Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy

MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1 Khái niệm 3 2.2 Lịch sử 3 1.3 Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất bia ở nước ta. 6 1.4 Nguyên liệu sản xuất bia 6 1.5 Quy trình chính sản xuất bia 8 1.6 Đặc trưng nước thải của nhà máy sản xuất bia 12 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI. 14 2.1 Xử lý bằng phương pháp Cơ học 14 2.1.1 Song chắn rác 14 2.1.2 Bể lắng cát 15 2.1.3 Bể điều hòa 17 2.1.4 Bể tách dầu mỡ 19 2.1.5 Bể lắng 1 20 2.2 Xử lý bằng phương pháp Sinh học 20 2.2.1 Xử lý hiếu khí 20 2.2.2 Xử lý kị khí – Bể UASB 35 2.3 Một số sơ đồ công nghệ xử lý của nhà máy sản xuất bia 41 2.3.1 Nhà máy sản xuất bia Hoàng Quỳnh – Trực thuộc công ty Bia sài Gòn Sabeco Việt Nam 41 2.3.2 Công ty Carlton United Breweries 43

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Đồ án II

Đề tài:

Đề xuất công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia với

công suất 1200m 3 /ngày Chọn và tính toán 1 thiết bị phù hợp.

1.3 Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất bia ở nước ta 6

1.6 Đặc trưng nước thải của nhà máy sản xuất bia 12 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 14

MỞ ĐẦU

Trong vài thập niên gần đây, nền kinh tế Việt Nam tăng trưởng mạnh

mẽ và ổn định Điều này góp phần nâng cao thu nhập và cải thiện đời sốngngười dân, làm thay đổi cơ bản diện mạo đất nước Từ chỗ một nước đóinghèo sau chiến tranh, hiện nay nước ta trở thành một nước có thu nhậptrung bình, với thu nhập bình quân theo đầu người năm 2011 là 1200USD/người

Bước vào thời kì hội nhập và phát triển, đặc biệt là để tiến hành sựnghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa để đưa đất nước cơ bản trở thành mộtnước công nghiệp vào năm 2020, ngành công nghiệp nước ta được đã đầu tư,phát triển không ngừng và đem lại nhiều thành tựu to lớn Tuy nhiên, bêncạnh những lợi ích đem lại như tăng trưởng GDP, góp phần phát triển đấtnước, giảm đói nghèo…thì nó cũng để lại những bất cập và hậu quả nhấtđịnh đối với môi trường xung quanh Sự phát triển của ngành công nghiệpchế biến thủy sản cũng nằm trong xu thế chung đó

Để đảm bảo môi trường sống an toàn, trong lành cho người dân và đảmbảo quá trình sản xuất bền vững, lâu dài, nhất là tuân thủ các quy định ký kếtsau khi nước ta gia nhập WTO, mỗi doanh nghiệp, mỗi đơn vị sản xuất kinhdoanh cần có hệ thống xử lý nước thải để giảm thiểu tác động đến môitrường xung quanh

Xuất phát từ những đòi hỏi cấp bách đó, em đã thực hiện đồ án này với

đề tài: “Đề xuất công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia với công suất 1200m 3 /ngày Chọn và tính toán 1 thiết bị phù hợp”.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Khái niệm

Bia là một loại nước uống chứa cồn được sản sản xuất bằng quá trình lên men của

đường lơ lửng trong môi trường lỏng và nó không được chưng cất sau khi lênmen Nói một cách khác, bia là một loại nước giải khát có độ cồn thấp, bọt mịnxốp và có hương vị đặc trưng của hoa Houblon Đặc biệt CO2 hòa tan trong bia

có tác dụng giải nhiệt nhanh, hỗ trợ cho quá trình tiêu hóa, ngoài ra trong bia cònchứa một lượng vitamin khá phong phú (chủ yếu là vitamin nhóm B như vitaminB1, B2, PP…) Nhờ những ưu điểm này, bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết cácnước trên thế giới với sản lượng ngày càng tăng và đã trở thành ngành côngnghiệp mũi nhọn trong ngành công nghiệp nước ta

Quá trình sản xuất bia gọi là nấu bia Do các thành phần sử dụng để sản xuất bia

có khác biệt tùy theo từng khu vực, các đặc trưng của bia như hương vị và màusắc cũng thay đổi rất khác nhau và do đó có khái niệm loại bia hay các sự phânloại khác

2.2 Lịch sử

Hình 1-1: Một loại bia lager có màu vàng óng và bọt ở phía trên

Bia là một trong các đồ uống lâu đời nhất mà loài người đã tạo ra, có niên đại ítnhất là từ thiên niên kỉ thứ 5 trước công nguyên và đã được ghi chép lại trong cácthư tịch cổ của Ai Cập cổ đại và lưỡng hà (Mesopotamia).

Giống như phần lớn các chất chứa đường khác có thể bị lên men một cách tựnhiên, rất có thể là các đồ uống tương tự như bia đã được phát minh một cách độclập giữa các nền văn minh trên toàn thế giới Việc kiểm định hóa học các bìnhgốm cổ đại phát hiện ra rằng bia (tương tự như rượu vang) đã được sản xuấtkhoảng 7.000 năm trước ở khu vực ngày nay là Iran và là một trong số các côngnghệ sinh học đã biết, trong đó các quy trình sinh học của sự lên men được ápdụng

Tại Lưỡng Hà, chứng cớ lâu đời nhất về bia được cho là bức vẽ 6.000 năm tuổicủa người Sumeria miêu tả những người đang uống một thứ đồ uống bằng cáccần hút bằng sậy từ thùng công cộng Bia cũng được đề cập tới trong thiên sử thuGilgamesh, một bản trường ca 3.900 năm tuổi của người Sumeria để tỏ lòng tônkính nữ thần Ninkasi, vị thần bảo trợ cho bia, nó chứa công thức làm bia cổ nhấtcòn sót lại và miêu tả việc sản xuất bia từ lúa mạch thông qua bánh mì Bia đã trởthành thiết yếu đối với tất cả các nền văn minh trồng ngũ cốc ở thế giới phươngTây cổ xưa, đặc biệt là Ai Cập và Lưỡng Hà

Người Thracia cũng được biết là đã sử dụng bia sản xuất từ lúa mạch đen, thậm chí

từ thế kỷ 5 TCN, như Hellanicos đã viết trong vở các opera Tên gọi cho bia của họ

là brutos hay brytos

Sự bổ sung hoa bia vào bia để tạo vị đắng, bảo quản và hương vị cho bia là một phátkiến tương đối mới: trong thời Trung cổ nhiều hỗn hợp khác của các loại thảo mộcthông thường được cho vào bia chứ không phải hoa bia Các hỗn hợp này thôngthường được gọi là “gruit” Hoa bia đã được trồng tại Pháp sớm nhất là vào khoảngthế kỷ 9; văn bản cổ nhất còn sót lại có ghi chép về việc sử dụng hoa bia trong bia

có niên đại vào năm 1067 bởi nữ tu viện trưởng kiêm nhà văn Hildegard: "Nếu

người ta định làm bia từ yến mạch, nó được chuẩn bị cùng hoa bia."

Tại châu Âu, trong thời Trung cổ, bia chủ yếu được sản xuất trong gia đình Vào thế

kỷ 14 và 15, việc sản xuất bia đã dần dần chuyển từ hoạt động gia đình sang hoạtđộng thủ công, với các quán bia và tu viện sản xuất bia của mình hàng loạt để tiêuthụ

Trong thế kỷ 15, ở Anh thì loại bia không có hoa bia được biết đến như là Ale, còn

vào Anh từ Hà Lan sớm nhất là từ năm 1400 ở Winchester, và hoa bia đã được trồngtrên quốc đảo này từ năm 1428 Tính phổ biến của hoa bia ban đầu là hỗn hợp —

Công ty bia rượu London đã đi xa tới mức ra thông báo "không hoa bia, không thảo

mộc hoặc những gì khác tương tự được cho vào bất kỳ Ale hay rượu (mùi) nào sẽ được sản xuất — mà chỉ có liquor (nước), mạch nha, và men bia" Tuy nhiên, vào

thế kỷ 16, Ale đã được dùng để chỉ các loại bia mạnh (nồng độ cồn cao) bất kỳ, vàtất cả Ale và bia đều sử dụng hoa bia

Hình 1 – 2: Một số loại bia sử dụng rộng rãi ở Việt Nam

Năm 1516, William IV, Công tước xứ Bavaria, đã thông qua Reinheitsgebot (Luậttinh khiết), có lẽ là quy định về thực phẩm cổ nhất còn áp dụng đến nay Gebot quyđịnh rằng thành phần của bia chỉ được bao gồm nước, lúa mạch hoa bia, với men biađược bổ sung sau phát kiến của Louis Pasteur vào năm 1857 Luật của ngườiBavaria đã được áp dụng trong cả nước Đức như là một phần của nước Đức thốngnhất năm 1871 thành Đế chế Đức dưới thời Otto von Bismarck, và kể từ đó đã đượccập nhật để phản ánh xu hướng hiện đại trong sản xuất bia rượu Cho đến nay, Gebotvẫn được coi là tiêu chuẩn của độ tinh khiết cho bia, mặc dù điều này có thể gâytranh cãi

Phần lớn các loại bia cho đến thời gian gần đây thực chất là thứ mà ngày nay gọi làAle Bia lager đã được phát hiện ra một cách tình cờ vào thế kỷ 16 sau khi bia đượclưu trũ trong các hầm lạnh một thời gian dài; kể từ đó nó đã được sản xuất nhiều hơnAle

Với sự phát minh ra động cơ hơi nước năm 1765, công nghiệp hóa sản xuất bia đãtrở thành sự thật Các cải tiến mới trong công nghệ sản xuất bia đã xuất hiện cùngvới sự ra đời của nhiệt kế và tỷ trọng kế vào thế kỷ 19, đã cho phép các nhà sản xuấtbia tăng tính hiệu quả và kiểm soát nồng độ cồn Cho đến cuối thế kỷ 18, mạch nhachủ yếu được làm khô bằng lửa do đốt gỗ, charcoal, trấu, và sau năm 1600 là từ thancốc Nói chung, không có loại mạch nha nào trong số này được che chắn tốt khỏi

bia thường xuyên phải cố gắng giảm thiểu sự ám khói của bia thành phẩm Sự phátminh ra lò nướng hình trống năm 1817 của Daniel Wheeler đã cho phép tạo ra mạchnha nướng chín kỹ và tạo tiền đề cho sản xuất các loại bia đen (porter và stout) Sựphát minh ra vai trò của men bia trong quá trình lên men vào năm 1857 bởi LouisPasteur đã giúp cho các nhà sản xuất bia phương pháp ngăn chặn vị chua của bia bởicác loại vi sinh vật không mong muốn.

Năm 1953, Morton W Coutts, một người New Zealand đã phát triển kỹ thuật lênmen liên tục Morton lấy bằng sáng chế công nghệ của ông và nó là một cuộc cáchmạng trong công nghiệp bia do nó làm giảm thời gian ủ và sản xuất bia trước đây là

4 tháng xuống còn chưa đầy 24 giờ Công nghệ của ông vẫn được sử dụng bởi nhiềunhà sản xuất bia lớn nhất thế giới ngày nay, bao gồm cả Guinness

Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn cầu, bao gồm chủyếu là các tổ hợp được ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn Trong khi bia chủ yếu là

đồ uống chứa cồn thì một số biến thái của nó cũng tồn tại, xuất phát từ thế giớiphương Tây, là các loại bia đi qua công đoạn xử lý để loại bỏ bớt cồn, sản xuất ra cáigọi là bia không cồn

1.3Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất bia ở nước ta

Quá trình hội nhập của Việt Nam với thế giới không chỉ mang lại những chuyển biếntích cực về kinh tế mà còn cả về mặt đời sống tinh thần và văn hóa tiêu dùng, bêncạnh đó xuất phát từ sự nâng cao nhận thức về sức khỏe đã có sự chuyển dịch từ cácthức uống có độ cồn cao (các loại rượu mạnh) sang thức uống có đọ cồn thấp hơn(bia)

Thị trường bia tại Việt Nam đang tiếp tục tăng trưởng với tốc độ cao hơn tăngtrưởng GDP Theo thống kê tốc độ tăng trưởng về khối lượng của thức uống có cồnnăm 2006 là 9% trong đó bia vẫn là nhóm chủ đạo với 97% Hơn 50% thị phần sảnxuất bia tại Việt Nam chịu sự chi phối của Sabeco (31.4%) và công ty liên doanh biaSaigon (Vietnam Brewery Ltd) (20.1%) Các nhãn hiệu bia phổ biến hiện nay làSaigon, Heineken, Tiger … Tình hình sản xuất bia đã đi từ mức chỉ vừa đủ đáp ứnnhu cầu tiêu thụ vào năm 2002 đạt tổng khối lượng 1700 triệu lít (năm 2006) so vớimức tiêu thụ là 1241 triệu lít

1.4 Nguyên liệu sản xuất bia

Thành phần chủ yếu của bia:

từng loại bia tương ứng với hàm lượng malt nguyên chất, từ đó cũng mộtphần quyết định xem bia có ngon hay không.

nghệ sản xuất bia Hoa houblon làm cho bia có vị đắng dịu, hương

thơm đặc trưng, tăng khả năng tạo bọt.

- Thành phần có giá trị nhất của hoa houlon được sử dụng trong công nghệ

sản xuất bia là các hạt lupulin ở nhị hoa hình thành vào thời điểm hoa

chín Các hạt này nằm dọc trục hoa, xen kẽ các cánh hoa, được đính vàocánh và nhị hoa bằng những cuống mỏng Tại thời điểm hoa chín, hoa cómàu vàng, các hạt lupulin màu vàng óng, rất dẻo

- Hai thành phần đáng chú ý nhất trong hoa houblon nói chung, cụ thể trong

lupulin là chất đắng (acide alpha, bêta, nhựa cứng, nhựa mềm) và tinh

dầu thơm (huile essentiel) Chất đắng có vai trò rất lớn trong công nghệ

sản xuất bia, là thành phần có giá trị nhất của hoa houblon Làm cho bia

có vị đắng dịu, tạo ra một đặc tính cảm quan rất đặc biệt của bia Khi hòatan vào dịch đường và tồn tại trong bia, chất đắng là những hợp chất cóhoạt tính sinh học cao tạo ra sức căng bề mặt giúp cho bia có khả năng giữbọt lâu Với nồng độ thấp, các chất đắng cũng có khả năng ức chế rấtmạnh các vi sinh vật, vì chúng có tính kháng khuẩn rất cao và do đó làmtăng độ bền của bia thành phẩm

Hình 1 – 3: Hoa Houblon dùng để tạo vị đắng cho Bia

1.4.3 Thế liệu

- Để giảm giá thành (bia ngắn ngày) Một số loại thế liệu được sử dụng phổbiến ở nước ta như: gạo, đường

1.4.4 Nước

- Yêu cầu lớn: 7 – 10m3 nước/1000l bia

- Nước để tạo sản phẩm: yêu cầu chất lượng cao Một số yêu cầu của nướctrong sản xuất bia như sau

+ Hàm lượng muối Cacbonat không quá 50mg/L

+ Hàm lượng muối Mg không quá 100 mg/L

+ Hàm lượng muối Clorua 75 – 150 mg/L

+ Hàm lượng muối CaSO4 130 – 200 mg/L

+ Hàm lượng Fe2+ không quá 0.3 mg/L

+ Khí NH3 và các muối NO3-, NO2-: không có

+ Vi sinh vật không quá 100 tế bào/ml

+ E coli, Coliform: không có

+ Độ cứng 4 – 12 oĐ

+ PH: 6.5 - 7

- Nước cho vệ sinh thiết bị, nhà xưởng, làm lạnh: yêu cầu chất lượng thấp

- 60 – 70% đi vào sản phẩm, còn lại là nước thải

1.4.5 Các loại nguyên liệu khác

- Chất tải lạnh: Nước muối, Glycol…

- Tác nhân lạnh: NH3…

- Than, dầu sử dụng trong các quá trình sản xuất hơi

1.5 Quy trình chính sản xuất bia

Sự khác biệt trong quy trình sản xuất bia của mỗi nhà máy sẽ có các điểm khác

bản, sơ đồ sản xuất chính của các nhà máy sản xuất bia vẫn điểm suốt theo sơ đồquy trình công nghệ với các giai đoạn chính như sau:

1.5.1 Chuẩn bị nguyên liệu

- Làm nhỏ nguyên liệu (malt, gạo ) bằng cách xay nghiền Giai đoạn nàynhằm tạo điều kiện cho quá trình nấu thuận lợi hơn do kích thước củanguyên liệu đã được nghiền nhỏ và làm đồng đều

- Công đoạn này thiết bị được sử dụng để nghiền là máy nghiền bi

1.5.3 Đường hóa

- Cắt mạch tinh bột

- Chuyển tinh bột � đường (tương tự như sản xuất cồn rượu, cho enzimchuyển hóa tinh bột, nhưng trong sản xuất bia không cần cho enzim vìtrong malt đã có sẵn enzim cần thiết)

- Điều kiện: nhiệt độ = 60oC, thời gian 30 phút (1 mẻ)

men

- Lên men phụ (tàng trữ): Nhiệt độ 2oC, thời gian 20 – 50 ngày để trongthùng Số ngày tàng trữ càng lớn, chất lượng bia càng tốt.

- Khí CO2: Đây là CO2 thực phẩm nên có độ tinh khiết và an toàn cao thuhồi sử dụng để cấp cho bão hòa bia

- Thùng lên men

1.5.6 Lọc bia

- Mục đích chính của việc lọc bia nhằm tạo sản phẩm bia có độ trong

- Để tăng quá trình lọc (tránh bít lỗ lọc): Cho thêm chất trợ lọc (nhưdiatomit: chất hoạt tính)

- Dùng thiết bị lọc ép khung bản, lọc đĩa

- Chiết bia vào chai, lon, bom

- Có công đoạn rửa (chai, lon, bom): Dùng dung dịch NaOH 1 - 3%, sau đórửa lại bằng nước lạnh và hơi Riêng lon chỉ rửa qua nước lạnh vì lon sảnxuất ở nhà máy

Sơ đồ công nghệ sản xuất bia:

11

Chuẩn bị nguyên liệu

Nấu 2 - 3atm 110 - 130oC

Lên men chính 10oC

Lên men phụ 2oC

Nước Nước, Glycol

Nước thải

Bã bia Nước thải

Nước thải

Bã hoa Nước nóng, Glycol

Nước thải, bã men, CO2 Nước thải, chất tải lạnh, CO2

CO2 Nước thải

Bã lọc

1.6 Đặc trưng nước thải của nhà máy sản xuất bia

Nước thải trong quá trình sản xuất bia là chất thải chủ yếu, gây ô nhiễm chính trongsản xuất Bia Hiện nay tiêu chuẩn nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là

8 – 14lit nước thải/1l bia phụ thuộc vào công nghệ và loại bia sản xuất, các loạinước thải này chứa hàm lượng lớn chất lơ lửng, COD, BOD dễ gây ô nhiễm môitrường

Nước thải từ nhà máy bia có thể được chia làm hai loại:

- Nước thải có BOD thấp:

+ Nước rửa chai công đoạn cuối

+ Nước xả từ hệ thống xử lý nước cấp

+ Nước làm mát máy và nước rửa sàn vệ sinh công nghiệp

- Nước thải có BOD cao:

+ Nước thải từ công đoạn nấu, chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu, bểchứa, sàn nhà, bồn lên men… có chứa nhiều cặn malt, tinh bột, bã hoa.+ Nước thải từ công đoạn lên men và lọc bia

+ Nước rửa chai ban đầu, nước thải từ quá trình này có độ pH cao donguyên lý rửa chai được tiến hành qua các bước: rửa với nước nóng, rửabằng dung dịch kiềm loãng nóng (1-3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn vànhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bênngoài chai, sau đó rửa sạch bằng nước nóng

+ Nước thải từ công đoạn chiết chai

+ Nước thải từ công đoạn rửa thiết bị

Nước thải từ nhà máy sản xuất bia chứa nồng độ cao các chất hữu cơ cũng như cácchất tẩy rửa thừa Các chất hữu cơ tồn tại cả ở dạng lơ lửng lẫn dạng không tan.Lượng chất gây ô nhiễm chủ yếu được tạo ra trong quá trình vệ sinh thiết bị đóngchai và rửa chai lọ Ngoài việc phát thải vào nước việc sản xuất bia còn gây ra mùi,tiếng ồn, chất thải rắn (bã bia, bã hoa, cặn…)

Đặc trưng nước thải bia: Có hàm lượng chất hữu cơ cao

- Nước thải lọc dịch đường:

+ Hàm lượng chất hữu cơ cao, lượng đường còn tồn tại trong nước cao làmôi trường thuận lợi cho sự phát triển của VSV, độ đục và độ màu cao

- Nước thải của các thiết bị giải nhiệt:

+ Có nhiệt độ khá cao khoảng 50oC, được coi là sạch

- Nước thải lọc bã bia, bã hoa: ô nhiễm hữu cơ nặng…

Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sựkhác nhau có thể chỉ là sử dụng phương pháp lên men nổi hay chìm Nhưng sự khácnhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc, thiết bị,sàn nhà… Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm củanhà máy bia rất khác nhau Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nước và côngnghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp.

Với các biện pháp sử dụng nước hiệu quả nhất thì định mức nước thải của nhà máybia không thể thấp hơn 3m3 cho 1000l bia sản phẩm Trung bình lượng nước thải ởnhiều nhà máy bia lớn gấp 10 lần đến 20 lần lượng bia sản phẩm

(Nguồn: Trung tâm sản xuất sạch hơn, Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn trong ngành sản xuất bia, Viện Khoa học và Công nghệ môi trường, Trường ĐHBK Hà Nội)

-Tải trọng

ÔN

kgBOD5/1000lit bia

Bảng 1 - 2: Đặc tính nước thải của một số nhà máy bia

Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, 2002.

Lưu lượng dòng thải và đặc tính dòng thải trong công nghệ sản xuất bia, còn biếnđổi theo chu kì và mùa sản xuất

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

chắn rác đặt song song với nhau, nghiêng về phía dòng nước chảy để giữ rác lại.Song chắn rác thường đặt nghiêng theo chiều dòng chảy một góc 50 đến 90°.

Thiết bị chắn rác bố trí tại các máng dẫn nước thải trước trạm bơm nước thải vàtrước các công trình xử lý nước thải

đó bùn sẽ được đưa vào hệ thống xử lý bùn.

Tấm chắn ở đầu bể đặt cách thành cửa vào khoảng 0.5 – 1 m và không nông hơn0.2m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ chiều rông của bể

Đáy bể làm dốc để thuận tiện cho việc thu gom cặn

Hình 2 – 2: Bể lắng cát ngang

Bể lắng cát có sục khí: Các hạt cát tích tụ lại với nhau trong chuyển động xoáy ốctạo bởi dòng khí, bằng cách sục khí vào một phía của bể tạo cho dòng nước chuyểnđộng theo quỹ đạo tròn và xoắn ốc quanh trục theo hướng dòng chảy Do vận tốcngang trong dòng xoáy lớn nên các hạt hữu cơ vẫn được giữ lại còn các thành phầnnặng hơn tách ra tập trung ở rãnh cặn đáy bể

2.1.3 Bể điều hòa

1 Chức năng, vị trí:

Lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải các khu dân cư, công trìnhcông cộng như các nhà máy xí nghiệp luôn thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào cácđiều kiện hoạt động của các đôi tượng thoát nước này Sự dao động về lưu lượngnước thải, thành phần và nồng độ chất bẩn trong đó sẽ ảnh hưởng không t<Dt đếnhiệu quả làm sạch nước thải Trong quá trình lọc cần phải điều hoà lưu lượng dòngchảy, một trong những phương án tôi ưu nhất là thiết kế bể điều hoà lưu lượng

Bể điều hoà làm tăng hiệu quả của hệ thông xử lý sinh học do nó hạn chế hiện tượngquá tải của hệ thông hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng chất hữu cơgiảm được diện tích xây dựng của bể sinh học Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử

lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hoà ở mức độ thích hợp cho các hoạt độngcủa vi sinh vật

Đặt sau bể lắng cát

Đặt trước bể lắng 1

2 Cấu tạo thiết bị

Điều hòa trên dòng thải: Đặt bể điều hòa tiếp nhận toàn bộ nước thải – Khống chếđược không gian

Điều hòa ngoài dòng thải:

+ Trích phần dư ra cho vào bể điều hòa

+ Dẫn trực tiếp vào công đoạn tiếp theo

+ Thu gom nước thải ở các khu đô thị lớn

Hình 2 – 3: Bể điều hòa lưu lượngThuyết minh: Nước thải sau khi ra khỏi bể lắng cát sẽ được đưa đến bể điều hòa Tạiđây sẽ có hiện tượng xáo trộn và thổi khí cho bể điều hòa trong xử lý nước thải đểtránh tình trạng lắng cặn Ngoài ra, trước khi cho nước chảy vào bể điều hòa, phải

bố trí bể lắng cát trước đó nhằm hạn chế cặn lắng xuống đáy

Ưu điểm, nhược điểm

Ưu điểm:

+ Khả năng nâng cao xử lý sinh học, hạn chế tình trạng quá tải

+ Pha loãng các chất gây ức chế sinh học và ổn định độ pH

+ Cải thiện chất lượng bùn nén, giúp bùn lắng đặc chắc hơn

+ Giảm diện tích bề mặt lọc, nâng cao hiệu quả, giúp chu kỳ rửa lọc đồng đềuhơn

+ Hỗ trợ quá trình châm hóa chất do nước thải ổn định hơn

Nhược điểm:

+ Diện tích mặt bằng hoặc chổ xây dựng tương đối lớn

+ Có thể gây lan tỏa mùi hôi cao, do đó cần che đậy cẩn thận

+ Đòi hỏi phải khuấy trộn và bảo dưỡng thường xuyên

+ Chi phí đầu tư tăng

Thường được đặt sau song chắn rác.

Ứng dụng: Xử lý nước thải có nhiều dầu mỡ như: chế biến thủy sản, nhà hàng,khách sạn…

2 Cấu tạo bể tách dầu mỡ

Hình 2 – 4: Bể tách dầu mỡNước thải đi vào bể tách mỡ, qua các vách ngăn điều chỉnh dòng chảy Dầu mỡ sẽnổi lên phía trên do nhẹ hơn nước, phận nước sạch dầu theo ống thoát nước chảyđến quá trình xử lý tiếp theo Phần dầu mỡ nổi lên sẽ được thu hồi nhờ những tấm

sợi hút dầu hoặc là máy hút dầu Dầu mỡ hút ra được chứa trong bể chứa dầu, định

kỳ sẽ được vận chuyển tới nơi xử lý

2.1.5 Bể lắng 1

a Cơ sở lý thuyết

Tách các hợp chất lơ lửng có trong dòng thải để tránh ảnh hưởng đến các công đoạn

xử lý sinh học, hóa lý phía sau

Đây là quá trình xử lý vật lý sử dụng trọng lực để loại bỏ các chất rắn lơ lửng rakhỏi nước Bất kỳ vật nào có khối lượng đều chịu tác dụng của trọng lực, các chấtrắn lơ lửng cũng vậy Quá trình lắng áp dụng sự khác nhau về tỉ trọng của nước, chấtrắn lơ lửng và các chất ô nhiễm khác trong nước thải để loại chúng ra khỏi nướcthải Nhờ trọng lực, các chất rắn này sẽ bị kéo xuống đáy bể và loại bỏ bằng cácthiết bị cơ học

Bể lắng cấp 1 thường được đặt sau bể điều hòa hoặc trước bể hiếu khí

Phân loại: Bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng ly tâm…

Ứng dụng: xử lý nước thải chứa nhiều tạp chất thô như: nước thải sinh hoạt, nướcthải chế biến thủy sản, sản xuất giấy và bột giấy…

2.2 Xử lý bằng phương pháp Sinh học

2.2.1 Xử lý hiếu khí

Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học chủ yếu là dựa vào hoạt động sống của các

vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải các vi sinh vật này sử dụng các chấthữu cơ có trong nước thải và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng cho hoạtđộng sống của chúng và đồng thời các chất hữu cơ này sẽ được phân giải thành hợpchất vô cơ đơn giản

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinhvật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ thích hợp có trong nước thải trong điềukiện cung cấp oxy liên tục

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng phản ứng

(CHO)nNS + O2 = CO2 + H2O + NH3 + H2S + tế bào vi sinh vật

Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: oxi hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầunăng lượng của tế bào

CxHyOzN + (x+y/4-z/2)O2 = xCO2 + (y-3)/2 H2O+ NH3 + E

Giai đoạn 2: tổng hợp để xây dựng tế bào

CxHyOz+ NH3 + (x+y/4-z/2-5)O2 = (x-5)CO2 + (y-4)/2 H2O+ C5H7NO2 + EGiai đoạn 3: hô hấp nội bào

C5H7NO2 + 5O2= 5CO2 + 2H2O + NH3

Khi không đủ cơ chất, quá trình chuển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng

sự tự oxi hóa chất liệu tế bào

Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí có thể xảy ra ởđiều kiện tự hiên hoặc nhân tạo tùy theo loại vi sinh vật khác nhau mà quá trìnhsinh học hiếu khí nhân tạo được chia thành:

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng bám dính

Quá trình phân hủy xảy ra qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi ở giai đoạn này, bùn hoạt tínhđược hình thành và phát triển, các vi sinh vật được sinh trưởng mạnh dẫn đến lượngoxi tăng cao

Giai đoạn 2: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi gần như không thayđổi trong giai đoạn này, các chất hữu cơ bị phân hủy mạnh nhất

Giai đoạn 3: tốc độ oxi hóa giảm dần và sau đó lại tăng lên Tốc độ phân hủy chấtbẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa ammoniac Sau cùng, nhu cầu tiêu thụoxi lại giảm

Đồ thị sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong môi trường theo quy luật đượctrình bày như hình:

Hình 2 – 5: Quá trình sinh trưởng của vi khuẩn

Quá trình sinh trưởng chia thành 5 giai đoạn:

Giai đoạn tiềm phát: vi khuẩn làm quen với môi trường, chưa sinh sản ngay, cần thờigian

Giai đoạn lũy tiến: các tế bào vi khuẩn sinh sản với tốc độ cực đại theo cách phânđôi tế bào

Giai đoạn giảm tốc: chất dinh dưỡng trong môi trường đã cạn dần cùng với sự biếnmất của một vài thành phần cần thiết cho sinh trưởng do đó ở giai đoạn này chúngphát triển với tốc độ chậm dần

Giai đoạn cân bằng: số tế bào sinh ra bằng số tế bào mất đi do nguồn thức ăn đãgiảm dần, các tế bào già hóa

Giai đoạn suy vong: các chất dinh dưỡng đã hết, tế bào già bị chết và tăng dần.Các tác nhân ảnh hưởng đến quá trình phân hủy hiếu khí gồm có:

Phải đủ lượng oxi hòa tan ở trong nước để cung cấp cho đời sống vi sinh vật và cácphản ứng oxi hóa khử

Các chất hữu cơ có trong nước, trước hết là các chất hòa tan sẽ được phân hủy hoặcđược vi sinh vật sử dụng, sau đó mới đến các chất khó tan hoặc không tan (các chấtnày cũng dần dần chuyển sang dạng tan)

Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng lớn đến đời sống vi sinh vật và động học các phảnứng enzi Nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lý nước thải là 20-40 C, tối ưu là 25-

Hình 2 - 6: Sơ đồ làm việc của bể aeroten

Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ:

- Oxi hóa hợp chất hữu cơ không chứa nito

CxHyOz + (x+y/4-z/2)O2 = xCO2 + y/2 H2O+ E

-oxi hóa hợp chất hữu cơ chứa nito:

CxHyOzN + (x+y/4-z/2)O2 = xCO2 + (y-3)/2 H2O+ NH3 + E

-oxi hóa hợp chất hữu cơ để tổng hợp sinh khối:

CxHyOz+ NH3 + (x+y/4-z/2-5)O2 = (x-5)CO2 + (y-4)/2 H2O+ C5H7NO2 + E

Quá trình tự hủy của sinh khối:

C5H7NO2 + 5O2= 5CO2 + 2H2O + NH3

Quá trình oxi hóa các chất vô cơ (Fe2+, Mn2+, S2-…)

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của bể aeroten:

- Lượng oxi hòa tan trong nước: cần cung cấp đầy đủ nhu cầu oxi hóa cho vi sinhvật để đảm bảo cho bể aeroten có khả năng oxi hóa các chất hữu cơ với hiệu suất

- Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật: BOD:N:P= 100:5:1 Nếu thiếu nito,photpho gây hiện tượng phồng bùn khi đó cần bổ sung bằng các muối

- Nhiệt độ và pH: nếu nhiệt độ quá cao gây chết vi sinh vật, nhiệt độ quá thấp làmgiảm tốc độ oxi hóa các chất nhiệt độ thích hợp từ 16-37oC pH có ảnh hưởng tớiquá trình sinh hóa của vi sinh vậ, pH thích hợp từ 6,5-8,5

- Hàm lượng sinh khối và tỉ lệ F/M:

Hàm lượng sinh khối cần duy trì ổn định từ 1500-3000 mg/l

Tỉ lệ F/M tối ưu từ 0,2-0,6: bùn phát triển tốt, khả năng lắng tốt

Các chất độc: nồng độ muối vô cơ không vượt quá 10 mg/l các chất độc như kimloại nặng, chất độc hữu cơ cần phải xử lý riêng biệt trước

Phân loại bể aeroten:

Theo chế độ của bùn hoạt tính: không tái sinh bùn, tái sinh bùn

Theo chế độ thủy động: khuấy trộn, đẩy

Theo tải lượng bùn: cao, thấp, trung bình

Cấu tạo thiết bị

Bể aeroten có cấu tạo khá đơn giản bể là một khối hình chữ nhật bên trong được bốtrí hệ thống phân phối khí gồm đĩa thổi khí và ống phân phối khí Hệ thống nàynhằm đảm bảo độ oxy hòa tan, giúp vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hóa các chất

ô nhiễm trong nước ngoài ra còn giúp duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tạođiều kiện tối ưu cho quá trình tiếp xúc giữa các pha

Cấu tạo của bể phải đảm bảo được 3 điều kiện:

-Giữ được lượng bùn lớn

-Tạo điều kiện để vi sinh vật luôn sinh trưởng và phát triển tốt

-Đảm bảo liều lượng oxi cần thiết cấp cho vi sinh vật

Hình 2 - 7: Cấu tạo bể aeroten

Không khí được cấp vào bể bằng các cách sau:

- Nén khí qua bộ phận khuếch tán ngập trong nước bằng sục khí: khuấy trộn tốt, hòatan oxi không cao do diện tích bề mặt tiếp xúc giữa bọt khí và nước không đảm bảo

- Dùng khuấy cơ học thổi không khí vào chất lỏng bằng thông khí cơ học: khuấy bềmặt tạo bọt xoáy, nước bề mặt bún tung giúp tăng diện tích tiếp xúc, đưa nguồnxuống dưới làm khả năng đảo trộn mạnh

Nước thải sau quá trình xử lý sơ bộ còn lại phần lớn là các chất hữu cơ ở dạng hòatan đi vào bể Aeroten Nhờ hệ thống phân phối khí, oxi được cung cấp và khuấy trộncùng nước thải, các chất ô nhiễm hữu cơ được vi sinh vật hiếu khí phân hủy sử dụnglàm chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển Bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy,cần phải lấy phần bùn cặn ra khỏi nước thải, một phần được tuần hoàn để ổn địnhsinh khối, phần còn lại được đưa về bể xử lý Nước thải sau khi loại bỏ bùn đượcchuyển sang công đoạn xử lý tiếp theo

Ưu, nhược điểm của bể aeroten.

Ưu điểm

Vận hành tương đối đơn giản, ổn định

Chi phí xây dựng tương đối thấp

Giảm thiểu tối đa mùi

Nhược điểm:

Chi phí cho hệ thống cấp khí khá cao

Không loại bỏ được màu từ chất thải

Ứng dụng

Thường được áp dụng để duy trì xử lý nước thải có tỉ lệ BOD/COD > 0,5 chẳng hạnnhư nước thải sinh hoạt, nước thải chế biến thủy hải sản, mía đường, thực phẩm,giấy…

Không có hàm lượng kim loại nặng như Mn, Pb, Hg, Cr…vượt quá qui định

Quy trình xử lý nước thải trong bể tuần hoàn với chu kỳ thời gian sinh trưởng giánđoạn mà khả năng thích ứng với một sự đa dạng của quá trình bùn hoạt tính – như làkhuấy trộn hoàn chỉnh theo lối thông thường, tháo lưu lượng, tiếp xúc ổn định vàcác chu trình sục khí kéo dài

Bể SBR hoạt động theo một chu kỳ tuần hoàn với 5 pha bao gồm: Làm đầy, sục khí,lắng, rút nước và nghỉ Mỗi bước luân phiên sẽ được chọn lựa kỹ lưỡng dựa trênhiểu biết chuyên môn về các phản ứng sinh học

Hình 2 - 8: Chu kì hoạt động của bể SBR

Chu kỳ hoạt động của bể với 5 pha được tiến hành như sau:

1 Pha làm đầy: Nước thải được bơm vào bể xử lý trong khoảng từ 1-3 giờ.Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc theo mục tiêu

xử lý, hàm lượng BOD đầu vào mà quá trình làm đầy có thể thay đổi linhhoạt: Làm đầy – tĩnh, làm đầy- hòa trộn, làm đầy- sục khí

2 Pha sục khí: Tiến hành sục khí cho bể xử lý để tạo phản ứng sin hóa giữanước thải và bùn hoạt tính hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước vàkhuấy trộn đều hỗn hợp Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượngnước thải, thường khoảng 2 giờ Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa cóthể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO22- và nhanh chóngchuyển sang dạng N – NO3-

3 Pha lắng: Lắng trong nước Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quảthủy lực của bể đạt 100% Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúcsớm hơn 2 giờ

4 Pha rút nước:Khoảng 0.5 giờ Sau khi chất thải lắng xuống sẽ được hệ thốngthu nước tháo ra chuyển giai đoạn khử tiếp theo; cùng với quá trình này bùn

5 Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gianvận hành.

Cấu tạo thiết bị

Bể SBR gồm có các ngăn chứa nước thải, hệ thống dàn đĩa thổi khí và các thiết bịphụ trợ khác

Hình 2 - 9: Cấu tạo bể SBR

Ưu-nhược điểm của bể SBR

1 Ưu điểm:

Đặc điểm nồi trội không cần tuần hoàn bùn hoạt tính

Vận hành dễ dàng, giảm đòi hỏi sức người

Giảm chi phí vận hành bể lắng, lắp đặt đơn giản

Dễ dàng bảo trì, sửa chữa

Áp dụng ở nước thải sinh hoạt, nước thải tập trung, nước thải công nghiệp, nói riêngđược áp dụng ở những khu vực có dòng chảy thấp.

Sử dụng công nghệ sbr đã phát triển nhanh chóng ở các cộng đồng nhỏ, nước thải xảthải nhỏ hơn 1 triệu gallons 1 ngày (1gallons=3,78l)

Phù hợp cho căn hộ gia đình, nông trại, khách sạn, doanh nghiệp nhỏ, casino, khunghỉ mát

c MBR (Membrane biology reactor)

1.1 Giới thiệu về MBR

Trong nước thải có những vật rắn làm giá đỡ (giá mang), các vi sinh vật chủ yếu là

vi khuẩn sẽ dính bám trên bề mặt Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra cácpolysacarit có tính chất như là các chất dẻo (gọi là polyme sinh học), tạo thành màng(màng sinh học) Màng này cứ dầy dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinhvật dính bám hay cố định trên các chất mang Màng này có khả năng oxi hóa cácchất hữu cơ có trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc, ngoài ra màng này còn có khảnăng hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán…

Như vậy màng lọc sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật khác nhau, có hoạt tínhoxi hóa các chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng Màng này dầy từ 1 –3mm và hơn nữa, màu của màng thay đổi theo thành phần của nước thải từ màuvàng xám đến màu nâu tối Trong quá trình xử lý nước thải chay qua phin lọc sinhhọc có thể cuốn theo các hạt của màng với kích thước 15 – 30um có màu sáng vànghoặc nâu

Nước thường được xử lý cơ học qua phin lọc nước phỏng theo các mô hình thấmnước tự nhiên trên bề mặt đất Phin lọc nước có thể là các thùng, các bể, thậm chí là

ao hồ… Vật liệu lọc là cát, sỏi được xếp như sau: Ở dưới cùng là lớp sỏi cuội đã rửasạch có kích thước nhỏ dần theo chiều cao lớp lọc, ở lớp trên được trải vào lớp cátvàng hạt to rồi đến nhỏ Nước qua lớp cát nhỏ trên cùng rồi thấm dần qua lọc Bềmặt của lớp cát cần phải rộng vì nước thấm qua lọc tương đối chậm Đây là mộtphin lọc chậm mà loài người đã biết làm từ xa xưa Chiều dày lớp cát 7 – 10cm.Trên bề mặt những hạt cát, sỏi, đá, than, gỗ… và giữa chúng sẽ tạo thành một màngnhầy như gelatin và lớn dần lên, được gọi là màng sinh học Màng này được tạothành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, các vi sinh vật khác và có cả độngvật nguyên sinh Khác với quần thể VSV của bùn hoat tính, thành phần loài và sốlượng các loaof ở màng lọc tương đối đồng nhất Mỗi màng lọc có một quần thể choriêng mình Sự khác nhau không chỉ là số lượng mà cả chất lượng Khi nước thải