Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê công suất 400m3ngày đêm

Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê công suất 400m3ngày đêm Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê công suất 400m3ngày đêm Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê công suất 400m3ngày đêm luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, cây cà phê đang trở thành một cây trồng thế mạnh và thuhút được nhiều người trồng bởi giá trị kinh tế to lớn Xuất khẩu cà phê của Việt Namhiện đang nằm trong những nước đứng đầu thế giới Nông dân ở các tỉnh trồng nhiều

cà phê như Dalak, Lâm Đồng, Quảng Trị, Sơn La, Điện Biên … cũng giàu lên nhờ cây

cà phê Cũng chính vì vậy mà ngành công nghiệp chế biến cà phê của nước ta khôngngừng phát triển theo sự gia tăng của diện tích trồng cây cà phê

Theo số liệu thống kê trong những năm qua cho thấy nhu cầu tiêu thụ cà phê trêntoàn cầu đã tăng liên tục trong 3 năm gần đây Cụ thể mức tiêu thụ năm 2008 là 130triệu bao (60kg/bao), mức tiêu thụ năm 2009 là 132 triệu bao và năm 2010 là 134 triệubao Theo dự đoán của các chuyên gia, tình hình tiêu thụ cà phê sẽ tăng tiếp tục tăngmạnh trong năm 2011

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp chế biến cà phê thì các vấn đề về môitrường của ngành công nghiệp này gây ra cũng ngày càng trầm trọng Đặt biệt là vấn

đề xử lý nước thải Trước thực trạng đó, đề tài tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê - Công ty TNHH Hồ Phượng tại huyện Đức Trọng Tỉnh Lâm Đồng với công suất là 400 m 3 /ngày đêm” được lựa chọn sẽ góp phần làm

giảm mức độ ô nhiễm của ngành công nghiệp chế biến cà phê đến môi trường, gópphần tạo ra môi trường ngày càng xanh, sạch hơn

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê - Công ty TNHH HồPhượng tại huyện Đức Trọng Tỉnh Lâm Đồng với công suất là 400 m3/ngày đêm, đạtQuy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 24:2009/BTNMT, loại B

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI

 Đối tượng đề tài : Nước thải nhà máy chế biến nhân cà phê từ hạt tươi

 Phạm vi đề tài : Công ty TNHH Hồ Phượng

 Thời gian thực hiện đề tài: Từ 30/5/2011 đến 30/08/2011

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

 Đánh giá tổng quan về công nghệ sản xuất và khả năng gây ô nhiễm môi trườngcủa ngành chế biến cà phê

 Tổng quan, khảo sát thành phần và tính chất nước thải chế biến cà phê tại nhàmáy

 Phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho Nhà máy

 Tính toán các công trình đơn vị cho trạm xử lý nước thải chế biến cà phê củaNhà máy

 Khái toán kinh tế cho phần xây dựng, lắp đặt và xử lý

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Các phương pháp được sử dụng bao gồm:

 Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập số liệu, tài liệu, khảo sát, phân tích, đođạc, đánh giá tổng quan về công nghệ chế biến, khả năng gây ô nhiễm môitrường và xử lý nước thải trong ngành chế biến cà phê

 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu các phương pháp xử lýnước thải cho ngành chế biến cà phê

 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến của chuyên gia

ngành kỹ thuật môi trường, ngành chế biến cà phê

 Phương pháp tổng hợp, phân tích số liệu: Thống kê, tổng hợp số liệu thu thậpđược từ đó đưa ra công nghệ xử lý phù hợp

 Phương pháp tính toán: Lựa chọn thiết kế công nghệ và thiết bị xử lý nước thảinhằm tiết kiệm chi phí xử lý, tính toán chi phí xây dựng, vận hành

 Phương pháp so sánh: So sánh các số liệu về nồng độ nước thải của nhà máyvới QCVN 24:2009

 Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCad để mô tả kiến trúc công nghệ

xử lý nước thải

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

 Đề tài còn nhiều hạn chế về số liệu, thông tin, chủ yếu là trên giấy…

 Giới hạn về thời gian thực hiện, về đối tượng

7 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

 Đề xuất ra các phương pháp xử lý nước thải chế biến cà phê

 Giúp cho sinh viên có kinh nghiệm thực tế

 Đánh giá được thành phần tính chất của nước thải chế biến cà phê

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ GIỚI THIỆU

VỀ CÔNG TY TNHH HỒ PHƯỢNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ VIỆT NAM

1.1.1 Các đặc điểm chung của cà phê Việt Nam

Việt Nam được chia thành hai vùng khí hậu phù hợp cho chế biến cà phê:

 Vùng Tây Nguyên và tỉnh Đồng Nai: chủ yếu trồng cà phê vối;

 Các tỉnh miền Bắc: chủ yếu trồng cà phê chè;

Trong đó, diện tích cà phê vối chiếm hơn 95% tổng diện tích gieo trồng

Tỷ trọng diện tích 6 vùng trồng cà phê: Đông Bắc và duyên hải Nam Trung Bộ 0%,

Tây Bắc 1%, Bắc Trung Bộ 2 %, Đông Nam Bộ 8%, Tây Nguyên 89%

1.1.2 Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam

Chế biến

Hình 1.1: Biểu đồ Chế biến cà phê Việt Nam

(Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam)

Xuất khẩu

Bảng 1.1.Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam

Năm Sản lượng chế biến

(Nguồn: Báo cáo thường niên, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam)

Nhận xét: Năm 2007 là đỉnh cao của xuất khẩu cà phê, kim ngạch đạt 1,8 tỷ USD

tăng 219% và gần 1 tỷ USD so với kế hoạch Nếu so với năm 2000 thì kim ngạch xuấtkhẩu đã tăng tới 3,6 lần Đây là một bước tăng rất đáng kể, hầu như không nông sảnnào có thể đạt được Cùng với sự phục hồi của đơn giá, xuất khẩu cà phê Việt Nam đãđứng thứ nhì thế giới sau Brazil

1.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ BIẾN CÀ PHÊ TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI

Có hai phương pháp chế biến cà phê sống:

 Phương pháp khô (tự nhiên);

 Phương pháp ướt (phương pháp rửa);

1.2.1.Phương pháp khô: là phương pháp cổ điển

Trái cà phê được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời, chúng sẽ được cào vài lần trongmột ngày và được che kín để tránh sương vào ban đêm;

Sau một vài tuần, trái sẽ khô và sẵn sàng để bóc vỏ Một số người Ethiopia và hầuhết người Brazil dùng phương pháp khô Tại Việt Nam, phương pháp này cũng được

sử dụng khá rộng rãi tại các hộ dân trồng cà phê

Đối với phương pháp khô, điều kiện chế biến đơn giản nhưng phụ thuộc hoàn toànvào thời tiết, thời gian chế biến kéo dài, sản phẩm tạo ra có chất lượng không cao

1.2.2.Phương pháp ướt

Vỏ sẽ được lấy ra bằng máy để lại một chất dính như keo bao quanh hạt Ở thờiđiểm này, sự tách rời bằng máy móc có thể làm tổn thương hạt cà phê

Sau đó hạt cà phê sẽ được bỏ vào những cái chum ủ men lớn để cho tan đi những vỏ

cà phê còn dính lại trên hạt

Sau cùng, hạt cà phê sẽ được rửa cho hết sạch vỏ và được phơi khô dưới ánh nắngmặt trời hoặc là máy sấy

Với phương pháp ướt, việc sản xuất chủ động hơn nhưng tốn nhiều thiết bị, nước vànăng lượng Tuy nhiên, sản xuất theo phương pháp này rút ngắn được thời gian chếbiến và cho sản phẩm có chất lượng cao hơn

Dựa trên ưu và nhược điểm của cả hai phương pháp, thông thường người ta chếbiến kết hợp cả hai phương pháp Dưới đây là sơ đồ công nghệ sản xuất cà phê nhânbằng phương pháp kết hợp:

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp kết hợp

1.3 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TY TNHH HỒ PHƯỢNG

1.3.1 Giới thiệu chung

Tên công ty : Công ty TNHH Hồ Phượng

Địa chỉ trụ sở chính: Số 5C/5 thôn An Hiệp 1, xã Liên Hiệp, huyện Đức Trọng, tỉnhLâm Đồng

Điện thoại: 0633.844.669

Fax: 0633.662.117

Đăng ký kinh doanh số: 5800427255 cấp ngày 13/10/2004, thay đổi lần 2 ngày04/03/2009 do Sở Kế hoạch và Đầu tư Lâm Đồng cấp

Ngành nghề kinh doanh: Thu mua, chế biến, kinh doanh nông sản, cà phê

Người đại diện : Ông Đinh Văn Hồ

Chức vụ: Giám đốc

1.3.2 Sự cần thiết đầu tư

Lâm Đồng là tỉnh có diện tích trồng cà phê đứng thứ hai trong cả nước với sảnlượng hàng năm thu hái được rất lớn Đặc biệt là huyện Đức Trọng, nơi có khí hậu

ôn hòa, thổ nhưỡng thích hợp cho việc chuyên canh cà phê với năng suất cao.Thêm vào đó vị trí của nhà máy được đặt tại vị trí gần với các vùng có diện tích càphê lớn như Lâm Hà, Di Linh… tạo điều kiện thuận lợi cho Công ty tiến hành thumua và sản xuất.Tuy nhiên, một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng cóthể ảnh hưởng đến môi trường và sự phát triển bền vững là nguồn nước thải rất lớnchính là từ các nhà máy sản xuất chế biến cà phê với công nghệ sản xuất cà phêướt Chúng ta cũng không thể lường trước được nguy cơ gây hại của nó, chính cácthành phần chất ô nhiễm này sẽ gây ảnh hưởng rất xấu tới toàn bộ khu vực Nếukhông được xử lý một cách triệt để, các nguồn thải ô nhiễm này sẽ gây ảnh hưởngtrực tiếp tới môi trường xung quanh, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nước nếukhông có biện pháp quản lý, xử lý thích hợp

Như vậy, việc đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung tại nhà máy sản xuấtcủa công ty TNHH Hồ Phượng mang một vai trò quan trọng và nhất thiết phảiđược thực hiện để đảm bảo phát triển bền vững kinh tế và môi trường trong khuvực nói chung và củ công ty TNHH Hồ Phượng nói riêng

1.3.3 Mục tiêu của Công ty

Tiêu thụ được nguồn nguyên liệu dồi dào sẵn có của địa phương, tạo ra sản phẩmhàng hóa chất lượng cao, đáp ứng được nhu cầu cho thị trường trong nước và xuấtkhẩu

Đảm bảo sự hoạt động của nhà máy về lâu dài.

Áp dụng công nghệ, thiết bị tiên tiến đảm bảo sản phẩm có chất lượng cao phù hợpvới tiêu chuẩn xuất khẩu

Giải quyết việc làm cho một số lao động địa phương

Đồng thời Công ty xây dựng hệ thống xử lý nước thải để xử lý toàn bộ lượng nướcthải ô nhiễm phát sinh từ quá trình sản xuất, chế biến của công ty để đảm bảo sựphát triển bền vững cho khu vực Tránh cho khu vực những tổn hại về mặt sinh tháicũng như môi trường, phòng tránh được những rủi ro về sức khoẻ cho cán bộ vàcông nhân viên đang làm việc tại đây Ngoài ra, nguồn nước thải sau khi được xử

lý đạt tiêu chuẩn còn góp phần bổ sung cho các lưu vực nước xung quanh khu vựcmột khối lượng nước rất lớn đặc biệt vào mùa khô hạn và thiếu nước, nguồn nướcsau xử lý có thể còn được sử dụng cho việc tưới tiêu cho đất nông nghiệp trongvùng

1.3.4 Quy trình công nghệ sản xuất của Công ty Hồ Phượng

GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 8 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung

Nguyên liệu đầu vào

Nước thải, vỏ

Hình1.2 Quy trình công nghệ chế biến nhân cà phê từ hạt cà phê tươi

Thuyết minh quy trình công nghệ

Hạt cà phê tươi sau khi thu hoạch được công ty thu mua và vận chuyển về nhà máy.Tại đây, cà phê được chuyển đến bãi tập trung để chuẩn bị cho giai đoạn chế biến.Đầu tiên cà phê được đưa qua hệ thống sàng lọc nguyên liệu Tại đây, quả đượcsàng để tách cành, lá, đất còn sót lại trong quá trình thu hoạch Quá trình nàyđược gọi là quá trình sàn lọc nguyên liệu, hay còn gọi quá trình làm sạch khô Saukhi sàng lọc nguyên liệu, hạt được chuyển đến giai đoạn rửa thô Giai đoạn rửa thô

được thực hiện với mục đích làm sạch lớp vỏ bên ngoài của hạt, tạo điều kiện thuậnlợi cho quá trình xay.

Cà phê tiếp tục được đưa đến cối xay, đi vào công đoạn xay vỏ Tại cối xay, quảđược phân ra làm hai loại: Quả chín được xay bỏ vỏ, quả xanh đưa thẳng đến côngđoạn sấy Mục đích của giai đoạn này là loại bỏ lớp vỏ cứng bao bên ngoài quả, lấyhạt để tiếp tục cho công đoạn sau

Tiếp đến, hạt theo hệ thống băng chuyền vào bồn chứa dung dịch enzim Pectinaza

để loại bỏ thịt quả Giai đoạn này được gọi là giai đoạn đánh nhớt, hay còn gọi làgiai đoạn ngâm enzim Mục đích của quá trình này là dùng enzim pectinaza phânhuỷ Pectin có trong thịt quả, giúp nhân sau khi thành phẩm có độ bóng cần thiết.Công đoạn đánh nhớt diễn ra từ 5 – 6 giờ, quyết định lớn đến chất lượng sảnphẩm Sau khi đánh nhớt, nhân được rửa sạch, loại bỏ chất bẩn dính trên nhân Giaiđoạn này tốn khá nhiều nước trong toàn bộ quá trình chế biến Đây cũng là côngđoạn gây ô nhiễm chính vì nước thải chứa một lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy Tại công đoạn làm ráo, cà phê được trải đều trên mặt sàn (cách đất 500mm), gióđược cung cấp bởi các cánh quay phía dưới Giai đoạn này xảy ra với mục đích làmráo nước bề mặt nhân cà phê, giảm thời gian sấy khô bằng nhiệt Sau giai đoạn làmráo, cà phê được đưa đến các thùng quay nhiệt (các hạt cà phê xanh được sấy tạimột thùng quay riêng) Tại đây, cà phê được sấy khô hoàn toàn thành hạt nhânthành phẩm Trước khi phân phối, nhân cà phê được phân loại hạt để phân phối chocác nhà phân phối khác nhau

1.3.5 Các vấn đề môi trường của nhà máy:

Ô nhiễm của nước thải

Trong quá trình hoạt động của công ty sẽ phát sinh ra một lượng nước thải tác độngđến môi trường nước, bao gồm các nguồn gốc chủ yếu sau:

 Nước thải chế biến

Nguồn gốc nước thải chế biến cà phê nhân của công ty xuất phát từ các công đoạnsau

Rửa thô: Đây là giai đoạn nước thải sinh ra có thành phần chủ yếu là chất rắn lơlửng, các chất ô nhiễm không cao Nước thải trong giai đoạn này không đáng kể;Xay vỏ: Trong giai đoạn này nước thải sinh ra ít nhưng có thành phần rất đậmđặc, có độ đục và lượng cặn cao Ngoài ra, giai đoạn này còn thải ra lượng vỏ lớnlàm cho nước thải có lượng rác rất đáng kể

Ngâm enzim: Đây là giai đoạn phát sinh nước thải đáng chú ý nhất của quy trìnhchế biến Nước thải phát sinh từ giai đoạn này có thành phần hữu cơ cao, ngoài

ra còn có độ nhớt lớn

Rửa sạch: Nước thải giai đoạn này có thành phần hữu cơ tương đối cao

 Nước thải vệ sinh: Phát sinh từ công đoạn vệ sinh các thiết bị chế biến

 Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt thải khu vực văn phòng, từ các khu vệ

sinh, v.v… có chứa các thành phần cặn bã (TSS), các chất hữu cơ (BOD/COD),chất dinh dưỡng (N,P) và vi sinh gây bệnh

 Ô nhiễm chất thải rắn

 Rác thải sinh hoạt:

Rác thải từ sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên và công nhân vận hành thải ramỗi ngày rác thải có hàm lượng hữu cơ cao, dễ phân hủy như thức ăn thừa, cácloại rác thải từ việc sinh hoạt khác như: bao nilông, thùng carton

Mỗi ngày lượng rác thải do CB CNV thải ra vào khoảng 40 kg Lượng rác này sẽđược thu gom trong các thùng rác, sau đó giao cho đơn vị dịch vụ công cộng địaphương xử lý hoặc đốt bỏ

 Chất thải rắn từ hoạt động chế biến:

Chất thải rắn từ hoạt động chế biến chủ yếu là vỏ cà phê, bao bì chứa nguyênliệu, cành, que còn sót khi thu hoạch

 Ô nhiễm do khí thải

 Ô nhiễm do hoạt động của lò sấy, quá trình xay vỏ từ quá trình chế biến khô

 Ô nhiễm từ tiếng ồn, rung động và nhiệt

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CÁC

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1.TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ

Thành phần chính của nước thải từ các nhà máy chế biến cà phê là đường, nhớt, cácchất hữu cơ, và hương liệu tự nhiên Theo như Hội Đồng Bảo Vệ Tài Nguyên ThiênNhiên NRDC, vào năm 1988, qua sáu tháng, nước thải cà phê đã là ô nhiễm 110,000khối nước trên ngày ở Trung Mỹ Rõ ràng những chất bã thải này cần được xử lý

Đường: Đường đến từ nhớt hoặc phần ngoài của quả cà phê Trong quá trình lên

men, đường bị phân huỷ thành rượu và khí các-bô-níc Sau đó,rượu được biến thành

ở khoảng 3.8

Nhớt: Phần nhớt là phần chất nhầy bọc quanh hạt cà phê Thành phần chủ yếu của

nó là prôtêin, đường và péctin Phần nhớt rất khó bị phân huỷ Trong nước thải cà phê

nó thường kết tủa thành một lớp đen trên bề mặt Lớp chất rắn này có thể làm tắcđường ống thải và giảm lượng ôxi trong nước

Các chất hoá hữu cơ: Những chất này được phân hủy dần dần bởi các vi sinh vật

trong nước Trong quá trình này, chúng cần sử dụng ôxi trong nước Lượng ôxi cần đểcác vi sinh vật phân huỷ hoàn toàn các chất hữu cơ trong một khối lượng nước nhất

định được gọi là “đòi hỏi ôxi sinh học” – biological oxygen demand viết tắt là BOD.

Nước thải cà phê có BOD là 20g/l, cao gấp 200 so với nước thải nhà máy giấy ỞCosta Rica vào những năm 80, hai phần ba tổng lượng BOD của các con sông là đến

từ nước thải cà phê

Lượng BOD càng cao thì ôxi trong nước bị mất càng nhiều nên các sinh vật yếm khí

có điều kiện hoạt động Điều này dẫn đến tình trạng nước thải cà phê bị bốc mùi, ảnhhưởng đến sức khoẻ của con người, đặc biệt là với những người dùng nước sông, suốilàm nước uống

Hương liệu tự nhiên: Đây là các hoá chất tạo màu đỏ cho quả cà phê Chúng

không có hại đến sức khoẻ hay môi trường, nhưng chúng làm nước thải cà phê có màuxanh đậm hoặc đen, làm mất cảnh quan môi trường

Bảng 2.1: Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hạt tươi tại Brazil

2.2.TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.2.1.Phương pháp xử lý cơ học

Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất khôngtan (rác, cát nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải; điều hòalưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

Các công trình xử lý cơ học xử lý nước thải thông dụng:

2.2.1.1.Song chắn rác

Song chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc có thể đặt tại cácmiệng xả trong phân xưởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thước lớn như:nhánh cây, gỗ, lá, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác, đồng thời bảo vệ các côngtrình bơm, tránh ách tắc đường ống, mương dẫn

2.2.1.2.Lưới lọc

Lưới lọc dùng để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, thu hồi các thành phầnquý không tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác có kích thước nhỏ Kích thước mắt lưới từ0,5÷1,0mm

Lưới lọc thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay tròn (hay còngọi là trống quay) hoặc đặt trên các khung hình dĩa

2.2.1.3.Bể lắng cát

Bể lắng cát đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa, trước bể lắng đợt

I Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh,kim loại, tro tán, thanh vụn, vỏ trứng… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn,giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý tiếp theo Bể lắng cát gồm 3 loại:

Hình 2.1.Bể lắng cát ngang

2.2.1.5.Bể điều hòa

Bể điều hòa được dùng để duy trì dòng thải và nồng độ vào công trình xử lý ổnđịnh, khắc phục những sự cố vận hành do sự dao động về nồng độ và lưu lượng củanước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý sinh học Bể điều hòa cóthể được phân loại như sau:

Bể lắng được chia làm 3 loại:

 Bể lắng ngang (có hoặc không có vách nghiêng):

Hình 2.2: Bể lắng ngang

 Bể lắng đứng: mặt bằng là hình tròn hoặc hình vuông Trong bểlắng hình tròn nước chuyển động theo phương bán kính (radian)

 Bể lắng li tâm: mặt bằng là hình tròn Nước thải được dẫn vào bểtheo chiều từ tâm ra thành bể rồi thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài.

2.2.1.7.Bể lọc

Công trình này dùng để tách các phần tử lơ lửng, phân tán có trong nước thải vớikích thước tương đối nhỏ sau bể lắng bằng cách cho nước thải đi qua các vật liệu lọcnhư cát, thạch anh, than cốc, than bùn, than gỗ, sỏi nghiền nhỏ… Bể lọc thường làmviệc với hai chế độ lọc và rửa lọc Quá trình lọc chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lýnước thải tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quí hiếm có trong nước thải.Các loại bể lọc được phân loại như sau:

Các muối FeCl3.6H2O, Fe2(SO4)3.9H2O, MgCl2.6H2O, MgSO4.7H2O, …

Vôi

Khác với đông tụ, keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chấtcao phân tử vào Chất keo tụ thường sử dụng như: tinh bột, ester, cellulose, … Chấtkeo tụ có thể sử dụng độc lập hay dùng với chất đông tụ để tăng nhanh quá trình đông

tụ và lắng nhanh các bông cặn Chất đông tụ có khả năng làm mở rộng phạm vi tối ưucủa quá trình đông tụ, làm tăng tính bền và độ chặt của bông cặn, từ đó làm giảm đượclượng chất đông tụ, tăng hiệu quả xử lý Hiện tượng đông tụ xảy ra không chỉ do tiếpxúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụtheo các hạt lơ lửng Khi hòa tan vào nước thải, chất keo tụ có thể ở trạng thái ion hoặckhông ion, từ đó ta có chất keo tụ ion hoặc không ion

Hình 2.4 Quá trình tạo bông cặn của các hạt keo 2.2.2.2.Trung hòa

Nước thải của một số ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp hóa chất, do các quátrình công nghệ có thể có chứa các acid hoặc bazơ, có khả năng gây ăn mòn vật liệu,phá vỡ các quá trình sinh hóa của các công trình xử lý sinh học, đồng thời gây các táchại khác, do đó cần thực hiện quá trình rung hòa nước thải

Các phương pháp trung hòa bao gồm:

 Trung hòa lẫn nhau giữa nước thải chứa acid và nước thải chứakiềm

 Trung hòa dịch thải có tính acid, dùng các loại chất kiềm như:NaOH, KOH, NaCO3, NH4OH, hoac lọc qua các vật liệu trung hòa như CaCO3,dolomit,…

 Đối với dịch thải có tính kiềm thì trung hòa bởi acid hoặc khíacid

Để lựa chọn tác chất thực hiện phản ứng trung hòa, cần dựa vào các yếu tố:

 Loại acid hay bazơ có trong nước thải và nồng độ của chúng.

 Độ hòa tan của các muối được hình thành do kết quả phản ứnghóa học

2.2.2.3.Oxy hoá khử

Đa số các chất vô cơ không thể xử lý bằng phương pháp sinh hóa được, trừ cáctrường hợp các kim loại nặng như: Cu, Zn, Pb, Co, Fe, Mn, Cr,…bị hấp phụ vào bùnhoạt tính Nhiều kim loại như : Hg, As,…là những chất độc, có khả năng gây hại đếnsinh vật nên được xử lý bằng phương pháp oxy hóa khử Có thể dùng các tác nhân oxyhóa như Cl2, H2O2, O2 không khí, O3 hoặc pirozulite ( MnO2) Dưới tác dụng oxy hóa,các chất ô nhiểm độc hại sẽ chuyển hóa thành những chất ít độc hại hơn và được loại

ra khỏi nước thải

2.2.2.4.Điện hóa

Cơ sở của sự điện phân gồm hai quá trình: oxy hóa ở anod và khử ở catod Xử lýbằng phương pháp điện hóa rất thuận lợi đối với những loại nước thải có lưu lượngnhỏ và ô nhiễm chủ yếu do các chất hữu cơ và vô cơ đậm đặc

Ưu điểm :

Không cần pha loãng sơ bộ nước thải

Không cần tăng thành phần muối của chúng

Có thể tận dụng lại các sản phẩm quý chứa trong nước thải

Diện tích xử lý nhỏ

Nhược điểm:

Tốn kém năng lượng

Phải tẩy sạch bề mặt điện cực khỏi các tạp chất

2.2.3.Phương pháp xử lý hóa lý

Trong dây chuyên công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thường được áp dụngsau công đoạn xử lý cơ học Phương pháp xử lý hóa lý bao gồm các phương pháp hấpphụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cô đặc, lọc ngược,… Phương pháp hóa ly đước

sử dụng để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòatan, có một số ưu điểm như

Loại được các hợp chất hữu cơ không bị oxi hóa sinh học

Không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật

Có thể thu hồi các chất khác nhau

Hiệu quả xử lý cao và ổn định hơn

2.2.3.1.Tuyển nổi

Là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia củahai pha khí-nước và xảy ra khi có năng lượng tự do trên bề mặt phân chia, đồng thời

cũng do các hiện tượng thấm ướt bề mặt xuất hiện theo chu vi thấm ướt ở những nơitiếp xúc khí-nước

Tuyển nổi dạng bọt: được sử dụng để tách ra khỏi nước thải các chất không tan vàlàm giảm một phần nồng độ của một số chất hòa tan

Phân ly dạng bọt: được ứng dụng để xử lý các chất hòa tan có trong nước thải, ví

dụ như chất hoạt động bề mặt

Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi là có thể thu cặn với độ ẩm nhỏ, có thể thu tạpchất Phương pháp tuyển nổi được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như: tơsợi nhân tạo, giấy cellulose, thực phẩm,…

Hình 2.5 Bể tuyển nổi kết hợp với cô đặc bùn 2.2.3.2.Hấp phụ

Hấp phụ là thu hút chất bẩn lên bề mặt của chất hấp phụ, phần lớn là chất hấp phụrắn và có thể thực hiện trong điều kiện tĩnh hoặc động

Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, nghĩa là chất bị hấp phụ có thể bịgiải hấp và chuyển ngược lại vào chất thải Các chất hấp phụ thường được sử dụng làcác loại vật liệu xốp tự nhiên hay nhân tạo như tro, mẫu vụn than cốc, than bùn,silicagen, keo nhôm, đất sét hoạt tính,… và các chất hấp phụ này còn có khả năng táisinh để tiếp tục sử dụng

2.2.3.4.Trích ly

Phương pháp tách chất bẩn hữu cơ hòa tan chứa trong nước bằng cách trộn lẫn vớidung môi nào đó, trong đó, chất hữu cơ hòa tan vào dung môi tốt hơn vào nước

2.2.3.5.Trao đổi ion

Các chất cấu thành pha rắn, mà trên đó xảy ra sự trao đổi ion, gọi là ionit Các ionit

có thể có nguồn gốc nhân tạo hay tự nhiên, là hữu cơ hay vô cơ và có thể được tái sinh

để sử dụng liên tục Được sử dụng để loại các ion kim loại trong nước thải

2.2.3.6.Phương pháp xử lý sinh học

Thực chất của phương pháp sinh học để xử lý nước thải là sử dụng khả năng sống

và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Chúngchuyển hóa các chất hữu cơ hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học thành những

sản phẩm cuối cùng như : CO2, H2O,NH4, Chúng sử dụng một số hợp chất hữu cơ vàmột số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng nhằm duy trì quá trình,đồng thời xây dựng tế bào mới.

Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã được xử lý sơ bộqua các quá trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý

2.2.4.Công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên

2.2.4.1.Ao hồ sinh học ( ao hồ ổn định nước thải)

Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ xưa Phương phápnày cũng không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chí phí hoạt động rẻ tiền, quản lýđơn giản và hiệu quả cũng khá cao.Quy trình được tóm tắt như sau:

Nước thải loại bỏ rác, cát sỏi,  Các ao hồ ổn định Nước đã xử lý

 Hồ tùy nghi

Là sự kết hợp hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hoà tan

có đều ở trong nước và phân hủy kị khí (chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy

Ao hồ tùy nghi được chia làm 3 vùng:lớp trên là vùng hiếu khí, vùng giữa là vùng

kị khí tùy tiện và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí

Chiều sâu hồ khoảng 1-1,5m

Hình 2.6 Hồ tùy nghi

 Hồ ổn định bậc III

Nước thải sau khi xử lý cơ bản ( bậc II) chưa đạt tiêu chuẩn là nước sạch để xả vàonguồn thì có thể phải qua xử lý bổ sung (bậc III) Một trong các công trình xử lý bậcIII là ao hồ ồn định sinh học kết hợp với thả bèo nuôi cá.

2.2.4.2.Phương pháp xử lý qua đất

Thực chất của quá trình xử lý là: khi lọc nước thải qua đất các chất rắn lơ lửng vàkeo sẽ bị giữ lại ở lớp trên cùng Những chất này tạo ra một màng gồm rất nhiều visinh vật bao bọc trên bề mặt các hạt đất, màng này sẽ hấp phụ các chất hữu cơ hòa tantrong nước thải Những vi sinh vật sẽ xử dụng ôxy của không khí qua các khe đất vàchuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất khoáng

Cánh đồng tưới

Cánh đồng lọc

Hình 2.7 Xử lý nước thải bằng đất

2.2.4.3.Công trình xử lý sinh học hiếu khí.

Xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí có thể kể đến hai quá trình cơ bản :

Quá trình xử lý sinh trưởng lơ lửng

Quá trình xử lý sinh trưởng bám dính

Các công trình tương thích của quá trình xử lý sinh học hiếu như: bể Aerotank bùnhoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật dính bám), bểlọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay…

2.2.4.3.1.Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aerotank

Quá trình xử lý nước thải sử dụng bùn hoạt tính dựa vào hoạt động sống của vi sinhvật hiếu khí Trong bể Aerotank, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân đế cho vikhuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính.Bùn hoạt tính là các bông cặn có mầu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nướcthải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác Các visinh vật đồng hoá các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất dinh dưỡng cung

cấp cho sự sống Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng các chất để sinh sản vàgiải phĩng năng lượng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh Như vậy các chất hữu

cơ cĩ trong nước thải được chuyển hố thành các chất vơ cơ như H2O, CO2 khơng độchại cho mơi trường

Quá trình sinh học cĩ thể diễn tả tĩm tắt như sau :

Chất hữu cơ + vi sinh vật + ơxy  NH3 + H2O + năng lượng + tế bào mớihay cĩ thể viết :

Chất thải + bùn hoạt tính + khơng khí  Sản phẩm cuối + bùn hoạt tính dư

Một số loại bể aerotank thường dùng trong xử lý nước thải:

nguồ n tiế p nhậ n Xả ra

Xả bù n hoạt tính thừ a

Bể lắ ng đợt 1

Hình 2.8 sơ đồ cơng nghệ đối với bể Aerotank truyền thống

Bể Aerotank tải trọng cao

Hoạt động của bể aerotank tải trọng cao tương tự như bể cĩ dịng chảy nút, chịuđược tải trọng chất bẩn cao và cho hiệu suất làm sạch cũng cao, sử dụng ít nănglượng, lượng bùn sinh ra thấp

Nước thải đi vào cĩ độ nhiễm bẩn cao, thường là BOD>500mg/l tải trọng bùnhoạt tính là 400 – 1000mg BOD/g bùn (khơng tro) trong một ngày đêm

Bể Aerotank cĩ hệ thống cấp khí giảm dần theo chiều dịng chảy (bể cĩ dịng chảy nút )

Nồng độ chất hữu cơ vào bể Aerotank được giảm dần từ đầu đến cuối bể do đĩ nhucầu cung cấp ơxy cũng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất hữu cơ

Ưu điểm :

Giảm được lượng khơng khí cấp vào tức giảm cơng suất của máy thổi khí

Khơng cĩ hiện tượng làm thống quá mức làm ngăn cản sự sinh trưởng của vikhuẩn khử các hợp chất chứa Nitơ

Cĩ thể áp dụng ở tải trọng cao (F/M cao), chất lượng nước ra tốt hơn

Bể Aerotank cĩ ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định (Contact Stabilitation)

Bể cĩ 2 ngăn : ngăn tiếp xúc và ngăn tái sinh

Tuầ n hoà n bù n

Bể Aerotank Ngă n tá i sinh bù n hoạt tính

Ngă n tiế p xú c

Bể lắ ng

đợt 1

Nướ c thả i

Xả bù n tươi

nguồ n tiế p nhậ n

Bể lắ ng đợt 2

Xả bù n hoạt tính thừ a

Xả ra

Hình 2.9 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank cĩ ngăn tiếp xúc.

Ưu điểm của dạng bể này là bể Aerotank cĩ dung tích nhỏ, chịu được sự dao độngcủa lưu lượng và chất lượng nước thải, cĩ thể ứng dụng cho nước thải cĩ hàm lượngkeo cao

Bể thơng khí kéo dài

Khi nước thải cĩ tỉ số F/M ( tỉ lệ giữa BOD5 và bùn hoạt tính-mgBOD5/mg bùnhoạt tính) thấp, tải trọng thấp, thời gian thơng khí thường là 20-30h

Tuầ n hoà n bù n hoạt tính

Bể Aerotank là m thoá ng ké o dà i

20 -30 giờ lưu nươc trong bể Nướ c thả i

Lướ i chắ n rá c

Bể lắ ng đợt 2

Xả ra nguồ n tiế p nhậ n

Định kỳ xả bù n hoạt tính thừ a

Hình 2.10 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank làm thống kéo dài.

Bể Aerotank khuấy trộn hồn chỉnh :

Xả bù n tươi

Bể lắ ng

Xả ra Má y khuấ y bề mặ t

Hình 2.11 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank khuấy trộn hồn chỉnh.

Ưu điểm: pha lỗng ngay tức khắc nồng độ của các chất ơ nhiễm trong tồn thểtích bể, khơng xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụngthích hợp cho loại nước thải cĩ chỉ số thể tích bùn cao, cặn khĩ lắng

Hiệu suất cao nên tăng được tải trọng BOD

Giảm thời gian sục khí

Lắng bùn dễ dàng

Giảm bùn đáng kể trong quátrình xử lý

2.2.4.3.2.Mương oxy hóa

Mương ôxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh có dạngvòng hình chữ O làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính

lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương

2.2.4.3.3.Lọc sinh học – Biofilter

Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các vật chất hữu cơ có trongnước thải nhờ quá trình ôxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc Trong bể chứađầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám Có 2 dạng:

Bể lọc sinh học nhỏ giọt: là bể lọc sinh học có vật liệu lọc không ngập trong nước.Giá trị BOD của nước thải sau khi làm sạch đạt tới 10 ÷ 15mg/l với lưu lượng nướcthải không quá 1000 m3/ngđ

Bể lọc sinh học cao tải: lớp vật liệu lọc được đặt ngập trong nước Tải trọng nướctới10 ÷ 30m3/m2ngđ tức là gấp 10 ÷ 30 lần ở bể lọc nhỏ giọt

Tháp lọc sinh học cũng có thể được xem như là một bể lọc sinh học nhưng có chiềucao khá lớn

Hình 2.13 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 2.2.4.3.4.Đĩa quay sinh học RBC ( Rotating biological contactors)

RBC gồm một loại đĩa tròn xếp liền nhau bằng polystyren hay PVC Những đĩanày được nhúng chìm trong nước thải và quay từ từ Trong khi vận hành, sinh vật tăngtrưởng sẽ dính bám vào bề mặt đĩa và hình thành một lớp màng nhày trên toàn bộ bềmặt ướt của đĩa

Đĩa quay làm cho sinh khối luôn tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và vớikhông khí để hấp thụ oxy, đồng thời tạo sự trao đổi oxy và duy trì sinh khối trong điềukiện hiếu khí

2.2.4.3.5.Bể sinh học theo mẻ SBR ( Sequence Batch Reactor)

SBR là một dạng của bể Aerotank Khi xây dựng bể SBR nước thải chỉ cần đi quasong chắn, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể Ưu điểm là khửđược các hợp chất chứa nitơ, photpho khi vận hành đúng các quy trình hiếu khí, thiếukhí và yếm khí

Bể SBR hoạt động theo 5 pha:

– Pha làm đầy ( fill ): thời gian bơm nước vào kéo dài từ 1-3 giờ

Dòng nước thải được đưa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy Trong

bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tuỳ theo mục tiêu xử lý, hàm lượngBOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: làm đầy – tĩnh, làm đầy –hòa trộn, làm đầy – sục khí

 Pha phản ứng, thổi khí ( React ): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải vàbùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cấp ôxy vào nước và khuấy trộnđều hỗn hợp Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thườngkhoảng 2 giờ Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ

từ dạng N-NH3 sang N-NO22- và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3

- Pha lắng (settle): Lắng trong nước Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh,hiệu quả thủy lực của bể đạt 100% Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúcsớm hơn 2 giờ.

 Pha rút nước ( draw): khoảng 0.5 giờ

 Pha chờ : Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gianvận hành 4 quy trình trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể

Xả bùn dư là một giai đoạn quan trọng không thuộc 5 giai đoạn cơ bản trên,nhưng nó cũng ảnh hưởng lớn đến năng suất của hệ Lượng và tần suất xả bùn đượcxác định bởi năng sất yêu cầu, cũng giống như hệ hoạt động liên tục thông thường.Trong hệ hoạt động gián đoạn, việc xả bùn thường được thực hiện ở giai đoạn lắnghoặc giai đoạn tháo nước trong Đặc điểm duy nhất là ở bể SBR không cần tuần hoànbùn hoạt hoá Hai quá trình làm thoáng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, chonên không có sự mất mát bùn hoạt tính ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoànbùn hoạt tính từ bể lắng để giữ nồng độ

Hình 2.14 Quá trình vận hành của bể SBR 2.2.4.4.Công trình xử lý sinh học kỵ khí

Phân hủy kỵ khí (Anaerobic Descomposotion) là quá trình phân hủy các chất hữu

cơ thành chất khí (CH4 va CO2) trong điều kiện không có ôxy Việc chuyển hoá cácaxit hữu cơ thành khí mêtan sản sinh ra ít năng lượng Lượng chất hữu cơ chuyển hoáthành khí vào khoảng 80  90%

Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ MLSS Nhiệt độthích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32  35 oC

Ưu điểm nổi bật của quá trình xử lý kỵ khí là lượng bùn sản sinh ra rất thấp, vì thếchi phí cho việc xử lý bùn thấp hơn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí

Trong quá trình lên men kỵ khí, thường có 4 nhóm vi sinh vật phân hủy vật chấthữu cơ nối tiếp nhau:

Các vi sinh vật thủy phân (Hydrolytic) phân hủy các chất hữu cơ dạng polyme nhưcác polysaccharide và protein thành các monomer Kết quả của sự “bẻ gãy” mạchcacbon này chưa làm giảm COD

Các monomer được chuyển hóa thành các axit béo (VFA) với một lượng nhỏ H2 Các axit chủ yếu là Acetic, propionic và butyric với những lượng nhỏ của axitValeric Ơ giai đoạn axit hóa này, COD có giảm đi đôi chút (không quá 10%).Tất cả các axit có mạch carbon dài hơn axit acetic được chuyển hóa tiếp thànhacetac và H2 bởi các vi sinh vật Acetogenic

2.2.4.4.1.Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng

Bể lên men có thiết bị trộn và bể lắng riêng

Quá trình này cung cấp phân ly và hoàn lưu các vi sinh vật giống, do đó cho phépvận hành quá trình ở thời gian lưu từ 6  12 giờ

Cần thiết bị khử khí (Degasifier) giảm thiểu tải trọng chất rắn ở bước phân ly

Để xử lý ở mức độ cao, thời gian lưu chất rắn được xác định là 10 ngày ở nhiệt độ

32oC, nếu nhiệt độ giảm đi 11oC, thời gian lưu đòi hỏi phải tăng gấp đôi

Blanket)

Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều,sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ (bông bùn) và cácchất hưũ cơ bị phân hủy

Các bọt khí mêtan và NH3, H2S nổi lên trên và được thu bằng các chụp thu khí đểdẫn ra khỏi bể Nước thải tiếp theo đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách 2 phalỏng và rắn Sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lưu lại vùng lớp bông bùn Sựtạo thành bùn hạt và duy trì được nó rất quan trọng khi vận hành UASB

Thường cho thêm vào bể 150 mg/l Ca2+ để đẩy mạnh sự tạo thành hạt bùn và 5 

10 mg/l Fe2+ để giảm bớt sự tạo thành các sợi bùn nhỏ Để duy trì lớp bông bùn ởtrạng thái lơ lửng, tốc độ dòng chảy thường lấy khoảng 0,6  0,9 m/h

Hình 2.15 Bể UASB 2.2.4.4.2.Phương pháp kị khí với sinh trưởng gắn kết

mang hữu cơ (ANAFIZ)

Lọc kỵ khí gắn với sự tăng trưởng các vi sinh vật kỵ khí trên các giá thể Bể lọc cóthể được vận hành ở chế độ dòng chảy ngược hoặc xuôi

Giá thể lọc trong quá trình lưu giữ bùn hoạt tính trên nó cũng có khả năng phân lycác chất rắn và khí sản sinh ra trong quá trình tiêu hóa

(ANAFLUX)

Vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dâng lênsao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ ttrong một đơn vị thể tích làlớn nhất

Ưu điểm:

Ít bị tắc nghẽn trong quá trình làm việc với vật liệu lọc

Khởi động nhanh chóng

Không tẩy trôi các quần thể sin học bám dính trên vật liệu

Có khả năng thay đổi lưu lượng trong giới hạn tốc độ chất lỏng

2.2.5 CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ ĐANG ÁP DỤNG TRÊN THỰC TẾ

Ta có thể tham khảo công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê tại nhà máy chế biến

cà phê Tâm Châu tại huyện Đức Trọng có công nghệ, công suất và thành phần tínhchất nước thải tương tự

Sơ đồ quy trình công nghệ

Hình 2.16 Quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty Tâm

Châu

Nguồn tiếp nhận QCVN 24:009/BTNMT

Bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính

Thuyết minh quy trình công nghệ

Nước thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy theo hệ thống thu gom

vào các hố gom trước khi bơm vào hệ thống xử lý nước thải

Nước thải (NT) từ các xưởng sản xuất theo mạng lưới thoát nước riêng được dẫn

đến bể gom có đặt tách rác tinh dạng trống quay Trống tách rác với kích thước khe hở

1 - 2mm có nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ có kích thước lớn như bao bì, vỏ cà phêcác loại … nhằm tránh gây hư hại bơm hoặc tắc nghẽn các công trình phía sau Nước

thải từ bể gom được bơm lên bể điều hòa sau khi qua tách rác tinh.

Các lợi ích cơ bản của việc điều hòa lưu lượng là: (1) quá trình xử lý sinh họcđược nâng cao do giảm đến mức thấp nhất hiện tượng “shock” tải trọng, các chất ảnhhưởng đến quá trình xử lý có thể được pha loãng, pH có thể được trung hòa và ổnđịnh; (2) chất lượng nước thải sau xử lý được cải thiện do tải trọng chất thải lên cáccông trình ổn định Bể điều hòa có thể đặt trên tuyến (on-line) hoặc ngoài tuyến (off-line) Với trình độ kỹ thuật tự động hóa như hiện nay, thể tích bể điều hòa và chi phíđiện năng tại nhà máy xử lý giảm đáng kể Dung tích chứa nước càng lớn thì độ antoàn về nhiều mặt càng cao

Từ bể điều hòa, nước thải được bơm đều và liên tục vào bể sinh học kỵ khí có vật liệu đệm cố định Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thoáng, độ rỗng

cao (95%) vi sinh dể bám dính Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thôngthường dao động trong khoảng 100-220m2/m3 Trong bể sinh học tiếp xúc áp dụng quá

trình sinh trưởng sinh học bám dính (Attached Growth) Bể sinh học kỵ khí vật liệu

tiếp xúc, giá thể cho vi sinh vật sống bám, vật liệu thưòng là nhựa có hình dạng khácnhau, Bể có chiều cao từ 4-12m, nước thải được phân bố đều trên mặt lớp vật liệubằng hệ thống quay hoặc vòi phun Quần thể vi sinh sống bám trên giá thể tạo nênmàng nhầy sinh học có khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nước thải.Quần thể vi sinh này có thể bao gồm vi khuẩn kị khí và tùy tiện, nấm, tảo và các độngvật nguyên sinh Tại bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm, nước thải được phân phối đều từdưới đáy qua lớp đệm bùn và sau đó là lớp bùn dính bám trên giá thể, khi qua lớp bùnnày, chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nước và khí biogasbay lên Bể này thích hợp để xử lý nước thải có nồng độ COD cao và biến động(Metcalf & Eddy, 1995 & 2003) Bùn hoạt tính (vi sinh vật – vi khuẩn) kị khí đượcxáo trộn đều với nước thải và chuyển hóa ở tốc độ cao nhất các chất hữu cơ thành khímethan (CH4), nước (H2O), ammonia (NH3)

CHC + VSV kị khí  CH4 + CO2 + H2O + NH3 + VSV kị khí mới

Áp dụng quá trình kị khí phía trước là điều kiện đầu tiên để đạt hiệu quả xử lýphốtphot trong nước thải Nước thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí được dẫn sang bể

sinh học hiếu khí bùn hoạt tính.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể chia thành hai loại chính (1) quá trình xử

lý sinh học tăng trưởng lơ lửng (suspended growth biological treatment processes), và(2) quá trình xử lý sinh học tăng trưởng dinh bám (attached growth biologicaltreatment processes) Mỗi loại quá trình có nhiều công trình ứng dụng khác nhau, nhưquá trình (1) có các loại công trình (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùnhoạt tính dạng mẻ liên tục SBR (sequencing batch reactor), (c) bể bùn hoạt tính từngbậc SASR (staged activated-sludge reactor, , quá trình (2) có các loại công trình (d) bểlọc sinh học (trickling filter), (e) thiết bị sinh học quay RBC (rotating biologicalcontactor, Sau khi đánh giá các quá trình và công trình xử lý về nhiều yếu tố, quátrình bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống với các chức năng xử lý chất hữu cơ kết hợpvới nitrate hóa được lựa chọn vì các ưu điểm sau: (1) có khả năng kết hợp các quátrình chuyển hóa các chất hữu cơ, nitrate hóa và khử nitơ, (2) dễ vận hành, (3) các thiết

bị dễ chọn lựa và thay thế, (4) trình độ công nhân vận hành không đòi hỏi cao, và (5)Việt Nam có nhiều kinh nghiệm với quá trình này

Tại bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, các tạp chất hữu cơ hòa tan và không hòatan còn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí tiếp tục được xử lý và chuyển hóa thànhbông bùn sinh học Hai máy thổi khí (Air Blower) hoạt động luân phiên và hệ thốngphân phối dạng đĩa có hiệu quả cao với kích thước bọt khí nhỏ hơn 10m sẽ cung cấpoxi cho bể sinh học Lượng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho visinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành nước và carbonic, chuyển hóa nitơ hữu

cơ và amonia thành nitrat NO3- Mặt khác, hệ thống phân phối khí còn có chức năngxáo trộn đều nước thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt vớicác chất cần xử lý Tải trọng chất hữu cơ của bể thổi khí thường dao dộng từ 0,32-0,64

kg BOD/m3.ngày đêm và thời gian lưu nước dao động từ 4-12h

Oxy hóa và tổng hợp

CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dưỡng + vi khuẩn hiếu khí  CO2 +

H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác

Hô hấp nội bào

C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn  5CO2 + 2H2O + NH3 + E

Sau khi qua bể bùn hoạt tính, nước sẽ chảy thủy lực qua bể lọc màng MBR.

MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio-Reactor (Bể lọc sinh học bằng màng), có thểđịnh nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng

MBR là kỹ thuật mới xử lý nước thải kết hợp quá trình dùng màng với hệ thống

bể sinh học thể động bằng quy trình vận hành SBR sục khí 3 ngăn và công nghệ dòngchảy gián đoạn MBR là sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính, trong đóviệc tách cặn được thực hiện không cần đến bể lắng bậc 2 Nhờ sử dụng màng, các thểcặn được giữ lại trong bể lọc, giúp cho nước sau xử lý có thể đưa sang công đoạn tiếptheo hoặc xả bỏ / tái sử dụng được ngay

Ưu điểm của việc ứng dụng bể lọc màng MBR là

 Không cần bể lắng và giảm kích thước bể nén bùn

 Không cần tiệt trùng nhờ đã khử triệt để coliform

 Công trình được tinh giản nhờ sử dụng chỉ một bể phản ứng để khử N & P màkhông cần bể lắng, bể lọc và tiệt trùng

 Trong điều kiện thay đổi đột ngột, hệ thống được điều chỉnh cho ổn định bằng

kỹ thuật không sục khí – sục khí – không sục khí

 Khắc phục được các yếu điểm (nén bùn và tạo bọt) trong phương pháp bùn hoạttính (dùng màng khử hiệu quả Nutrient và E.coli)

 Dễ kiểm soát và bảo trì bằng hệ thống tự động

Nước thải sau khi qua bể lọc màng MBR đạt tiêu chuẩn xả thải nên được dẫn vào

hồ sinh học và xả ra nguồn tiếp nhận trong khu vực Hồ sinh học đóng vai trò đảm bảo

an toàn về tiêu chuẩn xả thải trong trường hợp hệ thống gặp sự cố và cũng là nơi xảnước thải sau xử lý của trạm xử lý trước khi nước thải sau xử lý chảy theo hệ thốngđường ống thoát nước thải sau xử lý chảy ra hồ Trị An Hồ sinh học còn cung cấp, dựtrữ nước cứu hỏa bổ sung cho nhà máy Ngoài ra, hồ sinh học còn có nhiệm vụ điềuhoà không khí, tạo cảnh quan môi trường cho nhà máy và khu vực xung quanh Nước

thải xả vào nguồn tiếp nhận đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT.

Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lượng bùn vi sinh trong bể đồng

thời lượng bùn ban đầu sau thời gian sinh trưởng phát triễn sẽ giảm khả năng xử lýchất ô nhiễm trong nước thải và chết đi Lượng bùn này còn gọi là bùn dư và đượcđưa về bề chứa bùn Sau khi chứa một thời gian, bùn sẽ được đưa vào máy ép bùn đểlàm giảm độ ẩm và thể tích của bùn, giúp cho việc thu gom - vân chuyển được dễdàng

Hình 2.17 Quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty Ngọc

Trang

Nguồn tiếp nhận QCVN 24:009/BTNMT

Hình 2.18 Quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty Minh

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

3.1.LƯU LƯỢNG, THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ

3.1.1.Lưu lượng nước thải chế biến cà phê

Lưu lượng trung bình: Qtb = 400 m3/ngày.đêm

Trong đó chủ yếu là nước thải ở 2 công đoạn chính: công đoạn rửa thô, xay cà phê

và công đoạn đánh nhớt, rửa sạch

Lưu lượng nước thải ở công đoạn rửa thô, xay cà phê

Q1 = 160 m3/ngày.đêm

Lưu lượng nước thải ở công đoạn đánh nhớt, rửa sạch

Q2 = 240 m3/ngày.đêm

3.1.2.Thành phần, tính chất nước thải chế biến cà phê

Bảng 3.1: Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hạt tươi tại Công ty Hồ Phượng

Từ kết quả phân tích các mẫu nước thải nói trên, có thể nhận thấy

Nước thải ở công đoạn rửa thô và xay cà phê: có nồng độ chất ô nhiễm rất cao, cụthể COD = 32.894 mg/l, BOD = 19.463 mg/l, SS = 1.720 mg/l, pH ở mức thấp CODvượt gấp 411 lần so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24: 2009, loại B), BOD vượt gấp

389 lần so với tiêu chuẩn cho phép, SS vượt gấp 17 lần so với tiêu chuẩn Nồng độ ônhiễm của nước thải cao là do nước thải chứa nhiều chất bẩn bám dính hạt cà phê (cát,đất, bụi, ), các hạt cà phê xanh còn sót lại, xác vỏ cà phê, hạt cà phê bị nát trong quátrình xay

Nước thải ở công đoạn đánh nhớt, rửa sạch: có nồng độ chất ô nhiễm khá cao, cụthể COD = 10.447 mg/l, BOD = 7.825 mg/l, SS = 2.753, pH ở mức thấp COD vượtgấp 130 lần so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24:2009, loại B), BOD vượt gấp 157lần so với tiêu chuẩn cho phép, SS vượt gấp 28 lần so với tiêu chuẩn Nồng độ ô nhiễmcủa nước thải cao là do nước thải chứa nhiều thịt quả cà phê bị tan rã từ quá trìnhngâm enzym.

Do nước thải từ Nhà máy chế biến cà phê có các đặc trưng chính như sau:

 Chế độ thải không đều trong năm, thời gian có nước thải nhiều và có cường độ ônhiễm cao chỉ có khoảng 4 –5 tháng/năm

 Cường độ ô nhiễm của nước thải không đồng đều

 Lưu lượng nước thải có cường độ ô nhiễm nhẹ rất cao

Do vậy, phương án công nghệ lựa chọn cần đảm bảo các yêu cầu sau:

 Luôn đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải

 Thời gian cần thiết để phục hồi hiệu suất xử lý sau một thời gian dài hầu nhưkhông có nước thải (6 tháng) phải nhanh

Phương án công nghệ được lựa chọn để đảm bảo các yêu cầu trên là phương án:

 Tách triệt để lượng cặn, vỏ cà phê từ quá trình sơ chế, rửa cà, xay cà

 Áp dụng phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí có khả năng phục hồi nhanh

 Kết hợp xử lý hiếu khí và hồ sinh học (hồ giải nhiệt) để đảm bảo nước thải đầu rađạt tiêu chuẩn thải

Với tính chất nước thải và yêu cầu xử lý đã nêu trên, công nghệ xử lý được đề xuấtcho Hệ thống xử lý nước thải nhà máy như sau:

Tiền xử lý (xử lý cơ học): giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá

trình xử lý sinh học và hóa lý tiếp theo

 Loại bỏ rác, cặn thô, tạp chất không tan có kích thước lớn hơn 20 mm: nylon, giẻrách, nhánh cây, ống,…

 Loại bỏ cặn rác tinh có kích thước lớn hơn 1,5mm: cát, sỏi, nhựa, nylon, cặn lơlững…

 Loại bỏ các tạp chất nổi, dầu mỡ

 Điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

 Các thiết bị kiểm soát trong khâu này được điều khiển tự động

Xử lý bậc 2 (Xử lý sinh học yếm khí dính bám)

 Sử dụng công nghệ kỵ khí dính bám trên giá thể cố định để khử, chuyển hoá cácchất hữu cơ có cấu trúc phức tạp thành các chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản, dễphân hũy sinh học hoặc khí CH4 và H2O, làm giảm nồng độ BOD, COD… củanước thải

 Ưu điểm nổi bật của công nghệ kỵ khí là lượng bùn sản sinh ra rất thấp vì thế chiphí cho việc xử lý bùn giảm đáng kể so với các quá trình xử lý hiếu khí Đối vớinước thải công nghiệp chế biến đường, hiệu quả khử COD có thể đạt 80% ở tảitrọng 10kg COD/m3.ngày đêm

Xử lý bậc 3 (Xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng)

 Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và dễ phân hủy sinh học(COD, BOD) thành các hợp chất vô cơ (CO2, H2O,…);

 Xử lý phốt pho: diễn ra trong 02 quá trình kị khí - hiếu khí nối tiếp nhau nhờ vikhuẩn tích lũy phốtpho;

 Xử lý nitơ: Nitrat hóa và khử nitrat thành Nitơ trong 02 quá trình hiếu khí – thiếukhí nhờ vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter;

Xử lý bậc 4 (xử lý hóa lí)

 Tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lững phân tán nhỏ, keo, nhũ tương vá cáctạp chất khác

 Keo tụ chất rắn lơ lững, độ màu, độ đục, thậm chí cả mùi trong nước thải;

 Sử dụng hóa chất keo tụ: PAC, chất trợ keo tụ…cho quá trình keo tụ

Khử trùng

 Khử trùng tiêu diệt các loại vi khuẩn gây hại trước khi xả vào nguồn tiếp nhậntrong khu vực Xử lý hoàn thiện nước thải sau xử bằng các quá trình tự nhiêntrong hồ thủy sinh

Xử lý bùn hoạt tính dư và bùn hóa lý

 Bùn hoạt tính dư và bùn hóa lý có độ ẩm cao (99 – 99,3%) được dẫn vào bể chứabùn và định kỳ lượng bùn này sẽ được thu gom và mang đi xử lý theo tiêu chuẩnViệt nam về xử lý chất thải rắn

Nước thải nhà máy chế biến cà phê Hồ Phượng có lưu lượng không ổn định Nhàmáy sản xuất 2 ca; từ 12 giờ chiều – 17 giờ tối chủ yếu là thu mua nguyên liệu, 17 – 6

giờ sáng là công đoạn phân loại, rửa, xay vỏ; công đoạn ngâm enzym, đánh nhớt đượcdiễn ra nguyên ngày Vì thế, nước thải không chỉ không ổn định về lưu lượng mà nồng

độ chất ô nhiễm cũng thay đổi ở mỗi công đoạn chế biến Bể điều hòa được thiết kếsao cho phải điều hòa được lưu lượng và nồng độ trong 1 chu kì chế biến của nhà máy.Nước thải này có hàm lượng BOD, COD, SS cao và pH thấp Đối với SS cao, chủyếu là do công đoạn tách vỏ quả và hạt xanh không tốt, vì thế cần thiết phải có thiết bịtách rác dạng băng tải tự động trước khi nước thải chảy vào hệ thống xử lý

Nước thải sau khi điều hòa có tỷ lệ BOD/COD = 12480/19426 = 0.64 > 0.6: thíchhợp cho quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học Tuy nhiên, độ màu cũng là mộtyếu tố quan trọng để chọn lựa phương án xử lý

Quá trình xử lý sinh học được đề xuất để giải quyết COD, BOD rất cao trong nướcthải Cần phải kết hợp cả phương pháp xử lý sinh học kị khí và sinh học hiếu khí Căn

cứ vào thành phần tính chất của nước thải để quyết định phương án xử lý cũng nhưcông trình xử lý

Bảng 3.2: Hiệu quả xử lý cho các công trình đơn vị tiêu biểu

UASB 5.000-15.000 4-12 4,00-12,01 75-85

(Nguồn: Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, 1991)

Tiêu chuẩn đầu ra QCVN 24:2009, loại B; vì thế phải áp dụng phương pháp xử lýhóa lý liền kề để đạt yêu cầu và cũng giảm đáng kể độ màu trong nước thải mà phươngpháp sinh học không xử lý triệt để

3.2 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CHO CÔNG TY TNHH HỒ PHƯỢNG

3.2.1.Cở sở đề xuất công nghệ xử lý

 Thành phần và lưu lượng nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất

 Kinh nghiệm xử lý nước thải của các nhà máy chế biến cà phê có công nghệ sảnxuất và quy mô công trình tương đương

 Điều kiện địa chất, khí hậu

 Nguồn tiếp nhận nước thải của Trạm xử lý nước thải (lưu lượng dòng chảy củasông, nguồn tiếp nhận phục vụ cho mục đích sinh hoạt hay nông nghiệp…)

 Khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận;

 Tiêu chuẩn xả nước thải QCVN 24: 2009/BTNMT- Cột B

 Mức độ cần thiết phải xử lý

 Trình độ kỹ thuật và công nghệ của nhà máy

 Phương pháp xử lý cục bộ nước thải sinh hoạt của công nhân viên trong nhà máy

 Giới hạn diện tích xây hệ thống

3.2.2.Đề xuất công nghệ cho phương án 1

Bể gom nước thải

Hồ điều hòa

Bể kỵ khí vật liệu đệm