Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia

Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải

nhà máy bia

Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Ngọc Tú

CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

I: LỜI MỞ ĐẦU

II: NỘI DUNG

III: KẾT LUẬN

I Lời mở đầu:

- Việt Nam nằm trong danh sách 25 nước uống bia nhiều nhất thế giới, đứng thứ 3 châu Á và dẫn đầu khu vực Đông Nam Á

- Việt Nam có hơn 400 nhà máy bia và 30 thương hiệu bia quốc tế

- Vấn đề về môi trường bởi các loại chất thải sản xuất, đặc biệt là nước thải có độ ô nhiễm cao

- Nước thải ô nhiễm hữu cơ rất cao có khả năng đe dọa nghiêm trọng đến thủy vực đón nhận nếu không được

xử lý

Đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia”.

II Nội dung :

1 Tổng quan về nước thải của nhà máy bia

1.1 Quy trình sản xuất:

- Nước thải từ quy trình sản xuất bao gồm:

+  Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường

+ Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác.

+  Nước rửa chai và két chứa.

+ Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tàng trữ.

+ Nước thải từ nồi hơi

+ Nước thải từ hệ thống làm lạnh.

+ Nước vệ sinh sinh hoạt.

1.2 Đặc tính của nước thải:

- Lượng nước thải rất lớn chứa nhiều chất hữu cơ (tinh bột, xenluloza, các loại đường, axít, các hợp chất phốt pho, nitơ ), pH cao, nhiệt độ cao.

- Lưu lượng và đặc tính dòng nước thải biến

đổi theo quy mô, sản lượng và mùa sản xuất.

Tóm tắt đặc trưng nước thải của công nghiệp sản xuất bia:

2 Các công nghệ xử lý nước tải nhà máy bia hiện hành

Nước thải nhà máy bia

Mô hình 2

bậc: UASB

và Aerotank

Mô hình MBBR

2.1 Mô hình xử lý 2 bậc: UASB và Aerotank

* Phân tích ưu, nhược điểm:

+ Lượng bùn tạo ra ít, thu được khí biogas có giá trị kinh tế

+ Hệ thống vận hành tự động, điều hành đơn giản

* Nhược điểm:

+ Hệ thống hoạt động liên tục nên khi xảy ra sự cố rất khó khắc phục, ảnh hưởng đến quá trình xử lý.+ Thời gian xử lý lâu

+ Cần có thời gian thích nghi trong các bể xử lý

sinh học

2.2 Mô hình MBBR

* Phân tích ưu, nhược điểm:

+ Diện tích đất sử dụng tối thiểu

+ Công trình thiết kế dạng modul, dễ mở rộng, nâng công suất xử lý

3.Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia:

3.1 Lựa chọn quy trình công nghệ:

- Lựa chọn công nghệ xử lý theo mô hình 2 bậc:

UASB và Aerotank

- Để phù hợp với nội dung môn học, giới hạn lại

hệ thống xử lý:

Bùn tuần

3.2 Tính toán các công trình đơn vị

* Các số liệu giả định:

Lưu lượng thiết kế: Q tkế = 150m3/ngđ

Lưu lượng trung bình giờ: tb

h

Q = 1500/24 = 62,5(m3/h) Lưu lượng trung bình giây: tb

s

Q = (1500  103)/24  360 = 17,36 (  / s) Theo TCXD 51-84, ứng với tb

s

Q = 17,36  / s ta có k ch = 2,42 Lưu lượng lớn nhất giờ: Qmax Q tb k ch 62 , 5 2 , 42 151 , 25 (m3 /h)

Thông số Đầu vào hệ thống xử lý (mg/l)

3.2.1 Song chắn rác

 Nhiệm vụ: Có chức năng chắn giữ những rác bẩn

thô, nhằm đảm bảo đảm cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định

 Sơ đồ thiết kế

 Số khe hở giữa các thanh

 Chiều rộng tổng cộng của thanh chắn

Bs =b*n+S(n-1)

S : chiều rộng của mỗi thanh chắn là 0.01m

=> B S = 0.23m

 Tính toán song chắn rác thô

Q: Lưu lượng nước thải là 151,25m 3 /h=0.042m 3 /s

Vs: Vận tốc qua song chắn với Qmax là 0.6 m/s

b : Chiều rộng khe hở giữa các thanh là 30 mm

h :Chiều sâu lớp nước qua song chắn 0.4 m

=> n=6 ( khe hở)

Số thanh chắn rác là n-1=6-1= 5 (thanh)

 Độ giảm cột nước sau song chắn

Trong đó:

hL : Độ giảm cột nước, m C: Hệ số thải theo kinh nghiệm do dòng chảy rối

và tổn thất do các cạnh song chắn.(Chọn C=0,7 ) V: Vận tốc chảy thực của dòng nước qua khoảng

hở giữa các song chắn ( V= 0,9 m/s) v: Vận tốc gần đúng của dòng chảy ở kênh dẫn nước ( v=0,6 m/s )

=> l 1 = 0,076 (m)

Tính toán song chắn rác mịn.

 Số khe hở giữa các thanh

Q: Lưu lượng nước thải là 0,042 m 3 /s

Vs: Vận tốc qua song chắn với Qmax là 0.6 m/s

b : Chiều rộng khe hở giữa các thanh là 5 mm

h :Chiều sâu lớp nước qua song chắn 0.4 m

 Độ giảm cột nước sau song chắn

Trong đó:

hL : Độ giảm cột nước, m C: Hệ số thải theo kinh nghiệm do dòng chảy rối

và tổn thất do các cạnh song chắn.(Chọn C=0,7 ) V: Vận tốc chảy thực của dòng nước qua khoảng

hở giữa các song chắn ( V= 0,9 m/s) v: Vận tốc gần đúng của dòng chảy ở kênh dẫn nước ( v=0,6 m/s )

=> l 1 = 0,467 (m)

3.2.2 Hố thu gom

 Nhiệm vụ: Thu nước từ nguồn thải giúp các công trình

sau đạt hiệu quả tốt hơn

 Thể tích hố thu

V=Q*t Trong đó:Q: Lưu lượng nước thải =62,5m3 /h

Thời gian lưu: 30 phút = 0,5h

V= 31,25 (m 3 )

Chọn chiểu cao h= 3(m) Chiều cao bảo vệ hbv = 0.5m Chiều cao của bể: H= h + hbv = 3 + 0.5 = 3.5(m) Chọn bể hình vuông

Kích thước bể: a × a × H = a 2 × H = 31.25 m 3

=> a = 3(m)

STT Tên thông số Đơn vị Số liệu

thiết kế

4 Thể tích hố thu m 3 31.25 Bảng thông số thiết kế hố thu

gom

3.2.3 Bể điều hòa

 Nhiệm vụ:

• Ổn định lưu lượng và chất lượng dòng khắc phục nhữngvấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây

ra và nâng cao hiệu suất các quá trình xử lý nước thải sau

• Điều hòa lưu lượng và nồng độ chất hữu cơ, tránh cặnlắng và làm thoáng sơ bộ và oxy hóa một phần các chất

bẩn hữu cơ

 Tính thể tích tích lũy theo từng giờ(Vv)

V v =V v (t-1) +Q t , m 3

Trong đó :

Vv : Thể tích tích lũy vào bể tại thời điểm t, m 3

Vv (t-1):Lưu lượng tích lũy vào bể tại thời điểm t-1, m 3

Q1: Lưu lượng thải tại giờ tình toán, m 3 /h.

 Thể tích tích lũy bơm đi:

Q b = Q tb t , m 3

Trong đó :

Qtb Lưu lượng bơm đi trung bình, m 3

t: thời gian tính toán,h

 Thể tích thay đổi thực theo từng giờ

Q=V v - Qb , m 3

Thời gian lưu của bể là t=

V

Q

=

5, 267

Thể tích thực xây dựng: V= B x L x H= 297 (m3)

STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế

4 Thời gian lưu nước h 5,6

Bảng Các thông số thiết kế bể điều

hòa

3.2.4 Bể UASB

 Nhiệm vụ:

Xử lý bằng phương pháp kị khí là phương pháp được ứng dụng để xử lý các loại chất thải có hàm lượng hữu cơ tương đối cao, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản sinh năng lượng mới

 Vn =

8

) 412 ,

0 645 ,

1 (

1500   = 232 (m3)

Tra bảng được Lorg = 8 kgCOD/m3 ngày

* Thể tích lý thuyết của bể UASB được xác định theo công thức :

V n =

org

L

S) - So (



Q

Thông số

Đầu vào bể UASB

5 ,

62 = 56,82 (m2)

* Chiều cao tổng thể của bể UASB được xác định theo công thức :

22 ,

381 = 6 (giờ)

* Tính toán lượng bùn sinh ra:

chọn thời gian lưu T = 60 ngày

Chọn hệ số sản lượng tế bào : Y = 0,07 kg VSS/kg COD loại bỏ

Lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày

M b = Y * Q *(S O - S)

 Mb = 0,07 * 1500 *(1,645 - 0,412 ) = 129,47 (kgVSS/ngày)

Theo sách “Anaerobic Sewage Treatment” thì 1 m3 bùn tương ứng với 260 kgVSS

Q bùn = Mƿ = bìn 129,47260 = 0,5 (m3/ngày ) Thể tích bùn sinh ra trong 1 tháng là:

V bùn/1 tháng = 0,5 × 30 = 15 (m3 )

Thời gian lưu bùn đã chọn ở trên là :

T = 60 (ngày ) = 2 tháng Thể tích bùn sinh ra đã chọn tháng :

4 Thời gian lưu nước t h 6

5 Thời gian lưu bùn T ngày 60

6 Lượng bùn xả sau T m 3 30

Bảng Các thông số thiết kế bể UASB

3.2.5 Bể Aerotank

 Nhiệm vụ:

Phân hủy các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nhờ

vi sinh vật hiếu khí, để giảm tải lượng ô nhiễm đến mức độ đạt yêu cầu.

- Giả sử chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra chứa 70% là chất dễ phân hủy sinh học.

+ Nồng độ VSS trong bùn hoạt tính ở bể Aerotank: X = 3000mg/l

+ MLVSS : MLSS = 0,7

+ Thời gian lưu của bùn: θ c = 5 – 15 ngày

+ Tải trọng thể tích: 0,8 – 1,92( kg BOD 5 /m3.ngày)

+ BOD 5 : BOD 20 = 0,68

+ Nồng độ VSS trong bùn hoạt tính tuần hoàn: 7000mg/l

* Tính BOD 5 hòa tan trong nước thải đầu ra

Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học đầu ra:

0.7 × 30 = 21(mg/l) BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra:

21×1,42mg O2tiêu thụ/mg tế bào bị oxy = 29,82(mg/l) BOD 5 của chất rắn lơ lửng đầu ra:

29,82 × 0,68 = 20,3( mg/l) BOD 5 hòa tan trong nước ở đầu ra:

S = 30 – 20,3 = 9,7 (mg/l)

* Xác định hiệu quả xử lý E:

Hiệu quả xử lý BOD 5 hòa tan:

E = S0 −S

𝑆𝑜 × 100 = 202,5−9,7202,5 × 100 = 95,2% Hiệu quả xử lý tổng cộng:

Yb =

* Tính toán lưu lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày

Tốc độ tăng trưởng của bùn :

Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử B O D 5 (M LV SS)

P x (V SS) = Y b × Q ×(S 0 – S)= 0,333 × 1500 × 10-3×(202,5 –9,7) = 96,5( kgV SS/ngày)

* Xác định lưu lượng bùn thải Qwa

* Xác định lượng bùn tuần hoàn

Lượng bùn cần tuần hoàn được xác định theo công thức :

Qr = Q 𝑋𝑋

𝑟 −𝑋

 Q r = 1500 7000−30003000 = 1125 (m3/ngày)

* Xác định thời gian lưu nước của bể aerotank

* Xác định lượng oxy cần cung cấp cho bể aerotank

Lượng oxy yêu cầu trong quá trình xử lý được xác định theo công thức:

f: hệ số chuyển đổi từ BOD 5 sang BOD 20 : f = 0.68

P x là lượng bùn sinh ra trong 1 ngày: P x = 96,5 kgV SS/ngày

 KgO2 /d = 15001000(2020,5,68 9,7) - (1,42  96,5) = 288,27(kg/ngày)

STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế

7 Lượng oxy cần cung cấp kg/ngày 288,27

Bảng Các thông số thiết kế bể Aerotank

3.2.6 Bể lắng bùn

•Lắng toàn bộ lượng bùn sinh ra ở bể aerotank

• Tuần hoàn lại 1 lượng bùn hoạt tính quay trở lại bể aerotank giúp quá trình oxy hóa trong bể luôn ổn định

• Nước thải đi qua bể lắng đạt tiêu chuẩn cho phép để thải vào nguồn thải sau khi đi qua khử trùng

 Đường kính ống trung tâm:

d= 25%.D = 25%.11= 2,75 (m)

 Chọn chiều sâu hữu ích của bể hhi = 3,5m

Chiều cao lớp bùn lắng hb = 1,3m

Chiều cao bảo vệ hbv =0,5m

Chiều cao tổng cộng của bể lắng là

Chiều dài máng thu:

STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế

8 Thời gian lưu bùn h 2,56

Bảng Các thông số thiết kế bể

lắng

III Kết luận :

- Nước thải nhà máy bia là một trong những loại nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm.

- Cần phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải.

- Nước thải nhà máy bia có tính chất đặc trưng là nồng

độ chất hữu cơ rất cao vì vậy trong công nghệ xử lý đòi hỏi hệ thống phải có bể phân huỷ chất hữu cơ.

- Bể UASB và bể Aerotank có khả năng phân huỷ chất hữu cơ với hiệu suất cao và xử lý được đến tiêu chuẩn cho phép nên được quan tâm đến trước tiên trong hệ thống