)

  • Kích thước công trình: Tải trọng bề mặt $L_A = 40\text{ m}^3/\text{m}^2.\text{ngày}$, thời gian lưu nước $\tau = 1,76\text{ giờ}$. Đường kính bể $D = 5,7\text{ m}$, đường kính ống trung tâm $d = 1,14\text{ m}$ (cao $1,8\text{ m}$), chiều sâu hữu ích $H = 3,0\text{ m}$, chiều cao tổng cộng $H_{TC} = 4,2\text{ m}$ (gồm lớp bùn $0,7\text{ m}$, chiều cao bảo vệ $0,3\text{ m}$, lớp trung hòa $0,2\text{ m}$), độ dốc đáy $5%$.
  • Máng thu nước: Chiều dài máng $L_m = 15,4\text{ m}$, gắn máng răng cưa chữ V $90^\circ$ gồm 85 răng, độ ngập nước đỉnh răng $0,025\text{ m}$.
  • Hiệu quả xử lý: Hàm lượng $\text{BOD}_5$ giảm 30% (còn $245\text{ mg/L}$), $\text{COD}$ giảm 50% (còn $315\text{ mg/L}$), $\text{SS}$ giảm 80% (còn $109,72\text{ mg/L}$), độ màu giảm 90% (còn $125\text{ Pt-Co}$).
  • Xử lý bùn: Lượng bùn tươi sinh ra $438\text{ kg/ngày}$ (thể tích bùn độ ẩm 98% là $20,85\text{ m}^3/\text{ngày}$). Lắp đặt 2 bơm nổi hút bùn trục rời Ebara 65x40 GS 40-125/0.75 công suất $0,75\text{ kW}$, ống đẩy HDPE PE100 DN50 PN10.

7. Bể Aerotank (Bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn)

  • Thông số vận hành: Nồng độ bùn hoạt tính $X = 3000\text{ mgMLVSS/L}$, nồng độ bùn tuần hoàn $X_{th} = 7000\text{ mgMLVSS/L}$ ($10000\text{ mgMLSS/L}$), thời gian lưu bùn $\theta_c = 15\text{ ngày}$, tỷ số $F/M = 0,325\text{ kg BOD}_5/\text{kg MLVSS.ngày}$. $\text{BOD}_5$ sau xử lý sinh học đạt $24,14\text{ mg/L}$ (hiệu suất khử 90%).
  • Kích thước công trình: Thể tích hữu ích $V = 251\text{ m}^3$ (thực tế $253,125\text{ m}^3$), thời gian lưu nước $\theta = 6,024\text{ giờ}$. Kích thước bể: $L \times B \times H = 7,5\text{ m} \times 7,5\text{ m} \times 5,0\text{ m}$ (chiều cao công tác $4,5\text{ m}$, chiều cao bảo vệ $0,5\text{ m}$).
  • Tuần hoàn và xả bùn: Tỉ số bùn tuần hoàn $\alpha = 0,75 \Rightarrow$ Lưu lượng bùn tuần hoàn $Q_{th} = 750\text{ m}^3/\text{ngày}$ ($31,25\text{ m}^3/\text{h}$). Lưu lượng bùn dư xả bỏ $Q_w = 4,32\text{ m}^3/\text{ngày}$ ($M_{\text{bùn thải}} = 44,1\text{ kg/ngày}$).
  • Hệ thống cấp khí: Lượng oxy cần thiết duy trì $\text{DO} = 2\text{ mg/L}$ là $439,67\text{ kg/ngày}$. Lắp đặt 100 đĩa phân phối bọt mịn OXYFLEX (màng EPDM/Silicon, lưu lượng $12\text{ m}^3/\text{h}$). Ống chính bằng Inox đúc DN200 ($\phi 219\text{ mm}$), 10 ống nhánh Inox DN40 ($\phi 48\text{ mm}$). Trang bị máy thổi khí TRUDEAN TH-150 lưu lượng $20\text{ m}^3/\text{phút}$, công suất động cơ $25\text{ kW}$.

8. Bể lắng 2 (Bể lắng ly tâm bùn sinh học)

  • Kích thước công trình: Thiết kế theo tải trọng chất rắn $L_S = 5\text{ kg/m}^2.\text{h}$, diện tích bề mặt $A_s = 41,7\text{ m}^2$, thời gian lưu nước $\tau = 1,65\text{ giờ}$. Đường kính bể $D = 7,3\text{ m}$, đường kính ống trung tâm $d = 1,46\text{ m}$, chiều cao tổng cộng $H_{TC} = 4,2\text{ m}$, đáy dốc 5%.
  • Máng thu nước & gạt bùn: Chiều dài máng $L_m = 20,4\text{ m}$, gắn 113 răng cưa chữ V, tải trọng máng tràn $86\text{ m}^3/\text{m.ngày}$. Tốc độ quay thanh gạt bùn $0,3\text{ vòng/phút}$.
  • Hệ thống bơm bùn tuần hoàn: 2 máy bơm ly tâm trục rời Ebara 65x40 GS 40-125/0.75 công suất $0,75\text{ kW}$, ống dẫn bùn tuần hoàn HDPE PE100 DN90 PN10 ($v = 1,364\text{ m/s}$).

9. Bể khử trùng

  • Quy cách: Thiết kế dạng bể tiếp xúc dòng chảy ziczac chia làm 10 ngăn liên hoàn. Liều lượng Clo tính toán là $10\text{ mg/L}$.
  • Kích thước công trình: Thể tích $V = 21\text{ m}^3$, thời gian tiếp xúc $t = 30,2\text{ phút}$. Chiều dài tổng $90\text{ m}$ được bố trí thành 10 ngăn (mỗi ngăn dài $9\text{ m}$, rộng $0,19\text{ m} \Rightarrow$ tổng bề rộng bể $1,9\text{ m}$), chiều sâu làm việc $0,9\text{ m}$, chiều cao tổng thể $1,2\text{ m}$. Lắp đặt 9 vách ngăn hướng dòng bằng bê tông dày $0,15\text{ m}$, chiều dài vách $1,6\text{ m}$.

10. Tuyến xử lý bùn và cao trình hệ thống

  • Tuyến xử lý bùn kết hợp bùn hóa lý ($20,85\text{ m}^3/\text{ngày}$) và bùn sinh học dư ($4,32\text{ m}^3/\text{ngày}$) đưa qua Bể cô đặc bùn/nén bùn, Bể Metan và Máy ép bùn băng tải Model DDTP-BFA50 để giảm thể tích trước khi đem chôn lấp.
  • Tính toán tổn thất áp lực thủy lực qua từng thiết bị và mương dẫn, đảm bảo nước thải tự chảy ổn định giữa các đơn nguyên.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán kỹ thuật

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ các bảng tính toán chi tiết cho hệ thống xử lý nước thải công suất $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$, đảm bảo các thông số đầu ra tuân thủ QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B):

Công đoạn xử lý Độ màu ($\text{Pt-Co}$) $\text{BOD}_5$ ($\text{mg/L}$) $\text{COD}$ ($\text{mg/L}$) $\text{SS}$ ($\text{mg/L}$)
Nước thải thô đầu vào 1250 350 630 95
Sau Keo tụ - Lắng 1 125 245 315 109,72
Sau Aerotank - Lắng 2 $\le 125$ 24,14 $< 200$ 28,5
QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B) 150 50 200 150

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Lựa chọn thiết bị cơ điện cụ thể: Bản thuyết minh đã gắn liền việc tính toán lý thuyết với việc lựa chọn thiết bị thực tế từ các nhà sản xuất uy tín (bơm chìm TSURUMI, bơm Ebara, đĩa phân phối khí Jaeger và OXYFLEX, máy nén Puma, máy thổi khí TRUDEAN, bơm định lượng Blue-White, máy ép bùn băng tải DDTP-BFA50).
  • Hệ thống hóa quy cách vật liệu: Quy chuẩn hóa đường kính và cấp áp lực toàn bộ hệ thống đường ống nước thải và bùn (HDPE Tiền Phong DN50, DN90, DN160, DN225 và ống Inox đúc DN40, DN200).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án

  • Số liệu tính toán dựa trên mẫu nước thải đơn lẻ của Nhà máy dệt nhuộm Thắng Lợi tại một thời điểm, chưa bao quát đầy đủ sự dao động tải lượng ô nhiễm đột biến theo từng mẻ nhuộm và các dòng sản phẩm dệt may khác nhau.
  • Đồ án chưa đi sâu vào việc phân tích chi tiết chi phí năng lượng điện tiêu thụ hàng tháng và chi phí bùn thải hóa lý phát sinh trong quá trình vận hành thực tế.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nghiên cứu giải pháp tách dòng nước thải cục bộ (tách riêng dòng nước thải nhuộm đậm màu có độ mặn cao và COD cao) ngay tại các công đoạn chuội, tẩy, nhuộm trước khi đưa về trạm xử lý tập trung.
  • Nghiên cứu tích hợp thêm các công nghệ xử lý oxy hóa bậc cao (Fenton, Ozone) hoặc màng lọc MBR/RO sau bể sinh học nhằm nâng chất lượng nước sau xử lý đạt Cột A để tái tuần hoàn nước cho quá trình giặt/nhuộm.

Giá trị tham khảo

Bản đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Môi trường, Cấp thoát nước và Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị khi thực hiện bài tập lớn, đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế trạm xử lý nước thải công nghiệp.
  • Các kỹ sư thiết kế môi trường cần tham khảo các bước tính toán thủy lực, lựa chọn thiết bị cơ điện và quy cách đường ống cho hệ thống xử lý nước thải ngành dệt nhuộm quy mô $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$.

Câu hỏi thường gặp

1. Nước thải đầu vào của Nhà máy dệt nhuộm Thắng Lợi có những đặc tính ô nhiễm nào nổi bật?

Nước thải đầu vào có lưu lượng trung bình $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$, mang tính kiềm nhẹ với $\text{pH} = 5,6$, độ màu rất cao ($1250\text{ Pt-Co}$), nồng độ $\text{COD} = 630\text{ mg/L}$, $\text{BOD}_5 = 350\text{ mg/L}$, $\text{SS} = 95\text{ mg/L}$, $\text{SO}_4^{2-} = 76\text{ mg/L}$ và $\text{PO}_4^{3-} = 1,31\text{ mg/L}$.

2. Vì sao nhóm tác giả lựa chọn liều lượng phèn PAC là 141,4 mg/L ở bể trộn cơ khí?

Khi tính toán theo hàm lượng cặn đầu vào ($95\text{ mg/L}$), liều lượng PAC chỉ cần $25\text{ mg/L}$. Tuy nhiên, do nước thải dệt nhuộm có độ màu lớn ($M = 1250\text{ Pt-Co}$), công thức tính liều lượng phèn theo độ màu $P_p = 4 \times \sqrt{M} = 4 \times \sqrt{1250} = 141,4\text{ mg/L}$ cho kết quả lớn hơn. Do đó, nhóm chọn liều lượng $141,4\text{ mg/L}$ để đảm bảo hiệu quả keo tụ phá màu tối ưu.

3. Các thông số thiết kế chính của bể sinh học Aerotank xáo trộn hoàn toàn là gì?

Bể Aerotank có kích thước $L \times B \times H = 7,5\text{ m} \times 7,5\text{ m} \times 5,0\text{ m}$ (chiều cao làm việc $4,5\text{ m}$, thể tích thực $253,125\text{ m}^3$). Bể duy trì nồng độ bùn $X = 3000\text{ mgMLVSS/L}$, thời gian lưu bùn $\theta_c = 15\text{ ngày}$, thời gian lưu nước $\theta = 6,024\text{ giờ}$, tỷ lệ tuần hoàn bùn $\alpha = 0,75$ ($Q_{th} = 750\text{ m}^3/\text{ngày}$), tải trọng $F/M = 0,325\text{ kg BOD}_5/\text{kg MLVSS.ngày}$, và lượng bùn dư xả bỏ $Q_w = 4,32\text{ m}^3/\text{ngày}$.

4. Hệ thống phân phối khí tại Bể điều hòa và Bể Aerotank sử dụng loại thiết bị nào?

  • Tại Bể điều hòa: Lắp đặt 70 đĩa phân phối khí Jaeger - HD340 (đường kính $0,295\text{ m}$, lưu lượng $8\text{ m}^3/\text{h}$), cấp khí bởi 2 máy nén khí Puma PK100300 công suất $7,5\text{ kW}$.
  • Tại Bể Aerotank: Lắp đặt 100 đĩa phân phối bọt mịn OXYFLEX (vật liệu màng EPDM/Silicon, lưu lượng thiết kế $12\text{ m}^3/\text{h}$), cấp khí bởi máy thổi khí TRUDEAN Model TH-150 lưu lượng $20\text{ m}^3/\text{phút}$, công suất $25\text{ kW}$.

5. Tuyến xử lý bùn thải của trạm bao gồm các công trình và thiết bị nào?

Bùn lắng từ Bể lắng 1 ($20,85\text{ m}^3/\text{ngày}$) và bùn dư Bể lắng 2 ($4,32\text{ m}^3/\text{ngày}$) được bơm bằng máy bơm Ebara 65x40 GS 40-125/0.75 về Bể cô đặc bùn, sau đó qua Bể Metan để ổn định kỵ khí và khử nước bằng Máy ép bùn băng tải Model DDTP-BFA50 trước khi chuyển đi chôn lấp.

Kết luận

Đồ án đã hoàn thành trọn vẹn việc tính toán thiết kế kỹ thuật cho trạm xử lý nước thải dệt nhuộm công suất $1000\text{ m}^3/\text{ngày}$ dựa trên số liệu thực tế của Nhà máy dệt nhuộm Thắng Lợi. Dây chuyền công nghệ lựa chọn kết hợp giữa xử lý hóa lý (keo tụ - tạo bông với phèn PAC, polymer PAA, lắng 1) và xử lý sinh học hiếu khí bùn hoạt tính Aerotank cùng khử trùng bằng Clo thể hiện tính khả thi cao về mặt kỹ thuật và kinh tế. Toàn bộ các công trình đơn vị, thiết bị cơ điện và đường ống được tính toán chi tiết, đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt chuẩn xả thải QCVN 13-MT:2015/BTNMT (Cột B).