Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến kem công suất 500 m3 ngày
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.35 MB, 50 trang )
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU ............................................................................................ 3
1.1.
Tổng quan về ngành chế biến kem ............................................................. 3
1.1.1.
Giới thiệu ngành sản xuất kem ................................................................ 3
1.1.2.
Nguyên liệu trong sản xuất kem .............................................................. 3
1.1.3.
Quy trình công nghệ sản xuất kem .......................................................... 4
1.2.
Các nguồn phát sinh nước thải trong quy trình sản xuất .......................... 6
1.3.
Khả năng gây ô nhiễm của nguồn thải ....................................................... 7
1.3.1.
Tác động của chất ô nhiễm ...................................................................... 7
1.3.2.
Kết luận: ................................................................................................. 8
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ................................ 9
2.1.
Tổng quan các phương pháp xử lý ............................................................. 9
2.1.1.
Xử lý bằng phương pháp cơ học.............................................................. 9
2.1.2.
Xử lý bằng phương pháp hóa lý .............................................................. 9
2.1.3.
Xử lý bằng phương pháp hóa sinh: .......................................................... 9
2.2.
Các công trình xử lý nước thải .................................................................. 13
2.2.1.
Phương pháp luận và cơ sở lựa chọn công trình xử lý : ......................... 13
2.2.2.
Công nghệ xử lý nước thải sản xuất của công ty cổ phần kem Kinh Đô. 14
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO NHÀ MÁY
SẢN XUẤT KEM ................................................................................................... 17
3.1.
Cơ sở lựa chọn công trình xử lý ................................................................ 17
3.1.1.
Thành phần nước thải: .......................................................................... 17
3.1.2.
Yêu cầu xử lý ........................................................................................ 17
3.2.
Đề xuất phương án xử lý ........................................................................... 18
3.3.
Lựa chọn và thuyết minh công nghệ: ....................................................... 20
3.3.1.
Cơ sở lựa chọn giữa các phương án:...................................................... 20
3.3.2.
Thuyết minh công nghệ cho phương án đã lựa chọn. ............................. 21
3.4.
Kết luận ...................................................................................................... 22
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ................................................................ 23
4.1.
Các thông số thiết kế cho bể Aerotank ..................................................... 23
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
1
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
4.2.
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Tính toán kích thước và các thông số cho bể Aerotank. .......................... 24
4.2.1.
Xác định BOD5 hòa tan sau bể Aerotank ............................................... 24
4.2.2.
Tính kích thước bể ................................................................................ 25
4.2.3.
Kiểm tra tải trọng thể tích, thời gian lưu nước và tỉ số F/M ................... 26
4.2.4.
Tính lượng bùn tuần hoàn và bùn dư thải ra mỗi ngày ........................... 27
4.2.5.
Tính lượng khí cần cung cấp cho bể Aerotank....................................... 28
4.2.6.
Tính ống dẫn nước thải và ống dẫn bùn tuần hoàn: ............................... 32
4.2.7.
Tính bơm bùn tuần hoàn vào bể Aerotank: ……………………………….……………….. 33
4.2.8.
Tính bơm nước thải vào bể Aerotank: …………….………………………….……………….. 34
4.3.
Tính toán bể lắng ly tâm đợt 2 .................................................................. 36
4.3.1.
Các thông số thiết kế cho bể lắng đợt 2 ................................................. 36
4.3.2.
Tính toán kích thước bể lắng 2 .............................................................. 36
4.4.
Tính toán chi phí cho bể Aerotank và bể lắng 2....................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 49
DANH MỤC PHỤ LỤC, BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ ........................................ 50
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
2
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
CHƯƠNG 1
1.1.
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
MỞ ĐẦU
Tổng quan về ngành chế biến kem
1.1.1. Giới thiệu ngành sản xuất kem
Hiện nay trên thị trường, các sản phẩm kem như kem que, kem ly, kem ốc quế…
đã trở nên quen thuộc đối với người tiêu dùng và được ưa chuộng với nhiều khách
hàng ở nhiều lứa tuổi.
Theo người tiêu dùng, hiện nay chỉ có 3 thương hiệu kem được đánh giá chất lượng
(1)
cao là: kem Thủy Tạ, kem Wall's (nay đã bán cho Kinh Đô) và kem Vinamilk .
1.1.2. Nguyên liệu trong sản xuất kem
Trong sản xuất kem, việc lựa chọn các nguyên liệu phụ thuộc vào sản phẩm kem,
giá thành nguyên liệu và nguồn cung ứng.
Nguyên liệu chủ yếu dùng trong sản xuất kem là:
Đường: Đường được dùng để hiệu chỉnh chất khô và vị ngọt của sản phẩm.
Một số loại đường thường được sử dụng như: đường latose, đường saccaroze,
đường glucose, fructo…
Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của đường là độ ẩm, hàm lượng saccaroze, độ
tro, độ màu…
Sữa và các sản phẩm từ sữa: Trong sản xuất kem, các loại sữa có thể được sử
dụng như sữa tươi, sữa đặc, sữa bột nguyên cream…chất béo từ sữa như cream,
bơ, chất béo khan…
Dầu thực vật: Người ta có thể dùng dầu đậu nành, dầu dừa, dầu hướng dương
hoặc dầu cải để làm nguyên liệu sản xuất một số loại kem.
Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của dầu thực vật: chỉ số acid, chỉ số
peroxyc…Hàm lượng dầu thực vật có thể chiếm từ 6 – 10% khối lượng kem
thành phẩm. Dầu thực vật cũng được bảo quản trong những điều kiện phù hợp.
Các chất ổn định: Các chất ổn định trong sản xuất kem là những hợp chất ưa
nước, thường có chứa protein hoặc carbonhydrate. Mục đích là để quá trình
lạnh đông nguyên liệu sản xuất kem, các tinh thể đá xuất hiện sẽ có kích thước
nhỏ, nên kem được đồng nhất.
Các chất nhũ hóa: Chất nhũ hóa thường là những hợp chất có tính ưa nước và
ưa béo.
Trong sữa có chưa một số chất nhũ hóa như lecithine, protein, phosphate… nhưng với
hàm lượng thấp. Lòng đỏ trứng gà cũng là một chất nhũ hóa thông dụng trong ngành
sản xuất kem, nhưng có giá thành cao.
(1) Theo nguồn nghiên cứu thị trường của Công ty Thủy Tạ
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
3
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Các chất tạo hương: Người ta sẽ dùng các chất có hương khác nhau như các
loại hoa quả tự nhiên, hạt khô (đậu phộng, hạt điều, nho khô, hạt socola…),
mức quả, nước quả…vanilla, dâu, sầu riêng, socola…
Chất màu: Mục đích của chất màu là làm tăng màu sắc và vẻ hấp dẫn cho
kem.
Có 2 loại chất màu chính: chất màu tự nhiên và chất màu tổng hợp.
Các chất khác: Để bảo quản chất lượng kem, người ta bổ sung thêm một số
loại acid hữu cơ như acid citric, acid tatric… để tạo độ chua cần thiết cho kem
và ức chế sự phát triển của một số loại vi sinh có trong kem thành phẩm.
1.1.3. Quy trình công nghệ sản xuất kem
a. Quy trình chung để sản xuất kem:
Các khâu chính trong một quy trình sản xuất kem được trình bày như sau:
Nguyên liệu vào
Khuấy trộn
Thêm nước,đường
Thanh trùng
Tăng nhiệt độ
Làm lạnh
Thêm hương vị
Nước và amonia
Socola, vanila
Làm đông
Thêm hạt, màu, tạo
dáng, đổ khuôn
Thêm chất màu,
mùi, hạt..
Thành phẩm
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất kem.
Thuyết minh quy trình sản xuất:
Nguyên liệu kem được chở về nhà máy, nhập kho, sau đó được bơm vào 3 bể khuấy
trộn, sau đó thêm đường, sữa các loại, tùy theo mẻ kem đang sản xuất, và hương socola.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
4
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Sau đó đến khâu thanh trùng, tai đây, tăng nhiệt độ đến mức phù hợp để ức chế vi khuẩn,
dùng thiết bị khuấy trộn để nguyên liệu và các chất phụ trợ được hòa quyện đều vào nhau.
Tiếp theo đến khâu làm lạnh, ta chỉ hạ nhiệt độ đến mức phù hợp, có thêm nước và
Amonia để xúc tác.
Sau khi làm lạnh, bơm tiếp đến 6 bể trộn, lại bổ sung hương vị một lần nữa (như quế,
cacao, café, socola...). Khâu tiếp theo là làm đông. Sau khi qua 3 bể làm đông, khâu cuối
là đổ khuôn kem, tạo các loại phù hợp như mong muốn, như kem cây, ốc quế, hộp…Đồng
thời cũng cho hạt trái cây, hay hạt khô, nước và quả trái cây…và chất tạo màu, mùi vào.
Đến đây, sản phẩm kem đã hoàn tất, được đóng gói thành phầm, chuyển vào kho bảo quản,
hoặc đem đi phân phối tại các đại lý bán lẻ.
b. Quy trình công nghệ sản xuất kem của một số công ty trong thành phố Hồ Chí
Minh.
Nguyên liệu chính
i. Nhà máy sản xuất kem Thủy Tạ:
Công nghệ của nhà máy sản xuất kem
công nghiệp Thủy Tạ dựa trên công nghệ
Chuẩn bị
hiện đại của Italy. Đây là một dây chuyền
sản xuất hiện đại khép kín - tự động hoàn
Phối trộn
toàn từ khâu đầu tới khâu cuối, là sự kết
hợp giữa công nghệ hiện đại của nhà cung
Thanh trùng
cấp thiết bị hàng đầu Châu Âu, với các
hương vị mang đậm tính truyền thống và
hoa quả nhiệt đới phong phú của Việt Nam.
Đồng hóa
Công nghệ này có thể sản xuất được các
sản phẩm: Kem cây, kem cốc các loại, kem
Ủ chín
ốc quế và các loại kem hộp 500ml, 1 lít, 5
lít.
Làm đông sơ bộ
Tạo màu, hình dáng
Đóng gói
Phân phối
Thành phẩm
Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất kem của nhà máy Thủy Tạ.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
5
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
ii. Nhà máy sản xuất kem Kinh Đô (KiDo)
Năm 1996, công ty Unilever Việt Nam
tiến hành xây dựng nhà máy sản xuất kem
tại Tp Hồ Chí Minh với nhãn hiệu Kem
Wall’s, với tổng diện tích 23.728 m2, tổng
vốn đầu tư là 20 triệu USD, công suất hoạt
động ban đầu là 9 triệu lít/năm. Đây là nhà
máy hiện đại nhất ở khu vực Đông Nam Á,
được thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu.
Ngày 1-7-2003, tập đoàn Unilever đã
chuyển nhượng toàn bộ nhà xưởng của nhà
máy Kem Wall’s cho Công ty cổ phần Kinh
Đô. Từ đó Công ty cổ phần KIDO ra đời.
Với nhà máy này, KIDO’S có thể đa
dạng hóa sản phẩm với nhiều chủng loại:
kem hộp, kem bánh và kem que. Đồng thời
thực hiện chiến lược đa dạng hóa sản phẩm
phù hợp với khẩu vị người Việt như: kem
xoài, kem mãng cầu… bên cạnh những khẩu
vị quen thuộc của quốc tế như: kem
chocolate, kem dâu, kem vani…Hiện nay sản
phẩm của công ty KIDO có hơn 40 loại của 2
nhãn chính là kem Merino và KIDO’S
Celano. Gần đây nhất là vào tháng 7/2006,
KIDO’S tung ra thị trường sản phẩm mới
Sữa chua WellYo Kidz dành cho trẻ em
(hương vị dâu và tự nhiên).
1.2.
Nguyên liệu
chính
Chuẩn bị
Phối trộn
Thanh trùng
Đồng hóa
Ủ chín
Làm đông
RIA
ILF & TUB
Thành phẩm
Phân phối
Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ sản xuất
kem của công ty KiDo
Các nguồn phát sinh nước thải trong quy trình sản xuất
Mọi quá trình chế biến sản xuất đều phát sinh các loại chất thải như nước thải,
chất thải rắn và khí thải…có tính chất đặc trưng của loại hình sản xuất đó. Chất thải
này được sinh ra từ:
- dây chuyền sản xuất
- hoạt động sinh hoạt của công nhân
- và các máy móc bổ trợ…
Hai nguồn phát sinh phía cuối không nằm trong quy trình sản xuất, và được
kiểm soát, thu gom để xử lý riêng. Dựa vào mức độ ô nhiễm và lưu lượng phát thải
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
6
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
ta thấy, nước thải từ quy trình sản xuất phát sinh một lượng lớn và thường xuyên
nhất. Vì thế, người ta chủ yếu quan tâm đến tính chất nước thải từ quy trình sản xuất
để thiết kế hệ thống xử lý phù hợp.
Dựa vào quy trình sản xuất, nước thải sản xuất phát sinh từ các công đoạn như:
- Nhập và chuẩn bị nguyên liệu, trái cây, hạt khô… gọt vỏ, bỏ hạt, thải bỏ
nguyên liệu hư hỏng…làm phát sinh rác thải rắn. Ngoài ra, khâu đóng gói thành
phẩm, dán bao bì… cũng phát sinh một lượng chất thải lớn như thải bỏ bao bì hỏng,
dán nhãn bị hư, đóng hộp bị lỗi cũng thải bỏ…
- Tẩy rửa các thiết bị khuấy trộn, các bể chứa, máy móc thêm hóa chất… làm
phát sinh nước thải. Đồng thời nước thải này còn dính lại nhiều cặn bã kem, làm
nguồn nước bị ô nhiễm rất nhiều thành phần hữu cơ, vô cơ.
- Vệ sinh nhà xưởng, thiết bị sau mỗi ca, hoặc sau mỗi ngày làm việc.
- Lưu lượng và thành phần ô nhiễm của nước thải tại nhà máy thay đổi tùy thuộc
vào nguồn nguyên liệu sử dụng, như loại kem, loại sữa, chất béo hay hương vị khác
nhau của từng loại kem, chất tẩy rửa, phụ gia…và tùy vào mùa vụ của nguyên liệu,
như trái cây theo mùa, hàng nhập từ nước ngoài theo đợt…Vì thế, khi khảo sát thành
phần tính chất nước thải, cần theo dõi trong một thời gian dài, lấy mẫu nước thải phải
có tính đại diện cao để thiết kế hệ thống xử lý phù hợp.
1.3.
Khả năng gây ô nhiễm của nguồn thải
1.3.1. Tác động của chất ô nhiễm
Chất hữu cơ: hàm lượng hữu cơ cao trong nước sẽ dẫn đến việc suy giảm ôxi hòa
tan trong nước, ảnh hưởng đến hoạt động sống và phát triển của tôm cá, thủy sinh.
Hơn thế nữa, sự thiếu hụt oxi hòa tan sẽ làm giảm khả năng tự làm sạch cũa nguồn
nước.
Chất rắn lơ lửng (SS): hàm lượng chất vô cơ cao, SS cao sẽ gây cản trở sự xuyên
thấu của ánh sáng mặt trời, làm giảm sự quang hợp của tảo, rong rêu, làm cản trở sự
phát triển của chúng. Ngoài ra, SS cao còn gây nên độ đục cao, mất vẻ cảm quan của
dòng nước.
Chất dinh dưỡng: Nitơ, phốtpho là chất dinh dưỡng quan trọng cho quá trình
phát triển của vi sinh trong các công trình xử lý sinh học và của sinh vật dưới nước
nói chung. Nhưng khi nước thải được thải ra sông suối, vơi hàm lượng N, P quá cao,
chúng sẽ kích thích sự phát triển quá mức của tảo, rong rêu… gây nên hiện tượng phú
dưỡng, làm ô nhiễm thủy vực.
Dầu mỡ: Việc dùng dầu mỡ thực vật trong quy trình sản xuất cũng sinh ra các
ván dầu, dầu mỡ thừa, chất béo, tạo lớp ván nổi trên mặt nước, ngăn cản oxi khuếch
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
7
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
tán vào nước, phát sinh các mùi khó chịu do phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện
thiếu khí…
1.3.2. Kết luận:
Nguồn gốc của sự biến đổi môi trường trên thế giới đều do các hoạt động kinh
tế, xã hội, do sự phát triển công nghiệp và hoạt động khai thác không bền vững của
con người. Các hoạt động này một mặt đem lại các lợi ích kinh tế, góp phần cải thiện
chất lượng cuộc sống, nhưng mặt khác lại gây khan hiếm tài nguyên, ô nhiễm và hủy
hoại môi trường sống.
Mọi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch khi tiếp nhận một nguồn thải,
nhờ khả năng tự pha loãng, xáo trộn nguồn nước và hoạt động của các vi sinh vật làm
giảm nồng độ chất ô nhiễm đến một mức độ nhất định. Nhưng khi lưu lượng nguồn
thải quá nhiều, nồng độ quá cao, nguồn nước sẽ mất đi hoặc suy giảm khả năng tự
làm sạch đó. Từ đó gây nên các phản ứng phân hủy, sinh ra các mùi và tạo chất phân
hủy thứ cấp, ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh cũng như sức khỏe của con người.
Vì thế, việc xây dựng một hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy để xử lý
nguồn thải trước khi thải vào thủy vực là rất cần thiết.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
8
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
CHƯƠNG 2
2.1.
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Tổng quan các phương pháp xử lý
(2)
Theo phân tích thành phần nguồn thải như trên, nước thải sản xuất kem chủ yếu
chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi các yếu tố như ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, rác, cát bụi, dầu
mỡ…
Vì thế các phương pháp được đề xuất để nghiên cứu khả năng xử lý phù hợp với
nguồn thải này là:
- Xử lý bằng phương pháp cơ học.
- Xử lý bằng phương pháp hóa lý.
- Xử lý bằng phương pháp sinh học.
2.1.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học.
Xử lý cơ học được đặt ở đầu hệ thống xử lý, nhằm loại bỏ các chất rắn, vô cơ
và hữu cơ, dầu mỡ, nhựa, tạp chất nổi, rác…
Tùy theo đặc điểm các loại cặn trong rác thải, các công trình xử lý cơ học
thường được sử dụng là:
- Song chắn rác (thô, mịn, tinh…)
- Bể lắng cát, các loại bể lắng: lắng đứng, lắng ngang, lắng ly tâm…
- Bể điều hòa lưu lượng, bể trung hòa (acid hoặc kiềm)
- Bể tách dầu mỡ
Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào kích thước rác, hạt lơ lửng,
tính chất hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và độ sạch cần thiết phải
đạt được theo yêu cầu của nơi tiếp nhận.
2.1.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý
Bản chất của quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp hoá lí là áp dụng các
quá trình vật lý và hoá học để loại bớt các chất ô nhiễm (các hạt lơ lửng phân tán (rắn
và lỏng), khí tan, chất vô cơ và hữu cơ hòa tan trong nước thải) ra khỏi nước thải.
Các công trình thích hợp được đề xuất như: bể tuyển nổi, keo tụ, tạo bông…
2.1.3. Xử lý bằng phương pháp hóa sinh:
(2)
Nguồn tham khảo: Giáo trình Xử Lý Chất Thải Công Nghiệp - PGS TS Nguyễn Văn Phước
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
9
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Bản chất của phương pháp này là ứng dụng vi sinh vật (VSV) có trong nước
thải, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng. Chúng sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn, chuyển
hóa chất hữu cơ, chất độc hại thành chất vô cơ, khí đơn giản và nước. Vì thế, phương
pháp này được ứng dụng và đạt hiêu quả cao khi xử lý nước thải có chứa nhiều chất
hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, NH3, Sunfua, Nitrit…
Một số chất hữu cơ có khả năng bị oxi hóa dễ dàng, còn một số chất khác hoàn
toàn không bị oxi hóa hoặc oxi hóa rất chậm. Dựa vào đó người ta có thể chia ra làm
2 loại: chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
Để xác định khả năng xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, ta thiết lập tỉ
lệ BOD và COD. Nếu BODtp /COD > 0,5 thì nước thải có khả năng được xử lý bằng
phương pháp sinh học. Tuy nhiên, nước thải này không được chứa các chất độc hại
và các tạp chất muối kim loại nặng. Đối với các chất vô cơ, người ta vẫn phải thiết
lập ngưỡng giá trị tối đa để không gây độc cho vi sinh.
Có 2 phương pháp chính để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là hiếu
khí và yếm khí.
- Hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh hiếu khí, VSV được gieo cấy trong bùn hoạt
tính hoặc màng sinh học.
- Yếm khí: là phương pháp xử lý không cần oxi. Chúng còn được áp dụng chủ
yếu để phân hủy cặn.
Các quá trình sinh học còn có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên hay các công
trình nhân tạo.
a. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên:
o Các cánh đồng tưới
o Cánh đồng lọc
o Ao sinh học
Tuy nhiên, vì diện tích đất xây dựng cho các công trình này thường lớn, mà nhà máy
thường không đáp ứng đủ, nên các công trình tự nhiên này ít được áp dụng.
b. Xử lý nước thải trong công trình nhân tạo.
o Hiếu khí:
Bể Aerotank: nước thải được sục khí và hòa trộn với bùn hoạt tính. Có rất
nhiều dạng bể Aerotank như: 1 bậc không tái sinh và có tái sinh bùn, 2 bậc
không tái sinh và có tái sinh bùn…
Thiết bị lọc sinh học (nhỏ giọt, cao tải, hoặc lọc với vật liệu lọc ngập trong
nước): nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi màng vi sinh vật.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
10
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
VSV sẽ oxi hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn năng lượng cho
sự phát triển.
o Kỵ khí (yếm khí): được ứng dụng để lên men cặn tạo thành trong xử
lý hóa sinh nước thải sản xuất, cũng như để xử lý bậc 1 nước thải rất
đậm đặc (BOD = 4– 5 g/l), chứa các chất hữu cơ có thể bị phân hủy
bởi các vi sinh yếm khí.
Bể UASB
Bể lọc sinh học kỵ khí: thường là bước xử lý trước xử lý hiếu khí.
Trong các công trình xử lý, kiểu công trình xử lý được chọn phụ thuộc vị trí nhà máy,
điều kiện khí hậu, nguồn cấp nước, lưu lượng thành phần và nồng độ ô nhiễm của
nước thải.
AEROTANK
Sau khi được lắng bớt 1 phần cặn lơ lửng ở các khâu xử lý trước, nước thải được
bơm vào bể Aerotank để xử lý, tại đây có tiến hành thổi khí nhằm tăng lượng oxi hòa tan,
giúp quá trình hiếu khí diễn ra mạnh và hoàn toàn hơn. Sau đó, nước thải có chứa bùn
được đưa về bể lắng đợt 2 nhằm tách riêng bùn và nước. Phần lớn bùn hoạt tính tuần hoàn
được quay trở lại bể Aerotank và lượng bùn dư đưa về bể xử lý bùn.
Nước thải
Nước sạch
1
Nước thải
Nước sạch
2
Bùn tuần hoàn
1
2
Bùn tuần hoàn
3
4
Bùn
Bùn
Bùn dư
3
Bùn dư
a)
b)
Nước thải
1
2
Bùn
Bùn tuần hoàn
3
5
2
Nước sạch
Bùn
Bùn tuần hoàn
Bùn dư
3
Bùn dư
c)
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
11
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
Nước Thải
1
2
Bùn tuần hoàn
4
Bùn
Bùn
Bùn tuần hoàn
3
6
Bùn dư
Nước Sạch
2
5
Bùn
Bùn
3
Bùn dư
d)
Hình 2.1. Các sơ đồ hệ thống xử lý nước thải Aerotank
a)
b)
c)
d)
Aerotank 1 bậc, không tái sinh bùn
Aerotank 1 bậc, có tái sinh bùn
Aerotank 2 bậc, không tái sinh bùn
Aerotank 2 bậc, có tái sinh bùn
1-Bể Aerotank
5-Bể Aerotank bậc 2
2-Bể lắng
3-Trạm bơm bùn
4-Bể tái sinh bậc 1
6-Bể tái sinh bậc 2
Trên hình 2.1 trình bày các sơ đồ công nghệ chủ yếu xử lý nước thải trong bể
Aerotank.
Sơ đồ bậc 1 không tái sinh bùn được ứng dụng khi nước thải có BOD <= 150mg/l.
Sơ đồ bậc 1 có tái sinh bùn dùng khi BOD > 150mg/l
Sơ đồ bậc 2 ứng dụng cho nước thải đậm đặc, có nồng độ BOD cao.
Lọc sinh học nhỏ giọt
Thiết bị lọc sinh học là thiết bị là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước
cũng như không khí. Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao
phủ bởi màng vi sinh vật. Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxi hóa các chất hữu cơ, sử
dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy chất dinh dưỡng được tách
ra khỏi nước, còn khối lượng màng sinh học tăng lên.
Vật liệu đệm có độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ và bề mặt riêng phần lớn, như sỏi,
đá, ống nhựa, sợi nhựa, sơ dừa…
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là:
- Bản chất các chất hữu cơ ô nhiễm
- Vận tốc oxi hóa, cường độ thông khí
- Tiết diện màng sinh học
- Thành phần vi sinh
- Diện tích và chiều cao thiết bị
- Đặc tính vật liệu đệm (kích thước, độ xốp, bề mặt phân riêng…)
- Tính chất vật lý của nước thải, nhiệt độ của quá trình, tải trọng thủy lực…
- Cường độ tuần hoàn, sự phân phối nước thải…
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
12
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Những vật liệu được sử dụng làm giá thể thường là các vật liệu trơ như cát sỏi, gốm,
xỉ quặng hoặc chất dẻo…
UASB
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí ngày càng được ưa chuộng vì
những ưu điểm nổi bật của chúng so với các phương pháp thông thường khác như:
- Ít tiêu hao năng lượng trong quá trình hoạt động
- Giá thành vận hành thấp hơn, tự sản sinh năng lượng có thể thu hồi sử dụng dưới
dạng biogas.
- Sản sinh ít bùn thừa, làm giảm khó khăn trong việc xử lý bùn thải.
- Như cầu sử dụng chất dinh dưỡng của các vi sinh vật cũng ít hơn, là ưu điểm nổi
bật đối với xử lý các loại nước thải thiếu hụt chất dinh dưỡng.
- Vận hành ở tải trong hữu cơ cao, do đó làm giảm kích thước công trình.
UASB là bể kỵ khí lớp bùn chảy ngược dòng (Upflow Anaerobic Sludge Blanket
reactor). Nước thải chuyển động từ dưới lên đi qua lớp bùn vi sinh kỵ khí lơ lửng.
Nguyên tắc: gồm 2 quá trình là phân hủy và lắng kết hợp.
Trong điều kiện kỵ khí, các chất hữu cơ trong nước thải sẽ bị phân hủy thành các hợp
chất có khối lượng phân tử nhỏ hơn, hình thành các khí như CH4 , CO2 , tạo nên sự xáo
trộn bên trong bể. Các hạt bùn đã được tách khí sẽ rơi xuống lại tầng bùn lơ lửng.
Nồng độ bùn trong bể có thể lên đến 10-40g/l. Sự hình thành bùn hạt làm tăng khả
năng xử lý nước thải. Quá trình hình thành bùn hạt phụ thuộc nhiều vào bản chất nước
thải, pH, dinh dưỡng, nhiệt độ, điều kiện vận hành…
2.2.
Các công trình xử lý nước thải
2.2.1. Phương pháp luận và cơ sở lựa chọn công trình xử lý :
Hoạt động sản xuất trong công nghiệp không thể tránh khỏi việc phát sinh chất
thải, nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm, muốn thải bỏ vào thủy vực thì nước thải phải
được xử lý. Do vậy, nước thải từ các quy trình sản xuất phải được thu gom đến công
trình xử lý tập trung của nhà máy.
Việc lựa chọn quy trình công nghệ xử lí thích hợp phải dựa vào thành phần,
tính chất của nước thải, bản chất của các chất nhiễm bẩn, các điều kiện địa lí, khả
năng của nhà máy, yêu cầu của nguồn tiếp nhận…
Theo đó, người ta chia quá trình xử lí thành các công đoạn chính như sau (3):
(3)
Nguồn tham khảo: Tài liệu Xử Lý nước thải của PGS TS Nguyễn Phước Dân
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
13
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
Bảng 2.1. Các quá trình xử lý nước thải.
Quá trình xử lý
Thành phần
Cặn lơ lửng
Song chắn rác, lắng cát, lắng, tuyển nổi, kết tủa hóa học, lọc.
Chất hữu cơ dễ phân hủy Sinh trưởng lơ lửng hiếu khí, kỵ khí
sinh học
Sinh trưởng bám dính hiếu khí, kỵ khí.
Hồ sinh học, xử lý bằng đất,..
Oxi hóa hóa học, lọc màng…
Chất dinh dưỡng
- Nitơ
Oxi hóa hóa học (chlorine), sinh học lơ lửng nitrate hóa và khử
nitrate, sinh học bám dính nitrate hóa và khử nitrate.
Tách khí (air stripping), trao đổi ion.
Xử lý hóa học, xử lý sinh học.
- Phôtpho
Vi sinh gây bệnh
Xử lý hóa học – sinh học
Khử trùng bằng các hợp chất oxi hóa mạnh như: chlorine,
chlorine dioxide, Ozone, bức xạ UV.
Phân tách màng, xử lý hóa học (keo tụ tạo bông)
Hấp thụ hóa học, hấp thụ than hoạt tính.
Lọc phân ủ
Keo và cặn lơ lửng
Mùi
Xử lý sơ bộ/bậc 1
Nước thải SCR
Vớt
dầu
Rác
Lắng
cát
Dầu
Xử lý bậc 2
Lắng
1
Xử lý
sinh học /
hóa học
Xử lý bậc 3
Lắng
2
Khử
trùng
Dòng ra
Cát
Bùn
Xử lý bùn
Nén
bùn
Phân
hủy bùn
kỵ khí
Tách
nước
Sân
phơi
bùn
Hình 2.3 Mô tả sơ bộ nguyên lý hệ thống xử lý cơ bản.
2.2.2. Công nghệ xử lý nước thải sản xuất của công ty cổ phần kem Kinh Đô(4).
a. Thành phần nước thải và lưu lượng thải.
(4)
Nguồn tham khảo: Báo cáo của công ty cổ phần Kinh Đô
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
14
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Nước thải được thu gom chủ yếu từ các công đoạn sản xuất kem, vệ sinh thiết
bị, nhà xưởng trước và sau mỗi ca làm việc.
Nước thải chứa các nguyên liệu rò rỉ, thất thoát và dính lại do quá trình tẩy rửa.
Lưu lượng thay đổi theo mùa sản xuất. Trong nước thải luôn có thành phần dầu mỡ.
Đặc trưng nước thải được trình bày trong Bảng 2.1.
Bảng 2.2. Tính chất thành phần nước thải đầu vào của công ty KiDo
Thành phần
Công suất
Lưu lượng
BOD
COD
SS
Dầu mỡ
-
Giá trị
9
360
1167
1875
500
250
Đơn vị
Triệu l/ năm
m3 /ngày
mg/l
Nhận xét thành phần nước thải:
Nước thải bị ô nhiễm hữu cơ và vô cơ nhiều
Tỉ số BOD/COD > 0,5 và thành phần nước thải không chứa thành phần độc
hại, kim loại nặng…thích hợp dùng phương pháp xử lý sinh học
Chất rắn lơ lửng tương đối cao, chứa nhiều dầu mỡ, nên cần xử lý cơ học
Lưu lượng và tải lượng không ổn định, cần điều lưu để ổn định trước khi qua
các công trình xử lý phía sau, tránh sốc tải, ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh
học, hóa lý…
b. Yêu cầu mức độ xử lý:
Nước thải sau xử lý phải đạt tiêu chuẩn xả thải loại B, theo TCVN 5945-2005.
Bảng 2.3 TCVN 5945-2005. Chỉ tiêu nước thải loại B
Thành phần
Lưu lượng
BOD
COD
SS
Dầu mỡ
Giá trị
360
50
80
100
20
Đơn vị
m3 /ngày
mg/l
c. Công nghệ xử lý nước thải:
Dựa theo thành phần nước thải và yêu cầu xử lý, cũng như cân đối tính kinh tế, khả
thi của công nghệ, công ty cổ phần Kinh Đô đã áp dụng quy trình xử lý nước thải như
sau:
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
15
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Thuyết minh sơ đồ công nghệ xử lý của công ty KiDo
Nước thải được thu gom chung vào hố ga
của nhà máy, qua sàn chắn rác để loại bỏ
rác, cặn bã…rồi được tập trung ở hố thu
gom chính. Tiếp đó bơm nước thải vào bể
tuyển nổi để gạn dầu, chất béo, loại bỏ một
phần lớn chất rắn lơ lửng.
Sau đó bơm vào bể điều hòa, có 2 máy
khuấy trộn làm nhiệm vụ điều hòa các
thành phần như lưu lượng, tải lượng và
nồng độ chất ô nhiễm, tiếp đó nước thải
theo đường ống chìm dẫn vào bể trung hòa.
Tại đây sẽ thực hiện nhiệm vụ thêm vào các
chất dinh dưỡng, điều chỉnh pH bằng kiềm
hoặc acid tùy thuộc vào số liệu đo đạc.
Sau khi xử lý các thành phần thô, vô cơ,
nước thải được qua hệ thống xử lý sinh học
gồm bể thiếu khí, bể Aerotank có khuấy
trộn và bể lắng, có tuần hoàn bùn từ bể lắng
về bể thiếu khí để bổ sung bùn hoạt tính
cần thiết.
Cuối cùng thêm chất khử trùng là Chlorine
trước khi thải ra mương dẫn.
Phần bùn từ bể lắng, một phần được tuần
hoàn về bể thiếu khí, còn lại được cho qua
hệ thống xử lý bùn gồm nén bùn, ép bùn
thành bánh bùn.
Nước thải
Song chắn rác
Bể thu gom
Bể tuyển nổi
Bể điều hòa
Bể trung hòa
Bể thiếu khí
Bổ sung N/P,
chỉnh pH
Bùn tuần hòan
Bể Aerotank
Bể lắng
Ngăn chứa bùn
Bể khử trùng
Bể nén bùn
d.
Kết luận
Máy ép bùn
Với thành phần nước thải như trên,
Mương thoát
thì các công trình được lựa chọn để xử lý là
nước
phù hợp. Hiệu quả xử lý cao, nước đầu ra
Bánh bùn
đạt tiêu chuẩn yêu cầu.
Tuy nhiên, trong xử lý sinh học,
Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ xử lý nước
nồng độ BOD khá cao, vì thế cần tuần hoàn
thải của công ty KiDo
bùn hoạt tính về bể Aerotank.
Đối với khâu xử lý cuối, khử trùng nước thải bằng chlorine là không cần thiết,
xây bể khử trùng là tốn kém đối với yêu cầu nước thải xử lý đạt tiêu chuẩn thải loại B
như yêu cầu ở trên.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
16
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
CHƯƠNG 3
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO
NHÀ MÁY SẢN XUẤT KEM
3.1. Cơ sở lựa chọn công trình xử lý
3.1.1. Thành phần nước thải:
Lưu lượng nước thải trung bình của nhà máy QTBngày = 500 m3 / ngày đêm.
Dựa vào quy trình sản xuất, cũng như nguyên liệu sử dụng của một nhà máy sản xuất
kem nói chung, ta có bảng Tính chất, thành phần nước thải đầu vào như sau.
Bảng 3.1 Tính chất, thành phần nước thải đầu vào
STT
Chỉ tiêu
1
2
3
4
5
6
7
pH
SS
BOD
COD
Dầu mỡ
TKN
P
Đơn vị
mg/l
Giá trị
5.5 đến 10.5
480
1350
1900
170
50
10
Nhận xét thành phần tính chất nước thải của nhà máy:
- Thành phần cặn lơ lửng SS đầu vào 480mg/l cộng với lượng dầu mỡ 170mg/l,
chứng tỏ nguồn thải này ô nhiễm vô cơ cũng khá cao, cần thiết có các công trỉnh
xử lý cơ học như song chắn rác, bể vớt dầu và bể lắng 1, bể tuyển nổi khí hòa tan.
- Thành phần BOD, COD tương đối cao, và tỉ số BOD/COD = 1350/1900 = 0.71 >
0.5 chứng tỏ nguồn thải bị nhiễm hữu cơ nhiều, đòi hỏi phải xử lý bằng các công
trình sinh học thích hợp. Công trình thích hợp là xử lý kỵ khí nhẹ kết hợp hiếu
khí, hoặc chỉ dùng 1 công trình hiếu khí hoạt động cao tải.
- Chất dinh dưỡng Nitơ, Phốtpho không vượt tiêu chuẩn nhiều, đủ để cung cấp cho
các công trình sinh học mà không cần bổ sung vào.
3.1.2. Yêu cầu xử lý
Vì những phân tích trên, nước thải của nhà máy phải được thu gom và xử lý đạt
(5)
tiêu chuẩn thải loại B theo TCVN_5945:2005
trước khi thải vào thủy vực quy định.
Trong tiêu chuẩn quy định 3 mức thải A, B, C ứng với từng mục đích xả thải vào thủy
vực khác nhau:
(5)
Phụ lục 1: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN_5945:2005 Nước thải công nghiệp - Tiêu chuẩn thải.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
17
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại A: có thể đổ vào thủy vực dùng làm nguồn
nước cho mục đích sinh hoạt.
Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại B: có thể đổ vào thủy vực nhận thải khác, trừ
các thủy vực quy định nhận nước thải loại A.
Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại C: chỉ được phép thải vào các nơi quy định
như hồ chứa nước thải xây riêng, hoặc ống dẫn đến khu xử lý nước thải tập
trung…
Dưới đây là các giá trị giới hạn mà công nghệ xử lý phải đạt được, trước khi xả vảo
thủy vực cho phép.
Bảng 3.2 TCVN_ 5945-2005 Nước thải công nghiệp – Tiêu chuẩn thải. Loại B
STT
Chỉ tiêu
1
2
3
4
5
6
7
pH
SS
BOD
COD
Dầu mỡ
TKN
P
Đơn vị
mg/l
Giá trị
5.5 đến 9
100
50
80
20
30
6
3.2. Đề xuất phương án xử lý
Việc lựa chọn phương pháp xử lý và công nghệ xử lý nước thải của nhà máy phụ
thuộc vào các yếu tố sau:
Công suất của trạm xử lý: Q ngày = 500 m3/ ngày
Đặc tính của nước thải: cần xác định cụ thể thành phần các chất ô nhiễm
có trong nước thải, dạng tồn tại của chúng (lơ lửng, dạng keo, dạng hoà tan…),
khả năng phân huỷ sinh học và độ độc của các thành phần vô cơ và hữu cơ.
Mức độ yêu cầu khi xử lý: tức là chất lượng nước đầu ra phải thoả mãn một
yêu cầu cụ thể nào đó, cụ thể ở nhà máy này là phải đạt được loại B.
Chi phí xử lý: Trước khi tiến hành chọn lựa quá trình xử lý phù hợp, ta
cũng cần phải phân tích chi tiết chi phí xử lý của từng phương án đưa ra, phải phù
hợp với điều kiện kinh tế của nhà máy.
Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất thuỷ văn khu vực xây dựng trạm
xử lý nước thải, diện tích đất sẵn có. Trong điều kiện nhà máy, diện tích đất dành
cho công trình xử lý là không hạn chế.
Yêu cầu về năng lượng và hóa chất của nhà máy.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
18
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Dựa vào các cơ sở phân tích như trên, ta có thể đề xuất các phương án như sau:
Phương án 1:
NGUỒN THẢI
Song chắn rác
Hố thu gom
Bể vớt dầu
Thổi khí
Bể lắng cát
Nước tách bùn
Thổi khí
Thêm kiềm, acid
Bể điều hòa
Bể lắng 1
Bể UASB
Thổi khí
Bể Aerotank
Bùn tuần hoàn
Nén bùn
Bùn dư
Bể lắng 2
Tách nước
Sân phơi bùn
NƯỚC SẠCH
Bùn làm phân compost
Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ (phương án 1)
Chú thích:
Đường Nước chảy trong hệ thống xử lý
Thêm hóa chất, thổi khí
Bùn dư
Bùn tuần hoàn
Nước tách bùn
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
19
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Phương án 2:
NGUỒN THẢI
Song chắn rác
Hố thu gom
Thổi khí
Bể tuyển nổi
khí hòa tan
Thổi khí
Bể điều hòa
Thổi khí
Bể Aerotank
Nước tách bùn
Bùn tuần hoàn
Bùn dư
Nén bùn
Bể lắng 2
Sân phơi
bùn
NƯỚC SẠCH
Làm phân bón
Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ (phương án 2)
Chú thích:
đường nước chảy trong hệ thống xử lý
thổi khí
nước tách bùn
bùn tuần hoàn
bùn dư
3.3.
Lựa chọn và thuyết minh công nghệ:
3.3.1. Cơ sở lựa chọn giữa các phương án:
♦ Công trình xử lý cơ học được chọn trong phương án 1 là bể vớt dầu để loại dầu
mỡ, bể lắng cát và bể lắng 1 để loại lượng chất rắn lơ lửng có trong nước thải. Sau
khi qua 3 bể này thì lượng SS và dầu mỡ giảm đáng kể, nhưng BOD và COD
không giảm nhiều và diện tích xây dựng là khá lớn. Phương án 2 đề xuất sử dụng
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
20
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
bể tuyển nổi khí hòa tan. Bể này kết hợp xử lý cả dầu mỡ, chất rắn lơ lửng và một
phần đáng kể BOD, COD. Vì thế giảm diện tích xây dựng và chi phí vận hành.
♦ Hàm lượng COD và BOD là tương đối cao, và tỉ số BOD/COD > 0,7. Phương án 1
sử dụng bể kỵ khí UASB kết hợp bể hiếu khí Aerotank để xử lý. Nước thải sau khi
qua bể lắng 1 được đưa vào bể UASB, tại đây, với thời gian lưu nước 5-12h, vi
khuẩn kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ, hiệu quả xử lý COD đạt 60-95%. Sau
đó nước thải qua bể bùn hoạt tính rồi qua bể lắng 2, một phần bùn được tuần hoàn
về bể Aerotank, phần dư còn lại được đưa qua bể nén bùn để xử lý.
Tuy nhiên phương án này yêu cầu chi phí đầu tư và vận hành cao, điều khiển và
vận hành phức tạp, cán bộ vận hành có chuyên môn cao, vì vậy ít được áp dụng.
Phương án 2 đề xuất chỉ dùng bể Aerotank hiếu khí hoạt động cao tải để xử lý
thành phần hữu cơ còn lại sau khi đã được loại bỏ một phần đáng kể ở bể tuyển
nổi. Ưu điểm của phương án này là ít tốn diện tích hơn, đơn giản dễ vận hành, chi
phí xử lý thấp… Hiệu suất khử BOD cao, trên 90%.
♦ Công trình xử lý bùn ở phương án 1 gồm nén bùn, tách nước rồi chuyển đến sân
phơi bùn. Tuy nhiên lượng bùn dư không nhiều, vì thế ta chỉ cần nén bùn để loại
bỏ nước trong bùn, rồi chuyển đến sân phơi bùn để tận dụng nhiệt mặt trời làm khô
bùn, sau đó tận dụng bánh bùn làm phân bón.
Từ những phân tích trên, ta nhận thấy phương án 2 khả thi hơn phương án
1 cả về mặt thi công, vận hành, tính kinh tế, kĩ thuật…Vì thế công nghệ xử lý
được chọn là phương án 2.
3.3.2. Thuyết minh công nghệ cho phương án đã lựa chọn.
Nước thải từ các quy trình sản xuất, vệ sinh nhà xưởng…được thu gom chung về
hố ga, sau đó theo đường ống dẫn đến hệ thống xử lý nước thải tập trung của nhà
máy. Trước hệ thống xử lý, phải đặt song chắn rác thô để loại bỏ cặn thô như
nhánh cây, vỏ nguyên vật liệu, nhựa, giấy, lá cây…nhằm bảo vệ bơm và đường
ống, cánh khuấy, đồng thời cũng xử lý được một phần lớn cặn lơ lửng SS. Các tạp
chất này được vít tải kéo lên và chuyển vào thùng rác.
Nước thải qua song chắn rác, được dẫn về hố thu gom chung, rồi qua bể tuyển nổi
có thổi khí để loại bỏ phần dầu mỡ, ván nổi tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh
học phía sau. Bọt và ván nổi được thu gom đưa đến khâu xử lý riêng. Hiệu quả xử
lý sau khi qua song chắn rác và các công trình cơ học là: dầu mỡ giảm 80-90%,
COD giảm 40%, BOD giảm 30%, SS giảm 80%.
Sau đó nước thải được dẫn sang bể điều hòa. Vì lưu lượng và nồng độ nước thải
của nhà máy thay đổi theo quy trình sản xuất, theo mùa, theo ngày, ca làm việc và
những lúc khẩn cấp…nên trong công trình xử lý cần có bể điều hòa để ổn định lưu
lượng và nồng độ chất thải.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
21
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Đồng thời, tại bể điều hòa, ta cũng có thể tận dụng để điều chỉnh pH của nước thải
đến ngưỡng thích hợp (nếu cần thiết). Theo số liệu nước thải đầu vào như trên,
không cần thiết phải xây dựng một bể trung hòa, vì lưu lượng nước thài (500m3
/ngày) là không lớn lắm và pH của nước thải đầu vào 5,5 – 9, không chênh lệch
nhiều so với yêu cầu cần xử lý (5,5-9).
Tại đây có máy thổi khí để cung cấp O2 vào nước cho các vi sinh vật trong bùn tồn
tại và tăng sinh khối, chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo.
Nước thải từ bể điều hòa được bơm vào bể Aerotank bùn hoạt tính có tuần hoàn và
tái sinh bùn. Hiệu quả xử lý BOD đạt 80-95%, COD giảm 70 - 90%.
Sau đó, nước thải chảy tràn qua bể lắng 2 để lắng, tách cặn, bùn. Bể lắng lúc này
thường là bể lắng ly tâm để lắng bùn sinh học từ quá trình xử lý sinh học trước đó.
Cuối cùng nước thải được đưa ra mương dẫn, thải ra lưu vực tiếp nhận cho phép.
Ở đây không cần khử trùng nước thải sau xử lý, mà có thể thải trực tiếp ra nguồn
tiếp nhận, vì đặc trưng nước thải không bị nhiễm vi sinh và yêu cầu đầu ra của
nước xử lý là đạt loại B theo tiêu chuẩn. Vì thế, không cần thiết kế bể khử trùng
Chlorine.
Bùn từ bể lắng 2 được tuần hoàn về bể Aerotank để bổ sung sinh khối cho bùn
trong bể. Lượng bùn dư được thu hồi về hệ thống xử lý bùn để xử lý. Công nghệ
xử lý bùn gồm các công trình:
- Bể nén bùn nhằm tăng hiệu quả tách nước, giảm thể tích bùn, hàm lượng rắn <
15% có thể bơm được… Các phương pháp nén bùn như: trọng lực, tuyển nổi, ly
tâm. Nhưng thực tế, để giảm chi phía xây dựng cũng như vận hành, người ta
thường dùng phương pháp nén bùn trọng lực.
- Sân phơi bùn: bùn sau khi nén tách bớt nước, được chuyển về sân phơi bùn
nhằm tận dụng nhiệt mặt trời làm bay hơi nước trong bùn, giảm thể tích, dẽ vận
chuyển, quản lý.
- Nước tách bùn được tuần hoàn về bể điều hòa.
Lượng bùn phơi khô được tận dụng làm phân bón, đem đi chôn lấp hoặc chuyển
đến cơ sở khác.
3.4.
Kết luận
Sau khi qua hệ thống xử lý nước thải như trên, chất lượng nước thải đã đạt tiêu
chuẩn như yêu cầu, có thể thải vào các lưu vực nhận nước thải theo quy định.
- pH 5,5 – 9
- SS < 100 mg/l
- BOD < 50 mg/l, COD < 80 mg/l
- Dầu mỡ < 25mg/l
- N < 10 mg/l, P < 6mg/l
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
22
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
CHƯƠNG 4
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Trong phạm vi đồ án môn học, ta chọn tính toán thiết kế công trình đơn vị tiêu
biểu và quan trọng nhất là bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank và bể lắng ly tâm đợt 2.
4.1. Các thông số thiết kế cho bể Aerotank
Lưu lượng trung bình ngày Qngày = 500 m3/ngày
Lưu lượng trung bình giờ Qh = 500/24 = 20,83 m3 / giờ
Lưu lượng trung bình giây Qs = 5,8 l/s
Sau khi qua các công trình cơ học phía trước, hàm lượng các chất được giảm đi
một phần và giá trị các thông số trước khi vào bể Aerotank như sau:
- BOD giảm 30%, nên lượng BOD vào Aerotank là:
BOD5 = S0 = 1350x(1-0,3) = 945mg/l
- COD giảm 40%, COD = C0 = 1900x(1-0,4) = 1140mg/l
- Lượng cặn lơ lửng giảm 80% sau công trình cơ học:
SS0 = 480x(1-0,8) = 96mg/l
- Dầu mỡ sau bể tuyển nổi giảm 85% còn lại 170x(1-0,85) = 25mg/l
- Tỉ số BOD5/COD = 945/1140 = 0,83
- Nhiệt độ nước thải 250C
Khi tính toán thiết kế công trình sinh học áp dụng quá trình bùn hoạt tính ta phải xem
xét các yếu tố sau:
o
o
o
o
o
o
Kiểu bể bùn hoạt tính: chảy nút, xáo trộn hoàn toàn, chảy tầng…
Tải trọng tiêu chuẩn
Lượng bùn sinh ra
Nhu cầu oxi cung cấp và phương thức cung cấp.
Nhu cầu chất dinh dưỡng
Tính chất nước thải sau xử lý
Với hàm lượng BOD5 cần xử lý là khá cao (945mg/l), vì thế kiểu bể Aerotank được
chọn là xáo trộn hoàn toàn, khuếch tán khí, tuần hoàn và tái sinh bùn.
-
-
Chiều cao lớp nước trong bể phải từ 4,5 đến 7,5m để việc khuếch tán khí
đạt hiệu quả cao
Chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến đỉnh bể) từ 0,3 đến 0,6m
Thời gian lưu bùn trong bể, chọn 𝜃c = 12 ngày
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
23
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
Giả sử ứng với các thông số đầu vào như trên, ta có các thông số động học như
sau:(6)
- Hàm lượng cặn ở đầu ra sau bể lắng 2 là 25mg/l, trong đó chứa 65% cặn dễ
phân hủy sinh học
- Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào là X0 = 0 mg/l
- Hàm lượng bùn tuần hoàn Xu = 8500mgSS/l
- Hàm lượng bùn hoạt tính có trong bể Aerotank MLVSS =X= 3000mgVSS/l
- Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lững bay hơi ( MLVSS) với lượng chất rắn lơ
lững trong nước thải( MLSS) là
-
�����
����
= 0,7 = VS
Tỉ số chuyển đổi giữa BOD5 và BODtổng cộng là BOD5/BODtổng = 0.7
Hệ số sản lượng bùn Y = 0,5mgVSS/mgBOD5, nên hệ số sản lượng quan sát
tính được là: Yobs =
Với
�
����.��
Kd : hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,05 ngày-1
𝜃 c : thời gian lưu bùn trong bể, chọn 𝜃 c = 12 ngày
Vậy hệ số sản lượng quan sát là Yobs =
�,�
�����
�����
���,�� .��
= 0,31 mgVSS/mgBOD5
- Tỉ số F/M là tốc độ sử dụng BOD hoặc COD trên đơn vị thể tích của hỗn hợp
�
�
=
=
-
�����
�ố� độ ���� �ấ� ��ứ� ă� ( ��à� )
�ượ�� �� ���� ����� �ệ ��ố�� (�������)
��
��
����� � �.�(��à�)
��
�(��).�����( )
�
=
���� (
��
)
�
�(��à�).����� (
��
)
�
Ta có tỉ số BOD5 : N: P = 945:50:10 thỏa điều kiện dinh dưỡng cho bể bùn
hoạt tính là 100:5:1. Vì thế ta có thể kết luận nước thải chế biến kem đã có đủ
lượng Nitơ và Phốtpho cần thiết, không cần thiết phải bổ sung. Giả sử các chất
dinh dưỡng vi lượng cũng đủ cho quá trình sinh trưởng của tế bào.
- Hàm lượng BOD5 sau bể lắng 2 yêu cầu đạt 50mg/l.
4.2. Tính toán kích thước và các thông số cho bể Aerotank.
4.2.1. Xác định BOD5 hòa tan sau bể Aerotank
BOD5 hòa tan tổng cộng sau lắng 2 theo phương trình cân bằng vật chất sau:
Tổng BOD5 sau lắng 2 = BOD5 vào lắng 2 + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng
B = Bvào lắng 2 + B ss
(6)
Tính toán thiết kế HTXL NTCN Chế Biến Thủy Sản-Lâm minh Triết & Nguyễn Phước Dân.
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
24
GVHD: Th.s DƯ MỸ LỆ
ĐAMH Kỹ thuật xử lý chất thải
Thiết kế hệ thống xử lý Nước thải chế biến kem CS 500m3/ngày
• Lượng BOD5 sau khi ra khỏi bể lắng 2 là lượng BOD mong muốn xử lý đạt, vì thế
B5 = 50m/l. Nhưng để đảm bảo tính an toàn, nên thiết kế với Công suất 100-130%,
vì vậy thiết kế sao cho BOD đầu ra là B5 = 40mg/l.
• Ta có nước thải sau khi ra khỏi bể lắng 2 chứa 25mg/l cặn sinh học, trong đó có
65% cặn dễ phân hủy sinh học. Vậy hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy sinh học:
0,65x25mg/l = 16,25mg/l
Lượng oxi cần cung cấp để oxi hóa hết lượng cặn dễ phân hủy sinh học (BODtổng cộng
chứa trong SS) có thể được tính toán theo phương trình sau: (với CTPT tế bào là
C5H7NO2)
C5H7NO2 + 5O2 = 5CO2 + NH3 + 2H2O
(113)
5. (32)
1mg/l
1,42mg/l
1mg tế bào cần 1,42mg oxi.
Vậy Bss5 = 16,25(mg/l) x 1,42(mgO2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxi hóa) = 23mg/l
Vậy BOD5 sau khi ra khỏi bể Aerotank và vào bể lắng 2 là:
B5vào lắng 2 = 40mg/l – 23mg/l = 17mg/l = S1
• Hiệu quả xử lý BOD hòa tan của bể Aerotank là: E5 =
• Hiệu quả xử lý BOD tổng cộng:
E=
������
���
������
���
. 100% = 98%
. 100% = 95,7%
4.2.2. Tính kích thước bể
Thể tích hữu ích của bể Aerotank được tính theo công thức:
Vr =
=
Với
�� .� .� .(�����)
� .(����.��)
��
�����
��
�.��,�
�.(������)( )
��à�
�����
�
��
����� �. (���,�� .��)
�
(����à�).��� �
= 580 m3
𝜃𝑐: thời gian lưu bùn trong bể, 𝜃𝑐 = 12 ngày
Y: hệ số sản lượng tế bào
Chọn chiều cao hữu ích của bể là H = 4,5m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,3m, khí
khuếch tán từ dưới lên, khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí là h = 0,5m.
Vậy chiều cao tổng cộng của bể là
SVTH: PHẠM THỊ MINH THUẬT | MSSV: 90602411
25
