Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sữa công suất 400m3/ngày.đêm - Đinh Thị Minh

103 trang huongle 140

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sữa công suất 400m3/ngày.đêm - Đinh Thị Minh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

khoa_luan_thiet_ke_he_thong_xu_ly_nuoc_thai_nha_may_sua_cong.pdf

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sữa công suất 400m3/ngày.đêm - Đinh Thị Minh

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, trong nhiều năm qua, nhu cầu sử dụng sữa và các sản phẩm từ sữa ngày càng tăng, ngành công nghiệp chế biến sữa cũng từ đó mà ngày càng phát triển mạnh. Như một hệ quả tất yếu, khi có điều kiện khai thác nguyên liệu tại chỗ, ngành công nghiệp chế biến sữa của Việt Nam sẽ có đủ các điều kiện thuận lợi để phát triển. Tuy nhiên, bên cạnh những đóng góp về mặt kinh tế, những sản phẩm dinh dưỡng cần thiết cho cuộc sống của con người, công nghiệp chế biến sữa cũng tạo ra nhiều chất thải góp phần làm ô nhiễm môi trường tự nhiên. Nhiều nhà máy không chú trọng và đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải đã gây ra ô nhiễm môi trường trầm trọng cho những khu vực xung quanh. Điều này thúc đẩy việc đầu tư, lựa chọn và áp dụng những kỹ thuật xử lý chất thải phù hợp để hạn chế và loại trừ các tác động xấu đến môi trường xung quanh. Nutifood là một trong những công ty sữa hàng đầu của nước ta. Vì vậy để giữa vững và củng cố hình ảnh của công ty trên thị trường trong xu thế hiện nay, việc đầu tư một hệ thống xử lý nước thải là một yêu cầu cấp thiết nhằm góp phần bảo vệ môi trường xung quanh và nâng cao hình ảnh thân thiện với môi trường cho sản phẩm của công ty Nutifood. Đây là lý do tôi chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sữa công suất 400m3/ngày.đêm” Nội dung của khóa luận bao gồm : Giới thiệu về công ty sữa Nutifood. Giới thiệu chung về các phương pháp xử lý nước thải sản xuất. Khảo sát, đo đạc, thu thập số liệu phục vụ cho công tác thiết kế. Xác định các yêu cầu và các tiêu chuẩn để thiết kế hệ thống xử lý. Đề xuất, lựa chọn công nghệ xử lý cho công ty sữa Nutifood. Tính toán, thiết kế các thông số kỹ thuật của các công trình đơn vị trong hệ thống. Thiết kế, tính toán giá thành đầu tư cho hệ thống xử lý và giá thành xử lý cho Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 1
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1m3 nước thải Thực hiện các bản vẽ kỹ thuật cho các công trình đơn vị trong hệ thống. Hướng dẫn vận hành và đưa ra một số biện pháp khắc phục các sự cố cho hệ thống xử lý Kết luận và kiến nghị. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 2
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô Trường Đại Học dân lập Hải Phòng, những người đã dìu dắt em tận tình, đã truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian em học tập tại trường. Em xin trân trọng gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến tất cả các Thầy, Cô Khoa Môi Trường, đặc biệt là cô Tô Thị Lan Phương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này. Em xin cảm ơn gia đình, những người thân đã luôn động viên và cho em những điều kiện tốt nhất để học tập trong suốt thời gian dài. Ngoài ra, em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả những người bạn của em, những người đã gắn bó, cùng học tập và giúp đỡ em trong những năm qua cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Bên cạnh đó, do còn nhiều hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên trong khóa luận không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô, anh chị, bạn bè chỉ bảo thêm. Em xin trân trọng cảm ơn. Thành phố Hải Phòng, tháng 11 năm 2011. SVTH Đinh Thị Minh Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 3
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Đề mục Trang Trang bìa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lời mở đầu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Lời cảm ơn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Mục lục. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Danh sách hình vẽ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Danh sách bảng biểu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Danh sách các từ viết tắt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 I, Tổng quan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1 Địa điểm xây dựng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 1.2 Lịch sử thành lập và phát triển. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 1.2.1 Lịch sử thương hiệu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 1.2.2 Những thành tích nổi bật. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 1.2.3 Các sản phẩm của công ty. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2.4 Công nghệ sản xuất. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 1.3 Các vấn đề môi trường tại Công ty. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 II, Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sản xuất 20 Giới thiệu chung về nước thải ngành chế biến sữa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 2.1 Các phương pháp xử lý nước thải sản xuất. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 2.1.1 Xử lý cơ học. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 2.1.2 Xử lý hóa lý. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.1.3 Xử lý sinh học. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.1.4 Xử lý cặn nước thải. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 III, Đề xuất – lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy sữa 39 3.1 Nước thải đầu vào. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.2 Các yêu cầu thiết kế. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 3.3 Đề xuất, lựa chọn công nghệ xử lý. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 4
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 3.3.1 Đề xuất sơ đồ công nghệ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42 IV, Tính toán thiết kế. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.1 Tính toán thiết kế các công trình đơn vị. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.1.1 Thiết bị chắn rác. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 4.1.2 Hố thu gom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 4.1.3 Bể điều hòa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 4.1.4 Bể tuyển nổi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.1.5 Bể UASB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 4.1.6 Bể Aerotank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 4.1.7 Bể lắng đứng đợt II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 4.1.8 Bể khử trùng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 4.1.9 Bể chứa bùn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.1.10 Bể nén bùn kiểu lắng đứng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82 4.1.11 Máy ép bùn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,84 4.2 Bố trí đường ống công nghệ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.3 Bố trí mặt bằng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 V, Tính kinh tế. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.1 Chi phí đầu tư. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.2 Chi phí xử lý. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 5.2.1 Chi phí xây dựng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.2 Chi phí xử lý1m3 nước thải. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 VI. Quản lý – vận hành – Sự cố và các biện pháp khắc phục 92 Kết luận 101 Tài liệu tham khảo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Phụ lục. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 5
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng Hình 1.2: Quy trình sản xuất sữa đặc Hình 2.1: Các quá trình trong bể lọc sinh học Hình 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý Hình 4.1: Sơ đồ cấu tạo bể UASB Hình 4.2: Tấm chắn khí và tấm hướng dòng Hình 4.3: Tấm hướng dòng trong UASB Hình 4.4: Sơ đồ tấm răng cưa thu nước Hình 4.5: Sơ đồ làm việc của hệ thống: Hình 4.6: Sơ đồ ống phân phối Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 6
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.3:Đặc tính nước thải chung của nhà máy sữa Bảng 1.4: QCVN24 : 2009 – Quy chuẩn nước thải quốc gia về nước thải công nghiệp Bảng 1.5: Phân tích đặc tính của các chất bẩn Bảng 3.1: Nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải của nhà máy Bảng 3.2: TCVN 5945-2005 (Loại A) Bảng 4.1.Các thông số tính toán Bảng 4.2 Độ hòa tan của khí Bảng 4.3: Catalogue của thiết bị máy ép lọc băng tải Bảng 5.1: Chi phí xây dựng Bảng 5.2: Chi phí mua trang thiết bị Bảng 5.3: Điện năng tiêu thụ của các thiết bị Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 7
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD Biochemical oxygen đeman – Nhu cầu oxi sinh hoá (mgl/) BOD5 Nhu cầu oxi sinh hoá trong 5 ngày (mgl/) BODL Nhu cầu oxi sinh hoá tổng cộng (mgl/) COD Chemical oxygen đeman – Nhu cầu oxi hoá học (mgl/) DO Dissolved oxygen đeman – Nồng độ oxi hoà tan (mgl/) SS Suspenđe Solids – Chất rắn lơ lững (mgl/) VSV Vi sinh vật VSS Volatile suspenđe solids – Chất rắn lơ lững bay hơi (mgl/) F/M Food to miroorganism – Tỉ số giữa lượng chất ô nhiễm hữu cơ và lượng bùn trong bể aerotank MLSS Mixed-liquor suspenđe solids – nồng độ chất rắn lơ lững trong bể aerotank (mgl/) MLVSS Mixed-liquor volatile suspenđe solids – nồng độ chất rắn lơ lững bay hơi trong bể aerotank (mgl/) UASB Upflow anaerobic sludge blanket – Bể bùn kị khí dòng chảy ngược Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 8
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP I : Tổng quan 1.1 Địa điểm xây dựng - Tên: Công ty cổ phần Thực phẩm dinh dưỡng Đồng Tâm. - Tên giao dịch: NUTIFOOD. - Giấy phép đầu tư số 4103000028. - Địa chỉ văn phòng công ty : 208 Nguyễn Thái Bình, phường 12, quận Tân Bình, Tp HCM. - Email: nutifood@.com.vn - Lĩnh vực kinh doanh: Sản xuất chế biến thực phẩm dinh dưỡng. - Logo: NUTIFOOD Trước nhu cầu phát triển của thị trường cũng như sự cạnh tranh của các công ty sữa trong nước và thế giới, Công ty đã liên kết với công ty cổ phần sữa Quốc tế để xây dựng một nhà máy sản xuất sữa có công suất 400m3/ngày.đêm tại huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội. 1.2 Lịch sử thành lập và phát triển 1.2.1 Lịch sử thương hiệu Ngày 29-3-2000, Công Ty Cổ Phần Thực Phẩm Dinh Dưỡng Đồng Tâm chính thức được thành lập Đến ngày 17-9-2002, công ty thay đổi thương hiệu thành: NUTIFOOD – đánh dấu một bước phát triển mới, khẳng định một quá trình nổi bật, tăng trưởng nhanh và ổn định. Thành công của thương hiệu Nutifood hôm nay chính là nhờ mối tương quan các giá trị: chất lượng sản phẩm luôn được đảm bảo và cải thiện, đội ngũ cán bộ không Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 9
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ngừng phát triển, giá cả hợp lý, phù hợp với nhiều tầng lớp của xã hội, hệ thống phân phối một cách khoa học, các chương trình quảng bá xây dựng hình ảnh thương hiệu thành công, có hiệu quả. Slogan của Công ty “ Vì tương lai Việt ” đã khẳng định quyết tâm của Công ty là góp phần nâng cao“ tố chất giống nòi” phát huy tối đa tiềm năng, tố chất, thể trạng của con người Việt Nam. 1.2.2 Những thành tích nổi bật Sự nỗ lực vì cộng đồng, sự đổi mới, đa dạng về sản phẩm, và đặc biệt là sự đảm bảo về chất lượng đã liên tục mang lại cho Nutifood những thành tích, những giải thưởng nổi bật: Top 5 Hàng Việt Nam Chất Lượng cao ngành hàng sữa năm 2002, 2003,2004 Giải thưởng Sao Vàng Đất Việt năm 2003. Bằng khen, chứng nhận Top 100 thương hiệu hàng đầu do báo Sài Gòn Tiếp Thị, Trung tâm Xúc tiến Thương mại Tp. HCM và người tiêu dùng bình chọn. Chứng nhận Thương hiệu Việt ưa thích nhất do báo Doanh nhân cuối tuần bình chọn. Bằng đơn vị có thành tích xuất sắc trong phát triển sản phẩm và thương hiệu tham gia hội nhập kinh tế quốc tế. Nutifood được bình chọn trao giải 20 doanh nghiệp thương hiệu mạnh nhất Việt Nam ngày 14-5-2005. 1.2.3 Các sản phẩm chính của Công ty Nutifood chuyên sản xuất và kinh doanh các loại thực phẩm dinh dưỡng, bao gồm  Nhóm bột dinh dưỡng dành cho trẻ ăn dặm  Nhóm sữa bột dinh dưỡng  Nhóm sản phẩm dinh dưỡng cao năng lượng  Nhóm sản phẩm dinh dưỡng hỗ trợ điều trị  Nhóm sản phẩm sữa uống tiệt trùng (UHT) 1.2.4 Công nghệ sản xuất sữa Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 10
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.2.4.1. Nguyên nhiên liệu và hóa chất sử dụng a. Sữa nguyên liệu Thành phần hóa học của sữa bao gồm: - Nước : 85% - 88,7% - Chất béo : 2,4 -5,5 % - Đường béo hòa tan : 7,9 – 10% - Các protein : 3,52% (Trong đó casein chiếm 3/4) - Đường lactza : 4,6% - Chất khoáng : 0,65% gồm các kim loại như Ca, Mg, K, Na, Zn, Fe, Cu, Sunfat, bicacbonat và một số chất khác - Axit : 0,18% gồm axit citric, foocmic, axetic, lactic, oxalic - Các enzym như proteaza, catalaza, phosphataza, lipaza - Các vitamin A, C, D, Thiamin, riboflavin b. Nước - Nước dùng cho quá trình sản xuất sữa - Tạo hơi, ngưng tụ, cô đặc. - Nước vệ sinh nhà xưởng, thiết bị. - Nước sinh hoạt c. Hóa chất Các chất tẩy rửa (ví dụ Acid nitric, lye), chất sát khuẩn (ví dụ perocid hydro, acid acetic, Natrihypochlorid), các chất để trung hoà ( acid sulfuric, acid nitric), các chất làm lạnh (CFC, amoniac), các sản phẩm dầu khoáng. d. Nhiên liệu Nhiên liệu có tác dụng cung cấp nhiệt cho sản phẩm như - Dầu DO, dầu FO - Than Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 11
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.2.4.2 Dây chuyền sản xuất sữa kèm dòng thải Sữa nguyên liệu Thanh trùng Ủ Nước rửa Nước thải Tiệt trùng Chiết rót Bảo quản Tiêu thụ Hình 1.1. Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng [ 2] Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 12
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Sữa nguyên liệu Gia nhiệt sơ bộ,chuẩn hóa thành phần Lọc Đồng hòa Nước NưNướớcc Nước thải thải rrửa Thanh trùng Cô đặc Kết tinh Đóng hộp Hình 1.2.Quy trình sản xuất sữa đặc [ 2] 1.3 Vấn đề môi trường tại Công ty 1.3.1 Vấn đề môi trường trong sản xuất sữa Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 13
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.3.1.1 Môi trường không khí * Nguồn gốc phát sinh + Không khí: Các chất thải và vào không khí bao gồm chất đặc biệt từ khâu sản xuất sữa khô và chất khí có mùi từ các dây chuyền sản xuất đặc biệt có sử dụng cacao. Ngoài ra, còn có thể rò rỉ các chất làm lạnh. Các chất làm lạnh có thể bay ra trong trường hợp có rò rỉ hoặc có sự cố xảy ra. Các hệ thống lò hơi chạy bằng dầu FO, DO, là nguồn thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường lớn nhất. Vì khi đốt dầu các khí thải ô nhiễm thải ra chứa nhiều bụi, tro, muội, các khí sulfua mà đặc trưng là khí SO2, CO, NOx, VOC (các chất hữu cơ bay hơi) + Tiếng ồn: Tiếng ồn chủ yếu phát sinh từ quạt thông gió, thiết bị lạnh và từ khâu vận chuyển hàng hoá. * Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm không khí Các chất thải đặc biệt phát sinh từ quá trình sản xuất sữa bột được xử lý bằng túi lọc bụi hoặc máy lọc. Các chất thải đặc biệt phát sinh từ quá trình sản xuất sữa bột được xử lý bằng túi lọc bụi hoặc máy lọc. Cần có kế hoạch hành động để đối phó trong trường hợp có sự cố rò rỉ chất làm lạnh như CFC, amoniac. Nếu sử dụng CFC/HCFC làm chất làm lạnh, cần tuân theo hướng dẫn cụ thể của Cục bảo vệ môi trường Thụy Ðiển về "Các thiết bị làm lạnh và bơm nhiệt sử dụng CFC/HCFC”. 1.3.1.2 Chất thải rắn Phế thải bao gồm một phần lớn chất hữu cơ, sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất, sản phẩm quay vòng, nguyên liệu thô loại bỏ và một lượng lớn đồ bao gói thừa cũng như chất thải độc hại như cặn dầu tràn từ máy móc và các phương tiện vận chuyển. Chất thải rắn được thu gom về bãi rác thải rồi thiêu huỷ. Ép bao bì đóng gói thừa trước khi đổ đi. Các dư phẩm được sử dụng trong ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 14
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chế biến dư phẩm thành các sản phẩm phụ phục vụ cho con người. Giảm thiểu lượng phế thải và tái sinh bao bì đóng gói dư thừa. 1.3.1.3 Nước thải Nước thải phát sinh từ các nguồn gốc như sau: - Nước thải sản xuất từ nhà máy. - Nước thải sinh hoạt. - Nước thải nhiễm bẩn. Từ việc phân tích dây chuyền công nghệ nhận thấy lượng nước thải được tập trung phát sinh tại các khâu sản xuất bao gồm nước rửa các thiết bị, nước rửa sàn Nước thải chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, chất tẩy rửa thừa và các chất sát khuẩn. Do đó pH có thể dao động rất nhiều. Nước với nồng độ và thành phần dao động tuỳ thuộc vào quy mô nhà máy và trọng tâm thải từ các nhà máy sữa chứa chất hữu cơ và cặn bã của các chất tẩy rửa nhà máy. Ở những nơi sản xuất nhiều sản phẩm khác nhau, việc chuyển từ sản xuất một sản phẩm này sang một sản phẩm khác cũng có nghĩa là nguy cơ về lượng các chất tiêu thụ oxi và nước thải lớn hơn ở những nơi chỉ sản xuất ít chủng loại sản phẩm. Bảng 1.3: Đặc tính nước thải chung của nhà máy sữa STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả 1 pH - - 2 SS mg/l 50 3 BOD5 mg/l 1000 4 COD mg/l 1900 5 N tổng mg/l 7 6 P tổng mg/l 29 Bảng 1.4: QCVN24 : 2009 – Quy chuẩn nước thải quốc gia về nước thải công nghiệp Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 15
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP QCVN 24 : 2009 STT Thông số Đơn vị Giá trị C A B 1 Nhiệt độ oC 40 40 2 pH - 6 – 9 5,5 - 9 3 Mùi - Không khó chịu Không khó chịu 4 BOD5 mg/l 30 50 5 COD mg/l 50 100 6 SS mg/l 50 100 7 Tổng N mg/l 15 30 8 Tổng P mg/l 4 6 Trong đó: Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn được sử dụng cho mục đích sinh hoạt. Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn không được sử dụng cho mục đích sinh hoạt. Cần điều chỉnh pH của nước thải sữa về giá trị 6,5 trước khi xử lý sinh học. Cần tiến hành tách béo ở các khâu sản xuất bơ và phomat. Có thể tiến hành giảm lượng nước thải cũng như tải lượng các chất bẩn trong nước thải bằng nhiều cách chẳng hạn như khi thiết kế nhà máy, cần thiết kế hệ thống ống dẫn, các trang thiết bị cũng như các quy trình sản xuất sao cho có thể giảm thiểu lượng rò rỉ và lượng chất gây ô nhiễm hoặc nếu có thể thì thu hồi lại chúng. Cần thu hồi và xử lý hỗn hợp sản phẩm trong nước càng nhiều càng tốt 1.3.2 Hiện trạng môi trường tại Công ty Hiểu rõ được tầm quan trọng của công tác bảo vệ môi trường, trong quá trình xây dựng, sản xuất Công ty đã có những biện pháp nhằm đảm bảo việc bảo vệ môi trường được thực hiện một cách hiệu quả nhất. Công ty được xây dựng nơi cao ráo, thông thoáng, dễ thoát nước, xa khu dân cư và các công trình công cộng khác. Có đường ô tô ra vào rộng rãi, xung quanh khuôn viên trồng nhiều cây xanh. Công ty có sàn nhà bằng phẳng, lát gạch, xung quanh có cửa mở ra phía Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 16
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ngoài, cửa ra vào không khóa, có đủ lối thoát hiểm và ánh sáng tự nhiên. Đối với ngành sữa cần đảm bảo vệ sinh nghiêm ngặt nên xung quanh các cửa sổ có lắp khung lưới chắn bụi. Tường nhà chắc chắn,lắp trần chống nóng, nhà hai mái thông thoáng. Mái lợp bằng vật liệu cách nhiệt, những nơi ồn ào được xây dựng cách xa với khu vực khác. Có đủ nước sinh hoạt, các công trình vệ sinh, phòng thay đồ, thiết bị bảo hộ lao động. Có hệ thống ngắt điện tự động trong toàn bộ công ty. Có hệ thống thoát nước, mặt bằng luôn khô ráo. Có hệ thống xử lý nước thải.  Công tác bảo vệ, quản lý vấn đề môi trường của Công ty a. Công tác vệ sinh nhà xưởng Vệ sinh ngày: - Khu phối trộn : Sau mỗi mẻ phối trộn công nhân vận hành làm nhiệm vụ vệ sinh nguyên vật liệu rơi vãi trên sàn nhà, bồn. Sau khi kết thúc phối trộn công nhân vận hành dùng xà phòng chà rửa sạch khu vực này, nhặt bã rác trong khu phối trộn. - Khu bồn phối trộn, bồn buffer, bồn vô trùng: khi phát hiện có sữa rơi vãi công nhân vận hành sẽ dùng vòi nước rửa sạch ngay. Sau mỗi ca công nhân vận hành làm sạch khu vực này, rửa sạch rãnh thoát nước. - Khu CIP( Clean in place): khi có phát hiện trào bọt công nhân dùng nước làm sạch ngay. Vệ sinh tuần: - Vào ngày cuối tuần tổng vệ sinh toàn xưởng bằng Topax66 nồng độ 2%. - Rửa sạch rãnh thoát nước, nhặt bỏ các loại rác trong rãnh thoát nước - Rửa sạch bồn rửa tay tại lối đi vào khu chế biến tại khu bồn b. Các biện pháp đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm - Cửa ra vào khu chế biến sử dụng cửa đóng mở tự động - Dụng cụ sử dụng để cân, múc phân mẻ không có bụi, khô ráo trước khi sử dụng o o - Nhiệt độ, độ ẩm phòng hương liệu đảm bảo t = 25 C, W = 60%. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 17
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Tình trạng nguyên liệu: các nguyên liệu sử dụng dở dang phải được bao gói kín và có dấu hiệu nhận biết. - Các dụng cụ đo đều phải có kí hiệu chuẩn (đúng hạn định). - Phòng thay đồ: quần áo bảo hộ lao động treo đúng vị trí so với bảng treo qui định. - Bình xịt cồn, nước rửa tay, giấy lau tay có đầy đủ. - Lối vào khu chế biến khô, sạch. - Tường, nền khu bồn Recombine, Buffer, bồn Alsafe phải khô, thoáng. - Rãnh thoát nước không đọng nước và không có rác ở họng thoát. - Các nắp bồn Recombine, Almix, phải kín (trừ khi lấy mẫu kiểm tra hoặc vệ sinh), mục đích là tránh côn trùng hay bụi bẩn. - Hệ thống đường ống phải kín (trừ khi lấy mẫu hoặc kiểm tra vệ sinh). - Tường nền khu Alcip không đọng nước, không bụi. - Rác trong quá trình sản xuất được thu gom và định kì chuyển ra khu vực sản xuất. Để đảm bảo việc xử lý được hoàn toàn, Công ty đã áp dụng chương trình CIP (clean – in- place) vào quá trình sản xuất, quá trình này đã giúp rửa sạch hệ thống đường ống với một chu trình khép kín, hiệu quả. Nguyên lý của CIP: Một bồn nước sạch dùng để pha trộn các tác nhân tẩy rửa và khử trùng, sau đó dung dịch được bơm theo hệ thống đường ống công nghệ với tốc độ dòng chảy (của dung dịch tẩy rửa) phải cao hơn tốc độ sản phẩm (trong quá trình sản xuất) tạo thành một chu trình khép kín. Bảng 1.5: Phân tích đặc tính của các chất bẩn Thành phần Hoà tan Mức độ loại bỏ Vấn đề khi gia nhiệt Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 18
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đường Nước hoà tan Dễ Caramel hoá - Khó sạch Nước không hoà tan Biến tính Protein Alkal hoà tan Rất khó Khó sạch Acid yếu hoà tan Nước không hoà tan Polyme hoá Chất béo Dễ, Khó Alkal hoà tan Khó sạch Nước hoà tan khác nhau Muối khoáng Dễ, Khó Nhìn chung khó phát hiện Hầu hết acid hoà tan - Rửa sơ bộ bằng nước nóng: Làm sạch phần còn lại của sản phẩm trên thiết bị, làm giảm chi phí hóa chất. - Rửa sạch bằng HNO3 được tuần hoàn trong hệ thống nhằm loại bỏ các chất cặn o có nguồn gốc từ các chất khoáng, chất béo, nồng độ 1 - 1.5%, nhiệt độ 70 C. - Rửa sạch bằng NaOH: NaOH được tuần hoàn trong hệ thống nhằm loại bỏ các o chất bẩn có nguồn gốc từ protein (đạm), nồng độ 1,5 - 2,0%, nhiệt độ 80 C. - Rửa sạch NaOH bằng nước: loại bỏ hoàn toàn NaOH trong thiết bị. - Làm sạch cuối cùng bằng hơi Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 19
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP II: Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sản xuất Giới thiệu chung về nước thải ngành chế biến sữa Dựa vào qui trình công nghệ sản xuất sữa, ta thấy nước thải chung của nhà máy chế biến sữa bao gồm: Nước thải sản xuất: - Nước rửa các bồn chứa và can ở các trạm tiếp nhận. - Nước súc rửa các sản phẩm dư bên trong hoặc trên bề mặt của tất cả các đường ống, bơm, bồn chứa, thiết bị công nghiệp, máy đóng gói - Nước rửa thiết bị, rửa sàn cuối mỗi chu kỳ hoạt động. - Sữa rò rỉ từ các thiết bị, hoặc do làm rơi vãi nguyên liệu và sản phẩm. - Một số chất lỏng khác như sữa tươi, sữa chua kém chất lượng, bị hư hỏng do quá trình bảo quản và vận chuyển cũng được thải chung vào hệ thống thoát nước. - Nước thải từ nồi hơi, từ máy làm lạnh. - Dầu mỡ rò rỉ từ các thiết bị và động cơ. Đặc tính nước thải trong nhà máy là có hàm lượng chất hữu cơ cao, trong đó chủ yếu là đường, protein, acid béo và các chất có khả năng phân hủy sinh học. Chất ô nhiễm này hòa tan trong nước thải và không thể loại bỏ bằng phương pháp lắng trọng lực. Mặt khác, nước thải rất ít độc đối với vi sinh vật, vì thế nhà máy có thể chọn phương pháp sinh học để xử lý nước thải. Do nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao với BOD > 500 và ít độc vô cơ nên nhà máy sử dụng kết hợp phương pháp kỵ khí và phương pháp hiếu khí để xử lý nước thải. 2.1 Các phương pháp xử lý nước thải sản xuất 2.1.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học Qua quá trình xử lý cơ học được thực hiện ở giai đoạn đầu của quá trình xử lý hay còn gọi là xử lý sơ bộ hay là tiền xử lý với mục đích loại bỏ các tạp chất không tan Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 20
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP bao gồm các tạp chất vô cơ, hữu cơ, các chất lơ lửng trong nước. Các phương pháp xử lý cơ học bao gồm: 2.1.1.1. Thiết bị chắn rác: Thiết bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, có chức năng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy, rau, cỏ, rác ), nhằm đảm bảo đảm cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình hay rác tinh. Theo cách thức làm sạch thiết bị chắn rác ta có thể chia làm 2 loại: loại làm sạch bằng tay, loại làm sạch bằng cơ giới. 2.1.1.2. Thiết bị nghiền rác: Là thiết bị có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để không làm tắc ống, không gây hại cho bơm. Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho thiết bị chắn rác đã gây nhiều khó khăn cho các công đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn tăng lên như làm tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng trong các bể (đĩa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin . Do vậy phải cân nhắc trước khi dùng. 2.1.1.3.Bể điều hòa: Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả của các công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này. Có 2 loại bể điều hòa: Bể điều hòa lưu lượng Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải xử lý. Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 21
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó. Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải. 2.1.1.4. Bể lắng cát: Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặmg như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro, than vụn nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau. Bể lắng cát gồm những loại sau: Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể. Bể có thiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể. Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể. Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể. Chế độ dòng chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy. Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu và máng tập trung rồi dẫn ra ngoài. Bể lắng cát làm thoáng: Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bị phun khí. Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quét đáy bể với một vận tốc đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát và các phân tử nặng có thể lắng. 2.1.1.5. Bể lắng: Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lửng không hòa tan. Bể lắng đợt 2: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi sinh, bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 22
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát ở trên: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến (bể lắng radian). 2.1.1.6. Lọc: Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải, mà các bể lắng không thể loại được chúng. Người ta tiến hành quá trình lọc nhờ các vật liệu lọc, vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ các tạp chất lại. Vật liệu lọc được sử dụng thường là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi, thậm chí cả than nâu, than bùn hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương. Có nhiều dạng lọc: lọc chân không, lọc áp lực, lọc chậm, lọc nhanh, lọc chảy ngược, lọc chảy xuôi 2.1.1.7.Tuyển nổi, vớt dầu mỡ Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt. Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách hay làm đặc bọt. Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học. Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng. Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu. 2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý Gồm một số phương pháp như : trung hòa, đông keo tụ, hấp phụ, tuyển nổi, trao đổi ion, diệt khuẩn, oxy hóa. 2.1.2.1.Phương pháp đông keo tụ Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 23
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trong nước tồn tại nhiều chất lơ lửng khác nhau. Các chất này có thể dùng phương pháp xử lý khác nhau tùy vào kích thước của chúng: d > 10-4 mm : dùng phương pháp lắng lọc. d gọi là phương pháp keo tụ trong xử lý nước. Để thực hiện quá trình này người ta cho vào nước các chất phản ứng thích hợp : Al2(SO4)3; FeSO4; hoặc FeCl3. 3+ Phèn nhôm: cho vào nước chúng phân ly thành Al → Al(OH)3 3+ + Al + 3H2O =Al(OH)3 + 3H Độ pH của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thuỷ phân: pH > 4.5 : không xảy ra quá trình thuỷ phân. pH = 5.5 – 7.5 : đạt tốt nhất. pH > 7.5 : hiệu quả keo tụ không tốt. Nhiệt độ của nước thích hợp vào khoảng 20-40oC, tốt nhất 35-40oC. Ngoài ra các yếu tố ảnh hưởng khác như : thành phần Ion, chất hữu cơ, liều lượng Phèn sắt : gồm sắt (II) và sắt (III): a) .Phèn Fe (II): khi cho phèn sắt (II) vào nước thì Fe(II) sẽ bị thuỷ phân thành Fe(OH)2. 2+ + Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H Trong nước có O2 tạo thành Fe(OH)3 pH thích hợp là 8 – 9 => có kết hợp với vôi thì keo tụ tốt hơn. Phèn FeSO4 kỹ thuật chứa 47-53% FeSO4. b) . Phèn Fe (III): 3+ + Fe + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H Phản ứng xảy ra khi pH > 3.5 Hình thành lắng nhanh khi pH = 5.5 - 6.5 2.1.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp trung hòa Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 24
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nước thải sản xuất của nhiều ngành công nghiệp có thể chứa axit hoặc kiềm. Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại, ta cần phải trung hòa nước thải. Trung hòa còn nhằm mục đích tách loại một số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải. Mặt khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về 6.6 -7.6. Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dịch nước thải. Một số hóa chất dùng để trung hòa: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl, HNO3, Ngoài ra, có thể tận dụng nước thải có tính acid trung hòa nước thải có tính kiềm hoặc ngược lại. Ví dụ như trong dây chuyền công nghệ sản xuất xi mạ, do có 2 công đoạn: làm sạch bề mặt nguyên liệu cần mạ (đây là công đoạn tạo ra nước thải có tính kiềm mạnh) và công đọan tẩy rỉ kim loại (công đoạn này lại tạo ra nước thải có tính acid mạnh). Ta có thể tận dụng 2 loại nước thải này để trung hòa lẫn nhau. Phân loại Trung hoà bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm Trung hoà bằng cách cho thêm hoá chất vào nước thải. Trung hoà nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hoà. 2.1.2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp tuyển nổi Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất rắn không tan hoặc tan hoặc lỏng có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền. Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ để tách, gọi là tuyển nổi tự nhiên. Trong xử lý chất thải tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và nén bùn cặn. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 25
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2.1.2.4. Phương pháp hấp thụ Phương pháp này được dùng để loại bỏ hết các chất bẩn hoà tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi vị và màu khó chịu. Các chất hấp thụ thướng dùng là: than hoạt tính, đất sét hoặc silicagel, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xỉ mạ sắt, Trong số này, than hoạt tính được dùng phổ biến nhất. Các chất hữu cơ kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp thụ. Lượng chất hấp thụ này tuỳ thuộc vào khả năng hấp thụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn trong nước thải. Các chất hữu cơ có thể bị hấp thụ: phenol, allcyllbenzen, sunfonicacid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm. Sử dụng phương pháp hấp thụ có thể hấp thụ đến 58 – 95% các chất hữu cơ và màu. Ngoài ra, để loại kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ độc hại người ta còn dùng than bùn để hấp thụ và nuôi bèo tây trên mặt hồ. 2.1.2.5. Phương pháp hấp phụ Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải chứa kim loại khác nhau. Có thể dùng để xử lý cục bộ khi trong nước hàm lượng chất nhiễm bẩn nhỏ và có thể xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý sinh học hoặc qua các biện pháp xử lý hoá học. Hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha gọi là hiện tượng hấp phụ. Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí, giữa pha lỏng và pha rắn. 2.1.2.6. Phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để xử lý nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn, cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Xyanua và chất phóng xạ. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 26
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Phương pháp này cho phép thu hồi các kim loại có giá trị và đạt được mức độ xử lý cao. Vì vậy nó là phương pháp để ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước cấp và nước thải. 2.1.2.7. Xử lý nước thải bằng phương pháp oxi khử Các chất bẩn trong nước thải công nghiệp chứa các chất bẫn dạng hữu cơ và vô cơ. Dạng hữu cơ bao gồm đạm, mỡ đường, các chất chứa phenol, nitơ, Đó là những chất có thể bị phân huỷ bởi vi sinh có thể xử lý bằng phương pháp sinh hoá. Nhưng có một số chất có những nguyên tố không thể xử lí được bằng phương pháp sinh hoá (đó là những kim loại nặng như đồng, chì, niken, coban, sắt, mangan, crom, ). Vì vậy để xử lý những chất độc hại, người ta thường dùng phương pháp hoá học và hoá lý, đặt biệt thông dụng nhất là phương pháp oxy hoá khử. 2.1.2.8. Phương pháp diệt khuẩn a. Nước cấp: + Ecoli không được tồn tại + Coliform < 20MPN/100ml b. Nước thải: + Coliform : < 5000 MPN/100ml (loại A) < 10000 MPN/100ml (loại B) Khử trùng là một khâu quan trọng cuối cùng trong hệ thống xử lý nước sinh hoạt. Sau quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi sinh vật đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước. Khử trùng nước thải là nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải. Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa khoảng 105–106 vi khuẩn /ml. Hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải không phải là vi trùng gây bệnh nhưng không loại trừ khả năng có vi khuẩn gây bệnh. Khi xả ra nguồn nước cấp, hồ bơi, thì sẽ lan truyền bệnh rất lớn. Vì vậy cần phải tiệt trùng nước thải trước khi xả ra ngoài. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 27
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Như đã biết, xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên cho hiệu xuất xử lý và khử trùng cao nhất, đạt tới 99%, còn các công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo chỉ đạt 91 – 98%. 2.1.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của VSV có khả năng phân hoá những hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ sau khi phân hoá trở thành nước, những chất vô cơ hay các khí đơn giản. Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học: - Trong điều kiện tự nhiên. - Trong điều kiện nhân tạo. 2.1.3.1. Xử lý nước thải bằng quá trình yếm khí. Một trong những phương pháp xử lý sinh học nước thải giàu chất hữu cơ có hiệu quả là quá trình phân giải kỵ khí thu biogas. Quá trình này thực hiện nhờ các chủng vi khuẩn kỵ khí bắt buộc hay không bắt buộc. Tuy nhiên quá trình này thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ biến động từ 2000 – 10.000 mg/l. Phương pháp xử lý yếm khí là phương pháp sử dụng vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải. Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ của quá trình xử lý yếm khí là khí sinh học(Biogas), chủ yếu là CH4 và CO2 có thể làm khí đốt. Thông thường phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng ô nhiễm cao (BOD > 1800mg/l; SS 2000mg/l). Cơ chế của quá trình xử lý yếm khí: Quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ thường xảy theo 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân các hợp chất hữu cơ Các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit bị phân hủy dưới tác dụng của các Enzim hydrolaza của vi sinh vật thành các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ như đường đơn, axit ammin Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 28
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất gluxit phân tử lượng nhỏ được phân hủy nhanh, các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ (protein) phân hủy nhanh hơn, trong khi các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như tinh bột, các axit béo được phân hủy chậm, đặc biệt là zenlulo và lignozenlulo chuyển hóa rất chậm và không triệt để do cấu trúc phức tạp. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình thủy phân phụ thuộc vào các chất ô nhiễm đầu vào và các đặc trưng khác của nước thải. Giai đoạn 2: Lên men các axit hữu cơ. Các sản phẩm thủy phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân giải là các acid hữu cơ phân tử lượng nhỏ như acid propionic, acid butyric, acid lactic, các chất trung tính như rượu, andehyt, axeton. Thành phần của các sản phẩm trong giai đoạn lên men phụ thuộc vào bản chất các chất ô nhiễm, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường. Ngoài ra trong giai đoạn này các acid ammin hình thành do thủy phân protein cũng được khử ammin, một phần gốc ammin được các vi sinh vật sử dụng cho quá trình sinh trưởng và phát triển, một phần được khử. Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men tạo acid axetic. Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic sẽ được chuyển hóa đến axit axetic. CH3 CHOH COOH 2CH 3 CH 2 COOH CH 3 COOH CO 2 H 2 O Giai đoạn 4: Giai đoạn metan hóa. Đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình xử lý yếm khí thu Biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian được khí hóa hoàn toàn. Quá trình hình thành khí mêtan thường xảy ra theo 2 cơ chế chủ yếu sau: - Sự hình hành khí mêtan do decacboxy hóa. CH4 được hình thành do decacboxy acid axetic CH3 COOH CH 4 CO 2 CH4 được hình thành do decacboxy hóa các axit hữu cơ khác 4CH3 CH 2 COOH 2H 2 O 7CH 4 5CO 2 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 29
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2CH CH COOH 2H O 5CH 3CO 3 22 2 4 2 CH4 cũng có thể được hình thành do decacboxy các chất trung tính 2C2 H 5 OH 3CH 4 CO 2 CH3 CO CH 3 H 2 O 2CH 4 CO 2 Sự hình thành CH4 theo cơ chế khử CO2, Hydro được hình thành do quá trình lên men axit hữu cơ, trong điều kiện yếm khí sẽ được các vi khuẩn Methanogene sử dụng như là chất nhượng hydro để khử CO2. Quá trình khử có thể xảy ra dưới 2 dạng. Khử bằng hydro phân tử CO2 4H 2 CH 4 H 2 O Khử bằng oxy hóa khử. CO2 CH 4• 2H 2 O.  Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí có rất nhiều ưu điểm: + Có thể xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ rất cao và có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn, cấu trúc phức tạp mà các phương pháp khác hầu như không xử lý được. + Chi phí năng lượng cho xử lý thấp + Lượng bùn tạo ra nhỏ + Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ trong quá trình xử lý là khí sinh học (biogas), thành phần chủ yếu là CH4, CO2  Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm + Thời gian lưu nước thải lâu, nên chi phí cho xây dựng lớn + Thời gian ổn định công nghệ dài + Quy trình vận hành khá phức tạp + Hiệu quả xử lý thường chỉ đạt 75 – 90% + Bùn có mùi đặc trưng Nước thải nhà máy sữa có hàm lượng ô nhiễm rất cao, hàm lượng cặn lơ lửng lớn. Với đặc trưng của nước thải như vậy nên sử dụng phương pháp yếm khí để xử lý. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 30
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tuy nhiên dòng thải sau khi xử lý yếm khí cần được xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí để đạt TCCP trước khi ra nguồn tiếp nhận. 2.1.3.2. Xử lý nước thải bằng quá trình hiếu khí. 2.1.3.2.1 Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí. Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí là lợi dụng quá trình sống và hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và tuỳ tiện để phân huỷ chất hữu cơ và một số chất vô cơ có thể chuyển hoá sinh học được có trong nước thải. Đồng thời các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxy hoá để tổng hợp nên sinh khối. 2.1.3.2.2 Các tác nhân sinh học trong xử lý hiếu khí Tác nhân sinh học được sử dụng trong quá trình xử lý hiếu khí có thể là vi sinh vật hô hấp hiếu khí hay tuỳ tiện, nhưng phải đảm bảo các yêu cầu sau: + Chuyển hoá nhanh các hợp chất hữu cơ. + Có kích thước tương đối lớn (50 – 200 µm). + Có khả năng tạo nha bào. + Không tạo ra các khí độc. Dựa trên các yêu cầu đó thì các chủng vi sinh vật thường được sử dụng như sau: * Vi khuẩn hô hấp hiếu khí: + Pseudomonas (P.putid, P.Stutzen). + Aerobacter. + Bacillus Subtilis (phát triển trong môi trường giàu protein) + Flavobacterium (phát triển trong môi trường giàu sắt) + Nitrosomonas (vi khuẩn nitrat hoá) * Vi khuẩn hô hấp tuỳ tiện: + Cellulosomonas + Rhodospeudomonas (có màu hồng) + Microthrix (vi khuẩn dạng sợi – có màu trắng) + Thiothrix (vi khuẩn dạng sợi – có màu trắng) Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 31
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP * Ngoài ra còn có các nguyên sinh động vật: Có kích thước khoảng 30 – 50µm, trong bể xử lý nó có vai trò như sau: + Bám vào bùn làm cho bùn dễ lắng hơn. + Ăn cặn lơ lửng góp phần làm trong nước. + Làm chỉ thị để đánh giá mức độ cấp khí cho bể. Bao gồm 2 dạng chủ yếu: + Trùng tơ (Cillatae) + Trùng roi (Flagellate) 2.1.3.2.3 Các phản ứng xảy ra khi oxy hoá sinh học trong điều kiện hiếu khí . a. Oxy hoá các chất hữu cơ. Cx H y O z N x y / 4 z / 3 ¾ O 2 x CO 2 y 3/ 2 H 2 O NH 3 b. Tổng hợp xây dựng tế bào. vsv CHONx y z NH 3 O 2 CHNO 5 7 2 HO 2 CO 2 Với CxHyOzN : công thức tổng quát của chất hữu cơ. C5H7NO2 : công thức hoá học biểu thị thành phần hoá học của tế bào. Khi làm thoáng và tiếp xúc với nước thải chứa chất hữu cơ sẽ xảy ra quá trình tích luỹ và hô hấp hoạt tính và khi đó thành phần hoá học của tế bào có dạng CxHyOzN - C5H7NO2. Nếu tiếp tục làm thoáng các chất hữu cơ của nước thải sẽ được chuyển hoá và vi sinh vật trong bùn hoạt tính sẽ sử dụng các chất để hấp thụ để thực hiện quá trình trao đổi chất, sinh trưởng, sinh sản và phát triển. Sau quá trình làm thoáng, tổ hợp 2 phản ứng trên thì thành phần hoá học của tế bào trở thành dạng C5H7NO2 . c. Hô hấp nội bào (giai đoạn oxy hoá chất liệu của tế bào) Sau khi sử dụng hết các chất hữu cơ có sẵn sẽ diễn ra quá trình oxy hoá các chất liệu của tế bào. vsv C5 H 7 NO 2 NH 3 5CO 2 2H 2 O NH3 O 2 NO 2 H NO2 ½ O 2 NO 3 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 32
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 2.1.3.2.4. Các công trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở dính bám của vi sinh vật (lọc sinh học). Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hoá các chất bẩn hữu cơ trong nước. Các màng sinh học là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ khí và tuỳ tiện. Các vi khuẩn hiếu khí tập trung ở lớp ngoài của màng sinh học, ở đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc. Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã được làm sạch được thu gom vào bể lắng 2. Nước thải từ bể này có thể kéo theo những mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc. Trong thực tế thì một phần nước đã qua bể lắng được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc. Vật liệu lọc khá phong phú : từ đá dăm, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn Cơ chế quá trình lọc sinh học được minh hoạ như sau: Hình 2.1 Các quá trình trong bể lọc sinh học Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệ thống cùng với nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có 2 lớp: lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài. Do đó quá trình lọc sinh học Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 33
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiếu – yếm khí. Khi dòng nước chảy trùm lên lớp màng nhớt này, các chất hữu cơ được vi sinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất là CO2 sẽ được thải ra qua màng chất lỏng. Oxy hoà tan được bổ sung bằng hấp thụ từ không khí. Phương pháp lọc có ưu điểm là: đơn giản, tải lượng chất gây ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng trong ngày. Thiết bị cơ khí đơn giản và tiêu hao ít năng lượng nhưng cũng có nhược điểm là hiệu suất quá trình phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ không khí. 2.1.3.2.5.Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật - bể phản ứng sinh học hiếu khí (Aeroten). Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù. Quá trình làm sạch Aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. Việc sục khí nhằm đảm bảo 2 quá trình là làm nước được bão hoà O2 và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nước thải sau khi đã được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hoà tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aeroten. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là một số chất hữu cơ chưa phải là dạng hoà tan. Các chất lơ lửng là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải, hình thành những bông cặn có khả năng hấp thụ và phân huỷ các chất hữu cơ khi có mặt của O2. * Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý: [9] - Ảnh hưởng của O2 hoà tan (DO): Đây là thông số quan trọng đối với hệ thống xử lý hiếu khí vì nếu thiếu O2 thì vi sinh vật hô hấp hiếu khí dễ bị chết và khi đó các vi sinh vật hô hấp tuỳ tiện như các vi sinh vật dạng sợi làm phồng bùn, khó lắng dẫn đến làm giảm hiệu quả của quá trình Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 34
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP xử lý. Trong thực tế, hàm lượng DO trong các bể phản ứng sinh học là 1,5 – 4 mg/l, giá trị DO= 2 mg/l thường được sử dụng phổ biến. Ngoài ra, DO còn phụ thuộc vào nhiệt độ. - Ảnh hưởng của pH môi trường: Mỗi vi sinh vật đều có một khoảng pH hoạt động tối ưu của nó. Do đó khi pH thay đổi không phù hợp thì cũng làm cho khả năng xúc tác phản ứng của vi sinh vật thay đổi và làm giảm hiệu quả xử lý. Trong trường hợp pH quá cao hay quá thấp cũng có thể làm chết vi sinh vật. Dải pH tối ưu cho xử lý hiếu khí nước thải từ 6,5- 8,5. Để đảm bảo pH trong khoảng trên trong thực tế trước khi cho nước thải vào bể xử lý vi sinh người ta thường điều hoà lưu lượng, điều hoà pH và điều hoà dinh dưỡng ở bể điều hoà. - Ảnh hưởng của nhiệt độ: Mỗi sinh vật cũng có một khoảng nhiệt độ tối ưu, nếu tăng nhiệt độ quá ngưỡng sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật hoặc bị tiêu diệt hay tạo bào tử. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến DO: + Khi nhiệt độ tăng DO giảm và vận tốc phản ứng tăng lên. + Khi nhiệt độ giảm DO tăng nhưng ngược lại vận tốc phản ứng giảm. Trong bể Aeroten nhiệt độ tối ưu là 20 - 27 0C, nhưng cũng có thể chấp nhận nhiệt độ 17,5 – 350C. - Ảnh hưởng của chất dinh dưỡng: Chất dinh dưỡng trong nước thải chủ yếu là nguồn Cacbon (thể hiện BOD), cùng với N và P là những nguyên tố đa lượng. Ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng như: Mg, Fe, Mn Tỷ lệ các chất dinh dưỡng phù hợp là C:N:P = 100: 5: 1. Thiếu dinh dưỡng trong nước thải sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối của vi sinh vật, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính tạo thành giảm, kìm hãm và ức chế quá trình oxy hoá các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 35
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nếu thiếu N một cách kéo dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá còn làm cho bùn hoạt tính khó lắng, các hạt bông bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước ra làm cho nước khó trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởng cũng như cường độ oxy hoá của chúng. Nếu thiếu P, vi sinh vật dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính lắng chậm và giảm hiệu quả xử lý. - Ảnh hưởng của tỷ số F/M (Food- Microorganism (BOD- MLSS)). Tỷ số F/M tối ưu nằm trong khoảng 0,5 - 0,75. + F/M > 1: môi trường giàu dinh dưỡng, vi sinh vật tập trung phát triển do đó không tạo nha bào vì vậy bông sinh học nhỏ dẫn đến khó lắng. Đồng thời tạo ra lượng bùn lớn và tốn kém thêm chi phí cho xử lý bùn. + F/M 1: vi sinh vật phát triển ổn định, tạo nha bào, tạo bông sinh học, hệ thống xử lý hiệu quả. + F/M < 0,5: Môi trường quá nghèo dinh dưỡng dẫn đến vi sinh vật không đủ nguồn dinh dưỡng để hoạt động. - Ảnh hưởng của các chất kìm hãm: Nồng độ muối vô cơ trong nước thải không vượt quá 10g/l, nếu là muối vô cơ thông thường thì có thể pha loãng nước thải. Còn nếu các chất độc như kim loại nặng thì phải có biện pháp xử lý thích hợp trước khi cho vào bể Aeroten. - Ảnh hưởng của hàm lượng sinh khối: Hàm lượng sinh khối ổn định trong bể Aeroten thường 500 - 800 mg/l và có thể 1000 - 1500 mg/l, tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải và hoạt lực của vi sinh vật. * Ưu điểm của hệ thống xử lý bằng hiếu khí như sau: - Thời gian xử lý nhanh, thời gian lưu bùn và nước nhỏ thích hợp với các nhà máy có lưu lượng dòng thải lớn và hàm lượng BOD không cao lắm hoặc có thể kết hợp xử lý lần 2 sau bể yếm khí nếu còn hàm lượng BOD cao, chỉ số thể tích bùn cao và khó lắng. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 36
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Hiệu suất xử lý khá cao, chịu được sự dao động lớn của lưu lượng và chất lượng nước thải. - Bùn sau xử lý có thể tận dụng làm phân vi sinh. - Hệ thống được cấp khí liên tục nên nước sau xử lý đảm bảo được lượng Oxy hoà tan. - Hạn chế sinh ra khí độc, mùi thối. - Phương pháp này có thể loại bỏ BOD trong thời gian ngắn, có thể khử được N, P. Hiệu suất khử BOD có thể lên tới 99%. - Bùn dễ lắng. * Bên cạnh những ưu điểm thì quá trình xử lý hiếu khí cũng có một số điểm hạn chế như sau: - Tốn năng lượng cho quá trình sục khí. - Lượng bùn sinh ra nhiều hơn so với yếm khí. - Thích hợp đối với nước thải có BOD< 1000mg/l và hàm lượng chất độc thấp. 2.1.4 Xử lý cặn nước thải Trên các trạm xử lý thường có một khối lượng cặn rất lớn từ song chắn rác, bể lắng I, bể lắng II Cặn lắng trong bể lắng I gọi là cặn tươi. Trên các trạm xử lý sinh học có bể Biophin thì cặn lắng ở bể lắng II là màng vi sinh vật; còn sau bể Aeroten là bùn hoạt tính. Các loại cặn sau khi cho qua bể nén bùn để giảm độ ẩm và thể tích thì chuyển đến các công trình xử lý cặn * Bể mêtan - Bể mêtan là kết quả của quá trình phát triển các công trình xử lí cặn. Đó là công trình thường có mặt bằng hình tròn hay hình chữ nhật đáy hình nón hay hình chóp đa giác và có nắp đậy kín. Ở trên cùng là chóp mũ để thu hơi khí. - Cặn trong bể mêtan được khuấy trộn đều và sấy nóng nhờ thiết bị đặt biệt. Cường độ phân huỷ các chất hữu cơ ở chế độ nóng cao hơn chế độ ấm khoảng 2 lần, do đó thể tích công trình cũng tương ứng giảm xuống. * Phương pháp làm khô cặn. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 37
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Bùn cặn được thu hồi từ các bể lắng, được đưa qua bể nén bùn để tách nước làm giảm thể tích rồi sau đó có thể được làm khô rồi đem bỏ ở các bãi rác mà không phải xử lí. Cặn có thể được làm khô bằng những cách sau: - Máy ép băng tải: Bùn được chuyển từ bể nén bùn sang máy ép để giảm tối đa lượng nước có trong bùn. Trong quá trình ép bùn ta cho vào một số polyme để kết dính bùn. - Lọc chân không: Thiết bị lọc chân không là trụ quay đặt nằm ngang. Trụ quay đặt ngập trong thùng chứa cặn khoảng 1/3 đường kính. Khi trụ quay nhờ máy bơm chân không cặn bị ép vào vải bọc. Khi mặt tiếp xúc cặn không còn nằm trong phần ngập nữa, thì dưới tác động chân không nước được rút khỏi cặn. - Quay ly tâm: Các bộ phận cơ bản là rôto hình côn và ống rỗng ruột. Rôto và ống quay cùng chiều nhưng với những tốc độ khác nhau. Dưới tác động của lực li tâm các phần rắn của cặn nặng đập vào tường của rôto và được dồn lăn đến khe hở, đổ ra thùng chứa bên ngoài. Nước bùn chảy ra qua khe hở của phía đối diện. - Lọc ép. Thiết bị lọc gồm một số tấm lọc và vải lọc căng ở giữa nhờ các trục lăn. Mỗi một tấm lọc gồm hai phần trên và dưới. Phần trên gồm vải lọc, tấm xốp và ngăn thu nước thấm. Phần dưới gồm ngăn chứa cặn. Giữa hai phần có màng đàn hồi không thấm. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 38
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP III. Đề xuất – lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy sữa 3.1 Nước thải đầu vào Bảng 3.1: Nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải của nhà máy Thông số Đơn vị Giá trị trung bình Giá trị cao nhất Qv m3/ngày 400 520 pH - 2 – 12 2 – 12 COD mg/l 5000 10000 BOD mg/l 2500 5000 SS mg/l 1000 1000 N tổng mg/l P tổng mg/l 11,6 11,6 3.2 Các yêu cầu thiết kế 3.2.1 Công suất và diện tích của hệ thống xử lý - Lưu lượng nước thải của Công ty: 400 m3/ngày. - Hệ thống sẽ được xây dựng sao cho chiếm ít diện tích mặt bằng, tận dụng được đường ống sẵn có mà vẫn đảm bảo yêu cầu nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 24-2009 3.2.2 Chất lượng nước thải sau khi xử lý: - Nước thải sau khi xử lý đạt chuẩn loại A theo TCVN 5945-2005. Bảng 3.2: TCVN 5945-2005 (Loại A) Thông số Đơn vị Loại A(QCVN 24-2009) pH 6 - 9 30 BOD5 mg/l 50 COD5 mg/l SS mg/l 50 P tổng mg/l 4 N tổng mg/l 15 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 39
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 3.2.3 Chi phí đầu tư xây dựng. Chi phí đầu tư xây dựng, thiết bị máy móc, hóa chất sử dụng, công nhân vận hành phải phù hợp. Sẽ có cụ thể chi phí ở chương dự toán kinh phí. 3.2.4 Một số lưu ý khác. Ngoài ra cần lưu ý rằng, các công trình đơn vị xử lý nước thải phải được bố trí sao cho nước thải có thể tự chảy từ công trình này đến các công trình tiếp theo nhằm làm giảm chi phí cho việc sử dụng bơm chuyển tiếp. + Đảm bảo được các yêu cầu thiết kế và chất lượng nước thải sau xử lý có tính ổn định cao. + Hệ thống đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dưỡng. + Không gây ô nhiễm thứ cấp như: tiếng ồn, mùi hôi, gây ảnh hưởng xấu đến môi trường sống và làm việc, khu vực xử lý và các khu vực lân cận. + Giá thành phù hợp, đặc biệt là công nghệ hiện đại, không lạc hậu. + Công suất của hệ thống thiết kế có tính mở rộng sản xuất của công ty. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 40
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 3.3 Đề xuất công nghệ xử lý Nước thải trước xử lý HỐ THU GOM VÀ CHẮN RÁC RÁC BỂ ĐIỀU HÒA THỔI KHÍ Bọt váng nổi làm BỂ TUYỂN NỔI KHÍ NÉN thức ăn cho gia súc BỂ UASB KHÍ BIOGAS BỂ AEROTANK Bùn tuần BỂ LẮNG II hoàn Bể chứa bùn BỂ KHỬ TRÙNG Clorua vôi Bể nén bùn Nguồn tiếp nhận Máy ép bùn Bùn khô Hình 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 41
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 3.3.1 Thuyết minh quy trình công nghệ: - Nước thải của các khu vực trong nhà máy theo đường cống thoát tập trung lại tại khu vực xử lý nước thải. - Đầu tiên, nước thải đi qua hố thu gom, các tạp chất lớn như đá sỏi, bao nylông sẽ được giữ lại bởi một thiết bị chắn rác đặt trong hố thu gom Các tạp chất này sẽ được vít tải kéo lên và chuyển vào thùng rác. - Sau đó, nước thải được bơm tới bể điều hòa để ổn định lưu lượng xử lý. Tại đây có hệ thống sục khí để cung cấp O2 vào nước cho các vi sinh vật trong bùn tồn tại và tăng sinh khối, chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học. Đồng thời kết hợp với châm hóa chất để trung hòa nước thải nhằm điều chỉnh pH trong khoảng 6,5 – 7,5 trước khi vào các công trình xử lý sinh học phía sau vì đây là khoảng pH phù hợp cho vi sinh vật phát triển. Ở đây có đầu dò pH và điều chỉnh lượng H2SO4 hoặc NaOH trung hòa nước thải. - Nước từ bể điều hòa được tiếp tục dẫn qua bể tuyển nổi để loại bỏ phần dầu mở, váng nổi tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học phía sau. Bọt váng nổi được thu gom làm thức ăn cho gia súc. - Nước thải sau khi trung hòa được bơm vào bể UASB để thực hiện quá trình xử lý sinh học theo phương pháp kỵ khí. Tại bể này có 1 cửa vào của nước thải và 3 cửa ra: khí, nước và bùn. Nước thải đưa vào từ đáy bể thông qua hệ thống phân phối dòng vào. Nước thải chuyển động từ dưới lên và đi qua một tầng bùn (lớp vi sinh vật kỵ khí lơ lửng). Trong điều kiện kỵ khí, các chất hữu cơ bị phân hủy thành hợp chất có khối lượng phân tử nhỏ hơn tạo nên sự xáo trộn. Khí tạo ra sẽ bám vào các hạt bùn nổi lên bề mặt va chạm với tấm hướng dòng. Tấm này có nhiệm vụ tách khí, bùn, nước. Bùn đã tách khí sẽ rơi xuống lại tầng bùn lơ lửng. Khí sinh học được thu bằng hệ thống thu khí. - Nước thải sau đó theo tấm chảy tràn, tự chảy qua bể Aerotank để xử lý sinh học theo phương pháp hiếu khí. Tại bể này có quá trình tuần hoàn một phần bùn nước Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 42
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP từ bể lắng (chứa sinh khối) - Nước sau khi xử lý sẽ được chảy tràn qua bể lắng 2. Bể lắng hoạt động theo nguyên tắc lắng trọng lực. Các tạp chất sẽ lắng xuống, nước sau khi lắng sẽ chảy tràn qua bể khử trùng để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh và sau đó thải ra nguồn tiếp nhận (hóa chất khử trùng là clorua vôi). Tại đây có bơm tuần hoàn bùn nước lại bể hiếu khí. - Bùn trong các bể kỵ khí, hiếu khí, bể lắng nếu nhiều quá sẽ được bơm vào bể chứa bùn. Bể chứa bùn gồm 2 ngăn: một ngăn chứa bùn tuần hoàn bơm về bể Aerotank, một ngăn chứa bùn dư sẽ được bơm qua bể nén bùn nhằm giảm độ ẩm trong bùn trước khi đưa vào máy ép bùn để cô đặc bùn và ép thành bánh bùn. IV. Tính toán thiết kế dây chuyền xử lý nước thải cho nhà máy sữa Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 43
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 4.1 Tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong dây truyền xử lý nước thải * Tính toán các lưu lượng thiết kế tb 3 - Lưu lượng trung bình ngày: Qng 400 m / ngày .đêm Qtb - Lưu lượng trung bình giờ: Qtb ng 16,67 m3 / h h 24 max tb max - Lưu lượng ngày lớn nhất: Qng Q ng k ng Trong đó: k max : hệ số không điều hòa ngày của nước thải (Điều 2.1.2 - TCXD - 51- 84). ng max Chọn kng 1,3 Qmax Q tb k max 400 1,3 520 m3 / ngày .đêm ng ng ng QKtb - Lưu lượng giờ lớn nhất: Qmax ngày ch h 24 Trong đó: Kch: là hệ số không điều hòa chung của nước thải chọn tham khảo theo kinh nghiệm. Kch=2-3; chọn Kch=3 QKtb 400 3 → Qmaxngày ch 50 m 3 / h h 24 24 4.1.1 Thiết bị chắn rác Thiết bị chắc rác là một sọt nhỏ, được treo vào một ròng rọc để có thể kéo lên lấy rác ra khi đầy. Thiết bị này có nhiệm vụ tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải trước khi đưa nước thải vào các công trình xử lý phía sau. Việc sử dụng thiết bị chắn rác trong các công trình xử lý nước thải sẽ tránh được các hiện tượng tắc nghẽn đường ống và gây hỏng hóc bơm. Đây là thiết bị quan trọng để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành thuận lợi của đường ống. - Độ sâu của đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bẩn của nhà máy là H=0,7m. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 44
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Ống dẫn nước vào có Φ 200. - Chọn lưới chắn rác làm bằng tấm inox dày 1mm, có kích thước dài ×rộng = 0,5m×0,5m, đục lỗ tròn đường kính 5mm → Thiết bị chắn rác có kích thước 0,5×0,5×0,7m - Hàm lượng chất lơ lửng, COD và BOD của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4% còn lại: SS 1 000 mg / l x (100 – 4)% 960 mg / l + COD = 5000mg/l x (100 – 4)% = 4800mg/l + BOD5 = 2500 mg/l x (100 – 4)% = 2400 mg/l 4.1.2 Hố thu gom max Thể tích hố thu gom được tính theo công thức: V Qh t Trong đó : lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất vào hố thu gom. t: thời gian lưu của nước thải trong hố thu là 15 –30 phút chọn t = 15phút 7 15 → V Qmax t50 12,5 m3 h 60 - Chọn chiều sâu hữu ích của hố thu gom hi = 2m, chiều cao bảo vệ bằng với chiều sâu của mương đặt song chắn hbv = 0,5m V 12,5 - Diện tích hố thu gom: Fm6,25 2 Hi 2 - Chọn hố thu gom có dạng hình vuông. ⇒ Chiều dài mỗi cạnh là B = 2,5m Nước thải từ hố thu gom sẽ được bơm trực tiếp qua bể điều hòa với lưu lượng max 3 3 Qàng 520m / ng y.đê m 21,7m / h - Chọn 2 bơm EBARA có ký hiệu DW200, hoạt động thay phiên. - Các thông số của bơm: Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 45
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP + Qb = 24 m3/h, cột áp Hb = 11,4 m + Công suất của bơm: N =1,5 KW = 2 HP 4.1.3 Bể điều hòa * Mục đích - Nước thải được trung hòa kết hợp ngay trong bể điều hòa. Trong bể điều hòa ta lắp thiết bị điều chỉnh pH tự động (pH controller) nhằm điều chỉnh pH trong khoảng 6,5 – 7,5 đảm bảo điều kiện để công trình sinh học phía sau hoạt động tốt. - Việc sử dụng bể điều hòa trong quá trình xử lý mang lại một số thuận lợi sau: + Bể điều hòa nhằm ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm trong nước thải. + Tăng cường hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học vì bể điều hòa có khả năng giảm thiểu hoặc loại bỏ hiện tượng vi sinh vật bị sốc do tải trọng đột ngột tăng cao, pha loãng các chất gây ức chế cho quá trình xử lý sinh học, ổn định hóa pH của nước thải mà không phải tốn nhiều hóa chất. + Nâng cao hiệu quả lắng cặn ở các bể lắng vì duy trì được tải trọng chất rắn vào các bể lắng là không đổi. Giúp cho việc cấp nước vào bể sinh học được liên tục trong khoảng thời gian không có nước thải đổ về trạm xử lý. + Trong bể điều hòa thường được bố trí thiết bị khuấy trộn hoặc cấp khí nhằm tạo ra sự xáo trộn đều các chất ô nhiễm trong toàn bộ thể tích nước thải, tránh việc lắng cặn trong bể. Ngoài ra, cũng giúp cho việc oxy hóa một phần các chất bẫn. Tính toán max  Thể tích của bể điều hòa: V Qh t Trong đó: t : Thời gian lưu nước thải trong bể điều hòa t =4 ÷12h, 7 chọn t = 6h max520 3 max Q : Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất, Qh m/ h h 24 520 Suy ra: V Qmax t6 130 m3 h 24 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 46
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP  Kích thước bể điều hòa: Chọn bể điều hòa hình chữ nhật Chiều dài bể : Chọn L = 7,2 m Chiều rộng bể : Chọn B = 4,5 m Chiều cao bể: + Chọn chiều cao hữu ích của bể Hi = 4 m + Chọn chiều cao bảo vệ là: Hbv= 0,5 m → Chiều cao tổng cộng (chiều cao xây dựng) của bể: Hxd H i H bv 4 0,5 4,5 m  Thể tích thực tế của bể điều hòa: 3 Vtt L. B . H xd 7,2 4,5 4,5 151,87 m - Diện tích bể điều hòa: F B. L 4,5 7,2 32,4 m2 *Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa: max  Lượng không khí cần thiết: Qkhí Q ng a Trong đó: a: lượng không khí cấp cho bể điều hòa, a = 3.74m3 khí/m3 nước thải 13 m33 m khí → Q Qmax a520 3,74 1944,8 m3 / ngày .đêm khí ng ngày.đêm m3 ncthai = 81,03m3/h = 22,51l/s  Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính: vống= 2 – 3 m/s. → Chọn vận tốc khí trong ống chính: vống = 3 m/s  Đường kính ống phân phối chính 4 Q 4 81,03mh3 / Dkhí 0,098 m 98 mm vong 3 m / s 3600  Chọn ống sắt tráng kẽm với đường kính thương mại φốngchính=114mm Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 47
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP  Chọn hệ thống cấp khí bằng nhựa PVC có đục lỗ, gồm 4 ống dọc theo chiều rộng bể, khoảng cách giữa các ống là 2m. Q 81,03  Lưu lượng khí trong các ống nhánh: qkhí 20,26 m3 / h ong 44  Chọn vận tốc khí trong ống dẫn khí nhánh vống = 2 - 3 m/s, chọn vống= 2 m/s  Đường kính ống nhánh: → chọn φ ốngnhánh=60mm  Đường kính các lỗ: dlỗ = 2 - 5 mm, chọn dlỗ = 4 mm  Vận tốc khí qua lỗ vlỗ = 5 – 20 m/s. Chọn vlỗ = 15 m/s  Lưu lượng khí đi qua lỗ  Số lỗ trên một ống: Chọn N= 30 lỗ  Số lỗ trên 1m dài: Để dễ quản lý, ta sử dụng chung máy thổi khí cho bể điều hòa và bể Aerotank. Do đó máy thổi khí được tính ở phần sau trong phần tính toán chi tiết bể Aerotank. *Tính toán các ống dẫn nước vào bể điều hòa . Nước thải được bơm từ hố thu gom vào bể điều hòa . Chọn vận tốc nước vào bể là 2m/s, như vậy đường kính ống là: Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 48
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 4 520 D0,062 m 62 mm v 2 24 3600 ⇒ chọn ống dẫn nước thải vào bể điều hòa là ống PVC có φ = 76 *Tính toán bơm Từ bể điều hòa, nước thải được bơm qua các công trình đơn vị phía sau với lưu lượng trung bình là Q = 16,7 m3/h ( theo 4.1). Chọn 2 bơm EBARA có ký hiệu DW150, làm việc thay phiên nhau, các thông số của bơm: + Lưu lượng: Q = 18 m3/h + Cột áp làm việc H = 9,5m + Công suất P = 1,1 kW = 1,5 HP - Hiệu suất xử lý của bể điều hòa + Hiệu suất khử BOD5 : 5 % Hàm lượng BOD5 đầu ra : 2400 × (1-5%) =2280 mg/l + Hiệu suất khử COD : 5% Hàm lượng COD đầu ra : 4800 × (1-5%) = 4560 mg/l + Hiệu suất khử SS: 10% Hàm lượng SS đầu ra: 960 x (1 – 10%) = 864 mg/l + Hiệu suất khử dầu mỡ: 10% Hàm lượng dầu mỡ đầu ra: 200 x (1 – 10%) = 180 mg/l 4.1.4. Bể tuyển nổi khí hòa tan Mục đích: Loại các tạp chất không tan và khó lắng, hay các chất hoạt động bề mặt, thu hồi lượng chất hữu cơ có thể tái sử dụng. Các thông số đầu vào: tb 3 . Lưu lượng Qng 400 m / ngày .đêm . Nồng độ chất rắn lơ lửng SS =864 mg/l Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 49
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP . Nồng độ BOD5 = 2280 mg/l . Nồng độ COD = 4560 mg/l . Nồng độ dầu mỡ = 180 mg/l Các thông số tính toán: Bảng 4.1.Các thông số tính toán Thông số Giá trị Áp suất, kN/m2 170 ÷ 475 Tỉ số khí / rắn A/S 0,03 ÷ 0,05 Chiều cao lớp nước, m 1 ÷ 3 Tải trọng bề mặt, m 3 /m2.ngày 20 ÷ 325 Thời gian lưu nước, phút - Bể tuyển nổi 20 ÷ 60 - Cột áp lực 0,5 ÷ 3 Mức độ tuần hoàn,% 5 ÷ 120 - Ta tính bể tuyển nổi không có tuần hoàn nước: A 1,3Ck ( f P 1) SC c (Nguồn: Xử lý nước thiên nhiên cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai) Trong đó: A A + : tỷ số mg khí/mg chất rắn 0,03 0,05, chọn 0,03 S S + f: tỉ số bão hòa, chọn f =0,5 +1,3 là tỷ trọng khí + Ck: độ hòa tan của khí (ml/l), phụ thuộc vào nhiệt độ lấy theo bảng: Bảng 4.2 Độ hòa tan của khí Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 50
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP t0 (0c) 0 10 20 30 Ck (ml/l) 29,2 22,8 18,7 15,7 Chọn: 00 + tCtb 25 , khi đó Ck 17,2 ( ml / l ) + Cc =Hàm lượng chất rắn lơ lửng, Cc = SS = 864mg/l + Pa = Áp suất trong bình áp lực (atm) được xác định bằng: PP101,35 1,3 17,2 (0,5 1) P hê SI 0,03 P 4,32 atm a 101,35 8 46 →Vậy P = 4,32(atm) = 336,5(kPa) = 34,3(mH2O)  Thể tích cột áp lực: tb 400 3 3 V Q t0,83 m h 24 60 Chọn chiều cao cột áp lực là H = 2m. Vậy đường kính cột áp lực: 4V 4 0,83 Dm0,73 H 2  Lưu lượng khí cung cấp: A Từ 0,03⇒ AS0,03 S Trong đó: S: lượng cặn tách ra trong 1 phút 400 mg3 864 24 hm3 S C Qtb 240 g / ph ch 60 ph  Dưới áp lực dư = 336,5 (kPa), lượng khí dùng để bão hòa chọn 70% P ⇒ Lưu lượng khí cung cấp: 0,03 240 A10,3 l / ph 70% Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 51
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP  Diện tích bề mặt tuyển nổi: tb Qng 400 Fm8,3 2 a 48 Với a: tải trọng bề mặt tuyển nổi, a = 20 ÷ 325(m3/m2.ngày) Chọn a = 48(m3/m2.ngày) + Chọn bể tuyển nổi hình chữ nhật + Chiều cao ngăn tạo bọt khí ( ngăn tuyển nổi), hT= 1,6 m; + Chiều cao vùng lắng, hL = 0,7 m; chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m ⇒ Tổng chiều cao của bể: H = hT + hL + hbv =1,6 + 0,7 + 0,3 = 2,6(m)  Chọn kích thước bể L × B = 4 x 1,5m  Thể tích thực bể tuyển nổi: V= B × L × H = 15,6 m3  Thời gian lưu nước trong bể: V 15,6 t0,936 h 56 ph Q 400 24 → Ta thấy thời gian nằm lưu trong khoảng 20 ÷ 60 phút, nên việc chọn các thông số trên là hợp lý. Hiệu suất xử lý của bể tuyển nổi: + Hiệu suất khử BOD5 : 40 % →Hàm lượng BOD5 đầu ra : 2280 × (1 - 40%) =1368 mg/l + Hiệu suất khử COD : 50% →Hàm lượng COD đầu ra : 4560 × (1-50%) = 2280 mg/l + Hiệu suất khử SS: 90% →Hàm lượng SS đầu ra: 864 x (1 – 90%) =86 mg/l + Hiệu suất khử dầu mỡ: 10% →Hàm lượng dầu mỡ đầu ra: 180 x (1 – 85%) = 27 mg/l - Lượng chất lơ lửng và dầu mỡ thu được mỗi ngày : Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 52
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (VVQ 90% 85%) tb 777,6 153 400 Mss dm ng 372 kgSS / ngày v() ss 1000 1000 Lượng dầu mỡ bọt váng này rất giàu chất dinh dưỡng, sẽ được thu gom dùng làm thức ăn cho gia súc.  Chọn bơm và máy cấp khí - Với lưu lượng khí cung cấp: A= 10,3( l/phút) -3 3 + Chọn máy cấp khí có Qkhí = 11.10 (m /phút), P = 350 kPa 4.1.5 Bể kỵ khí UASB Các thông số đầu vào: tb 3 Lưu lượng Qng 400 m ng ày.đê m Hàm lượng SS = 86 mg/l Nồng độ COD = 2280 mg/l Nồng độ BOD5 = 1368 mg/l Nồng độ dầu mỡ = 27 mg/l * Mục đích: - Từ bể tuyển nổi nước thải được bơm về bể kị khí UASB. Nhiệm vụ của quá trình xử lý nước thải qua bể UASB là nhờ vào sự hoạt động phân hủy của các vi sinh vật kị khí biến đổi chất hữu cơ thành các dạng khí sinh học. Chính các chất hữu cơ tồn tại trong nước thải là các chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật. - Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ pH Các yếu tố sinh vật như: số lượng và khả năng hoạt động phân hủy của quần thể vi sinh vật có trong bể. Hiệu quả xử lý theo COD từ 60÷80%. * Tính toán - Trong bể UASB để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý yếm khí phải có tỉ lệ chất dinh dưỡng Nitơ, Photpho theo COD là COD : N : P = 150 : 5 : 1, và giá trị pH Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 53
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP nằm trong khoảng 6,8 – 7,5. Nước thải nhà máy sữa là loại nước thải giàu chất dinh dưỡng nên ta không cần châm chất dinh dưỡng trước khi vào bể UASB Hình 4.1: Sơ đồ cấu tạo bể UASB 8 4 6 6 5 5 7 3 9 1 2 Chú thích: . 1: Dẫn nước thải vào bể . 2: hệ thống phân phối đều nước thải vào bể . 3: lớp bông bùn hoạt tính kị khí . 4: chụp thu khí . 5: Vùng lắng cặn . 6: Máng thu nước sau lắng . 7: Tấm chắn dòng khí . 8: Ống dẫn hỗn hợp khí biogas . 9: Ống xả bùn dư Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 54
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP a, Kích thước bể  Với hiệu quả xử lý của bể UASB là 70% thì nước thải sau khi ra khỏi bể sẽ có hàm lượng COD là: CODra 2280 1 0,7 684 mg / l  Lượng COD cần khử: GCOD 2280 684 1596 mg / l  Lượng COD cần khử trong một ngày 1596mg / l 103 l / m 3 400 m 3 / ngay . dem G638,4 kgCOD / ngay . dem 106  Chọn tải trọng xử lý trong bể UASB, L = 7(kgCOD/m3ngđ) (Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - Lâm Minh Triết)  Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết G 638,4 Vm91,2 3 L 7  Để giữ lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng trong bể phải giữ trong khoảng 0,6 ÷ 0,9 m/h. Chọn vận tốc vn= 0,7m/h  Diện tích bề mặt của bể: Q 400 Fm23,8 2 vn 24 0,7  Chọn kích thước bể B L38 m m  Chiều cao phần xử lý yếm khí ( phần phản ứng): V 91,2 Hm3,9 1 F 23,8  Tổng chiều cao bể: Hbể =H1 + H2 + H3 Trong đó: + H2: chiều cao phần lắng (H2 ≥ 1m), chọn H2 = 1,5m + H3: chiều cao bảo vệ, chọn H3 =0,5m ⇒ Hbể = 3,9 + 1,5 + 0,5 = 5,9(m) Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 55
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Vậy kích thước xây dựng bể UASB là: L × B × Hbể = 8 × 3 × 5,9m  Thời gian lưu nước trong bể từ 4 đến 12 giờ V 3 8 5,9 0,5 Thb 24 24 7,78 Q 400 T nằm trong khoảng thời gian cho phép ⇒ chọn T = 7,78h  Trong bể thiết kế 2 ngăn lắng. Nước đi vào các ngăn lắng sẽ được tách bằng các tấm chắn khí.  Tấm chắn khí đặt nghiêng một góc α ( với α = 450÷600 ). Chọn α =550  Gọi Hlắng: chiều cao toàn bộ ngăn lắng. HH tg550 lang 3 L 4 L 6 H tg5500 H tg 55 0,5 1,64 m lang 443 HH Kiểm tra: lang 3 30% Hbe 1,64mm 0,5 100% 36,3% 30% ( thỏa mãn yêu cầu) 5,9m  Thời gian lưu nước trong ngăn lắng (tlắng ≥1h) 1 LBH V lang 0,5 8 3 1,64 tlang 2 1,2 h 1 h ( thỏa mãn yêu cầu) lang QQ 16,7 b, Tấm chắn khí và tấm hướng dòng  Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí là b  Vận tốc nước qua khe vào ngăn lắng vqua khe = 9 – 10 m/h, chọn vqua khe = 9 m/h 3 Q 16,7mh / Ta có: vquakhe 9 m / h b 0,12 m 120 mm Skhe 44 khe m bm Trong bể UASB ta bố trí 2 tấm hướng dòng và 8 tấm chắn khí, các tấm này được Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 56
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang một góc 550. Vậy theo mặt cắt chiều dài bể sẽ có 3 vị trí thu khí. Hình 4.2 Tấm chắn khí và tấm hướng dòng TÊm ch¾n khÝ Kho¶ng c¸ch gi÷a hai tÊm ch¾n khÝ Kho¶ng c¸ch gi÷a tÊm TÊm h•íng dßng ch¾n khÝ vµ tÊm h•íng dßng ChiÒu dµi bÓ  Tấm chắn khí phía dưới: + Chiều dài l2=B=3m + Chiều rộng b2 = 1,2m + Góc nghiêng 550 0 0 + Chiều cao y = b2 × sin55 =1,2 × sin55 = 0,98m  Tấm chắn khí trên: + Đoạn xếp mí của 2 tấm chắn khí lấy bằng 0,4m + Chiều dài l1 = B = 3m + Góc nghiêng 550 H H y h + Chiều rộng của tấm chắn khí: bm0,4lang 3 1,73 1 sin550 Với h =120×sin(900 – 550) = 69mm 1,64 0,5 0,98 0,069 bm1,73 1 sin550 Tấm hướng dòng: được đặt nghiêng so với phương ngang một góc ϕ và cách tấm chắn khí dưới là 120mm Hình 4.3 Tấm hướng dòng trong UASB Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 57
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP a1 a2 55° L h b D  Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn dưới: b 120 lkhe 146,5 mm cos 9000 55 cos350 Lấy l150 mm 00 a1 bkhe cos55 120 c os55 69 mm a21 l a150 69 81 mm 00 h bkhe sin55 120 sin55 98 mm h 98 tg 510 a2 81 1800 2 180 0 2 51 0 78 0  Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10 – 20 cm. Chọn mỗi bên nhô ra 15cm. D2 l 2 150 2 150 300 600 mm  Chiều dài tấm hướng dòng: B=3m c, Tính máng thu nước *Máng thu nước bê tông. Bố trí 2 máng thu nước (kết hợp với máng răng cưa) đặt ở giữa hai ngăn lắng và dọc theo chiều rộng của bể. Máng bê tông cốt thép dày 65mm, có lắp thêm máng răng cưa làm bằng thép tấm ko gỉ, được đặt dọc bể giữa các tấm chắn khí. Máng có độ dốc Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 58
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 5% để nước chảy dễ dàng về phần cuối máng. Tại đây có đặt ống thu nước có φ90 bằng thép để dẫn nước sang bể Aerotank.  Máng thu nước có tiết diện hình chữ nhật b×h với b = 2h  Chiều dài máng thu bằng chiều rộng của bể: B=3m  Chọn vận tốc nước qua máng thu v = 0,3m/s  Lưu lượng vào một máng: Qtb 400 Qng 0,0023 m / s mng 2 2 24 3600  Diện tích máng thu nước: Qtb 400 Amng 0,0154 2 v 0,3 24 3600  Ước tính mực nước qua máng thu chỉ cao đến mức Hn=0,7h  Diện tích mặt cắt của máng thu nước: 2 Amc 2 h 0,7 h 1,4 h  Chiều cao của máng thu: A 0,0154 h0,1 m 10 cm 1,4 1,4 Chọn h = 15cm  Chiều rộng máng thu: b = 2h = 30cm *Máng răng cưa: Máng tràn gồm nhiều răng cưa hình chữ V - Chiều cao một răng cưa: 60mm - Dài đoạn vát đỉnh răng cưa: 40mm - Chiều cao cả thanh: 260mm - Khe dịch chỉnh: 2 khe dịch chỉnh cách nhau 450mm + Bề rộng khe: 12mm + Chiều cao: 150mm Hình 4.4 Sơ đồ tấm răng cưa thu nước Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 59
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 6000 40 60 60 160 260 100 khe dÞch chuyÓn 450 50 d. Tính lượng khí sinh ra và ống thu khí - Lượng sinh khối hình thành: YSSQo Px 1 kdc Trong đó: . Px: lượng sinh khối hình thành (kgVS/ngày) . Y: Hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào tính chất nước đầu vào. Đối với nước thải nhà máy sữa dễ bị axit hóa thì Y= 0,03kgVS/kgCOD . So: nồng độ COD vào bể UASB (mg/l) . S: nồng độ COD ra khỏi bể UASB (mg/l) . Q: lưu lượng nước thải vào bể UASB (m3/ngày) -1 . kd: hệ số phân hủy nội bào (ngày ) . θc: thời gian lưu bùn (ngày) Suy ra: 0,03 2280 684 400 10 3 Px5,89 kgVS / ng ày 1 0,025 90  Thể tích khí sinh ra mỗi ngày VSSQP350,84 1,42 CH4 o x Trong đó: Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 60
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP +V : thể tích khí methane sinh ra trong điều kiện chuẩn ( 00C , 1atm) CH4 + Q: lưu lượng nước vào bể UASB + Px: Lượng sinh khối hình thành (kgVS/ngày) + 350,84: Hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng sinh khí sinh ra từ 1kg COD chuyển hoàn toàn thành khí CH4 và CO2 (lítCH4/kgCOD) Vậy: V350,84 2280 684 400 1,42 5,89 1033 221,2 m / ng ày CH4  Tính ống thu khí + Chọn vận tốc khí trong ống vkhí = 10m/s + Đường kính ống dẫn khí 4 Vkhi 4 221,2 Dkhi 0,018 m 18 mm 24 3600vkhi 24 3600 10 Chọn đường kính ống dẫn khí φ = 21mm. Kiểm tra vận tốc khí: 4 Q 4 221,2 Vkhi 7,4 m / s khi D2224 3600 0,021 e. Tính lượng bùn sinh ra và ống xả bùn - Lượng bùn dư bơm ra mỗi ngày: Px 5,89 3 Qw 0,26 m / ng ày 0,75Css 0,75 30 Trong đó: + Css: hàm lượng chất rắn từ bùn nuôi cấy ban đầu + 0,75: MVSS/MLSS của bùn trong bể UASB  Lượng bùn nuôi cấy ban đầu cho vào bể (TS = 75%) 33 CV 30kgSS m 91,2 m M ss k 3,648t ân TS 0,75 1000  Lượng chất rắn từ bùn dư: Mss Qw C SS 0,26 30 7,8 kgSS / ng ày Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 61
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ thống ống thu bùn dư chọn thời gian lấy bùn dư là 3 tháng một lần.  Khối lượng bùn mỗi lần thu là: Mthu 7,8 kgSS ng ày 90 ng ày 702 kgSS  Thể tích bùn thu được mỗi lần: 33 Vthu 0,26 m ng ày 90 ng ày 23,4 m Chọn thời gian xả bùn là 3 giờ, lưu lượng bùn xả ra: 23,4 Q7,8 m3 / h bun 3 Lượng bùn được bơm ra bằng hệ thống ống thu bùn với vận tốc vthu =1m/s, chọn đường kính cần thiết của ống thu bùn, Dthu=100mm, lưu lượng bùn thu: D220,1 Q v1 3600 28,3 m3 / h thu thu 44 f. Lấy mẫu Để kiểm tra sự hoạt động bên trong của bể, dọc theo chiều cao của bể ta đặt các van lấy mẫu. Với các mẫu thu được ở cùng một van ta có thể ước đoán được lượng bùn có ở độ cao đặt van đó. Dựa vào kết quả đo đạc và quan sát màu sắc của bùn, từ đó có những điều chỉnh thích hợp. Trong điều kiện ổn định, tải trọng của bùn gần như không đổi, do đó mật độ bùn tăng lên đều đặn. Việc lấy mẫu được thực hiện hàng ngày. Khi mở van, cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được bùn gần giống trong bể vì nếu mở quá lớn thì nước sẽ thoát ra nhiều hơn. Thể tích mẫu thường lấy từ 500÷1000ml. Bể cao 5,9m do đó dọc theo chiều cao bể đặt 6 van lấy mẫu, các van đặt cách nhau 0,75m. Van dưới cùng đặt cách đáy 1,2. Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng có Φ 27(Φtrong = 20). g. Hệ thống phân phối nước trong bể Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 62
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP  Nước từ bể tuyển nổi được bơm qua bể UASB theo đường ống chính với lưu lượng là Q = 400m3/ng.đ = 16,7m3/h Với loại bùn dạng hạt, tải trọng > 4kgCOD/m3.ngày thì số điểm phân phối nước trong bể cần thỏa mãn ≈ 2 m2/đầu phân phối. ( Nguồn: bảng 10-2, Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân – Tính toán thiết kế công trình sử lý nước thải đô thị và công nghiệp – NXB Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh) 24m2  Số đầu phân phối cần: 12 đầu → Chọn 12 đầu phân phối. 2âm2 d u  Nước từ bể tuyển nổi được bơm qua bể UASB theo đường ống chính, phân phối đều ra 4 ống nhánh nhờ hệ thống van và đồng hồ đo lưu lượng đặt trên từng ống. 12 → Vậy mỗi ống có 3 vị trí phân phối nước, mỗi vị trí cách nhau 0,75m. 4  Vận tốc nước trong ống chính ( là ống đẩy của bơm), Vchính = 1,5÷2,5m/s Chọn Vchính = 2m/s → Đường kính ống chính: 4Q 4 (16,7 / 3600) Dchinh 0,054 m 54 mm Vchinh 2 ⇒ Sử dụng ống inox có ϕ63 làm ống chính.  Kiểm tra vận tốc nước trong ống chính: Q 16,7 / 3600 4 16,7 3600 ( thỏa) Vchinh 221,5 m s Schí nh / 4 0,063  Vận tốc nước trong ống nhánh: Vnhánh=1÷3m/s, chọn Vchính = 2m/s  Lưu lượng nước trong mỗi ống nhánh: Q 16,7 Q4,175 m3 / h nhá nh 44 → Đường kính ống nhánh: 4Qnhá nh 4 4,175 / 3600 Dnhá nh 0,027 m 27 mm Vnhá nh 2 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 63
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ⇒ Sử dụng ống inox ϕ32 để dẫn nước phân phối trong bể UASB. Kiểm tra vận tốc nước trong ống nhánh: QQ4 4,175 / 3600 Vnhá nh 221,44 m / s (thỏa) Snhá nh / 4 0,032 h. Bơm - Lưu lượng cần bơm Q = 16,7 m3/h - Cột áp của bơm: H Z h mH2 O Trong đó: + ∆Z: Khoảng cách từ mặt nước bể trung hòa đến mặt nước bể UASB + ∑h: tổng tổn thất của bơm, bao gồm tổn thất cục bộ tổn thất dọc đường ống, tổn thất qua lớp bùn lơ lửng trong bể UASB. Một cách gần đúng, chọn: ∆Z= 4m H2O, ∑h = 7m H2O ⇒ H = 4 + 7 = 11 mH2O Công suất yêu cầu trên trục bơm: Q g H 16,7 / 3600 1000 9,81 11 N0,63 kW 1000 1000 0,8 Vậy chọn bơm ly tâm công suất 1,5 kW (2HP) *Hiệu suất xử lý của bể UASB - Hiệu suất khử BOD5: 80% Hàm lượng BOD5 đầu ra: 1268 × (1 - 80%) = 274 mg/l - Hiệu suất khử COD: 70% Hàm lượng COD đầu ra: 2280×(1 - 70%) = 684mg/l 4.1.6 Bể AEROTANK * Nhiệm vụ: Tại bể Aerotank các chất hữu cơ còn lại sẽ được tiếp tục phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí. Trong điều kiện hiếu khí, phản ứng oxy hóa có thể biểu diễn như sau Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 64
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP y z 3 y 3 yCHON (x )O VSV xCO HONO H x y z4 3 4 2 2 2 2 3 VSV CHONx y z O 2 NH 3 CHNO 5 7 2 HO 2 CO 2 H VSV C5 H 7 NO 2 5O 2 CO 2 NH 3 2H 2 O H VSV NH3 O 2 HNO 2 O 2 HNO 3  CxHyOzN là đặc trưng cho chất thải hữu cơ, C5H7NO2 là công thức cấu tạo của tế bào vi sinh. Các vi sinh vật tham gia phân hủy tồn tại dưới dạng bùn hoạt tính.  Nếu quá trình oxy hóa kéo dài thì sau khi sử dụng hết những chất hữu cơ sẵn có là quá trình oxy hóa các tế bào vi sinh.  Quá trình oxy hóa trong bể AEROTANK xảy ra qua 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: Tốc độ oxy hóa xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxy. + Giai đoạn 2: Bùn hoạt tính khôi phục khả năng oxy hóa, đồng thời oxy hóa tiếp những chất hữu cơ còn lại. Ở giai đoạn này, tốc độ oxy hóa cũng xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxy nhưng nhỏ hơn giai đoạn 1(tốc độ oxy hóa giai đoạn 2 bằn 1/3 tốc độ oxy hóa giai đoạn 1) + Giai đoạn 3: giai đoạn nitrô hóa các amon. Xảy ra sau một khoảng thời gian dài, tốc độ oxy hóa cầm chừng.  Bùn hoạt tính là loại bùn xốp có chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và đảm bảo oxy dùng cho các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ thì phải luôn luôn duy trì việc cung cấp khí. Số lượng quẩn thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần chất thải, hàm lượng các chất thải, lượng oxy hòa tan, chế độ thủy động học của bể. Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng 108 ÷ 1012 khuẩn lạc/mg MLSS. Phần lớn chúng thuộc các chủng sau: Pseudomonas, Achromobacteri, Alkaligches, Bacillus Bacterium, Micrococcus, Flavobacterium. Trong bùn hoạt tính luôn có mặt của các vi khuẩn nitrit: Nitrosomonas và nitrobacter, vi khuẩn nitrat Sphacrotilus và cladothric. Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 65
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP  Hiệu quả xử lý của bể AEROTANK đạt từ 75% ÷ 95% và phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ pH, nồng độ oxy, lượng bùn Nước thải sau khi qua bể AEROTANK các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học bị loại hoàn toàn. *Tính toán Các thông số thiết kế Ngoài các thông số kể trên, khi tính toán thiết bể Aeroten còn có các thông số sau : + Đặc tính của dòng nước thải trước khi vào bể aeroten : o COD 684 mg / l o BOD5 274 mg / l o SS 86 mg / l 3 + Lưu lượng nước thải Q = 400m3/ngày đêm= 0,0046 m /s o + Nhiệt độ nước thải duy trì trong bể 25 C + Nước thải chế biến sữa có chứa đầy đủ lượng chất dinh dưỡng N, P. + Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính( MLVSS) được duy trì trong bể là 2000mg/l. + Nước thải khi vào bể aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (bùn hoạt tính) ban đầu không đáng kể X0=0 + Tỷ số chất rắn lơ lửng bay hơi và chất rắn lơ lửng (MLSS) trong hỗn hợp cặn ra khỏi bể lắng là 0,7. MLVSS 0,7 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,3) MLSS + Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn là 7000 mg/l, Xr = 7.000 mg/l + Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi bùn) trong bể là θC = 10 ngày + Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là : 0,68 -1 + Hệ số phân huỷ nội bào Kd = 0,06 ngày + Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại: Y = 0,46 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 66
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP + Nước thải được điều chỉnh sao cho BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 + Loại và chức năng bể: Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh. Ưu điểm: không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể. + Nước thải sau khi xử lí đạt tiêu chuẩn loại A: . BOD5 đầu ra < 30mg/l . COD đầu ra < 50 mg/l . SS đầu ra < 50 mg/l trong đó có 65% cặn có thể phân huỷ sinh học. *Tính toán bể Aerotank a. Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra Hình 4.5: Sơ đồ làm việc của hệ thống: Q, S0, Xo Q, S0, Xo BÓ Aerotank BÓ l¾ng Q r, X r, S Qw, Xr Trong đó: • Q, Qr, Qw, Qe: lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, lưu lượng bùn 3 xả và lưu lượng nước đầu ra, m /ngày. • S0, S: nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng, mg/l. • X, Xr, Xc: nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, nồng độ bùn tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng II, mg/l.  Xác định BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ: BOD5 ở đầu ra = BOD5 hoà tan + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 67
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trong đó : • BOD5 ở đầu ra sau lắng II: 30 mg/l • BOD5 hòà tan đi ra sau lắng II là S, mg/l • Chọn hàm lượng cặn lơ lửng ở đầu ra sau lắng II: SSra = 50 mg/l gồm có 65% là cặn có thể phân huỷ sinh học. • BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác định như sau : O Lượng cặn có thể phân huỷ sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra: 0,65×50 =32,5 mg/l O Lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá hết lượng cặn có thể phân huỷ sinh học là: 32,5×1,42(mg O2/mg tế bào) =46,15 mg/l. Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng. Quá trình tính toán dựa theo phương trình phản ứng: O C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/l 160 mg/l 1 mg/l 1,42 mg/l → 1 mg tế bào cần 1,42 mg Oxy O Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5: BOD5 = BOD20 × 0,68 = 30 × 0,68 = 20,4 mg/l Vậy: 30 (mg/l) = S + 20,4 (mg/l) ⇒ S = 9,6 mg/l a. Tính thể tích bể Aerotank  Thể tích bể Aerotank QY( S S ) V c 0 Xk(1dc ) Trong đó: • V: Thể tích bể Aerotank (m3) Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 68
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP • Q: Lưu lượng nước đầu vào Q = 400 m3/ngày • Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,46 • S0 – S 274 – 3,7 270,3mg / l • X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank, X= 3000 mg/l • k : Hệ số phân huỷ nội bào, k = 0,06 ngày-1 d d • θc: Thời gian lưu bùn trong hệ thống, θc = 10 ngày 400 0,46 10 270,3 V 104m3 3000 (1 0,06 10)  Kích thước bể Aerotank 3 Thể tích bể Vb=104m Chiều sâu chứa nước của bể: h = 4,5m V 104 Diện tích bể: F 23,1m2 h 4,5 Chiều dài bể L = 6,5m Chiều rộng bể B = 3,6m Chiều cao bảo vệ hdt = 0,5m Chiều cao tổng cộng của bể: H = h + hdt=4,5 + 0,5 = 5m Vậy bể Aerotank có kích thước như sau: L × B × H = 6,5 × 3,6 × 5 (m) b. Thời gian lưu nước V 104 - Thời gian lưu nước trong bể: nc 0,26 ngàh y 6,24 Q 400 c. Lượng bùn phải xả mỗi ngày - Tính hệ số tạo bùn từ BOD5: Y 0,46 Y 0,2875 obs 1K 1 10 0,06 cd Trong đó: Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 69
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP • Y : hệ số sản lượng, Y= 0,46 kg VSS/ kg BOD5 -1 • kd: hệ số phân huỷ nội bào, kd= 0,06 ngày • θc: thời gian lưu bùn, θc = 10 ngày. - Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 (tính theo MLVSS) -3 Px(VSS)= Yobs × Q×(S0 – S) = 0,2875×400×270,3×10 = 31,1 kgVSS/ngày - Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày: MLVSS MLVSS 0,7 MLSS MLSS 0,7 P() VSS 31,1 P SS x 44,4kgSS/ ngà y xl 0,7 0,7 - Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi 3 3 3 3 Pxa P xl – Q SS ra 10 44,4kgSS/ ngà y 400m / ng à y 26g / m 10 kg / g 34kg / ng à y - Tính lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn bùn: VX r VX Qe Xec c Qw QXQweXe X rc Trong đó • X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank X = 3000 mg/l • θc : Thời gian lưu bùn θc = 10 ngày • Qe : Lưu lượng nước đi ra ngoài từ bể lắng đợt II( lượng nước thải ra khỏi hệ thống). Xem như lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là không đáng kể nên 3 Qe = Q = 400m /ngày • Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống Xe= 0,7 × SSra = 0,7 × 26 = 18,2 mg/l 104 3000 400 18,2 10 3 Qw 3,4 m / ng ày 7000 10 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 70
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP d. Tính hệ số tuần hoàn (α) từ phương trình cân bằng vật chất Từ phương trình cân bằng vật chất: X(Q Qr ) X r Q r X r Q W XQ Xrw Q 2000 400 7000 3,4 3 Suy ra: Qàr 194,05m / ng y XXr 7000 3000 Trong đó: + Q: Lưu lượng nước thải, Q = 400 m3/ngày + X: Nồng độ VSS trong bể Aeroten, X = 2000 + Qr : Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn + X0 : Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aeroten, X = 0 + Xr : Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xr = 7000 mg/L Q 194,05 Vậy: r 0,49 Q 400 e. Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể : F S - Chỉ số F/M: o MX Trong đó: + S0: BOD5 đầu vào, S0 =274 mg/L + X: Hàm lượng SS trong bể X = 2000 + θ : Thời gian lưu nước, θ = 0,26 ngày F S 274 o 0,14ng ày 1 MX0,26 2000 Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số thiết kế bể (0,2 – 0,6 kg/kg.ngày) - Tốc độ oxy hóa của 1g bùn hoạt tính SS0 274 3,7 0,47(mgBOD5 / g.ngà y) X 0,26 2000 - Tải trọng thể tích của bể Aerotank Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 71
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP So Q 274 400 10 3 L1,054( kgBOD5 / m ng à y ) V 104 Giá trị này trong khoảng thông số cho phép khi thiết kế bể 3 (0,8 – 1,92 kgBOD5/m .ngày) g. Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD20 - Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn QSS() QC0 1,42 P ( VSS ) oxf Với f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20, f = 0,68 400 (274 3,7) OC1,42 31,1 114,838 kgO / ng ày 020,68 1000 - Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể CS 20 1 OCt OCo (T 20) CCSH d ) 1,024 •Lấy nồng độ oxi cần duy trì trong bể là 2 mg/l. •Hệ số điều chỉnh lượng oxi ngấm vào nước thải , α = 0,8 o •Nồng độ oxi bão hoà trong nước sạch ở 20 C : Cs20 = 9,17 mg/l o •Nồng độ oxi bão hoà trong nước sạch ở 26 C : CSH = 8,1 mg/l ( Nguồn: Unit operation processes in environment engineering ) 9,17 1 OC114,838 191,7 kg / ng ày t 1 8,1 2) 1,024(25 20) 0,8 - Tính lượng không khí cần thiết để cung cấp vào bể OC Qft kk OU Trong đó: OCt : Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể : OCt = 191,7 kgO2/ngày OU : Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 72
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chọn dạng đĩa xốp, có màng phân phối dạng mịn, đường kính 170mm, diện tích bề mặt F = 0,02 m2 Cường độ thổi khí 200L/phút đĩa = 12m3/giờ Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h = 4m ( lấy gần đúng bằng chiều cao của bể) (Tra bảng 7.1 – TS Trịnh Xuân Lai – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải 3 – Nhà xuất bản xây dựng). Ta có: Ou = 7gO2/m .m 3 OU Ou2h 7 4 28 gO / m Ou : Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo g 3 O2/m không khí f : hệ số an toàn, chọn f = 1,5 191,7 Q1,5 10269,6( m33 / ng ày) 427,9 m / gio 7131,7 l / ph út kk 28 10 3 - Số đĩa cần phân phối trong bể Q( L / ph ú t ) 7131,7 N kk 36đia . 200(L / ph ú t . dia ) 200 Cách bố trí đầu phân phối khí: - Từ ống chính chia thành 6 ống nhánh trên mỗi ống nhánh có 6 đầu phân phối + Theo chiều dài của bể là 6,5m ta bố trí như sau: khoảng cách giữa 2 ống nhánh ngoài cùng với thành bể là 0,5m; khoảng cách giữa 2 ống nhánh là 1,1 m. + Trên mỗi ống nhánh bố trí đầu phân phối: khoảng cách giữa 2 đầu phân phối ngoài cùng đến thành bể là 0,3 và khoảng cách giữa 2 đầu phân phối khí là 0,6m. + Trụ đĩa: đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ một. Kích thước trụ đĩa là L × B × H=0,2m × 0,1m × 0,2m h. Tính toán các thiết bị phụ h1. Tính toán máy thổi khí cho bể Aerotank và bể điều hòa: - Áp lực cần thiết của máy thổi khí được tính theo công thức Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 73
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hmf h1 h H Trong đó: • h1: Tổn thất do ma sát trong hệ thống ống vận chuyển (m) • hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối, hf = 0,5m • H : Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun, H = 4,5m - Tổng tổn thất trong đường ống không vượt quá 0,4m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hm0,4 0,5 4,5 5,4 m Áp lực không khí tính theo đơn vị at: 10,33 H 10,33 5,4 Pm 1,52 at 10,33 10,33 - Năng suất yêu cầu 33 Qkk 81,03 427,9 508,93 m / h 0,14 m / s - Công suất máy thổi khí 0,283 GRT P 1 Pmay 29,7 n e p1 Trong đó: + P máy: Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW + G: Trọng lượng của dòng không khí, kg/s G Qkk ~ khí 0,14 ~ 1,3 0,184kg / s + R: hằng số khí, R = 8,314 KJ/Kmol. 0K 0 + T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1 273 25 298 K + P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1=1atm + P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2= 1,52atm K 1 n 0,283 ( K=1,395 đối với không khí ) K + 29,7: Hệ số chuyển đổi + e: Hiệu suất của máy, chọn e = 70% Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 74
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 0,184 8,314 298 1,520,283 1 Vậy: P10,07 kW 13,5 Hp may 29,7 0,283 0,7 3 Chọn máy thổi khí SSR 100H có QS= 8,67 m /phút, Pmáy= 13,83 kW. Chọn 2 máy thổi khí hoạt động luân phiên h2: Tính toán đường ống dẫn khí - Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính, chọn Vkhí = 15 m/s 3 - Lưu lượng khí cần cung cấp, Qk = 0,12 m /s - Đường kính ống phân phối chính 4 Q 4 0,12 Dk 0,1m 100mm Vkhi 15 Chọn ống sắt tráng kẽm có ϕ114 - Từ ống chính ta phân làm 6 ống nhánh cung cấp khí cho bể Hình 4.6: Sơ đồ ống phân phối èng chÝnh èng nh¸nh ®øng èng nh¸nh ngang - Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh Q 0,12 Q'3k 0,02 m / s k 66 ' - Vận tốc khí qua mỗi ống nhánh: vkhí 20 m / s - Đường kính ống nhánh 4Qk ' 4 0,02 d 0,036m v'khi 20 Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 75
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Chọn loại ống sắt tráng kẽm ϕ42 - Kiểm tra lại vận tốc + Vận tốc khí trong ống chính: 4Q 4 0,12 Vk 11,76 m / s khi D220,114 + Vận tốc khí trong ống nhánh: 4Q' 4 0,02 V' k 14,44 m / s khi d 220,042 h3. Tính toán đường ống dẫn nước thải của bể - Chọn vận tốc nước thải trong ống: v = 0,7m/s (giới hạn 0,3-0,7 m/s) - Lưu lượng nước thải: Q = 400m3/ngày = 0,0046m3/s - Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC, đường kính của ống 4Q 4 0,0046 Dm0,09 v 0,7 Chọn ống PVC có ϕ90 - Tính lại vận tốc nước chảy trong ống 4Q 4 0,0046 v0,72 m / s D220,09 h4. Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn 3 - Lưu lượng bùn tuần hoàn Qr 294,02m / ng 0,0034m / s. - Vận tốc bùn chảy trong ống điều kiện có bơm là 1-2m/s - Chọn vận tốc bùn trong ống v = 1m/s 4Q 4 0,0034 Dm0,066 v 1 Chọn ống PVC có ϕ76 h5. Bơm bùn tuần hoàn - Lưu lượng bơm: Q’ 294,02m 3 / ngà y 0,0034m 3 / s r - Cột áp của bơm: H = 8m Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 76
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Công suất bơm: Q' g H 0,0034 1000 9,81 8 N r 0,38kW 1000 1000 0,8 η : hiệu suất chung của bơm từ 0,72 - 0,93; chọn η = 0,8 h5. Bơm bùn dư đến bể nén bùn 3 - Lưu lượng bơm QW = 3,4m /ngày - Công suất bơm: Q g H 3,4 1000 9,81 8 N w 0,004 kW 1000 24 3600 1000 0,8 24 3600 η : hiệu suất chung của bơm từ 0,72 - 0,93 , chọn η = 0,8 h6. Tính toán đường dẫn bùn dư - Chọn vận tốc bùn trong ống v = 0,3 – 0,7m/s. Chọn v = 0,7m/s 4Q 4 3,4 Dm0,0085 v 0,7 24 3600 Chọn ống PVC có ϕ21 - Hiệu suất xử lý của bể Aerotank: + Hiệu suất khử BOD5: 90% Hàm lượng BOD5 đầu ra: 274 1 90% 27mg / l + Hiệu suất khử COD: 90% Hàm lượng COD đầu ra: 684 1 90% 68mg / l + Hiệu suất khử SS: 40% Hàm lượng SS đầu ra: 86 1 40% 52mg / l + Hiệu suất khử dầu mỡ qua hai bể UASB và Aerotank: 90% Hàm lượng dầu mỡ đầu ra: 27 × (1-90%) =3 mg/l 4.1.7 Bể lắng đợt II a. Mục đích Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 77
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nước thải sau khi xử lý ở bể Aerotank được dẫn đến bể lắng đợt II. Do chênh lệch cao độ nên nước từ bể Aerotank sẽ tự chảy đến bể lắng đợt II. Nhiệm vụ của bể lắng đợt II là lắng các màng vi sinh vật được hình thành trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí ở bể Aerotank. Chọn bể lắng đợt II là bể lắng đứng. b. Tính toán Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm được tính theo công thức: QTB 400m3 / ng ày.dê m fmngày 0,15 2 Vtt 0,03 m / s 24 h / ng ày.dê m 3600 s / h Trong đó: + Vtt : Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30mm/s ( 0,03m/s), Điều 6.5.9 TCXD 51-84. Diện tích tiết diện ướt của bể lắng trong mặt bằng được tính theo công thức: Qtb 400m3 / ng . d Fmngy 9,26 2 v0,0005 m / s 24 h / ng . d 3600 s / h Trong đó: + v = Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể bắng đứng, v = 0,5mm/s (Điều 6.5.6, TCXD51 – 84). - Chọn 1 bể lắng đứng và diện tích của bể là: 2 F1 F f9,26 0,15 9,41 m - Đường kính bể: 4 F 4 9,41 Dm1 3,46 - Đường kính của ống trung tâm: 4f 4 0,15 dm0,44 - Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: htt v t 0,0005m / s 2 h 3600 s / h 3,6 m Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 78
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trong đó: t = thời gian lắng tính toán của bể lắng đứng đợt II sau bể Aerotank làm sạch hoàn toàn là 2h (Điều 6.5.6, TCXD 51 – 84). v = vận tốc lắng tính toán là 0,5mm/s (Điều 6.5.6, TCXD 51 – 84). - Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng: dD 3,46 0,4 h h hn tg( ) tg (500 ) 1,82 m n 23 22 Trong đó: o h2 = Chiều cao lớp trung hòa (m). o h3 = Chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể (m). o D = Đường kính trong của bể lắng, D =3,46m. o dn = Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn= 0,4m. o α = Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 500 ( Điều 6.5.9, TCXD 51-84). Chọn α = 500 - Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 3,46m. Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm ( Điều 6.5.9, TCXD 51-84). dll h 1,35 d 1,35 0,44 0,594 m - Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng và bằng 1,3 0,594 0,77m . Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170 ( Điều 6.5.9, TCXD 51-84). - Khoảng cách giữa đáy ống loe và đấy tấm hắt: hm0,25 0,5 ( Nguồn: PGS – TS Hoàng Huệ - Xử lý nước thải – NXB Xây Dựng). Chọn h=0,25m - Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng là: H htt h n h o 3,6m 1,82m 0,3m 5,72m Trong đó: ho = khoảng cách từ mực nước đến thành bể ho = 0,3m - Hiệu suất xử lý của bể lắng II: Sinh viên: Đinh Thị Minh Page 79