thiết kế bể uasb trong quy trình xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG

Báo cáo đồ án môn học

THIẾT KẾ BỂ UASB
TRONG

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN

I


Mục lục
Trang
Mục lục
Danh sách các ký hiệu

I
II

I- Giới thiệu chung .................................................................................................. 1
II- Công nghệ chế biến thủy hải sản và tính chất dòng nước thải ......................... 3
III- Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản ..................... 8
III.1- Nguyên lý của phương pháp xử lý kỵ khí.................................................. 8
III.2- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí .............................. 9
III.3- So sánh giữa xử lý kỵ khí và xử lý hiếu khí ............................................ 10
III.4- So sánh giữa UASB và các công nghệ xử lý kỵ khí khác ....................... 10
III.5- Lựa chọn công nghệ xử lý cho bài toán đặt ra ........................................ 12
IV- Tính toán thiết kế bể UASB........................................................................... 17
IV.1- Kích thước bể .......................................................................................... 17

IV.2- Tấm chắn khí và tấm hướng dòng ........................................................... 18
IV.3- Máng thu nước ......................................................................................... 20
IV.4- Thu khí..................................................................................................... 21
IV.5- Lấy mẫu................................................................................................... 22
IV.6- Ống xả bùn .............................................................................................. 23
IV.7- Hệ thống phân phối nước trong bể .......................................................... 23
IV.8- Bơm ......................................................................................................... 25
V-Tính kinh tế....................................................................................................... 26
VI- Đánh giá và nhận xét ..................................................................................... 28
Phụ lục: Năng lượng từ Biogas
Tài liệu tham khảo

II


Danh sách các ký hiệu
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Bể phân hủy kỵ khí kiểu đệm bùn
với dòng chảy ngược.
COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hóa học.
BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hóa.
SS (Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng.
VSS (Volatile Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng bay hơi.
HRT (Hydrolic Retention Time): Thời gian lưu nước.
SRT (Solids Retention Time): Thời gian lưu bùn.
IC50 (Inhibitory Concentration 50%): Nồng độ ảnh hưởng 50% số cá thể.

III


Giới thiệu chung

I- GIỚI THIỆU CHUNG
Môi trường và ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề được các nước trên thế
giới quan tâm khá đặc biệt. Bảo vệ môi trường đã trở thành vấn đề toàn cầu, là quốc
sách của hầu hết các quốc gia trên thế giới.
Môi trường và các ảnh hưởng của nó đến cuộc sống con người đang diễn biến
theo chiều hướng xấu đi. Nguồn gốc mọi sự biến đổi này là do các hoạt động kinh tế,
phát triển của xã hội loài người. Các hoạt động này một mặt làm cải thiện chất lượng
sống con người, mặt khác lại đang tạo ra hàng loạt khan hiếm, cạn kiệt nguồn tài
nguyên thiên nhiên, gây ô nhiễm, suy thoái môi trường khắp nơi trên thế giới .
Môi trường ở Việt Nam cũng đang ở mức báo động. Có thể nói, việc bảo vệ môi
trường ở Việt Nam chỉ mới trong giai đoạn đầu, phần lớn các quy trình cũng như thiết
bò công nghệ còn lạc hậu, sản xuất gia tăng nhưng yếu tố môi trường chưa được chú
trọng. Chính những điều này đã dẫn đến sự xuống cấp liên tục của môi trường: ô
nhiễm môi trường nước, chất lượng không khí suy giảm, diện tích đất nông lâm nghiệp
thu hẹp…
Trước thực trạng của môi trường và sức ép của chính quyền, của các cộ ng đồng
dân cư, nhiều công ty, nhà máy, xí nghiệp đã có những biện pháp và phương hướng để
giảm lượng chất thải hoặc xử lý chúng trước khi thải vào môi trường.
Ngành thủy sản là một trong những ngành giàu tiềm năng củ a nước ta. Với bờ
biển dài, hệ thống sông ngòi, kênh rạch dày đặc, khí hậu nhiệt đới, việc nuôi trồng và
đánh bắt hải sản trở nên rất thuận lợi. Song song với nó, ngành công nghiệp chế biến
thủy sản cũng phát triển mạnh mẽ, bước đầu tiếp cận trình độ khu vực và đóng góp
nhiều cho nền kinh tế đất nước.
Tuy nhiên, đi kèm với sự gia tăng sản phẩm, góp phần phát triển kinh tế, vấn đề
ô nhiễm môi trường sinh ra từ quá trình chế biến của ngành cũng thực sự cần xem xét.
Do đặc điểm công nghệ của mình, ngành chế biến thủy sản đã sử dụng một lượng
nước khá lớn trong quá trình chế biến, trung bình khoảng 50÷70 tấn H 2O/tấn sản
phẩm. Vì vậy ngành đã thải ra một lượng nước thải khá lớn cùng với các chất thải rắn
rất khó phân hủy. Sự ô nhiễm nguồn nước do ngành chế biến thủy sản thải trực tiếp ra
môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý môi trường.

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

1


Giới thiệu chung
Do đó, việc nghiên cứu xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản là một yêu cầu
cấp thiết đặt ra không chỉ đối với những người làm công tác bảo vệ môi trường mà còn
là của tất cả mọi người.
Bài báo cáo đồ án môn học này có thể xem là một bước khởi đầu thể hiện mối
quan tâm đó.
Công nghệ sản xuất của ngành chế biến thủy sản và đặc tính ô nhiễm nước thải
của ngành được đề cập đến trong phần II.
Phần III là sự cân nhắc, đánh giá, chọn lựa giữa các phương pháp xử lý để đề
xuất một quy trình thích hợp cho việc xử lý nước thải của ngành.
Phần IV trình bày những tính toán chi tiết để thiết kế bể UASB cùng với các thiết
bò phụ trợ tương xứng cho một trường hợp cụ thể.
Phần V là sự xem xét tính kinh tế của thiết bò.
Và cuối cùng, phần IV là sự đánh giá ưu điểm và nhược điểm của việc thiết kế ở
trên.

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

2


Công nghệ chế biến thủy hải sản và tính chất dòng nước thải
II- CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY HẢI SẢN VÀ TÍNH CHẤT
DÒNG NƯỚC THẢI

Nền công nghiệp thuỷ hải sản bao gồm giai đoạn chế biến và khâu tung ra thò
trường. Các loại cá biển, tôm cua, rong tảo biển…qua chế biến sẽ cho ra các sản phẩm
như dầu cá, thòt cá…
Nguồn vào

Quá trình chế biến

Nguồn nước thải

Sản phẩm đánh bắt được

Loại bỏ sản phẩm dư
thừa

Phân loại và cân nặng

Nước

Nước Chlorinated

Chuẩn bò
Làm cá, đánh vảy, lấy thòt
philê, bỏ da và làm sạch ruột

Loại bỏ da, xương, máu,
đầu, ruột, thòt cá ươn

Làm sạch và kiểm tra lại

Nước mắm, nước sốt cá,

dầu, thòt cá ươn, bao bì
không dùng…

Giai đoạn thành phẩm
Nước sốt cá, nước mắm …
Các hợp chất khác
Thí dụ: nước mắm…
Giai đoạn đóng hộp
Đông lạnh, vô lon, đóng chai
Tươi

Nguyên liệu dùng
để đóng gói

Đông lạnh

Đóng gói và gởi đi

Sản phẩm cụ thể
Loại bỏ thòt ươn,
tỉa sạch

Vô lon
Đồ phế thải, quá
hạn sử dụng, sản
phẩm bò trả lại

Hình 1: Giản đồ dây chuyền chế biến thủy sản thông dụng

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

3


Công nghệ chế biến thủy hải sản và tính chất dòng nước thải
Trên đây là giản đồ mô tả dây chuyền chế biến thuỷ hải sản. Dây chuyền chế
biến trên thực tế sẽ thay đổi đôi chút vì còn phụ thuộc loại sản phẩm, cách chế
biến…Tuy nhiên giản đồ này cho ta cái nhìn bao quát về một dây chuyền chế biến
thuỷ hải sản thông dụng và thường gặp nhất.
Khâu xử lý nước thải ngày càng tốn kém do yêu cầu xử lý chất thải đặt ra ngày
một nghiêm ngặt. Thêm vào đó những vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm, nguyên liệu
tái chế, giá cả thò trường, năng suất, cạnh tranh gắt gao cũng đặt nhiều áp lực lên vai
nền công nghiệp chế biến thuỷ hải sản, làm sao để có môi trường sản xuất và cách
thức kinh doanh tốt.
Hầu như quá trình chế biến thuỷ hải sản nào cũng đòi hỏi tiêu chuẩn cao về nước
và công cụ tẩy rửa. Vì thế lượng nước dùng cho một khối sản phẩm thiếu hụt mau
chóng khi lượng sản phẩm tăng lên. Những nguồn nước thải chủ yếu:


Nhập kho và vận chuyển



Làm sạch



Đông lạnh và xả đá



Chế biến nước mắm



Dụng cụ xòt



Làm lạnh



Tẩy rửa thiết bò và sàn nhà.

Các chất hữu cơ có trong nước thải hầu như đều bắt nguồn từ khâu làm cá. Thí dụ
như máu cá, ruột cá... Mức độ và hàm lượng nước thải trong mỗi khu vực sản xuất
khác nhau, tùy thuộc vào loại sản phẩm, cách chế biến sản phẩm đó.
Nước dùng để làm cá vốn dó đã phải đạt được yêu cầu cao về vệ sinh. Các
nghiên cứu cho thấy nước được dùng rộng rãi trong nhiều khu vực, từ 5 đến 30 lít
nước cho một kilô-gram sản phẩm. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lượng nước
dùng. Như cách chế biến, đánh vảy và làm cá, thể loại sản phẩm và lượng nước dùng
tối thiểu trong khu vực (Môi trường sản xuất ở Canada, 1994). Tính tổng lượng nước
dùng để làm sạch cá so ra quá bé nhỏ so với lượng nước tính trên một kilô-gram sản
phẩm. Giai đoạn xả đá không thôi cũng đã tiêu tốn hơn 50% tổng lượng nước dùng.
Phỏng chừng lượng nước dùng khoảng 5 đến 10 lít cho một kilô -gram sản phẩm tiêu
biểu trên một dây chuyền chế biến rộng rãi với thiết bò tự động hay tự động hoá thì
khi nào cũng cần bổ sung thêm lượng nước.
SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

4


Công nghệ chế biến thủy hải sản và tính chất dòng nước thải
Nước thải ra từ khâu làm sạch cá, tôm, cua… có thể có chứa nhiều BOD, bao gồm
dầu mỡ và nitrogen. Tài liệu nghiên cứu quá trình chế biến thuỷ hải sản cho thấy,
lượng BOD là 166 kg trên một tấn sản phẩm (Môi trường sản xuất ở Canada, 1994).
Trong khi đó nếu chỉ lấy thòt cá phi-lê, lượng BOD tính ra chỉ khoảng 12 đến 35 kg cho
một tấn sản phẩm (UNEP,1998). BOD sinh ra từ khâu làm cá và nitrogen bắt nguồn
chủ yếu từ máu cá trong dòng nước thải (Môi trường sản xuất ở Canada, 1994).
Một số số liệu về tính chất nước thải ngành chế biến thủy sản như sau:
Bảng 1: Thành phần và tính chất nước thải các nhà máy chế biến hải sản ở Bà
Ròa_Vũng Tàu

Chỉ tiêu

Mức độ

– Lưu lượng

30 – 50 m3/tấn SP

– BOD5

1000 – 2000 mg/l

– Tổng chất rắn lơ lửng

1500 – 2000 mg/l

– Tổng Nitơ

75 – 230 mg/l

– Tổng Phốtpho

3 – 10 mg/l

– pH

6,6 – 7,9

Bảng 2: Thành phần và tính chất nước thải xí nghiệp đông lạnh Cầu Tre

Chỉ tiêu

Mẫu 1

Mẫu 2

Mẫu 3

Mẫu 4

– pH

5.28

6.62

6.23

7.29

– Độ kiềm, mg/l CaCO3

36

80

76

76

– Độ acid, mg/l CaCO3

78

28

44

22

– SO42-, mg/l

23

13

14

14

– PO43-, mg/l

0.25

0.06

0.57

0.39

– SS, mg/l

350

96

321

286

– N- amonia, mg/

12.66

21.52

28.5

15.83

– N- NO3-, mg/l

0.04

0.04

0.03

0.02

– N- hữu cơ, mg/l

94.95

69.63

107.61

85.46

– Cl-, mg/l

4060

3212

1592

1580

– Độ màu, Pt-Co

867

337

969

422

– Độ đục, FTU

389

216

245

120

_ COD, mg/l

1110

1442

1573

986

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

5


Công nghệ chế biến thủy hải sản và tính chất dòng nước thải
Ghi chú:
Mẫu 1: Nước thải phân xưởng hải sản đông lạnh (cống chung 1).
Mẫu 2: Nước thải xả chung.
Mẫu 3: Nước thải phân xưởng hải sản đông lạnh (cống chung 2).
Mẫu 4: Cống xả phân xưởng hải sản đông lạnh.
Tùy theo đặc tính của nguyên liệu sử dụng, tùy công nghệ chế biến, tùy theo loại
mặt hàng mà nước thải có tính chất khác nhau. Tuy nhiên sự sai khác này là không
lớn, các chỉ tiêu thường dao động như sau:
– COD: 16002300 mg/l
– BOD5: 12001800 mg/l
– Hàm lượng Nitơ rất cao (50120 mg/l) chứng tỏ mức độ ô nhiễm chất dinh
dưỡng rất cao.
– Trong nước thường chứa các vụn thủy sản rất dễ lắng, SS> 200 mg/l.
– Nước thải chứa chủ yếu là chất thải hữu cơ với phần lớn là protein và chất béo,
chất béo rất khó phân hủy bởi vi sinh vật, các chất hữu cơ khác khi bò phân hủy tạo ra
các sản phẩm trung gian của sự phân hủy các acid béo không bão hòa tạo mùi rất khó
chòu và đặc trưng, làm ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng sức khỏe công nhân
trực tiếp làm việc.
Nói tóm lại, nước thải ngành chế biến thủy sản vượt quá nhiều lần so với quy
đònh cho phép xả vào nguồn loại B của quốc gia, lưu lượng nước thải trên một đơn vò

sản phẩm cũng rất lớn, do đó cần có những biện pháp khắc phục để ngăn ngừa các
ảnh hưởng xấu do ô nhiễm.
Chúng ta biết rằng, một lượng nước lớn sẽ làm liên kết các chất hữu cơ một cách
mạnh mẽ. Vì vậy giảm lượng nước dùng đến mức tối đa có thể làm giảm lượng BOD
trong nước thải. Một dây chuyền chế biến thuỷ hải sản ở Canada cho biết họ đã lắp
ghép dây chuyền lấy ruột cá salmon với thiết bò “hút bụi”. Kết quả là làm giảm lượng
nước dùng hiệu quả đến 90% - 95%. Từ 28 đến 75 lít nước cho một kilô-gram sản
phẩm nay chỉ cần khoảng 3.5 lít nước (Môi trường sản xuất ở Canada, 1994). Tuy
nhiên những thiết bò này tiêu tốn khá nhiều điện năng (UNEP,1998).

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

6


Công nghệ chế biến thủy hải sản và tính chất dòng nước thải
Giảm lượng nước thải cũng có nghóa là giảm lượng hữu cơ, với chiến lược tiêu
biểu là giảm sự liên kết giữa sản phẩm với những dòng nước mạnh, tốt hơn cả là tách
riêng chúng ra.
Một phần khác về giảm lượng nước dùng đến mức tối đa đó là hệ thống sấy hiện
thời. Nước được dùng trong khâu sấy cuối cùng và sau đó được tái sử dụng cho giai
đoạn làm cá, kỹ thuật vận chuyển khô và phơi khô trước khi làm sạch cá (Môi trường
Sản Xuất ở Canada, 1994). Những kỹ thuật đều chứng tỏ lượng nước và chất thải có
giảm đi.
Trong tình hình nước ta hiện nay, những cách thức tương tự như trên khó có điều
kiện áp dụng. Do đó, trước mắt vẫn theo phương thức truyền thống là xử lý cuối đường
ống, xử lý nguồn nước thải ra sau quá trình sản xuất.
Phần tiếp sau trình bày một phương án xử lý nước thải ngành chế biến thủy hải
sản bằng vi sinh vật, trong đó quá trình xử lý kỵ khí trong bể UASB đóng vai trò chủ
chốt để giảm lượng ô nhiễm hữu cơ một cách đáng kể, tạo điều kiện hoạt động tốt cho

bể sục khí hiếu khí trong bể Aerotank tiếp theo sau đó nhằm đảm bảo nước thải đầu ra
đạt tiêu chuẩn.

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

7


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản
III- CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KỴ KHÍ CHO NƯỚC THẢI NGÀNH CHẾ
BIẾN THỦY SẢN
III.1- Nguyên lý của phương pháp xử lý kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chấ t hữu cơ có
trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CH 4
và CO2 (trường hợp nước thải không chứa NO3- và SO42-). Cơ chế của quá trình này
đến nay vẫn chưa được biết đến một cách đầy đủ và chính xác nhưng cách chung, quá
trình phân hủy có thể được chia ra các giai đoạn như sau:

VẬT CHẤT

GIAI ĐOẠN

LOẠI VI KHUẨN

VẬT CHẤT HƯU CƠ
PROTEINS

HYDROCARBON

LIPIDS

Thủy phân
ACID AMIN / ĐƯỜNG

Vi khuẩn lipolytic,
proteolytic và cellulytic
Vi khuẩn lên men

Acid hóa
ACID BÉO

Acetic hóa

Vi khuẩn tạo khí H2
ACETATE / H2

Methane hóa

Vi khuẩn methane hóa
CH4 / CO2

Hình 2: Sơ đồ chuyển hóa vật chất trong điều kiện kỵ khí

Ở 3 giai đoạn đầu, COD của dung dòch hầu như không thay đổi, nó chỉ giảm trong
giai đoạn methane hóa. Sinh khối mới được tạo thành liên tục trong tất cả các giai
đoạn.
Trong một hệ thống vận hành tốt, các giai đoạn này diễn ra đồng thời và không
có sự tích lũy quá mức các sản phẩm trung gian. Nếu có một sự thay đổi bất ngờ nào
đó xảy ra, các giai đoạn có thể mất cân bằng. Pha methane hóa rất nhạy cảm với sự
thay đổi của pH hay nồng độ acid béo cao. Do đó, khi vận hành hệ thống, cần chú ý

phòng ngừa những thay đổi bất ngờ, cả pH lẫn sự quá tải.

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

8


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản
III.2- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí
Để duy trì sự ổn đònh của quá trình xử lý kỵ khí, phải duy trì được trạng thái cân
bằng động của quá trình theo 4 pha đã nêu trên. Muốn vậy trong bể xử lý phải đảm
bảo các yếu tố sau:
a) Nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình, cần duy trì trong khoảng
30÷350C. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình này là 35 0C.
b) pH
pH tối ưu cho quá trình dao động trong phạm vi rất hẹp, từ 6,5 đến 7,5. Sự sai
lệch khỏi khoảng này đều không tốt cho pha methane hóa.
c) Chất dinh dưỡng
Cần đủ chất dinh dưỡng theo tỷ lệ COD:N:P = (400÷1000):7:1 để vi sinh vật phát
triển tốt, nếu thiếu thì bổ sung thêm. Trong nước thải sinh hoạt thường có chứa các
chất dinh dưỡng này nên khi kết hợp xử lý nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt
thì không cần bổ sung thêm các nguyên tố dinh dưỡng.
d) Độ kiềm
Độ kiềm tối ưu cần duy trì trong bể là 1500÷3000 mg CaCO3/l để tạo khả năng
đệm tốt cho dung dòch, ngăn cản sự giảm pH dưới mức trung tính.
e) Muối (Na+, K+, Ca2+)
Pha methane hóa và acid hóa lipid đều bò ức chế khi độ mặn vượt quá 0,2 M
NaCl. Sự thủy phân protein trong cá cũng bò ức chế ở mức 20 g/l NaCl.
IC50 = 47007600 mg/l.

f) Lipid
Đây là các hợp chất rất khó bò phân hủy bởi vi sinh vật. Nó tạo màng trên VSV
làm giảm sự hấp thụ các chất vào bên trong. Ngoài ra còn kéo bùn nổi lên bề mặt,
giảm hiệu quả của quá trình chuyển đổi methane.
Đối với LCFA, IC50 = 500÷1250 mg/l.
g) Kim loại nặng
Một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn…) rất độc, đặc biệt là khi chúng tồn tại ở dạng
hòa tan. IC50 = 10÷75 mg Cu2+ tan/l. Trong hệ thống xử lý kỵ khí, kim loại nặng
thường được loại bỏ nhờ kết tủa cùng với carbonate và sulfide.

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

9


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản
Ngoài ra cần đảm bảo không chứa các hóa chất độc, không có hàm lượng quá
mức các hợp chất hữu cơ khác.

III.3- So sánh giữa xử lý kỵ khí và xử lý hiếu khí
Phương pháp xử lý kỵ khí nước thải khi so sánh với phương pháp xử lý hiếu khí
có các ưu điểm nổi bật như:
- Không hoặc rất ít tiêu tốn năng lượng cho quá trình vận hành.
- Sản phẩm cuối cùng là khí sinh học, chứa nhiều năng lượng nên có thể thu giữ
lại dùng cho việc gia nhiệt cho hệ thống và nhiều mục đích khác. Khả năng
sinh nhiệt của CH4 là 25 MJ/kg.
- Sinh ra rất ít bùn, đònh kỳ 35÷100 ngày mới phải xả bùn.
- Bùn cặn sinh ra ở dạng đặc, ổn đònh nên không cần xử lý thêm, được chứa đựng
dễ dàng hay có thể đưa trực tiếp đến thiết bò làm khô.
- Tải trọng xử lý rất cao (1000÷100 000 kg COD/m 3.ngày).

- Chiếm diện tích xây dựng nhỏ hơn rất nhiều.
- Không cần quá nhiều các thiết bò, công trình đi kèm như trong xử lý hiếu khí do
đó chi phí đầu tư , chi phí vận hành thấp hơn.
- Có thể thu hồi các sản phẩm có ích như NH3 và sulphur thông qua xử lý thứ cấp.
Bên cạnh đó cũng có một số hạn chế sau:
- Cần phải xư lý sơ bộ.
- Rất nhạy cảm với các hợp chất gây ức chế.
- Thời gian vận hành khởi động dài (3÷4 tháng).
- Trong một số trường hợp cần xử lý thứ cấp để giảm sự sinh mùi.
Tuy nhiên những mặt hạn chế này dễ khắc phục. Xử lý sơ bộ tốt sẽ đảm bảo
được môi trường sinh trưởng thuận lợi cho vi sinh vật kỵ khí. Nếu cấy vi khuẩn tạo
acid và vi khuẩn tạo methane trước (phân trâu bò tươi) với nồng độ thích hợp và vận
hành với chế độ thủy lực 1/2 công suất thiết kế thì thời gian khởi động có thể rút
ngắn xuống từ 2-3 tuần.

III.4- So sánh giữa UASB và các công nghệ xử lý kỵ khí khác
Trong phương pháp xử lý kỵ khí có các công nghệ như: hồ sinh học kỵ khí, lọc
sinh học kỵ khí, bể với lớp vật liệu trương nở, bể với lớp bùn lơ lửng dòng hướng lên
UASB... đều đạt hiệu quả khá cao. Mỗi thiết bò có những ưu- nhược riêng của nó.
SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

10


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản
Bảng 3: So sánh giữa các phương pháp xử lý kỵ khí

Quá trình
Hồ kỵ khí

Thuận lợi
Rẻ.

Bất lợi
Cần có một diện tích rất lớn.

Hầu như không đòi hỏi quản lý Gây mùi thối rất khó chòu.
thường xuyên, bảo trì, vận hành Không thu hồi được khí sinh
đơn giản.
Phân

học sinh ra.

hủy Thích hợp nước thải có hàm Tải trọng thấp.

kỵ khí xáo lượng SS cao.

Thể tích thiết bò lớn để đạt

trộn hoàn Đảm bảo tính chất nước thải SRT cần thiết.
(vật chất, pH, nhiệt độ) đồng Sự xáo trộn trở nên khó khi

toàn

đều trong thiết bò.
Tiếp

hàm lượng SS quá lớn.

xúc Thích hợp với nước thải có hàm Tải trọng trung bình.

kỵ khí

lượng SS từ trung bình đến cao.

Vận hành tương đối phức
tạp.

Lọc kỵ khí

Vận hành tương đối đơn giản.

Không phù hợp với loại nước

Phù hợp cho các loại nước thải thải có hàm lượng SS cao.
có hàm lượng COD từ thấp đến Dễ bò bít kín.
cao.
UASB

Vận hành đơn giản.

Không phù hợp với loại nước

Phù hợp cho các loại nước thải thải có hàm lượng SS cao.
có hàm lượng COD từ thấp đến
cao.
Có thể đạt được tải trọng rất
cao.
Những năm gần đây UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ khác do
nguyên lý quá trình được xem là thuận tiện và đơn giản nhất, những hạn chế trong quá

trình vận hành UASB có thể dễ dàng khắc phục bằng các phương pháp xử lý sơ bộ.
Tính kinh tế cũng là một ưu điểm của UASB.

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

11


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản
III.5- Lựa chọn công nghệ xử lý cho bài toán đặt ra
a) Lựa chọn quy trình công nghệ
Có nhiều phương án để xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản đã được đề xuất
trong thực tế. Tuy nhiên, dựa trên những phân tích, đánh giá trên, tôi đề xuất quy trình
xử lý như sau:

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

12


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản

Nước thải
SCR 16 mm

Nước tách bùn

Bể gom
LCR 5 mm
LCR 1 mm

Sục khí

Nước hòa
khí cao áp

Bể điều hòa

Bể tuyển nổi

Cặn

Bể mêtan

Váng nổi

Bùn đã phân hủy
Bể UASB

Sục khí

Bể Aerotank

Bể lắng

Chlorinde

Bùn đã
phân hủy
Bùn tuần

hoàn

Bùn

Bể
chứa
bùn

Bể nén bùn
Bùn
đặc
Máy lọc ép
băng tải

Máng trộn
Bùn khô
Nguồn tiếp nhận

dạng bánh

Hình 3 : Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

13


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản
Thuyết minh quy trình công nghệ
Nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt từ các nguồn của nhà máy thông qua

mạng lưới thoát nước đến song chắn rác kích thước lớn để loại bỏ các tạp chất thô rồi
vào bể gom. Sau đó nước thải được bơm lên ngăn tiếp nhận của bể điều hòa. Tại đây
đặt lần lượt hai lưới chắn rác với kích thước 5mm rồi đến 1mm để tiếp tục loại bỏ các
chất rắn kích thước nhỏ hơn. Nước thải vào bể điều hòa và nhờ các dòng khí nén sục
dưới đáy mà nó được hòa trộn đều để có tính chất đồng nhất. Tiếp đó, nước từ bể điều
hòa một phần được đưa trực tiếp vào bể tuyển nổi, một phần qua bình tạo áp rồi cũng
đưa vào bể tuyển nổi. Trong bể tuyển nổi, một số chất lắng xuống đáy, một số chất
theo dòng khí cao áp nổi lên bề mặt. Nước thải được bơm từ bể tuyển nổi qua bể
UASB để thực hiện quá trình phân hủy sinh học kỵ khí.
Nước vào bể UASB theo kiểu đi từ dưới lên xuyên qua lớp bùn lơ lửng và phân
hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí. Sau khi ra khỏi bể UASB, nước đã giảm
một lượng COD đáng kể và được đưa qua công trình xử lý hiếu khí_ bể Aerotank_ để
tiếp tục phân hủy phần chất hữu cơ còn lại. Tại đây nước thải được trộn đều với bùn
hoạt tính và nhờ oxy không khí do máy thổi khí cung cấp, vi sinh vật hiếu khí có trong
bùn phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải.
Nước thải có chứa bùn hoạt tính được dẫn sang bể lắng đợt 2 để tách bùn. Phần
nước trong cho vào máng trộn thủy lực có cung cấp Clorua vôi để khử trùng nước thải.
Nước thải sau khi ra khỏi hệ thống đạt tiêu chuẩn loại thải B và xả ra nguồn tiếp nhận.
Cặn nặng và váng thu được trong bể tuyển nổi đưa vào bể phân hủy bùn kỵ khí
(bể mêtan).
Một phần bùn hoạt tính từ bể lắng đợt 2 được tuần hoàn trở lại bể Aerotank.
Phần còn lại cùng với bùn từ bể phân hủy kỵ khí và phần bùn trong bể UASB đònh kỳ
4-6 tuần xả 1 lần được đưa vào bể nén bùn. Nước tách bùn đưa trở lại bể gom, lượng
bùn đặc, ổn đònh đưa đến máy ép bùn, ép thành bánh và được vận chuyển đến nơi
khác làm phân bón cho cây trồng hoặc dùng để san lấp...
Lượng khí sinh học sinh ra trong bể phân hủy bùn yếm khí cùng với lượng khí
sinh ra từ bể UASB được đưa về làm nhiên liệu cho nhà bếp nhà máy.
b) Vai trò của các công trình đơn vò
Song chắn rác và lưới chắn rác

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

14


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản
Song chắn rác với kích thước lớn, khe hở giữa hai song liền nhau là 16mm có tác
dụng giữ lại các chất rắn thô kích thước lớn hơn 16mm như vỏ tôm, vây cá, đuôi cá…
có trong nước thải nhằm tránh tắt nghẹt đường ống, mương dẫn hay hư hỏng bơm. Sau
đó, lượng rác này được gom bằng thủ công. Rác được tập trung lại, đưa đến bãi rác
hoặc làm thức ăn gia súc.
Lưới chắn rác 5mm và 1mm tiếp tục giữ lại các chất rắn có kích thước lớn hơn
1mm không bò giữ lại bởi song chắn rác như đầu mực, râu mực, những mảnh thòt vụn,
vảy cá… Những chất này có hàm lượng hữu cơ khá cao, chứa một lượng đạm không
nhỏ do đó có thể thu gom lại để làm thức ăn gia súc.
Bể gom
Bể gom, đặt chìm dưới mặt đất, có tác dụng tập trung, thu gom nước thải từ các
nguồn trong nhà máy để tiếp chuyển lên bể điều hòa nhờ bơm.
Bể điều hòa
Do tính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất, phụ thuộc vào loại nước
thải theo từng công đoạn, từng loại sản phẩm nên bể điều hòa có nhiệm vụ là điều
hòa, ổn đònh lưu lượng và nồng độ nước thải, duy trì dòng vào gần như không đổi cho
các công trình đơn vò sau. Nhờ đó mà giảm kích thước thiết bò và khắc phục được
những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng hay quá tải, nâng cao hiệu suất của
các quá trình sau.
Bể tuyển nổi
Trong trường hợp này bể tuyển nổi có chức năng loại bỏ các chất lơ lửng nặng
nhờ chức năng lắng của bể, khử hoàn toàn các hạt dầu mỡ nhỏ tan trong nước và các
chất lơ lửng lắng chậm khác nhờ dòng khí cao áp kéo lên bề mặt. Nhờ vậy mà quá
trình phân hủy kỵ khí trong UASB được thực hiện tốt hơn.

Bể UASB
Đây là bể có chức năng chính yếu trong dây chuyên xử lý nước thải. Nước thải đi
từ dưới lên xuyên qua lớp bùn lơ lửng và quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ
xảy ra mạnh mẽ. Điều kiện tối ưu cho quá trình được đảm bảo nhờ các công trình đơn
vò trước đó nên nước thu được từ bể UASB giảm được một lượng COD, BOD đáng kể,
thuận tiện cho công trình xử lý hiếu khí tiếp theo.
Bể Aerotank

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

15


Công nghệ xử lý kỵ khí cho nước thải ngành chế biến thủy sản
Nước thải sau khi qua quá trình xử lý sinh học kỵ khí trong UASB đã giảm hàm
lượng lớn các chất hữu cơ nên được dẫn đến bể Aerotank. Trong bể Aerotank các vi
sinh vật hiếu khí tiêu thụ các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải để tăng
trưởng. Vi sinh vật phát triển thành quần thể dạng bông bùn dễ lắng gọi là bùn hoạt
tính. Hỗn hợp nước và bùn hoạt tính được dẫn sang bể lắng đợt 2.
Bể lắng đợt 2
Nhiệm vụ của bể lắng đợt 2 là lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải, phần
nước trong đưa qua máng trộn. Lượng bùn lắng một phần tuần hoàn trở lại bể
Aerotank, phần còn lại đưa vào bể phân hủy bùn kỵ khí.
Máng trộn
Với nhiệm vụ xáo trộn, khuếch tán đều hóa chất khử trùng vào trong nước thải,
máng trộn được xây dựng theo kiểu vách ngăn, khuấy trộn bằng thủy lực. Đây là công
trình dùng để nước thải và clorua vôi có đủ thời gian để tiếp xúc 30 phút nhằm tiêu
diệt hiệu quả các loại vi trùng gây bệnh trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.
Bể phân hủy bùn yếm khí (bể mêtan)
Bể có tác dụng ổn đònh bùn, giảm khả năng lên men của bùn, giảm khối lượng

hỗn hợp bùn cặn. Sự phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí sinh ra khí sinh
học với thành phần chủ yếu là methane. Bùn sau khi ổn đònh có thành phần dinh
dưỡng rất tốt cho cây trồng nên có thể dùng để làm phân bón hoặc hút xả bỏ. Nước
tách bùn dẫn trở lại bể gom.
Bể nén bùn
Độ ẩm của các loại bùn sinh ra rất cao ( 95%). Do đó bể nén bùn có chức năng
làm tăng nồng độ bùn, loại bỏ một phần nước ra khỏi hỗn hợp nhờ hệ thanh dọc khuấy
nhẹ khối bùn, nước trào lên trên làm cho cặn đặc hơn. Từ đó mà khối lượng bùn phải
vận chuyển hay công suất yêu cầu của máy lọc ép băng tải sau đó được giảm đi.
Máy lọc ép băng tải
Máy lọc ép băng tải làm việc theo nguyên tắc lọc trọng lực một lần nữa làm
giảm độ ẩm của bùn, để nồng độ bùn đạt đến 15 – 25%. Bùn ra khỏi máy lọc ép băng
tải có dạng bánh, dễ dàng vận chuyển đi nơi khác, phù hợp cho san lấp, bón phân,
không gây ô nhiễm môi trường.

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

16


Tính toán thiết kế bể UASB
IV- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỂ UASB
Hỗn hợp nước thải sau khi đi qua các công trình xử lý sơ bộ để đến bể UASB đạt
được các tính chất sau:
pH = 7.5

Tổng N = 30 mg/l

COD = 1500 mg/l

Tổng P = 4 mg/l

BOD5 = 1200 mg/l

Q = 300 m3/ngày = 12,5 m3/h

SS = 300 mg/l

Độ kiềm = 2000 mg/l CaCO3

Hàm lượng các chất khác không đáng kể.
Yêu cầu nước thải trước khi vào công trình xử lý hiếu khí tiếp theo chỉ tiêu COD
cần đạt là 450 mg/l.

IV.1- Kích thước bể


Hiệu suất xử lý của UASB:
E



(1500  450) mg / l
 70%
1500mg / l

Lượng COD cần khử trong 1 ngày:
G = (1500 – 450) mg/l300 m3/ngày103 l/m310-6 kg/mg
= 315 kg COD/ngày



Tải trọng khử COD:
Chọn L = 5 kg COD/m3.ngày



Dung tích xử lý yếm khí cần:
V



G 315 kg COD / ngày

 63 m 3
3
L 5 kg COD / m .ngày

Tốc độ nước đi lên trong bể: v = 0,6  0,9 m/h để đảm bảo bùn trong bể được duy

trì ở trạng thái lơ lửng. [1]
Chọn v = 0,9 m/h.


Diện tích bề mặt bể:
F

Q
300 m3 / ngày


 13,88 m2
v 0,9 m/h  24 h/ ngày

Chọn bể có tiết diện hình vuông.
Vậy kích thước tiết diện bể: a  a = 3,8 m  3,8 m

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

17


Tính toán thiết kế bể UASB


Chiều cao phần xử lý yếm khí:
H1 

V
63 m 3

 4,36 m  4,4 m
F (3,8  3,8) m 2

Chọn chiều cao phần lắng H2 = 1,3 m (H2 > 1 m)
Chọn chiều cao bảo vệ H3 = 0,3 m
 Chiều cao tổng thể của bể Hbể
Hbể = H1  H2  H3 = 4,4 m  1,3 m  0,3 m = 6,0 m


Trong bể thiết kế một ngăn lắng.

Tấm chắn khí đặt nghiêng một góc  (với  = 450÷ 600)
Chọn  = 500
Gọi Hlắng: chiều cao toàn bộ ngăn lắng.
tg500 =

H lắng  H 3
a
2

 Hlắng =
Kiểm tra:



H lắng  H 3
H bể

 30%

2 m  0,3 m
 38% > 30% (Thỏa yêu cầu)
6m

Thời gian lưu nước trong ngăn lắng (tlắng  1h)
tlắng=



a
tg500 – H3 = 2,3 m – 0,3 m = 2 m

2

Vlắng
Q

=

0,5  a 2  H lắng
Q

=

0,5  3,8 2 m 2  2 m
 1,16 h > 1 h (Thỏa yêu cầu)
12,5 m 3 / h

Thời gian lưu nước trong bể (HRT = 4÷12 h)
HRT =

a 2  ( H bể  H 3 )
3,8 2 m 2  (6  0,3) m
=
 6,58 h (Thỏa yêu cầu)
Q
12,5 m 3 / h

IV.2- Tấm chắn khí và tấm hướng dòng
Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí: b


Vận tốc nước qua khe vào ngăn lắng (vqua khe = 9÷10 m/h). [1]
Chọn vqua khe = 10 m/h
Ta có: vqua khe =

Q
12,5 m 3 / h
=
=10 m/h
 S khe 2 khe  3,8 m  b m

 b = 0,16 m = 160 mm
SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

18


Tính toán thiết kế bể UASB


Tấm chắn khí: Gồm 4 tấm inox dày 3mm, 2 tấm trên và 2 tấm dưới đặt đối xứng

với nhau nên chỉ cần tính cho một bên. (Xem hình 4).

Hình 4: Nguyên lý thiết kế UASB

Tấm chắn khí dưới
Dài = a = 3,8 m
Rộng =

(H lắng  H 3 )  (H 2  H 3 )

sin50

0

=

H lắng  H 2
sin50

0

=

2m  1,3m
=0,91 m
sin500

 Chọn rộng = 0,9 m
SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

19


Tính toán thiết kế bể UASB
Tấm chắn khí trên
Đoạn xếp mí của 2 tấm chắn khí lấy bằng 0,3 m.
Dài = a = 3,8 m
Rộng = 0,3m +

H2  H3

1,3m  0,3m
= 0,3m +
=2,39 m
0
sin 500
sin50

 Chọn rộng = 2,4 m


Tấm hướng dòng: Là một tấm inox dày 3mm được chấn dọc ở giữa và lắp đặt

theo hình 3.
Dài = a = 3,8 m
Rộng = 0,4 m (chọn) cho mỗi bên.
Góc tạo bởi 2 bản  = 1200

IV.3- Máng thu nước


Máng bê tông
Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng. Vận tốc

nước chảy trong máng: 0,60,7 m/s [4].
Chọn Vmáng = 0,6 m/s
Diện tích mặt cắt ướt của máng:
Q
(12,5 / 3600) m3 / s

A=

= 5,8.10-3 m2 = 100 mm  58 mm
Vmáng
0,6 m / s

 Chọn chiều ngang máng 100 mm
chiều cao máng 100 mm.
Máng bêtông cốt thép dày 65 mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không
gỉ, được đặt dọc bể, giữa các tấm chắn khí. Máng có độ dốc 1% để nước chảy dễ dàng
về phần cuối máng. Tại đây có đặt ống thu nước 90 bằng nhựa PVC cứng để dẫn
nước sang bể Aerotank.


Máng răng cưa:
Máng răng cưa được thiết kế có 4 khe/m dài, khe tạo góc 900 với các thông số

thể hiện trên hình 5 như sau:

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

20


Tính toán thiết kế bể UASB

Hình 5: Máng răng cưa

Như vậy mỗi bên thành máng, với chiều dài là 3,8m có 15 khe. Tổng số khe dọc
theo máng bê tông là 15 × 2 = 30 khe.
Lưu lượng nước chảy qua mỗi khe:
Qkhe =

12,5m3 / h
Q
=
=0,0116.10-3 m3/s.khe
Số khe 3600s / h  30khe

Ta có:Qkhe =

5
5
8

Cd  2g  H 2  tg  1,42 H 2 = 0,0116.10-3 m3/s
15
2

Với Cd: hệ số lưu lượng, Cd = 0,6
g: gia tốc trọng trường (m/s2)
: góc của khía chữ V,  = 900
H: mực nước qua khe (m)
 H = 0,023 m = 23 mm < 50 mm chiều sâu của khe
 Đạt yêu cầu.
Tải trọng thu nước trên 1 m dài mép máng:

12,5m3 / h
q=
=0,457.10-3 m3/s.m
3600s/ h  3,8m  2

IV.4- Thu khí
Lượng khí sinh ra: 0,5 m3/ kg CODloại bỏ [8]
Qkhí = 0,5 m3/ kg CODloại bỏ  315 kg CODloại bỏ /ngày
= 157,5 m3/ ngày = 6,5625 m3/ h

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

21


Tính toán thiết kế bể UASB
Lượng khí CH4 sinh ra: 0,35 m3 CH4/ kg CODloại bỏ [8]
QCH4 = 0,35 m3 CH4/ kg CODloại bỏ  315 kg CODloại bỏ /ngày
= 110,25 m3/ ngày
Hệ thống thu khí gồm 2 ống đặt đối xứng 2 phía của bể. Vận tốc khí trong ống
dẫn không hạn chế, đường kính ống thu khí cần đảm bảo cho khí thoát ra được dễ
dàng. [9]
 Chọn ống inox có þ60 (þtrong50) để làm ống thu khí.
Kiểm tra vận tốc khí:
Vkhí =

Q khí (6,5625/(2  3600)) m3 / s (6,5625/(2  3600)) m 3 / s
=
=
= 0,46 m/s (Chấp
S
(2 / 4) m2
((50.103 ) 2 / 4) m 2

nhận được).

Ngoài ra, vì hơi khí tách ra không đồng đều theo thời gian nên trong mạng lưới
dẫn gas cần đặt các bình gas để điều chỉnh lưu lượng và áp lực trong mạng. Việc này
đồng thời cũng khống chế được diện tích mặt phân pha khí và lỏng. Diện tích này cần
lớn để khí dễ dàng tách ra bay lên.

IV.5- Lấy mẫu
Để biết được sự hoạt động bên trong bể, dọc theo chiều cao bể ta đặt các van lấy
mẫu. Với các mẫu thu được ở cùng một van, ta có thể ước đoán lượng bùn ở độ cao đặt
van đó. Sự ước đoán này rất cần thiết khi muốn biết tải trọng thực sự của bùn và thời
gian lưu bùn hiện trong bể là bao nhiêu, từ đó mà có sự điều chỉnh thích hợp.
Trong điều kiện ổn đònh, tải trọng của bùn gần như không đổi, do đó mật độ bùn
tăng lên đều đặn. Nhưng ngay trong những trường hợp đó, việc lấy mẫu vẫn được đề
nghò thực hiện đều đặn.
Khi mở van, cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được bùn gần
giống trong bể vì nếu mở lớn quá thì nước sẽ thoát ra nhiều hơn. Thông thường lấy
50÷150 ml mẫu vào 2 lần cách nhau ít nhất 1h.
Bể cao 6m, do đó dọc theo chiều cao bể đặt 5 van lấy mẫu, các van đặt cách
nhau 1m. Van dưới cùng đặt cách đáy 1m. Xem hình 3.
Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng 27.

SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC QUỲNH

22