Trả lời nhanh: Định cỡ thiết bị thủy lực theo lưu lượng giờ cao điểm và thể tích sinh học theo tải lượng hữu cơ hàng ngày (COD kg/ngày). Đây là hai con số khác nhau và dùng một con số cho cả hai là lỗi định cỡ phổ biến nhất. Thêm bể điều hòa để chuyển dòng xả dao động mạnh thành dòng cấp ổn định — đó là giải pháp độ tin cậy rẻ nhất bạn có thể mua.
Hai con số định cỡ một nhà máy
Hầu hết mọi sai lầm về định cỡ đều đến từ việc gộp hai yêu cầu riêng biệt thành một con số. Đó là:
- Lưu lượng giờ cao điểm — định cỡ song chắn rác, bơm, đường ống, bể lắng, thiết bị tuyển nổi và mọi thành phần thủy lực
- Tải lượng hữu cơ hàng ngày, tính bằng kilôgam COD hoặc BOD mỗi ngày — định cỡ thể tích bể phản ứng sinh học, công suất sục khí và lượng bùn sinh ra
Một nhà máy xả 480 m³/ngày đều đặn và một nhà máy xả cùng 480 m³ đó trong ba đợt cao điểm cuối ca cần thiết bị thủy lực rất khác nhau và thể tích sinh học giống hệt nhau. Định cỡ nhà máy thứ nhất theo 20 m³/h và nhà máy thứ hai theo 20 m³/h, thì nhà máy thứ hai sẽ tràn.
Bước 1: Xây dựng hồ sơ lưu lượng thực
Không chấp nhận “khoảng 500 mét khối một ngày”. Hãy yêu cầu, hoặc đo, lưu lượng theo từng khối giờ trong một ngày sản xuất bình thường và trong ngày xấu nhất của tuần. Những gì bạn cần rút ra từ đó:
- Tổng lưu lượng ngày (m³/ngày)
- Lưu lượng giờ cao điểm (m³/h)
- Hệ số cao điểm = giờ cao điểm ÷ giờ trung bình
- Sản xuất là liên tục, hai ca, hay theo lô
Hệ số cao điểm 1,5 là thoải mái. Hệ số cao điểm từ 4 trở lên — phổ biến khi bể được xả vào cuối ca — nghĩa là cân bằng không phải là tùy chọn.
Bước 2: Tính kích thước bể cân bằng
Cân bằng chuyển đổi dòng xả không đều thành dòng nạp ổn định, và nó làm hai việc cùng lúc: bảo vệ hệ sinh học khỏi bị rửa trôi thủy lực, và làm giảm các cú sốc pH và nồng độ mà nếu không sẽ ức chế sinh khối. Như một cách tiếp cận thực tế, hãy thiết kế kích thước để chứa thể tích xả ra trong giai đoạn cao điểm sao cho nhà máy phía sau có thể được nạp ở tốc độ gần với mức trung bình hàng ngày.
Nó cần được khuấy trộn. Một bể cân bằng không có khuấy trộn sẽ phân tầng và lắng cặn rắn, rồi giải phóng chúng thành một khối khi bể được xả cạn — đó chính xác là cú sốc mà nó được xây dựng để ngăn ngừa.
Bước 3: Định cỡ giai đoạn sinh học theo tải lượng
Chuyển đổi nồng độ và lưu lượng thành tải lượng trước tiên:
Tải lượng COD (kg/ngày) = COD (mg/L) × lưu lượng (m³/ngày) ÷ 1000
Vậy 500 m³/ngày ở 2.000 mg/L COD là 1.000 kg COD/ngày. Con số đó, không phải 500, quyết định thể tích bể phản ứng, nhu cầu oxy và lượng bùn sinh ra. Hai quyết định tiếp theo xuất phát từ đó:
- Liệu bạn có cần một giai đoạn kỵ khí hay không. Nước thải có tải lượng cao thường được xử lý kỵ khí trước, vì sục khí cho tải lượng lớn như vậy rất tốn kém và tạo ra một lượng lớn bùn dư. Xử lý kỵ khí loại bỏ phần lớn tải lượng với chi phí năng lượng thấp hơn nhiều và tạo ra ít bùn hơn rất nhiều; sau đó xử lý hiếu khí tinh chỉnh phần còn lại.
- Liệu có cần bổ sung chất dinh dưỡng hay không. Xử lý sinh học cần nitơ và phốt pho theo tỷ lệ tương đối so với cacbon. Một số nước thải công nghiệp — đường, tinh bột, một số dòng hóa chất — giàu cacbon và nghèo chất dinh dưỡng, và hệ sinh học sẽ không hoạt động cho đến khi được định lượng chất dinh dưỡng.
Nếu bạn đang lựa chọn giữa các loại quy trình tại thời điểm này, hãy xem so sánh của chúng tôi về hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh và năm giai đoạn quy trình.
Bước 4: Kiểm tra thông số giới hạn, không chỉ COD
COD thường xác định quy mô nhà máy, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Hãy kiểm tra từng mục sau đây so với giới hạn xả thải và xác định quy mô cho mục nào khó đáp ứng nhất:
| tham số | Được xác định quy mô bởi | Thường là ràng buộc thực sự khi |
|---|---|---|
| COD / BOD | Thể tích sinh học và sục khí | Nước thải thực phẩm, sản xuất bia, hóa chất, dầu cọ |
| Nitơ amoniac | Thể tích nitrat hóa và tuổi bùn | Giới hạn nghiêm ngặt; nitrat hóa cần tuổi bùn dài và nhạy cảm với nhiệt độ |
| Chất rắn lơ lửng | Khu vực lắng hoặc tuyển nổi | Chất rắn mịn hoặc lắng chậm, bông cặn kém |
| Dầu và mỡ | Kích thước DAF | Lò mổ, nhà máy sữa, nhà máy lọc dầu, dầu cọ |
| Phốt pho | Định lượng hóa chất và sản sinh bùn | Xả thải ra nguồn nước nhạy cảm |
| Kim loại nặng | Lắng và lọc | Mạ điện, xử lý bề mặt, khai thác mỏ |
Amoniac là thông số thường khiến người ta bất ngờ nhất. Vi khuẩn nitrat hóa sinh trưởng chậm và nhạy cảm với nhiệt độ cũng như độc tính, nên một nhà máy được thiết kế thoải mái theo COD vẫn có thể vượt giới hạn amoniac vào mùa đông.
Bước 5: Tính toán kích thước giai đoạn bùn — và làm điều đó một cách trung thực
Lượng bùn sinh ra phụ thuộc vào tải trọng, không phải lưu lượng. Cả giai đoạn sinh học lẫn bất kỳ việc châm hóa chất nào đều tạo ra chất rắn, và bùn hóa học từ keo tụ có thể dễ dàng vượt quá bùn sinh học trong một nhà máy hóa lý.
Những điều bạn cần cố định ở giai đoạn thiết kế:
- Ước tính chất rắn khô sinh ra mỗi ngày
- Liệu bùn có được làm đặc trước khi khử nước hay không — hầu như luôn nên làm vậy, vì khử nước bùn loãng sẽ lãng phí công suất
- Độ khô bánh mục tiêu, được quyết định bởi cách tính phí xử lý
- Việc khử nước chạy liên tục hay theo mẻ, điều này quyết định giữa máy ép trục vít và máy ép bùn khung bản
Riêng đối với giai đoạn khử nước, chúng tôi hướng dẫn tính toán kích thước máy ép bùn tính toán thể tích mỗi chu kỳ, và máy ép khung bản vs máy ép trục vít đề cập đến quyết định liên tục so với theo mẻ.
Những sai lầm phổ biến khi tính toán kích thước
- Tính toán mọi thứ dựa trên trung bình ngày. Nhà máy hoạt động trên giấy tờ và thất bại vào cuối ca.
- Bỏ qua hoặc định cỡ cân bằng không đủ. Bể rẻ nhất trên công trường bảo vệ công đoạn đắt nhất trên công trường.
- Định cỡ sinh học theo lưu lượng thay vì tải trọng. Tạo ra một nhà máy có thủy lực dư dả nhưng thể tích sinh học thiếu hụt.
- Bỏ qua nhiệt độ. Tốc độ sinh học giảm khi nhiệt độ giảm, và nitrat hóa giảm nhanh nhất. Một nhà máy được định cỡ cho mùa hè có thể thất bại vào mùa đông.
- Chỉ thiết kế cho sản lượng hiện tại. Nếu sản lượng được dự kiến tăng, hãy dành diện tích và cấu hình thủy lực ngay bây giờ; cải tạo vào một nhà máy đang vận hành tốn kém hơn nhiều.
- Để bùn lại đến cuối cùng. Đây là giai đoạn bạn phải trả tiền hàng tháng.
Câu hỏi thường gặp
Tôi nên tính kích thước nhà máy xử lý nước thải theo lưu lượng hay theo tải lượng COD?
Cả hai, cho các phần khác nhau. Thiết bị thủy lực — sàng, bơm, đường ống, bể lắng, tuyển nổi — được tính theo lưu lượng giờ cao điểm. Thể tích bể phản ứng sinh học, công suất sục khí và lượng bùn sinh ra được tính theo tải lượng hữu cơ hàng ngày tính bằng kilogam COD mỗi ngày. Dùng một con số cho cả hai là lỗi tính toán phổ biến nhất.
Làm thế nào để tính tải lượng COD?
Tải lượng COD tính bằng kg/ngày bằng nồng độ COD tính bằng mg/L nhân với lưu lượng tính bằng m³/ngày, chia cho 1000. Ví dụ, 500 m³/ngày với 2.000 mg/L COD là 1.000 kg COD mỗi ngày. Con số tải lượng đó, không phải con số lưu lượng, quyết định kích thước của giai đoạn sinh học.
Bể cân bằng nên lớn cỡ nào?
Đủ lớn để chứa thể tích xả ra trong giai đoạn cao điểm để nhà máy phía sau có thể được cấp nước ở tốc độ gần với mức trung bình hàng ngày. Khi sản xuất theo lô hoặc theo ca với hệ số cao điểm từ bốn trở lên, cân bằng là bắt buộc. Bể phải được khuấy trộn, nếu không nó sẽ phân tầng và giải phóng một khối chất rắn lắng khi xả cạn.
Tại sao nhà máy của tôi đạt giới hạn COD nhưng lại không đạt về amoniac?
Vi khuẩn nitrat hóa sinh trưởng chậm, cần tuổi bùn dài và nhạy cảm với nhiệt độ và độc tính. Một nhà máy được thiết kế thoải mái theo COD vẫn có thể thiếu thể tích bể phản ứng và tuổi bùn mà quá trình nitrat hóa cần, và hiệu suất còn giảm hơn nữa trong thời tiết lạnh. Amoniac phải được thiết kế một cách rõ ràng, không thể giả định rằng nó sẽ đi kèm với việc loại bỏ COD.
Tôi có cần giai đoạn kỵ khí không?
Điều đó phụ thuộc vào nồng độ. Nước thải có nồng độ cao — chế biến thực phẩm, sản xuất bia, dầu cọ, một số dòng hóa chất — thường được xử lý kỵ khí trước, vì sục khí cho lượng tải lớn như vậy tốn rất nhiều năng lượng và tạo ra một lượng lớn bùn dư. Xử lý kỵ khí loại bỏ phần lớn tải với chi phí năng lượng thấp hơn nhiều, sau đó xử lý hiếu khí tinh chỉnh những gì còn lại.
Nhà máy sẽ tạo ra bao nhiêu bùn?
Nó phụ thuộc vào tải hữu cơ và bất kỳ việc định lượng hóa chất nào, không phụ thuộc vào lưu lượng. Trong các nhà máy lý hóa, bùn hóa học từ quá trình keo tụ thường vượt quá bùn sinh học. Hãy ước tính nó ở giai đoạn thiết kế, vì nó định cỡ thiết bị làm đặc và khử nước và nó thiết lập chi phí xử lý hàng tháng của bạn trong suốt vòng đời của nhà máy.
Gửi hồ sơ lưu lượng, phân tích nước và giới hạn xả thải của bạn và chúng tôi sẽ định cỡ nhà máy theo từng giai đoạn: yêu cầu đề xuất tính toán kích thước.