Quy trình xử lý, thiết kế và tính toán hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gòn, Quảng Ngãi

Những chất này cùng với các chất hữu cơ có trong nước thải cókhả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý.Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu một số quy trình xử lý

Danh sách phân công công việc

STT Nội dung thực hiện Sinh viên thực hiện Mức độ

tham gia

1 Mô hình xử lý theo 2 bậc

2 Công nghệ XLNT theo mô

3 Công nghệ XLNT theo mô

Trungbình

4 Đề xuất hệ thống XLNT nhà

máy bia Sài Gòn - Quảng Ngãi Nguyễn Mai Trang Khá

5 Tính toán song chắn rác thô và

song chắn rác mịn Ngô Thị Huyền Trang Khá

6 Tính toán bể điều hoà và hầm

MỞ ĐẦU

Bia là một nguồn nước giải khát có từ lâu đời 7000 năm trước côngnguyên đã có ghi chép về sản xuất bia Hiện nay nhu cầu bia trên thế giới

cũng như ở Việt Nam rất lớn vì bia là một loại nước uống mát, bổ, có độ cồnthấp, có độ mịn xốp, có hương vị đặc trưng… Đặc biệt CO2 bão hoà trongbia có tác dụng làm giảm nhanh cơn khát của người uống, nhờ những ưuđiểm này mà bia được sử dụng rộng rãi ở hầu hết khắp các nước trên thế giới

và sản lượng ngày càng tăng

Tuy nhiên, sự tăng trưởng của ngành sản xuất bia lại kéo theo những vấn

đề môi trường như: vấn đề chất thải sản xuất, đặc biệt là nước thải có độ ônhiễm cao Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung

là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường xuyên có màu xám đen và khithải vào các thuỷ vực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sựphân huỷ của các chất hữu cơ diễn ra rất nhanh Thêm vào đó là các hoá chất

sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH,Na2CO3, Những chất này cùng với các chất hữu cơ có trong nước thải cókhả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý.Sau đây chúng ta cùng tìm hiểu một số quy trình xử lý nước thải nhà máybia để thấy rõ hơn điều đó

NỘI DUNG

I CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA

Hiện nay, có 3 công nghệ xử lý nước thải bia đang được áp dụng rộngrãi:

1 Mô hình xử lý theo 2 bậc: UASB + Aerotank

1.1 Sơ đồ mô hình xử lý theo 2 bậc: UASB + Aerotank

Xử lý nước thảinhà máy bia

Mô hình xử lý

theo 2 bậc:

UASB + Aerotank

Công nghệ XLNTtheo mô hình:

UAF và SBR

Công nghệ XLNTtheo mô hình:MBBR

Sơ đồ mô hình XLNT theo 2 bậc: UASB + Aerotank

1.2 Quy trình xử lý nước thải theo mô hình xử lý theo 2 bậc: UASB+Aerotank

+ Nước thải từ các khu vực sản xuất bia được tập trung vào một đườngống, đường ống này sẽ dẫn về hố thu gom, trước khi vào hố thu gom, nướcthải sẽ đi qua song chắn rác để loại bỏ các tạp chất

+ Nước thải sau khi được tập trung về hố thu gom, sẽ được bơm chìmđưa lên bể điều hoà

+ Tại bể điều hoà có bố trí hệ thống phân phối khí nén để sục khí liên tục,mục đích của bể điều hoà là để ổn định lưu lượng, nồng độ, cũng như loại bỏmột phần BOD, COD có trong nước thải, đầu dò pH taị bể điều hoà sẽ chocác giá trị pH của nước thải, căn cứ vào giá trị đó, bơm hoá chất sẽ bơm mộtliều lượng hoá chất thích hợp vào đường ống để điều chỉnh pH nước thải vềtrung tính

+ Từ bể điều hoà nước thải sẽ được đưa lên bể lắng I loại bỏ tiếp các chấtrắn lơ lửng hữu cơ có thể lắng được (hiệu quả lắng có thể đạt được 50-60%)nhằm giảm đi tải trọng hữu cơ cho công trình sinh học phía sau

+ Sau các công trình xử lý cơ học trên các nước thải sẽ đưa sang côngtrình xử lý sinh học: hệ thống bể UASB để thực hiện quá trình xử lý sinhhọc kỵ khí Khí sinh học thu được từ bể UASB sẽ được thu hồi và tái sửdụng cho các mục đích khác

+ Sau khi đã loại bỏ phần lớn BOD, COD tại bể UASB, nước thải theoống thoát nước chảy qua bể trung gian để chuẩn bị cho quá trình xử lý sinhhọc hiếu khí

+ Tại bể trung gian, nước thải được lưu lại nửa giờ sau đó tự động chảysang bể Aerotank.

+ Bể Aerotank có nhiệm vụ thực hiện quá trình xử lý sinh học hiếu khí,tại đây, được bố trí hệ thống phân phối bằng khí nén sục khí liên tục, cungcấp oxi cho quá trình sinh học hiếu khí xảy ra Vi sinh vật sử dụng BOD,COD như là chất dinh dưỡng để tạo sinh khối mới hay còn gọi là bùn hoạttính

+ Hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính sau đó được dẫn qua bể lắng II đểthực hiện quá trình lắng nhằm tách nước và bùn

+ Một phần bùn sẽ được tuần hoàn lại bể Aerotank để đảm bảo lượng bùnhoạt tính trong bể, phần bùn dư còn lại được bơm bùn đưa về bể nén bùnthực hiện quá trình tách nước, giảm độ ẩm một phần trước khi đưa vào máy

ép bùn để ép thành những bánh bùn Trong quá trình bùn được đưa từ bể nénbùn về máy ép bùn, polyme sẽ được thêm vào bùn nhằm hỗ trợ cho quá trình

1.3 Ưu và nhược điểm của mô hình xử lý theo 2 bậc: UASB+Aerotank

* Ưu điểm:

 Hệ thống vận hành tự động, điều hành đơn giản nên không tốnnhiều nhân lực để hệ thống hoạt động.

 Hiệu quả xử lý cao thích hợp với đặc tính nước thải nhà máy bia

 Do kết hợp cả hai phương pháp xử lý yếm khí và háo khí nên giảmđược chi phí cho việc cấp khí

 Lắp đặt hệ thống đòi hỏi kỹ thuật, độ chính xác cao, nếu không khi

đi vào hoạt dộng sẽ xảy ra sự cố

2 Công nghệ XLNT theo mô hình: UAF và SBR

Nước thải ra ngoài

Sơ đồ dây chuyền công nghệ XLNT theo mô hình UAF và SBR

2.1 Bể lọc kị khí vật liệu nổi: UAF (Upflow Anaerobic Floating)

Nước thải Bể điều hoà

kết hợp lắngcát và songchắn rác

Trạm bơmnước thải

Bể lọc khívật liệu nổi(UAF)

Bể Aerotenhoạt độnggián đoạn(SBR)

Bể ủ bùn

- Các loại bể lọc khí là các bể kín, phía trong chứa vật liệu đóng vai trònhư giá thể của vi sinh vật dính bám.

- Các giá thể làm bằng các vật liệu hình dạng, kích thước khác nhau,hoạt động như vật liệu học Các dòng nước thải có thể đi từ dưới lênhoặc trên xuống Các chất hữu cơ được vi khuẩn hấp thụ và chuyểnhoá để tạo thành CH4 và các loại chất khí khác Các loại khí sinh họcđược thu gom tại phần trên bể Khí CH4 và các loại khí sinh học tạothành khác được thu hồi ở phía trên

- Nước thải đưa vào bể có thể phân phối phía dưới hoặc phía trên theo

phép , điều kiện cung cấp nguyên vật liệu tại chỗ… Các loại vật liệulọc, cần đảm bảo độ rỗng lớn (từ 90-300 m3/m2 bể mặt bể) Tổng bềmặt của vật liệu lọc có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ các chấthữu cơ.

- Loại bể này được gọi là bể lọc ngược kị khí vật liệu nổi (UpflowAnaerobic Floating Blanket-UAFB) Đây là loại vật liệu lọc nhẹ tronglượng riêng nhỏ và có tổng bề mặt tiếp xúc lớn Khi màng vi sinh vậtdày, hiệu quả lọc nước thải giảm (tổn thất áp lực lọc tăng) Vật liệulọc được rửa bằng phương pháp xả tức thời Trong quá trình rửa lọc,

số lượng vi khuẩn hoạt tính của bể kị khí dòng chảy ngược hao hụt ít.Mặt khác việc rửa lọc cũng đơn giản

Sơ đồ cấu tạo bể lọc kị khí vật liệu nổi

1 Nước thải vào; 2 Lớp cặn lơ lửng; 3 Vật liệu lọc nổi; 4 Lưới chắn;

5 Ngăn tách khí; 6 Ống dẫn khí; 7 Ống dẫn nước ra

* Ưu điểm của bể lọc kị khí:

+ Khả năng tách các chất bẩn hữu cơ (BOD) cao

+ Thời gian lưu nước ngắn, vi sinh vật dễ thích nghi với nước thải

+ Quản lý vận hành đơn giản

+ Ít tốn năng lượng và dễ hợp khối với bể tự hoại và các công trình xử lýnước thải khác

* Nhược điểm:

+ Thời gian đưa công trình vào hoạt động dài

+ Bể thường hay bị sự cố tắc nghẽn

+ Hàm lượng cặn trong nước thải ra khỏi bể lớn

+ Các loại vật liệu lọc có đặc tính kĩ thuật yêu cầu thường có giá thành cao

1 Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với

bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước

2 Sau đó nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổi

khí đúng như thời gian yêu cầu Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn

hoàn toàn và các chất hữu cơ được oxy hoá trong giai đoạn này

3 Bước thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh

4 Sau đó lượng nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể

Làm đầynước thải

5 Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trìnhthổi khí ra khỏi ngăn bể Các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảmbảo cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục.

 Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ Các quá trình trộnnước thải với bùn, lắng bùn cặn…diễn ra gần giống điều kiện lý tưởngnên hiệu quả xử lý nước thải cao BOD của nước thải sau xử lýthường gấp hơn 50 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 10 đến 45 mg/l và

N - NH3 khoản từ 0,3 đến 12 mg/l Bể Aeroten hoạt động theo mẻ làmviệc không cần bể lắng đợt II Trong nhiều trường hợp, người ta cũng

bỏ qua bể điều hoà và bể lắng đợt một

 Hệ thống Aeroten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử được nitơ vàphốt pho sinh hoá do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí và

kị khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy Các ngăn bểđược sục khí bằng máy nén khí, máy sục khí dạng Jet hoặc thiết bịkhuấy trộn cơ học Chu kì hoạt động của ngăn bể được điều khiểnbằng rơle thời gian Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt vángváng, thiết bị đo mức bùn, …

* Bể Aeroten hệ SBR có ưu điểm:

 Cấu tạo đơn giản

 Hiệu quả xử lý cao

 Khử được các chất dinh dưỡng nitơ

 Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý

* Nhược điểm:

 Công suất xử lý nước thải nhỏ

 Để bể hoạt động có hiệu quả người vận hành phải có trình độ theo dõithường xuyên các bước xử lý nước thải.

3 Xử lý nước thải nhà máy bia theo mô hình công nghệ MBBR

3.1 Sơ đồ xử lý nước thải theo mô hình công nghệ MBBR

3.2 Quy trình xử lý nước thải theo mô hình công nghệ MBBR

- Lưới lọc: Giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ như mẫu trấu,huyền phù, …bị trôi ra trong quá trình rửa thùng lên men, thùng nấu, nướclọc bã hèm Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 đến 1mm Các vật thải được lấy rakhỏi bể mặt lưới bằng hệ thống cào

c, Bể UASB

- Tại đây diễn ra quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vô cơ có trongnước thải bằng vi sinh yếm khí Nước thải được đưa trực tiếo vào phía dướiđáy bể và được phân phối đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qualớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ và các chất hữu cơ, vô cơ được tiêu thụ ở đây

d, Bể sinh học MBBR

- Phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí,hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục, còn lại gọi là quá trình oxyhoá sinh học Các vi sinh vật hiếu khí sẽ ohân huỷ các chất hữu cơ có trongnước thải và thu năng lượng để chuyển hoá thành tế bào mới chỉ có mộtphần chất hữu cơ bị oxy hoá hoàn toàn chuyển thành CO2, H2O, NO3-, SO42-,

…

- Vi sinh vật hoạt tồn tại trong bùn hoạt tính của bể sinh học bao gồmZoogloea, Achrombacter, Flacobacterium, Nocardia, Mycobacterium, và hailoại vi khuẩn nitrate hoá Nitrosomonas và Nitrobacter Thêm vào đó nhiềuloại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiotharix, Leicothrix

 Phân huỷ nội bào:

hệ thống này, các bông bùn va chạm với nhau, tạo thành những bông bùn cókích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông bùn ban đầu Các bôngbùn va chạm với nhau, tạo thành những bông bùn có kích thước và khối lượnglớn gấp nhiều lần các bông bùn ban đầu Các bông bùn này trượt theo các tấmlamella và được tập hợp tại vùng chứa cặn của bể lắng

f, Bể lọc áp lực

Bể lọc áp lực sử dụng trong công nghệ này là bể lọc áp lực đa lớp vậtliệu: sỏi đỡ, cát thạch anh và than hoạt tính để loại bỏ các chất lơ lửng, cácchất rắn không hoà tan, các nguyên tố dạng vết, halogen hữu cơ nhằm đảmbảo độ trong của nước

Enzym

Nước sau khi qua cụm lọc áp lực đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trườngtheo QCVN 24:2009 cột B.

3.3 Ưu và nhược điểm của công nghệ MBBR

a, Ưu điểm

- Công nghệ đề xuất phù hợp với đặc điểm, tính chất của nguồn nướcthải

- Hiệu quả xử lý và tiết kiệm năng lượng hơn công nghệ truyền thống

- Không phải tuần hoàn bùn hiếu khí lại như phương pháp areoten, tuầnhoàn bùn làm giảm hoạt dộng của vi sinh vật

- Nồng độ các chất ô nhiễm sau quy trình xử lý đạt quy chuẩn hiện hành

- Tiết kiệm diện tích xây dựng đất xây dựng

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

b, Nhược điểm

- Nhân viên vận hành cần được đào tạo về chuyên môn

- Đòi hỏi hoàn hảo vể yêu cầu kĩ thuật Chất lượng nước thải sau xử lý cóthể bị ảnh hưởng nếu một trong những công trình đơn vị trong trạmkhông đựợc vận hành đúng các yêu cầu kĩ thuật

- Bùn sau quá trình xử lý cần được thu gom và xử lý định kỳ

II ĐỀ XUẤT & TÍNH TOÁN THIẾT KỆ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TẠI NHÀ MÁY BIA SÀI GÒN – QUẢNG NGÃI

1 Cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý

Nhà máy bia Sài Gòn - Quảng Ngãi thuộc khu công nghiệp Quảng Phú,tỉnh Quảng Ngãi Hiện tại, khu công nghiệp này chưa có hệ thống xử lý nướcthải tập trung, nước thải sau xử lý sẽ phải xả vào sông Trà Khúc – con sônglớn nhất tỉnh Quảng Ngãi và có vai trò quan trọng trong việc chuyển tải phầnlớn lượng nước mưa ra biển Đông cũng như cung cấp nước cho vùng đồngbằng tập trung đông dân cư Do đó, việc xử lý lượng nước thải của nhà máybia Sài Gòn - Quảng Ngãi đạt TCVN 5945 – 2005, loại A sẽ góp phần bảo vệnguồn nước và quần xã thuỷ sinh, nâng cao chất lượng môi trường sống củangười dân địa phương

Bảng 1.1: Tính chất nước thải nhà máy bia Sài Gòn - Quảng Ngãi

Tiêu chuẩn

so sánh(nguồn loại

Khuấy trộn

Bùn tuần hoàn

Bể chứa bùn

Bể nén bùn

Máy ép bùnBùn dư

Song chắn rác mịn

b, Quy trình xử lý nước thải

Nước thải từ các công đoạn sản xuất của các nhà máy được thu gom về

hệ thống xử lý

Đầu tiên, nước thải được dẫn qua song chắn rác thô để loại bỏ các cụcvón từ bột, rác rơi vãi trên sàn trong quá trình sản xuất, vv có kích thước lớnhơn 20 mm ra khỏi dòng thải Sau đó, nước thải tự chảy xuống hầm bơm

Từ hầm bơm, nước thải được bơm lên song chắn rác mịn để loại bỏ cáchạt gạo, bột, vỏ trấu, v.v có kích thước lớn hơn 1mm, rồi tự chảy xuống bểđiều hoà Bể điều hoà có nhiệm vụ điều hoà lưu lượng và các thành phần hữu

cơ (BOD, COD) của nước thải Bể được bố trí hệ thống khuấy chìm để tạo sựxáo trộn đồng đều, tạo môi trường đồng nhất cho nước thải, tránh hiện tượnglắng cặn trong bể Bên cạnh đó, bể còn được trang bị hệ châm axit/xút để đảmbảo cho pH nước thải luôn duy trì trong khoảng 6,5 - 7,5 trước khi vào bểUASB

Nước thải từ bể điều hoà được bơm qua bể xử lý yếm khí dòng chảyngược UASB Tại đây, nước được phân phối từ dưới lên Nhờ các vi sinh vật

kị khí, chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ thành nước và biogas bay lên khi qua đệmbùn kị khí Khí biogas sinh ra sẽ được thu hồi và đốt khí tự dộng Nước saukhi bộ phận tách ba pha (khí - lỏng - rắn) theo máng thu chảy vào đường ốngphân phối sang bể Aeroten

Trong bể Aeroten, quá trình xử lý sinh học hiếu khí dựa vào sự sống vàhoạt động của các vi sinh vật để oxy hoá các chất hữu cơ dạng hoà tan và dạngkeo có trong nước thải, biến các hợp chất có khả năng phân huỷ thành các chất

ổn định nhờ vào lượng oxy hoà tan trong nước Oxy được cung cấp vào bểbằng hai máy thổi khí hoạt động luân phiên qua hệ thống phân phối khí để tạo

môi trường thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí phát triển, oxy hoá các chất hữu

cơ có trong nước thải và tăng sinh khối tạo thành các bông bùn hoạt tính

Sau đó, nước được dẫn qua bể lắng Ở đây sẽ diễn ra quá trình tách bùnhoạt tính và nước thải đã xử lý Sau bể lắng, nước thải sẽ dẫn sang bể khửtrùng Sau khi được khử trùng, nước thải tiếp tục được dẫn vào bể chứa rồitheo ống dẫn, nước thải đạt tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005 sẽ được xả vàosông Trà Khúc

Bùn từ bể lắng sẽ được gom vào bể chứa bùn Một phần bùn hoạt tínhđược bơm bùn tuần hoàn bơm về bể Aeroten để duy trì chức năng sinh học vàgiữ nồng độ bùn trong bể này ở mức ổn định Lượng bùn dư sẽ được bơmsang bể nén bùn Bùn sau khi đuợc nén sẽ được bơm vào thiết bị keo tụ bùn.Tại đấy, bùn được trộn đều với Cation polymer, sau đó toàn bộ hỗn hợp sẽ đivào thiết bị ép bùn băng tải Bánh bùn sau khi ép được đổ vào thiết bị thu bùnkhô và chuyển đi chôn lấp

Nước từ bể nén bùn và máy ép bùn sẽ được tuần hoàn về hầm bơmnước thải để tiếp tục xử lý

Đối với lượng khí biogas được sinh ra từ bể UASB, có thể được thu hồi

để phục vụ cho nhu cầu của nhà máy khi hệ thống hoạt động ổn định

c, Lý do đề xuất hệ thống xử lý trên

Đặc tính nước thải của nhà máy sản xuất bia là giàu các hợp chất hữu

cơ dễ bị phân huỷ sinh học do bã nấu, bã hèm, men, hèm loãng, bia dư rơi rớt,

dò dỉ vào nước thải.v.v Các chất hữu cơ trong nước thải bia thường ở dạng lơlửng lẫn dạng hoà tan, chủ yếu gồm các thành phần như: tinh bột, xenluloza,các loại đường, axit, các hợp chất photpho, nitơ…Các chất này sẽ được oxyhoá bởi vi sinh vật tạo ra sản phẩm cuối là CO2, H2O, NH3 và sản phẩm trunggian là rượu, anđehit, axit,…Đây là nguồn gây ô nhiễm cao nếu thải trực tiếp

ra môi trường