Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty đường sản xuất đường và cồn từ mật rỉ

Ngày nay, nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà con người đã đạt được nhiều thành công to lớn trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực công nghiệp. Song song với sự phát triển đó là việc xây dựng nhiều nhà máy, xí nghiệp mà kèm theo đó là các chất thải khác nhau như: khí thải, chất thải rắn, nước thải,…thải ra ngày càng nhiều và là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Chính vì vậy mà vấn đề bảo vệ môi trường sinh thái cho con người đã và đang được nhiều quốc gia quan tâm.Ở nước ta, lượng nước sinh hoạt và công nghiệp thải ra nhiều mà không được xử lý một cách thích hợp, đã làm ô nhiễm nguồn nước tự nhiên, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Do đó, vấn đề xử lý nước thải trở thành nhiệm vụ hàng đầu. Các khu công nghiệp và các nhà máy xí nghiệp sản xuất, cần phải đầu tư và tính đến việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường ở vùng sản xuất nói riêng và môi trường sống nói chung.Ngành sản xuất đường mía là ngành có tiềm năng lớn ở nước ta. Nhiều nhà máy sản xuất đường đã được xây dựng. Việc phát triển đường mía ở nước ta là một định hướng đúng đắn, quan trọng. Tuy nhiên, sản xuất đường sử dụng một lượng lớn nước và cũng thải ra một lượng không nhỏ nước thải giàu chất hữu cơ dễ chuyển hóa, gây ô nhiễm môi trường nhất là môi trường nước. Đặc biệt, nếu kết hợp sản xuất cồn từ mật rỉ thì càng gây ô nhiễm hơn. Vì vậy, việc đề ra biện pháp xử lý thích hợp đối với tính chất nước thải nhà máy đường có sản xuất cồn từ mật rỉ là rất cần thiết. Với việc được giao đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công ty đường sản xuất đường và cồn từ mật rỉ”, tôi hy vọng mình sẽ đưa ra một phương án xử lý hiệu quả loại nước thải này. Và tôi đã chọn nhà máy đường và cồn Quảng Phú thuộc Công ty đường Quảng Ngãi để tham khảo dây chuyền sản xuất và thành phần tính chất nước thải, từ đó đưa ra biện pháp xử lý một cách có hiệu quả nhất.

LỜI MỞ ĐẦU

  

Ngày nay, nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà con người đã đạt được nhiều thành công to lớn trên nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực công nghiệp Song song với sự phát triển đó là việc xây dựng nhiều nhà máy, xí nghiệp mà kèm theo

đó là các chất thải khác nhau như: khí thải, chất thải rắn, nước thải,…thải ra ngày càng nhiều và là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường Chính vì vậy mà vấn đề bảo

vệ môi trường sinh thái cho con người đã và đang được nhiều quốc gia quan tâm

Ở nước ta, lượng nước sinh hoạt và công nghiệp thải ra nhiều mà không được xử lý một cách thích hợp, đã làm ô nhiễm nguồn nước tự nhiên, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái Do đó, vấn đề xử lý nước thải trở thành nhiệm vụ hàng đầu Các khu công nghiệp và các nhà máy xí nghiệp sản xuất, cần phải đầu tư và tính đến việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường ở vùng sản xuất nói riêng và môi trường sống nói chung

Ngành sản xuất đường mía là ngành có tiềm năng lớn ở nước ta Nhiều nhà máy sản xuất đường đã được xây dựng Việc phát triển đường mía ở nước ta là một định hướng đúng đắn, quan trọng Tuy nhiên, sản xuất đường sử dụng một lượng lớn nước và cũng thải ra một lượng không nhỏ nước thải giàu chất hữu cơ dễ chuyển hóa, gây ô nhiễm môi trường nhất là môi trường nước Đặc biệt, nếu kết hợp sản xuất cồn từ mật rỉ thì càng gây ô nhiễm hơn Vì vậy, việc đề ra biện pháp xử lý thích hợp đối với tính chất nước thải nhà máy đường có sản xuất cồn từ mật rỉ là rất cần thiết

Với việc được giao đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải công

ty đường sản xuất đường và cồn từ mật rỉ”, tôi hy vọng mình sẽ đưa ra một phương

án xử lý hiệu quả loại nước thải này Và tôi đã chọn nhà máy đường và cồn Quảng Phú thuộc Công ty đường Quảng Ngãi để tham khảo dây chuyền sản xuất và thành phần tính chất nước thải, từ đó đưa ra biện pháp xử lý một cách có hiệu quả nhất

CHƯƠNG 1

LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư và xây dựng trạm xử lý nước thải

Ngành công nghiệp mía đường là một trong những ngành công nghiệp chiếm

vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta Công nghiệp mía đường tạo ra nhiều công ăn việc làm cho nhiều tầng lớp trong xã hội từ nông dân, công nhân,…

Trong quá trình sản xuất đường, nhà máy sẽ thải ra một lượng lớn mật rỉ Để

xử lý phế thải này mà vẫn mang lại hiệu quả kinh tế, nhiều nhà máy đường đã kết hợp với sản xuất cồn từ mật rỉ

Công nghiệp mía đường ở Việt Nam là ngành gây ô nhiễm cao, các nguồn ô nhiễm bao gồm: khí thải lò hơi, bùn lọc, nước thải…Trong đó, nguồn ô nhiễm do nước thải là nghiêm trọng nhất do lưu lượng và tải lượng chất ô nhiễm lớn Kết quả điều tra ở một số nhà máy cho thấy lưu lượng nước thải đều vượt 3000 m3/ngày Nước thải nhà máy đường có tính acid, nồng độ BOD5 từ 600 – 900 mg/l, COD từ

1000 – 2000 mg/l, SS 220 – 800 mg/l, tổng nitơ 10 – 30 mg/l, tổng photpho 20 – 40 mg/l (hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước thải khá cao là điều thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học) Đặc biệt, nếu kết hợp với sản xuất cồn thì nồng độ chất ô nhiễm tăng cao, BOD5 lên đến hàng ngàn mg/l [11, tr 514-515]

Nếu không có biện pháp xử lý thích hợp thì các nhà máy này sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Chính vì vậy, xây dựng trạm xử lý nước thải cho các nhà máy đường nói chung và nhà máy đường và cồn Quảng Phú thuộc công ty dường Quảng Ngãi là việc rất cần thiết

1.2 Vị trí đặt trạm xử lý nước thải

Địa điểm xây dựng trạm xử lý phải ở phía sau của nhà máy, ở hướng gió thích hợp và việc vận chuyển nước thải cũng như việc xả nước đã xử lý được thuận lợi

1.3 Đặc điểm thiên nhiên

Nhà máy nằm ở khu công nghiệp Quảng Phú, thành phố Quảng Ngãi Thành Phố có khí hậu nhiệt đới gió mùa Nhiệt độ trung bình 25 – 280C Thời tiết ở đây

chia làm 2 mùa: mưa, nắng rõ rệt; lượng mưa trung bình hàng năm 2063 mm, tập trung vào tháng 8 đến tháng 12 Đặc biệt ở Quảng Ngãi các trận bão có thể xảy ra trong khoảng thời gian từ tháng 9 đến tháng 12 dương lịch, nhất là 2 tháng 10 và 11.

1.4 Hệ thống giao thông vận tải

Nhà máy nằm trên đường Nguyễn Chí Thanh, Thành Phố Quảng Ngãi rất thuận lợi về giao thông vận tải

1.5 Nguồn cung cấp điện

Nguồn điện do điện lực Quảng Ngãi cung cấp từ mạng lưới điện quốc gia qua máy biến thế riêng của nhà máy

Ngoài ra, nhà máy cần có máy phát điện dự phòng để đảm bảo sự hoạt động liên tục của nhà máy cũng như trạm xử lý nước thải

1.6 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Chính là nguồn nước thải của nhà máy

1.7 Hệ thống cấp và thoát nước

Ta có thể lấy nước trực tiếp từ hệ thống cấp nước của khu công nghiệp hoặc

từ giếng khoan của nhà máy

Nước sau khi xử lý được xả thẳng ra môi trường qua hệ thống cống của nhà máy

nghiệp về các vấn đề cần thiết như: điện nước, công trình giao thông, cấp thoát nước…

Sau năm 1975, sản xuất đường mía được khuyến khích phát triển Đến năm

1994, cả nước có 150.000 ha trồng mía, sản lượng 6,5 triệu tấn mía; sản xuất được 0,32 triệu tấn đường quy ra đường thô; trong đó 0,11 triệu tấn được sản xuất ở 14 nhà máy đường

Năm 1996, chương trình quốc gia trọng điểm mía đường được phê duyệt và triển khai thực hiện Từ đó ngành đường phát triển một cách nhanh chóng Đến năm

1998 cả nước có 41 nhà máy đường với sản lượng 0,567 triệu tấn

Vụ ép 1999 – 2000 đạt 1,014 triệu tấn gấp 3 lần năm 1995 Đến nay cả nước

có 45 nhà máy đường có công suất ép từ 300 – 8.000 tấn mía/ngày

Năm 2001 – 2002 đã vào vụ ép, cả nước có 44 nhà máy đang hoạt động để thực hiện mục tiêu 1 triệu tấn đường

Nước ta đang đẩy mạnh chương trình quốc gia về sản xuất mía đường, một

số công nghệ mới được áp dụng, góp phần giúp cho ngành đường phát triển mạnh

và ngày càng hoàn thiện hơn Đồng thời góp phần chuyển đổi cơ cấu sản xuất nông nghiệp Tăng đáng kể hiệu suất sử dụng đất nông nghiệp góp phần xóa đói giảm nghèo và tạo thêm nhiều mặt hàng xuất khẩu [1, tr 3 - 4]

2.1.2 Tính chất nước thải nhà máy đường

Công nghệ sản xuất đường thông thường trải qua 3 công đoạn chính: ép mía, làm sạch nước mía và kết tinh

Nguồn nước thải từ nhà máy đường có lưu lượng và tải trọng chất ô nhiễm lớn Kết quả kiểm tra ở một số nhà máy cho thấy lưu lượng nước thải đều vượt quá

3000m3/ngày

Bảng 2.1 Thành phần nước thải cống của nhà máy đường [11, tr 515]

Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị đo

TCVN 5945/2005(Tiêu chuẩn loại A)

2.1.3 Tính chất nước thải nhà máy cồn từ mật rỉ

Công nghệ sản xuất cồn từ mật rỉ gồm 3 công đoạn chính: chuẩn bị dịch lên men, lên men và thu hồi sản phẩm

Nguyên liệu để sản xuất cồn được tận dụng từ phế thải của công nghiệp sản xuất đường mía là mật rỉ

Nguồn nước thải từ nhà máy sản xuất cồn từ mật rỉ bao gồm:

- Nước thải rửa thiết bị

- Nước thải từ rửa sàn nhà sản xuất

- Nước và bã hèm sau chưng cất cồn

Trong các chất thải này đáng lưu ý nhất là bã rượu sau chưng cất Bã rượu thường chứa nhiều glyxerin, axit amin, betain, các chất khử, các axit hữu cơ, các chất keo và chất khoáng [4, tr 375]

Bảng 2.2 Thành phần nước thải nhà máy cồn từ mật rỉ [4, tr 375]

Nguồn nước thải

2 Nước xả cặn hơi nước ngưng tụ do thanh trùng thiết bị đường ống

3 Nước ngưng do cất rượu

4 Nước vệ sinh trang thiết bị, nhà xưởng

2.2 Giới thiệu chung về nhà máy đường và cồn Quảng Phú (công ty đường Quảng Ngãi) 2.2.1 Giới thiệu về nhà máy

Nhà máy được thành lập vào năm 1964 do tập đoàn HITACHI ZOSEN thiết

kế và lắp đặt với công suất thiết kế là 1500 tấn mía/ngày được mang tên là Công ty đường Quảng Ngãi

Từ 1970 đến 1972 lắp đặt thiết bị, trong qua trình thực hiện việc lắp đặt thiết

bị, năm 1972 Công ty đường Quảng Ngãi được sáp nhập vào Công ty đường Việt Nam và đổi tên thành Nhà máy đường Thu Phổ

Năm 1973 hoàn thành việc lắp đặt và tiến hành hoạt động thử nghiệm dây chuyền công nghệ

Năm 1974 vào vụ sản xuất đầu tiên Năm 1975 ngày 20 tháng 11 vào vụ sản xuất thứ hai

Đến 30/4/1975 đất nước thống nhất Nhà máy đường Thu Phổ được lấy tên nhà máy đường Quảng Ngãi trực thuộc liên hiệp mía đường II.

Từ năm 1975 đến 1994 Nhà máy hoạt động với công suất 1500 tấn mía/ngày, trong quá trình củng cố và phát triển từ nguồn vốn tăng trưởng, năm 1977 khởi công xây dựng phân xưởng cồn - rượu

Trong giai đoạn 1992 đến 1994 Nhà máy đường đầu tư nâng năng suất từ

1500 tấn mía/ngày lên 2000 tấn mía/ngày

Năm 1997 để phù hợp với điều kiện phát triển, Nhà máy đường Quảng Ngãi tách ra khỏi Liên hiệp mía đường II và đổi tên thành công ty đường Quảng Ngãi trực thuộc Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn

Trong quá trình hình thành và phát triển Công ty đường Quảng Ngãi đã đầu

tư một số phân xưởng, nhà máy trực thuộc công ty: năm 1991 xây dựng Nhà máy bia, 1994 xây dựng Nhà máy bánh kẹo và Nhà máy bao bì, 1996 xây dựng Nhà máy mạch nha và Nhà máy nước khoáng, 1997 xây dựng Nhà máy sữa

Đến cuối năm 1997 Công ty đường Quảng Ngãi đã có 13 nhà máy, xí nghiệp trực thuộc, trong đó có phân xưởng đường I Năm 1998 phân xưởng đường I được đổi tên thành nhà máy đường Quảng Phú trực thuộc Công ty đường Quảng Ngãi, lĩnh vực hoạt động của nhà máy đường Quảng Phú: sản xuất đường kính trắng từ mía

Năm 1999 nhà máy được đầu tư lắp đặt thiêt bị mở rộng, nâng công suất từ

2000 tấn mía/ngày lên 2500 tấn mía/ngày

2.2.2 Quy trình sản xuất của nhà máy

Hình 2.1 Quy trình sản xuất đường Bã mía Đường Sấy đường Ly tâm Kết tinh Cô đặc nấu đường Phân vi sinh Bốc hơi và sunfit hoá lần 2 Bã bùn Lắng trong Bùn Lọc bùn Làm trong Ép mía Mía cây Lò hơi

Bổ sung CO2,

SO2, gia nhiệt

Nước thẩm thấu

Mật rỉ

Sản xuất cồn

Hình 2.2 Quy trình sản xuất cồn

2.2.3 Các công đoạn thải nước thải của nhà máy

Nếu không có biện pháp xử lý thích hợp, cũng như tình trạng chung với các nhà máy đường và cồn khác, nhà máy đường và cồn Quảng Phú sẽ gây ô nhiễm môi trường cả về không khí, chất thải rắn và ô nhiễm nước Trong đó, ô nhiễm nước là đáng lưu ý hơn cả

Rỉ đường

Chưng cất và tinh chếNuôi

Xử lý Pha chế dịch lên men

Cồn

Nguồn nước Mía

Nước rửaKhử bụi

Hóa chế,bốc hơi

Nước ngưng tụ trànNước làm mát

Kết tinh,

Ly tâm

Nước sinh hoạt,

vệ sinh sàn nhà

Hệ thống XLNT

Thải

ra sông

Nước ngưng

Để nguội

Hệ thống XLNT

Thải

ra sông

2.3 Các phương pháp xử lý nước thải

Nước thải chứa nhiều tạp chất khác nhau, mục đích của quá trình xử lý nước thải là khử các tạp chất đó sao cho sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận được theo các chỉ tiêu đã đặt ra

Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải khác nhau Thông thường quá trình được bắt đầu bằng phương pháp cơ học, lựa chọn phương pháp tiếp theo tuỳ thuộc vào đặc tính, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết Các phương pháp xử lý nước thải thường dùng:

2.3.1 Phương pháp xử lý cơ học [9, tr 93]

Phương pháp này dùng để xử lý sơ bộ, giúp loại bỏ các tạp chất rắn kích cỡ khác nhau trong nước thải, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý của các công trình tiếp theo.Các phương pháp xử lý cơ học thường dùng:

2.3.1.1 Song chắn rác

Nhằm giữ lại các vật thô như: giẻ, giấy, rác, vỏ hộp, mẫu đất đá, gỗ ở trước song chắn rác

Lọc qua song chắn, lưới chắn: mục đích là loại bỏ những tạp chất, vật thô

và các chất lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải để tránh gây ra sự cố trong quá trình vận hành xử lý nước thải

Lọc qua vách ngăn xốp: cách này được sử dụng để tách các tạp chất phân

tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các bể lắng không thể loại được

Theo chức năng các loại bể lắng được chia thành: bể lắng cát, bể lắng cấp 1, bể lắng cấp 2 Bể lắng cấp 1 có nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác, còn bể lắng 2 có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải [9, tr 93 -94]

2.3.2 Phương pháp hóa học và hóa lý

Là phương pháp dùng hoá chất đưa vào bể phản ứng, nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng nước thải xử lý, thường được áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp Tùy thuộc vào tính chất nước thải mà phương pháp này được thực hiện ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ là giai đoạn sơ bộ ban đầu của quá trình xử lý nước thải

2.3.2.1 Phương pháp trung hoà

Nước thải sản xuất của nhiều lĩnh vực có chứa axit hoặc kiềm Để nước thải được xử lý tốt ở giai đoạn xử lý sinh học phải tiến hành trung hòa và điều 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 dịch kiềm hoặc oxit kiềm

để trung hòa nước thải [9, tr 97]

2.3.2.2 Phương pháp oxy hóa - khử

Dùng các tác nhân là những hóa chất có tính oxi hóa - khử để phân hủy chất hữu cơ, vô cơ có trong nước

Phương pháp này không kinh tế, nên thường chỉ dùng trong những trường hợp các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải có tính chất độc hại và không thể tách bằng những phương pháp khác [9, tr 104 - 105]

2.3.2.3 Phương pháp đông tụ, keo tụ [9, tr 98 - 99].

Tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ ở dạng keo, và các tạp chất khác, sẽ giảm được nồng độ chất lơ lửng, mùi, màu trong nước thải

Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua…

2.3.2.4 Tuyển nổi

Các phân tử phân tán trong nước tuy khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên mặt nước, sau đó tách bọt khí cùng các phân tử dính ra khỏi nước.[9, tr 100]

2.3.2.5 Hấp phụ

Tách các chất bẩn hòa tan ra khỏi nước thải mà các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng nhỏ

Các chất hấp phụ thường dùng: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm…Trong đó than hoạt tính được dùng phổ biến nhất, có thể hấp phụ được

58 – 98% các chất hữu cơ và màu [9, tr 100]

2.3.2.6 Trao đổi ion

Là phương pháp thu hồi các cation và anion bằng các chất trao đổi ion (ionit) Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc vật liệu nhựa nhân tạo, không hòa tan trong nước và trong dung môi hữu cơ

Phương pháp trao đổi ion cho phép thu được các chất quý trong nước thải và cho hiệu suất xử lý khá cao [9, tr 104]

2.3.3 Phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp xử lý sinh học là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước

Biện pháp sinh học có thể làm sạch hoàn toàn các loại nước thải công nghiệp chứa các chất bẩn hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ Do vậy biện pháp này thường được dùng sau khi loại bỏ các hợp chất thô ra khỏi nước thải Đối với nước thải chứa các tạp chất vô cơ thì biện pháp này dùng để khử các muối sunfat, muối amonium, muối nitrat là những chất chưa bị oxi hóa hoàn toàn [9, tr 105]

Xử lý sinh học gồm hai phương pháp:

- Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

- Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo

Theo tính chất hoạt động của vi sinh vật có thể chia phương pháp xử

lý sinh học thành các quá trình chính sau:

- Các quá trình hiếu khí (Aerobic): là các quá trình xử lý sinh học xảy ra trong điều kiện có mặt oxy

- Các quá trình kị khí hay yếm khí (Anaerobic): là các quá trình xử lý sinh học xảy ra trong điều kiện không có oxy Quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ

thường xảy ra theo hai hướng chính: lên men axit, lên men mêtan

- Quá trình thiếu khí hay thiếu oxy (Anoxic): quá trình chuyển hóa nitrat thành nitơ trong điều kiện không cấp thêm oxy từ ngoài vào Quá trình này cũng được gọi là quá trình khử nitrat kị khí

2.3.3.1 Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

hồ sẽ diễn ra quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ tạo thành các chất đơn giản như: NH3, H2S, CH4… Trên vùng yếm khí, vùng yếm khí tùy tiện và hiếu khí với khu hệ vi sinh rất phong phú gồm các giống Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium,… vi sinh vật phân giải chất hữu cơ thành nhiều chất trung gian khác nhau, sản phẩm tạo thành sau khi phân huỷ lại được rong tảo sử dụng

Căn cứ vào đặc tính tồn tại, tuần hoàn của các vi sinh vật và cơ chế xử lý mà

ta phân biệt ba loại hồ sau: hồ hiếu khí, hồ tùy nghi, hồ kỵ khí

b Cánh đồng tưới và bãi lọc

Việc xử lý sinh học được thực hiện trên những cánh đồng tưới và bãi lọc là dựa vào khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua màng lọc Nhờ có oxy trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hoạt động hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn Càng sâu xuống lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn giảm dần Nên cánh đồng tưới và bãi lọc chỉ được xây dựng ở những nơi có mạch nước nguồn thấp hơn 1,5 m so với mặt đất

Cánh đồng tưới và bãi lọc có hai chức năng: xử lý nước thải và bón tưới cây trồng Nhưng trước khi đưa vào cánh đồng tưới và bãi lọc cần phải qua xử lý sơ bộ.

2.3.3.2 Công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo

a Xử lý hiếu khí

+ Bể phản ứng sinh học hiếu khí sinh học Aeroten:

Quá trình hoạt động sống của quần thể vi sinh vật trong Aeroten thực chất là quá trình nuôi vi sinh vật trong các bình phản ứng hay bình lên men thu sinh khối Sinh khối vi sinh vật trong xử lý nước thải là quần thể vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn có sẵn trong nước thải

Bể Aeroten thường có dạng hình khối chữ nhật hoặc hình tròn Thường hiện nay nguời ta dùng Aeroten hình khối chữ nhật Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước

Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aeroten Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ hòa tan Các chất này là nơi vi khuẩn bám vào

để cư trú, sinh sản và phát triển, hình thành các hạt cặn bông Các hạt này to dần và

lơ lửng trong nước Các hạt bông này chính là bùn hoạt tính

Trong nước thải có những hợp chất hữu cơ hòa tan, loại hợp chất dễ bị phân hủy nhất Còn loại hợp chất khó bị phân hủy, các hợp chất chưa hòa tan, khó hòa tan ở dạng keo có cấu trúc phức tạp, cần được vi khuẩn tiết ra enzym ngoại bào phân hủy thành những chất đơn giản, rồi sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxy hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O

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

* Lượng oxy hòa tan trong nước

* Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật

* Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo cho bể Aeroten làm việc có hiệu quả

* Các chất có độc tính trong nước thải ức chế vi sinh vật.

* pH của nước thải

* Nhiệt độ

* Nồng độ các chất lơ lửng

Các loại bể Aeroten: bể Aeroten truyền thống, bể Aeroten nhiều bậc, bể Aeroten có khuấy đảo hoàn chỉnh, bể Aeroten thông khí kéo dài…

+ Mương oxy hoá:

Đây là một dạng cải tiến của Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính chuyển động tuần hoàn trong mương

Nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD20 = 1000 ÷ 5000 mg/l có thể đưa vào xử

lý ở mương oxy hoá Đối với nước thải sinh hoạt thì không cần qua lắng 1 mà có thể cho luôn vào mương [9, tr 175]

Các loại bể lọc sinh học đang được dùng hiện nay: lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc không ngập nước, lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước, lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc là các hạt cố định, đĩa quay sinh học RBC

b Xử lý nước thải phương pháp kị khí sinh học

Là quá trình phân huỷ sinh học yếm khí các hợp chất hữu cơ chứa trong nước thải để tạo thành khí CH4 và các sản phẩm vô cơ kể cả CO2, NH3…

+ Ưu điểm của phương pháp này:

* Nhu cầu về năng lượng không nhiều

* Ngoài vai trò xử lý nước thải và bảo vệ môi trường, quá trình còn tạo ra nguồn năng lượng mới là khí sinh học, trong đó CH4 chiếm tỷ lệ 70 ÷ 75%

* Bùn hoạt tính dùng trong quy trình này có lượng dư thấp, có tính ổn định khá cao, để duy trì hoạt động của bùn không đòi hỏi cung cấp nhiều chất dinh dưỡng, bùn có thể tồn trữ trong thời gian dài.

+ Hạn chế:

* Quá trình nhạy cảm với các chất độc hại, với sự thay đổi bất thường về tải trọng của công trình, vì vậy khi sử dụng cần có sự theo dõi sát sao các yếu tố của môi trường

* Xử lý nước thải chưa triệt để, nên bước cuối cùng là phải xử lý hiếu khí

+ Các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ kị khí:

* Bể mêtan cổ điển: được ứng dụng để xử lý cặn lắng (từ bể lắng) và bùn hoạt tính dư của trạm xử lý nước thải

* Bể lọc kị khí AF: quá trình xử lý nước thải qua vật liệu lọc để vi sinh vật kị khí bám vào và thực hiện quá trình chuyển hóa sinh hóa các hợp chất hữu cơ chứa trong nước thải, đồng thời tránh được rửa trôi của màng vi sinh vật

* Bể lọc UASB với dòng chảy ngược qua bông bùn hoạt tính: ở đây các

vi sinh vật kị khí liên kết và tập hợp lại thành đám lớn dạng hạt và có vai trò chủ yếu để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ Chúng đủ nặng để tránh hiện tượng rửa trôi

ra khỏi công trình Bể UASB có cấu tạo gồm hai ngăn: ngăn lắng và ngăn phân hủy

Bằng biện pháp thiết kế khá đặc biệt của ngăn lắng cùng với tính lắng cao của bùn hoạt tính đã giải quyết được vấn đề lưu lại nồng độ sinh khối bùn cao trong bể và giảm được thời gian lưu nước Ngoài ra, người ta còn phối kết hợp giữa công trình UASB với công trình AF và nhiều công trình khác.

CHƯƠNG 3

CHỌN VÀ THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

3.1 Thành phần và tính chất của nước thải

Nước thải trong công nghiệp sản xuất đường và cồn chủ yếu là nước dùng để làm mát, nước sinh hoạt, nước vệ sinh công nghiệp và vệ sinh thiết bị Nước thải của các công đoạn này có hàm lượng chất hữu cơ cao vì bị nhiễm đường, nhiễm dầu mỡ, xỉ tro, SO2…nên cần phải được xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

Bảng 3.1 Thành phần – tính chất nước thải [11, tr 515].

Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị đo

TCVN 5945/2005(Tiêu chuẩn loại A)

3.3 Dây chuyền công nghệ xử lý

Nước

thải vào Không khí NaOH H2SO4 Không khí

Song

chắn rác

Bùn hồi lưu

Không khí

Clo Hầm bơm tiếp nhận Bể lắng cát Bể điều hòa Bể lắng đợt 1 Bể Aeroten bậc một Bể Aeroten bậc hai Bể lắng 2 bậc 2 Bể khử trùng Bể thu bùn 2 Bể nén bùn Máy ép bùn Bể lắng 2 bậc một Bể thu bùn 1 Bể UASB Hố thu cát Không khí

Nước tách bùn

Sân phơi bùn

Bùn hồi lưu Rác

Thải ra nguồn tiếp nhận

Hình 3.1 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải

Ghi chú: Nước thải

BùnHoá chấtKhông khí

3.4 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

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

3.4.1 Song chắn rác

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

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

Sau khi qua song chắn rác thì BOD5, SS của nước thải giảm 4% và nước thải

sẽ được đưa đến bể tập trung

3.4.2 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 được bơm bơm đến bể lắng cát

3.4.3 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 huỷ trong nước thải

Ở đây chọn bể lắng cát sục khí ngang hình chữ nhật dài trên mặt bằng, có

nhiệm vụ loại bỏ cặn thô nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại,… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cân nặng ở các công trình xử lý sau Đồng thời do nước thải nhà máy đường và cồn có hàm lượng chất hữu cơ cao nên việc có hệ thống thổi khí sẽ giảm sự lắng đọng các chất bẩn trong đường ống, kênh mương dẫn…, giảm số lần xúc rửa và đặc biệt là ít bị thối rữa

Cát sau khi tách sẽ được chuyển đến hố thu cát

Nước thải sau khi qua bể lắng cát có BOD, SS giảm 5% sẽ tiếp tục được đưa đến bể điều hòa là công trình không thể thiếu trong bất kỳ một hệ thống xử lý nước thải nào

3.4.4 Bể điều hoà

Bể điều hoà dùng để điều hoà lưu lượng nước thải, tạo chế độ làm việc ổn định, đồng thời điều chỉnh pH của nước thải về giá trị thích hợp cho các công trình phía sau, tránh hiện tượng quá tải Ở đây, bổ sung HCl (hoặc H2SO4) vào nước thải

để hạ pH trong nước xuống pH mong muốn nhằm tạo điều kiện để hiệu quả xử lý của bể kỵ khí tiếp xúc là tốt nhất Nước thải lúc vào có pH = 4 ÷ 9 và sau khi qua bể điều hòa đạt pH = 6,5 ÷ 7

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 mùi hôi.+ 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 trong nước thải, tăng hiệu suất lắng nước thải ở các công đoạn sau

Nước thải sau khi qua bể điều hòa có BOD5 giảm 25% sẽ tiếp tục được đưa đến bể bể lắng ly tâm đợt 1

thu đặt xung quanh thành bể và được dẫn ra ngoài Khi nước thải dâng lên thân bể

và đi ra ngoài thì cặn thực hiện chu trình ngược lại Cặn được hệ thống thanh gạt cặn gom lại và đưa xuống giếng cặn

Bể lắng ly tâm đợt 1 có thể loại bỏ được 50%÷70% chất rắn lơ lửng [11, tr 430]

và 30% ÷ 40% COD [8, tr 72].

3.4.6 Bể phân hủy kỵ khí UASB

Trong bể UASB sẽ diễn ra hai quá trình: lắng trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men kỵ khí lượng cặn giữ lại Quá trình tách các chất lơ lửng trong nước thải diễn ra theo nguyên lý lắng trong nước thải được dẫn vào phía dưới phân phối đều và chuyển động lên trên Khi qua tầng cặn lơ lửng ngoài các chất không tan được giữ lại, một số chất hữu cơ hòa tan bị phân hủy dưới sự tham gia của các VSV

kỵ khí Nhóm VSV này sẽ cắt mạch các hợp chất phức tạp như: protein, cellulose, polysaccharide… có trong nước thải thành những đơn phân tử có khả năng hòa tan như acid amin, acid bay hơi… Trong quá trình lên men các chất khí được sinh ra như: CH4, H2S, CO2, NH3

Hiệu quả khử COD, BOD của bể UASB là ECOD = 75%, EBOD = 80%

Từ bể UASB, nước thải sẽ đi đến bể thông khí sinh học Aeroten

3.4.7 Bể Aeroten bậc 1

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 nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí từ dưới đáy bể lên nhằm tăng cường lượng oxy hoà tan, tăng khả năng khuấy trộn môi trường và tăng hiệu quả quá trình 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

Hiệu quả khử BOD, COD, của bể Aeroten bậc 1 là EBOD = 50%, ECOD = 80% (sau lắng 2 bậc 1)

3.4.8 Bể lắng ly tâm đợt 2 bậc một

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

bể lắng ly tâm đợt 1 Bể lắng ly tâm 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 bậc 1 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 Aeroten bậc 2

Hiệu quả khử SS của bể lắng 2 bậc 1 là ESS = 50%

Nước thải vào bể sẽ chảy theo đường dích dắc qua các ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo với nước thải, tạo ra ion OCl- và oxy nguyên tử là các chất oxy hoá mạnh có khả năng tiêu diệt vi khuẩn

3.4.12 Bể chứa bùn

Sử dụng 2 bể chứa bùn, bể này có 2 ngăn: 1 ngăn chứa bùn dư và 1 ngăn chứa bùn tuần hoàn

3.4.14 Máy ép bùn

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

3.4.15 Sân phơi bùn

Có chức năng tương tự máy ép bùn (nhưng được sử dụng khi trời không mưa)

CHƯƠNG 4

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Các số liệu ban đầu:

- Công ty đường sản xuất đường và cồn từ mật rỉ

- Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm: Qtb.ng = 4200 m3/ng.đ

- Lưu lượng nước thải giờ lớn nhất: Qmax.h = 390 m3/h

- Lưu lượng nước thải trung bình giờ: Qtb.h =

24

.ng tb Q

= 24

4200 = 175 m3/h

- Lưu lượng nước thải giây lớn nhất: Qmax.s =

3600

.

max h Q

= 3600

390 ≈ 0,11 m3/sTrạm xử lý làm việc 3 ca (24h/24h), vậy lưu lượng bơm bằng lưu lượng trung bình giờ: Qb = Qtb.h = 175 m3/h

Thành phần và tính chất của nước thải như trong bảng 3.1

4.1 Tính toán, thiết kế các thiết bị chính

Kích thước mương đặt song chắn:

Chọn tốc độ dòng chảy trong mương νm = 0,5 m/s [Bảng 12.2-11, tr 516].Chọn chiều rộng mương Bm = 0,5 m [Bảng 12.3-11, tr 516]

Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bẩn là: H = 0,7 mSuy ra kích thước mương: rộng × sâu = Bm × Hm = 0,5 m × 0,7 m

Vậy chiều cao lớp nước trong mương là:

0, 43

3600 3600 0,5 0,5

h m

m

Q h

× × × × m [ 11, tr 412].Chọn kích thước thanh: rộng × dày = bsc × dsc = 5 mm × 20 mm và khe hở giữa các thanh là wsc = 20 mm

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 = bsc × n + wsc × (n + 1) [ 11, tr 412]

500 = 5 × n + 20 (n +1)Giải ra được: n = 19,2 Chọn n = 20 thanh

Khi đó khoảng cách giữa các thanh điều chỉnh lại như sau:

500 = 5 × 20 + wsc × (20 + 1)Vậy wsc = 19,05 mm

Tổn thất áp lực qua song chắn:

Tổng tiết diện các khe song chắn, Asc:

Asc = [B – (b × n)] × hm [11, tr 414]

Trong đó:

Bm: chiều rộng mương đặt song chắn rác, m

bsc: chiều rộng thanh song chắn, m

n: số thanh

hm: chiều cao lớp nước trong mương, m

Vậy Asc = [0,5 – (0,005 × 20)] × 0,43 = 0,17 m2.Vận tốc dòng chảy qua song chắn:

max. 0,11

0,650,17

s sc

sc

Q v A

Tổn thất áp lực qua song chắn:

2 21

0,7 2

sc m k

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

νm: vận tốc dòng chảy trong mương, m/s

g: gia tốc trọng trường; g = 9,81m/s2.Vậy

1 0,65 0,5

0,01 100,7 2 9,81

Chọn chiều cao hữu ích hh = 3,5 m

Chiều cao an toàn lấy bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng hf = 0,7m

Vậy chiều cao tổng cộng: Hh = hh + hf = 3,5 + 0,7 = 4,2 m

Chọn chiều rộng bể: Bh = 5 m

Suy ra chiều dài bể: 97,5 5,57

5 3,5

b h

Vậy kích thước của bể: Lh × Bh × Hh = 5,57m × 5m × 4,2m.

5 Cửa dẫn nước ra

- Kích thước bể: Các thông số tính toán bể lắng cát thổi khí thể hiện trong [Bảng 10.6 - 11, tr 455]

Chọn thời gian lưu nước trong bể lắng cát thổi khí tc = 5 phút

Chọn chiều cao hữu ích của bể hc = 2,0 m

5,2

.[14, tr 455]

Như vậy việc chọn kích thước là hợp lý

Lượng không khí cần thiết:

Qckk = qck × Lc = 0,2 × 6,77 = 1,35m3/phútTrong đó:

qck:là cường độ không khí cung cấp trên một mét chiều dài bể

Trong đó:

ngày tb

Q : lưu lượng nước thải trung bình ngày

qco: lượng cát có trong 1000m3 nước thải, chọn qco = 0,15

Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong một ngày đêm:

0,63 1

0,046,77 2, 4

c c lc

hc: chiều cao hữu ích của bể, m

hcbv: chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,4m [14, tr 198]

Hàm lượng chất lơ lửng và BOD5 sau khi qua bể lắng cát giảm 5% [11, tr 123], còn lại:

BOD5 = 2648,64×(100-5)%=2516,21 mg/l

SS = 598,08 ×(100-5)%=568,18 mg/l

Bảng 4.1 Các thông số của bể lắng cát thổi khí

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

6,772,42,44

Lượng cát trung bình sinh ra mỗi ngày Wc m3/ngày 0,63Chiều cao lớp cát trong bể trong một ngày đêm h lc m 0,04

Kích thước bể điều hòa:

Thời gian lưu nước trong bể điều hòa td= 5h.[11, tr 520]

Vậy kích thước của bể điều hòa: Ld × Bd × Hd = 15,56m × 12,5m × 4,8m.

Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa:

Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn:

qdk= × =R V d 0,01 875 8,75× = m3/phút = 8750 l/phút

Trong đó:

R: Tốc độ khí nén, chọn R = 10 l/m3.phút = 0,01 m3/m3.phút [11, tr 412]Chọn đĩa khuếch tán plastic xốp cứng bố trí một phía theo chiều dài bể với lưu lượng khí rd = 250 l/phút.cái [bảng 9.8 – 11] Vậy số đĩa phân phối khí:

8750

35250

dk d d

q n r

Hàm lượng BOD5 sau khi qua bể lắng cát giảm 25% [11, tr 522], còn lại:2516,21 ×(100-25)%=1887,16 mg/l

Bảng 4.2 Các thông số tính toán của bể điều hoà

15,5612,54,8Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn qdk m3/phút 8,75

Lưu lượng khí mỗi đĩa khuyếch tán rd l/phút.cái 250

4.1.5 Bể lắng đợt 1

Cấu tạo:

Hình 4.4 Cấu tạo bể lắng.

1 Ống dẫn nước thải vào 2 Hệ thống thanh gạt cặn

3 Hành lang công tác 4 Tấm chắn hướng dòng

Hltt = 60% × hl = 0,6 × 3,3 = 1,98m [11, tr 429]

Kiểm tra lại thời gian lưu nước bể lắng:

l l

tb ng

l S

l

Q L

Mltươi = SS ×Q tb ng. × El = 568,18 × 4200 × 0,66 = 1574994,96 gSS/ngày ≈ 1574,99 kgSS/ngày.[11, tr 430]

Trong đó:

SS = 568,18mg/l, là hàm lượng cặn lơ lửng

Bùn tươi của nước thải thực phẩm có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm = 95%), tỉ

số VSS : TSS = 0,75 và khối lượng riêng bùn tươi 1,053kg/l [11, tr 430]

Vậy lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý là:

Hiệu quả khử COD của bể lắng 1 là 30% ÷ 40% [8, tr 72] Chọn 35%

Vậy hàm lượng COD còn lại: 5200 ×(1-0,35) ×100% = 3380 mg/l

Vậy hàm lượng cặn lơ lửng đầu ra: 568,18 × (1-0,66) × 100% = 193,18 mg/l Bảng 4.3 Các thông số thiết kế và tính toán bể lắng ly tâm đợt 1

2,311,98Kích thước bể lắng:

11,574,5

Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngăy Mltươi kgSS/ngăy 1574,99Lượng bùn tươi có khả năng phđn huỷ

Lượng bùn tươi cần xử lý Qltươi m3/ngăy 29,91

3 4 5

6

7 Nước ra Hổn hợp khí CH 4

Hình 4.5 Sơ đồ cấu tạo bể phản ứng kỵ khí UASB

1.Cửa tuần hoàn cặn 5 Máng thu nước

2.Tấm chắn khí 6 Ống dẫn khí

3 Cửa dẫn hỗn hợp bùn nước 7 Ống dẫn nước ra

sau khi tách khí đi vào ngăn lắng 8 Ống xả bùn

4 Vùng lắng cặn

Tính toán:

Nồng độ COD vào bể UASB là 3380 mg/l

Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân hủy kỵ khí từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30 kg SS/m3

- Tỷ lệ: MLVS : MLSS của bùn trong bể UASB = 0,75

- Tải trọng bề mặt phần lắng 12 m3/m2.ngày

- Ở tải trọng thể tích Lo = 3 − 5 kg COD/m3.ngày, hiệu quả khử COD đạt 75% và BOD5 đạt 80% Chọn Lo = 5 kg COD/m3.ngày [Bảng 12.9−11, tr 521]

- Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu có TS = 7%

- Y = 0,04 g VSS/g COD, kd = 0,03 ngày-1, θc = 50 ngày

Y: hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc nước thải, mg/mg (tỉ số khối lượng tế bào hình thành / khối lượng cơ chất sử dụng, được xác định trong bất cứ thời gian của pha tăng trưởng lũy tiến logarit)

kd: hệ số phân hủy nội bào

c

θ : thời gian lưu bùn

[Tham khảo kết quả thực nghiệm trên mô hình pilot – 11, tr 519]

+ Diện tích bề mặt phần lắng:

u tb.ng

A

QAL

tb.ng o COD

Q CL

ur

= , m3 [11, tr 461]

Co: hàm lượng COD vào bể UASB, Co = 3380 mg/l

LCOD: tải trọng thể tích, kg COD/m3.ngày, LCOD = 5 kg COD/m3.ngày

u u

A W

n

= = = m [11, tr 462]

n: số đơn nguyên+ Chiều cao phần phản ứng:

2839, 2

8,11350

ur u u

V H A

= = = m [11, tr 462]

Chọn chiều cao phần thu khí hp = 2m; chiều cao bảo vệ hubv = 0,3m

Vậy chiều cao tổng cộng của bể UASB:

Aukh: diện tích khe hở giữa các phễu thu khí

Aup: diện tích đáy phễu thu khí

Giá trị Aukh/Au cho phép trong khoảng 15 ÷ 20 % [11, tr 462]

6,61 6,61 2 6,61 2,8

100 15, 286,61 6,61

ukh u

A A

(Thỏa mãn trong khoảng cho phép 15 ÷ 20%) [11, tr 462]

+ Mỗi đơn nguyên có 12 ống phân phối vào, diện tích trung bình cho mỗi

đầu phân phối:

+ Hàm lượng COD và BOD của nước thải sau xử lý kỵ khí:

CODra = (1 - ECOD) × CODvào [11, tr 463]

= (1 - 0,75) × 3380 = 845mgCOD/l BOD5 ra = (1 – EBOD) × BODvào

Hàm lượng BOD sau khi qua song chắn rác, bể lắng cát sục khí và bể lắng đợt 1 là 1887,16

BOD5 ra = (1 - 0,8) × 1887,16 = 377,43mgBOD5/l

ECOD,EBOD: hiệu quả khử COD & BOD5

+ Lượng sinh khối hình thành mỗi ngày:

Y: hệ số sản lượng tế bào, Y = 0,04 g VSS/g COD

Suo : hàm lượng COD vào bể UASB, Suo = 3380 mg COD/l

Su: hàm lượng COD ra khỏi bể UASB, Su = 845 mg COD/l

θc: thời gian lưu bùn, θc = 50 ngày

kd: hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,03 ngày -1

.

tb ng

Q : lưu lượng trung bình ngày của nước thải, Q tb ng. = 4200 m3/ngày

[ ]

0,04 3380 845 4200

170,35(1 0,03 50) 1000

[(

84,350

V : thể tích khí Methane sinh ra trong điều kiện chuẩn (0oC và áp suất 1atm)

Qb: lưu lượng bùn vào bể kỵ khí, m3/ngày

Pux: sinh khối tế bào sinh ra mỗi ngày, kg SS/ ngày

350,84: hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí Methane sản sinh từ 1 kg BODL

chuyển hoàn toàn thành khí Methane và CO2, lít CH4/kg BODL

4

CH

V = 350,84×[(3380 - 845)g COD/m3×4200m3/ngày × 1kg/1000g – 1,42 × 170,35 kg VS/ngày

= 3650526,34 l/ngày

+ Lượng bùn dư phải bơm ra trong mỗi ngày:

0,75

ux uW

SS

P Q

C

=

× , m3/ngày [11, tr 464]

Pux : lượng sinh khối hình thành mỗi ngày, kg VS/ngày

CSS : lượng bùn nuôi cấy ban đầu, CSS = 30kg SS/m3

3

170,35 / ngày

7,570,75 / 30 /

uW

kgVS Q

Bảng 4.4 Các thông số tính toán bể UASB

- Chiều rộng wu m 2,8

Lượng sinh khối hình thành Pux kg VS/ngày 170,35Thể tích khí CH4 sinh ra V CH4 l/ngày 3650526,34

Lượng chất rắn từ bùn dư MuSS kg SS/ngày 227,1

6

L

Hình 4.6 Cấu tạo bể Aeroten

1 Ống dẫn nước thải vào 4 Ống dẫn khí nhánh

2 Ống dẫn bùn tuần hoàn 5 Đĩa phân phối khí

3 Ống dẫn khí chính 6 Ống dẫn nước thải ra

Nước thải vào Nước ra