Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản

Trong các nguồn phát sinh chất ô nhiễm từ quá trình chế biến thủy sản, nước thải là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường bởi phát sinh thể tích nước thải lớn có nồng độ chất ô n

Lời mở đầu.

Chế biến thủy sản là một ngành công nghiệp quan trọng và có tốc độ tăng trưởng nhanh

ở nước ta Trong vòng 20 năm qua ngành thủy sản luôn duy trì tốc độ tăng trưởng ấn tượng từ 10-20% (INEST, 2009) Cùng với việc đóng góp vào giá trị GDP của đất nước, công nghiệp chế biến biến thủy sản cũng giải quyết công ăn việc làm cho một lượng lớn người lao động

Tuy nhiên, bên cạnh các lợi ích kinh tế mà ngành đem lại thì đây cũng là một ngành công sản xuất gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường Ảnh hưởng của công nghiệp chế biến thủy sản đến môi trường rất đa dạng, không chỉ phụ thuộc vào loại hình chế biến mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như quy mô sản xuất, kĩ thuật công nghệ, sản phẩm, nguyên liệu, mùa vụ

Trong các nguồn phát sinh chất ô nhiễm từ quá trình chế biến thủy sản, nước thải là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường bởi phát sinh thể tích nước thải lớn có nồng

độ chất ô nhiễm cao Đây là loại chất thải cần có công nghệ xử lý thích hợp trước khi thải ra môi trường nhằm hạn chế những tác động xấu tới thiên nhiên và sức khỏe con người Chính vìvậy em xin chọn đề tài “ Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản” làm đề tài môn học Đồ án III

Chương I: Giới thiệu công nghệ sản xuất và phương án xử lý.

I Quy trình công nghệ chế biến thủy sản.

Máu, nội tạng, vụn thịt, xương

Nước thải lẫn máu, vụn thịt, xương, dịch

Nước thải lẫn các chất hữu

cơ từ nguyên liệu, clorin

Nước ngưng, nước làm mát

Nước ngưng, nước làm mát

Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nguyên liệu đầu vào được đem đi rửa bằng nước trong các bồn rửa rồi được đem đi cân và phân loại nhằm mục đích tạo ra các sản phẩm đồng nhất phục vụ cho các công đoạn tiếp theo Thủy sản sau khi phân loại sẽ được đem đi sơ chế: đánh vẩy, lột vỏ, lấy nội tạng, Kết thúc công đoạn sơ chế, sản phẩm tiếp tục được rửa lại và đem đi cân, phân loại Sau đó, thủy sản được rửa lại một lần cuối trước khi xếp vào khuôn đem đi cấp đông rồi đưa vào kho bảo quản

II Các chất thải từ quá trình chế biến.

II.1 Nguồn gốc các chất thải.

)1 Chất thải rắn.

_ Xác thủy sản kém chất lượng bị loại bỏ

_ Các loại vỏ, vẩy, nội tạng, từ quá trình sơ chế

_ Nước rửa nguyên liệu

_ Nước rửa thiết bị

II.2 Đặc tính và thành phần của nước thải.

ra từ quá trình phân hủy các bộ phận dư thừa của quá trình sản xuất như vây, nội tạng, vỏ

Thành phần chủ yếu của nước thải bao gồm:

_ Chất thải rắn: các bộ phận dư thừa, nôi tạng Các chất thải này khi vào trạm xử

lý có thể gây tắc nghẽn đường ống

_ Các chất ô nhiễm hữu cơ: tiếp nhận từ nguồn protein và lipit của thủy sản Các chất này có tải lượng lớn, dễ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nếu xả thải không qua xử lý Thành phần ô nhiễm này có khả năng phân hủy sinh học cao

_ Chất ô nhiễm Nitơ, Photpho: gây hiện tượng phú dưỡng nguồn tiếp nhận, gây mùi khó chịu, giảm oxy hòa tan trong nước

2) Thông số các thành phần nước thải.

Bảng 1: So sánh các thông số nước thải của quá trình chế biến thủy sản với giá

trị cho phép [1]

Thông số Đơn vị Giá trị trong nước thải Giá trị cho phép

(QCVN cột B)

5 lần mức cho phép; đặc biệt giá trị COD và BOD5 vượt quá qui chuẩn từ 10-20 lần Nước thải

có khả năng phân hủy sinh học cao thông qua tỷ lệ BOD/COD thường dao động từ 0,6-0,9

II.3 Tác động ô nhiễm tới môi trường.

_ Hàm lượng chất hữu cơ cao làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do các vi sinh vật sử dụng oxy để phân hủy các họp chất hữu cơ đó gây ảnh hưởng tới sự phát triển của các sinh vật trong nước Hàm lượng oxy thấp cũng tạo điều kiện cho quá trình phân hủy yếm khí xảy ra sản sinh các khí độc hại (như H2S, ) gây mùi khó chịu

_ Các chất rắn lơ lửng trong nước thải làm tăng độ đục, hạn chế độ sâu của tầng nước được ánh sáng chiếu xuống gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của các loài thực vật dưới nước.

_ Hàm lượng Nitơ, Photpho cao dẫn tới hiện tượng phú dưỡng, làm bùng nổ sự phát triển của các loài tảo

_ Các sản phẩm phân hủy tạo mùi khó chịu gây ô nhiễm cảnh quan và ảnh hưởng trực tiếpđến công nhân làm việc

_ Môi trường nước thải rất thích hợp cho sự phát triển của các vi khuẩn gây bệnh gây ảnhhưởng tới sức khỏe của con người

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ.

II.1 Các yếu tố cơ bản khi lựa chọn công nghệ xử lý.

_ Công suất trạm xử lý

_ Đặc tính nước thải

_ Tiêu chuẩn nước xả thải

_ Điều kiện mặt bằng xây dựng

_ Chi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng

II.2 Lựa chọn phương án xử lý.

1) Phân tích.

Thành phần nước thải chế biến thủy sản chứa phần lớn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học cao, tỷ lệ BOD5/COD dao động từ 0,6-0,9 Vì vậy phương pháp xử lý sinh học được

áp dụng rất hiệu quả với loại nước thải này

Một đặc điểm cần quan tâm trong nước thải thủy sản đó là hàm lượng dầu mỡ cao Đây là một nguyên nhân chính làm giảm hiệu quả quá trình xử lý sinh học Do đó, công đoạn tiền xử lý nhằm tách dầu mỡ là rất quan trọng trong hệ thống

2) Đề xuất một số phương án.

a) Phương án 1:

 Sơ đồ công nghệ xử lý:

Sơ đồ 2: Công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản 1

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước thải theo hệ thống ống dẫn sẽ đi vào trạm xử lý Trước hết nước thải sẽ đi qua song chắn rác để loại bỏ các chất thải thô có kích thước lớn như xương, vỏ, đầu cá rồi đi vào bể tách mỡ Công dụng của bể tách mỡ là loại bỏ các thành phần dầu mỡ nhẹ có khả năng tự nổi trong nước thải.Váng mỡ trên mặt nước được thanh gạt váng tự động gạt về mương thu mỡ.Sau bể tách mỡ nước tự chảy vào bể điều hòa, do tính chất nước thải thay đổi theo giờ sản xuất nên nhiệm vụ của bể điều hòa là ổn định lưu lượng và nồng độ các chất tạo chế độ làmviệc ổn định cho các công trình phía sau Khí cũng được sục vào nhằm tăng quá trình đảo trộn, đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn bộ bể và không cho cặn lắng trong

bể

Từ bể điều hòa nước thải được bơm sang bể tạo keo, đồng thời được bổ sung chất đông tụ

là phèn nhôm Nước thải từ bể keo tụ chảy sang bể tạo bông, trên đường ống dẫn có châm thêm polyme, trong bể này có sử dụng cánh khuấy nhằm tăng hiệu quả tạo bông Quá trình nàylàm tăng kích thước các bông cặn giúp cho việc lắng các tạp chất lơ lửng dễ dàng hơn

Hỗn hợp nước thải và bông cặn tự chảy sang bể lắng 1, tại đây các bông cặn sẽ lắng xuống đáy bể Lớp bùn cặn sau đó được tháo vào bể chứa bùn, Công đoạn keo tụ, tạo bông và lắng giúp loại bỏ gần như triệt để lượng dầu mỡ ở trạng thái lơ lửng chưa tách được bằng bể tách mỡ, các chất rắn lơ lửng cũng giảm đáng kể

Sau công đoạn tiền xử lý, hàm lượng BOD, COD giảm khoảng 20%; hàm lượng SS loại

bỏ được khoảng 60%

Dòng thải từ bể lắng cấp 1 tự chảy vào bể UASB để thực hiện quá trình xử lý sinh học kỵkhí Tại bể UASB các vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thành các chất vô cơ đơn giản và khí biogas Hiệu suất xử lý của bể UASB tính theo COD, BOD là 65-95%

Nước thải sau khi xử lý trong bể UASB đã giảm được một phần COD, BOD tiếp tục được đưa vào bể Aerotank để xử lý hiếu khí Tại bể Aerotank diễn ra quá trình oxi hoá sinh hóa các chất hữu cơ với sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí Trong bể có hệ thống sục khí nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho các vi sinh vật phân giải hiếu khí các chất ô nhiễm

Hỗn hợp nước thải và bùn từ bể Aerotank đến bể lắng thứ cấp Tác dụng của bể lắng thứ cấp là lắng bùn trong nước thải Bùn sau khi lắng sẽ được tuần hoàn một phần về bể Aerotank, phần còn lại đem đến bể chứa bùn và đem đi phơi Nước thải sau bể lắng thứ cấp được khử trùng bằng Clo trước khi thải ra khỏi hệ thống

 Ưu, nhược điểm của phương pháp.

Ưu điểm:

_ Hiệu suất xử lý khá cao

_ Nước thải qua quá trình xử lý đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 11:2008/BTNMT._ Chi phí đầu tư đầu tư xây dựng và lắp đặt thiết bị vừa phải

Nhược điểm:

_ Chỉ xử lý nước thải với công suất vừa và nhỏ

_ Không xử lý được triệt để Nitơ nếu hàm lượng quá cao

_ Điều kiện vận hành tương đối phức tạp

2) Phương án 2:

 Sơ đồ công nghệ xử lý:

Sơ đồ 3: Công nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản 2

Bể chứa bùn thải

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất được dẫn qua song chắn rác thô có kích thước các khe 5mm, tại đây các chất thải rắn như vây, xương, đầu cá đực giữ lại và thu gom Sau đó nước thải này được tập trung về hố thu gom rồi được bơm qua song chắn rác mịn có kích thướckhe 1mm để loại bỏ các chất rắn như vây, xương, dè, thịt cá và một phần mỡ Nước thải từ song chắn rác mịn cho tự chảy vào bể tách mỡ để tách các dầu mỡ nhẹ có khả năng tự nổi trongnước thải Nước thải sau bể tách mỡ được dẫn sang bể điều hòa bằng cách tự chảy

Từ bể điều hòa, nước thải được bơm đến hệ thống xử lý hóa lý bao gồm bể keo tụ và bểtuyển nổi siêu nông nhằm tạo điều kiện tốt cho quá trình tách các chất khó lắng như mỡ cá Nước thải được hòa trộn với phèn nhôm trên đường ống trước khi vào bể keo tụ Polyme được châm vào bể và được khuấy trộn nhờ cánh khuấy nhằm tăng kích thước bông cặn Từ bể keo tụnước được vào thiết bị tạo áp và theo chế độ tự chảy qua bể tuyển nổi siêu nông Tại đây, các bông cặn có kích thước lướn sẽ lắng xuống, các bọt khí mịn lôi cuốn và kết dính các bông cặn nhỏ nổi lên bề mặt.Váng trên bề mặt được thu gom nhờ thiết bị gạt bọt

Sau bể tuyển nổi, nước thải cho tự chảy sang mương oxy hóa Mương oxy hóa làm việctheo chế độ làm thoáng kéo dài với bùn hoạt tính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương Trong mương oxy hóa có 2 vùng: vùng hiếu khí diễn ra quá trình oxy hóa hiếu khí các chất hữu cơ và nitrate hóa; vùng thiếu khí diễn ra quá trình khử nitrate Lượng oxy được cung cấp bởi thiết bị cấp khí bề mặt

Hỗn hợp bùn và nước thải sau mương oxy hóa sẽ chảy sang bể lắng nhằm tách bùn khỏinước thải Nước thải sau khi tách bùn được khử trùng trong bể tiếp xúc Chlorine Bùn trong bể lắng một phần được tuần hoàn lại mương oxy hóa, phần còn lại được đưa đến bể chứa bùn để

xử lý

 Ưu, nhược điểm của phương pháp:

Ưu điểm:

_ Xử lý nước thải với công suất lớn

_ Hiệu suất xử lý cao: COD, BOD, Nitơ được xử lý gần như triệt để

_ Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 11/2008

_ Xử lý nước thải với công suất lớn

Nhược điểm:

_ Diện tích xây dựng lớn

_ Thời gian lưu trong mương oxy hóa lớn nên tiêu thụ nhiều năng lượng cho quá trình cấpkhí.

_ Chi phí vận hành cao

3) Nhận xét và lựa chọn công nghệ.

Mỗi phương án trên đều có những ưu, nhược điểm nhất định.Để lựa chọn phương án thích hợp cần dựa vào công suất cần xử lý, yêu cầu chất lượng dòng thải và chi phí lắp đặt, vậnhành

Với công suất xử lý của đề tài đồ án là 200m3/ngày đêm, chất lượng nước thải sau xử lýđạt chuẩn B của QCVN 11/2008 thì phương án 1 là sự lựa chọn hợp lý nhất

Chương II: Tính toán thiết kế công nghệ

I Thông số đầu vào hệ thống xử lý nước thải.

Bảng 2: Giá trị các thông số nước thải đầu vào hệ thống xử lý.

II Tính toán bể Aerotank.

II.1 Thông số nước thải đầu vào bể

_ Hệ thống tiền xử lý: hiệu suất xử lý BOD, COD: 20% [3]

hiệu suất xử lý SS: 60%

_ Bể UASB: hiệu suất xử BOD, COD : 65% [4]

Như vậy giá trị các thông số trong nước thải đầu vào bể Aerotank:

Bảng 3: Giá trị các thông số nước thải vào bể Aerotank

_ Nhiệt độ nước thải t = 20oC

_ Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào X0 = 0

_ Độ tro của cặn: 0,3 – nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng thứ cấp và cũng là nồng độ cặntuần hoàn: 10000 mg/l [5]

_ Chế độ thủy lực của bể: khuấy trộn hoàn chỉnh

_ Giá trị các thông số động học Y= 0,46 Kd= 0,06/ngày [5]

_ Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khoải bể lắng là 0,3 (70% là cặn bay hơi) [5]_ Nước xử lý xong đạt tiêu chuẩn BOD = 50 mg/l; hàm lượng cặn lơ lửng 30 mg/l gồm 65% là cặn hữu cơ

Ta có: Lượng BOD5 ra= BOD5 cặn + BOD5 hòa tan → BOD5 hòa tan = 50 – 14,54 = 35,46 (mg/l)

d Hiệu quả xử lý theo BOD5 hòa tan:

X

θθ

−+ [5]

Trong đó:

Vr: Thể tích bể (m3)

θc: Tuổi của cặn Chọn θc= 10 ngày

S0: Nồng đồ BOD5 đầu vào S0= 420 (mg/l)

S: Nồng độ BOD5 hòa tan đầu ra S0= 35,46 (mg/l)

X: Nồng độ bùn hoạt tính Chọn X= 3000 (mg/l) [5]

Kd: hệ số hô hấp nội bào Chọn Kd= 0,06 ngày-1

Y: hệ số đồng hóa Chọn Y= 0,46

→ Thể tích của bể Aerotank: Vr = 200 0, 46 10 (420 35.46)

3000 (1 0, 06 10)

× + × = 74,7 (m3)Lấy tròn Vr = 75 (m3)

Chọn chiều cao hữu ích của bể H = 3 (m)

Chiều cao bảo vệ bể hbv = 0,5 (m)

Chiều cao xây dựng của bể Aerotank: Hxd = 3 + 0,5 = 3,5 (m)

Chọn Chiều dài × Chiều rộng = L × B = 7,5 m × 3,5 m

3) Thời gian lưu nước trong bể.

4) Lượng bùn hữu cơ sinh ra khi khử BOD 5

a Tốc độ tăng trưởng của bùn:

b Lượng cặn dư xả ra hàng ngày:

Pxả = Px1 – Q×SSra×10-3 =31,59 – 200×30×10-3 = 25,59 (kg/ngày)( SSra = 30 mg/l : hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra)

θ

−

V: thể tích bể (m3)

X: nồng độ bùn hoạt tính trong bể (mg/l)

Qr: lưu lượng nước đã xử lý ra khỏi bể

Qr = 200 (m3/ngày)

Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã xử lý

Cặn hữu cơ trong nước đã xử lý có 70% là cặn bay hơi⇒Xr = 19,5 × 0,7 = 13,65 (mg/l)

XT: nồng độ bùn hoạt tính (cặn không tro) tuần hoàn

7) Thời gian tích lũy cặn (tuần hoàn lại toàn bộ) không xả cặn ban đầu:

×

= 10 (ngày)

8) Tổng lượng cặn hữu cơ sinh ra.

_ Sau khi hệ thống hoạt động ổn định, lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày:

B = Qxa ×10000 g/m3 = 2,82 × 10000 = 28200 (g/ngày) = 2,82 (kg/ngày)Trong đó lượng cặn bay hơi:

B’ = 0,7×B = 0,7×2,82 = 19,74 (kg)_ Cặn bay hơi trong nước đã xử lý:

B’’ = Q × Xr = 200×13,65 = 2730 (g) = 2,73 (kg)_ Tổng lượng cặn hữu cơ sinh ra:

Q trong đó: QT: lưu lượng tuần hoàn

Qv: lưu lượng nước vào bể, Qv = 200 m3/ngày

× × = 1,12 (kgBOD5/ m3.ngày)

13) Lượng oxy cần thiết.

Lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng oxy cần để làm sạch BOD, oxy hóa NH4+ thành NO3-, khử NO3-

OCo: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20oC

Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ngày)

S0: Nồng độ BOD5 đầu vào (g/m3)

S: Nồng độ BOD5 đầu ra (g/m3)

f: Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD: f = BOD5/COD = 0,75

Px: Phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư = YbQ(S0-S).10-3 = 22,111 (kg/ngày)

1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD

N0: Tổng hàm lượng Nitơ đầu vào (g/m3)

N: Tổng hàm lượng Nitơ đầu ra (g/m3)

4,57: Hệ số sử dụng oxy khi oxy hóa NH4+ thành NO3

-⇒ OC0 = 200 (420 35, 46) 1, 42 22,111 4,57 200 (83 60)

× = 98,6 (kg O2/ngày)

β: hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải lấy β= 1.

Csh:Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ ToC và độ cao so với mặt biển tại nhà máy xử lý

Cs20: Nồng độ oxy bão hòa trong nước, Cs20= 9,08 (mg/l)

Cd: Nồng độ oxy cần duy trì trong công trình Khi xử lý nước thải thường lấy Cd= 1,5-2 mg/lChọn Cd= 2 mg/l

α : Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng và kích thước bể

Với thiết bị làm thoáng loại bọt mịn, chọn α =0,7

OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị

OU= Ou×h với Ou: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo

theo gam oxy cho 1 m3 không khí ở độ sâu 1 m.Với loại bọt mịn, đường kính trung bình: Ou = 7(gO2/m3.m)

h: chiều sâu ngập nước của thiết bị h = 2,9 (m)

III Tính toán thiết bị phụ.

III.1 Đĩa phân phối khí.

Chọn đĩa phân phối khí dạng bọt mịn có các thông số: [5]

_ Đường kính đĩa: 170 mm

_ Diện tích bề mặt: 0,02 m2