Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường công ty TNHH MK sugar việt nam công suất 300m3 ngày đêm

Tuy nhiên, với điều kiện là một quốc gia đang phát triển, máy móc thiết bị còn lạc hậu đa số các nhà máy đường của Việt Nam vẫn sử dụng công nghệ cũ, do đó lượng đườngchiếc suất được từ

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 5

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN v

MỤC LỤC 1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 8

DANH MỤC BẢNG 9

DANH MỤC HÌNH 11

MỞ ĐẦU 12

1 Đặt vấn đề 12

2 Mục tiêu đồ án 12

3 Đối tượng thực hiện 12

4 Nội dung thực hiện 12

5 Các kỹ năng làm đồ án 13

6 Ý nghĩa thực tiễn của đồ án 13

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 14

1.1 Giới thiệu đặc điểm cây mía 14

1.2 Tổng quát về công nghệ sản xuất mía đường Việt Nam 15

1.3 Thông tin tổng quát về địa điểm thực hiện đề tài 19

1.3.1 Giới thiệu công ty TNHH MK Sugar Việt Nam 19

1.3.2 Tổng quát về công trình xử lý nước thải 19

1.3.3 Điều kiện địa hình - khí hậu 20

1.3.4 Điều kiện kinh tế - xã hội 20

1.4 Tổng quát về nước thải mía đường 20

1.4.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải 20

1.4.2 Thành phần, tính chất nước thải mía đường 21

1.4.3 Các thông số đặc trưng của nước thải 22

1.4.3.1 Thông số vật lý 22

1.4.3.2 Thông số hóa học 22

1.4.3.3 Thông số sinh học 24

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI MÍA ĐƯỜNG 26

2.1 Phương pháp xử lý cơ học 26

2.1.1 Song chắn rác 26

2.1.2 Bể lắng 27

2.1.3 Bể tách dầu mỡ 28

2.1.4 Bể điều hòa 29

2.1.5 Bể lọc 30

2.2 Phương pháp xử lý hóa lý 30

2.2.1 Keo tụ - Tạo bông 30

2.2.2 Tuyển nổi 31

2.2.3 Phương pháp hấp phụ 31

2.2.4 Trao đổi ion 32

Nam công suất 300m /ngày đêm

2.3 Phương pháp xử lý hóa học 32

2.3.1 Trung hòa 33

2.3.2 Oxy hóa - khử 33

2.3.3 Khử trùng 33

2.4 Phương pháp xử lý sinh học 35

2.4.1 Xử lý trong điều kiện tự nhiên 35

2.4.2 Xử lý trong điều kiện nhân tạo 36

2.4.2.1 Bể lọc sinh học 36

2.4.2.2 Bể lọcsinhhọc nhỏ giọt 36

2.4.2.3 Đĩa lọc sinh học 37

2.4.2.4 Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngâm trong nước (bioten) 37

2.4.2.5 Bể lọc sinh học cao tải 37

2.4.2.6 Quá trình kỵ khí 38

2.4.2.7 Quá trình sinh học hiếu khí 45

2.4.2.8 Màng lọc MBR 48

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MÍA ĐƯỜNG 53

3.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý nước thải mía đường 53

3.2 Đề xuất các phương án xử lý nước thải 54

3.2.1 Phương án 1 54

3.2.2 Phương Án 2 57

3.3 So sánh hai công nghệ 60

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH 63

4.1 Tính toán các công trình 63

4.1.1 Tính toán bể tiếp nhận 63

4.1.2 Tính toán bể phản ứng 64

4.1.3 Tính toán bể trung gian 1 66

4.1.4 Tính toán bể điều hòa 68

4.1.5 Tính toán bồn tách rác tinh 70

4.1.6 Tính toán bể trung hòa 70

4.1.7 Tính toán bể Aerotank 71

4.1.8 Tính toán bể lọc màng MBR 78

4.1.9 Tính toán bể keo tụ - tạo bông 85

4.1.10 Tính toán bể lắng hóa lý 88

3.1.11 Tính toán bể trung gian 2 89

4.1.12 Bể lắng bùn và sân phơi bùn 91

4.1.13 Các công trình phụ trợ 92

4.2 Chi phí đầu tư 93

4.2.1 Chi phí xây dựng 93

4.2.2 Chi phí thiết bị 95

4.3 Chi phí vận hành 98

4.3.1 Chi phí điện năng 98

4.3.2 Chi phí hóa chất 100

4.3.3 Chi phí nhân công 101

4.3.4 Chi phí khấu hao 101

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 7

4.3.5 Chi phí bảo trì 102

4.3.6 Suất đầu tư 102

4.3.7 Chi phí vận hành 102

CHƯƠNG 5 QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG 103

5.1 Hướng dẫn sử dụng màng MBR 103

5.2 Nguyên tắc vận hành và bảo dưỡng thiết bị 104

5.2.1 Nguyên tắc vận hành nhà máy xử lý nước thải 104

5.2.2 Nguyên tắc vận hành tủ điện và các thiết bị 104

5.2.3 Nguyên tắc bảo dưỡng thiết bị 108

5.3 Nhật ký vận hành và các sự cố thường gặp 109

5.3.1 Nhật ký vận hành 109

5.3.2 Sự cố thường gặp và cách khắc phục 110

KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 112

KẾT LUẬN 112

KIẾN NGHỊ 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

PHỤ LỤC 1 CATOLOGUE ỐNG NHỰA BÌNH MINH 116

PHỤ LỤC 2 BỒN NƯỚC ĐỨNG TÂN Á ĐẠI THÀNH 117

PHỤ LỤC 3 CATOLOGUE BƠM TRỤC NGANG 119

PHỤ LỤC 4 CATOLOGUE BƠM CHÌM 122

PHỤ LỤC 5 CATOLOGUE MÁY THỔI KHÍ LONGTECH 126

Nam công suất 300m /ngày đêm

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD: Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh học, mg/l

COD: Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hóa học, mg/l

DO: Dissolved Oxygen - Oxy hòa tan, mg/l

MBR: Membrance Bio Reator

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

SS: Suspended Solid - Chất rắn lơ lững, mg/l

TNHH: Trách nhiệm hữu hạn

XLNT: Xử lý nước thải

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor - Bể sinh học kỵ khí

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 9

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Các phương pháp hóa học 34

Bảng 2 2 So sánh hai kiểu lắp màng 49

Bảng 3 1 Thông số nước thải đầu vào 53

Bảng 4.1 Thông số thiết kế bể tiếp nhận 64

Bảng 4.2 Các giá trị cho trộn nhanh 65

Bảng 4.3 Thông số thiết kế bể phản ứng 66

Bảng 4.4 Thông số thiết kế bể trung gian 1 68

Bảng 4.5 Thông số thiết kế bể điều hòa 69

Bảng 4.6 Thông số thiết kế bồn tách rác 70

Bảng 4.7 Thông số thiết kế bể trung hòa 70

Bảng 4.8 Kích thước điễn hình bể Aerotank 73

Bảng 4.9 Thông số thiết kế bể Aerotank 77

Bảng 4.10 Thông số thiết kế của màng MBR model SADF2590 78

Bảng 4.11 Thông số thiết kế bể màng MBR 85

Bảng 4.12 Thông số thiết kế bể keo tụ - tạo bông 87

Bảng 4.13 Thông số thiết kế bể lắng hóa lý 89

Bảng 4.14 Thông số thiết kế bể trung gian 2 90

Bảng 4.15 Thông số thiết kế bể lắng bùn 91

Bảng 4.16 Thông số thiết kế sân phơi bùn 92

Bảng 4.17 Chi phí xây dựng 93

Bảng 4.18 Chi phí thiết bị 95

Bảng 4 19 Chi phí điện năng trong 1 ngày 98

Bảng 5.1 Quy trình hoạt động của các thiết bị điện 105

Bảng 5.2 Ví dụ về bảng theo dõi thiết bị 108

Bảng phụ lục 2 1 Thông số thiết kế bơm 120

Nam công suất 300m /ngày đêm

Bảng phụ lục 2 2 Đặc tính kỹ thuật máy bơm Ebara DWO 150 120Bảng phụ lục 4.1 Thông số kỹ thuật bơm Willo 122Bảng phụ lục 5 1 Danh sách các model máy thổi khí Longech 128

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 11

DANH MỤC HÌNH

Sơ đồ 1.1 Công nghệ sản xuất đường mía 18

Hình 2 1 máy tách rác 27

Hình 2 2 Bể điều hòa 30

Sơ đồ 2 1Quá trình phân hủy sinh học kỵ khí 38

Sơ đồ 2 2 Phản ứng xảy ra trong quá trình sinh học kỵ khí 41

Hình 2 3 Kiểu màng MBR dăt ngập và đặt ngoài 48

Hình 2 4 Tấm màng và khung màng MBR 50

Sơ đồ 3.1 Đề xuất phương án 1 54

Hình 3.2 Đề xuất phương án 2 57

Hình phụ lục 1 1 Quy cách đặt bồn nước 117

Hình phụ lục 1 2 Bồn nhựa 1500L 118

Hình phụ lục 2 1 Bơm trục ngang Ebara 119

Hình phụ lục 2 2 Sơ đồ chọn bơm 119

Hình phụ lục 4 1 Bơm chìm Willo 122

Hình phụ lục 4.2 Cấu tạo bơm 123

Hình phụ lục 4.3 Sơ đồ chọn bơm 124

Hình phụ lục 5 1 Máy thổi khí Longtech 128

Nam công suất 300m /ngày đêm

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Xã hội Việt Nam đang chuyển mình để hòa nhập vào nền kinh tế thế giới, quátrình công nghiệp hóa – hiện đại hóa không ngừng phát triển, kéo theo quá trình đôthị hóa Trong quá trình phát triển, nhất là trong thập kỷ vừa qua, các đô thị lớn như

Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh… đã gặp nhiều vấn đề môi trường ngày càngnghiêm trọng do các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, giao thông và sinh hoạtgây ra Bên cạnh đó, việc quản lý và xử lý nước thải sản xuất chưa triệt để nên dẫnđến hậu quả nguồn nước mặt bị ô nhiễm và nguồn nước ngầm cũng dần bị ô nhiễmtheo làm ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta Hiện nay, việc quản lý nước thải kể

cả nước thải sản xuất là một vấn đề nan giải của các nhà quản lý môi trường trên thếgiới nói chung và Việt Nam nói riêng, nên việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải làrất cần thiết cho các nhà máy sản xuất hiện nay

Với mong muốn môi trường sống ngày càng được cải thiện, vấn đề quản lý nướcthải sinh hoạt được dễ dàng hơn để phù hợp với sự phát triển tất yếu của xã hội và cảithiện nguồn tài nguyên nước đang bị thoái hóa và ô nhiễm nặng nề nên đề tài “Tínhtoán thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường công ty TNHH MK Sugar ViệtNam công suất 300m3/ngày đêm” là rất cần thiết nhằm góp phần cho việc quản lýnước thải sản xuất của công ty ngày càng tốt hơn, hiệu quả hơn và môi trường ngàycàng sạch đẹp hơn

2 Mục tiêu đồ án

Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải mía đường công ty TNHH MK SugarViệt Nam, công suất 300 m3/ngày đêm với yêu cầu đặt ra là nước thải phải đạt tiêuchuẩn xả thải (QCVN 40:2011/BTNMT) cho nước thải loại B Nước thải sau xử lýđược chảy vào suối nhỏ, con suối này được chảy vào Sông Phan Không sử dụng chomục đích sinh hoạt của người dân, do đó yêu cầu xử lý nước thải chỉ cần đạt cột B

3 Đối tượng thực hiện

Tìm hiểu một số thông tin về nước thải ngành mía đường, thành phần nước thảimía đường… Sau đó, tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải, cụ thể là nướcthải mía đường cho công ty TNHH MK Sugar Việt Nam

4 Nội dung thực hiện

Giới thiệu công ty TNHH MK Sugar Việt Nam

Tổng quan về thành phần, tính chất và đặc trưng của nước thải mía đường

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 13

Nêu ra 02 phương án công nghệ xử lý nước thải cho dự án

Tính toán các công trình đơn vị theo phương án đã chọn

Khái toán chi phí xây dựng và vận hành của hệ thống xử lý nước thải thiết kếtrên

Xây dựng phương án vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải này

5 Các kỹ năng làm đồ án

Kỹ năng thu thập số liệu: Thu thập số liệu về lưu lượng, tính chất nước thải làm

cơ sở để đánh giá hiện trạng và tải lượng chất ô nhiễm do nước thải mía đường gây rakhi Dự án hoạt động

Kỹ năng tính toán: Sử dụng các công thức toán học để tính toán các công trìnhđơn vị của hệ thống xử lý nước thải, chi phí xây dựng và vận hành hệ thống

Kỹ năng sử dụng phần mềm Auto card: Dùng phần mềm Autocard để mô tả kiếntrúc công nghệ xử lý nước thải

6 Ý nghĩa thực tiễn của đồ án

Vận dụng các kiến thức đã được học trong thời gian theo học tại trường vào đồ án,nhằm rèn luyện khả năng tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Nam công suất 300m /ngày đêm

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu đặc điểm cây mía

Cây mía có tên khoa học là saccharum ssp Thuộc họ Graminaea (họ Hòa Thảo).

Thân mía: ở cây mía, thân là đối tượng thu hoạch, là nơi dự trữ đường được dùng làm nguyên liệu chính để chế biến đường ăn.

Thân cây mía cao trung bình 2-3 m, một số giống cao 4-5 m, thân mía được hình thành bởi nhiều dóng (đốt) hợp lại Chiều dài mỗi dóng từ 15 - 20 cm, trên mỗi dóng gồm có mắt mía (mắt mầm), đai sinh trưởng, đai rễ, sẹo lá

Thân mía có màu vàng, đỏ hồng hoặc đỏ tím Tùy theo từng giống mía có nhiều hình dạng khác nhau như: hình trụ, hình trống, hình ống chỉ thân đơn độc, không có cành nhánh, trừ một số trường hợp bị sâu bệnh.

Rễ mía: cây mía có 2 loại rễ là rễ sơ sinh và rễ thứ sinh.

- Rễ sơ sinh mọc ra từ đai rễ của hom trồng, có nhiệm vụ hút nước trong đất

để giúp mầm mía mọc và sinh trưởng trong gai đoạn đầu (rễ tạm thời) khi mầm mía phát triển thành cây con, thì các rễ thứ sinh mọc ra từ đai rễ của góc cây con, giúp cây hút nước và chất dinh dưỡng Lúc này các rễ sơ sinh teo dần và chết, cây mía sống nhờ vào rễ thứ sinh và không nhờ vào chất dinh dưỡng dự trữ trong hom mía nữa.

- Rễ thứ sinh là rễ chính của cây mía, bám vào đất để giữ cho cây mía không

bị đỗ ngã, đồng thời hút nước và chất dinh dưỡng nuôi cây trong suốt chu kỳ sinh trưởng (rễ vĩnh cữu) rễ mía thuộc loại rễ chùm, ăn nông, tập trung ở tầng đất mặt 30 - 40 cm, rộng 40 - 60 cm.

Lá mía: cây mía có bộ lá phát triển mạnh, chỉ số diện tích lá lớn và hiệu suất quang hợp cao, giúp cây tổng hợp một lượng đường rất lớn Phiến lá có màu xanh thẩm, mặt trên có nhiều lông nhỏ và cứng, hai bên mép có gai nhỏ Bẹ lá rộng, ôm kín thân mía, có nhiều lông Nối giữa bẹ và phiến là là đai dày cổ lá Ngoài ra còn có lá thìa, tai lá các lá mía cũng khác nhau tùy vào giống mía Hoa và hạt mía:

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 15

Hoa mía (còn gọi là bông cờ): mọc thành chùm dài từ điểm sinh trưởng trên cùng của thân mía khi cây mía chuyển sang giai đoạn sinh thực Mỗi hoa có hình chiếc quạt mở, gồm cả nhị đực và nhụy cái, khả năng tự thụ rất cao Cây mía có giống ra hoa nhiều, có giống ra hoa ít hoặc không ra hoa Khi ra hoa cây mía bị rỗng ruột làm giảm năng suất và hàm lượng đường Trong sản xuất người ta không thích trồng các giống mía ra hoa và tìm cách hạn chế ra hoa.

Hạt mía: hình thành từ bầu nhụy cái được thụ tinh trông như một chiếc váy nhỏ, hình thoi và nhẵn, dài khoảng 1 - 1,2 mm Trong hạt có phôi và có thể nảy mầm thành cây mía con, dùng công tác lai tạo, tuyển chọn giống, không dùng trong sản xuất Cây mía từ khi nảy mầm đến khi thu hoạch kéo dài khoảng 8 -

10 tháng tùy điều kiện thời tiết và giống mía.[14]

1.2 Tổng quát về công nghệ sản xuất mía đường Việt Nam

Với đặc điểm khí hậu nhiệt đới nên nước ta có thế mạnh phát triển các loại câylương thực và cây hoa màu, trong đó mía là loại cây trồng rất thích hợp điều kiện khíhậu, thổ nhưỡng và cho năng suất cao, ngành mía đường bắt đầu từ những năm đầucủa thế kỹ 20 tại miền Nam và các tỉnh miền Đông nam bộ

Cùng với sự phát triển ngành đường thế giới, ngành mía đường nước ta cũng pháttriển mạnh mẽ trong những năm gần đây, đáp ứng đủ yêu cầu tiêu dùng trong nướccũng như suất khẩu

Tuy nhiên, với điều kiện là một quốc gia đang phát triển, máy móc thiết bị còn lạc hậu

đa số các nhà máy đường của Việt Nam vẫn sử dụng công nghệ cũ, do đó lượng đườngchiếc suất được từ cây mía tương đối thấp (≈70%), trong khi đó cùng nằm trong khuvực Đông Nam Á là Thái Lan lại có mức chiếc suất đến 90 %, điều này cũng dẫn đếnlượng đường còn lại trong chất thải tương đối cao và gây ra ô nhiễm môi trường, cácnguồn thải của nhà máy mía đường chủ yếu là: khí thải, chất thải rắn và nước thải.Trong khi khí thải và chất thải rắn gây ô nhiễm không đáng kễ thì nước thải là mốiquan tâm hàng đầu vì chứa nhiều chất gây ô nhiễm môi trường

Sản xuất đường gồm nhiều công đoạn khác nhau, từ nguyên liệu ban đầu là cây mía,

và rất nhiều nguyên liệu đầu vào khác thì mới ra được sản phẩm Công nghệ sản xuấtđường được đánh giá là thải ra lượng lớn nước thải sản xuất, có khả năng gây ô nhiễmmôi trường

Quy trình sản xuất gồm hai giai đoạn chính là: sản xuất đường thô và sản xuất đườngtinh luyện

Nam công suất 300m /ngày đêm

Công nghệ sản xuất đường thô: bao gồm các công đoạn: ép mía, tinh chế nước mía,chưng cất, kết tinh đường và phân tách

Đầu tiên mía nguyên liệu được đưa qua máy đánh tơi cây mía, và đưa vào công đoạn

ép mía bằng các trục áp lực, để có thể lấy hết lượng đường trong mía, người ta có thểdùng nước hay mía phun vào mía, để mía nhã đường Bã mía ở máy ép cuối còn chứamột lượng nhỏ đường chưa lấy hết, xơ gỗ và khoảng 40 -50 % nước Ngay khi míađược đem đi ép, người ta cắt chúng thành từng miếng nhỏ để thuận tiện cho việc thunhận nước mía ở chu trình ép sau đó Thông thường có 3 hay nhiều bộ nghiền 3 trụcđược sử dụng để ép nước mía ra khỏi cây mía Các chất bã còn lại được tận dụng làmnhiên liệu cho lò hơi

Nước mía có tính axit (pH = 4,9 - 5,5), đục, có màu xanh lục (chứa 13 - 15% chấttan, trong chất khô chứa 82 - 85% đường saccaarosa) nước mía được xử lý bằng cácchất hóa học như vôi, CO2, SO2, phosphat rồi được đun nóng để làm trong Quá trình

xử lý này có tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyền phù và lắng các chất bẩn Dungdịch trong được lọc qua máy lọc chân không Bã lọc được loại bỏ, đem thải hoặc dùnglàm phân bón Nước mía sau khi lọc còn chứa khoảng 88% nước, sau đó được bốc hơitrong lò nấu chân không Hỗn hợp tinh thể và mật được thu vào máy ly tâm để táchđường ra khỏi mật rỉ Rỉ đường là dung dịch hóa học có độ nhớt cao, chứa khoảng 1/3đường khử Sản phẩm khử của quá trình sản xuất đường gồm có:

Bột giấy, tấm xơ ép từ bã mía;

Nhựa, bê tông từ bã mía;

Phân bón, thức ăn gia súc, alcohol, dấm, axeton, axitcitric và mật từ mía

Lượng nước thải trong công nghiệp sản xuất đường thô rất lớn bao gồm nước rửamía cây nguyên liệu vào và ngưng tụ hơi nước, nước rửa than, nước xả đáy lò hơi,nước rửa cột trao đổi ion, nước làm mát, nước rửa sàn và thiết bị, nước bùn bã lọcdung dịch đường rơi vãi trong sản xuất

Công nghệ sản xuất đường tinh luyện:

Quy trình công nghệ tinh luyện đường gồm 3 giai đoạn chính: rửa hòa tan; làmtrong và làm sạch; kết tinh và hoàn tất

Rửa và hòa tan:

Rửa: làm sạch lớp phim mạch bên ngoài hạt đường thô để nâng cao độ tinh củađường;

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 17

Hòa tan: đường sau khi ly tâm được hòa tan vào nước thành dung dịch nước đườngnguyên chất để đến khâu hóa chế

Làm trong và làm sạch:

Làm trong: nước đường nguyên chất được xử lý bằng các chất hóa học như vôi,

H3PO4 để làm trong Quá trình xử lý này có tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyềnphù và làm lắng các chất bẩn;

Làm sạch: nước đường sau khi lắng trong được cho thêm than hoạt tính và bộ trợlọc để khử màu và tăng cường khả năng làm trong Nước đường sau lọc gọi là siro tinhlọc;

Kết tinh và hoàn tất:

Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước siro tinh lọc và đưa dung dịch dến trạng tháibão hòa, sản phẩm sau khi nấu đường là đường non gồm tinh thể đường và mật cái

Nguồn: [1]

Nam công suất 300m /ngày đêm

Hơi nước

Hơi ngưng tụ

Lọcchânkhông

Nguồn:[1]

Sơ đồ 1.1 Công nghệ sản xuất đường mía

Mía nguyênliệu

Máy băm mía

Non B

Gia nhiệt lần 1

Non C

Mậttrắng

Cát

A

Non A

Mậtnâu CátB MậtB CátC Mật cuối (mậtđường hồ)Hơi nước

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 19

1.3 Thông tin tổng quát về địa điểm thực hiện đề tài

1.3.1 Giới thiệu công ty TNHH MK Sugar Việt Nam

Công ty TNHH MK Sugar Việt Nam được Ủy ban Nhân dân tỉnh Bình Thuận cấpphép xây dựng năm 2006

Tiền thân là công ty đường Bình Thuận đến năm 2006 công ty chuyển đổi chủ sởhữu với sự hợp tác liên doanh giữa công ty MK Sugar Internation Co.,Ltd (Thái Lan)

và công ty TNHH Mitr Kasert Thuận Phước Năm 2015 công ty TNHH MK SugarViệt Nam dừng hoạt động, tháng 6 năm 2016 công ty hoạt động trở lại

Công ty có diện tích hoạt động là 5,1 hecta gồm hệ thống nhà văn phòng, nhàxưởng, sân bãi tập kết mía nguyên liệu và hệ thống xử lý nước thải

Công ty hoạt động tại khu phố Lâm Giáo, thị trấn Ma Lâm, huyện Hàm Thuận Bắc,tỉnh Bình Thuận

Mã số thuế: 3400459611

Số điện thoại: 0623.856.268 fax:0623.856.604

Ngành nghề hoạt động: sản xuất đường thô và đường tinh luyện, đường rượu vàmột số sản phẩm phụ gia khác từ quy trình sản xuất đường mía

(nguồn: Giới thiệu công ty TNHH MK Sugar Việt Nam 6/2016[1])

1.3.2 Tổng quát về công trình xử lý nước thải

Công trình xử lý nước thải xây dựng trong khuôn viên công ty TNHH MK Sugar

VN với các công trình chính bao gồm: nhà điều hành, hệ thống bể tiếp nhận, bể sinhhọc, bồn lọc áp lực và bể lắng bùn, sân phơi bùn, 2 bể điều hòa và bể chứa nước sau

xử lý

Công trình xử lý nước thải với công suất 300 m3/ngày đêm với các loại nước thảisau:

Nước thải ép mía đường: nước dùng để ngâm ép đường trong mía và làm mát các

ổ trục máy ép thường có hàm lượng BOD cao

Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và rửa sàn, thường có hàm lượng chất lơlững cao, nhiễm bẩn một số hữu cơ bay hơi từ nước đường đun sôi

Nước thải sinh hoạt từ nhân viên công ty và công nhân trong nhà máy

Dựa trên vào bảng số liệu trên, có thể thấy hầu hết các thông số đều có giá trị vượttiêu chuẩn cột B, QCVN 40:2011/BTNMT Vì vậy, nguồn nước này cần qua xử lý để

Nam công suất 300m /ngày đêm

cho các thông số trên có giá trị dưới quy định trước khi xả ra nguồn tiếp nhận là suốichảy từ núi vào Sông Phan Nguồn nước này không sử dụng cho mục đích cấp nướcsinh hoạt

1.3.3 Điều kiện địa hình - khí hậu

Nhìn chung điạ hình khu vực khá đa dạng, thấp dần theo hướng Tây Bắc - ĐôngNam; khu vực thực hiện dự án thuộc vùng đồi núi bán sơn địa, nhiều đồi núi, địa hìnhkhông bằng phẳng, chia cắt bởi nhiều sông suối nhỏ

Khu vực này có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mang tính chất khô hạn của vùng duyênhải Nam Trung bộ chia làm 2 mùa rỏ rệt là mùa nắng và mùa mưa: mùa nắng từ tháng

11 đến tháng 4, mùa mưa từ thắng 5 đến tháng 12, lượng giờ nắng trong năm khá cao

1.3.4 Điều kiện kinh tế - xã hội

Dự án thực hiện tại thị trấn Ma Lâm, huyện Hàm Thuận Bắc, Tỉnh Bình Thuận

Về kinh tế, huyện Hàm Thuận Bắc là huyện thuần nông, người dân chủ yếu canhtác cây Thanh long và cây Cao su, trong vài năm gần đây người dân mở rộng trồngthêm các loại cây ăn trái khác

Vị trí thuận lợi để phát triển kinh tế khi giáp ranh với tỉnh Lâm Đồng và thành phốPhan Thiết

Huyện có nhiều thắng cảnh đẹp có tiềm năng phát triển du lịch sinh thái

Về xã hội: huyện Hàm Thuận Bắc được tách ra từ huyện Hàm Thuận từ năm 1993,dân số huyện chiếm 95% là dân tộc Kinh, 5% còn lại là đồng bào các dân tộc thiểu số.Tôn giáo chính ở huyện: đạo Bà La Môn, Công Giáo, Tin Lành, Phật Giáo

1.4 Tổng quát về nước thải mía đường

1.4.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải

Trong quá trình sản xuất, nước thải được phát sinh trong nhiều khâu và mức độnhiễm bẩn của các loại nước thải này cũng khác nhau Các nguồn phát sinh chủ yếucủa các loại nước thải trong nhà máy đường chủ yếu từ các khâu sau:

Nước thải phát sinh trong công đoạn băm, ép và hòa tan: ở đây, nước dùng đểngâm và ép đường trong mía và làm mát ổ trục nên nước thải có chứa hàm lượng hữu

cơ cao do chứa lượng đường thất thoát

Nước thải phát sinh trong công đoạn làm trong và làm sạch: làm mát lò hơi vàngưng tụ sau khi cấp nhiệt cho các thiết bị gia nhiệt, cô đặc, nấu đường, làm nguộimáy, làm nguội đường thường dùng với lượng nước lớn

1.4.2 Thành phần, tính chất nước thải mía đường

tính chất nước thải ngành mía đường ảnh hưởng tới môi trường: nước thải từ quátrình sản xuất mía đường chứa nhiều hữu cơ là các hơp chất cacbon từ nguyên liệu nhưglucose, sacarozo và các hợp chất dễ phân hủy sinh học khác, lượng lớn N, P đặcđiểm của nước thải loại này là hàm lượng BOD cao, và dao động nhiều

Nước thải mía đường cũng chứa rất nhiều cặn lơ lững là các chất vô cơ từ quá trìnhrửa cây mía Nếu trong điều kiện công nghệ lạc hậu, lượng chất rắn này có thể phátsinh rất nhiều

Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất thoát lượngđường khá lớn, gây thiệt hại đáng kễ cho nhà máy Ngoài ra còn có các chất màu anion

và cation (chất màu của axit hữu cơ, muối kim loại tạo thành) do việc xả rửa liên tụccác cột tẩy màu resin và các chất không đường dạng hữu cơ (các axit hữu cơ), dạng vô

cơ (Na2O, SiO2, P2O5, Ca, Mg và K2O) Trong nước thải xả rửa các cột resin thường cónhiều ion H+, OH- các chất thài của nhà máy đường làm cho nước thải có tính axit.Nước thải mía đường có chứa đường và các hợp chất dễ gây phân hủy sinh học rất

dễ phân hủy trong nước Chúng có khả năng gây kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởngđến hoạt động của quần thể vi sinh vật trong nước Trong quá trình công nghệ sản xuấtđường, ở nhiệt độ cao hơn 55oc các loại đường glucose và fructoze có thể bị phân hủythành các hợp chất có màu rất bền Ở nhiệt độ cao hơn 200oc, chúng chuyển thànhcaramen (C12H18O9)n đây là dạng bột chảy hoặc tan vào nước, có màu nâu sẫm, vịđắng Phần lớn các sản phẩm phân hủy của đường khử có phân tử lượng lớn nên khóthấm qua màng vi sinh Để chuyển hóa chúng, vi sinh phải phân rã chúng thành nhiềumảnh nhỏ để có thể thấm vào tế bào Quá trình phân hủy các sản phẩm đường khử đòihỏi thời gian phân hủy dài hơn, nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch trongnguồn tiếp nhận Các chất lơ lửng có trong nước thải còn có khả năng lắng xuống đáynguồn nước Quá trình phân hủy kỵ khí các chất này sẽ làm cho nước có màu đen và

có mùi H2S

Nam công suất 300m /ngày đêm

1.4.3 Các thông số đặc trưng của nước thải

1.4.3.1 Thông số vật lý

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total) Suspended Solids – (T)SS – SS) có thể có bảnchất là:

Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét)

Các chất hữu cơ không tan

Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…)

Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trongquá trình xử lý

Mùi

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S – mùi trứng thối Các hợp chất khác,chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiệnyếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S

Độ màu

Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm hoặc

do các sản phẩm được tạo ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ Đơn vị đo độmàu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt – Co)

Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử dụng

để đánh giá trạng thái chung của nước thải

1.4.3.2 Thông số hóa học

Độ pH của nước

pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+có trong dung dịch, thường được dùng

để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước

Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hòa tan trong nước

pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước Độ pH có ảnh hưởng đếncác quá trình trao đổi chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước Do vậy rất có ýnghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường

Nước thải mía đường có pH = 4.5 - 6

Nhu cầu oxy hóa học (COD - Chemical Oxygen Demand)

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 23

-COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước bao gồm

cả vô cơ và hữu cơ Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hóa toàn bộ các chất hóahọc trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa một phần cáchợp chất dễ phân hủy bởi vi sinh vật

COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ nóichung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinhhọc của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp

Nhu cầu oxy sinh học (BOD - Biochemical Oxygen Demand)

BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ theo phảnứng:

Chất hữu cơ + O2CO2+ H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian (2.1)Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hóa sinh học xảy ra thì các vi sinh vật

sử dụng các oxy hòa tan, vì vậy xác định hàm lượng tổng oxy hòa tan cần thiết choquá trình phân hủy sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dòngthải đối với nguồn nước BOD có giá trị biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trongnước có thể phân hủy bằng vi sinh vật

Oxy hòa tan (DO- Dissolved - Oxy)

DO là lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vậtnước (cá, lưỡng thể, thủy sinh, côn trùng,…) thường được tạo ra do sự hòa tan từ khíquyển hoặc do quang hợp của tảo

Nồng độ oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8 – 10 ppm, và dao động mạnhphụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân hủy hóa chất, sự quang hợp của tảo và v.v… Khinồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết Do vậy, DO làmột chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của các thủy vực

Nitơ và các hợp chất hữu cơ

Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất.Nitơ là thành phần cấu thành protein có trong tế bào chất cũng như các acid amintrong nhân tế bào Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng lànhững tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào môi trường với lượngrất lớn Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trởthành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2-, NO3và có thể cuối cùng là trả lại N2cho không khí

Như vậy, trong môi trường đất và nước luôn tồn tại các thành phần chứa Nitơ

Nam công suất 300m /ngày đêm

từ các protein có cấu trúc phức tạp đến acid amin đơn giản, cũng như các ion Nitơ vô

cơ là sản phẩm quá trình khoáng hóa các chất kể trên

Trong nước mặt cũng như nước ngầm, Nitơ tồn tại ở 3 dạng chính là: ion amoni(NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) Dưới tác động của nhiều yếu tố hóa lý và dohoạt động của một số sinh vật các dạng Nitơ này chuyển hóa lẫn nhau, tích tụ lạitrong nước ăn và có độc tính đối với con người Nếu sử dụng nước có NO2-với hàmlượng vượt mức cho phép kéo dài, trẻ em và phụ nữ có thai có thể mắc bệnh xanh da

vì chất độc này cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy

Phospho và các hợp chất chứa phospho

Nguồn gốc của các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa cácchất thải của người và động vật và sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trongnông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong sinh hoạt

và một số ngành công nghiệp trôi theo dòng nước

Trong các loại nước thải, Phospho hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphate.Các hợp chất chứa phosphate được chia thành phosphate vô cơ và phosphate hữucơ

Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinhvật Việc xác định Phospho tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảoquá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thảibằng phương pháp sinh học

Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phúdưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triểnmạnh của tảo và vi khuẩn lam

Chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạonên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước Nguồn tạo ra các chất hoạtđộng bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong một sốngành công nghiệp

1.4.3.3 Thông số sinh học

Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnhcho người Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sống ký sinh,phát triển và sinh sản Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dàitrong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tang, bao gồm vi khuẩn, virus, giun sán

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 25

Vi khuẩn: các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây bệnh về đườngruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do

vi khuẩn Salmonella typhosa…

Virus: có trong nước thải có thể gây bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thầnkinh trung ương, viêm tùy xám, viêm gan… Thông thường khử trùng bằng các quátrình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được virus

Giun sán (helminths): giun sán là loại sinh vật ký sinh có dòng vòng đời gắn liềnvới hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này.Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước Tuy nhiên, cácphương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả

Nam công suất 300m /ngày đêm

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI MÍA ĐƯỜNG

xử lý nước thải phía sau hoạt động ổn định

Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chấtkhông tan, tuy nhiên BOD trong nước thải giảm không đáng kể Để tăng cường quátrình xử lý cơ học, người ta làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi lắng nên hiệu suất

xử lý của các công trình cơ học có thể tăng đến 75% và BOD giảm đi 10 – 15%

Một số công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:

2.1.1 Song chắn rác

Nhiệm vụ: song chắn rác dùng để giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon,

vỏ cây và các tạp chất có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các côngtrình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định

Song chắn rác là các thanh đan xếp kế tiếp nhau với các khe hở từ 16 đến 50mm,các thanh có thể bằng thép, inox, nhựa hoặc gỗ Tiết diện của các thanh này là hìnhchữ nhật, hình tròn hoặc elip Bố trí song chắn rác trên máng dẫn nước thải

Các song chắn rác đặt song song với nhau, nghiêng về phía dòng nước chảy đểgiữ rác lại Song chắn rác thường đặt nghiêng theo chiều dòng chảy một góc 500 đến

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 27

trước các công trình xử lý nước thải

Hình 2 1 máy tách rác

Nguồn [12] 2.1.2 Bể lắng

Bể lắng cát

Trong thành phần cặn lắng nước thải thường có cát với độ lớn thủy lực  = 18mm/s Đây là các phần tử vô cơ có kích thước và tỷ trọng lớn Mặc dù không độc hạinhưng chúng cản trở hoạt động của các công trình xử lý nước thải như tích tụ trong

bể lắng, bể mêtan,… làm giảm dung tích công tác công trình, gây khó khăn cho việc

xả bùn cặn, phá hủy quá trình công nghệ của trạm xử lý nước thải Để đảm bảo chocác công trình xử lý sinh học nước thải sinh học, nước thải ổn định họat động cầnphải có các công trình và thiết bị phía trước

Nhiệm vụ:

Loại bỏ các cặn vô cơ lớn như cát, sỏi…có kích thước hạt > 0,2mm

Bảo vệ các trang thiết bị động (bơm) tránh mài mòn

Nam công suất 300m /ngày đêm

Giảm cặn lắng trong ống, mương dẫn và bể phân hủy

Giảm tần suất làm sạch bể phân hủy

Có thể chia làm 3 loại: bể lắng cát ngang, bể lắng cát thổi cơ khí và bể lắng cát

ly tâm Các loại bể lắng cát chuyển động quay có hiệu quả lắng cát cao và hàmlượng chất hữu cơ có trong cát thấp Do cấu tạo đơn giản, bể lắng cát ngang được

sử dụng rộng rãi hơn cả Tuy nhiên trong điều kiện cần thiết phải kết hợp các côngtrình xử lý nước thải, người ta có thể dùng bể lắng cát đứng, bể lắng cát tiếp tuyếnhoặc thiết bị xiclon hở một tầng hoặc xiclon thủy lực

Cát lưu giữ trong bể từ 2 đến 5 ngày Các loại bể lắng cát thường dùng cho cáctrạm xử lý nước thải công suất trên 100m3/ngày Từ bể lắng cát, cát được chuyển rasân phơi để làm khô bằng biện pháp trọng lực trong điều kiện tự nhiên

Theo cấu tạo và hướng dòng chảy, người ta phân ra các loại bể lắng ngang, bểlắng đứng và bể lắng ly tâm

2.1.3 Bể tách dầu mỡ

Bể tách dầu mỡ dùng để tách và thu các loại mỡ động thực vật, các loại dầu…

có trong nước thải Đối với nước thải mía đường khi hàm lượng dầu mỡ không caothì việc vớt dầu mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi Các chất này

sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các vật liệu lọc có trong bể sinh học…và chúng sẽ phá hủycấu trúc bùn hoạt tính có trong bể Aerotank và Thường được đặt trước cửa xả vàocống chung hoặc trước bể điều hòa

Bể tách dầu mỡ thường được bố trí trong các khu vực nhà bếp phân xưởng, nhàhàng, công trình được xây bằng gạch, bê tông cốt thép

Công trình này được bố trí phía trước các công trình xử lý khác nhằm loại bỏdầu mỡ trước khi nước thải được xử lý ở các công trình khác

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 29

2.1.4 Bể điều hòa

Lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải các khu dân cư, côngtrình công cộng như các nhà máy xí nghiệp luôn thay đổi theo thời gian phụ thuộcvào các điều kiện hoạt động của các đối tượng thoát nước này Sự dao động về lưulượng nước thải, thành phần và nồng độ chất bẩn trong đó sẽ ảnh hưởng không tốtđến hiệu quả làm sạch nước thải Trong quá trình lọc cần phải điều hòa lưu lượngdòng chảy, một trong những phương án tối ưu nhất là thiết kế bể điều hòa lưu lượng

Bể điều hòa làm tăng hiệu quả của hệ thống xử lý sinh học do nó hạn chế hiệntượng quá tải của hệ thống hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng chất hữu

cơ giảm được diện tích xây dựng của bể sinh học Hơn nữa các chất ức chế quá trình

xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạtđộng của vi sinh vật

Nhiệm vụ:

Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải

Tiết kiệm hóa chất để khử trùng nước thải

Ổn định lưu lượng

Giảm và ngăn cản các chất độc hại đi vào công trình xử lý sinh học tiếp theo

Có 3 loại bể điều hòa:

Bể điều hòa lưu lượng

Bể điều hòa nồng độ

Bể điều hòa cả vể lưu lượng và nồng độ

Nam công suất 300m /ngày đêm

Quá trình này chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng và cầnthu hồi một số thành phần quí hiếm có trong nước thải

Có thể phân loại bể lọc như sau:

2.2.1 Keo tụ - Tạo bông

Quá trình keo tụ - tạo bông được ứng dụng để loại bỏ các chất lơ lững và các hạtkeo có kích thước rất nhỏ (10-7 - 10-8) Các chất này tồn tại ở dạng phân tán và không

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 31

thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian Để tăng hiệu quả lắng, giảmbớt thời gian lắng của chúng thì thêm vào nước thải một số hóa chất như phèn nhôm,phèn sắt, polymer,… Các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trongdung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn

Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)3Cl,KAl(SO4)2.12H2O, NH4(SO4)2.12H2O; phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O, FeSO4.7H2O,FeCl3hay chất keo tụ không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên haytổng hợp

Phương pháp keo tụ có thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạobông cặn, các bông cặn lớn lắng xuống thì những bông cặn này có thể kéo theo cácchất phân tán không tan gây ra màu

2.2.2 Tuyển nổi

Tuyển nổi là phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại bỏ các tạpchất không tan và khó lắng, có khối lượng riêng nhỏ hơn nước Trong nhiều trườnghợp, tuyển nổi còn được sử dụng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt.Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và cũng được ápdụng trong trường hợp quá trình lắng xảy ra rất chậm và rất khó thực hiện Quá trìnhnày được thực hiện nhờ bọt khí tạo ra trong khối chất lỏng khi cho không khí vào.Các chất lơ lửng như dầu, mỡ sẽ nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng củacác bọt khí tạo thành lớp bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban đầu Cácbọt khí bám vào các hạt hoặc được giữ lại trong cấu trúc hạt tạo nên lực đẩy đối vớicác hạt Không khí được đưa vào nước với áp lực từ 1.75 – 3.5 kg/cm2, sau đó nướcthải dư thừa không khí được đưa sang bể làm thoáng, tại đó các bọt khí đi lên làmcho các chất rắn lơ lửng nổi lên mặt nước và được lại bỏ Hiệu quả phân riêng bằngtuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong bóng khí Kích thước tối ưu củabong bóng khí là 15 – 30.10-3mm

Nam công suất 300m /ngày đêm

Tốc độ quá trình hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ, bản chất và cấu trúc của cácchất tan, nhiệt độ của nước, loại và tính chất của các chất hấp phụ

Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ (vùng khuếch tánngoài)

Thực hiện quá trình hấp phụ

Di chuyển chất bên trong hạt chất hấp phụ (vùng khuếch tán trong)

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keonhôm, một số chất tổng hợp khác và một số chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xi mạtsắt Trong số này, than hoạt tính được dùng phổ biến nhất Các chất hữu cơ, kim loạinặng và các chất màu dễ bị hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng củatừng loại chất hấp phụ và hàm lượng chất bẩn có trong nước Phương pháp này có thểhấp phụ 58 – 95% các chất hữu cơ và màu Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được làphenol, akylbenzen, sunfonic axit, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm

2.2.4 Trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏicác kim loại như Zn, Cu, Cr, Pb, Hg, Cd, Mn,… cũng như các hợp chất của Asen,phosphor, Xyanua, chất phóng xạ

Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làmsạch cao Vì vậy, nó là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong

xử lý nước và nước thải

Trao đối ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đốivới ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi làionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước

Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit Chấtnày mang tính axit Các chất có khả năng hút các ion gọi là anion và chúng mangtính kiềm nếu các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng

là các ionit lưỡng tính

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiênhay tổng hợp nhân tạo

2.3 Phương pháp xử lý hóa học

Các phương pháp hoá học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hoà, oxy hoá

và khử Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hoá học nên là phương

Quá trình trung hòa trước hết là phải tính đến khả năng trung hòa lẫn nhau giữacác loại nước thải chứa axit hay kiềm hay khả năng dự trự kiềm của nước thải sinhhoạt và nước sông Trong thực tế, nếu hỗn hợp nước thải có pH = 6.5 – 8.5 thì nước

đó được coi là trung hòa

Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm

Bổ sung các tác nhân hoá học

Lọc nước axit qua vật liệu có tác nhân trung hoà

Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit

Việc lựa chọn phương pháp trung hoà còn tuỳ thuộc vào thể tích và nồng độ nướcthải, chế độ thải nước thải, khả năng sẳn có và giá thành của các tác nhân hoá học.Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành Lượng bùn nàyphụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tácnhân sử dụng cho quá trình

2.3.2 Oxy hóa - khử

Mục đích của phương pháp này là chuyển các chất ô nhiễm độc hại trong nướcthải thành các chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước thải Quá trình này tiêu tốnmột lượng lớn các tác nhân hoá học, do đó quá trình oxy hoá hoá học chỉ được dùngtrong những trường hợp khi các tạp chất gây ô nhiễm bẩn trong nước thải không thểtách bằng những phương pháp khác Thường sử dụng các chất oxy hoá như: Clo khí

và lỏng, nước Javen NaOCl, Kalipermanganat KMnO4, Hypocloric Canxi Ca(ClO)2,

H2O2, Ozon …

2.3.3 Khử trùng

Nam công suất 300m /ngày đêm

Sau khi xử lý sinh học, phần lớn các vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt Khi xử

lý trong các công trình sinh học nhân tạo (Aerophin hay Aerotank ) số lượng vikhuẩn giảm xuống còn 5%, trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc còn 1-2% Nhưng

để tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng

Bảng 2 1 Các phương pháp hóa học.

Trung hòa Để trung hòa nước thải có độ kiềm hoặc axit cao

Keo tụ Loại bỏ Phospho và tăng hiệu quả lắng của các chất rắn lơ lửng

trong các công trình lắng sơ cấp

Hấp phụ Loại bỏ các chất hữu cơ không thể xử lý được bằng phương

pháp hóa học hay sinh học thông dụng Cũng được dùng để khửClo của nước thải sau xử lý, trước khi thải vào môi trường

Khử trùng Để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh Các phương pháp này

thường sử dụng là: chlorine, chlorine dioxide, bromide chlorine,ozone…

Các quá trình khác Nhiều loại hóa chất được sử dụng để đạt được những mục tiêu

nhất định nào đó Ví dụ như là dùng hóa chất để kết tủa các kimloại nặng trong nước thải

(Nguồn:[6])

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 35

2.4 Phương pháp xử lý sinh học

Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăn của visinh vật Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hóa hoặc khử các hợp chấthữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí: quá trình xử lý nước thảiđược dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hòa tan.Nếu oxy được cấp bằng thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình, thì đó là quá trình sinhhọc hiếu khí trong điều kiện nhân tạo Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hòatan trong nước nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khitrong điều kiện tự nhiên

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí: quá trình xử lý được dựa trên

cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong công trình nhờ sự lên men kỵ khí Đốivới các hệ thống thoát nước quy mô vừa và nhỏ, người ta thường dùng các công trìnhkết hợp với việc tách cặn lắng với phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn vàpha lỏng

2.4.1 Xử lý trong điều kiện tự nhiên

Các công trình xử lý nước thải trong đất

Các công trình xử lý nước thải trong đất là những vùng đất quy hoạch tưới nướcthải định kỳ gọi là cánh đồng ngập nước (cánh đồng tươi và cánh đồng lọc) Cánhđồng ngập nước được tính toán thiết kế dựa vào khả năng giữ lại, chuyển hóa chấtbẩn trong đất Khi lọc qua đất, các chất lơ lửng và keo sẽ được giữ lại ở lớp trên cùng.Những chất đó tạo nên lớp màng gồm vô số vi sinh vật có khả năng hấp phụ và oxyhóa các chất hữu cơ có trong nước thải Hiệu suất xử lý nước thải trong cánh đồngngập nước phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ ẩm của đất, mực nước ngầm, tảitrọng, chế độ tưới, phương pháp tưới, nhiệt độ và thành phần tính chất nước thải.Đồng thời, nó còn phụ thuộc vào các loại cây trồng ở trên bề mặt Trên cánh đồngtưới ngập nước có thể trồng nhiều loại cây, song chủ yếu là loại cây không thân gỗ

Hồsinhhọc

Hồ sinh học là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo, không lớn mà ở đấy diễn raquá trình chuyển hóa các chất bẩn Quá trình này diễn ra tương tự như quá trình tựlàm sạch trong nước sông hồ tự nhiên với vai trò chủ yếu là các vi khuẩn và tảo…Theo bản chất quá trình xử lý nước thải và điều kiện cung cấp oxy, người ta chia

hồ sinh học ra 2 nhóm chính: hồ sinh học ổn định nước thải và hồ làm thoáng nhân

Nam công suất 300m /ngày đêm

tạo

Hồ sinh học ổn định nước thải có thời gian nước lưu lại lớn (từ 2 – 3 ngày đếnhàng tháng) nên điều hòa được lưu lượng và chất lượng nước thải đầu ra Oxy cungcấp cho hồ chủ yếu là khuếch tán qua bề mặt hoặc do quang hợp của tảo Quá trìnhphân hủy chất bẩn diệt khuẩn mang bản chất tự nhiện

Theo điều kiện khuấy trộn, hồ sinh học làm thoáng nhân tạo có thể chia thành 2loại: hồ sinh học làm thoáng hiếu khí và hồ sinh học làm thoáng tùy tiện Trong hồsinh học làm thoáng hiếu khí, nước thải trong hồ được xáo trộn gần như hoàn toàn.Trong hồ không có hiện tượng lắng cặn Hoạt động hồ gần giống như bể Aerotank.Còn trong hồ sinh học làm thoáng tùy tiện còn có những vùng lắng cặn và phân hủychất bẩn trong điều kiện yếm khí Mức độ xáo trộn nước thải trong hồ được hạn chế

2.4.2 Xử lý trong điều kiện nhân tạo

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho VSVhiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển Nhiệm vụ: chuyển hóa (oxy hóa)các chất hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuốicùng có thể chấp nhận được; hấp phụ và kết tủa cặn lơ lửng và chất keo không lắngthành bông đông tụ sinh học hay màng sinh học; chuyển hóa/khử chất dinh dưỡng (N

Những loại bể Biophin thường dùng:

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 37

và tải trọng chất bẩn hữu cơ thấp nên kích thước vật liệu lọc không lớn hơn 30mmthường là các loại đá cục, cuội, than cục Chiều cao lớp vật liệu lọc trong bể từ 1,5 –2m Bể được cấp khí tự nhiên nhờ các cửa thông gió xung quanh thành với diện tíchbằng 20% diện tích sàn thu nước hoặc lấy từ dưới đáy với khoảng cách giữa đáy bể

và sàn đỡ vật liệu lọc cao 0,4 – 0,6m Để lưu thông hỗn hợp nước thải và bùn cũngnhư không khí vào trong lớp vật liệu lọc, sàn thu nước có các khe hở Nước thải đượctưới từ trên bề mặt nhờ hệ thống phân phối vòi phun, khoan lỗ hoặc máng răng cưa.Tuy nhiên bể làm việc hiệu quả khi BOD5của nước thải  200mg/l Bể thườngdùng cho các trạm xử lý nước thải công suất trên 100 m3/ngđ

2.4.2.3 Đĩa lọc sinh học

Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theonguyên lý bám dính Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ,…hình tròn đường kính 2 – 4m, dàydưới 10mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30 – 40mm và các khối này được bốtrí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể nước thải Đĩa lọc sinh học được sử dụngrộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt với công suất không hạn chế Tuy nhiên, người

ta sử dụng hệ thống đĩa để cho các trạm xử lý nước thải công suất dưới 5000

m3/ngày

2.4.2.4 Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngâm trong nước (bioten)

Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước hoạt động theo nguyên lý lọc dínhbám Công trình này thường được gọi là Bioten có cấu tạo gần giống với bể lọc sinhhọc và Aerotank Vật liệu lọc thường được đóng thành khối và ngập trong nước Khíđược cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều hoặc ngược chiều với nước thải.Khi nước thải qua lớp vật liệu lọc, BOD bị khử và NH4+bị chuyển hóa thành NO3-trong lớp màng sinh vật Nước đi từ dưới lên, chảy vào máng thu và được dẫn rangoài

2.4.2.5 Bể lọc sinh học cao tải

Bể lọc sinh học cao tải dùng để xử lý sinh học hiếu khí nước thải với tải trọngthủy lực từ 10 đến 30m3nước thải/m2bề mặt bể.ngày

Bể cấu tạo hình tròn trên mặt bằng để đảm bảo cho dàn ống phân phối nước tựquay Áp lực từ các lỗ phun từ 0,5÷0,7m Tốc độ quay một vòng từ 8 đến 12 phút.Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu đến dàn ống là 0,2÷0,3m để lấy không khí vànước phun ra vỡ thành các hạt nhỏ đều trên mặt bể

Bể lọc sinh học cao tải hoạt động có hiệu quả khi BOD của nước thải dưới

Nam công suất 300m /ngày đêm

300mg/l Để tăng hiệu quả xử lý nước thải người ta thường tuần hoàn nước sau bể lọc

để xử lý lại Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật dính bám tăng lên, tảitrọng chất bẩn hữu cơ giảm xuống Mặt khác khi tuần hoàn lại nước, tải trọng thủylực tăng lên, đẩy mạnh quá trình tách màng vi sinh vật cũ và hình thành màng mớitrên bề mặt vật liệu, làm giảm hiện tương tắc ngẽn trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu,tăng lưu lượng trong hệ thống phân phối, đảm bảo tốc độ quay của dàn ống

Thường xử lý cho các trạm có lưu lượng < 50000 m3/ngđ

2.4.2.6 Quá trình kỵ khí

quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiệnkhông có oxy để tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CH4 và CO2 (trường hợp nước thảikhông chứa NO3- và SO2 -) Cơ chế của quá trình này đến nay vẫn chưa được biết đếnmột cách đầy đủ và chính xác nhưng cách chung, quá trình phân hủy có thể đượcchia ra các giai đoạn như sau:

Sơ đồ 2 1Quá trình phân hủy sinh học kỵ khí

Phản ứng tổng quát của quá trình có thể được viết:

Hợp chất hữu cơ + H2O → sinh khối + CH4+CO2 +NH3(2.2)

Giai đoạn thủy phân

Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ phức tạp được thủy phân thành những chất

Chất hữu cơ phức tạp (gluxit, protein, lipit)

Chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, peptit, axit amin,

glixerin, axit béo)

Các axit béo dễ bay hơi (propionic, butiric, lactic ),

etanol

CH4, CO2, H2O

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 39

đơn giản hơn (để có thể thâm nhập vào tế bào vi khuẩn) với sự tham gia của cácenzym ngoại bào của các vi khuẩn thủy phân (vi khuẩn lên men) Dưới tác dụng củacác loại men khác nhau do nhiều loài vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp nhưhydratcacbon, protein, lipit dễ dàng bị phân hủy thành các chất hữu cơ đơn giản, dễbay hơi như etanol, các axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic Và các khí

CO2, H2, NH3

Giai đoạn axit hóa

Những hợp chất tạo ra trong giai đoạn thủy phân vẫn quá lớn để được vi sinh vậthấp thụ nên cần được phân giải tiếp Giai đoạn này bắt đầu bằng sự vận chuyển chấtnền qua màng tế bào xuyên qua màng đến màng trong rồi đến tế bào chất với sự thamgia của các protein vận chuyển Ở đó các axit amin, đường đơn và axit béo mạch dàiđều biến đổi về các axit hữu cơ mạch ngắn hơn, một ít khí hydro và khí CO2, Giaiđoạn này còn có thể là giai đoạn lên men

Cơ chế axit hóa các axit béo và glycerin (sản phẩm thủy phân chất béo) tương đốiphức tạp, có thể tóm tắt như sau:

Glyxerin bị phân giải thành một số chất trung gian để tạo sản phẩm cuối cùng Sản phẩm trung gian vẫn song song tồn tại cùng sản phẩm cuối

Axit béo mạch dài LCFA chủ yếu bị phân giải phức tạp như sau:

Axit béo + CoA <=> acyl - CoA (2.3)Phản ứng hoạt hóa này được thực hiện nhờ enzym Acyl-CoA snthetaza nằm ởmàng trong tế bào vi khuẩn Đối với chất béo, sản phẩm tạo thành chủ yếu là axitaxetic

Đối với các axit béo chứa số C lẻ, trong sản phẩm ngoài axit axetic là chủ yếu cònchứa các axit propionic

Các axit béo chưa bảo hòa được no hóa (ngay sau khi liên kết este được phân cắt)trước khi trải qua quá trình oxy hóa β Một số sản phẩm phụ của quá trình như rượu,peroxit, các axit trung gian cùng cơ thể được tạo thành từ các con đường khác (oxyhóa α, ) bởi một số nhóm vi khuẩn và nấm

Sản phẩm lên men tạo mùi hôi thối khó chịu do H2S, indol, scatol, mecaptan Được sinh ra và pH môi trường tăng dần lên

Giai đoạn axetat hóa

Các vi khuẩn tạo metan vẫn không thể trực tiếp sử dụng các sản phẩm của quá

Nam công suất 300m /ngày đêm

trình axit hóa nêu trên, ngoại trừ các axit axetic, do vậy các chất này cần được phângiải tiếp thành những phân tử đơn giản hơn nữa Sản phẩm phân giải là axit axetic,khí H2, CO2, được tạo thành bởi vi khuẩn axetat hóa:

CH3CH2OH (ethanol)+H2O → CH3COO-+ H++ 2H2 (2.4)

CH3CH2COO-(propionic) + 3H2O→CH3COO-+ HCO3-+ H++ 3H2(2.5)

CH3(CH2)2COO-(butyric) + 2H2O→ 2CH3COO-+ H++ 2H2(2.6)

Đặc điểm nổi bật của giai đoạn axetat hóa là sự tạo thành nhiều khí hydro, mà khínày ngay lập tức được vi sinh vật metan ở giai đoạn sau sử dụng như là chất nền cùngvới CO2 Mức độ phân giải các chất trong giai đoạn này phụ thuộc rất nhiều vào ápsuất riêng phần của khí hydro trong bể kỵ khí Nếu vì lý do nào đó mà sự tiêu thụ khíhydro bị ức chế hay bị chậm lạ, hydro tích lũy làm áp suất riêng phần của nó tăng lênthì sự tạo thành nó (bởi vi khuẩn axetat hóa) sẽ giảm mạnh

Trong khi axetat (sản phẩm giai đoạn axetat hóa) là cơ chất mà vi khuẩn sinh metan

sử dụng trực tiếp thì chính sự tích tụ của nó sẽ gây ức chế sự phân giải của các axitbéo bay hơi khác Bản thân axit axetic ở nồng độ quá cao cũng gây pH thấp và ảnhhưởng tốc độ phân giải axit béo bay hơi Nói chung, khoảng pH và nhiệt độ tối ưugiai đoạn này là 6,8 -7,8 và 35oc - 42oc

Giai đoạn tạo metan

Đây là bước cuối cùng trong cả quá trình phân giải kỵ khí tạo sản phẩm mongmuốn là khí sinh học với thành phần có ích là khí metan bằng các tổ hợp các conđường sau

Con đường 1 :

CO2+ 4H2→ CH4+ 2H2O (2.7)Loại vi sinh vật hydrogenotrophi methanogen sử dụng cơ chất là hydro và CO2.Dưới 30% lượng metan sinh ra bằng con đường này

Con đường 2

CH3COOH → CO2+ CH4(2.8)4CO + 2H2O → CH4+ 3CO2(2.9)Loại vi sinh vật acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan và CO2.Khoảng 70% lượng metan sinh ra qua con đường này Tuy nhiên, năng lượng giảiphóng từ con đường này nhỏ CO2 giải phóng ra lại được khử thành metan bằng conđường 1 Chỉ có 1 số loài vi sinh vật sử dụng được cơ chất là cacbon monoxit

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 41

Con đường 3

CH3OH + H2→ CH4+ H2O (2.10)4(CH3)3-N + 6H2O → 9CH4+ 3CO2+ 4 NH3(2.11)Loại vi sinh vật methylotrophic methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm metyl.Chỉ một lượng không đáng kể được sinh ra bằng con đường này

Nhiều nghiêng cứu trên các cơ chất hòa tan khác nhau trước đây đã cho thấy giaiđoạn này diễn tiến khá chậm chạp Quá trình lên men metan có thể sinh ra ở hệ sinhthái “lạnh” (10-15oc), ôn hòa (30 - 40oc) và thậm chí ở hệ sinh thái nóng (>45oc) Vềhóa sinh trong giai đoạn lên men metan tất cả các hợp chất hữu cơ phức tạp đềuchuyển về sản phẩm cuối cùng là CO2, H2và CH4được mô tả như sau:

Sơ đồ 2 2 Phản ứng xảy ra trong quá trình sinh học kỵ khí

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí

Thời gian lưu bùn

Thời gian lưu bùn (SRT) là thông số quan trọng thường được lựa chọn làm thông

số thiết kế bể phân hủy Giá trị SRT thường được chọn là 12 - 15 ngày Nếu thời gianlưu bùn trong bể qua ngắn (<10 ngày), sẽ xảy ra hiện tượng cạn kiệt vi sinh vật lên

Tạp chất hữu cơ không tan

(đạm và chất béo)

Vi khuẩn len men và vi

khuẩn thủy phân

Các chất hữu cơ hòa

CH4, CO2, H2

Vi khuẩn sảnsinh

bào

Nam công suất 300m /ngày đêm

men metan, tức là vi sinh vật loại bỏ lớn hơn vi sinh vật tạo thành

Thời gian lưu nước (HRT) cũng là một thông số khá quan trọng Khi thời gian lưungắn, áp suất riêng phần của khí hydro tăng lên, gây ức chế vi sinh vật sinh metan vàảnh hưởng đến chất lượng khí sinh học (hàm lượng metan thấp)

và hiếu nhiệt - 55oc

pH

Trong quá trình xử lý kỵ khí, các giai đoạn phân hủy có ảnh hưởng trực tiếp qualại lẫn nhau, làm thay đổi quá trình phân hủy chung Đối với nước thải mới nạp vàocông trình thì nhóm vi sinh vật axit hóa thích nghi hơn nhóm vi sinh vật metan hóa.Khi pH giảm mạnh (pH<6) sẽ làm cho khí metan sinh ra giảm đi Khoảng pH tối ưugiao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 - 8,5

Tính chất của chất nền

Hàm lượng tổng chất rắn (TS) của mẩu ủ có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phânhủy Hàm lượng chất rắn quá cao không đủ hòa tan các chất cũng như không đủ phaloãng các chất trung gian khiến hiệu quả sinh khí giảm

Hàm lượng tổng chất rắn bay hơi (VS) của mẩu thể hiện bản chất của chất rắn nền,bao gồm những chất dễ phân hủy (đường, tinh bột) và những chất khó phân hủy(xenlulo, dầu mỡ ở hàm lượng cao) Tốc độ và mức độ phân hủy của mẫu phụ thuộc rấtlớn vào thành phần phần trăm mỗi thành phần kể trên trong mẫu

Các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng

Các chất dinh dưỡng đa lượng cần cho quá trình sinh trưởng và phát triển của visinh vật trong hệ thống phân hủy kỵ khí gồm N và P là chủ yếu Tỷ lệ thích hợp đề nghị

là 20:1 đến 30:1 cho C:N và 7:1 đối với N:P, trong đó N và P đều phải ở dạng dễ hấpthụ bởi vi sinh vật sinh metan Trái lại, quá ít N không đủ cho vi sinh vật metan tiêu thụ

và sản lượng khí sinh học giảm

Nồng độ vừa đủ của một số kim loại có tác dụng kích thích sự trao đổi chất ở vi

SVTH: NGUYỄN ĐÌNH MINH PHỤNG 43

sinh vật lên men metan thông qua sự ảnh hưởng lên hoạt tính enzym của chúng Cácchất vi lượng cần có mặt trong enzym bao gồm: Ba, Ca, Mg, Na, Co, Ni, Fe, H2S vàmột số nguyên tố dạng vết như Se, Tu, Mo

Các chất gây độc

Các chất này có mặt trong môi trường ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và pháttriển của vi sinh vật kỵ khí Oxygen được coi là độc tố của quá trình này Một số dẫnsuất của metan như CCl4, CHCl3, CH2Cl2 và một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn ), cácchất như HCHO, SO2, H2S cũng gây độc cho vi sinh vật kỵ khí NH4+ gây ức chế choquá trình kỵ khí và S2-được coi là chất gây ức chế cho quá trình metan hóa Các chất cótính oxy mạnh như thuốc tím, các halogen và các muối có oxy của nó, ozon, Được coi

là chất diệt khuẩn hữu hiệu hiện nay

Các kim loại nặng và cả kim loại nhẹ đều được coi là dinh dưỡng vi lượng nếu hiệndiện với hàm lượng đủ thấp và sẽ được coi là chất gây độc nếu nồng độ của chúng vượtquá ngưỡng cho phép Độc tính của kim loại nói chung tăng theo hóa trị và nguyên tửlượng của chúng Dạng tồn tại của kim loại nặng cũng ảnh hưỡng đến ngưỡng gây độc,các muối kết tủa hay các phức chất không thể đi qua màng tế bào nên khả năng hoạtđộng ít hơn các muối hòa tan

Đối với chất nền chứa nhiều nito, sự tạo thành và tích tụ muối amoni (NH4+) vàamoniac (NH3) mang cả tính tích cực và tiêu cực Nói chung, NH4+có thể được vi sinhvật sử dụng như là chất dinh dưỡng, trong khi đó NH3gây ức chế và gây độc cho quátrình phân hủy Đối với quá trình kỵ khí, nồng độ amoni trong khoảng 50 - 200 mg/l.Tuy nhiên, amoni thường hiện diện trong nước thải ở nồng độ cao và nếu nồng độ đạttới mức nào đó sẽ trở thành chất gây độc Amoni có thể có mặt trong dòng nước thảiđầu vào, hoặc nó có thể được tạo thành do sự phá vỡ các hợp chất hữu cơ có chứa nito,

ví dụ như protein

NH3+ H2O↔NH4++ OH-(2.12)

Cả hai dạng NH3và NH4+đều ảnh hưởng đến quá trình nhưng ở nồng độ khác nhau

NH3 thường có ảnh hưởng nhiều hơn và có thể gây độc cho quá trình phân hủy ở nồng

độ khoảng 100 mg/l Trong khi đó, nồng độ NH4+thường cao ở mức 7.000 - 9.000 mg/l

và rất tốt cho quá trình xử lý, không gây ức chế cho quá trình

Nếu tổng nồng độ NH3 và NH4+ quá cao trong nước thải sẽ trở thành chất ức chếcho quá trình xử lý, và nồng độ này thay đổi tùy thuộc vào pH và nhiệt độ Trong điềukiện mesophilic (25 - 35oc), nồng độ amoni có thể đạt được giá trị 10.000 mg/l và nồng

độ NH3 vẫn thấp hơn 100 mg/l ở khoảng pH = 7 Khi nồng độ tổng amoni đạt 2000

Nam công suất 300m /ngày đêm

mg/l có thể khiến cho nồng độ NH3ở mức gây độc khi pH lên đến 7,5 - 8 Tuy nhiên,trong điều kiện thermophilic (55oc) nồng độ tổng amoni phải duy trì dưới 2000 mg/l,khi đó nồng độ NH3dưới mức gây độc

Sự khuấy đảo hỗn hợp phân hủy

Khuấy đảo hỗn hợp phân hủy có tác dụng làm tăng sự phân bố đồng đều và tăng cơhội tiếp xúc giữa vi khuẩn, chất nền và các chất dinh dưỡng với nhau, đồng thời cũng cótác dụng điều hòa nhiệt độ tại mọi điểm phân hủy trong bể, giảm tình trạng tăng haygiảm nhiệt độ cục bộ

Kết cấu hệ thống

Các bể phân hủy theo mẻ không khuấy trộn, không gia nhiệt và thời gian lưu dài(30 - 60 ngày): sản lượng khí và tốc độ nạp chất nền thấp vì xảy ra hiện tượng phân tầngtrong bể Kết cấu này đơn giản, rẻ tiền, dễ vận hành, nhưng đòi hỏi diện tích mặt bằnglớn

Loại bể có kết cấu cho phép tốc độ nạp chất nền cao, được gia nhiệt và có thời gianlưu khoảng 15 ngày, khuấy trộn hoàn chỉnh, nồng độ chất nền (tính theo chất khô)khoảng 10 - 15 % Loại bể này có hiệu quả phân hủy cao và chất lượng khí sinh học thuđược tốt

Xuất phát từ hạn chế kết cấu thông thường đòi hỏi phải pha loãng chất nền nguyênthủy để đạt hàm lượng chất rắn 5- 15% (kết cấu “ướt”), kết cấu hệ thống phân hủy chấtthải với hàm lượng chất rắn cao 20 - 40% (kết cấu “khô”) đã ra đời Kết cấu “khô” chophép đơn giản hơn trong khâu tách loại các hợp phần vô cơ, thể tích bể phân hủy nhỏhơn, tốc độ nạp chất nền cao hơn, năng lượng cần thiết để gia nhiệt ít hơn trong khi mức

độ nhạy cảm với các chất ức chế, mức độ phân hủy chất thải và sản lượng khí sinh họccũng tương đương kết cấu “ướt” Nhưng kết cấu mới đòi hỏi đầu tư cao cho bộ phậnkhuấy đảo

Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược - UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor)

Bể UASB được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải của các nhà máy côngnghiệp thực phẩm

Bể chia làm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn lên men Tron bể diễn ra 2 quá trình: lọctrong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng cặn giữ lại Khí metan được tạo

ra ở giữa lớp bùn Hỗn hợp khí - lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng.Với quy trình này, bùn tiếp xúc tốt với chất hữu cơ có trong nước thải và quá trình phânhủy xảy ra tích cực Nhờ các vi sinh vật có trong bùn hoạt tính mà các chất bẩn trong