Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nứơc thải nhà máy sữa nghệ an vinamilk

Nhà máy sữa Nghệ An – Vinamilk đi vào hoạt động năm 2005với công suất 30 triệu lít/năm và đã xây dựng một hệ thống xử lý nớc thải khá hiện đại.. Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài

TRƯờNG ĐạI HọC VINH KHOA SINH HọC

===  ===

NGUYễN ĐìNH PHúC

ĐáNH GIá HIệU QUả Xử Lý CủA Hệ THốNG

Xử Lý NƯớC THảI NHà MáY SữA

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của PGS - TS Nguyễn Đình San, CN.

Hồ Thị Phơng cùng các thầy cô giáo trong tổ Hóa Sinh - khoa Sinh học - Trờng

Đại học Vinh, nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk, Trung tâm quan trắc và kỹ thuật môi trờng Nghệ An, chi cục bảo vệ môi trờng Nghệ An

Xin chân thành cảm ơn sự động viên cổ vũ của ngời thân, bạn bè đã cho tôi thêm nghị lực để hoàn thiện luận văn này.

Vinh, ngày 10 tháng 05 năm 2010.

Nguyễn Đình Phúc.

Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t, ký hiÖu

BOD5: Nhu cÇu oxy ho¸ sinh häc (Biochemical oxygen demand).

COD: Nhu cÇu oxy ho¸ ho¸ häc ( Chemical oxygen demand).

DO: Oxy hoµ tan ( Dissolved oxygen).

SS: ChÊt r¾n l¬ löng ( Suspended Soilds).

TCVN: Tiªu chuÈn ViÖt Nam.

mg/l: miligam/LÝt.

BVMT: B¶o vÖ m«i trêng.

BHT: Bïn ho¹t tÝnh.

SSV: ThÓ tÝch bïn l¾ng (settled sludge volume).

SVI: ChØ sè bïn (sludge volume index).

1.1. Tæng quan vÒ ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn s÷a ë ViÖt Nam 3

1.1.1. HiÖn tr¹ng s¶n xuÊt vµ tiªu thô c¸c s¶n phÈm s÷a vµ xu thÕ

ph¸t triÓn ngµnh s¶n xuÊt s÷a ë ViÖt Nam

Vinamilk:

1.2.3 Khái quát về nớc thải nhà máy sữa 8

Chơng 2: Đối tợng, nội dung và phơng pháp nghiên cứu 19

2.4.1. Đánh giá hiệu quả xử lý tính theo % lợng chất thải đầu vào 22

2.4.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của từng đơn vị xử lý 22

3.2 Công nghệ xử lý nớc thải của nhà máy 25

3.3. Đánh giá chất lợng nớc thải đầu vào hệ thống xử lý 29

3.4 Đánh giá chất lợng nớc thải sau khi qua các đơn vị xử lý 31

3.4.1. Chất lợng nớc thải sau khi qua bể trung hòa 31

3.4.2. Chất lợng nớc thải sau khi qua bể tuyển nổi (DAF) 32

3.4.3. Chất lợng nớc thải sau khi qua hệ bùn hoạt tính và bể lắng 33

3.5 Đánh giáchất lợng nớc thải sau khi xử lý 35

3.5.1. Kết quả phân tích nớc thải sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lý 35

3.5.2. Đánh giá khả năng xử lý của hệ thống 36

3.6. So sánh, đánh giá sự thay đổi hiệu suất xử lý qua các năm 37

3.7. Đề xuất các biện pháp để tăng hiệu quả xử lý của hệ thống 40

Danh mục các bảng

Trang Bảng 1.1 Nhu cầu về nguyên vật liệu chính hàng năm 5

Bảng 1.2 Giá trị của một vài thông số chất lợng nớc thải sữa 9

Bảng 1.3 Các Bazo đợc dùng để trung hòa 11

Bảng 1.4 Các Axit đợc dùng để trung hòa 12

Bảng 3.1 Kết quả phân tích chất lợng nớc thải ở bể tiếp nhận 30

Bảng 3.2 Kết quả phân tích chất lợng nớc thải ở bể trung hòa 31

Bảng 3.3 Kết quả phân tích chất lợng nớc thải sau DAF 32

Bảng 3.3 Chất lợng nớc thải sau khi qua hệ thống bể aerotank và

Danh mục các Hình vẽ

Trang Hình 1.1 DAF với kĩ thuật nén khí một phần dòng đã làm trong tuần

Hình 1.3 Tóm tắt các quá trình vi sinh trong hệ xử lí hiếu khí 15

Hình 1.4 Cân bằng vật chất đối với cacbon (BOD 5 ) trong hệ xử lí

Cùng với sự phát triển không ngừng của kinh tế, con ngời ngày càng tác

động sâu sắc tới thiên nhiên và môi trờng Chỉ trong 100 năm của thế kỷ XX, conngời đã làm ra một khối lợng sản phẩm bằng tổng khối lợng sản phẩm của tất cảcác thời kỳ trớc cộng lại Tuy nhiên, cũng từ đó đến nay, con ngời đã và đang phải

đối mặt với các vấn đề ô nhiễm môi trờng Phát triển kinh tế là tất yếu, nhng phát

triển cân bằng với các giá trị về xã hội và môi trờng Vì vậy, vấn đề sản xuất và bảo

vệ môi trờng là hai nhiệm vụ không thể tách rời nhau

Sản xuất và chế biến thực phẩm là một trong những ngành có vai trò quantrọng đối với sự phát triển của xã hội và sự tồn tại của con ngời Tuy nhiên, đâycũng là ngành sản xuất đang phải đối mặt với rất nhiều các vấn đề môi trờng đặcbiệt là vấn đề nớc thải sản xuất Nớc thải công nghiệp đã trở thành nỗi lo chungkhông chỉ của các nhà máy, các cơ quan quản lý mà còn là nỗi lo chung của cảcộng đồng

Thực tế hiện nay, sản xuất kinh doanh trên địa bàn tỉnh Nghệ An nói chung

và ngành công nghiệp chế biến thực phẩm nói riêng đã mang lại những nguồn lợinhuận kinh tế to lớn nhng ít nhiều cũng gây ảnh hởng xấu đến môi trờng và cảnhquan thiên nhiên Nhà máy sữa Nghệ An – Vinamilk đi vào hoạt động năm 2005với công suất 30 triệu lít/năm và đã xây dựng một hệ thống xử lý nớc thải khá hiện

đại Tuy nhiên, theo thời gian và sự thay đổi các điều kiện môi trờng cũng nh sảnxuất và vận hành, chúng ta không thể đảm bảo chắc chắn về độ tin cậy của hệthống xử lý nh ban đầu Do đó, cần có những đánh giá khách quan về khả năng xử

lý chất thải của hệ thống Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nớc thải Nhà máy sữa Nghệ An – Vinamilk”

nhằm xem xét việc tuân thủ các yêu cầu về bảo vệ môi trờng và hạn chế nhữngrủi ro có thể phát sinh trong quá trình xử lý nớc thải Hơn nữa, không chỉ có ýnghĩa cho việc kiểm soát chất thải ở thời điểm hiện tại, đề tài này còn h ớng đếnviệc tạo ra một cơ sở khoa học thực nghiệm cho việc thiết kế, xây dựng và vậnhành các hệ thống xử lý tơng tự sau này; chỉ ra những u điểm cũng nh nhữngthiếu sót của hệ thống xử lý; qua đó, cung cấp một nguồn tài liệu quan trọng choviệc nghiên cứu về công nghệ xử lý nớc thải

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu về quy trình công nghệ xử lý n ớc thải củanhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk, kết hợp với điều tra chất l ợng nớc thải trớc vàsau khi xử lý nhằm đánh giá về khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong n ớc thảicủa nhà máy sữa Để đạt đợc mục tiêu trên, nhiệm vụ của đề tài cần phải giảiquyết là:

- Đánh giá về thành phần các chất ô nhiễm trong nớc thải nhà máy sữa

- Xem xét quy trình công nghệ xử lý n ớc thải của nhà máy sữaNghệ An – Vinamilk

- Đánh giá hiệu quả xử lý của từng đơn vị xử lý chính.

- Đánh giá hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống xử lý

- Đánh giá sự thay đổi hiệu quả xử lý qua các năm

- Đề xuất một số biện pháp nâng cao khả năng xử lý.1

Ch ơng 1 : Tổng quan tài liệu 1.1 Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến sữa ở Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng sản xuất, tiêu thụ các sản phẩm sữa và xu thế phát triển ngành sản xuất sữa ở Việt Nam

ở Việt Nam, việc sản xuất và chế biến sữa chủ yếu có từ thời Pháp thuộc

[13] Hiện nay, công nghiệp sản xuất sữa của Việt Nam không ngừng phát triển,

đóng góp một phần lớn vào sự phát triển của đất nớc Trong hệ thống các nhà máysữa thì Vinamilk là công ty nắm thị phần sữa lớn nhất (chiếm khoảng 75% thị

phần) [2].

Gần 10 năm trở lại đây mức sống của ngời dân đợc cải thiện đáng kể, nhucầu tiêu dùng đặc biệt là nhu cầu về dinh dỡng ngày càng tăng Sữa và các sảnphẩm từ sữa nh: sữa tơi tiệt trùng, sữa chua, sữa đậu nành, kem… là những nguồnthực phẩm có nhiều chất dinh dỡng, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, dễ bảo

quản và tiện lợi cho ngời sử dụng [13]

1.1.2 Khái quát về công ty sữa Việt Nam - Vinamilk và nhà máy sữa Nghệ An Vinamilk

–

Đợc thành lập từ năm 1976, công ty cổ phần sữa Việt Nam Vinamilk đã lớnmạnh và trở thành doanh nghiệp hàng đầu của ngành công nghiệp chế biến sữa,

hiện chiếm khoảng 75% thị phần sữa tại Việt Nam [2] Ngoài việc phân phối mạnh

trong nớc với mạng lới 183 nhà phân phối và 94.000 điểm bán hàng phủ đều 64/64tỉnh thành, sản phẩm sữa Vinamilk còn đợc suất khẩu sang nhiều nớc nh: Mỹ,

Pháp, Canada, Balan, Đức, khu vực Trung Đông, Đông Nam á [2].

Sau gần 35 năm ra mắt ngời tiêu dùng, đến nay tổng công ty sữa Việt Nam

đã xây dựng đợc 8 nhà máy, 1 xí nghiệp và đang xây dựng thêm 3 nhà máy mới với

sự đa dạng về sản phẩm Hiện nay Vinamilk đã có trên 200 mặt hàng sữa và các

sản phẩm từ sữa [2].

Nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk đợc thành lập vào năm 2005, đây là nhàmáy sữa thứ tám trong tổng số các nhà máy của Vinamilk Nhà máy sữa Nghệ An -Vinamilk có công suất chế biến 30 triệu lít/năm, với các sản phẩm chính: sữa tơi,sữa chua, sữa chua uống và nớc trái cây Với tổng vốn đầu t gần 100 tỉ đồng, nhàmáy đợc lắp đặt trang thiết bị hiện đại của các nớc có công nghệ chế biến tiên tiến:

Thuỵ Điển, Đan Mạch, ý, Mỹ nhà máy đợc trang bị hệ thống xử lý nớc thải của

Singapore với công suất xử lý 500 m3/ngày [1]

1.2 Công nghệ sản xuất và chế biến sữa của nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk

1.2.1 Nguyên liệu

Các nguyên liệu chính dùng cho sản xuất gồm có: sữa tơi, sữa bột, chất béo,

đờng, nớc và các nguyên liệu phụ nh: hơng liệu, nớc trái cây và chocolate Ngoài

ra, còn có các vật liệu phụ nh: bao bì thùng giấy cactông, bao bì nhựa, màng nhôm

[1, 12].

Để sản xuất các sản phẩm đáp ứng thị hiếu ngời tiêu dùng ở từng nơi, từng

đối tợng thì các yêu cầu về chất lợng nguyên liệu và tỉ lệ phối trộn giữa chúng vớinhau đều phải tuân thủ theo một quy định nghiêm ngặt

Bảng 1.1 Nhu cầu về nguyên vật liệu chính hàng năm

Nguyên liệu ĐVT

Định mức 1.000 lít

Sữa tơi hộp 200 ml Năm

2005

Năm 2006

Năm 2007

Năm 2008

Năm 2009

Sữa tơi Tấn 1,045 940,5 1128,6 1.358,5 1.630,2 1.954,15Thùng các

S÷a chua Yomilk hép 200 ml N¨m

2005

N¨m 2006

N¨m 2007

N¨m 2008

N¨m 2009

Kem hép 1 lÝt

N¨m 2005

N¨m 2006

N¨m 2007

N¨m 2008

N¨m 2009

S÷a chua tr¾ng (hép 100 ml) N¨m

2005

N¨m 2006

N¨m 2007

N¨m 2008

N¨m 2009

Chất ổn định

Thùng các

tông 1000 Cái 0,021 7,560 9,450 11,760 14,700 18,480Dầu FO 1000 Lít 0,008 2,880 3,600 4,480 5,600 7,040

(Nguồn: Báo cáo tổng kết cuối năm 2009 – công ty cổ phần sữa Vinamilk – Nghệ An

[3] )

- Sử dụng năng lợng:

+ Nhu cầu về điện: Công suất điện 1140 KW đợc cấp từ nguồn điện lới quốcgia Ngoài ra, đề phòng trờng hợp mất điện lới đột xuất, nhà máy còn đợc trang bị 2

máy phát điện điêzen dự phòng có công suất 800 KVA [1].

+ Nhu cầu về hơi: Hơi đợc sử dụng trong quá trình chế biến sản phẩm và đểthanh trùng thiết bị Qua tính toán dựa trên công suất hoạt động của Nhà máy, lợnghơi cần dùng là 1500kg/h đợc cấp từ 2 nồi hơi (1 nồi hơi vận hành và 1 nồi hơi dựphòng) công suất mỗi nồi hơi là 2000 kg/h (2,0 tấn/h) Nồi hơi đợc đốt bằng dầu

FO, chất lợng hơi đạt yêu cầu [1].

Từ lò hơi có lắp đặt một hệ thống ống dẫn hơi đến các thiết bị qua các van

đóng mở, van an toàn, đồng hồ áp lực và đo lu lợng, bộ phận ly hơi tự động Hệthống đờng ống dẫn hơi đợc bảo ôn để tiết kiệm nhiệt và đợc lắp đặt đúng theo quy

phạm an toàn nồi hơi theo quy định của Bộ LĐTBXH [1].

- Sử dụng nớc:

Nớc đợc sử dụng trong quá trình chế biến sản phẩm, vệ sinh máy móc thiết

bị và phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của cán bộ công nhân viên nhà máy

Nhu cầu sử dụng nớc của nhà máy là khoảng 25 m3/h, trong đó:

- Nớc dùng cho sản xuất : 12 m3/h;

- Nớc dùng cho vệ sinh máy móc thiết bị : 10 m3/h;

- Nớc dùng cho sinh hoạt : 3 m3/h [1].

Nớc cấp cho Nhà máy đợc lấy từ nguồn nớc của hệ thống cấp nớc thị xã Cửa

Lò Hệ thống phân phối nớc là ống thép không rỉ đợc lắp đặt mới hoàn toàn, dẫn

n-ớc từ nguồn đến các thiết bị dùng nn-ớc và ngời sử dụng

1.2.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất

- Công nghệ chế biến sữa tơi tiệt trùng (sữa UHT): Sữa tơi tiệt trùng (sữa UHT) đợc

chế biến từ sữa bò tơi nguyên chất thu mua của các hộ nông dân sau khi đã kiểm trachất lợng theo các tiêu chuẩn quy định Sữa tiệt trùng còn đợc sản xuất từ sữa bột

nguyên kem chất lợng cao [13].

- Công nghệ chế biến sữa chua: Sữa chua đợc chế biến từ sữa bò tơi, đờng, men…

hoặc đợc chế biến từ sữa bột gầy, chất béo, đờng, men… Ngoài ra nếu muốn sảnxuất sữa chua có hơng vị trái cây ngời ta phối trộn thêm các loại mứt trong quá

trình chế biến [13].

- Công nghệ chế biến kem: Kem đợc chế biến từ sữa bò tơi hoặc sữa bột gầy, chất

béo sữa, đờng [13].

1.2.3 Khái quát về nớc thải nhà máy sữa

Từ các dây chuyền sản xuất trên, cùng với những quan sát trên thực tế có thểnhận thấy rằng, quá trình sản xuất các sản phẩm từ sữa đợc sản xuất trên một quytrình khá khép kín Lợng chất thải rắn cũng nh nớc thải chủ yếu đợc tạo ra trongquá trình sản xuất( trộn, lọc, rót…) Với tình hình sản xuất đạt 100 % công suấtthiết kế, lợng nớc thải tạo ra trong quá trình sản xuất khoảng 19 m3/h Ngoài ra, quátrình vệ sinh các thiết bị cũng tạo ra một lợng nớc thải khá lớn: 40 m3/h

Khi sản xuất: 22 giờ 19m3/giờ = 418 m3/ ngày

Khi vệ sinh các thiết bị: 2 giờ 40m3/giờ = 80m3/ngày

Tổng lợng nớc thải của nhà máy là: 418 + 80 = 498 m3/ngày

Ngoài lợng nớc thải thì thành phần các chất trong nớc thải cũng quyết địnhrất lớn đến việc lựa chọn công nghệ xử lý Một vài thông số ô nhiễm của nớc thảinhà máy sữa đợc cho ở bảng sau:

Bảng 1.2 Giá trị của một vài thông số chất lợng nớc thải sữa

TT Thông số ô nhiễm Đơn vị Giá trị 5945 - 2005 (loại B)TCVN

(Nguồn: Xử lý nớc thải giàu hợp chất Nitơ và Photpho Lê Văn Cát, 2007 [4])

Với đặc trng điển hình là loại nớc thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủynh: cacbonhydrat, protein, lipit… Có thể nhận định rằng, nớc thải nhà máy sữa rất

thích hợp với công nghệ xử lý vi sinh hiếu khí [4].

Trong thực tế, tuỳ nguồn gốc nớc ban đầu trớc xử lý có thể có tính axit hoặctính bazơ, trong đó tính axit phổ biến hơn Tuy nhiên nớc sau xử lý tuỳ mục đích sửdụng có thể có yêu cầu dải pH khác nhau Ví dụ nớc cấp cho sinh hoạt thờng có

yêu cầu pH = 6,58,5 [11, 15]; nớc sản xuất sữa pH = 6,57,5; nớc thải sinh hoạt

pH = 59 [11] Vì vậy cần hiệu chỉnh pH tới các yêu cầu cụ thể, khi đó trung hoà

chính xác tới pH = 7 là điều không cần thiết, tốn kém và nhiều khi không khả thi vềmặt kỹ thuật Trong trờng hợp này ta cần hiệu chỉnh pH tới giá trị mong muốn

Quá trình này có thể đợc thực hiện bằng cách trung hoà một phần H+ hoặc

OH có d trong nớc ban đầu tới giá trị pH mong muốn, khi đó ta có quá trình đợcgọi là hiệu chỉnh pH

Phản ứng giữa chất có tính axit và chất có tính bazơ, hay tổng quát hơn giữaion H+ và ion OH dẫn tới pH của dung dịch sau phản ứng bằng 7 đợc gọi là phảnứng trung hoà

Khi nớc có tính axit (pH < 7) ngời ta phải trung hòa bằng cách sử dụng, bổsung các chất có tính bazơ vào nớc để pH trở về 7 Có thể trung hoà bằng nhiềucách

• Nếu là nớc thải có tính axit có thể dùng dòng nớc thải có tính kiềm (nếunhà máy có) trung hoà dòng thải có tính axit.

• Nếu là nớc axit có thể cho chảy qua lớp đá vôi hay đolomit, trờng hợp nàynớc không đợc chứa các ion có khả năng tạo hợp chất kết tủa bám trên bề mặt vậtliệu trung hoà, cản trở phản ứng giữa CaCO3 với H+ Các hợp chất kết tủa với Ca2+

Bảng 1.3 Các Bazơ đợc dùng để trung hòa

No Tên hoá chất Công thức hoá học

Lợng cần để trung hoà 1 mg CaCO 3 /L

độ axit hoặc độ kiềm, mg/L

Khả năng trung hoà so sánh với CaO

6 Đolomit nung (CaO) 0,6 (MgO) 0,4 0,497 0,497/0,56 = 1,89

7 Đolomit hyđrat [Ca(OH) 2 ] 0,6

( Nguồn: Công nghệ môi trờng, Cao Thế Hà [5])

Khi nớc có tính bazơ (pH > 7) ngời ta phải trung hòa bằng cách sử dụng, bổsung các chất có tính axit vào nớc để pH trở về 7 Các phơng pháp thờng áp dụnglà:

• Cacbonic hoá nếu có nguồn CO2 công nghiệp, Việt Nam hầu nh cha ápdụng kỹ thuật này

• Dùng các axit công nghiệp nh H2SO4, HCl, HNO3 Loại axit đợc lựa chọntrên cơ sở giá thành, trong đó axit nitric là đắt nhất Riêng trờng hợp sử dụng axitnitric cần lu ý thêm tiêu chuẩn hàm lợng nitrat trong nớc sản phẩm Các chất cótính axit thờng đợc sử dụng đợc cho trong bảng:

Bảng 1.4 Các Axit đợc dùng để trung hòa

độ axit hoặc độ

Khả năng trung hoà so sánh với CaO

kiềm, mg/L

( Nguồn: Công nghệ môi trờng, Cao Thế Hà [5])

1.3.2 Tuyển nổi

Tuyển nổi đợc phát minh từ những năm 1930 ở bán đảo Scandinavia đầu tiên

là để thu hồi bột giấy từ công nghiệp giấy Đến nay, ngoài các lĩnh vực côngnghiệp, tuyển nổi trở nên phổ biến trong công nghệ nớc cấp, nớc thải, xử lý bùnthải

Điểm khác biệt lớn nhất của tuyển nổi so với các phơng pháp tách R/L bằng

kỹ thuật tuyển nổi là cặn SS đợc tách ra khỏi nớc không phải bằng lắng nhờ trọnglực mà bằng lực nổi đợc tạo ra bởi các bọt khí Nhờ vậy tuyển nổi đặc biệt hiệu quảkhi SS có tỷ khối nhỏ (dầu, mỡ) Khi đó lớp bùn - bọt sẽ nổi lên trên bể tuyển nổi

và đợc gạt ra ngoài, nhờ vậy hàm lợng rắn trong bùn - bọt thờng cao hơn trong bùn

lắng vài lần (2 - 5% so với nhỏ hơn 1% trong bùn lắng) [5], dẫn đến giảm chi phí

tách bùn/nớc về sau Trong một số trờng hợp tuyển nổi hoàn toàn có thể thay thế hệlắng dầu, tách loại khá tốt một số tác nhân không thể xử lý sinh học nh chất màuphân tán Ngoài ra tuyển nổi thờng chiếm ít diện tích hơn bể lắng thông thờng

Khả năng nổi phụ thuộc vào kích thớc bọt khí, về phần mình kích thớc bọtphụ thuộc vào sức căng bề mặt trên bề mặt Khí/Lỏng Sức căng càng nhỏ hiệu quả

xử lý càng tăng Chất keo tụ thờng tăng hiệu quả xử lý [5].

Phân loại các kỹ thuật tuyển nổi chủ yếu qua cách thức đa không khí vào vàtạo bọt Ta có các loại kỹ thuật tuyển nổi sau:

và thờng áp dụng sau keo tụ - tạo bông

Bồn nộn khớ

Khớ nộn

Bọt-SS Bồn tạo bụng

(nếu cần) Nước thải

Keo tụ - tạo bụng

Bồn nộn khớ

Khớ nộn

Bồn nộn khớ

Bồn nộn khớ

Khớ nộn

Bọt-SS Bồn tạo bụng

(nếu cần)

Hình 1.1 DAF với kỹ thuật nén khí một phần dòng đã làm trong tuần hoàn

Trong hệ DAF các hạt SS đợc xử lý keo tụ rồi đa vào ngăn tuyển nổi, khi đóbông cặn nổi lên bề mặt sẽ đợc gạt ra, thay vì lắng xuống đáy bể Trong bể tuyểnnổi khí đợc cấp vào thông qua hệ phân phối khí ở phần đầu bể, bọt khí sẽ trộn vớinớc vào và kéo các hạt SS đã keo tụ lên bề mặt Nớc trong sẽ lấy ra ở phần dới cộtnớc Một phần nớc trong sẽ đợc bơm quay lại, trộn với khí nén trong buồng trộnchịu áp (3,4 – 4,8 bar) Dới áp lực khí không khí sẽ tan mạnh vào nớc tạo dungdịch khí/nớc bão hoà theo định luật Henry Khi xả dòng nớc bão hoà khí qua hệphân phối ở đầu bể, áp suất sẽ giảm tới áp khí quyển, khí hoà tan thoát ra dới dạng

các bọt khí đờng kính rất nhỏ, cỡ 10 - 100 m [5] Chính các bọt khí này là tác

nhân tuyển nổi nh đã nêu

1, 2

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ nguyên lí của quá trình bùn hoạt tính thông thờng

1,2 = hệ tiền xử lý (chắn rác, lắng cát, bể điều hoà (nếu cần))

Theo sơ đồ này nớc thải sau tiền xử lý, bể lắng cấp 1 vào bể sục khí, tại đây

n-ớc thải đợc cấp oxy, trộn đều với sinh khối vi sinh hoạt động (gọi là bùn hoạt tính),

vi sinh sẽ phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất khoáng là CO2 và H2O(nên gọi là khoáng hoá) và các hợp chất khác, đồng thời sinh khối mới sẽ hình thành(Hình 8) Để trộn đều hỗn hợp phản ứng trong bể sục khí phải có hệ cấp oxy, đồngthời cung cấp lực khuấy đủ để giữ sinh khối luôn trong trạng thái lơ lửng, phân bố

đều trong toàn bộ thể tích phản ứng Phơng tiện để thực hiện điều này thờng là hệ

phân tán khí có các dạng rất khác nhau hoặc các máy khuấy cơ khí [5, 12]

Hình 1.3 Tóm tắt các quá trình vi sinh trong hệ xử lý hiếu khí

Organic Waste = chất thải hữu cơ; Energy = năng lợng; End Products = các sảnphẩm cuối; Endogenous Respiration = hô hấp nội bào (phân huỷ - oxy hoá sinhkhối); New Microorganism Cells = tế bào mới; Synthesis = tổng hợp;

Nonbiodegradable Residue = các chất không phân huỷ còn lại

Hình 1.4 Cân bằng vật chất đối với cacbon (BOD 5 ) trong hệ xử lý sinh học hiếu khí

Sau thời gian phản ứng xác định hỗn hợp phản ứng chảy vào bể lắng cấp 2, ở

đó chất rắn - bùn sinh khối lắng xuống, nớc trong ra khỏi bể lắng sẽ đi xử lý tiếp(sát trùng), bùn lắng đợc quay vòng lại bể phản ứng để duy trì nồng độ sinh khối ởmức mong muốn, bùn d đi sang các công đoạn xử lý bùn

Thành phần vi sinh trong hệ bùn hoạt tính:

Hệ BHT là hệ hiếu khí, vi sinh ở trạng thái phân tán đều, nớc chảy liên tục,vào bể lắng cấp 2 sinh khối sẽ keo tụ - tạo bông bùn và lắng, bùn lắng đ ợc lu giữ ở

đáy bể lắng trong điều kiện gần nh tĩnh nên sẽ có sự nén bùn Thành phần chính

của bùn lắng là vi khuẩn và protozoa [9, 10].

Trong bể phản ứng tác nhân chính thực hiện quá trình phân huỷ các chất ônhiễm là vi khuẩn Hệ vi khuẩn ở đây là hệ hiếu khí và tuỳ tiện, chúng thực hiệnquá trình chuyển hoá hai mặt: oxy hoá chất thải để tạo năng lợng và sử dụng chínhcác thành phần trong nớc thải làm nguyên liệu để tổng hợp tế bào mới Nh vậy cóthể nói xử lý nớc thải là một dạng của sự chuyển chất thải từ dạng này (hoà tantrong nớc) sang dạng khác (bùn - sinh khối và phần nhỏ hơn thành khí CO2) Cáchợp chất N, S trong trờng hợp này chuyển thành trạng thái thấp năng lợng là nitrat,sulphat; P hoà tan (ortophotphat) sẽ tích luỹ trở lại vào sinh khối (chất rắn) Tấtnhiên, trớc khi tạo các sản phẩm cuối nh trên các chất thải sẽ chuyển qua trạng thái

trung gian phức tạp [5]

Các thông số liên quan đến vận hành hệ BHT :

Nước thải 100%C

Aerotank Sinh khối (vi khuẩn)

F/M = Food/Mass là tỷ lệ tổng lợng chất thải (tính theo BOD) vào bể sục

khí/tổng MLSS có trong bể (g/g) Nói lên khả chịu tải của hệ BHT cụ thể Tuỳ biếnthể của BHT, F/M phổ biến dao động từ 0,05 – 0,15 (hệ sục khí kéo dài) tới 0,2 –0,4 (các hệ BHT và một số biến thể) Một số hệ BHT cao tải có thể chấp nhận F/M

tới 0,2 – 0,6 (ổn định tiếp xúc); 0,4 – 1,5 (sục khí cao tải) [5].

Khả năng lắng bùn là thông số đánh giá khả năng lắng của bùn khi lấy mẫu

trong bồn phản ứng bằng ống đo thể tích, đọc thể tích bùn lắng từ 1L (1000 mL)hỗn hợp phản ứng sau 30 - 60’ để lắng, từ đây tính đợc thể tích bùn lắng (SSV) vàchỉ số bùn (SVI )

Thể tích bùn lắng là số mL/L (hoặc chuyển %) bùn lắng đọc đợc sau khi để

1 L hỗn hợp phản ứng lắng sau 30 hoặc 60 phút Thờng SSV đi kèm với số phút đểlắng dới dạng chỉ số dới (SSV30 hoặc SS60)

Chỉ số bùn là thông số kiểm soát quá trình, đặc trng cho khả năng lắng của

bùn hoạt tính, SVI = số mL thể tích của 1 g bùn hoạt tính Tính SVI từ SSV30 vànồng độ MLSS (mg/L):

) / (

) / (

30 mg g

L mg MLSS

L mL SSV

SVI đặc trng của hệ BHT xử lý nớc thải sinh hoạt với MLSS = 2000 – 3500

mg/L nằm trong khoảng 80 đến 150 mL/g (Davis & Cornwell, 1991) [5].

Bùn d thải và bùn tuần hoàn WAS là bùn d cần thải bỏ ra khỏi hệ BHT từ

lắng cấp 2 RAS là bùn tuần hoàn Nồng độ RAS thờng = WAS Dòng RAS trong

Công cụ để thực hiện quá trình lắng là bể lắng Bể lắng có thể đợc chế tạo

d-ới dạng thiết bị bằng thép, compozit hoặc xây dựng bằng beton, gạch Các hình

dạng phổ biến nhất là hình trụ vuông hoặc tròn, hình hộp chữ nhật [8, 12].

Một bể lắng cần có bốn vùng [5]:

1 Vùng nhận và phân phối nớc Đây là đầu vào bể.

2 Vùng lắng

3 Vùng chứa bùn lắng

4 Vùng thu nớc lắng

Các yếu tố ảnh hởng đến sự lắng bùn

Rất nhiều yếu tố ảnh hởng đến sự lắng bùn:

- Trong xử lý nớc cấp các yếu tố ảnh hởng đến quá trình keo tụ – tạo bông

đều ảnh hởng, đặc biệt tỷ khối chất cặn và tính chất của bông

- Thiết kế bể lắng, đặc biệt hệ nhận nớc, hệ thu nớc cũng ảnh hởng đáng kể:dòng chảy mạnh có thể phá bông bùn đã tạo thành, giảm khả năng lắng

Đối tợng, nội dung và phơng pháp nghiên cứu

2.1 Địa điểm và đối tợng nghiên cứu

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Địa điểm nghiên cứu của đề tài là nhà máy sữa Nghệ An – Vinamilk thuộckhu công nghiệp Cửa Lò

2.1.2 Đối tợng nghiên cứu

Đối tợng nghiên cứu của đề tài là nớc thải và hệ thống xử lý nớc thải nhàmáy sữa Hệ thống xử lý nớc thải của nhà máy sữa đợc xây dựng dựa trên nền tảngcông nghệ vi sinh vật, lấy bể xử lý hiếu khí bùn hoạt tính làm đơn vị xử lý chính.Các đối tợng nghiên cứu chính là:

- Các đơn vị xử lý

- Nớc thải đầu vào

- Nớc thải sau khi qua các đơn vị xử lý

- Nớc thải sau khi ra khỏi nhà máy.

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu quy trình xử lý nớc thải của Nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk

- Theo dõi, kiểm tra các chỉ tiêu an toàn của n ớc thải qua từng công đoạn

xử lý

- Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nớc thải nhà máy sữa Nghệ

An - Vinamilk

- Đề xuất một số giải pháp để quá trình xử lý hiệu quả hơn

- Đề xuất một số giải pháp cho việc thiết kế các hệ thống xử lý mới hoặccải tạo các hệ thống xử lý của các nhà máy khác

2.3 Phơng pháp nghiên cứu

2.3.1 Phơng pháp khảo sát và thu thập số liệu

Việc khảo sát đợc tiến hành trực tiếp trong quá trình tham quan và tìm hiểu

về hệ thống xử lý, cách thức bố trí các đơn vị xử lý, đặc biệt chú ý đến vị trí nhàmáy, vị trí xây dựng hệ thống xử lý nớc thải, vị trí nớc thải đổ ra nguồn tiếp nhận

Đặc biệt là đánh giá bằng trực quan về tình trạng hoạt động của các đơn vị xử lý.Tiến hành thu thập số liệu liên quan đến các hoạt động của nhà máy và hệ thống xửlý

2.3.2 Phơng pháp phân tích

2.3.2.1 Phơng pháp thu mẫu và bảo quản mẫu

Mẫu nớc đợc thu tại 5 điểm:

- Mẫu thứ nhất, lấy tại bể tiếp nhận của quá trình sản xuất Thời gian lấymẫu: ngày 25/11/2009 Tình hình hoạt động của nhà máy: đạt 50% côngsuất thiết kế

- Mẫu thứ hai, lấy tại ống dẫn nớc thải ra khỏi bể trung hòa Thời gian lấymẫu: ngày 25/11/2009 Tình hình hoạt động của nhà máy: đạt 50% côngsuất thiết kế

- Mẫu thứ ba, lấy tại ống dẫn nớc thải sau khi ra khỏi bể DAF Thời gianlấy mẫu: ngày 25/11/2009 Tình hình hoạt động của nhà máy: đạt 50%công suất thiết kế

- Mẫu thứ t, lấy tại ống dẫn nớc thải sau khi ra khỏi bể lắng Thời gian lấymẫu: ngày 25/11/2009 Tình hình hoạt động của nhà máy: đạt 50% côngsuất thiết kế.

- Mẫu thứ năm, lấy tại ống dẫn nớc thải ra nguồn tiếp nhận Thời gian lấymẫu: ngày 25/11/2009 Tình hình hoạt động của nhà máy: đạt 50% côngsuất thiết kế

Tại mỗi địa điểm thu mẫu, mẫu nớc đợc thu vào chai nhựa có dung tích 2lít bảo quản ở 40C và phân tích trong vòng 24 giờ

Mẫu nớc để phân tích BOD5 thì thu vào chai đã đợc khử trùng

2.3.2.2 Phơng pháp phân tích

- Phân tích ngay tại hiện trờng một số chỉ tiêu thủy lý thủy hóa nh pH, nhiệt

độ, DO

+ Đo các chỉ tiêu về nhiệt độ, pH bằng máy đo pH (pH meter)

+ Đo nồng độ Oxy hòa tan trong nớc bằng máy đo DO ( O2- meter)

- Phân tích trong phòng thí nghiệm:

+ SS: Cân khối lợng chất rắn sau khi lọc và sấy [6].

+ Tổng Nitơ: So màu với thuốc thử Nessler [6].

+ Tổng Photpho: so màu với thuốc thử Amoni Molipdat [6].

+ BOD5: Xác định gián tiếp bằng cách đo DO trớc và sau khi ủ 5

hệ thống