THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU CÔNG SUẤT 1000M3NGÀY ĐÊM

Ngoài ra vấn đềmùi hôi do các chất hữu cơ phân hủy kị khí tạo thành các hợp chất của phải có phương án xử lý nước thải cao su và mùi hôi thích hợp để phát triển bềnvững cho ngành sản xuấ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG NGÀNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12/2010

MỤC LỤC

Mở đầu 3

Chương 1: Tổng quan về ngành cao su, thành phần, tính chất đặc trưng nước thải của ngành chế biến mủ cao su 4

1.1 Tổng quan về ngành cao su 4

1.1.1 Tổng quan về cây cao su 4

1.1.2 Tình hình xuất khẩu 7

1.1.3 Tổng quan về công nghệ chế biến mủ cao su 8

1.2 Thành phẩn, tính chất đặc trưng của nước thải chế biền mủ cao su 11

1.2.1 Thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải chế biến mủ cao su 11

1.2.2 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải chế biến cao su 12

Chương 2: Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su 13

2.1 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su nước ngoài 13

2.2 Công nghệ xử lý nước thải chế biến mũ cao su ở Việt Nam 14

Chương 3: Lựa chọn quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su 16

3.1 Cơ sở để lựa chọn công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su 16

3.1.1 Các thông số xử lý 16

3.1.2 Yêu cầu công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su 16

3.2 Lựa chọn công nghệ 16

3.2.1 Sơ đồ công nghệ XLNTCBMCS 17

3.2.2 Thuyết minh công nghệ 18

3.3 Các công trình xử lý nước thải chế biến mủ cao su 18

3.3.1 Song chắn rác (SCR) 18

3.3.2 Hố thu gom – HTG 19

3.3.3 Bể điều hòa – BĐH 19

3.3.4 Bể UASB (Upflow Anearobic Sludge Blaket) 19

3.3.5 Bể Aerotank 21

3.3.6 Bể lắng 2 22

3.3.7 Hồ hoàn thiện – HHT 23

Chương 4: Tính toán thiết kế 24

4.1 Song chắn rác 24

4.2 Hố thu gom 26

4.3 Bể điều hòa 27

4.4 Bể UASB 33

4.5 Bể aerotank 46

4.6 Bể lắng 2 54

4.7 Hồ hoàn thiện 58

4.8 Bể chứa bùn 61

Chương 5: Dự toán giá thành hệ thống xử lý 64

5.1 Phần xây dựng 64

5.2 Phần thiết bị 64

5.3 Chi phí quản lý vận hành 66

5.4 Chi phí hóa chất 67

Chương 5: Kỹ thuật quản lý hệ thống xử lý nước thải 69

5.1 Nghiệm thu công trình 69

5.2 Giai đoạn đưa công trình vào hoạt động 69

5.3 Những phương pháp kiểm tra theo dõi chế độ làm việc của các công trình xử 70 5.4 Nguyên nhân ảnh hưởng chế độ làm việc bình thường của hệ thống – Biện pháp khắc phục 72

5.5 Tố chức quản lý và kỹ thuật an toàn 72

Phụ lục bản vẽ 73

Mở đầu

* Đặt vấn đề

- Vấn đề phát triển kinh tế luôn đi kèm với những tác động lên môi trường nhưcạn kiệt nguồn tài nguyên, ô nhiễm và suy thoái chất lượng các thành phần môitrường

- Ngành chế biến mủ cao su là một trong những ngành công nghiệp quan trọng

và mang lại giá trị kinh tế cao cho nước ta Hiện nay, Việt Nam đứng thứ 6 trênthế giới về xuất khẩu cao su và cao su là một mặt hàng xuất khẩu quan trọnggiúp phát triển kinh tế đất nước, giải quyết công ăn việc làm cho hàng ngàn laođộng Tuy nhiên để phát triển kinh tế một cách bền vững cho ngành cao su thì taphải chú trọng đến giảm thiểu tác động môi trường do ngành cao su gây ra đặcbiệt là nước thải từ ngành sản xuất chế biến mủ cao su Lượng nước thải do chếbiến mũ cao su thường có hàm lượng COD khoảng 2500 – 35000mg/L; BODkhoảng 1500 – 12000mg/L nếu không được xử lý mà thải trực tiếp ra nguồntiếp nhận sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước Ngoài ra vấn đềmùi hôi do các chất hữu cơ phân hủy kị khí tạo thành các hợp chất của

phải có phương án xử lý nước thải cao su và mùi hôi thích hợp để phát triển bềnvững cho ngành sản xuất chế biến mủ cao su

- Trong phạm vi yêu cầu của môn học chúng em chọn đề tài: Thiết kế hệ thống

đêm

*Mục tiêu của luận văn

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến mủ cao su công suất

kỹ thuật xử lý quốc gia về nước thải công nghiệp cao su thiên nhiên

*Nội dung của đồ án

- Thu thập số liệu, tài liệu đánh giá tổng quan về công nghệ sản xuất chế biến mủcao su và phương pháp xử lý nước thải trong ngành chế biến mũ cao su

- Lựa chọn và thuyết minh công nghệ xử lý nước thải nhà máy chế biến mủ cao

- Dự toán kinh phí

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CAO SU, THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN MỦ CAO SU 1.1 Tổng quan về ngành cao su

1.1.1 Tổng quan về cây cao su

a Nguồn gốc cây cao su

Cao su (Hevea brasiliensis) là một loài cây thân gỗ thuộc về họ Euphorbiaceae và có

tầm quan trọng kinh tế lớn nhất trong chi Hevea Nó có tầm quan trọng kinh tế lớn là

do chất lỏng chiết ra tựa như nhựa cây của nó (gọi là nhựa mủ-latex) có thể được thuthập lại như là nguồn chủ lực trong sản xuất cao su tự nhiên

Cây cao su có thể cao tới trên 30m Khi cây đạt độ tuổi 5-6 năm thì người ta bắt đầuthu hoạch nhựa mủ: các vết rạch vuông góc với mạch nhựa mủ, với độ sâu vừa phảisao cho có thể làm nhựa mủ chảy ra mà không gây tổn hại cho sự phát triển của cây, vànhựa mủ được thu thập trong các thùng nhỏ (quá trình này gọi là cạo mủ cao su) Cáccây già hơn cho nhiều nhựa mủ hơn, nhưng chúng sẽ ngừng sản xuất nhựa mủ khi đạt

độ tuổi 26-30 năm

Cây cao su ban đầu chỉ mọc tại khu vực rừng mưa Amazon Cách đây gần 10 thế kỷ,thổ dân Mainas sống ở đây đã biết lấy nhựa của cây này dùng để tẩm vào quần áochống ẩm ướt, và tạo ra những quả bóng vui chơi trong dịp hội hè

Cây cao su được người Pháp đưa vào Việt Nam lần đầu tiên tại vườn thực vật Sài Gònnăm 1878 nhưng không sống

Năm 1897 đã đánh dấu sự hiện diện của cây cao su ở Việt Nam: Công ty cao su đầutiên được thành lập là Suzannah (dầu Giây, Long Khánh, Đồng Nai) năm 1907 Tiếpsau, hàng loạt đồn điền và công ty cao su ra đời, chủ yếu là của người Pháp và tậptrung ở Đông Nam Bộ : SIPH, SPTR, CEXO, Michelin … Một số đồn điền cao su tưnhân Việt Nam cũng được thành lập

Trong thời kỳ trước 1975, để có nguồn nguyên liệu cho nền công nghiệp miền Bắc,

An, Thanh Hóa, Phú Thọ) Trong những năm 1958 – 1963 bằng nguồn giống từ TrungQuốc, diện tích đã lên đến khoảng 6.000 ha

Sau 1975, cây cao su được tiếp tục phát triển chủ yếu ở Đông Nam Bộ Từ 1977, TâyNguyên bắt đầu lại chương trình trồng mới cao su, thoạt tiên do các nông trường quânđội, sau 1985 đo các nông trường quốc doanh, từ 1992 đến nay tư nhân đã tham giatrồng cao su Ở miền Trung sau 1984, cây cao su được phát triển ở Quảng trị, QuảngBình trong các công ty quốc doanh

Đến năm 1999, diện tích cao su cả nước đạt 394.900 ha, cao su tiểu điền chiếmkhoảng 27,2 % Năm 2004, diện tích cao su cả nước là 454.000 ha, trong đó cao sutiểu điền chiếm 37 % Năm 2005, diện tích cao su cả nước là 464.875 ha.

Năm 2007 diện tích Cao Su ở Đông Nam Bộ (339.000 ha), Tây Nguyên (113.000 ha),Trung tâm phía Bắc (41.500 ha) và Duyên Hải miền Trung (6.500 ha)

b Mủ cao su (latex)

Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dịch gọi là nhũ thanhhay serium Hạt cao su có hình cầu với đường kính d<0,5m chuyển động hỗn loạn

hạt này là các protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định

* Thành phần Latex

Thành phần hóa học, cao su thiên nhiên là polyisopren - polyme của isopren

Mạch đại phân tử của cao su thiên nhiên được hình thành từ các mắt xích isopren đồngphân cis liên kết với nhau ở vị trí 1,4

Ngoài đồng phân cis 1,4 trong cao su thiên nhiên còn có khoảng 2% mắt xích liên kếtvới nhau ở vị trí 3,4

Có cấu tạo tương tự với cao su thiên nhiên, nhựa cây Gutapertra được hình thành từpolyme của isopren đồng phân trans 1,4

Tuy nhiên, CSTN không tan trong rượu và xetôn

Ngoài hydrocacbon cao su ra, latex còn chứa nhiều chất cấu tạo của mọi tế bào sốngnhư: protein, acid béo, dẫn xuất của acid béo, sterol, glucid, heterosid, muối khoáng.Hàm lượng những chất cấu tạo nên latex thay đổi tùy theo các điều kiện về khí hậu,hoạt tính sinh lý và hiện trạng sống của cây cao su Các phân tích latex từ nhiều loạicây cao su khác nhau chỉ đưa ra các những con số ước chừng về thành phần latex

Bảng 1.1: Thành phần và tỷ lệ của Latex

Thành phần Latex Tỷ lệ (%)

Nhiều dạng cao su trên thị trường đều có nhiều hay ít lượng chất cấu tạo latex phụhoặc chứa những chất biến đổi của chúng và có thể chúng có tính chất của cao su thôhay latex được bảo quản

* Cấu trúc thể giao trạng:

Tổng quát, latex được cấu tạo bởi những phần tử nằm lơ lửng trong chất lỏng gọi làserum Pha phân tán có tính chất ổn định là do các protein bị những phần tử cao sutrong latex hút lấy, ion cùng điện tích sẽ phát sinh lực đẩy giữa các phẩn tử cao su (ionkhác dấu sẽ hút lẫn nhau, các phần tử cao su hút dính vào nhau gọi là sự đông đặclatex) Tác dụng của các protein thì chưa xác định rõ hoàn toàn vì ngoài ra còn cólipoidic và vài chất vô cơ

- Pha phân tán – Serum (hàm lượng cao su khô)

Serum có chứa một phần những chất hợp thành trong thể giao trạng, chủ yếu làprotein, phospholipid và một phần là những hợp chất tạo thành dung dịch thật: muốikhoáng, heterosid với 1-metylinositol hoặc quebrachitol và các amino acid, amin với

tỷ lệ thấp hơn

Trong serum hàm lượng thể khô chiếm 8-10%, nó cho hiệu ứng Tyndall mãnh liệt nhờchứa nhiều chất hữu cơ hợp thành trong dung dịch thể giao trạng Như vậy serum củalatex la một di chất nhưng có độ phân tán mạnh hơn nhiều so với độ phân tán của cáchạt cấu tử cao su nên có thể coi nó như một pha phân tán duy nhất

- Pha phân tán – hạt tử cao su

Tỷ lệ pha phân tán hay hàm lượng cao su khô trong latex do cây cao su tiết ra cao nhấtđạt tới 35%, thấp nhất 18% và hầu hết các hạt tử cao su có hình cầu, kích thước cũngkhông đồng nhất

Hạt tử cao su(HTCS) trong latex không chỉ chuyển động Brown mà còn chuyển độngCrémage Đó là chuyển động của các HTCS nổi lên trên mặt chất lỏng do chúng nhẹ

hơn Sự chuyển động này rất chậm theo định luật Stocke: với các HTCS có bán kính 1micro, độ nhớt 2cP ta sẽ thấy các phần tử cao su latex phải mất hơn 1 tháng để tự nổilên 1cm Để tăng vận tốc nổi của các hạt cao su ta có thể giảm độ nhớt của latex haytăng độ lớn của các phần tử cao su.

Các HTCS được bao bọc bởi 1 lớp protit – xác định tính ổn định và sự kết hợp thểtrãng giao của latex Độ đẳng điện của protit latex là tương đương pH=4,7 và các hạtkhông mang điện Với pH> 4,7 các hạt tử mang điện tích âm và pH<4,7 mang điện tíchdương

Các HTCS của latex tươi mà pH gần 7 đều mang điện tích âm – tạo ra lực đẩy giữa cáchạt cao su với nhau, đảm bảo sự phân tán của chúng trong serum Mặt khác, protit cótính hút nước mạnh giúp cho các phần tử cao su được bao bọc xung quanh một vỏ phân

tử nước chống lại sự va chạm các hạt tử làm tăng sự ổn định của latex

c Sản phẩm từ cao su thiên nhiên

Là một trong những nguyên liệu quan trọng của ngành công nghiệp ở Việt nam cũngnhư trên thế giới Các sản phẩm gồm:

- Cao su làm vỏ ruột: xe tải, máy bay, xe máy cày…

- Cao su công nghiệp dùng làm các băng chuyền tải, đệm, đế giảm sốc, lớp cáchnhiệt…

- Các ứng dụng thông thường: áo mưa, mủ, ủng, dép, phao bơi…

- Một số sản phẩm khác: dụng cụ y tế, kim tiêm, dây thun, keo dán…

1.1.2 Tình hình xuất khẩu

Theo Tổng cục Hải quan, trong 6 tháng đầu năm 2010, kim ngạch xuất khẩu cao suthiên nhiên ước đạt 656,4 triệu USD, tăng 82,6% so với cùng kỳ năm trước và đơn giábình quân đạt 2.744 USD/tấn, tăng 92,7% Tuy nhiên, lượng chỉ đạt 239 ngàn tấn,giảm 5,3% so năm trước

Bảng 1.2: Thống kê cao su thiên nhiên xuất khẩu 6 tháng đầu năm 2010

Tháng Lượng Trị giá Đơn giá SVR 3L So 2009 (%)

tấn triệu USD USD/tấn USD/tấn Lượng Trị giá Đơn giá

Nguồn: Tổng cục Hải quan, Hiệp hội Cao su Việt Nam tổng hợp

Trung Quốc là thị trường xuất khẩu cao su lớn nhất của Việt Nam, tiếp theo là các thịtrường như Malaysia, Ấn Độ, Nga và Châu Âu

1.1.3 Tổng quan về công nghệ chế biến mủ cao su

Sau khi đem mủ cao su từ vườn cây về người ta thường cho các hợp chất chống đông

cho latex ở trạng thái lỏng

Mủ được thu gom tại vườn cây được vận chuyển vào nhà máy chế biến mủ cao su sẽđược đưa qua lưới lọc (40 lỗ/inch) vào bể tiếp nhận có kích thước lớn Người ta tiếnhành khuấy trộn tại bể để đồng nhất các loại mủ cao su có nguồn gốc khác nhau, đồng

Sau đó, mủ cao su sẽ trải qua 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Xử lý nguyên liệu

Mủ được quay ly tâm để lắng rồi dẫn đến mương dẫn đông nhờ máng dẫn mủ, tại đây

mủ được pha loãng với acid 1% với hàm lượng mủ khô tại mương đánh đông là 25%,

pH = 4 – 5

- Giai đoạn 2: Gia công cơ học

Mủ được đông tụ trong mương đánh đông khoảng 6 – 8 giờ, sẽ xả nước vào đẻ mủ nổilên mặt mương Sau đó, mủ được đưa qua máy cán ép mỏng, loại bỏ acid, serium trong

mủ sau đó những tấm mỏng cao su được chuyển sang máy cán băm liên kết hạt Sau

đó mủ sẽ được cán thành các hạt nhỏ có đường kính khoảng 6mm rồi cho vào hổ nướcrửa Sau cùng bơm hút chuyển các hạt cốm lên sàn rung để tách nước và đưa vàothùng sấy và đẩy vào lò sấy

- Giai đoạn 3: Gia công nhiệt

Mủ cốm được đưa vào lò sấy từ 13-17 phút, nhiệt độ từ 100 – 1100C sau đó cho qua hệthống hút làm nguội.

- Giai đoạn 4: Hoàn chỉnh sản phẩm

Phân loại sản phẩm, cân, ép kiện, đóng gói PE, đóng palette đưa vào kho thành phẩm

và xuất xưởng

* Sơ đồ công nghệ sản xuất mủ cao su

Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ chế biến mủ cao su

NT

NT

1.2 Thành phẩn, tính chất đặc trưng của nước thải chế biền mủ cao su

1.2.1 Thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải chế biến mủ cao su

- Nước thải chế biến mủ cao su được hình thành chủ yếu từ các công đoạn khuấytrộn, làm đông, gia công cơ học và nước rửa máy móc, bồn chứa

- Nước thải chế biến cao su có pH thấp, trong khoảng 4,2 – 5,2 do việc sử dụngaxit để làm đông tụ mủ cao su

- Các hạt cao su tồn tại trong nước ở dạng huyền phù với nồng độ rất cao Cáchạt huyền phù này là các hạt cao su đã đông tụ nhưng chưa kết lại thành mảnglớn, phát sinh trong giai đoạn đánh đông và cán crep Nếu lưu nước thải trongmột thời gian dài và không có sự xáo trộn dòng thì các huyền phù này sẽ tự nổilên và kết dính thành từng mảng lớn trên bề mặt nước

- Các hạt cao su tồn tại ở dạng nhũ tương và keo phát sinh trong quá trình rửabồn chứa, rửa các chén mỡ, nước tách từ mủ ly tâm và cả trong gian đoạn đánhđông

- Trong nước thải còn chứa một lượng lớn protein hòa tan, axit foomic (dùng

lượng COD trong nước thải khá cao, có thể lên đến 15.000 mg/l

- Tỷ lệ BOD/COD của nước thải là 0,60 – 0,88 rất thích hợp cho quá trình xử lýsinh học

Bảng 1.2 : Đặc điểm nước thải chế biến cao su ở Việt Nam

VFA mg CH3COOH/l 1200 - 1800

1.2.2 Khả năng gây ô nhiễm của nước thải chế biến cao su

- Tăng độ đục cho nguồn nước tiếp nhận

- Làm giảm oxy của nguồn tiếp nhận do hàm lượng các chất hữu cơ cao sẽ tác động đến sinh vật nơi nguồn nước tiếp nhận

- Gây ô nhiễm nước ngầm khi thấm xuống đất

- Có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa do nước thải chứa hàm lượng chất dinh dưỡng cao

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỦ CAO

SU 2.1 Các công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su nước ngoài

Trên thế giới, Châu Á đứng đầu về sản xuất mủ cao su tự nhiên (chiếm 92%) sau đó làChâu Phi và Châu Mỹ La tinh Cho nên ở các nước này vấn đề xử lý ô nhiễm do chếbiến mủ cao su gây ra Mỗi quốc gia có một cách sản xuất, chế biến và xử lý nước thảirất riêng tùy thuộc vào đặc điểm của mỗi quốc gia

Tại khu vực Đông Nam Á, từ những năm cuối thập kỷ 70 đầu 80, Malaysia là nước điđầu trong công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su Công nghệ ở Malysia đượcxem là phù hợp với điều kiện của khu vực Đông Nam Á nên được áp dụng tại nhiềucác nhà máy chế biến, sản xuất mủ cao su ở cả Malaysia, Indonesia, Thái Lan Côngnghệ xử lý chủ yếu tập trung vào xử lý sinh học gồm:

1 Hồ kỵ khí – hồ tùy nghi

2 Hồ kỵ khí – hồ làm thoáng

3 Hệ thống hồ làm thoáng

4 Hệ thống mương oxy hóa

Sơ đồ công nghệ thể hiện hình 2.1, như sau:

2.2 Công nghệ xử lý nước thải chế biến mũ cao su ở Việt Nam

Khi áp dụng công nghệ xử lý nước thải chế biến mũ cao su ở các nước khác như:Malaysia, Indonesia…thường mang tính khả thi không cao Vì nền công nghiệp chếbiến mủ cao su ở Việt Nam có những đặc thù riêng như:

mủ cao su Do đó, không thể áp dụng công nghệ xử lý nước thải chế biến mủcao su dạng hồ xử lý sinh học liên hoàn được Việc áp dụng công nghệ này sẽgây ô nhiễm mùi ảnh hưởng đến khu dân sinh sống xung quanh và nước ngầm

do thầm đồng thời đòi hỏi diện tích mặt bằng phải rộng

- Điều kiện tự nhiên, địa lý, kinh tế và xã hội của 2 nước khác nhau

- Đặc điểm, tính chất nước thải từ các công nghệ chế biến mủ cao su khác nhau

- Yêu cầu tiêu chuẩn, chất lượng nước thải ra ngoài môi trường của 2 nước cũngkhác nhau Một số chỉ tiêu nước thải sau xử lý ở Malaysia cũng không đạt tiêuchuẩn xả thải loại A, B (TCVN 5949 – 1995) trước đây và hiện nay là QCVN01:2008/BTNMT cuûa Vieät Nam

Sau đây là một mô hình xử lý nước thải được ứng dụng khá phổ biến ở Việt Nam trongthời gian dài

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su ở Việt Nam

* Thuyết minh quy trình công nghệ:

- Nước thải (NT) từ công đoạn sản xuất mủ cao su được thu gom qua song chắn rác (SCR) thô đi vào bể tiếp nhận SCR thô có nhiệm vụ loại bỏ tạp chất có kíchthước lớn.

- NT từ bể tiếp nhận được bơm lên bể điều hòa có đặt SCR tinh để loại bỏ các tạpchất mịn trong NT Bể điều hoà giữ chức năng điều hoà nước thải về lưu lượng

và nồng độ Tại đây NT được điều chỉnh về pH thích hợp

- NT được đưa vào bể gạn mủ để loại bỏ các hạt cao su ở dạng huyền phù Trong

bể gạn mủ, NT đi qua với vận tốc rất chậm, hạn chế tối đa khả năng xáo trộn và các hạt cao su sẽ tự động nổi lên bề mặt do chênh lệch tỷ trọng so với nước

cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn và chuyển hóa chúng thành

CH4, CO2, H2S,… Bể lọc sinh học hiếu khí vừa có nhiệm vụ khử tiếp phần

- Sau khi xử lý ở bể lọc sinh học hiếu khí NT tiếp tục chảy sang bể lắng 2 để làm lắng bùn họat tính Lượng bùn này được rút khỏi bể lắng bằng hệ thống bơm bùn và tuần hoàn về bể sinh học hiếu khí, bùn dư được dẫn về bể nén bùn

mầm bệnh có trong nước thải Sau khi ra khỏi bể khử trùng NT sẽ đạt tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005 loại A,B hay dựa theo QCVN 01:2008/BTNMT tùy theo yêu cầu của nguồn tiếp nhận

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHẾ BIẾN MỦ CAO SU 3.1 Cơ sở để lựa chọn công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su

3.1.1 Các thông số xử lý

nhà máy chế biến mủ cao su có các thông số đầu vào trước xử lý và yêu cầu đầu ra sau

xử lý phải đạt QCVN 01:2008 – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chế biến

mủ cao su thiên nhiên

Bảng 3.1: Các thông số đầu vào và yêu cầu đầu ra của nước thải chế biến mủ cao su

Chỉ tiêu Thông số đầu vào Thông số đầu ra

QCVN 01:2008, giá trị C, cột B

3.1.2 Yêu cầu công nghệ xử lý nước thải chế biến mủ cao su

- Đạt yêu cầu của các thông số sau xử lý

- Tiết kiệm diện tích xử lý

- Chi phí đầu tư xây dựng, vận hành phù hợp

- Vận hành đơn giản

3.2 Lựa chọn công nghệ

Dựa theo thông số đầu vào của nhà máy, ta nhận thấy BOD/COD khoảng 0,7 là tỷ lệthích hợp để áp dụng công nghệ xử lý sinh học Do hàm lượng chất hữu cơ rất caoCOD = 3500 mg/l nên công nghệ xử lý nên kết hợp hai quá trình kỵ khí và hiếu khí

Xử lý sinh học kỵ khí gồm các công trình xử lý tự nhiên hay nhân tạo, nhung do điềukiện mặt bằng nên ta sẽ chọn các công trình sinh học nhân tạo như: bể UASB,Aerotank, bể biogas…

Bể UASB là phù hợp với các yêu cầu xử lý của nhà máy vì tiết kiệm diện tích, vậnhành đơn giản, chịu được tải trọng cao, lượng bùn sinh ra ít, không phát tán mùi hôi và

có thể điều chỉnh tải trọng theo từng giai đoạn hoạt động sản xuất của nhà máy

Nước thải su xử lý bằng công trình kỵ khí ở bể UASB thường sẽ qua công trình xử lýhiếu bằng bể Aerotank để quá trình xử lý chất hữu cơ triệt để hơn vì nồng độ COD sau

bể UASB khoảng 400 – 800mg/l, chưa đạt yêu cầu đầu ra

3.2.1 Sơ đồ công nghệ XLNTCBMCS

3.2.2 Thuyết minh công nghệ

Nước thải theo hệ thống thu gom của nhà máy sẽ được qua song chắn rác nhằm giảmbớt lượng rác, các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn và bảo vệ hệ thống bơm phía sau

Sục khí

Bể chứa bùn

Nước thải CBMCS

Hố thu gomSong chắn rác

chất

Sau đó nước chảy về hố thu gom để chứa nước bơm lên bể điều hòa, tại bể điều hòanước thải sẽ được nâng pH lên 6,5 – 8,5 nhằm đảm bảo hiệu cho các công trình xử lýsinh học phía sau Từ bể điều hòa, nước thải sẽ được bơm lên bể kỵ khí UASB để phânhủy các hợp chất hữu cơ, vô cơ có trong nước thải khi không có sự hiện diện của oxy.Tiếp sau, nước sẽ được chảy sang công trình xử lý sinh học hiếu khí là bể Aerotank, tạiđây sẽ xảy ra quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước thải bằng hệ thốngsục khí vào để cung cấp oxy Tiếp theo, nước sẽ theo máng dẫn chảy sang bể lắng 2

để lắng các bông bùn hình thành trong bể aerotank, một phần bùn sẽ được tuần hoàn

vể bể aeratank, phần còn lại sẽ theo ống dẫn bùn sang bể chứa bùn Còn nước sau khiqua bể lắng 2 sẽ chảy qua hồ hoàn thiện trước khi được thải vào nguồn tiếp nhận

3.3 Các công trình xử lý nước thải chế biến mủ cao su

3.3.1 Song chắn rác (SCR)

SCR có chức năng giữ lại các tạp chất có kích thước lớn (chủ yếu là rác bẩn thô: giấy,

cỏ, rác…) nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạtđộng ổn định Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc khoảng cách giữa cácthanh kim loại của SCR Đây là công trình đầu tiên trong hệ thống xử lý nên để tránh ứđọng rác và tổn thất áp lực, ta nên tiến hành cào rác thường xuyên

của dòng chảy nên tại vị trí đặt SCR tiết diện kênh phải được mở rộng dần dần dưới 1góc Ф20

3.3.2 Hố thu gom – HTG

HTG có nhiệm vụ là nước nước để bơm lên các công trình phía sau, cho nên thời gianlưu nước ở đây có thể rất ngắn HTG thường được đặt sâu dưới lòng đất, khoảng vàimét sau chiều sâu cuối cùng của hệ thống thu gom Từ HTG nước thải sẽ được bơmlên bể điều hòa

Trong bể phải có thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san bằng nồng độ chất bẩn

và không cho cặn lắng trong bể Trong bể điều hòa có thiết bị gạn căn cao su nhằmtiết kiệm chi phí và bảo vệ các thiết bị xử lý của các công trình sau

3.3.4 Bể UASB (Upflow Anearobic Sludge Blaket)

Bể UASB là bể kỵ khí sinh học dòng chảy ngược qua lớp bùn, có chức năng phân hủycác hợp chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí thành các dạng khí sinh học hay các hợpchất hữu cơ khác Bể UASB hiện nay được áp dụng rộng rãi để ổn định bùn và xử lýnước thải công nghiệp có nồng độ BOD, COD cao

* Quá trình phân hủy trình kỵ khí trong bể UASB được chia thành 3 giai đoạn chính như sau:

- Bước 1 - Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử: một số vi sinh vật tự nhiên cótrong nước thải phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các hợpchất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như monosacarit, amino axit để tạo rathức ăn và nguồn năng lượng cho vi sinh vật hoạt động

- Bước 2 – Tạo thành các acid: nhóm vi khuẩn tạo men acid biến đổi các hợp chấthữu cơ đơn giản thành các acid đơn giản Bước 1 và 2 gọi chung là quá trìnhlên men acid: đầu tiên là phân hủy các hợp chất hữu cơ cao phân tử sang cácchất hữu cơ đơn giản để tạo ra các acid béo và các chất hữu cơ hòa tan

- Bước 3 – Quá trình Methan hóa: nhóm vi khuẩn tạo metan chuyển hóa hydro,acid axetic thành CH4, CO2 Vai trò của nhóm vi khuẩn metan là tiêu thụ hydro,acid axetic, chúng tăng trưởng rất chậm và quá trình phân hủy kỵ khí diễn rakhi khí CH4, CO2 thoát ra khỏi hỗn hợp

* Hoạt động của bùn trong bể UASB:

- Đóng vai trò quyết định trong việc phân hủy và chuyển hóa các chất hữu cơ

- Chia thành 2 vùng rõ rệt và chiều cao ¼ bể từ đáy tính lên

- Lớp bùn được hình thành do các hạt cặn keo tụ nồng độ 5 – 7% Lớp bùn lơlửng nồng độ 1000 – 3000mg/l

- Nồng độ cao của bùn cho phép bể làm với tải trọng chất hữu cơ cao

- Để hình thành khối lượng bùn hoạt tính có nồng độ và hoạt động có hiệu quả thìđòi hỏi thời gian vận hành khởi động từ 3-4 tháng

- Cặn dư thừa định kỳ xả ra ngoài, lượng căn dư xả ra chỉ bằng 0,15-0,2 hàmlượng COD tức là chỉ bằng ½ cặn so với xử lý hiếu khí Cặn xả ra có thể đưađến thiết bị làm khô bùn

* Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của bể UASB

- Không có oxy

- Không có hàm lượng quá cao của các kim loại nặng

- pH dao động 6,7 – 7,4 và tối ưu là 7 – 7,2

- Nhiệt độ tối ưu của nước thải từ 27 – 350C.

- Thời gian lưu: Tùy thuộc vào nước thải và điều kiện của môi trường và đủ lâucho phép các hoạt động trao đổi kỵ khí xảy ra

- Phải có đủ chất dinh dưỡng theo tỷ lệ COD:N:P = 350:5:1

* Ưu điểm của bể UASB

- Chịu tải trọng hữu cơ lớn

- Lượng bùn sinh ra rất ít

- Nhu cầu dinh dưỡng thấp

- Có thể ngưng hoạt động trong thời gian dài mà vẫn giữ được bùn

- Không sinh mùi

- Yêu cầu diện tích nhỏ, chi phí đầu tư và vận hành thấp

- Nhược điểm của bể UASB

- Tăng sinh khối chậm

- Nhạy cảm với pH, nhiệt độ và chất độc

- Không xử lý được hoàn toàn các chất ô nhiễm

3.3.5 Bể Aerotank

* Đặc điểm và nguyên lý làm việc của bể aerotank

- Bể aerotank – bể phản ứng sinh học hiếu khí là công trình làm bằng bê tông, bêtông cốt thép hình chữ nhật hay hình tròn Nước thải chảy suốt qua suốt chiềudài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan vàtăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước

- Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh có khả năng oxy hóa vàkhoáng hóa các chất hữu cơ chứa trong nước thải

- Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy dùng cho quátrình oxy hóa các hợp chất hữu cơ thì phải luôn luôn đảm bảo việc thoáng gió

Số lượng bùn tuần hoàn và số lượng không khí cần cấp lấy phụ thuộc vào độ

ẩm và mức độ cần yêu cầu của xử lý nước thải

- Thời gian lưu nước trong bể aerotank không lâu quá 12 giờ (thường 4 – 8h)

- Nước thải với bùn hoạt tính sau khi qua bể aerotank cho qua bể lắng 2 Tại đâybùn lắng sẽ được tuần hoàn một phần sang bể aerotank, phần khác dẫn về bểchứa bùn.

* Quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong aerotank qua ba giai đoạn:

tính hình thành và phát triển Hàm lượng oxy cần cho vi sinh vật sinh trưởng,đặc biệt thời gian đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú,lượng sinh khối trong thời gian này rất ít Sau khi vi sinh vật thích nghi với môitrường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân Vì vậy, lượng tiêu thụtăng cao dần

gần như ít thay đổi Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủynhiều nhất Hoạt lực enzyme của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt tớimức cực đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo Điểm cực đại của enzymeoxy hóa của bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tínhtới mức ổn định Qua các thông số hoạt động của aerotank cho thấy ở giai đoạnthứ nhất tốc độ tiêu thụ oxy rất cao, có khi cao gấp 3 lần ở giai đoạn 2

hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxy hóa tăng lên Đây là giai đoạn nitrathóa các muối amon

Sau cùng, nhu cầu oxy lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của aerotank Ởđây cần lưu ý rằng, sau khi oxy hóa được 80 – 95% BOD trong nước thải, nếu khôngkhuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cần ra khỏinước Nếu không kịp thời tách bùn nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối visinh vật trong bùn (chiếm tới 70% khối lượng bùn) sẽ bị tự phân Tế bào vi khuẩn cóhàm lượng protein rất cao (60-80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứachất béo, hydratcacbon, chất khoáng…khi bị tự phân hủy sẽ làm ô nhiễm nguồn nước

3.3.6 Bể lắng 2

Bể lắng 2 đặt sau bể aerotank có nhiệm vụ lắng trong nước ở phần trên và cô đặc bùnđến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể Một phần bùn lắng sẽ tuần hoàn về bểaerotank, phần còn lại dùng bơm chuyển sang bể chứa bùn

* Nguyên tắc hoạt động của bể lắng 2:

- Dòng nước chứa bông cặn chảy qua bể

- Dưới tác động của trọng lượng bông cặn, các hạt cặn sẽ lắng xuống đáy bể

- Quá trình lắng cặn dựa vào tỷ trọng của nước, chất rắn lơ lửng và chất thải màloại bỏ.

- Bùn vừa được đẩy lên vừa được lắng xuống dưới tác dụng của lực đẩyArchimedes và lực hút

- Theo phương chuyển động của bể mà chia thành 3 dạng cơ bản: lắng ngang,lắng đứng, lắng ly tâm

* Bể lắng 2 phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Thời gian lưu nước lớn hơn 12h, đủ để lắng cặn có trọng lượng nhẹ

- Chiều cao lắng ≥1m

- Có đủ dung tích ở phần đáy bể để chứa lượng bùn lắng trong thời gian nén vàphân hủy bùn trong điều kiện kỵ khí (thời gian lớn hơn 1năm)

- Không để rong rêu, tảo mọc và phát triển

- Không để mùi hôi phát sinh ra khu vực xung quanh

Để chống rêu, tảo thời gian lưu nước không nên quá 2 ngày và phải thiết kế bể sâu chonước lưu thông đều và không tạo ra vùng chết

3.3.7 Hồ hoàn thiện - HHT

Nước thải sau khi qua các quá trình xử lý cơ bản (bể aerotank, lắng 2 ) chưa đạt chuẩntheo yêu cầu để thải vào nguồn tiếp nhận nên sẽ qua công trình hồ hoàn thiện Quátrình xử lý trong HHT về cơ bản giống quá trình xử lý trong bể aerotank làm thoángkéo dài Tuy nhiên không có quá trình tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng 2 nên có thểxem phản ứng khử BOD trong hồ là phản ứng bậc 1 xảy ra trong điều kiện khuấy trộnhoàn chỉnh Thời gian lưu giữ bùn hoạt tính của hồ cũng là thời gian lưu nước trong

hồ Khi thiết kế HHT để xử lý nước thải cần xem xét các yếu tố sau:

- Khả năng khử BOD

- Chất lượng nước sau xử lý

- Lượng oxy cần thiết

- Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Năng lượng cần thiết để khuấy trộn

- Lượng bông cặn ra khỏi nước trong bể lắng 2

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 4.1 Song chắn rác

Hình 3.2: Công trình mương dẫn và song chắn rác

4.1.1 Lưu lượng

a Lưu lượng nước thải theo giờ trung bình.

b Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất

Với k h là hệ số vượt tải theo giờ lớn nhất (k = 1,5-3,5) Chọn k = 2

c Chiều cao mực nước trong mương dẫn

B B

v là vận tốc nước thải qua khe song chắn (m/s), chọn v = 0,8m/s theo

TCXDVN 51 : 2008;

B k là bề rộng mương dẫn nước thải (m), chọn Bk = 0,2m

Vậy chiều cao tổng cộng của mương dẫn là:

4.1.3 Chiều rộng song

Chọn 0,4m.

Với s: bề dày thanh chắn (mm), chọn s = 8mm

4.1.4 Tổn thất áp lực qua song chắn

Trong đó:

 v max : vận tốc nước thải trước song chắn ứng với Qmax (m/s), vmax = 0,6m/s;

 k: hệ số tính tới sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, k = 2-3, chọn k = 2;

4.1.5 Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác

Chọn L1 =0,3 (m)

Trong đó:

4.1.6 Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác

Chọn

4.1.7 Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác

Trong đó:

4.1.8 Chiều sâu xây dựng đặt mương chắn rác.

Trong đó:

 hmax = hn: độ cao mực nước ứng với chế độ Qmax (m);

 hs: tổn thất áp lực qua song chắn (m), chọn hs = 0,1m;

Bảng tóm tắt thông sô thiết kế mương và song chắn rác

STT Tên thông số Đơn vị Số liệu

4.2 Hố thu gom

4.2.1 Thể tích hố thu gom

Với t: thời gian lưu (s), t = 10-15 phút, chọn t =15;

-trang 254 - Máy bơm, công trình thu nước, trạm bơm cấp thoát nước

- Chọn kích thước bể với chiều sâu bể H = 2m

- Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0.5m

* Vậy chiều cao thực tế của bể:

* Diện tích bể:

Chọn bể hình chữ nhật với L/B = 2: B = 2,3m; L = 4,6m

* Thể tích xây dựng thực tế của bể:

4.2.1 Chọn bơm

Trong đó:

Công suất yêu cầu của bơm:

Với η: hiệu suất máy bơm, chọn η = 80%.

Công suất thực tế của bơm:

Chọn 2 bơm, 1 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng

4.2.2 Đường ống bơm nước từ hố thu sang bể điều hòa

Lưu lượng cần bơm Qb = 41,67m3/h = 0,01m3/s

Chọn vận tốc nước thải trong ống là 0,8m/s

Đường kính ống dẫn nước thải:

Chọn D = 140mm

Hiệu số thể tích (A) – (B), m 3

a Thể tích lý thuyết bể điều hòa

b Thể tích thực tế của bể điều hòa

- Với k: hệ số điều hòa thể tích, k = 1,1-1,2; chọn k = 1,2

* Vậy thể tích xây dựng bể điều hòa:

4.3.2 Công suất bơm

Trong đó:

Công suất yêu cầu của bơm:

Với η: hiệu suất máy bơm, chọn η = 80%

Công suất thực tế của bơm:

4.

3.3 Hệ thống sục khí

* Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa:

Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn chặn mùi trong bể điều hòa cần cung cấpmột lượng khí thường xuyên

Lưu lượng khí trong mỗi ống nhánh 1:

Đường kính ống nhánh (1) dẫn khí vào bể điều hòa:

Khoảng cách giữa các ống (1):

Với B: chiều rộng bể điều hòa (m).

giữa ống sát tường với tường là:

5mm

Vận tốc khí ra khỏi lỗ thường là 5-20m/s, chọn vlỗ = 15m/s

* Lưu lượng khí thoát ra từ 1 lỗ:

Số lượng lỗ cần bố trí:

Với B: chiều rộng bể điều hòa (m).

Khoảng cách giữa ống sát tường với tường là:

Khỏang cách giữa các lỗ trên ống nhánh (2):

Với L: chiều rộng bể điều hòa (m).

khoảng cách giữa ống sát tường với tường là:

4.3.4 Công suất máy khí nén

Trong đó:

thức:

Trong đó:

Công suất bơm:

Với 1,2: hệ số an toàn

4.4 Bể UASB

4.4

.1 Thông số đầu vào của bể UASB

Khi đi qua các công trình trước thì lượng COD giảm từ 20-40% Chọn COD giảm 35%

Chọn tải trọng COD của bể là: L = 8 (kgCOD/m 3 .ngày)

(Trang 456.XLNT đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết)

4.4.3 Thể tích phần xử lý yếm khí cần

Tốc độ nước đi lên trong bể là : v =0,6 -0,9 m/h để đảm bảo bùn trong bể được duy trì ở trạng thái lơ lửng chọn v =0,9 m/h

4.4.4 Diện tích bề mặt bể

Kích thước tiết diện bể:

4.4.5 Chiều cao phần xử lý yếm khí

4.

4 6 Tổng chiều cao bể

an toàn cho vùng lắng.Chọn H2 =1,5m

Vậy H = 4,6 + 1,5 +0,3 = 6,4m

4.4.7 Tính toán ngăn lắng bể UASB

Nước thải sau khi được xử lý qua lớp bùn sẽ chuyển động lên mặt bể và ngăn lắng với cấu tạo là những tấm chắn sẽ hướng dòng chảy xuống dưới và bùn theo quán tính sẽ lắng xuống, con nước sẽ di chuyển lên trên và máng tràn Các tấm chắn khí sẽ được đặt so với phương ngang một góc 45o -60o Chọn

Gọi Hlắng: là chiều cao toàn bộ ngăn lắng

> 30% so với chiều cao của bể nên thỏa mãn điểu kiện thiết kế

4.4.8 Thời gian lưu nước trong ngăn lắng ( )

thỏa

4.4.9 Thơi gian lưu nước trong bể(HTR = 4-12h)

thỏa

4.4.10 Tấm chắn khí và tấm hướng dòng

Giữa các tấm chắn và tấm hướng dòng có khe hở đủ lớn để hỗn hợp và nước thải có thể tách dễ dàng và tổng diện tích các khe hở này chiếm 15 – 20% tổng diện tích bể Chọn

Trong ngăn có 4 khe hở, diện tích mỗi khe là :

Khoảng cách (bề rộng) giữa các khe hở:

Tấm hướng dòng có chức năng chặn bùn đi lên phần xử lý yếm khí lên phần lắng nên

độ rộng đáy D giữa hai tấm hướng dòng phải lớn hơn L

Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10-20 cm, chọn mỗi bên nhô ra 20 cm

Chiều rộng của tấm hướng dòng =

Hình 4.1: Tấm hướng dòng trong bể UASB

1.11 Tính toán ống phân phối nước:

Đường kinh ống chính:

22 00

Chọn ống chính là thép không gỉ có đường kính 125mm

Kiểm tra lại vận tốc trong đường ống:

gần bằng 1m/s (thỏa)

a Hệ thống đầu phân phối nước

Bể UASB được thiết kế có tổng cộng 15 đầu phân phối nước

Kiểm tra diện tích trung bình của 1 đầu phân phối nước:

b Đường kính ống nhánh

Chọn vận tốc chảy trong ống nhánh

Chọn 5 ống nhánh để phân phối nước vào bể Các ống này đặt uông góc với chiều dài

bể Mỗi ống cách nhau 1,6m , 2 ống sát tường đặt cách tường 0,8m

Đường kính ống nhánh:

Chọn đường kính ống nhánh là :

Kiểm tra lại vận tốc trong ống nhánh:

c Lỗ phân phối nước

Tổng cộng có 15 đầu phân phối nươc trên 5 ống nhánh Vậy mỗi nhánh sẽ có 3 đầu phân phối nước

Tại 1 đầu phân phối nước bố trí 2 lỗ theo 2 phía của đường ống