thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh với năng suất 8 tấn sản phẩm ngày

Thông thường quá trình được bắt đầu bằng phương pháp cơ học, tuỳ thuộcvào đặc tính, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch mà nguời ta chọn tiếp phươngpháp hoá lí, hoá học, sinh học hay

Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh với năng suất 8 tấn sản phẩm/ngày

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

MỞ ĐẦU1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngành công nghiệp chế biến thủy hải sản đã và đang đem lại những lợi nhuậnkhông nhỏ cho nền kinh tế Việt Nam nói chung và của người nông dân nuôi trồng thủyhải sản nói riêng Nhưng bên cạnh những lợi ích mà nó mang lại như giảm đối nghèo,tăng trưởng GDP cho quốc gia thì nó cũng để lại những hậu quả thật khó lường đối vớimôi trường sống của chúng ta Hậu quả là các con sông, kênh rạch nước bị đen bẩn vàbốc mùi hôi thối một phần là do việc sản xuất và chế biến thủy hải sản thải ra mộtlượng lớn nước thải có mùi hôi tanh vào môi trường mà không qua bất kỳ giai đoạn xử

lý nào Chính điều này đã gây ảnh hưởng rất lớn đối với con người và hệ sinh thái gầncác khu vực có lượng nước thải này thải ra

Đứng trước những đòi hỏi về một môi trường sống trong lành của người dân,cũng như qui định về việc sản xuất đối với các doanh nghiệp khi nước ta gia nhậpWTO đòi hỏi mỗi một đơn vị sản xuất kinh doanh phải cần có một hệ thống xử lýnước thải nhằm giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

Trước những vấn đề cấp bách đó, em đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh với năng suất 8 tấn sản phẩm/ngày” sẽ giải quyết được vấn đề ô nhiễm từ nguồn nước thải của nhà máy, góp

phần bảo vệ nguồn nước nhằm phục vụ lâu dài cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hộitheo hướng phát triển bền vững

1.2 Mục đích nghiên cứu

Xử lí nước thải nhà máy hoạt động chấ biến thủy sản đông lạnh với năng suất 8tấn sản phẩm/ngày, chất lượng nước thải sau xử lí đạt loại A (theo TCVN 5945 –2005) để có thể thải vào nguồn tiếp nhận

1.3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích vi sinh vật

- Phương pháp phân tích xử lí số liệu

- Phương pháp sưu tầm, thống kê số liệu

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU1.1 Tổng quan về nghành chế biến thủy sản đông lạnh

1.1.1 Hướng phát triển của ngành chế biến thuỷ sản đông lạnh ở nước ta

Nhu cầu thực phẩm trên thế giới ngày càng cao, mức tiêu dùng ngày càng lớn

Mà mỗi nước có những thế mạnh khác nhau về từng loại mặt hàng, bên cạnh đó cũng

có nhiều mặt hàng không đủ đáp ứng cho người tiêu dùng thì việc nhập từ các nước khác là điều tất yếu

Ở nước ta, nguyên liệu dành cho chế biến thuỷ sản đông lạnh rất phong phú và

đa dạng từ các loại thuỷ sản tự nhiên cho đến các loại thuỷ sản nuôi nên rất thuận lợi cho sự phát triển của ngành công nghiệp này, với các đặc sản như: cá lạnh đông, mực lạnh đông, tôm lạnh đông…

Hiện nay có hơn 150 cơ sở, nhà máy chế biến thuỷ sản đông lạnh rãi rác khắp các tỉnh và thành phố, đặc biệt ở Thành phố Hồ Chí Minh tập trung khoảng 36 công ty,

xí nghiệp thuộc ngành này Công ty xuất nhập khẩu thuỷ sản Seaspimex, công ty nông sản thực phẩm xuất khẩu Thành phố Hồ Chí Minh, xí nghiệp quốc doanh chế biến hàng xuất khẩu Cầu Tre là một trong những đơn vị đi đầu trong lĩnh vực chế biến thực phẩm, chế biến lạnh đông với năng xuất lớn hơn 950 tấn thực phẩm đặc biệt xuất khẩu sang các nước Châu Âu Ở Đà Nẵng, nhà máy chế biến thực phẩm Danifood đã cung cấp một lượng sản phẩm từ chế biến thuỷ sản tương đối lớn cho người tiêu dùng và cho xuất khẩu

Nhìn chung công nghiệp chế biến thuỷ sản ở nước ta khá phát triển và mang lại hiệuquả kinh tế – xã hội cao Trong tương lai ngành công nghiệp này sẽ mở rộng hơn vớinăng suất và chất lượng cao hơn để đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng và xuất khẩu

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

1.1.2 Nguồn gốc phát sinh, thành phần và tác động môi trường của các chất ô nhiễm trong ngành chế biến thủy sản.

1.1.2.1 Nguồn gốc phát sinh.

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Loại bỏ nội tạng và những phần không cần thiết

- Nước thải từ các công đoạn trong quy trình sản xuất của nhà máy:

+ Công đoạn tiếp nhận và bảo quản nguyên liệu: lượng nước thải từ công đoạn này là do lượng đá ướp nguyên liệu chảy ra

+ Công đoạn rửa sơ bộ

+ Công đoạn rửa, làm ráo nguyên liệu sau khi cắt bỏ nội tạng và ngững phần không cần thiết

+ Công đoạn lạnh đông sản phẩm: lượng nước thải từ quá trình này do làm mát phá băng Lượng nước thải này không chứa nhiều chất bẩn do đó không cần xử lí

+ Công đoạn ra khuôn sản phẩm sau khi đông lạnh: lượng nước thải sinh ra do quá trình tách sản phẩm ra khỏi khuôn sau khi làm lạnh

- Nước thải từ các quá trình khác:

+ Nước từ các quá trình rửa thiết bị, nhà xưởng, dụng cụ chứa nguyên liệu và sản phẩm

+ Từ quá trình làm nguội máy móc và phá băng ở các dàn làm lạnh

+ Nước thải sinh hoạt trong nhà máy

1.1.2.2 Thành phần và tính chất nước thải thủy sản.

Bảng 1.1 Tính chất, thành phần của nước thải thủy sản đông lạnh

Chất thải rắn

Chất thải rắn thu được từ quá trình chế biến tôm, mực, cá, sò có đầu vỏ tôm, vỏ

sò, da, mai mực, nội tạng… Thành phần chính của phế thải sản xuất các sản phẩm thuỷsản chủ yếu là các chất hữu cơ giàu đạm, canxi, phốtpho Toàn bộ phế liệu này được

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

tận dụng để chế biến các sản phẩm phụ, hoặc đem bán cho dân làm thức ăn cho người,thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm hoặc thuỷ sản.

Ngoài ra còn có một lượng nhỏ rác thải sinh hoạt, các bao bì, dây niềng hưhỏng hoặc đã qua sử dụng với thành phần đặc trưng của rác thải đô thị

Chất thải lỏng

Nước thải trong công ty chế biến thủy sản đông lạnh phần lớn là nước thải trongquá trình sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho

vệ sinh và nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến, nước vệ sinh cho công nhân

Lượng nước thải và nguồn gây ô nhiễm chính là do nước thải trong sản xuất

Chất thải khí

Khí thải sinh ra từ công ty có thể là:

- Khí thải Chlor sinh ra trong quá trình khử trùng thiết bị, nhà xưởng chếbiến và khử trùng nguyên liệu, bán thành phẩm

- Mùi tanh từ mực, tôm nguyên liêu, mùi hôi tanh từ nơi chứa phế thải, vỏ

sò, cống rãnh

1.1.2.3 Tác động của nước thải thủy sản đông lạnh đến môi trường.

Nước thải chế biến thuỷ sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếu khôngđược xử lý sẽ gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực

Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thuỷ sản có thể thấm xuốngđất và gây ô nhiễm nước ngầm Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinhdưỡng và vi trùng rất khó xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt

Đối với các nguồn nước mặt, các chất ô nhiễm có trong nước thải chế biếnthuỷ sản sẽ làm suy thoái chất lượng nước, tác động xấu đến môi trường và thủy sinhvật, cụ thể như sau:

1.1.2.3.1 Các chất hữu cơ.

Dựa vào đặc điểm dể bị phân huỷ do vi sinh vật có trong nước mà có thể phân chấthữu cơ thành:

- Các chất hữu cơ dễ phân hủy

Đó là các hợp chất protein, hyđratcacbon, chất béo nguồn gốc Động vật vàThực vật Đây là những chất gây ô nhiễm chính có nhiều trong nước thải sinh hoạt,nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm Các hợp chất này chủ yếu làm suy

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

giảm oxy hoà tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thuỷ sản và làm giảm chấtlượng nước cấp sinh hoạt.

- Các chất hữu cơ khó bị phân hủy

Đó là những chất có vòng thơm (hiđratcacbua của dầu khí), các chất đa vòngngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ… trong số các chất này có nhiềuhợp chất là các chất hữu cơ tổng hợp Hầu hết chúng là các chất có độc tính đối vớisinh vật và con người, chúng tồn lưu lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật, gâyđộc tích luỹ, ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống

- Một số hợp chất có độc tính cao trong môi trường nước

Các chất hữu cơ có độc tính cao thường khó bị phân huỷ bởi vi sinh vật Trong

tự nhiên chúng khá bền vững, có khả năng tích luỹ và lưu giữ lâu dài trong môitrường, gây ô nhiễm và làm ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái Chúng có thể gây ngộ độchoặc là tác nhân gây những bệnh hiểm nghèo cho động vật cũng như con người.Cácchất này thường gặp là polyclorophenol, polyclorobiphenyl (PCB), các thuốc trừ sâu,thuốc diệt cỏ…

1.1.2.3.2 Các chất vô cơ

Trong nước thải có một lượng khá lớn các chất vô cơ tuỳ thuộc vào nguồn nướcthải, đặc biệt trong nước thải công nghiệp còn có thể chứa các kim loại nặng có độctính cao như Hg, Cr…

- Các chất chứa Nitơ: Trong nước, hợp chất chứa Nitơ thường tồn tại ở 3 dạng:hợp chất hữu cơ, amoniac và dạng oxy hoá (nitrat, nitrit)

+ Amoniac (NH3): với nồng độ 0,01mg/l NH3 đã gây độc cho cá qua đườngmáu, nồng độ 0,2 ÷ 0,5 mg/l đã gây độc cấp tính

+ Nitrat (NO3-): khi hàm lượng NO3- trong nước trên 10 mg/l làm cho rong tảo

dể phát triển, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước sinh hoạt và nuôi trồng thuỷsản

Bản thân NO3- không phải là chất có độc tính nhưng ở trong cơ thể nó chuyểnhoá thành nitrit (NO2-) rồi kết hợp với một số chất khác có thể tạo thành các hợp chấtnitrozo, là các chất có khả năng gây ung thư

Hàm lượng NO3- trong nước cao mà uống phải sẽ gây bệnh thiếu máu, làm trẻ xanhxao do chức năng của hemoglobin bị giảm

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

- Các hợp chất chứa Photpho: Trong nước photpho thường ở các dạng muốiphotphat của axit photphorit (H2PO4-, HPO4-2, PO4-3), hợp chất photpho hữu cơ… bảnthân photphat không phải là chất gây độc, nhưng quá cao trong nước sẽ làm cho nước

có hiện tượng “nở hoa”, làm giảm chất lượng nước

- Một số kim loại nặng: Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối vớingười và động vật Trong nước thải công nghiệp thường có các kim loại nặng như Hg,

Cr, Pb…

+ Chì (Pb): thường tồn tại ở 2 dạng Pb+2 và Pb+4 nhưng hay gặp nhất và có độbền cao nhất là muối của Pb+2 Chì có độc tính với Não, có khả năng tích luỹ lâu dàitrong cơ thể, nhiễm độc có thể gây chất người Chì có trong nước thải các xí nghiệpsản xuất pin, acquy, luyện kim…Trên cơ sở liều chịu đựng của cơ thể là 3,5 µg/l, trongnước uống qui định cho hàm lượng chì là 10 ÷ 40 µg/l, trong nước sinh hoạt theoTCVN là 0,05 µg/l

+ Crom (Cr): có tính độc cao đối với người và động vật, độc nhất là Cr VI.Nồng độ cho phép của WHO đối với Cr là 0,05 mg/l trong nước uống, TCVN qui định

Cr VI trong nước sinh hoạt là 0,05 mg/l

- Một số chất hữu cơ khác cần quan tâm trong nước

+ Ion sunphat (SO4-2): khi ở nồng độ cao có thể gây ra bệnh đi tháo, mất nước,nhiễm độc đối với cá, ảnh hưởng tới việc hình thành H2S trong nước…

+ Clorua (Cl-): làm nước có vị mặn, ở nồng độ cao có tác hại đối với câytrồng…

+ Hyđrosunfua (H2S): được hình thành chủ yếu từ môi trường nước yếm khí, cómùi trứng thối Giới hạn phát hiện về mùi và vị của H2S trong nước là 0,05 ÷ 0,1 mg/l

và tiêu chuẩn chung cho nước sinh hoạt là dưới ngưỡng nồng độ cảm nhận về mùi vàvị

1.1.2.3.3 Các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải

Các sinh vật gây bệnh cho người, động vật, thực vật gồm có vi khuẩn, virut,giun, sán… nhưng chủ yếu là vi khuẩn và virut

Các vi khuẩn samonella, shigella… thường sống rất lâu từ 40 ngày đến nhiềutháng trong nước thải, chúng gây bệnh thương hàn, bệnh lị… cho người và động vật

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Ngoài ra, trong nước thải có thể có nhiều loại virut (như virut đường ruột, virut viêmgan A…) và các loại giun sán ( như sán lá gan, sán dây…)

1.1.3 Một vài thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước

1.1.3.1 Độ pH:

Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải Chỉ

số này cho thấy cần thiết phải trung hoà hay không và tính lượng hoá chất cần thiếttrong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn…

Sự thay đổi pH làm thay đổi các quá trình hoà tan hoặc keo tụ, làm tăng hoặcgiảm vận tốc của các phản ứng hoá sinh xảy ra trong nước

Xác định BOD được dùng rộng rải trong kỷ thuật môi trường để:

- Tính gần đúng lượng oxy cần thiết để oxy hoá các chất hữu cơ dể phân hủy cótrong nước thải

- Làm cơ sở tính toán kích thước các công trình xử lý

- Xác định hiệu suất xử lý của một số quá trình

- Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý được phép thải vào các nguồn nước

Phương pháp xác định BOD có một số hạn chế:

- Yêu cầu vi sinh vật trong mẫu phân tích cần phải có nồng độ các tế bào sống

đủ lớn và các vi sinh bổ sung phải được thích nghi với môi trường

- Nếu nước thải có các chất độc hại phải xử lý sơ bộ để loại bỏ các chất đó, sau

đó mới tiến hành phân tích, đồng thời cần chú ý giảm ảnh hưởng của các vi khuẩnnitrat hoá

- Thời gian phân tích quá dài

Trong thực tế người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân hủyhoàn toàn chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học mà chỉ xác định chỉ số BOD5

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

BOD5: là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các chất hữu cơ bằng vi sinh vật trong

5 ngày đầu ở nhiệt độ 20 0C

1.2 Các phương pháp xử lí nước thải

Nước thải chứa nhiều tạp chất khác nhau, mục đích của quá trình xử lý nướcthải là khử các tạp chất đó sao cho sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấpnhận được theo các chỉ tiêu đã đặt ra Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thảikhác nhau Thông thường quá trình được bắt đầu bằng phương pháp cơ học, tuỳ thuộcvào đặc tính, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch mà nguời ta chọn tiếp phươngpháp hoá lí, hoá học, sinh học hay tổng hợp các phương pháp này để xử lý Cácphương pháp xử lý nước thải thường dùng:

1.2.1 Phương pháp xử lí bằng cơ học:

Phương pháp này dùng để xử lý sơ bộ, giúp loại bỏ các tạp chất rắn kích cỡkhác nhau có trong nước thải như: rơm cỏ, gỗ, bao bì chất dẻo, giấy, dầu mỡ nổi, cátsỏi, các vụn gạch ngói… và các hạt lơ lửng huyền phù khó lắng

Phương pháp lọc:

- Lọc qua song chắn, lưới chắn:

Mục đích của quá trình này là loại bỏ những tạp chất, vật thô và các chất lơlửng có kích thước lớn trong nước thải để tránh gây ra sự cố trong quá trình vận hành

xử lý nước thải Song chắn, lưới chắn hoặc lưới lọc có thể đặt cố định hay di động,

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

cũng có thể là tổ hợp cùng với máy nghiền nhỏ Thông dụng hơn là các song chắn cốđịnh.

Phương pháp lắng

- Lắng dưới tác dụng của trọng lực:

Phương pháp này nhằm loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước

Để tiến hành quá trình người ta thường dùng các loại bể lắng khác nhau: bể lắng cát,

bể lắng cấp 1, bể lắng cấp 2 Ở bể lắng cát, dưới tác dụng của trọng lực thì cát nặng sẽlắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đông tụ Bể lắng cấp 1 có nhiệm vụ tách cácchất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác Bể lắng cấp 2 có nhiệm vụ tách bùn sinhhọc ra khỏi nước thải

- Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm và lực nén: Những hạt lơ lửng còn được

tách bằng quá trình lắng dưới tác dụng của lực ly tâm trong các xyclon thuỷ lực hoặcmáy ly tâm

Ngoài ra, trong nước thải sản xuất có các tạp chất nổi (dầu mỡ bôi trơn, nhựanhẹ…) cũng được xử lý bằng phương pháp lắng

1.2.2 Xử lý bằng phương pháp hoá lý và hoá học

Phương pháp trung hòa:

Nước thải sản xuất của nhiều lĩnh vực có chứa axit hoặc kiềm Để nước thảiđược xử lý tốt ở giai đoạn xử lý sinh học cần phải tiến hành trung hòa và điểu chỉnh

pH về vùng 6,6 ÷ 7,6 Trung hòa còn có mục đích làm cho một số kim loại nặng lắng

xuống và tách khỏi nước thải Dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịchkiềm hoặc oxit kiềm để trung hoà nước thải

Phương pháp keo tụ

Để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo, thậm chí cảnhựa nhũ tương polyme và các tạp chất khác, người ta dùng phương pháp đông tụ để

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

làm tăng kích cở các hạt nhờ tác dụng tương hổ giữa các hạt phân tán liên kết vào tậphợp hạt để có thể lắng được Khi lắng chúng sẽ kéo theo một số chất không tan lắngtheo nên làm cho nước trong hơn

Việc chọn loại hóa chất, liều lượng tối ưu của chúng, thứ tự cho vào nước,…phải được thực hiện bằng thực nghiệm Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat,sắt sunfat, sắt clorua…

Phương pháp Oxy hóa – Khử

Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như: Clo ởdạng khí và lỏng trong môi trường kiềm, vôi clorua (CaOCl2), hipoclorit, ozon,…vàcác chất khử như: Natri sunfua (Na2S), Natri sunfit (Na2SO3), sắt sunfit (FeSO4),…Trong phương pháp này các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ítđộc hơn và tách ra khỏi nước bằng lắng hoặc lọc Tuy nhiên quá trình này tiêu tốn mộtlượng lớn các tác nhân hóa học nên phương pháp này chỉ được dùng trong nhữngtrường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải có tính chất độc hại vàkhông thể tách bằng những phương pháp khác

Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước, sau đó người ta tách bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước Thực chất đây

là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt

Khi tuyển nổi người ta thường thổi không khí thành bọt khí nhỏ li ti, phân tán

và bảo hòa trong nước

1.2.3 Xử lý bằng phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vikhuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải Quá trình hoạt động của chúng cho kếtquả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ,những chất đơn giản hơn, các chất khí và nước Mức độ và thời gian phân hủy phụthuộc vào cấu tạo của chất hữu cơ đó, độ hoà tan trong nước và hàng loạt các yếu tốảnh hưởng khác

Vi sinh vật trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoánglàm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

sản, phát triển tăng số lượng tế bào, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hòa tan hoặccác hạt keo phân tán nhỏ Do đó trong xử lý nước thải người ta phải loại bỏ các tạpchất phân tán thô hoặc các chất có hại đến sự hoạt động của vi sinh vật ra khỏi nướcthải ở giai đoạn xử lý sơ bộ.

Căn cứ vào tính chất hoạt động của vi sinh vật có thể chia phương pháp xử lísinh học ra thành 3 nhóm chính như sau:

1.2.3.1 Phương pháp hiếu khí

Các quá trình hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc trong các điềukiện nhân tạo Quá trình xử lý bằng hiếu khí nhân tạo, người ta đã tạo ra các điều kiệntối ưu cho quá trình oxy hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rấtnhiều

Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phânhủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hoà tan

Chất hữu cơ + O2 vi sinh vật H2O + CO2 + NH3 +

Ở điều kiện hiếu khí, NH4+ cũng được sử dụng nhờ quá trình nitrat hoá của visinh vật tự dưỡng để cung cấp năng lượng:

NH4 + 2O2 vi sinh vật tự dưỡng NO3- + 2H+ + H2O + Q

Bể hiếu khí bùn hoạt tính – Bể Aerotank

Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể đểtrộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinhvật oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóngvai trò là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thànhcác bông cặn gọi là bùn hoạt tính Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền(BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơkhông hòa tan và thành các tế bào mới Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gianlưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải ban đầu đi vào trong bể không đủ làmgiảm nhanh các chất hữu cơ do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắngxuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hoàn bùn về bể Aerotank để đảm bảo nồng

độ vi sinh vật trong bể Phần bùn hoạt tính dư được đưa về bể nén bùn hoặc các côngtrình xử lý bùn cặn khác để xử lý Bể Aerotank hoạt động phải có hệ thống cung cấpkhí đầy đủ và liên tục

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ thường xảy ra theo hai hướng chính:

+ Lên men axit: Đây là quá trình thủy phân và chuyển hoá các sản phẩm thủy

phân (như axit béo, đường ) thành các axit có phân tử lượng thấp và rượu mạch ngắnhơn và cuối cùng thành CO2

+ Lên men mêtan: Phân hủy các chất hữu cơ thành CH4 và CO2

Một số ứng dụng của phương pháp kỵ khí: hầm biogas (xử lý phân, rác, nướcthải công nghiệp thực phẩm), hệ thống UASB

Quá trình phân hủy có thể được chia ra các giai đoạn như sau:

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Vật chất hữu cơ

Proteins Hydrocarbon Lipids

Vi khuẩn tạokhí H2

SVTH: Võ Quốc Hướng Trang 15

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

CH4/ CO2

Quá trình xử lý sinh học có thể đạt được hiệu suất khử trùng 99,9%, theo BOD

có thể đạt tới 90 – 95% Thông thường giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn

xử lý cơ học Bể lắng đặt sau giai đoạn xử lý cơ học gọi là bể lắng I Bể lắng dùng đểtách màng sinh học (đặt sau bể bophin) hoặc tách bùn hoạt tính (đặt sau bể aerotank)gọi là bể lắng II

Trong trường hợp xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính thường đưa 1phần bùn hoạt tính quay trở lại ( bùn tuần hoàn) để tạo điều kiện cho quá trình sinh họchiệu quả Phần bùn còn lại gọi là bùn dư, thường đưa tới bể nén bùn để làm giảm thểtích trước khi đưa tới các công trình xử lý cặn bã bằng phương pháp sinh học

Quá trình xử lý trong điều kiện nhân tạo không loại trừ triệt để các loại vikhuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh và truyền nhiễm Bởi vậy, sau giai đoạn xử lý sinhhọc trong điều kiện nhân tạo cần thực hiện khử trùng nước thải trước khi xả vào môitrường

Trong quá trình xử lý nước thải bằng bất ký phương pháp nào cũng tạo nên 1lương cặn bã đáng kể (= 0.5 – 1% tổng lượng nước thải) Nói chung các loại cặn giữlại ở trên các công trình xử lý nước thải đều có mùi hôi thối rất khó chịu (nhất là cặntươi từ bể lắng I) và nguy hiểm về mặt vệ sinh Do vậy, nhất thiết phải xử lý cặn bãthích đáng

Để giảm hàm lượng chất hữu cơ trong cặn bã và để đạt các chỉ tiêu vệ sinhthường sử dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí trong các hố bùn ( đối với các trạm

xử lý nhỏ), sân phơi bùn, thiết bị sấy khô bằng cơ học, lọc chân không, lọc ép…( đốivới trạm xử lý công suất vừa và lớn) Khi lượng cặn khá lớn có thể sử dụng thiết bị sấynhiệt

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ VÀ QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ2.1 Các phương pháp xử lí

Việc lựa chọn phương pháp xử lý tối ưu sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thànhphần và tính chất nước thải đầu vào, yêu cầu chất lượng nước đầu ra, diện tích mặtbằng, vốn đầu tư… Căn cứ vào yêu cầu của đề là tài chất lượng nước thải sau xử lý đạtloại A (bảng 2.1) và dựa vào thành phần, tính chất nước thải của nhà máy có thể lựachọn hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học kết hợp với phương pháp xử

lý bằng sinh học và khử trùng, trong đó phương pháp sinh học đóng vai trò quan trọng.Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu chất lượng nước thải công nghiệp khi tiến hành thải ra môi

2.2 Quy trình công nghệ

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Ống dẩn bùn

Ống dẩn nước Ống dẩn nước tuần hoàn Ống dẩn bùn tuần hoàn Ống dẩn khí

Nước thải

SVTH: Võ Quốc Hướng Trang 18

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

* Thuyết minh quy trình công nghệ.

Nước thải từ các công đoạn khác nhau trong quá trình sản xuất cùng với nướcthải sinh hoạt theo đường cống dẫn chung được đưa vào hệ thống xử lý Tại đây nướcthải được xử lý lần lượt qua các công trình đơn vị như sau:

- Song chắn rác:

Song chắn rác được sử dụng để giữ lại các chất rắn thô có kích thước lớn cótrong nước thải mà chủ yếu là rác nhằm tránh hiện tượng tắt nghẽn đường ống, mươngdẫn hay hư hỏng bơm Khi lượng rác giữ lại đã nhiều thì dùng cào để cào rác lên rồitập trung lại đưa đến bãi rác và hợp đồng với công nhân vệ sinh để chuyển rác đến nơi

xử lý

Song chắn rác gồm các thanh đan sắp xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước.Thanh đan có thể tiết diện tròn hay hình chữ nhật, thường là hình chữ nhật Song chắnrác thường dễ dàng trượt lên xuống dọc theo 2 khe ở thành mương dẫn và đặt nghiêng

so với mặt phẳng ngang một góc 45o hay 60o để tăng hiệu quả và tiện lợi khi làm vệsinh

Do nước thải nhà máy có lượng rác không lớn nên chọn song chắn rác làm bằngthủ công

- Bể tập trung:

Để thuận tiện cho việc phân phối nước thải cho hệ thống xử lý tiếp theo, người

ta thường thiết kế bể tập trung sau song chắn rác Từ bể tập trung nước thải sẽ đượcbơm bơm đến bể lắng cát

- Bể lắng cát:

Bể lắng cát dùng để loại bỏ các tạp chất vô cơ không hoà tan như: cát, sỏi,sạn… và các vật liệu rắn khác có vận tốc lắng lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân huỷtrong nước thải Việc tách các tạp chất này ra khỏi nước thải nhằm bảo vệ các thiết bịmáy móc khỏi bị mài mòn, giảm sự lắng đọng các vật liệu nặng trong ống, bảo vệbơm…

Bể có cấu tạo giống bể chứa hình chữ nhật, dọc một phía tường của bể đặt một

hệ thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 45 ÷ 60 cm Dưới dàn ống sục khí là mángthu cát Độ dốc ngang của đáy bể i = 0,2 ÷ 0,4, dốc nghiêng về phía máng thu để cáttrược theo đáy vào máng

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Tại bể lắng cát không khí được đưa vào đáy bể, kết hợp với dòng nước chảythẳng tạo thành quỹ đạo vòng của chất lỏng và tạo dòng ngang có tốc độ không đổi ởđáy bể Do tốc độ tổng hợp của các chuyển động đó mà các chất hữu cơ lơ lững khônglắng xuống nên trong thành phần cặn lắng chủ yếu là cát đến 90 ÷ 95% và ít bị thốirữa Nhưng cần phải kiểm soát tốc độ thổi khí để đảm bảo tốc độ dòng chảy đủ chậm

để hạt cát lắng được, đồng thời dễ dàng tách cặn hữu cơ bám trên hạt và đủ lớn khôngcho các cặn hữu cơ lắng Cát sau khi tách sẻ được chuyển đến sân phơi cát

- Bể điều hòa:

Bể điều hoà dùng để điều hoà lưu lượng nước thải, tạo chế độ làm việc ổn địnhcho các công trình phía sau, tránh hiện tượng quá tải

Chọn bể điều hoà có thổi khí nén Mục đích của việc thổi khí là:

+ Tạo nên sự xáo trộn cần thiết để tránh hiện tượng lắng cặn và phát sinh mùihôi

+ Làm cho các chất ô nhiễm dễ bay hơi đi một phần hay toàn bộ

+ Tạo điều kiện tốt cho quá trình xử lý sau đó như tăng lượng oxy hoà tan trongnước thải, tăng hiệu suất lắng nước thải ở các công đoạn sau

Bể lắng đợt 1 có thể loại bỏ được 50 ÷ 70% chất rắn lơ lững và 25 ÷ 50% BOD5

- Bể xử lý kị khí (UASB):

Bể xử lý kị khí sẽ phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trongđiều kiện không có oxy để tạo ra các sản phẩm cuối cùng là CH4 và CO2 Ở đây tachọn dùng bể UASB vì vận hành đơn giản, phù hợp với các loại nước thải có hàmlượng COD từ thấp đến cao và có thể đạt được tải trọng rất cao, sử dụng bể UASB có

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

tính kinh tế hơn và những hạn chế trong quá trình vận hành có thể dễ dàng khắc phụcbằng các phương pháp xử lý sơ bộ Nước thải được đưa trực tiếp vào dưới đáy bể vàđược phân phối đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học hạtnhỏ (bông bùn) và các chất bẩn hữu cơ được tiêu thụ ở đó, các bọt khí Metan vàCacbonic nơi lên trên được thu bằng các chụp khí để dẫn ra khỏi bể Nước thải tiếptheo đó sẽ diễn ra sự phân tách hai pha lỏng và rắn Pha lỏng được dẫn ra khỏi bể, cònpha rắn thì hoàn lưu lại lớp bông bùn Sự tạo thành và duy trì các hạt bùn là vô cùngquan trọng khi vận hành bể UASB

Các VSV sinh methane được sử dụng:

- Methanobacterium: hình que, không sinh bào tử

- Methanobacillus: hình que, sinh bào tử

- Methanococcus: tế bào hình cầu, đứng riêng rẽ, không kết thành chuỗi

- Methanosarsina: tế bào hình cầu, kết thành chuỗi hoặc khối

- Bể Aerotank:

Aeroten là công trình bê tông cốt thép có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn,thông dụng nhất hiện nay là các Aeroten hình bể khối chữ nhật Tại bể Aeroten nướcthải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí từ dưới đáy bể lên nhằm tăngcường lượng oxy hoà tan, tăng khả năng khuấy trộn môi trường và tăng hiệu quả quátrình oxy hoá chất bẩn hữu cơ có trong nước thải bởi vi sinh vật

Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu nước trong bể Aeroten không

đủ để giảm nhanh hàm lượng các chất bẩn hữu cơ, do đó phải hoàn lưu bùn hoạt tính

đã lắng ở bể lắng 2 vào đầu bể nhằm duy truỳ nồng độ đủ của vi sinh vật

- Bể lắng 2:

Bể lắng đợt 2 có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động tương tự như bể lắng đợt 1

Bể lắng đợt 2 có nhiệm vụ chắn giữ các bông bùn hoạt tính đã qua xử lý ở bể Aeroten

và các thành phần chất không hoà tan chưa được giữ lại ở bể lắng 1 Bùn cặn sau khi

ra khỏi bể lắng 2 thì một phần được tuần hoàn lại bể Aeroten, phần bùn dư sẽ đưa đến

bể nén bùn, còn nước thải sẽ đưa đến bể tiếp xúc clo

- Bể tiếp xúc Clo:

Bể tiếp xúc clo dùng để khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệtcác loại vi khuẩn gây bệnh chưa được hoặc không thể khử bỏ ở các công đoạn xử lý

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

trước Để thực hiện khử trùng nước thải, có thể sử dụng các biện pháp như: clo hoá,ozon, khử trùng bằng tia hồng ngoại UV Ở đây chỉ đề cập đến phương pháp khử trùngbằng Clo vì phương pháp này tương đối đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả chấp nhận được

Nước thải vào bể sẽ chảy theo đường dích dắc qua các ngăn để tạo điều kiệnthuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo với nước thải, khi đó sẽ xảy ra phản ứng thủyphân như sau:

Cl2 + H2O HCl + HOClAxit hypocloric HOCl rất yếu, không bền và dễ dàng phân hủy thành HCl vàoxy nguyên tử:

HOCl HCl + OHoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- :

HOCl H+ + OClOCl- và oxy nguyên tử là các chất oxy hoá mạnh có khả năng tiêu diệt vi khuẩn

- Máy ép Bùn:

Máy ép bùn dây đai dùng để loại nước ra khỏi bùn Đầu tiên cặn bùn từ thùngđịnh lượng sẽ được phân phối vào đoạn đầu của băng tải, ở đoạn này nước được lọcqua dây đai theo nguyên tắc trọng lực, sau đó cặn bùn di chuyển theo dây đai qua cáccon lăn thì nước của cặn bùn cũng được tách do lực ép giữa con lăn với dây đai, cuốicùng cặn bùn đi qua trục ép thì nước được tách ra bằng lực ép và lực cắt Nước tách rađược đưa trở lại bể điều hòa để xử lý tiếp, còn bánh bùn có thể làm phân vi sinh

* Ưu điểm của quy trình

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

- Thường được sử dụng, do nó phù hợp với điều kiện khí hậu ở các nước nhiệtđới.

- Vận hành tương đối đơn giản

- Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao

- Những năm gần đây UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ khác

do nguyên lý quá trình được xem là thuận tiện và đơn giản nhất, những hạn chế trongquá trình vận hành UASB có thể dễ dàng khắc phục bằng các phương pháp xử lý sơ

bộ Tính kinh tế cũng là một ưu điểm của UASB

- Chi phí đầu tư thấp

- Nồng độ cặn khô từ 20%-30%

- Không sử dụng hóa chất

* Nhược điểm

- Rất nhạy cảm với các chất gây ức chế

- Thời gian vận hành khởi động dài (3 – 4 tháng)

- Trong một số trường hợp cần xử lý thứ cấp để giảm sự sinh mùi

- Thời gian làm khô bùn dài

- Tuy nhiên những mặt hạn chế này dễ khắc phục Xử lý sơ bộ tốt sẽ đảm bảođược môi trường sinh trưởng thuận lợi cho vi sinh vật kỵ khí Nếu cấy vi khuẩn tạoacid và vi khuẩn tạo methane trước (phân trâu bò tươi) với nồng độ thích hợp và vậnhành với chế độ thủy lực 1/2 công suất thiết kế thì thời gian khởi động có thể rútngắn xuống từ 2-3 tuần

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH VÀ

THIẾT BỊ CHÍNHCác thông số ban đầu :

Năng suất nhà máy : 8 tấn sản phẩm/ngày

3.1 Xác định lưu lượng nước thải

Lưu lượng nước thải của nhà máy thủy sản tính cho 1 tấn sản phẩm thường từ 30– 80 m3 [1,tr 409]

- Lưu lượng nước thải trung bình theo ngày:

Q = 263600,67 = 0,0074( m3/s) = 7,4 (lít/s)

Với s

tb

Q = 7,4 (lít/s) thì k = 2,5 ÷ 3,0 [Bảng 3.2 – 1, tr 100]

Với k: hệ số không điều hoà chung của nước thải Chọn k = 3,0

- Lưu lượng nước thải lớn nhất theo ngày:

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo của song chắn rác

Hàm lượng chất lơ lửng và BOD5 của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4%[1, tr119]

Hàm lượng chất lơ lửng còn lại:

SS = 200×(100 - 4)% = 192 mg/l

Hàm lượng BOD5 còn lại:

BOD5 = 750×(100 - 4)% = 720 mg/l

* Nội dung tính toán song chắn rác

- Kích thước mương đặt song chắn

- Tính toán Song chắn rác

Chọn vận tốc qua song chắn rác là v 0 3m/s

Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước là: H = 0,7 m

Chọn chiều rộng của mương Bm = 0,35 m

Chọn kích thước mương: rộng × sâu = Bm × H = 0,35 m × 0,7 m

Vậy chiều cao lớp nước trong mương là:

2 , 0 35 , 0 3 , 0 3600

80 3600

Q

Chọn kích thước thanh: rộng × dày = b × d = 5 mm × 25 mm = 125 mm và khe

hở giữa các thanh là w = 25 mm [Bảng 9.3 – 1, tr 412]

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

- Kích thước song chắn rác:

Giả sử song chắn rác có n thanh, vậy số khe hở m = n + 1

Mối quan hệ giữa chiều rộng mương, chiều rộng thanh và khe hở như sau:

Bm = b × n + w × (n + 1) [1, tr 412]

350 = 5 × n + 25 × (n +1)Giải ra được: n = 10,8

Chọn n = 10 thanh Khi đó khoảng cách giữa các thanh điều chỉnh lại như sau:

350 = 5 × 10 + w × (10 + 1)Vậy w = 27,3 mm

- Tổn thất áp lực qua song chắn :

Tổng tiết diện các khe song chắn, A :

A = [B – (b × n)] × h1 [1, tr 414]

A = [0,35 – (0,005 × 10)] × 0,2 = 0,06 m2Vận tốc dòng chảy qua song chắn :

36 , 0 06 , 0

022 , 0



A

Q V

h s

2 7 , 0

[1, tr 414]

Trong đó:

hs: tổn thất áp lực qua song chắn rác, m

V: vận tốc dòng chảy qua song chắn, m/s

: vận tốc dòng chảy trong mương, m/s

g: gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2

81 , 9 2

3 , 0 35 , 0 7 , 0

Như vậy tổn thất áp lực nằm trong giới hạn cho phép (< 150 mm) [1, tr 414]

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

Bảng 3.1 Các thông số thiết kế và kích thước song chắn rác

Tốc độ dòng chảy trong mương m/s 0,3

Kích thước mương đặt song chắn:

- Chiều rộng

- Chiều sâu

mm

0,350,7Chiều cao lớp nước trong mương m 0,2 Kích thước thanh chắn:

- Chiều rộng

- Chiều dày

mmmm

525

- t: thời gian lưu nước, t = 10 ÷ 30 phút [1, tr 415]

- Chọn t = 15 phút

Qmaxh : lưu lượng nước thải lớn nhất theo giờ, Qmaxh = 80 m3/h

GVHD: TS Bùi Xuân Đông

B: chiều rộng mương đặt song chắn rác, m;

b: chiều rộng thanh song chắn, m;

w: khe hở giữa các thanh, m