DATN Đồ án tốt nghiệp đại học về hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy bia

Đồ án tốt nghiệp đại học về hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy bia,,Đồ án tốt nghiệp đại học về hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy bia,,Đồ án tốt nghiệp đại học về hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy bia,,Đồ án tốt nghiệp đại học về hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy bia

LỜI CÁM ƠN:

Đồ án tốt nghiệp là dự án quan trọng nhất mà mỗi sinh viên kỹ thuật cầnthực hiện trước khi bước ra từ cánh cổng đại học Nó giúp chúng em củng cố cáckiến thức đã tiếp thu được trên ghế nhà trường và chuẩn bị hành trang vững vàngcho quá trình đi ra cuộc sống và làm việc Với ước mong có thể góp phần mình vàocông cuộc công nghiệp hóa-hiện đại hóa đất nước Để có thể hoàn thành tốt đồ ánnày nhóm chúng em được bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong khoa ĐiệnTrường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã truyền thụ những kiến thức quý báu và

bổ ích trong thời gian trên ghế giảng đường để nhóm em có thể hoàn thành đồ ánnày và có nền tảng kiến thức chuyên môn vững chắc sau khi tốt nghiệp

Đặc biệt nhóm chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến 2 thầy giáo

Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên trong suốt thời gian 2 tháng vừa qua đã

tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nhóm chúng emgiúp nhóm nghiên cứu, tìm hiểu và xây dựng đồ án này

Nhóm sinh viên xin gửi xin gửi lời cám ơn tới các bạn trong lớp đã góp ý,giúp đỡ, động viên nhóm mình trong suốt quá trình học tập cũng như trong quátrình làm đồ án này

Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô và các bạn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2018.

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI MỞ ĐẦU:

Ngành công nghiệp sản xuất bia có nguồn gốc từ Châu Âu như Đức, Anh,Pháp…với nhu cầu tiêu thụ ngày càng lớn như hiện nay thì ngành sản xuất bia đangchiếm một vị trí quan trọng trong các ngành công nghiệp trên thế giới Giới phântích cho rằng có một sự tương quan mạnh mẽ giữa tiêu thụ rượu bia và tăng trưởngsản lượng đầu ra của ngành này, báo trước một tương lai đầy triển vọng cho các tậpđoàn giải khát khi nền kinh tế đang hồi phục

Trung Quốc là thị trường bia lớn nhất thế giới, trong khi thị trường này ở Ấn

Độ tăng trưởng từ 12 đến 15%/năm Mức tiêu thụ bia rượu tính theo đầu người ởTrung Quốc dự kiến sẽ tăng từ 37,8 lít năm 2008 lên hơn 53 lít vào năm 2013.Theo tổng giám đốc tập đoàn nước giải khát Trung Quốc Kingway Brewery, thịtrường bia ở Trung Quốc sẽ tăng trưởng hai con số trong những năm tới và mứctăng trưởng sẽ lớn hơn nhiều so với các loại rượu khác Dự kiến với mức tăngtrưởng kinh tế như hiện nay, mức sống của người dân trên thế giới ngày càng caothì công nghiệp sản xuất bia sẽ phát triển mạnh trong những năm tới

Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của nhà máyBia Sài Gòn và nhà máy Bia Hà Nội, như vậy Bia Việt Nam đã có lịch sử trên 120năm Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sảnxuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng cácnhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc trung ương và địaphương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài Công nghiệpsản xuất bia phát triển kéo theo sự phát triển của các ngành khác như: vỏ lon nhôm,két nhựa, vỏ chai thủy tinh, các loại nút chai và bao bì khác

  Bia là một loại nước giải khát khả phổ biến, được tiêu  thụ rộng rãi khắp thếgới và có lịch sử phát triển rất lâu đời Là sản phẩm của quá trình lên men ethanol

từ dịch nha, không qua chưng cất, dịch nha được nấu từ malt đại mạch, các hạt giàutinh bột, protein…(như gạo, ngô, đại mạch ) hoa houblon và nước

 Quá trình sản xuất bia cũng thải ra môi trường một lượng lớn chất thải gây ônhiễm môi trường như:  khí thải, chất thải rắn, đặc biệt là nước thải Vì thế các nhàđầu tư cần phải có biện pháp xử lý tại nguồn – Xây dựng hệ thống xử lý nước thải

để đảm bảo chất lượng nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định

      Chất lượng sản phẩm được đánh giá ở nhiều mặt trong đó có vấn đề môitrường Vấn đề môi trường được đầu tư, có biện pháp xử lý hợp lý, không gây ônhiễm môi trường, thì khi đó sản phẩm cũng đạt chất lượng vấn đề vệ sinh….

Nhận thấy tầm quan trọng chiến lược và ý nghĩa kinh tế- xã hội sâu sắc của

vấn đề xử lý nước thải cùng với sự tư vấn của 2 thầy giáo Nguyễn Hữu Giang và

Hà Trung Kiên, nhóm chúng em quyết định xây dựng đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy bia Thanh Hóa” Nhằm mục đích nắm bắt, củng cố kiến thức, kinh nghiệm từ quá trình học

tập và mong muốn đóng góp một phần nhỏ và việc xử lý nước thải ở các nhà máybia

Đề tài của nhóm chúng em được trình bày thành 4 chương với nội dung cơ bảncủa từng chương được tóm tắt như sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải: giới thiệu một cách

tổng quan về nước thải và công nghệ xử lý nước thải hiện nay Đồng thời trình bày

về quy trình công nghệ xử lý nước thải tại các nhà máy bia

Chương 2: Thiết kế phần mềm điều khiển cho hệ thống: giới thiệu về phần

mềm TIA Portal và dòng PLC S7-1200 Xây dựng thuật toán và viết chương trìnhđiều khiển cho hệ thống

Chương 3: Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho hệ thống: giới thiệu

về phần mềm điều khiển giám sát WinCC và thiết kế giao diện giám sát cho hệthống xử lý nước thải của nhà máy bia

Chương 4: Mô hình thực nghiệm và kết quả đạt được: từ kết quả thiết kế

giao diện ở chương 3 nhóm đã làm ra mô hình thực nghiệm của hệ thống Từ đó,đưa ra những đánh giá về kết quả và định hướng phát triển

Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu để hoàn thành nội dung yêu cầu đặt

ra, xong vì thời gian và kiến thức của các thành viên trong nhóm đang còn nhiềuhạn chế nên đề tài này cũng không thể tranh được những sai sót Vì vậy nhómchúng em mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáotrong hội đồng bảo vệ để nhóm chúng em có thể hoàn thiện đề tài này hơn Chúng

em xin chân thành cảm ơn 2 thầy giáo Nguyễn Hữu Giang và Hà Trung Kiên đã

tận tình hướng dẫn và giúp đỡ dể nhóm chúng em có thể hoàn thành đồ án này

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 13

1.1.Khái niệm về nước thải và tầm quan trọng của việc xử lý nước thải 13

1.1.1 Khái niệm về nước thải 13

1.1.2 Thành phần lý hoá học của nước thải 14

a, Tính chất vật lý 14

b,Tính chất hoá học 15

1.1.3 Các phương pháp xử lí nước thải 17

a, Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 17

b, Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học 24

c, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 28

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải: 34

1.3 Sơ đồ công nghệ xử lí nước thải trong nhà máy bia: 36

1.3.1 Hồ thu nước thải: 37

1.3.2 Bể gom(bể điều hòa): 37

1.3.3 Bể cân bằng và bể khuấy: 38

1.3.4 Bể kị khí 1 và bể trung gian 38

a, Bể kị khí 1 38

b, Bể trung gian 39

1.3.5 Bể kị khí 2 39

1.3.6 Bể hiếu khí 40

1.3.7 Bể lắng 41

1.4 Kết luận chương 1 42

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 43

2.1 Giới thiệu PLC S7-1200 43

2.1.1 Giới thiệu chung: 43

2.1.2.Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200 45

2.1.3.Giới thiệu về module mở rộng: 46

2.1.4.Giao tiếp 48

2.2.Giới thiệu về màn hình HMI: 49

2.2.1 Quy trình xây dựng hệ thống HMI: 49

a, Lựa chọn phần cứng: 49

b, Xây dựng giao diện: 49

2.3 Tổng quan về phần mềm TIA-Portal: 50

2.3.1 Giới thiệu chung: 50

2.3.2 Làm việc với phần mềm Tia Portal 51

a, Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic-tích hợp lập trình PLC và HMI 51

b, Kết nối qua giao thức TCP/IP 51

c, Cách tạo một Project: 51

2.3.3 TAG của PLC / TAG local 54

2.3.4 Làm việc với một trạm PLC 56

a, Quy định địa chỉ IP cho module CPU 56

b,Đổ chương trình xuống CPU 56

c, Giám sát và thực hiện chương trình 58

2.3.5.Kỹ thuật lập trình: 59

a, Vòng quét chương trình 59

b, Cấu trúc lập trình 60

2.4 Các thiết bị khác được sử dụng trong hệ thống: 62

2.4.1 Contactor 62

2.4.2 Aptomat: 64

2.4.3 Cảm biến đo độ oxi hòa tan DO 66

2.4.4 Cảm biến đo nồng độ PH: 67

2.4.5 Cảm biến mức: 68

2.4.6 Các loại động cơ sử dụng trong hệ thống: 69

a, Máy bơm: 69

b, Máy khuấy: 70

c, Máy sục khí: 70

d, Máy ép bùn: 71

e, Van điện từ: 71

2.5.1 Thuật toán điều khiển: 72

2.5.2 Chương trình chính: 73

2.5.3.Chương trình con điều khiển tự động: 76

2.5.4.Chương trình vận hành bằng tay: 82

2.5.5.Chương trình con đọc giá trị analog đo độ PH: 90

2.5.6.Chương trình con đọc giá trị analog đo mức: 91

2.5.7.Chương trình con đọc giá trị analog đo nồng độ oxy hòa tan: 91

2.5.8.Chương trình điều khiển PID nồng độ oxy hòa tan bể hiếu khí: 92

2.6 Kết luận chương 2: 93

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG 94

3.1 Giới thiệu phần mềm Wincc 94

3.1.1 Tổng quan về phần mềm Wincc 94

3.1.2 Cấu trúc của WinCC 95

a, Control Center 95

b, Những module chức năng 95

3.1.3 Các thành phần của dự án 95

3.1.4 Cách tạo một dự án: 96

3.1.5 Thiết kế giao diện 100

3.2 Giao diện sau khi thiết kế: 103

3.3 Kết luận chương 3 103

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 104

4.1 Xây dựng mô hình 104

4.2.Các thiết bị dùng trong mô hình: 104

4.2.1 PLC S7-1200 104

4.2.2 LED mô phỏng cho các động cơ, bơm và van điện 105

4.3 Kết quả đạt được: 106

4.4 Hướng phát triển của đề tài: 107 4.5 Kết luận chương 4: 107 KẾT LUẬN: 108

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Bể lọc nhanh 22

Hình 1.2: Cấu tạo bể lọc áp lực 23

Hình 1.3: Phương pháp trao đổi ion 27

Hình 1.4: Phương pháp kỵ khí nhân tạo 29

Hình 1.5: Kỵ khí tiếp xúc 30

Hình 1.6: Hồ sinh học hiếu khí tự nhiên 32

Hình 1.7: Phương pháp dùng bể hiếu khí aerotank 33

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lí và các mức độ xử lí nước thải 34

Hình 1.9: Sơ đồ công nghệ xử lí nước thải trong nhà máy bia 36

Hình 1.10: Hồ thu nước thải 37

Hình 1.11: Cấu tạo bể UASB 39

Hình 1.12 : Cơ chế hoạt động bể Aeroten 41

Hình 1.13: Hình ảnh thực tế bể Aeroten 41

Hình 1.14: Bể lắng 42

Hình 2.1 Cấu tạo PLC S7-1200 – CPU 1214C 45

Hình 2.2: Sơ đồ đấu nối đầu vào/ra và nguồn trên S7-1200 45

Hình 2.3: Hình ảnh các module mở rộng S7-1200 47

Hình 2.4: Các kết nối của PLC s7-1200 48

Hình 2.5: Màn hình HMI 49

Hình 2.6: Phần mềm TIA Portal 50

Hình 2.7: Biểu tượng của phần mềm TIA PORTAL 51

Hình 2.8: Màn hình chính của phần mềm TIA PORTAL 52

Hình 2.9: Tạo dự án mới trên phần mềm TIA PORTAL 52

Hình 2.10: Chọn configure a device 52

Hình 2.11: Chọn add new device 53

Hình 2.12: Chọn loại CPU PLC 53

Hình 2.13: Loại CPU PLC đã chọn 53

Hình 2.14: Bảng định địa chỉ 54

Hình 2.15: Tạo bảng tag mới 55

Hình 2.16: Tìm và thay thế tag PLC 55

Hình 2.17: biểu tượng download chương trình lên PLC 57

Hình 2.18: Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface 57

Hình 2.19: Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish 58

Hình 2.20: Giám sát chương trình trên màn hình cách 1 58

Hình 2.21: Giám sát chương trình trên màn hình cách 2 59

Hình 2.22: Màn hình khi giám sát 59

Hình 2.23: Cấu trúc lập trình 60

Hình 2.24: Contactor 62

Hình 2.25: sơ đồ nguyên lý hoạt động của nam châm điện 62

Hình 2.26: Cấu tạo của Contactor 63

Hình 2.27: Aptomat 64

Hình 2.28: sơ đồ nguyên lý của cảm biến đo đọ oxy hòa tan 66

Hình 2.29: Cảm biến Oxy hòa tan (DO) Sensorex DO1200/T ( 0~20 mg / L) 66

Hình 2.30: Cảm biến Hach DPD1R1 67

Hình 2.31: Cảm biến siêu âm Carlo Gavazzi 68

Hình 2.32: Máy bơm 69

Hình 2.33: Máy khuấy 70

Hình 2.34: Máy sục khí 70

Hình 2.35: Máy ép bùn 71

Hình 2.36: Van điện từ 71

Hình 2.37: Lưu đồ thuật toán điều khiển 72

Hình 3.1: Thêm màn hình cho dự án 97

Hình 3.2: Add máy tính trạm SIMATIC HMI 97

Hình 3.3: Thêm modul truyền thông cho HMI 98

Hình 3.4: Tạo kết nối giữa WINCC và HMI 98

Hình 3.5: Kênh giao tiếp sau khi được thiết lập 99

Hình 3.6: Kiểm tra kết nối sau khi thiết lập 99

Hình 3.7: Add màn hình cho máy tính trạm 100

Hình 3.8: Màn hình HMI 100

Hình 3.9: Hộp công cụ (Toolbox) 101

Hình 3.10: Các đối tượng cơ bản 101

Hình 3.11: Các đối tượng trong Graphics 102

Hình 3.12: Các đối tượng trong Elements 102

Hình 3.13: Các đối tượng trong mục controls 102

Hình 3.14: Giao diện chế độ điều khiển tự động 103

Hình 4.1: Sơ đồ mô hình điều khiển hệ thống 104

Hình 4.2:SIMATIC S7-1214 AC/DC/RLY 105

Hình 4.2: LED mô phỏng 105

Hình 4.3: Hình ảnh thực tế của mô hình 106

Hình 4.4: Màn hình giám sát xử lý nước thải trên PC 106

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1.Khái niệm về nước thải và tầm quan trọng của việc xử lý nước thải

1.1.1 Khái niệm về nước thải

Nước thải là nước được thải ra ngoài môi trường sau quá trình sinh hoạt hoặchoạt động sản xuất của con người Đó là khi nguồn nước sạch đã lẫn tạp chất, cácchất hóa học và gây ra những tác động không tốt đến môi trường tự nhiên

 Phân loại:

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng

Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý Theo cách phân loại này, có các loại nước thải dưới đây:

– Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác

– Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu

+Nước hình thành do phản ứng hoá học (chúng bị ô nhiễm bởi các tác chất

và các sản phẩm phản ứng)

+Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu được tách ra trong quá trình chế biến

+Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị

+Nước hấp thụ, nước làm nguội

– Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên Ở những thànhphố hiện đại nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát riêng

– Nước thải đô thị: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát củamột thành phố Nước thải đô thị có thể bao gồm tất cả nước thải kể trên

1.1.2 Thành phần lý hoá học của nước thải

Để đánh giá chất lượng môi trường nước người ta phải căn cứ vào một số chỉtiêu như chỉ tiêu vật lý, hóa học, sinh học Qua các thông số trong nước sẽ cho phép

ta đánh giá được mức độ ô nhiễm hoặc hiệu quả của phương pháp xử lý

a, Tính chất vật lý.

 Nhiệt độ

Nhiệt độ của nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thời tiết hay môitrường của khu vực Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải của nhàmáy nhiệt điện, nhà máy hạt nhân thường cao hơn từ 10 – 25 oC so với nướcthường

Nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý Vùng cókhí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và cácquá trình phân hủy Nhưng ở những vùng nhiệt đới nhiệt độ cao của nước sông hồ

sẽ làm thay đổi quá trình sinh, hóa, lý học bình thường của hệ sinh thái nước, làmgiảm lượng ôxy hòa tan vào nước và tăng nhu cầu ôxy của cá lên 2 lần Một số loàisinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc di chuyển đi nơi khác, nhưng cómột số loài khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp

 Màu sắc

Nước có thể có màu, đặc biệt nước thải thường có màu nâu đen hoặc đỏ nâu.– Các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành

– Nước có sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan

– Nước có chất thải công nghiệp (crom, tanin, lignin)

Màu của nước thường được phân thành hai dạng; màu thực do các chất hòa tanhoặc dạng hạt keo; màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên.Trong thực tế người ta xác định màu thực của nước, nghĩa là sau khi lọc bỏ các chấtkhông tan Có nhiều phương pháp xác định màu của nước, nhưng thường dùng ởđây là phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là Clorophantinat Coban

 Độ đục

Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giớithủy sinh gây ra Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnhhưởng khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trong nước, gây giảm thẩm

mỹ và làm giảm chất lượng của nước khi sử dụng Vi sinh vật có thể bị hấp phụ bởicác hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn Độ đục càng cao nước nhiễmbẩn càng lớn

 Mùi vị

Nước sạch là nước không mùi vị Khi bắt đầu có mùi thì đó là biểu hiện củahiện tượng ô nhiễm Trong nước thải mùi rất đa dạng tùy thuộc vào lượng và đặcđiểm của chất gây ô nhiễm

b,Tính chất hoá học

Các thông số thể hiện tính chất hoá học thuờng là: số lượng các chất hữu cơ,

vô cơ và khí Hay để đơn giản hoá người ta xác định các thông số như: độ kiềm,BOD, COD, các chất khí hoà tan, các hợp chất N, P, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ,huyền phù và không tan) và nước

 Độ pH.

Giá trị pH của nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý Giá trị

pH cho phép ta lựa chọn phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chấtcần thiết trong quá trình xử lý nước Các công trình xử lý nước bằng phương phápsinh học thường hoạt động ở pH từ 6,5 – 9,0 Môi trường tối ưu nhất để vi khuẩnphát triển thường là 7 – 8 Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH khác nhau

 Chỉ số DO (Disolved Oxygen)

DO là lượng oxi hòa tan để duy trì sự sống cho các sinh vật dưới nước Bìnhthường oxi hòa tan trong nước khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm 70 – 80 % khí oxi bãohòa Mức oxi hòa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ônhiễm chất hữu cơ, các hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh,hóa học và vật lý của nước Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi đượcdùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng

 Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa – Biochemical Oxygen Denand).

Nhu cầu oxy sinh hóa hay là nhu cầu oxy sinh học thường viết tắt là BOD, làlượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật (chủyếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí Quá trình này được gọi là quá trình oxy hóasinh học

Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất củachất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước Bình thường 70%nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu nên thường phân tích là BOD5, 20%trong 5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21

 Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical oxygen Demand)

Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chấthữu cơ trong nước thành CO2 và H2O bởi một tác nhân oxi hóa mạnh.COD biểu thịlượng chất hữu cơ có thể oxy hóa bằng con đường hóa học Chỉ số COD có giá trịcao hơn BOD vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng vi sinhvật.Có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp trắc quang với lượng dưdung dịch K2Cr2O7 là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ trong môitrường axit với xúc tác là Ag2SO4

Hoặc có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp chuẩn độ Theophương pháp này lượng CrO2 dư được chuẩn bằng dung dịch Feroin

 Chỉ số vệ sinh (E – Coli).

Trong nước thải đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nướcthải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi v.v… nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵntrong phân người và phân xúc vật Trong đó có thể có nhiều loài vi khuẩn gây bệnhđặc biệt là bệnh về đường tiêu hóa, như tả, lị thương hàn, các vi khuẩn gây ngộ độcthực phẩm

E – coli là vi khuẩn phổ biến trong nước thải, nó có thể sống trong điều kiệnkhắc nhiệt của môi trường ngoài cũng như trong phòng thí nghiệm Chính vì vậyngười ta đã chọn E – coli là chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải

1.1.3.

1.1.4 Các phương pháp xử lí nước thải

a, Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Đây là bước xử lý sơ bộ Mục đích của quá trình là là khử tất cả các tạp vật

có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước như làm tắt bơm,dùng ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làmviệc thuận lợi cho cả hệ thống

Trong xử lý nước thải đô thị, thường dùng các song chắn để lọc nước và

dùng máy nghiền nhỏ các vật bị giữ lại Còn trong xử lý nước thải công nghiệpngười ta đặt thêm lưới chắn Song chắn rác hoặc lưới chắn rác đặt trước trạm bơmtrên đường tập trung nước thải chảy vào hầm bơm

 Song chắn rác.

Nước thải đưa tới công trình làm sạch trước hết phải quan song chắn rác Tạisong chắn, các tạp vật như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, các mẫu đá, các vật thải khác đượcgiữ lại

Song chắn rác có thể đặt cố định hoặc di động, cũng có thể là tổ hợp cùngvới máy nghiền nhỏ Thông dụng hơn là các song cố định, thường gồm các thanhkim loại (thép không rỉ) tiết diện 5*20mm, đặt vuông góc và nghiêng một góc 60o –

75o so với dòng chảy Thanh song chắn có thể có tiết diện tròn, vuông hoặc hỗnhợp Thanh song chắn với tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởicác vật bị giữ lại Do đó thông ụng hơn là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuônggóc ở phía sau và cạnh tròn ở phía trước hướng đối diện với dòng chảy

Dựa vào khoảng cách giữa các thanh, người ta chia song chắn thành hai loại:

-  Song chắn thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm

-  Song chắn mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm



 Lưới lọc rác.

Để khử các chất lơ kửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị,thường sử dụng lưới lọc Lưới có kích thước lỗ từ 0.5 – 1 mm Khi tang trống quay,thười với vận tốc 0.1 – 0.5 m/s, nước thải được lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùythuộc vào sự bố trí đường dẫn nước thải vào Các vật thải được cào ra khỏi mặt lướibằng hệ thống cào Loại lưới lọc này hay được dùng trong các hệ thống xử lý nướcthải của công nghiệp dệt, giấy và da Lưới chắn rác thường đặt nghiên 45 – 600 sovới phương thẳng đứng, vận tốc qua lưới vmax > 0.6 m/s Khe rộng của mắt lướithường 10 – 20 mm Làm sạch song chắn và lưới chắn bằng thủ công, hay bằng cácthiết bị cơ khí tự động hoặc bán tự động Ở trên hoặc bên cạnh mương đặt song,lưới chắn rác phải bố trí àn thao tác đủ chổ để thùng rác và đường vận chuyển

Bảng 1: Một số giá trị điển hình dùng trong thiết kế tấm chắn loại song, cào

bã rắn bằng thủ công hoặc cơ giới

Bảng 1: Một số giá trị điển hình dùng trong thiết kế tấm chắn loại song

 Bể điều hòa (Air tanks)

Điều hoà lưu lượng dùng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi, khắcphục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nângcao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý Các kỹ thuật điều hoàđược ứng dụng cho từng trường hợp phụ thuộc vào đặc tính của hệ thu gom nướcthải Các phương án bố trí bể điều hoá lưu lượng có thể là điều hoà trên dòng thảihay ngoài dòng thải xử lý

Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đánh kể dao động thànhphần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án ngoài dòng thải chỉgiảm được một phần nhỏ sự dao động đó.

Vị trí tốt nhất để bố trí điều hoà cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống

xử lý Vì tính tối ưu của nó phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom

và đặc tính của nước thải

 Bể lắng (clarifier)

Trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ởdạng huyền phù thô ra khỏi nước Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng củatrọng lực Để tiến hành quá trình này người ta thường dùng các loại bể lắng khácnhau Trong công nghệ xử lý nước thải, theo chức năng, các bể lắng được phânthành: bể lắng cát, bể lắng cấp 1 và bể lắng trong (cấp 2) Bể lắng 1 có nhiệm vụtách các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác, còn bể lắng cấp 2 có nhiệm vụtách bùn sinh học ra khỏi nước thải Các bể lắng điều phải thoã mản yêu cầu: cóhiệu suất lắng cao và xả bùn dễ dàng

Lắng là quá trình tách khỏi nước cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành tronggiai đoạn keo tụ tạo bông hoặc các cặn bùn sau quá trình xử lý sinh học

Trong công nghệ xử lý nước thải quá trình lắng được ứng dụng :

 Loại bỏ chất lơ lửng ở bể lắng đợt 1

 Lắng bùn Lắng cát, sạn, mảnh kim loại, thuỷ tinh, xương, hạt sét,… ở

bể lắng cát

 Hoạt tính hoặc màng vi sinh vật ở bể lắng đợt 2

Hai đại lượng quan trọng trong việc thiết kế bể lắng chính là tốc độ lắng vàtốc độ chảy tràn Để thiết kế một bể lắng lý tưởng, đầu tiên người ta xác định tốc độlắng của hạt cần được loại và khi đó đặt tốc độ chảy tràn nhỏ hơn tốc độ lắng



 Các loại bể lắng

a.Bể lắng cát

Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặmg như: cát, sỏi, mảnh thủytinh, mảnh kim loại, tro, than vụn… nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn,giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau

Bể lắng cát gồm những loại sau:

 Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều

dài của bể Bể có thiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể

 Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể.

Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể Chế độ dòngchảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến

đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy

 Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải

được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu và máng tập trung rồidẫn ra ngoài

 Bể lắng cát làm thoáng: Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và

tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bịphun khí Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quétđáy bể với một vận tốc đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát vàcác phân tử nặng có thể lắng

b.Bể lọc (filter-bed)

Lọc là quá trình tách các chất lắng lơ lửng ra khỏi nước khi hỗn hợp nước vàchất rắn lơ lửng đi qua lớp vật liệu lỗ ( lớp vật liệu lọc), chất rắn lơ lửng sẽ đượcgiữ lại và nước tiếp tục chảy qua Đây là giai đoạn (công trình) cuối cùng để làmtrong nước

Dùng xử lý nước không phèn

Không dùng máy móc

Quản lý đơn giản

Nước lọc từ bể lắng ngang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể chứa nước sạch

Cấu tạo: giống bể lọc nhanh.

Nguyên tắc làm việc: Nước đưa vào bể qua 1 phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớpcát lọc, lớp đỡ vào hệ thống thu nước trong, đi vào đáy bể và vào nguồn tiếp nhận

Khi rửa bể, nước từ đường ống áp lực chảy ngược từ dưới lên trên qua lớpcát lọc và vào phễu thu, chảy theo ống thoát nước rửa xuống ống thu nước rửa lọc

b, Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học

 Phương pháp trung hòa

Trung hòa nước thải được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau

- Trộn lẫn nước thải với axit hoặc kiềm

- Bổ sung các tác nhân hóa học

- Lọc nước axit qua vật liệu lọc có tác dụng trung hòa

- Hấp thụ khí axit bằng chất kiềm hoặc hấp thụ amoniăc bằng nước axit

Trong quá trình trung hòa 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 xử dụng cho quá trình

 Phương pháp oxy hóa và khử

Để làm sạch nước thải có thể dùng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóalỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, pemanganat kali, bicromatkali, oxy không khí, ozon

Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thànhcác chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước thải Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn tácnhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa học chỉ được dùng trong những trường hợp khicác tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương phápkhác

 Oxy hóa bằng Clo

Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất Người ta

sử dụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol,xyanua ra khỏi nước thải

Khi clo tác dụng với nước thải xảy ra phản ứng

Cl2  +  H2O  =  HOCl  +  HCl

HOCl  ↔  H+  +

 OCl-Tổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính

Các nguồn cung cấp clo hoạt tính còn có clorat canxi (CaOCl2), hypoclorit,clorat, dioxyt clo, clorat canxi được nhận theo phản ứng

Ca(OH)2  +  Cl2  =  CaOCl2  +  H2O

Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là: 10 g/m3 đốivới nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn

 Phương pháp Ozon hóa

Ozo tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hóa bằng ozocho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nước Sau quá trình ozo hóa sốlượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%, ozo còn oxy hóa các hợp chất Nito,Photpho

 Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏicác chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nướcthải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó Những chất này không phân huỷbằng con đường sinh học và thường có độc tính cao Nếu các chất cần khử bị hấp phụtốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc áp dụng phương phápnày là hợp lý hơn cả

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

• Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ

• Thực hiện quá trình hấp phụ

• Di chuyển chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán trong).Người ta thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sảnxuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khoáng sản như đất sét,silicagen…Để loại những chất ô nhiễm như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổnghợp, dung môi clo hoá, dẫn xuất phenol và hydroxyl…

 Phương pháp ứng dụng của quá trình hấp phụ

• Tách các chất hữu cơ như phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc nhuộm,các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính;

• Có thể dùng than hoạt tính khử thuỷ ngân;

• Có thể dùng để tách các chất nhuộm khó phân huỷ;

• Ứng dụng còn hạn chế do chi phí cao

 Xử lý nước thải bằng công nghệ 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, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng như các hợp chất của asen,photpho, xyanua và chất phóng xạ Phương pháp này cho phép thu hồi các chất và đạtđược mức độ làm sạch cao Vì vậy nó là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi đểtách muối trong xử lý nước và nước thải Bản chất của quá trình trao đổi ion là mộtquá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tíchtrong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này được gọi là các ionit (chất trao

đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước Các chất trao đổi ion có khả năngtrao đổi các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit và chúng mang tínhacid Các chất có khả năng trao đổi với các ion âm gọi là các anionit và chúng mangtính kiềm Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng

là ionit lưỡng tính Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ cónguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo

 Phương pháp ứng dụng của quá trình trao đổi ion:

Hình 1.3: Phương pháp trao đổi ion

• Làm mềm nước: ứng dụng quan trọng của quá trình trao đổi ion là làm mềmnước, trong đó các ion Ca2+ và Mg2+ được tách khỏi nước và thay thế vị trí Na+trong hạt nhựa Đối với các quá trình làm mềm nước, thiết bị trao đổi ion axit mạnhvới Na+ được sử dụng

• Khử khoáng: trong quá trình khử khoáng, tất cả các ion âm và các ion dươngđều bị khử khỏi nước Nước di chuyển qua hệ thống hai giai đoạn gồm bộ trao đổication axit mạnh ở dạng H+ nối tiếp với bộ trao đổi anion bazơ mạnh ở dạng OH -

• Khử ammonium (NH4+): quá trình trao đổi ion có thể được dùng cô đặcNH4+ có trong nước thải Trong trường hợp này, phải sử dụng chất trao đổi chất cótính lựa chọn NH4+ cao chẳng hạn như clinoptilolite Sau khi tái sinh, dung dịch đậmđặc có thể được chế biến thành phân

Phương pháp keo tụ tạo bông

Quá trình này thường được áp dụng để khử màu, giảm độ đục, cặn lơ lửng và visinh vật Khi cho chất keo tụ vào nước thô chứa cặn lắng chậm (hoặc không lắngđược), các hạt mịn kết hợp lại với nhau thành các bông cặn lớn hơn và nặng, các bôngcặn này có thể tự tách ra khỏi nước bằng lắng trọng lực

Hầu hết chất keo tụ ở dạng Fe(III), Al(III); Al2(SO4)3.14H2O, FeCl3 Tuynhiên trong thực tế người ta thường sử dụng phèn sắt hơn do chúng có ưu điểm nhiềuhơn phèn nhôm Trong quá trình keo tụ người ta còn sử dụng chất trợ keo tụ để tăngtính chất lắng nhanh và đặc chắc do đó sẽ hình thành bông lắng nhanh và đặc chắcnhư sét, silicat hoạt tính và polymer

c, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

 Xử lý bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Ngày nay, có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải như xử lý bằng phươngpháp hóa học, sinh học,…sau đây chúng tôi xin giới thiệu công nghệ xử lý nướcthải bằng phương pháp sinh học (kỵ khí)

Bể UASB là (Upflow anearobic sludge blanket) là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược

qua tầng bùn kỵ khí UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu

cơ cao và thành phần chất rắn thấp Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức min

là 100mg/l, nếu SS>3000mg/l không thích hợp để xử lý bằng UASB

Hình 1.4: Phương pháp kỵ khí nhân tạo

và được thu hồi theo ống dẫn đi sang công trình xử lý hiếu khí tiếp theo

 Lọc sinh học kỵ khí

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp lọc kỵ khí thường sử dụng để xử

lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ ( BOD, COD) rất cao (lên tới hàng ngàn mg/l).phương pháp này sử dụng rất nhiều các chủng vi sinh vật để xử lý, các chất khí đượctạo thành sau quá trình xử lý là CH4 , H2S, H2, CO2, NH3

Việc xử lý nước thải bằng phương pháp lọc kỵ khí thông qua 4 giai đoạn: giaiđoạn thủy phân (chuyển hóa protein thành các axit amin, cacbonhydrat và các chấthữu cơ mạch dài); giai đoạn acid hóa (sử dụng vi sinh vật lên men các chất hữu cơhòa tan thành các acid béo dễ bay hơi); giai đoạn axetic hóa ( sử dụng vi khuẩn axetic

thành axit axetic, CO2,H2O); giai đoạn metan hóa (chuyển hóa các sản phẩm của cácgiai đoạn trên thành khí metan, sinh khối mới, CO2).

Nước thải được đưa vào bể lọc kỵ khí sẽ được phân phối đều theo diện tích đáy

bể, nước đi từ dưới lên chảy qua lớp vật liệu lọc, các chất hữu cơ sẽ bám lại tại vậtliệu lọc có chứa vi khuẩn yếm khí và tạo thành lớp màng vi sinh vật Tại đây, các chấthữu cơ sẽ được hấp thụ và phân hủy, bùn cặn sẽ được giữ lại trong khe rỗng của lớpvật liệu lọc Sau 2-3 tháng ta sẽ xả bùn dư một lần Phần nước sau khi qua lớp vật liệulọc sẽ được chảy vào máng thu và tiếp tục đi sang công trình xử lý hiếu khí

Cơ chế hoạt động: Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với vòng tuần hoàn và sau

đó được phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào Sau khi phân hủy,hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng, nước trong đi ra và bùn được lắng xuống đáy

 Quá trình xử lý bằng phương pháp kỵ khí tự nhiên

Ao hồ kỵ khí là loại ao sâu Các VSV kỵ khí hoạt động sống không cần oxycủa không khí

- Xử lý bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các

vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ thích hợp có trong nước thải trongđiều kiện được cung cấp oxy liên tục

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của VSV hiếu khí có thể mô tả bằng phản ứngsau:

(CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào VSV + ∆H

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Oxi hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứngnhu cầu năng lượng của tế bào

CxHyOzN + (x+ +  + ) O2 → xCO2 + []H2O + NH3

 Giai đoạn 2 (quá trình đồng hóa): Tổng hợp để xây dựng tế bào

CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7NO2

 Giai đoạn 3 ( quá trình dị hóa): Hô hấp nội bào

C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O

NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3

Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy rabằng sự tự oxi hóa chất liệu tế bào

Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí có thể xảy ra

ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Tùy theo từng loại VSV khác nhau quá mà quátrình sinh học hiếu khí nhân tạo được chia thành:

 Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng

 Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

oxy trong ao, hồ Ao, hồ sinh học hiếu khí được chia làm 2 loại: hồ làm thoáng tựnhiên và hồ nhân tạo (có sục khí).

Hình 1.6: Hồ sinh học hiếu khí tự nhiên

Cánh đồng tưới và bãi lọc

Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc là 2 công nghệ độc lập, tuy nhiên trong một

số điều kiện cụ thể thì hai công nghệ này kết hợp với nhau thành một dây chuyềncông nghệ.  Thường thì cánh đồng lọc hỗ trợ cho cánh đồng tưới khi mà tới thời gianmuốn giảm tưới và biến đất nghèo dinh dưỡng thành đất giàu dinh dưỡng

Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt do chứa N:P:K = 5:1:2 phù hợpcho phát triển thực vật Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làmnguồn phân bón Nguyên tắc hoạt động: dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nướcthấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có trong các

lổ hỏng và mao quản của lớp đất mặt

Bể bùn hoạt tính (bể hiếu khí Aerotank)

Bể bùn hoạt tính (bể aerotank) là bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằngcách thổi khí nén và khuấy đảo cơ học làm cho các VSV tạo thành các hạt bùn hoạttính lơ lửng trong khắp pha lỏng

Bể bùn hoạt tính là một trong những phương pháp xử lý nước thải bằng phươngpháp sinh học hiếu khí được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt và nướcthải công nghiệp Ưu điểm của bể này là dễ xây dựng và vận hành Tuy nhiên do bể

này sử dụng bơm để tuần hoàn bùn nhẳm ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bểnên khi vận hành dễ tốn năng lượng.

Nguyên lý làm việc của bể là quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi Ở giai đoạn này,bùn hoạt tính được hình thành và phát triển Các VSV được sinh trưởng mạnh dẫnđến lượng oxi tăng cao

 Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi gần nhưkhông thay đổi Và trong giai đoạn này, các chất hữu cơ bị phân hủy mạnh nhất

Hình 1.7: Phương pháp dùng bể hiếu khí aerotank

 Giai đoạn 3: tốc độ oxi hóa giảm dần và sau đó lại tăng lên Tốc độ phânhủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra Sau cùng, nhucầu tiêu thụ oxi lại giảm và quá trình làm việc của aerotank kết thúc

 Cơ chế hoạt động của bể Aerotank trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Có nhiều loại bể bùn hoạt tính: bể bùn hoạt tính truyền thống, bể bùn hoạt tínhtiếp xúc ổn định, bể bùn hoạt tính cấp khí kéo dài, bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần,

bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn, bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc (cấpkhí nhiều bậc)

Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó chất thải được lọc qua lớp vậtliệu lọc rắn được bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật Các vi khuẩn trong màng sinh họcthường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính Màng sinh học hiếu khí là

Cấu tạo của bể lọc sinh học gồm các bộ phận chính: phần chứa vật liệu lọc, hệthống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc,

hệ thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc

1.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải:

Hệ thống xử lý nước thải là hệ thống bao gồm tổng hợp các phương pháp vật

lý, hóa học và sinh học giúp khử các tạp chất để nước sau khi xử lí đạt được tiêuchuẩn chất lượng cho việc sử dụng lại, xả vào nguồn hoặc dùng để nuôi trồng thủysản

Để lựa chọn được công nghệ phù hợp, phải dựa vào thành phần, tính chất củanước thải, bản chất của các chất nhiễm bẩn, các điều kiện địa lý phù hợp với yêu cầubảo vệ môi trường ngoài ra, còn phải phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố khác như: kinhphí, diện tích dành cho hệ thống xử lý,đặc diểm địa hình, hệ thống thoát nước, mụcđích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận…

Về cơ bản một hệ thống xử lý nước thải điển hình bao gồm 3 bậc xử lý chính:

- Xử lí sơ bộ (bậc I)

- Xử lí cơ bản (bậc II)

- Xử lí bổ sung (bậc III)

Ngoài ra còn cần phải xử lí cặn, bùn

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lí và các mức độ xử lí nước thải

- Xử lí sơ bộ (bậc 1): công đoạn này là loại bỏ phàn lớn các tạp chất thô,

cứng, vật nổi, nặng( cát, đá, sỏi ) dầu mỡ… để bảo vệ bơm, đường ống, thiết bị tiếp theo và đưa nước thải vào xử lí cơ bản có hiệu quả hơn

Các trang thiết bị của công đọan này thường là song, lưới chắn rác, máy cào…

có thể có máy nghiền và cắt vụn rác, lắng cắt, bể điều hòa, bể trung hòa, tuyển nổi vàlắng 1

Trong những trường hợp này xử lí bậc 1 có thể là các biện pháp lý –hóa

- Xử lý căn bản (bậc 2): xử lí cơ bản chủ yếu là ứng dụng các quá trình

sinh học( có thể là quá trình hóa học kết hợp với cơ học) Công đoạn này phân hủysinh học hiếu khí các chất hữu cơ, chuyển các chất hữu cơ dễ phân hủy thành các chất

vô cơ và các chất hữu cơ ổn định thành bông cặn dễ loại bỏ ra khỏi nước

Các công trình và thiết bị trong công đoạn này thường chia ra các nhóm:

- Lọc sinh học hoặc quá cách đồng lọc

- Bể hiếu khí với bùn hoạt tính

- Đĩa quay sinh học

- Mương (kênh) oxi hóa

- Ao hồ hiếu khí

- Lắng 2

- Xử lý bổ sung (bậc 3): công đoạn này giúp khử khuẩn để đảm bảo nước

trước khi được thải ra môi trường không còn vi sinh vật gây bệnh, khử mùi, khửmàu,các hipoclorit …do đó thiết bị ở đây cần trang bị là:

- Vi lọc hoặc lọc cát, lọc qua màng…để lọc nước

- Kết tủa hóa học hoặc đông tụ

- Hấp thụ qua than hoạt tính để khử các kim loại nặng, chất hữu cơ, chấtmàu, mùi…

- Trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thẩm tích…để ổn định chất lượngnước

1.3 Sơ đồ công nghệ xử lí nước thải trong nhà máy bia:

Hình 1.9: Sơ đồ công nghệ xử lí nước thải trong nhà máy bia

1.3.1 Hồ thu nước thải:

Nước thải từ các xưởng trong nhà máy bia được tập trung lại vào bể thu nướcthải đẻ chuẩn bị cho các công đoạn xử lý

Nước thải sẽ theo kênh dẫn chính đổ về bể thu nước thải, ở kênh dẫn chínhđược đặt hệ thống song chắn rác thô, khoảng cách giữa các thanh tờ 60-100 mmnhằm gữi lại các rác thải có kích thước lớn

Tại bể chứa có lắp dặt máy cào rác để tiến hành lọc các loại rác vô cơ và hữu

cơ có kích thước lớn mà song chắn rác chưa loại bỏ được

Nước trong bể thu nước thải được luân chuyển sang bể gom theo nguyên tắctràn

Hình 1.10: Hồ thu nước thải

1.3.2 Bể gom(bể điều hòa):

Sau công đoạn lọc rác thô, nước thải từ bể chứa chảy vào bể điều hòa thongqua kênh dẫn có lắp đăỵ hệ thống chắc rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ10-25mm, nghiêng 1 góc 600 đặt ở cửa bể điều hòa và rác sẽ được thu bằng máycào rác vào cuối ngày làm việc

Tại bể gom sẽ diễn ra quá trình tự trung hòa độ axit và bazo của nước thải Ởcác nhà máy bia thì tùy theo thời gian vận hành mà nước thải có tính axit hay bazo.Khi được chứa chung trong bể gom thì nước thải sẽ tự trung hòa để độ PH có thểđạt được gần mức thích hợp tạo thuận lợi cho các quá trình tiếp theo

-Nếu nước thải có độ PH > 7.5 thì ta sẽ bơm them dung dịch Hcl từ bể chứa

Xử lí nước thải bằng phương pháp kị khí là quá trình phân hủy các chất hữu

cơ trong điều kiện không cần sự có mặt của Oxi trong không khí, sản phẩm cuốicùng là một hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2… trong đó có tới 65% là CH4

Tại bể kị khí 1, nước thải có hàm lượng chất hữu cơ (BOD, COD) rất cao.Lớp vi sinh vật trong bể này phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá mangbằng chất dẻo, dòng nước thải sẽ được chảy qua lớp màng này.Vật liệu bằng chấtdẻo ở đây là hạt polyspiren có đường kính 3 -5 mm, chiều dày lớp vật liệu là 2m

Nước thải khi đưa vào bể kị khí 1 sẽ được phân phối đều theo diện tích đáy

bể, nước đi từ dưới lên chảy qua lớp vật liệu lọc Trên lớp màng này các vi sinh vật

kị khí dính bám thành màng mỏng Lớp màng này không bị rửa trôi, thời gian lưulại ở đó có thể tới 100 ngày Các chất hữu cơ trong nước thải khi tiếp xúc với lớpmàng này sẽ được hấp thụ và phân hủy Bùn cặn sẽ được giữ lại trong khe rỗng củalớp vật liệu lọc Sau 2 – 3 tháng sẽ tiến hành xả bùn cặn 1 lần

Nước sau khi đi qua tấm lọc sẽ tiếp tục chảy vào máng tràn đi qua bể trung gian.

Phần khí được sinh ra sau quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ được đưa tới hệ thống tách pha đi tiếp sang hệ thống lò hơi để đốt cháy

Bể phản ứng được làm bằng thép không gỉ được cách nhiệt với bên ngoài.Trong bể phản ứng với dòng nước dâng lên qua nền bùn, được khuấy trộn đều vớibùn ở tầng khuấy trộn Khí Metan tạo ra ở giữa lớp bùn Hỗn hợp khí – lỏng và bùnlàm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng Với quy trình này, bùn tiếp xúc được nhiềuvới chất hữu cơ có trong nước thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực Các loạikhí được tạo ra sau quá trình này sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ, giúp hình thànhnhững hạt bùn hoạt tính và giữ chúng ổn định Một số bọt khí và hạt bùn có khíbám vào sẽ nổi lên trên mặt hỗn hợp phía trên bể Khi va phải lớp lưới chắn phíatrên, các bọt khí bị vỡ và hạt bùn được tách ra lại lắng xuống dưới Để giữ cho lớpbùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dòng hướng lên phải giữ ở khoảng 0.6 – 0.9 m/h

Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha rắn, lỏng và khí Qua đó,khí sinh ra trong bể sẽ được dẫn tới hệ thống lò hơi đốt cháy, bùn sẽ rơi trở lại đáy

bể và nước sau khi xử lí sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lí tiếp theo

Hình 1.11: Cấu tạo bể UASB