Phương pháp nghiên cứu lý thuyết về xử lý nước thải: tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải áp dụng cho ngành chế biến thủy sản, lựa chọn công nghệ áp dụng cho xí nghiệp DOCIFISH.. Lưu
GIỚI THIỆU CHUNG
Đặt vấn đề
Trong vài thập kỷ gần đây, ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nước nói riêng đang trở thành mối lo lớn của toàn cầu, đe dọa sức khỏe con người và sự bền vững của các hệ sinh thái Vấn đề ô nhiễm và bảo vệ sự trong sạch của các thủy vực đang ở mức cấp bách khi nền kinh tế và khoa học kỹ thuật tiến lên từng bước; để phát triển bền vững, cần áp dụng các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế và loại bỏ các chất ô nhiễm do đời sống sinh hoạt và hoạt động sản xuất thải ra Trong số các biện pháp tích cực, thiết lập hệ thống thoát nước và xử lý nước thải trước khi xả vào nguồn tiếp nhận sẽ đóng vai trò then chốt trong công tác bảo vệ môi trường và chống ô nhiễm nguồn nước.
Việt Nam đang trong giai đoạn thực hiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước
Trong nền kinh tế thị trường, ngành chế biến lương thực, thực phẩm là động lực thúc đẩy sự phát triển kinh tế và cung cấp các sản phẩm có giá trị phục vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước cũng như xuất khẩu Tuy nhiên, hoạt động của ngành này sinh ra lượng lớn chất thải rắn, khí thải và nước thải, đang góp phần gây ô nhiễm môi trường ở quy mô quốc gia Bên cạnh đó, ngành chế biến thủy sản cũng chịu tác động tương tự do đặc thù công nghệ và quy trình sản xuất Với đặc điểm tiêu hao lượng nước lớn trong quá trình chế biến, ngành thủy sản thải ra lượng nước thải đáng kể cùng với các chất thải rắn và khí thải.
Vấn đề ô nhiễm nguồn nước do ngành chế biến thủy sản thải trực tiếp ra môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý môi trường Trong hai năm gần đây, ước tính lượng chất thải từ ngành này gồm bã thải khoảng 41.520 tấn và nước thải khoảng 20 triệu m3 Nước bị nhiễm bẩn chủ yếu chứa các hợp chất hữu cơ và các thành phần như cacbon, nitơ, photpho, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sự sống của các loài thủy sinh cũng như động thực vật sống gần đó Vì vậy, nghiên cứu và triển khai xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản, cũng như các ngành công nghiệp khác, là một yêu cầu cấp thiết đối với công tác bảo vệ môi trường và với toàn xã hội.
M ục tiêu của luận văn
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho xí nghiệp chế biến thủy sản DOCIFISH đạt chuẩn TCVN 5945-2005, loại A, nhằm giảm thiểu tác hại lên môi trường và đảm bảo phù hợp với thực tế hoạt động của công ty Quy trình thiết kế tập trung vào hiệu quả xử lý, tối ưu chi phí vận hành và khả năng mở rộng, đồng thời đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về bảo vệ môi trường và tuân thủ quy định của Việt Nam Việc áp dụng tiêu chuẩn TCVN 5945-2005 loại A giúp DOCIFISH xây dựng hệ thống xử lý nước thải bền vững, an toàn và đáng tin cậy cho sản xuất thủy sản.
1 Thu thập số liệu, tài liệu, đánh giá tổng quan về công nghệ sản xuất, khả năng gây ô nhiễm môi trường và xử lý nước thải trong ngành chế biến thủy sản
2 Khảo sát, phân tích, đo đạc, thu thấp số liệu về xí nghiệp DOCIFISH
3 Lựa chọn thiết kế công nghệ, thiết bị và tính toán kinh tế hệ thống xử lý nước thải phù hợp với điều kiện của công ty
4 Xây dựng kế hoạch quản lý và vận hành trạm xử lý nước thải
Trên cơ sở thu thập thông tin, điều tra, khảo sát và nghiên cứu, bài viết đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho xí nghiệp DOCIFISH, đồng thời trình bày các phương pháp thực hiện nhằm đạt hiệu quả xử lý cao và tuân thủ các chuẩn môi trường Các phương pháp bao gồm phân tích đặc tính nước thải, đánh giá yêu cầu xử lý và mục tiêu đầu ra; lựa chọn công nghệ phù hợp (xử lý sinh học, xử lý lý–hóa, công nghệ màng hoặc sự kết hợp) dựa trên đặc trưng chất thải; thiết kế hệ thống xử lý nước thải từ giai đoạn sơ bộ đến giai đoạn xử lý sau, tích hợp hệ thống tự động hóa và giám sát chất lượng nước thải; triển khai theo lộ trình thí nghiệm và thử nghiệm trên quy mô pilot để tối ưu hiệu suất và chi phí; đánh giá tác động môi trường và đề xuất biện pháp quản lý vận hành, bảo trì; đảm bảo tuân thủ quy chuẩn xả thải hiện hành và kế hoạch giảm thiểu rủi ro vận hành.
1 Phương pháp tổng hợp thông tin: Thu thập thông tin về công nghệ chế biến, sản phẩm, nguyên liệu đầu vào, thành phần, tính chất nước thải của xí nghiệp DOCIFISH
2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết về xử lý nước thải: tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải áp dụng cho ngành chế biến thủy sản, lựa chọn công nghệ áp dụng cho xí nghiệp DOCIFISH
3 Phương pháp toán: tính toán thiết kế hệ thống xỉ lý nước thải cho xí nghiệp
4 Phương pháp so sánh: so sánh thành phần, tính chất nước thải của xí nghiệp với tiêu chuẩn môi trường Việt nam.
Phương pháp thực hiện
Trên cơ sở thu thập thông tin, điều tra, khảo sát và nghiên cứu toàn diện, đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho xí nghiệp DOCIFISH được xây dựng nhằm tối ưu hiệu quả xử lý, tiết kiệm chi phí vận hành và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường Quy trình thực hiện được xác định rõ thông qua phân tích nguồn nước thải và chất lượng hiện trạng, xác định mục tiêu chất lượng nước thải sau xử lý, lựa chọn các giải pháp công nghệ phù hợp (bao gồm công nghệ sinh học, công nghệ xử lý hóa lý và khả năng tái sử dụng nước), đồng thời đánh giá tổng thể về hiệu quả xử lý, chi phí đầu tư, vận hành và tính khả thi Các phương pháp thực hiện bao gồm khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu, thí nghiệm và mô phỏng quá trình xử lý, lựa chọn thiết bị, tối ưu hóa vận hành, xây dựng kế hoạch triển khai và hệ thống giám sát chất lượng nước thải sau xử lý, cũng như đề xuất lộ trình đầu tư phù hợp với DOCIFISH Bản đề xuất này hướng tới một giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, bền vững và có tính khả thi cao, góp phần bảo vệ môi trường và hỗ trợ sự phát triển của xí nghiệp DOCIFISH.
1 Phương pháp tổng hợp thông tin: Thu thập thông tin về công nghệ chế biến, sản phẩm, nguyên liệu đầu vào, thành phần, tính chất nước thải của xí nghiệp DOCIFISH
2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết về xử lý nước thải: tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải áp dụng cho ngành chế biến thủy sản, lựa chọn công nghệ áp dụng cho xí nghiệp DOCIFISH
3 Phương pháp toán: tính toán thiết kế hệ thống xỉ lý nước thải cho xí nghiệp
4 Phương pháp so sánh: so sánh thành phần, tính chất nước thải của xí nghiệp với tiêu chuẩn môi trường Việt nam.
TỔNG QUAN VỀ XÍ NG HI ỆP CHẾ BIẾN THỦY SẢN DOCIFISH 2.1 T ổng quan về xí nghiệp
Gi ới thiệu chung về xí nghiệp
Chủ đầu tư của xí nghiệp là Công ty thương mại xuất nhập khẩu tổng hợp (DOCIMEXCO) Xí nghiệp chế biến thủy sản DOCIFISH đi vào hoạt động từ ngày 27/4/2003, tại khu C, Khu công nghiệp Sa Đéc giai đoạn I, thị xã Sa Đéc, tỉnh Đồng Tháp.
Vị trí cụ thể xí ngiệp như sau:
Phía nam giáp với nhà máy nấm rơm
Phía bắc giáp với đường số 6
Phía đông giáp với sông Tiền
Phía tây giáp với đường số 5
Dự án đầu tư mở rộng phân xưởng chế biến nâng công suất từ 6000 T/năm lên
Với công suất 11.000 tấn/năm, dự án được xây dựng trên khu đất trống trong khuôn viên xí nghiệp DOCIFISH Phương án tối đa hóa diện tích mặt bằng còn lại đồng thời đáp ứng các yêu cầu của khách hàng được triển khai để bảo đảm hoạt động hiệu quả và sự hài lòng của khách hàng Dự án mở rộng sẽ được thực hiện bằng cách nối dài xưởng sản xuất hiện tại về phía bờ sông Tiền, kéo dài thêm 40 m, nhằm rút ngắn quãng đường tiếp nhận nguyên liệu và tối ưu chu trình cung ứng.
Các dạng sản phẩm dự kiến sản xuất của nhà máy:
Cá Fillet cấp đông IQF đóng túi nhỏ
Cá Fillet cấp đông Inter leaves đóng túi nhỏ
Cá Fillet cấp đông Inter leaves bán ở dạng Tapping Block
Cá Fillet tẩm bột IQF
Sơ đồ qui trình sản xuất của xí nghiệp
Kiểm tra Phân cỡ Cân
Bảo quản Bao gói, ghi nhãn Cân/Mạ băng
Mô t ả qui trình sản xuất
Công nghệ sản xuất gồm các công đoạn sau:
Tiếp nhận nguyên liệu bắt đầu khi cá sống được thu hoạch và vận chuyển về nhà máy, được tiếp nhận nhanh chóng để đưa vào quá trình chế biến Chúng tôi chỉ tiếp nhận cá để chế biến nếu cá không có bệnh, đạt đúng mức trọng lượng và kèm giấy cam kết từ người cung cấp xác nhận không sử dụng thuốc kháng sinh trong 3 tuần trước khi thu hoạch.
Rửa lần 1:Cho cá vào các thùng nước sạch, có pha Chlorin nồng độ 50 ppm, nhiệt độ nước từ 17 – 20 0
Fillet: Fillet cá trên thớt nhựa bằng dao Inox Loại bỏ hế t xương, mỡ trên miếng fillet
C, mỗi thùng chứa 700 – 800 kg cá Rửa sạch chất bẩn và tạp chất trên mình cá
Rửa lần 2: Rửa miếng fillet trong nước sạch, lạnh, làm sạch máu và tạp chất trên miếng cá.
Lạng da: lạng da miếng fillet cá trên thớt nhựa bằng dao Inox kết hợp với lạng máy Giữ miếng fillet ở nhiệt độ từ 5 – 10 0
Chỉnh hình: Dùng dao Inox loại bỏ vết thịt đỏ bầm, xương, mỡ còn sót, cắt bỏ phần thịt lúc fillet hoặc lạng da bị hư hại
Rửa lần 3: Rửa lần 3 cho sạch sau khi đã chĩnh hình, đảm bảo không còn dính bợn thịt nát, mỡ
Để chọn fillet chất lượng, hãy kiểm tra bằng mắt và bằng tay từng miếng để phát hiện kí sinh trùng, xương và vết máu bầm còn sót lại Chỉ chấp nhận những miếng fillet nguyên vẹn, săn chắc, không có vết bầm hay chấm đỏ.
Phân cỡ: Phân các miếng fillet theo các cỡ: 60/120, 120/170, 170/225, 225/up (gr/miếng fillet )
Cân: Thông thường cân theo rổ có khối lượng 4,6 hoặc 5 kg/rổ, các miếng fillet cùng cỡ đã được phân tuỳ thuộc vào dạng bao gói cuối cùng
Rửa lần 4: Rửa từng rổ bán thành phẩm 3 lần trong nước lạnh nhằm giảm bớt một lượng lớn vi sinh vật :
Lần 1: Trong nước có pha chlorine nồng độ 5 ppm
Lần 2: Trong nước có pha H2O 2
Lần 3: Nước sạch không pha hoá chất nồng độ 300 ppm
Xếp khuôn: Các miếng fillet trong mỗi rổ được xếp rời nhau vào mâm cấp đông, lớp này cách lớp kia bằng tờ PE
Chờ đông là bước lưu trữ sản phẩm sau khi xếp mâm Nếu sản phẩm không được cấp đông ngay, nó sẽ được đưa vào kho chờ đông để bảo quản ở nhiệt độ ≤ 5°C, và thời gian chờ đông tối đa là 4 giờ.
Cấp đông là phương pháp làm lạnh sản phẩm bằng cách tiếp xúc trực tiếp với tủ đông, đảm bảo thời gian cấp đông đủ để nhiệt độ ở chính giữa tâm sản phẩm sau khi cấp đông đạt ≤ -18°C, từ đó duy trì an toàn và chất lượng thực phẩm khi bảo quản lạnh.
Cân/Mạ băng: Mạ băng với nước sạch chảy liên tục có nhiệt độ ≤ 5
Bao gói/Ghi nhãn: Sản phẩm cho vào túi PE
C, pha chlorine nồng độ 5 ppm Mạ băng theo từng block dạng 4,6 kg/block hoặc tách từng miếng fillet ra khỏi block cân 1000 gr/rổ rồi mạ băng từng rổ
Sản phẩm IQF: 100gr cùng cỡ/túi
Sản phẩm block: 1 block (4.6kg )/túi
Quy trình đóng gói gồm hàn kín miệng túi PE và đóng vào thùng carton Mỗi thùng carton chứa 2 block ở các loại 4 kg, 6 kg hoặc 5 kg, hoặc 10 túi sản phẩm IQF, tùy mẫu mã Bao bì ghi đầy đủ các nội dung: tên sản phẩm, chủng loại, kích cỡ, trọng lượng tịnh, ngày sản xuất, tên và địa chỉ nhà sản xuất, thời hạn sử dụng.
Bảo quản: Sản phẩm được sắp xếp theo đúng thứ tự trong kho lạnh và được bảo quản ở nhiệt độ≤ - 20 0
Các v ấn đề môi trường của xí nghiệp
C trước khi phân phối tiêu thụ
Nước thải sản xuất phát sinh từ quá trình chế biến và vệ sinh nhà xưởng, máy móc, thiết bị và chứa các chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, cặn bã, vi sinh vật và dầu mỡ; lưu lượng và thành phần của nước thải chế biến thủy sản khác nhau giữa các nhà máy tùy thuộc vào nguyên liệu sử dụng và các chất tẩy rửa, phụ gia, được dùng trong quá trình chế biến Nước thải sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên chứa cặn bã, chất rắn lơ lửng (SS), các chất hữu cơ (BOD/COD), chất dinh dưỡng (N, P) và vi sinh vật Nước mưa chảy tràn qua bề mặt xí nghiệp mang theo cặn, đất, cát, rác và các tạp chất rơi vãi xuống nguồn nước.
Bảng 2.1:Thành phần, tính chất nước thải của xí nghiệp–Yêu cầu sau khi xử lý
Các thông số đầu vào TCVN 5945 – 2005 , loại A Q: 700 m 3 pH: 6.5 – 7.5
Tổng photpho: 30 mg/l pH: 6 – 9 Nhiệt độ: 40 0 BOD
Nguồn gây ô nhiễm không khí của xí nghiệp bao gồm: Ô nhiễm do khí thải và mùi hôi chủ yếu là hơi Clo dùng để khử trùng
Khí thải từ máy phát điện dự phòng sẽ gây ra ô nhiễm bụi, SO
S…do quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nguyên liệu và chất thải
Tiếng ồn và rung từ hoạt động của các thiết bị như máy cấp đông, máy sản xuất nước đá cây và máy phát điện dự phòng có thể ảnh hưởng đến môi trường làm việc và sự thoải mái của người vận hành Bên cạnh đó, amoniac từ hệ thống làm lạnh là yếu tố rủi ro cần được kiểm soát an toàn vì tiềm ẩn nguy cơ cho sức khỏe và môi trường Để tối ưu vận hành và đảm bảo an toàn, cần thực hiện đo đạc tiếng ồn, áp dụng biện pháp giảm rung và cách âm, bảo trì định kỳ cho thiết bị, lắp đặt hệ thống thông gió và quản lý chặt chẽ nồng độ amoniac.
Chất thải rắn phát sinh trong quá trình sản xuất tại xí nghiệp chủ yếu là phế liệu của cá như đầu cá, nội tạng và xương cá Đối với chế biến cá đông lạnh, tải lượng phế thải đạt 2 tấn trên 1 tấn sản phẩm.
Chất thải rắn sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên trong xí nghiệp.
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH THỦY SẢN – ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ
T ổng quan về ngành chế biến thủy sản và khả năng gây ô nhiễm môi trường
3.1.1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN THỦY SẢN VIỆT
Nước ta có bờ biển dài hơn 3200 km, cùng với 112 cửa sông, lạch … vùng đặt quyền kinh tế rộng khoảng 17 triệu km 2
Ngoài những tiềm năng đã biết, Việt Nam còn có nhiều tiềm năng mới được xác định có thể sử dụng để nuôi thủy sản, như dùng vật liệu chống thấm để nuôi tôm trên đất cát hoang hóa, chuyển đổi những diện tích đất trồng lúa và các vùng muối kém hiệu quả thành khu vực nuôi trồng thủy sản; nuôi biển là hướng mở mới cho ngành thủy sản, đã có bước mở đầu ngoạn mục với các loài như tôm hùm, cá giò, cá mú, cá tráp, trai ngọc… với hình thức nuôi lồng bè cho hiệu quả kinh tế cao; với khoảng 3.000 đảo lớn nhỏ có thể xây dựng thành các điểm khai thác, chế biến thủy sản; Việt Nam có tiềm năng nuôi trồng thủy sản ở khắp mọi miền đất nước cả về nuôi nước mặn, nước lợ và nước ngọt; đến năm 2003 cả nước đã sử dụng 612.778 ha nước mặn, lợ và 254.835 ha nước ngọt để nuôi thủy sản, trong đó nuôi tôm là chủ lực chiếm diện tích 580.465 ha.
Cùng với nuôi trồng và khai thác thủy sản, chế biến thủy sản đóng góp xứng đáng cho thành tích của ngành thủy sản Việt Nam Đây là ngành công nghiệp có tốc độ tăng trưởng nhanh so với nhiều ngành kinh tế khác Tỷ trọng GDP của ngành thủy sản trong tổng GDP cả nước liên tục tăng từ 2,9% năm 1995 lên 3,4% năm 2000 và đạt 3,93% năm 2003.
Trong mấy năm gần đây, ngành thủy sản Việt Nam gặp nhiều khó khăn do các vụ kiện chống bán phá giá tại các nước, nổi bật là vụ kiện cá tra và basa ở thị trường Mỹ Tuy nhiên, nhờ những sự kiện này, hình ảnh thủy sản Việt Nam được nhìn nhận nhiều hơn trên thị trường quốc tế, và các doanh nghiệp xuất khẩu đã mở rộng được nhiều thị trường mới ngoài các thị trường truyền thống Kết quả sản xuất kinh doanh của ngành thủy sản trong những tháng đầu năm 2007 phản ánh những diễn biến của lĩnh vực này.
Khai thác thuỷ sản tháng 9/2007 đạt 168.000 tấn, nâng tổng lượng khai thác 9 tháng đầu năm 2007 lên 1.582.900 tấn, đạt 79,15% so với kế hoạch, tăng 2,06% so với cùng kì năm 2006
Nuôi trồng thuỷ sản tháng 9/2007 đạt 153.000 tấn, nâng tổng sản lượng nuôi trồng thuỷ sản 9 tháng đầu năm 2007 lên 1.207.600 tấn, đạt 67,1% kế hoạch, tăng 4,1% so với cùng kì năm 2006
Chế biến và xuất khẩu thuỷ sản tháng 9/2007 đạt kim ngạch 380 triệu USD, nâng tổng kim ngạch xuất khẩu thuỷ sản 9 tháng đầu năm 2007 lên
2.742 triệu USD, đạt 76,16% kế hoạch năm, tăng 14,2% so với cùng kì năm 2006
3.1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN CỦA NGÀNH CHẾ
Hải sản được thu mua và lựa chọn theo đúng tiêu chuẩn chế biến để đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm Các cơ sở chế biến ở Việt Nam khác nhau về công nghệ, phụ thuộc vào quy mô và mục tiêu sản phẩm Cơ sở ở quy mô tiểu thủ công nghiệp thường dùng công nghệ chế biến đơn giản, công nghệ sấy và chế biến khô Các công ty lớn áp dụng công nghệ hiện đại để cho ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu Tùy vào quy mô, tính chất nguyên liệu và đặc tính sản phẩm, dây chuyền công nghệ chế biến hải sản ở mỗi cơ sở có sự khác nhau Tuy nhiên, nhìn chung các công nghệ chế biến ở Việt Nam tuân theo một trình tự chế biến chuẩn, được thực hiện từ tuyển chọn, xử lý ban đầu, gia công và kiểm soát chất lượng cho tới đóng gói.
Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ chế biến tôm sú
Rà kim loại – Xếp khuôn
Tách khuôn – Mạ băng Đóng thùng
Hình 3.2: Sơ đồ công nghệ chế biến mực
Tách khuôn – Mạ băng Đóng thùng
Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ chế biến cá
Rửa chế biến Đánh vảy
Lượng nước thải từ các công nghệ sản xuất khác nhau rất khác nhau, phụ thuộc vào lượng nước cấp, quy trình công nghệ, phương pháp chế biến và tình trạng máy móc Vì vậy, lượng nước thải của các công ty có sự dao động rất lớn Ở Việt Nam, lượng nước thải tính trên mỗi tấn sản phẩm thường dao động từ 30 đến 200 m3, cho thấy biến động lớn tùy thuộc vào đặc thù quy trình sản xuất và hiệu quả xử lý nước thải của từng doanh nghiệp.
Ngành chế biến thủy sản tiêu thụ một lượng nước rất lớn trong quá trình chế biến và đồng thời thải ra môi trường một lượng nước thải lớn kèm theo chất thải rắn như đầu, dè mực, vây, vỏ tôm và các chất thải hữu cơ khác Việc xử lý nước thải và quản lý chất thải rắn là vấn đề then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nguồn nước và môi trường xung quanh nhà máy Để giảm tác động đến môi trường và tối ưu vận hành, cần áp dụng các biện pháp xử lý nước thải tiên tiến, tái sử dụng nước và phân loại, tái chế chất thải rắn, đồng thời nâng cao tuân thủ quy chuẩn môi trường.
3.1.3 NGUỒN GỐC PHÁT SINH, TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA CHẤT
THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN
Các nguồn gây ô nhiễm chính trong các công ty chế biến đông lạnh được phân thành ba dạng cơ bản: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí Trong quá trình sản xuất, còn phát sinh thêm các nguồn ô nhiễm khác như tiếng ồn, độ rung và khả năng gây cháy nổ Những yếu tố này đòi hỏi áp dụng các biện pháp quản lý môi trường và an toàn vận hành để bảo vệ sức khỏe người lao động và tuân thủ các quy chuẩn liên quan.
Chất thải rắn từ quá trình chế biến tôm, mực, cá và sò gồm đầu vỏ tôm, vỏ sò, da, mai mực và nội tạng; thành phần chính của phế thải là chất hữu cơ giàu đạm, canxi và phốtpho, tạo nền cho việc tận dụng phế liệu thành các sản phẩm phụ hoặc bán cho nông dân làm thức ăn cho gia súc, gia cầm hoặc nuôi thủy sản.
Ngoài ra còn có một lượng nhỏ rác thải sinh hoạt, các bao bì, dây niềng hư hỏng hoặc đã qua sử dụng
Nước thải trong công ty chế biến đông lạnh chủ yếu phát sinh từ quá trình sản xuất, bao gồm nước rửa nguyên liệu và bán thành phẩm, nước dùng cho vệ sinh nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến và nước vệ sinh cho công nhân Lượng nước thải và nguồn gây ô nhiễm chính đến từ nước thải trong sản xuất Đối với ngành chế biến thủy sản, hàm lượng COD thường dao động ở mức khoảng 600 mg/L (tùy từng công đoạn và công nghệ xử lý).
Trong nước thải, nồng độ có thể lên tới 6000 mg/l, hàm lượng BOD5 khá lớn từ 400 đến 3800 mg/l; tổng chất rắn lơ lửng dao động 125–400 mg/l Nước còn chứa vụn thủy sản dễ lắng; Nitơ ở mức 57–120 mg/l và Phôtpho 13–90 mg/l Tổng vi khuẩn hiếu khí nằm ở mức 10^4 – 10^5.
Khí thải khuẩn lạc/100ml
Khí thải sinh ra từ công ty có thể là:
Khí thải Clo sinh ra trong quá trình khử trùng thiết bị, nhà xưởng chế biến 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
Bụi sinh ra trong quá trình vận chuyển, bốc dỡ nguyên liệu
Hơi tác nhân lạnh có thể bị rò rỉ: NH
Hơi xăng dầu từ các bồn chứa nhiên liệu, máy phát điện, nồi hơi
Tiếng ồn: tiếng ồn xuất hiện trong công ty chế biến thuỷ sản chủ yếu do hoạt động của các thiết bị lạnh, cháy nổ, phương tiện vận chuyển…
Nhiệt độ: trong phân xưởng chế biến của các công ty thuỷ sản nhiệt độ thường thấp và ẩm hơn so khu vực khác.
T ổng quan về các phương pháp xử lý nước thải thủy sản
Đặc tính nước thải ngành chế biến thủy sản chứa lượng chất hữu cơ lớn và tỉ số BOD/COD dao động từ 0,5 đến 0,7, nên biện pháp xử lý được ưu tiên là sử dụng các công trình xử lý sinh học Các hệ thống xử lý sinh học, như bể hiếu khí hoặc quy trình sinh học kỵ khí - hiếu khí, có khả năng loại bỏ chất hữu cơ một cách hiệu quả và ổn định với tải trọng BOD/COD tương đối cao Việc áp dụng công trình xử lý sinh học phù hợp giúp giảm tải chất hữu cơ, tối ưu chi phí vận hành và đảm bảo nước thải đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường Đây là lựa chọn phổ biến và bền vững cho ngành chế biến thủy sản, giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải và giảm tác động tới môi trường.
Trong nước thải vẫn chứa lượng cặn đáng kể và các mảnh vụn nguyên liệu có đặc tính cơ học tương đối bền Vì vậy, trước khi đưa nước thải vào hệ thống xử lý sinh học, cần thực hiện xử lý bằng các công trình xử lý cơ học để loại bỏ cặn này, nhằm bảo vệ hiệu quả của quá trình xử lý sinh học và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Trong công nghệ xử lý nước thải từ chế biến thủy sản, lưu lượng và chất lượng nước thải thường biến động rất lớn theo thời gian, nên hệ thống thường cần một bể điều hòa có dung tích đủ lớn để ổn định dòng nước thải trước khi vào hệ thống xử lý sinh học ở giai đoạn tiếp theo.
Nước thải sau xử lý sinh học vẫn có thể chứa vi sinh vật gây bệnh Vì vậy, giai đoạn khử trùng phải được thực hiện trước khi xả nước thải ra môi trường nhằm loại bỏ các vi khuẩn, virus và tác nhân gây hại khác Việc khử trùng giúp nước thải đạt tiêu chuẩn môi trường và an toàn cho sức khỏe cộng đồng.
Xử lý cơ học (còn được gọi là xử lý bậc I) là giai đoạn đầu trong quá trình xử lý nước thải nhằm loại bỏ các tạp chất không tan như rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng và các tạp chất nổi ra khỏi nước thải Quá trình này không chỉ loại bỏ các chất rắn không hòa tan mà còn điều hòa lưu lượng nước và nồng độ chất ô nhiễm, giúp nước thải có điều kiện ổn định cho các bước xử lý tiếp theo và tăng hiệu quả của toàn bộ hệ thống xử lý nước thải.
Các công trình xử lý cơ học nước thải thủy sản thông dụng:
Song chắn rác thường được lắp đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc tại các miệng xả trong phân xưởng sản xuất để giữ lại các tạp chất có kích thước lớn như nhánh cây, gỗ, lá, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác, từ đó bảo vệ thiết bị và nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.
Lưới lọc được dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, thu hồi các thành phần quý không tan và loại bỏ rác có kích thước nhỏ khi cần thiết Kích thước mắt lưới từ 0,5–1,0 mm, mang lại hiệu quả lọc tối ưu cho các ứng dụng yêu cầu loại bỏ tạp chất vừa và nhỏ.
Lưới lọc thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay tròn (hay còn gọi là trống quay) hoặc đặt trên các khung hình dĩa
Bể lắng cát đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa, trước bể lắng đợt
I Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tán, thanh vụn, vỏ trứng… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý tiếp theo
Do đặc điểm công nghệ sản xuất của một số ngành công nghiệp, lưu lượng và nồng độ nước thải thường dao động theo giờ trong ngày và đêm Sự dao động này gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến chế độ làm việc của mạng lưới và các công trình xử lý nước thải Vì vậy, bể điều hòa được dùng để duy trì dòng thải và nồng độ vào hệ thống xử lý ở mức ổn định, khắc phục các sự cố vận hành do sự dao động về lưu lượng và nồng độ nước thải, từ đó nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý sinh học.
Bể lắng được dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải dựa trên sự khác biệt về trọng lượng của các hạt cặn Các bể lắng có thể bố trí nối tiếp nhau nhằm tăng hiệu quả tách cặn Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90–95% lượng cặn có trong nước thải, làm nước sau lắng trong và dễ xử lý ở các bước tiếp theo Vì vậy đây là một quá trình quan trọng trong xử lý nước thải, thường được bố trí ở giai đoạn xử lý ban đầu hoặc sau xử lý sinh học Để tăng cường quá trình lắng, có thể bổ sung chất đông tụ hoặc chất đông tụ sinh học để thúc đẩy hình thành bông lắng và cải thiện hiệu quả tách chất rắn.
Các loại công trình xử lý nước thải công nghiệp thường được ứng dụng để loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước, nhằm bảo vệ hệ thống thoát nước và các công trình xử lý ở phía sau Những tạp chất này gây ảnh hưởng xấu đến mạng lưới thoát nước và các công trình xử lý nước, vì vậy cần thu hồi chúng trước khi chúng đi vào các công trình phía sau Những chất này có thể bịt kín lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong các bể sinh học và đồng thời phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aerotank, gây khó khăn cho quá trình lên men cặn.
Trong hệ thống xử lý nước thải, bể lọc được dùng để tách các phần tử lơ lửng và phân tán có kích thước tương đối nhỏ sau bể lắng bằng cách cho nước thải đi qua các vật liệu lọc như cát, thạch anh, than cốc, than bùn, than gỗ và sỏi nghiền nhỏ Bể lọc thường làm việc với hai chế độ lọc và rửa lọc (backwash) để duy trì hiệu suất xử lý Đối với nước thải ngành chế biến thủy sản, bể lọc ít được sử dụng vì nó làm tăng giá thành xử lý Quá trình lọc chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quý hiếm có trong nước thải.
Cơ sở của phương pháp hóa lý trong xử lý nước thải là đưa vào nước thải một chất phản ứng; chất này phản ứng với các tạp chất bẩn và có khả năng loại bỏ chúng khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dưới dạng hòa tan không độc hại Quá trình này dựa trên sự hình thành kết tủa hoặc chuyển hóa chất bẩn thành các dạng không độc hại, giúp nước thải được làm sạch và đạt các yêu cầu về chất lượng trước khi xả thải hoặc tái sử dụng Việc lựa chọn chất phản ứng và điều kiện xử lý được tối ưu để tối đa hóa hiệu quả loại bỏ tạp chất, phù hợp với đặc tính nước thải và mục tiêu môi trường.
Các phương pháp hóa lý thường được sử dụng để xử lý nước thải chế biến thủy sản là quá trình keo tụ, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi…
Quá trình keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng trong nước khi cho các chất keo tụ có phân tử cao vào nước, nhờ tiếp xúc trực tiếp giữa các hạt và sự tương tác giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên bề mặt các hạt lơ lửng Nhờ sự hấp phụ và liên kết giữa các phân tử chất keo tụ, các hạt nhỏ liên kết thành các kết tụ lớn hơn, từ đó lắng xuống hoặc được loại bỏ khỏi nước, giúp nước trong và cải thiện chất lượng nước.
Sự keo tụ được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bông Hydroxit nhôm và sắt để tăng vận tốc lắng
Tuyển nổi là công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ các chất rắn lơ lửng như bùn hoạt tính và màng vi sinh vật Nước thải được nén ở áp suất 40–60 psi để bão hòa khối lượng khí, sau đó áp suất của hỗn hợp khí-nước được giảm xuống áp suất khí quyển trong bể tuyển nổi Khi áp suất giảm, các bọt khí nhỏ được giải phóng và có khả năng hấp phụ các bông bùn, chất lơ lửng hoặc nhũ tương (dầu, sợi…), làm chúng kết dính lại với nhau và nổi lên bề mặt bể Hỗn hợp khí và chất rắn nổi lên tạo thành váng trên mặt nước Nước sau quá trình tuyển nổi đã loại bỏ các chất rắn lơ lửng và được xả từ đáy bể tuyển nổi.
Đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho xí nghiệp Docifish
Thông qua thành phần, tính chất nước thải của xí nghiệp DOCIFISH, công nghệ xử lý nước thải đề xuất cho xí nghiệp:
Bể Aeroten Song chắn rác
Hình 3.4: sơ đồ phương án 1 khí
Song chắn rác Nước thải
Khử trùng bằng tia cực tim (UV)
Hình 3.5: sơ đồ phương án 2
Phân tích l ựa chọn công nghệ
Phương án 1 có nhiều ưu điểm hơn phương án 2 như:
Phương án 2 đòi hỏi diện tích lớn hơn để bố trí bể lọc sinh học và sân phơi bùn, khiến khu vực vận hành chiếm diện tích đáng kể Đồng thời sân phơi bùn tạo ra mùi hôi khó chịu ảnh hưởng đến môi trường xung quanh và người vận hành.
- Điều kiện quản lý, vận hành và sửa chữa bể Aerotank dễ hơn bể lọc sinh học
- Phương án 1 dễ dàng nâng công suất của trạm xử lý nước thải khi cần thiết
- Phương án 2 khử trùng bằng tia cực tím hiệu quả cao nhưng đắt tiền, khó áp dụng rộng rãi
- Đảm bảo xử lý được mỡ có trong nước thải
Vì phương án 1 có những ưu điểm nổi bật vượt trội so với phương án 2, ta quyết định sử dụng phương án 1 làm cơ sở để thiết kế và triển khai hệ thống xử lý nước thải cho xí nghiệp chế biến thủy sản DOCIFISH Việc chọn phương án 1 đảm bảo hiệu quả xử lý cao, tối ưu chi phí và tính khả thi kỹ thuật phù hợp với quy mô cũng như đặc thù của nhà máy Hệ thống được thiết kế để đáp ứng các chỉ tiêu xử lý ổn định, giảm ô nhiễm ra môi trường và tuân thủ quy định bảo vệ môi trường, đồng thời tối ưu vận hành và bảo trì Với quyết định này, DOCIFISH sẽ có hệ thống xử lý nước thải hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và dễ quản lý, đóng góp vào sự bền vững của quá trình chế biến thủy sản.
Thuy ết minh qui trình công nghệ lựa chọn
Toàn bộ nước thải từ khu sản xuất được dẫn qua cống thoát nước của công ty đến bể tách mỡ thông qua song chắn rác nhằm loại bỏ rác và tạp chất vô cơ có kích thước lớn hơn 16 mm (như bao nylon, rác, xương, vây) Bể tách mỡ sau đó loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước, dầu mỡ nổi lên trên mặt nước và được thu gom định kỳ bằng thủ công Sau đó, nước thải được bơm vào bể điều hòa để điều chỉnh lưu lượng và nồng độ nước thải trước khi tiếp tục xử lý.
Từ bể điều hòa, nước thải được bơm với lưu lượng cố định vào bể phản ứng kỵ khí UASB Tại bể UASB, các vi sinh vật kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, với hiệu suất xử lý COD và BOD đạt khoảng 60-80%, thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và sinh ra khí Biogas gồm CO2, CH4, H2S và NH3.
Chất hữu cơ + Vi sinh vật kỵ khí CO
Sau khi qua bể UASB, nước thải được dẫn sang bể Aerotank để tiếp tục xử lý Tại bể Aerotank, quá trình vi sinh hiếu khí được duy trì nhờ khí cấp từ các máy thổi khí Trong môi trường hiếu khí, vi sinh vật ở dạng bùn hoạt tính sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như CO2 và H2O, đồng thời làm sạch nước và ổn định chất lượng nước trước khi thải ra môi trường.
Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí H
Hiệu suất xử lý của bể Aerotank theo COD và BOD đạt khoảng 90–95% Sau đó, nước thải từ bể Aerotank được dẫn sang bể lắng để phân tách nước thải và bùn hoạt tính; bùn hoạt tính lắng xuống đáy, nước được thu bằng máng thu ở phía trên và chảy sang bể trung gian Từ bể trung gian, nước được bơm sang bể lọc và được lọc lại trước khi đưa tới bể tiếp xúc khử trùng Tại bể tiếp xúc khử trùng, nước được hòa trộn với dung dịch chất khử chlorine nhằm tiêu diệt các vi khuẩn có trong nước thải.
Nước thải sau khi qua bể tiếp xúc khử trùng đạt tiêu chuẩn TCVN 5945 –2005, loại A và được xả ra môi trường
Trong hệ thống xử lý nước thải, bùn hoạt tính (bùn hiếu khí) ở đáy bể lắng được đưa đến bể nén bùn, đồng thời một phần bùn được bơm tuần hoàn về bể aerotank nhằm duy trì hàm lượng vi sinh vật có ích Bùn dư từ bể UASB được xả định kỳ về bể thu bùn, sau đó được bơm đến bể nén bùn Tại bể nén, nhờ quá trình lắng trọng lực, nồng độ bùn thải từ khoảng 1% tăng lên 2,5–3% Bùn nén sau đó được đưa tới bể chứa và được ép để giảm thể tích, rồi thải bỏ theo quy định hoặc được sử dụng làm phân bón cho cây trồng và cải tạo đất canh tác.
TÍNH T OÁN THI ẾT KẾ
Các thông s ố thiết kế
Kcb: Hệ số không điều hòa chung của nước thải lấy theo TCXD – 51 – 84, Kcb=2,8
Tính toán các công trình đơn vị
4.2.1 SONG CHẮN RÁC a Nhiệm vu:
Song chắn rác có nhiệm vụ tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải trước khi nước thải được đưa vào các công trình xử lý phía sau Việc sử dụng song chắn rác giúp ngăn ngừa tắc nghẽn đường ống và mương dẫn, đồng thời giảm nguy cơ hỏng hóc bơm và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống xử lý nước thải Việc tính toán thiết kế và thông số của song chắn rác, như khe chắn, lưu lượng và công suất, là bước then chốt để đảm bảo khả năng loại bỏ rác phù hợp với đặc thù nguồn nước thải và quy mô công trình Ngoài ra, hệ thống còn góp phần tiết kiệm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ của các thiết bị ở các công trình xử lý phía sau.
Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 45 o
Số khe hở của song chắn rác: so với mặt đất o max max x k b.h.V n= Q
Q max : lưu lượng lớn nhất của dòng thải (m 3 Q
/s) max = 82 m 3 b : bề rộng khe hở giữa các song chắn rác (mm), từ 15 ÷ 25 mm
Chọn tham số b = 16 mm để phản ánh hệ số thu hẹp của dòng chảy khi sử dụng công cụ cào rác cơ giới; h là chiều sâu mực nước qua song chắn (m), thường lấy bằng chiều sâu mực nước trong mương dẫn Trong thực tế, chọn h = 0,1 m để phù hợp với điều kiện vận hành.
V max : tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn rác ứng với lưu lượng lớn nhất (82 m 3 /h), từ 0,6 ÷ 1,0 m/s Chọn Vmax = 0,7 m/s
Chiều rộng song chắn rác:
Kiểm tra lại tốc độ dòng chảy ở phần mở rộng trước song chắn ứng với lưu lượng nước thải Qmax = 0,033 m 3
/s Vận tốc này không được nhỏ hơn 0,4 m/s ktra 0,5x0,1
Tổn thất áp lực qua song chắn rác: k 2g x
V max g : gia tốc trọng trường (m/s
2 k : hệ số tính đến sự tăng tổn thất do rác đọng lại ở song chắn
) k = 2 ÷ 3, chọn k = 3 ξ : hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh song chắn được tính bởi: α β ξ sin b
= β : hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh Đối với thanh tiết diện hình chữ nhật, β = 2,42 α : góc nghiêng song chắn rác, α = 60 o
Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn:
Trong đó: φ: góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác Chọn φ B o k : chiều rộng của mương dẫn nước thải vào Chọn Bk = 0,3 m
Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn:
Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác:
: chiều dài buồng đặt song chắn rác
Hình 4.1 : Sơ đồ lắp đặt song chắn rác
Bảng 4.1: Các thông số xây dựng mương đặt song chắn rác
Thông số Đơn vị Kích thước
Chiều rộng mương dẫn nước vào m 0,3
Chiều dài đoạn kênh trước song chắn m 0,3
Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn m 0,15
Chiều dài mương đặt song chắn m 1,45
4.2.2 BỂ TÁCH MỠ a Chức năng:
Loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước b Tính toán:
Bể tách mỡ thường có 2 ngăn
Thời gian lưu nước trong bể phải lớn hơn 1h, chọn t = 1,2h
Chiều sâu công tác ngăn thu mỡ từ 0,35-1.83m
Thể tích ngăn thứ nhất bằng 2/3 thể tích toàn bể
Diện tích mặt thoáng tối thiểu của ngăn tách mỡ là 0,53m 2 /m 3
Khoảng cách từ mực nước đến nắp thu mỡ phải > 230mm thể tích công tác
Khoảng không chứa không khí trong bể có dung tích tối thiểu băng12,5% dung tích bể tách mỡ
Thể tích công tác của bể tách mỡ
Kích thước ngăn thứ nhất:
Dung tích phần không khí so với dung tích ngăn
Kích thước của ngăn thứ 2:
Nước thải sau khi qua bể tách mỡ sẽ tự chảy sang bể điều hòa Mỡ được vớt hàng ngày bằng thủ công
Chọn ống dẫn nước có đường kính D = 160 để dẫn nước từ bể tách mỡ sang bể điểu hòa
4.2.3 BỂ ĐIỀU HÒA a Nhiệm vụ
Do tính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất và phụ thuộc vào loại nước thải ở từng công đoạn, việc xây dựng bể điều hòa để điều hòa lưu lượng, nồng độ và nhiệt độ nước thải là cần thiết, nhằm tạo điều kiện tối ưu cho các công trình phía sau Để xác định chính xác dung tích bể điều hòa, ta cần số liệu về độ biến thiên của lưu lượng nước thải theo từng khoảng thời gian trong ngày và lưu lượng trung bình ngày Do chưa có điều kiện điều tra cụ thể các tham số này, ta ước tính kích thước bể điều hòa theo cách gần đúng.
Thể tích bể điều hoà:
Q h : Lưu lượng giờ lớn nhất của nước thải, Q h Tb ),17 m 3 T: Thời gian lưu nước trong bể điều hoà, T = 6 giờ
Chọn chiều cao làm việc là: h = 4 m, h
Diện tích bề mặt của bể điều hòa
Bơm nước từ bể điều hòa sang bể UASB:
Công suất của bơm được tính theo công thức: η ρ 1000.
Q : lưu lượng dòng vật chất qua ống, Qp0 m 3 /ngày = 0,008 m 3
Khối lượng riêng của chất lỏng : ρn = 1000kg/m
3, ρb = 1006kg/m η : hiệu suất của bơm, η = 0,73 ÷ 0,93 Chọn η = 0,8
1 : chiều cao cột nước trong bể, h1 = 2,0 m h 2 : tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn lấy trong khoảng từ 2÷3 mH2
Công suất thực của bơm lấy bằng 120% công suất tính toán:
Chọn 2 bơm hoạt động luân phiên, công suất mỗi bơm là 1,5 kW để bơm nước thải từ bể trung gian sang bể UASB
Bảng 4.2: Các thông số thiết kế bể điều hòa
Thông số Đơn vị Kích thước
Quá trình xử lý nước thải bằng bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) dựa vào hoạt động của các vi sinh vật kị khí, chúng phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải thành các sản phẩm khí và sinh khối, từ đó làm giảm lượng chất hữu cơ (COD/BOD) trong nước Nhiệm vụ chính của hệ thống là loại bỏ chất hữu cơ và duy trì sự ổn định vận hành thông qua kiểm soát nhiệt độ, pH và thời gian lưu Trong phần tính toán, cần xác định lưu lượng nước thải vào bể, nồng độ chất hữu cơ đầu vào và hiệu quả loại bỏ để ước tính lưu lượng nước thải sau xử lý, tổng lượng COD đã loại bỏ và các tham số thiết kế như tải chất hữu cơ, dung tích bể và điều kiện vận hành tối ưu.
Khi đi qua các công trình xử lý cơ học thì hàm lượ ng COD giảm từ 20 ÷ 40%
Chọn hiệu quả xử lý của các công trình phía trước là 20% thì hàm lượng COD đầu vào của bể UASB là:
COD v Nước thải sau khi ra khỏi bể sẽ có hàm lượng :
COD ≤ 500 mg/l, BOD5 ≤ 400 mg/l để vào bể Aerotank
Hiệu suất xử lý của COD trong bể UASB
Lượng COD cần khử trong một ngày
Chọn tải trọng xử lý trong bể UASB là L = 7 (kgCOD/m 3
Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết ngđ)
V G ( m 3 Để giữ cho 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 vn = 0,9 m/h
Diện tích bề mặt của bể
Chiều cao phần xử lý yếm khí
: chiều cao phần xử lý yếm khí
Chiều cao vùng lắng đóng vai trò quan trọng để đảm bảo không gian an toàn cho bùn lắng xuống phía dưới; vì vậy, chiều cao này phải lớn hơn 1,0 m, và nên chọn 1,5 m làm chiều cao vùng lắng chuẩn cho công trình.
3 : chiều cao dự trữ của bể Chọn H3
Vậy kích thước xây dựng bể UASB là:
- Thể tích thực của bể V 2,5 m
Thời gian lưu nước trong bể:
Tính chi tiết bể UASB
Trước khi nước vào ngăn lắng ở đỉnh bể, nước được tách khí bằng các tấm cách khí đặt nghiêng so với phương ngang ở góc từ 45 đến 60 độ, và góc nghiêng được chọn là 60 độ Tổng chiều cao của toàn bộ ngăn lắng (kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao dự trữ chiếm trên 30% tổng chiều cao bể.
Vậy các thông số thiết kế đã đạt yêu cầu
Thời gian lưu nước trong ngăn lắng, thời gian này phải ≥1 giờ:
Tính toán tấm hướng dòng và tấm chắn khí trong bể UASB
Chọn khe hở giữa các tấm chắn và giữa tấm chắn và tấm hướng dòng là như nhau
Tổng diện tích các khe hở chiếm khoảng 15–20% tổng diện tích bể, với giá trị tham chiếu chọn là 18% Trong bể UASB, ta bố trí 2 tấm hướng dòng và 8 tấm chắn khí, các tấm này đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang ở góc 60 độ Diện tích một khe hở được tính như sau:
Tính toán tấm chắn khí
Tấm hướng dòng được đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc 60 0 và cách tấm chắn khí 1 khe là bkhe
Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn khí1 = 5m b mm d khe 320
160 60 cos = Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng bên dưới khe hở từ 10-20cm, chọn 15cm
D = 2×d + 2×150 = 940 mm Chiều rộng tấm hướng dòng:
2 / Chiều cao: h D tg tg 60 814 mm
Hệ thống xử lý nước được 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 thu nước được thiết kế có độ dốc để dẫn nước về phía cuối bể, sau đó được đưa qua đường ống về bể Aerotank.
Máng thu nước tiết diện hình chữ nhật b x h với b = 2h Độ dốc máng: i = 1/200 Độ nhám lòng máng: n = 0,014
Lưu lượng vào một máng :
Chọn kích thước máng: h = 130 mm, b = 260 mm
Chiều cao một răng cưa: 60 mm Dài đoạn vát đỉnh răng cưa: 40 mm Chiều cao cả thanh: 260 mm
Sơ đồ tấm răng cưa thu nước được trình bày trên hình 4.2
Hình 4.2 : Sơ đồ tấm răng cưa thu nước.
Tính lượng khí và bùn sinh ra
Thể tích khí sinh ra theo lý thuyết khi 1 kg COD được loại bỏ thu được
Q Vậy tổng thể tích khí sinh ra trong một ngày là: khí = 0,5.G = 0,5 x 770 = 385 (m 3 /ngđ)
Thể tích khí CH4 sinh ra khi 1 kg COD được loại bỏ là 0,35 m 3 (CH 4 chiếm 70% tổng lượng khí sinh ra)
Vậy thể tích khí CH4
Chọn vận tốc khí trong ống dẫn khí là 2 m/s Đường kính ống dẫn khí:
Chọn ống thu khí bằng nhựa HDPE đường kính 49 mm
Kiểm tra vận tốc khí: s d m v Q khí khí khí 2,3 /
Lượng bùn do vi sinh vật sinh ra từ 0,03÷0,15 kg/kg COD được loại bỏ
= 0,1 kg/kg COD, khối lượng bùn sinh ra trong một ngày là: bùn
Lượng bùn sinh ra từ bể UASB ổn định có độ ẩm khoảng 5–7%, nên không đưa vào bể nén mà chuyển ngay tới thiết bị ép lọc bùn bằng băng tải trong thời gian xả bùn Việc này tối ưu quá trình xử lý bùn, rút ngắn chu trình và tăng hiệu quả tách nước Với độ ẩm thấp, quá trình ép lọc bằng băng tải diễn ra nhanh chóng, tiết kiệm diện tích và năng lượng cho các bước xử lý tiếp theo.
= 0,1 x 1800 = 180 (kgbùn/ngđ) Ống thu bùn Ống xả bùn trong bể UASB có đường kính Φ75 mm có đục lỗ, dlỗ Φ
Đường kính lỗ là 20 mm Ở mỗi vị trí, ta đục lỗ trên 3 mặt; mỗi lỗ cách nhau 20 mm và giữa các vị trí cách nhau 400 mm Bùn được xả theo áp lực thủy tĩnh, định kỳ từ 1 đến 6 tháng Sử dụng hai ống thu bùn đặt dọc theo chiều dài bể; ống chính dẫn bùn ra theo hướng 90 độ.
Hệ thống phân phối nước:
Với loại bùn dạng hạt có tải trọng COD vượt quá 4 kg COD/m³/ngày, số điểm phân phối nước trong bể cần được bố trí dựa trên diện tích của bể Việc bố trí này nên đảm bảo phạm vi từ 2–5 m² cho mỗi điểm phân phối nhằm phân chia lưu lượng nước đồng đều và tối ưu hóa quá trình xử lý Áp dụng quy tắc bố trí theo diện tích bể giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt với bùn dạng hạt có tải trọng cao.
Chọn diện tích phân phối là 2m
Số đầu phân phối cần:
Kiểm tra lại khoảng cách các đầu phân phối:
Nước từ bể điều hòa được bơm vào bể UASB và được phân phối đều qua 6 ống nhánh nhờ hệ thống van và đồng hồ đo lưu lượng lắp trên các ống Ống phân phối nước được đặt cách đáy bể 0,2 m Hệ thống phân phối nước được chọn là đĩa diffuser để tối ưu phân bổ nước trong bể UASB.
Vận tốc nước chảy trong ống chính: v = 1,5 – 2,5 m/s Chọn v = 1,5 m/s mm v m
Chọn ống nhựa HDPE đường kính 90 mm
Kiểm tra lại vận tốc trong ống: s
= × π Lưu lượng nước trong ống nhánh: h
Vận tốc trong ống nhánh v = 0,8 – 2 m/s Chọn v = 1 m/s Đường kính trong ống nhánh mm v m d q 0.042 42
Chọn ống nhựa HDPE đường kính 42 mm
Kiểm tra lại vận tốc trong ống nhánh: s d m v q 0,98 /
Loại bỏ các hợp chất hữu cơ hoà tan có khả năng phân huỷ sinh học nhờ quá trình vi sinh vật lơ lửng hiếu khí b Tính toán
Cặn lơ lửng đầu ra 30 mg/l gồm có 65% là cặn hữu cơ có thể phân hủy
Thời gian lưu của bùn hoạt tính θc= 10 ngày
Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng X = 3000 mg/l Độ tro bùn hoạt tính Z = 0,3 (70% là bùn hoạt tính)
Hệ số sản lượng bùn Y = 0,60 mgVSS/mgBOD
Hệ số phân hủy nội bào Kd = 0,06 ngày -1
Tải trọng chất hữu cơ : 0,4 ÷1,2kg BOD5/m 3
Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn :C
Loại và chức năng bể: Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh
Hình 4.3 : Sơ đồ làm việc của bể Aerotank
Nồng độ cặn hữu cơ có thể bị phân hủy: hòa tan trong nước đầu ra: a = 0,65 x 30 = 19,5 (mg/l)
1 mg SS khi bị ôxy hóa hoàn toàn tiêu tốn 1,42 mgO 2 b = 19,5 x 1,42 = 27,69 (mg/l)
Vậy nhu cầu ôxy hóa cặn như sau:
Lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra (chuyển đổi từ BOD20 sang BOD 5 c = 27,69 x 0,68 = 18,83 (mg/l)
S = 50 – 18,83 = 31,17 (mg/l) hòa tan còn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng:
Trong đó: ể tích bể Aerotank, (m
Q : lưu lượng nước thải đầu vào, Q = 700 m 3
Y : hệ số sản lượng bùn, Y = 0,6 mgVSS/mgBOD
X : nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi được duy trì trong bể Aerotank,
Bảng 4.3: Các kích thước điển hình cho bể aerotank xáo trộn hoàn toàn
Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí (m) 0.45 - 0.75
Tính lượng cặn dư phải xả ra hằng ngày sau khi công ty hoạt động ổn định:
Hệ số tạo cặn từ BOD5
Lượng bùn hoạt tính ra do khử BOD
Tổng cặn lơ lửng sinh ra do độ tro của cặn (Z = 0,3)
0 = 138,32 (kg/ngđ) Lượng cặn dư hằng ngày phải xả đi:
Lượng bùn xả ra hằng ngày Q
= 118 (kg/ngđ) w θc từ đáy bể lắng theo đường tuần hoàn bùn e e r w X Q X
V r X: nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng
: nồng độ chất rắn lơ lửng có trong bùn hoạt tính tuần hoàn r = 10000 x 0,7 = 7000 mg/l = 7 kg/m 3
Q e : lượng nước ra khỏi bể lắng II (xem lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là không đáng kể nên Qra = Q = 700 m 3
Hệ số tuần hoàn α bỏ qua lượng bùn hoạt tính tăng lên trong bể
: nồng độ chất rắn lơ lửng ở đầu ra của hệ thống
Thời gian lưu nước trong bể Aerotank: t = Q
Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép thiết kế bể khuấy trộn hoàn chỉnh là 0,2 ÷1
Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong 1 ngày
Tải trọng thể tích bể
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép thiết kế bể khuấy trộn hoàn chỉnh là 0.8- 1.9 (kg BOD
Tính lượng ôxy cần thiết cung cấp cho bể Aerotank
.ngày) (Tính toán thiết kế các côn g trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai)
Lượng ôxy lý thuyết cần cung cấp theo điều kiện chuẩn
Với f: hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD 20
Lượng ôxy cần thiết trong điều kiện thực:
C s20 : nồng độ ôxy bão hòa trong nước ở 20 o C, C s20 C
L : lượng ôxy hòa tan cần duy trì trong bể, CL
sh là nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ 26 oC (nhiệt độ duy trì trong bể), bằng khoảng 2 mg/L Csh β là hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối; đối với nước thải, β = 1.
Kết quả là 8,09 mg/l cho nồng độ oxy hòa tan ngấm vào nước thải, được xác định thông qua hệ số điều chỉnh α, phản ánh ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dạng và kích thước bể α có giá trị từ 0,6 đến 2,4 Chọn α = 0,8 để ước lượng lượng oxy ngấm vào nước thải trong quá trình xử lý.
T : nhiệt độ nước thải, T= 26 o OC
Lượng không khí cần thiết cung cấp cho bể
OC t OU: công su: lượng ôxy thực tế cần sử dụng cho bể ất hòa tan ôxy vào nước thải của thiết bị phân phối
OU = Ou.h, trong đó h là chiều sâu ngập nước của thiết bị phân phối Chọn độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối (xem như gần sát đáy) và coi chiều cao của giá đỡ là không đáng kể, với h = 4 m.
Ou: lượng ôxy hòa tan vào 1m 3 nước thải của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn ở chiều sâu 1m Chọn Ou = 7 gO2/m 3
Chọn thiết bị phân phối loại đĩa xốp có màng phân phối khí dạng bọt mịn, đường kính đĩa 170 mm, diện tích bề mặt đĩa F
.m đĩa = 0,02m 2 , cường độ khí: 0 – 200 Ω l/phút Chọn Ω0 l/phút
⇒ OU = Ou.h = 7 x 4 = 28 (gO 2 /m 3 f: hệ số an toàn, chọn f = 1,5
Số đĩa cần phân phối trong bể là:
Chọn N = 81 đĩa Đĩa được phân bố thành 9 hàng dọc theo chiều dài bể, mỗi hàng có 9 đĩa
Máy thổi khí: Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén khí được xác định theo công thức:
+ H = 0,4 + 0,5 +4 = 4,9m h d , h c : Tổn thất áp lực dọc theo chiều dài ống và tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh(m), Tổng tổn thất hd và h c h không vượt quá 0,4m f
H: Độ ngập sâu của đĩa phân phối ,bằng chiều cao ngập nước của bể điều hoà, H= 4m
: Tổn thất qua các đĩa phân phối (m), giá trị này không vượt quá 0,5m Áp lực của máy nén khí tính theo atmphotphe:
G: Khối lượng không khí mà hệ thống cung cấp trong 1s (kg/s), lưu lượng không khí Q K !000 m 3 /ngày = 0,24 m 3
Tỷ trọng không khí: 0,0118 kN/m
R: Hằng số lý tưởng, R = 8,314 KJ/Kmol o T: Nhiệt độ tuyệt đối không khí, T= 26 +273 = 299
1: Áp suất tuyệt đối không khí đầu vào, P1
P : Áp suất tuyệt đối không khí đầu ra
1= − − k k k : Hệ số đối với không khí, k= 1,395 e: Hiệu suất của máy nén khí, n = 0,7 – 0,9, chọn n =0,8
Chọn máy thổi khí có công suất N = 12,5 kw Ống phân phối khí: Ống dẫn khí chính:
Q khi : Lưu lượng khí ở ống chính, Qkhi= 21000 m 3 /ngày.đêm = 0,24 m 3 v: Vận tốc khí trong ống chính, v = 10 – 15 m/s, chọn v m/s
Chọn ống thép không gỉ đường kính φ0 mm Ống dẫn khí nhánh: d n v
: Lưu lượng khí trên ống nhánh n = Q khi /n = 0,24/9= 0.027 m 3 n: Số hàng phân phối đĩa sục khí, n=9 hàng
Chọn ống thép không gỉ đường kính φ= 42 mm Ống dẫn nước thải vào:
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống: v = 0,5m/s Đường kính ống dẫn là:
Q TB : Lưu lượng nước thải, Q TB h= 29,17 m 3
Chọn ống nhựa PVC đường kính ống
/h Φ= 160 mm Ống dẫn bùn tuần hoàn:
Tổng lượng bùn đi ra khỏi bể lắng 2 trong mỗi ngày