Thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến sữa

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, các mặt hàng sữa đang phát triển mạnh mẽ với nhiều
công ty, nhà máy được xây dựng ở hầu hết khắp các tỉnh thành trên nước Việt Nam. Các
sản phẩm sữa được bày bán ở khắp nơi với nhiều nguồn gốc, xuất xứ và nhãn mác, mẫu
mã sản phẩm khác nhau để đáp ứng nhu cẩu của người tiêu dùng. Ngành công nghiệp sữa
càng phát triển thì lượng nước thải thải ra ngoài môi trường cũng ngày một nhiều làm ảnh
hưởng tới môi trường xung quanh, tới sức khỏe con người và hệ sinh thái.
Nước thải chế biến sữa thường phát sinh trong quá trình sản xuất sữa tươi, từ các
sản phẩm hỏng trong quá trình sản xuất hay các mặt hàng sữa đã quá thời gian sử dụng.
Nước thải sữa phát sinh trong quá trình vệ sinh thiết bị nhà xưởng, thiết bị sản xuất và
trong quá trình sinh hoạt của công nhân viên trong nhà máy. Thành phần ô nhiễm chính
trong nước thải ngành sữa là các chất hữu cơ hòa tan (BOD và COD cao), SS, chất béo.
Ngoài ra, trong nước thải sản xuất sữa còn chứa hàm lượng nitrogen, photphorus,
coliform và một số chất độc hại như sắt, chất tẩy rửa, chất khử trùng,...Nếu không xử lý
tốt trước khi thải ra ngoài môi trường thì sẽ gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận, dẫn tới sức
khỏe con người bị ảnh hưởng. Vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm nguồn
nước thải, thiết kế hệ thống xử lý nước thải chế biến sữa là công việc hết sức cần thiết.
Xuất phát từ tình hình thực tế, đồ án công nghệ môi trường: “Thiết kế hệ thống
xử lý nước thải chế biến sữa” với mục đích xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn loại B QCVN
40: 2011/BTNMT trước khi thải ra nguồn tiếp nhận được thực hiện bởi nhóm sinh viên
lớp K49KTM.01 nhằm củng cố kiến thức đã học, tích lũy kiến thức mới đồng thời trau
dồi thêm kỹ năng phục vụ cho quá trình học tập, rèn luyện của bản thân.

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
MỤC LỤC
3.2.3. Song chắn rác
3.2.4. Bể điều hòa

3.2.5. Bể đông keo tụ
3.2.6. Bể UASB
3.2.7. Mương oxi hóa
3.2.8. Bể lắng 2
3.2.9. Bể khử trùng

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Tính chất, thành phần nước thải chế biến sữa...............................................23
Bảng 3.2: Tóm tắt các thông số thiết kế SCR...................................................................30
Bảng 3.3: Các thông số thiết kế bể điều hòa...................................................................34
Bảng
3.4:
Các
thông
số
tụ..................................................................44

thiết

kế

bể

Bảng
3.5:
Thông

số
thiết
UASB................................................................................54
Bảng
3.6:
Các
thông
số
thiết
kế
hóa..............................................................64

đông

keo

kế

bể

mương

oxy

Bảng
3.7:
Thông
số
thiết
2...............................................................................68

kế

bể

lắng

Bảng
3.8:
Thông
số
thiết
trùng.........................................................................70

kế

bể

khử

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất sữa đặc có đường từ sữa tươi ................................3
Hình 2.1: Một số hỉnh ảnh về SCR.....................................................................................6
Hình 2.2: Sơ đồ bể lắng cát.................................................................................................7
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cấp khí nén trong bể điều hoà xáo trộn dùng khí nén............8

Hình 2.4: Thiết bị tách dầu mỡ loại nằm ngang................................................................9
Hình 2.5: Cấu tạo bể UASB..............................................................................................13
Hình
2.6:
Sơ
đồ
hệ
thống
học...................................................................14

thông

khí

sinh

Hình 2.7: Các quá trình trong bể lọc sinh học.................................................................15
Hình
2.8:
Sơ
đồ
hệ
thống
học......................................................................16

tháp

Hình
1.9:
Hệ

thống
lọc
cao..............................................................................16

bậc

lọc

sinh

tốc

độ

Hình 2.10: Hệ thống lọc bậc hai.......................................................................................17
Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo của mương oxy hóa.................................................................19
Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải chế biến sữa................................................24
Hình
3.2:
Cấu
tạo
rác.......................................................................................27
Hình

3.3.

Cánh

khuấy

song

chắn

bể

phản

ứng..................................................................................37
Hình

3.4:

Mặt

cắt

hóa..........................................................................59
GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

ngang

mương

oxi


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Hình

3.5:

Sơ

đồ

cấu

tạo

mương

Oxi

hóa...........................................................................60
Hình

3.6:

Quá

trình

lắng

bùn.......................................................62

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

thứ

cấp

và

tuần

hoàn


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tình hình sản xuất sữa tại Việt Nam và trên thế giới
1.1.1. Tình hình sản xuất sữa trên thế giới
Sữa là nguồn dinh dưỡng có giá trị, phù hợp với mọi lứa tuổi, đặc biệt là trẻ em,
người lớn tuổi và phụ nữ mang thai. Sữa cung cấp nhiều chất bổ dưỡng và năng lượng cần
thiết cho quá trình hoạt động của cơ thể. Nhu cầu của xã hội về sữa và các sản phẩm sữa
ngày càng cao đặc biệt ở các nước đang phát triển và Châu Á. Trong thập kỷ qua việc
buôn bán sữa trên toàn cầu khá ổn định, nhưng kể từ 2006 đã tăng tốc với mức 8% mỗi
năm tính về khối lượng. Sản lượng sữa bò thế giới ước đạt 461,382 triệu tấn, tăng 2,6% so
với năm 2011. Tại nhiều quốc gia trên thế giới sữa dê, sữa cừu …cũng được sử dụng cùng
với sữa bò, với sản lượng năm 2012 vào khoảng 32,320 triệu tấn, chiếm 6,5% tổng khối
lượng sữa tươi thế giới. Lượng sữa tươi này sẽ góp phần tăng sản lượng các sản phẩm
sữa.Sản xuất sữa thế giới 7 tháng đầu năm 2012 tiếp tục tăng trưởng mạnh, đặc biệt là ở
khu vực Châu Á, Châu Úc và Nam Mỹ. Sản xuất sữa thế giới trong năm 2012 được dự
báo sẽ tăng khoảng 2,6% - 2,7% so với năm 2011, chủ yếu là ở Châu Á. Tại Ấn Độ - quốc
gia sản xuất sữa lớn nhất thế giới, mùa vụ 2011/2012 sản lượng sữa được dự báo tăng
thêm 5,2 triệu tấn và ước đạt 127 triệu tấn trong năm 2012. Sản lượng sữa cũng như nhu
cầu tiêu dùng cũng sẽ có xu hướng gia tăng ở một số nước khác ở khu vực châu Á như
Trung Quốc, Pakistan và Thổ Nhĩ Kỳ. Theo OECD - FAO cho đến năm 2020 sản lượng

sữa dự kiến của toàn cầu sẽ tăng ở mức 2% mỗi năm[9].
1.1.2. Tình hình sản xuất sữa tại Việt Nam
Theo báo cáo tháng 12/2012 của Bộ Công thương, chỉ số sản xuất công nghiệp đối
với chế biến sữa và các sản phẩm sữa tăng 40,2% so với tháng bình quân năm gốc 2005;
tăng 5,8% với với tháng 11/2012; tăng 6,6% so với cùng kỳ năm 2011. Hết tháng
12/2012, cả nước sản xuất được 6.400 tấn sữa bột, giảm 11,5% so với tháng 11/2012 và
giảm 4,3% so với cùng kỳ năm 2011. Đến hết tháng 12/2012, cả nước ta sản xuất được
khoảng 75,1 ngàn tấn sữa bột, vượt 7,3% kế hoạch đề ra cho năm 2012 (sản xuất 70 ngàn
tấn sữa bột).

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

6


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Hiện nay thị phần sản xuất sữa trên thị trường Việt Nam của một số công ty lớn
như sau: Vinamilk chiếm 40%, Dutch Lady là 25, Mộc Châu là 10%, IDP là 5%,
Hanoimilk là 5% và các công ty khác 15%[2].
Tính đến hết năm 2014, khu vực các thành phố nhỏ và nông thôn chiếm khoảng
67% dân số cả nước với tiềm năng tiêu thụ sữa cao. Theo ước tính, có khoảng 3,6 triệu
trẻ em dưới 3 tuổi với hơn 2 triệu trẻ em sử dụng sữa bột ở nông thôn. Khu vực này
chiếm tỷ trọng hơn 50% sản lượng tiêu thụ sữa bột cả nước và hiện có hơn 34.000 cửa
hàng có kinh doanh sữa bột. Cùng với việc thu nhập bình quân đầu người đang tăng lên
hàng năm và thói quen tiêu thụ sữa được hình thành, thị trường sữa Việt Nam có tiềm
năng tăng trưởng khá tốt trong tương lai.
Phát triển công nghiệp chế biến sữa tại Việt Nam theo xu hướng tăng dần tỷ lệ sử
dụng nguyên liệu sữa tươi trong nước và giảm dần nguyên liệu sữa bột nhập ngoại. Phát
triển công nghiệp chế biến sữa gắn với các trung tâm tiêu thụ sản phẩm và vùng chăn nuôi
bò sữa tập trung. Các thương hiệu sữa cần có chiến lược phát triển lâu dài trên cơ sở phát

triển sản xuất để phát triển và giữ vững thị phần.
1.2. Quy trình sản xuất và nguồn gốc, tính chất nước thải chế biến sữa
1.2.1. Quy trình sản xuất sữa
Để xác định các nguồn nước thải chủ yếu của công nghệ chế biến sữa, ta cần hiểu
rõ về các quá trình chế biến sữa và các công đoạn sản xuất chính. Các sản phẩm sữa hầu
hết được sản xuất từ sữa bò. Sữa sau khi được vắt, đem chứa vào các thùng, can. Sau đó
đem đi chế biến thành các sản phẩm sữa khác nhau. Dưới đây là sơ đồ công nghệ chế biến
sữa đặc có đường từ sữa tươi ( kèm dòng thải):

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

7


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Nước, sữa tươi
Nước rơi vãi
Sữa rơi vãi

Gia nhiệt,
chuẩn hóa
Trộn tuần hoàn
Lọc

Cặn, sữa rơi vãi

Đồng hóa
Tiệt trùng
Làm nguội

Dung dịch
đường

Nước, sữa,
đường rơi vãi

Cô đặc

Nước sản xuất

Làm nguôi, kết
tinh

Tiệt trùng

Chiết rót

Làm lạnh

Chuẩn hóa

Nước, sữa rơi
vãi

Rót hộp

Chú thích:

Dòng chính
Dòng phụ

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ sản xuất sữa đặc có đường từ sữa tươi
GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

8


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
1.2.2. Nguồn gốc, đặc trưng nước thải chế biến sữa
Các nguồn nước thải trong qua trình chế biến sữa có nhiều loại khác nhau tùy vào
sản phẩm như sản xuất sữa tươi; các sản phẩm sữa lên men; sản xuất bơ; sữa cô đặc; sữa
bột; kem; dầu bơ; phomat hoặc casein. Mỗi loại sản phẩm khi sản xuất sẽ phát sinh lượng
nước thải với hàm lượng ô nhiễm khác nhau. Nhìn chung, nước thải chế biến sữa có các
nguồn gốc, đặc trưng sau:
a) Nguồn gốc

Nước thải của nhà máy chế biến sữa nói chung là sự pha loãng của sữa và các sản
phẩm từ sữa do sự rơi vãi các công đoạn chế biến,hoặc do sự rò rỉ của các thiết bị công
nghệ,cùng với các hóa chất tẩy rửa,dầu mỡ dùng để vệ sinh thiết bị cũng như các dụng cụ
lưu trữ…Dựa vào quy trình công nghệ sản xuất sữa ta thấy nước thải chung của nhà máy
chế biến sữa bao gồm:
 Nước thải sản xuất
• Nước rửa các bồn chứa và can ở các trạm tiếp nhận. Nước súc rửa các sản

phẩn dư bên trong hoặc trên bề mặt tất cả các đường ống bơm,bồn
chứa,thiết bị công nghiệp,máy đóng gói: chứa lượng sữa thừa bám dính trên
can, bồn, chất tẩy rửa ( acid nitric,...), chất sát khuẩn ( perocid hydro,
natrihypochlorid, acid acetic,...), các hất để trung hòa, chất làm lạnh,...
• Nước thừa: nước thừa được coi là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất
phomat, nước thừa chứa chất khô và lượng lớn BOD.

• Sữa rò rỉ từ các thiết bị hoạt động,hoặc do làm rơi vãi nguyên vật liệu và các
sản phẩm: có hàm lượng BOD, COD cao.
• Dịch lọc, cặn từ thiết bị tách: phát sinh khi chế biến sữa bằng phương pháp
tách.
• Nước thải từ nồi hơi từ máy làm lạnh: là nước sạch có thể hoàn nguyên và
sử dụng lại.
• Dầu mỡ rò rỉ từ các thiết bị và động cơ: gây hại cho VSV trong xử lý hiếu
khí nhưng có thể dễ dàng tách vớt bằng bể tách dầu mỡ.
 Nước thải sinh hoạt:nước thải từ các quá trình sinh hoạt của công nhân, nước tưới

tiêu: mang đặc diểm của nước thải sinh hoạt nói chung với các thông số BOD,
COD, SS, TP,TN, coliform,...
b) Đặc trưng nước thải chế biến sữa

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

9


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Lượng nước thải phát sinh trong chế biến sữa khoảng 1-2/tấn sữa [Enviro
chemie,Wastewater treatment in the dairy processing,industry- recovering energy using
anaerobic technology], có các đặc trưng sau:
Đặc trưng vật lý: Hàm lượng chất rắn lơ lửng khá cao, khoảng 100-1000g/[Enviro
chemie,Wastewater treatment in the dairy processing,industry- recovering energy
using anaerobic technology], chủ yếu là do cát bám trên sàn, và bụi bám bên ngoài
can, bồn rửa. Từ đó gây nên độ đục của nước thải. Nhìn chung nước thải sữa ban
đầu là trung tính hoặc hơi kiềm, nhưng có khuynh hướng trở lên acid hoàn toàn
một cách nhanh chóng do sự thiếu hụt oxi tạo điều kiện cho sự lên men lactose
thành acid lactic, khi đó pH giảm và có khả năng gây ra kết tủa của casein, đồng

thời gây nên mùi chua khó chịu.
– Đặc trưng hóa học: Thành phần gây ô nhiễm chính trong quá trình sản xuất sữa là
sữa và các sản phẩm từ sữa ( chiếm 90% tổng lượng BOD trong nước thải )từ
nước thải vệ sinh đường ống và thiết bị chứa sữa[9]. Những thành phần chính tham
gia vào BOD của nước thải chế biến sữa là lactose,bơ sữa,protein,và acid lactic.Vì
vậy,các chỉ số nước thải ta cần quan tâm là BOD,COD và SS.
Tổng lượng photphorus và nitrogen trong nước thải lần lượt khoảng 10- 100g/ và
15- 250g/[10], đây là nguyên nhân gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp
nhận nước thải.
– Đặc trưng sinh học: trong nước thải sinh hoạt có chứa hàm lượng coliform, trong
nước thải sản xuất có các vi khuẩn ( Cocus, Vitrion, Lactic,...), nấm men, nấm mốc
( chủ yếu là Muco và Rhizopus) có sẵn trong sữa.
–

Như vậy, thông qua tìm hiểu, phân tích các đặc trưng của nước thải chế biến sữa đã
cho chúng ta thấy việc xử lý nước thải chế biến sữa trước thi đưa ra nguồn tiếp nhận là hết
sức cần thiết để không gây ảnh hưởng tới môi trường nước nói riêng và cả hệ sinh thái nói
chung.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN SỮA
2.1. Xử lý cơ học
GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

10


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Xử lý cơ học nhằm mục đích:
- Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn như
rác, nhựa, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi… ra khỏi nguồn nước thải

- Loại bỏ được cặn như sỏi, đá, các mảnh kim loại và thủy tinh…
- Điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm có trong dòng thải
- Làm tốt quá trình xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận
lợi cho quá trình xử lý hóa lý và sinh học.
2.1.1. Song chắn rác, lưới chắn rác
- Chức năng: Giữ rác và các tạp chất có kích thước thô như giấy, rẻ, túi ni lông, dây
buộc,... ra khỏi nước thải trước khi vào hệ thống xử lý nước thải.
Phân loại:
Tùy theo kích thước khe hở, SCR được phân làm loại thô, loại trung bình và loại nhỏ
+ SCR thô có khoảng cách giữa khe hở của các thanh là 30 – 200mm
+ SCR trung bình có khoảng cách giữa khe hở của các thanh là 16 – 30mm
+ SCR nhỏ có khoảng cách giữa khe hở của các thanh là <16 mm
+ Phân theo đặc điểm cấu tạo : gồm SCR cố định và di động.
+ Phân loại theo phương pháp vớt rác: gồm SCR thủ công và SCR cơ giới.
-

.
Hình 2.1: Một số hỉnh ảnh về SCR

2.1.2. Bể lắng
 Lắng dưới tác dụng của trọng lực:
GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

11


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
-

Chức năng: Phương pháp này nhằm loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi

nước. Để tiến hành quá trình người ta thường dùng các loại bể lắng khác nhau: bể
lắng cát, bể lắng cấp 1, bể lắng cấp 2. Ở bể lắng cát, dưới tác dụng của trọng lực thì
cát nặng sẽ lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đông tụ. Bể lắng cấp 1 có
nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ và các chất rắn khác. Bể lắng cấp 2 có nhiệm vụ
tách bùn sinh học ra khỏi nước thải.
 Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm và lực nén:

- Chức năng: Tách những hạt lơ lửng bằng quá trình lắng dưới tác dụng của lực ly tâm
trong các xyclon thuỷ lực hoặc máy ly tâm.
Ngoài ra, trong nước thải sản xuất có các tạp chất nổi (dầu mỡ bôi trơn, nhựa nhẹ…)
cũng được xử lý bằng phương pháp lắng.
Một số hình ảnh của bể lắng:

a) Bể lắng ngang

b) Bể lắng đứng
Hình 2.2: Sơ đồ bể lắng cát

2.1.3. Bể điều hoà

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

12


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Chức năng: Đảm bảo điều hoà ổn định dòng thải vào hệ thống xử lý cả về
mặt lưu lượng và nồng độ giúp cho các công trình đơn vị phía sau hoạt động
ổn định.
- Phân loại và vị trí các bể điều hoà:

+Theo chức năng:
. Bể điều hoà lưu lượng
. Bể điều hoà nồng độ
. Bể điều hoà kết hợp cả lưu lượng và nồng độ
+ Theo chế độ hoạt động:
. Bể điều hoà hoạt động theo chu kỳ
. Bể điều hoà hoạt động liên tục
+Theo nguyên tắc chuyển động của nước:
. Bể điều hoà làm việc theo nguyên tắc đẩy (chế độ chảy tầng)
. Bể điều hoà làm việc theo nguyên tắc xáo trộn (chế độ chảy rối).
-

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống cấp khí nén trong bể điều hoà xáo trộn dùng khí nén
2.1.4. Bể tách dầu mỡ
-

Chức năng :Tách các chất dầu mỡ ra khỏi nước thải vì:
+ Các chất này sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong các bể
lọc sinh học...

+ Các chất này cũng sẽ phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể aeroten,

gây khó khăn trong quá trình lên men cặn.

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

13


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

1-Thân thiết bị; 2- Bộ phận hút cặn bằng thuỷ lực; 3- Lớp dầu mỡ; 4- Ống gom dầu mỡ;
5- Vách ngăn dầu mỡ; 6- Răng cào trên băng tải; 7- Hồ chứa cặn
Hình 2.4: Thiết bị tách dầu mỡ loại nằm ngang
2.2. Các phương pháp hóa lý
2.2.1. Phương pháp trung hoà
- Chức năng: Nước thải sản xuất của nhiều lĩnh vực có chứa axit hoặc kiềm. Để
nước thải được xử lý tốt ở giai đoạn xử lý sinh học cần phải tiến hành trung hòa và điều
chỉnh pH về vùng 6,6÷ 7,6. Trung hòa còn có mục đích làm cho một số kim loại nặng
lắng xuống và tách khỏi nước thải.
Dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung
hoà nước thải.
-

2.2.2. Phương pháp keo tụ
Chức năng: Để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo và các tạp
chất khác.
Người ta dùng phương pháp đông tụ để làm tăng kích cở các hạt nhờ tác dụng tương hỗ
giữa các hạt phân tán liên kết vào tập hợp hạt để có thể lắng được. Khi lắng chúng sẽ kéo
theo một số chất không tan lắng theo nên làm cho nước trong hơn. Việc chọn loại hóa
chất, liều lượng tối ưu của chúng, thứ tự cho vào nước… phải được thực hiện bằng thực
nghiệm. Các chất đông tụ vô cơ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua… và
các chất đông tụ hữu cơ như Polymer Cation, Polymer anion.

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

14


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Hiện nay các chất đông tụ và trợ đông tụ hữu cơ đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế
vì liều lường lượng sử dụng thấp ( với nồng độ 0,1 – 0,5%) và phù hợp với các loại nước
thải có thể tận dụng CTR làm thức ăn chăn nuôi.
Ưu điểm của chất đông tụ hữu cơ:
- Hoạt động trong môi trường acid cũng như bazo
- Không làm thay đổi giá trị pH
- Dễ hòa tan trong nước
- Loại bỏ hoặc giảm bớt việc sử dụng muối vô cơ
- Hiệu quả trong việc loại bỏ chất rắn
2.2.3. Phương pháp oxy hoá - khử
Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như: clo ở dạng khí
và lỏng trong môi trường kiềm, vôi clorua (CaOCl 2), hipoclorit, ozon…và các chất khử
như: natri sunfua (Na2S), natri sunfit (Na2SO3), sắt sunfit (FeSO4)…
Trong phương pháp này, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất
ít độc hơn và tách ra khỏi nước bằng lắng hoặc lọc.Tuy nhiên quá trình này tiêu tốn một
lượng lớn các tác nhân hóa học nên phương pháp này chỉ được dùng trong những trường
hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải có tính chất độc hại và không thể tách
bằng những phương pháp khác.
2.2.4. Phương pháp hấp phụ
Dùng để loại bỏ các chất bẩn hoà tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng
các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là
các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu.
Các chất hấp phụ thường dùng: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo
nhôm…Trong đó than hoạt tính được dùng phổ biến nhất.
2.2.5. Phương pháp tuyển nổi
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng
tự lắng kém nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước sau đó
người ta tách bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Thực chất đây là quá trình tách
bọt hay làm đặc bọt.
Khi tuyển nổi người ta thường thổi không khí thành bọt khí nhỏ li ti, phân tán và bão

hòa trong nước.
2.2.6. Phương pháp trao đổi ion

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

15


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Thực chất đây là quá trình trong đó các ion trên bề mặt các chất rắn trao đổi với các
ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là ionit,
chúng hoàn toàn không tan trong nước.
Phương pháp này loại ra khỏi nước nhiều ion kim loại như: Zn, Cu, Hg, Cr, Ni…
cũng như các hợp chất chứa asen, xianua, photpho và cả chất phóng xạ. Ngoài ra còn
dùng phương pháp này để làm mềm nước, loại ion Ca+2 và Mg+2 ra khỏi nước cứng.
Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc
tổng hợp như: zeolit, silicagen, đất sét, nhựa anionit và cationit…
2.3. Phương pháp sinh học
Cơ sở của phương pháp là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi
khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả
là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, những
chất đơn giản hơn, các chất khí và nước. Mức độ và thời gian phân hủy phụ thuộc vào cấu
tạo của chất hữu cơ đó, độ hoà tan trong nước và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác. Vi
sinh vật trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn
dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát
triển tăng số lượng tế bào, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keo
phân tán nhỏ.
2.3.1. Phương pháp yếm khí
- Xử lý yếm khí thu biogas được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải và chất thải
của nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

-

Xử lý yếm khí cho hiệu quả cao khi nước thải có BOD 5 và tương tác BOD5/COD
cao (BOD5 >1800mg/l, SS ≥ 300-400mg/l) mà không tiêu tốn năng lượng, mặt
khác còn thu được biogas.

Cơ chế xử lý yếm khí:
+ Giai đoạn thuỷ phân:
Dưới tác dụng của enzym Hydrolaza, các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như
gluxit, protein, lipit bị thuỷ phân thành các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn
như đường, axit béo, axit amin...
+ Giai đoạn lên men axit hữu cơ:

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

16


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Các sản phẩm của quá trình thuỷ phân sẽ được vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá trong
điều kiện yếm khí tạo thành các axit khác nhau như axit propionic, axit butylic, axit
axetic, axit foocmic.... hoặc các chất trung tính như: rượu, andehyde, axetone.
• Một số axit hữu cơ được chuyển hoá đến axit axetic nhờ vi khuẩn Acetogen
theo các phản ứng sau:
CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + CO2 + 3H2
CH3(CH2)2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2
3CH3- CHOH-COOH 2CH3-CH2-COOH + CH3COOH+CO2 + H2O
+ Giai đoạn metan hoá: quá trình metan hoá được thực hiện theo 2 cơ chế
• Dưới tác dụng của các vi khuẩn metan các axit hữu cơ đơn giản (từ 4 các
•

•
•

bon trở xuống sẽ bị decacboxyl hoá).
• Cơ chế decacboxyl hoá các axit hữu cơ dưới tác dụng của các enzym
decacboxylaza (tạo thành khoảng 70% CH4)
Decacboxyl hoá các axit hữu cơ và các chất trung tính:
CH3COOH CH4 + CO2
4CH3CH2COOH 7CH4 +5CO2
2CH3-(CH2)2COOH 5CH4 + 3CO2
Decacboxyl hoá axetol và etanol: Axeton: CH3-CO-CH3 2CH4 +CO2
Etanol: 2CH3-CH2OH 3CH4 + CO2
• Phần còn lại (~30 %) CH4 được hình thành theo quá trình khử.
Một số vi khuẩn metan hoá có thể khử CO2 bằng H2 hoặc khử bằng phản ứng ôxi hoá khử
Khử bằng hiđro phân tử:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Nhờ phản ứng khử CO2 mà áp suất riêng phần của H 2 được duy trì ở mức độ cần thiết cho
sự chuyển hoá các axit bay hơi và rượu thành axit axetic.
Thiết bị xử lý yếm khí:Bể UASB
Quy trình hoạt động của bể UASB: Nước thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn
vào hệ thống phân phối đều trên diện tích đáy bể. Nước thải từ dưới lên trên với vận tốc
khoảng 0.6 – 0.9 m/h. Hỗn hợp bùn kị khí trong bể hấp thụ chất hữu cơ hòa tan trong
nước thải, phân hủy và chuyển hòa chúng thành khí và nước. Các hạt bùn cặn bám vào
các bọt khí được sinh ra nổi lên bề mặt làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ
trong lớp cặn lơ lửng. Khi hạt cặn nổi lên va phải tấm chắn bị vỡ ra, khí thoát lên trên,
cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí qua cửa vào ngăn lắng. Hạt cặn
trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống đáy qua cửa và tuần hoàn lại vùng phản ứng kỵ khí.
Nước trong thu vào máng, theo ống dẫn dang bể xử lý hiếu khí. Khí biogas được dẫn về
ống thu về thùng chứa, rồi theo ống dẫn khí đốt đi ra ngoài.
GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

17


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

1-Bể điều hoà lưu lượng và trạm bơm nước thải; 2- Bộ phận đo và điều chỉnh độ pH; 3Đinh lượng chất dinh dưỡng N, P nếu cần; 4- Ống dẫn và dàn ống phân phối đều nước
trong bể; 5- Vùng phản ứng kị khí; 6-Cửa tuần hoàn trở lại cặn; 7-Tấm hướng dòng; 8Cửa dẫn hốn hợp bùn nước sau khi đã tách khí đi vào ngăn lắng; 9-Vùng lắng cặn; 10Máng thu nước; 11-Ống dẫn hỗn hợp khí metan; 12-Ống dẫn nước sang bể xử lý hiểu
khí; 13-Thùng chứa khí; 14-Ống dẫn khí đốt; 15-Õng xả bùn dư; 16- Tấm chắn bùn
Hình 2.5: Cấu tạo bể UASB
2.3.2. Quá trình hiếu khí
Các quá trình của phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên
hoặc trong các điều kiện xử lý nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo
người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá
trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều.
- VSV sử dụng oxi để:
+ Tạo năng lượng để tồn tại, sinh trưởng và tạo SK(bùn dư)
+ Hô hấp nội bào (oxy hoá nội bào).
+ Các phương trình phản ứng xảy ra:
6C6H12O6 + 4NH3 + 16O2→ 4C5H7NO2 + 16CO2 + 28H2O +E
4C5H7NO2 + 20O2 → 20CO2 + 4NH3 + 8H2O
a) Xử lý nước thải trong các công trình nhân tạo
Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí thường bao gồm : bể aeroten, mương, lọc
sinh học hoặc đĩa sinh học.
A1. Xử lý trong các bể aeroten
Sơ đồ hệ thống thiết bị được trình bày trên hình 2.6.
-

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

18


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống thông khí sinh học
Phân loại bể aeroten
Có nhiều cách phân loại các aeroten :
-

Phân loại theo nguyên tắc làm việc
+ Aeroten thông thường
+ Aeroten cao tải
+ Aeroten Oxi hóa hoàn toàn

Phân loại theo sơ đồ công nghệ
+ Aeroten 1 bậc
+ Aeroten 1 bậc tái sinh bùn
+ Aeroten 2 bậc

Phân loại theo phương thức làm thoáng
+ Aeroten làm thoáng cơ học
+ Aeroten làm thoáng máy nén khí
+ Aeroten làm thoáng quạt gió
Phân loại theo cách thức làm việc
+ Aeroten làm việc liên tục
+ Aeroten làm việc gián đoạn (SBR)

A2. Lọc sinh học
-

Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật
sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc (môi trường lọc).
Thường nước thải được tưới từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc bằng đá hoặc

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

19


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
các vật liệu khác nhau, vì vậy người ta còn gọi hệ thống này là bể lọc nhỏ
giọt (trickling filter).
Cơ chế qua trình lọc sinh học được minh họa trên hình 2.7
- Màng sinh học gồm các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được nạp vào hệ
thống cùng với nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có hai
lớp: lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài. Do đó quá trình
lọc sinh học thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là
hệ thống vi sinh vật hiếu – yếm khí.

Hình 2.7: Các quá trình trong bể lọc sinh học
-

-

Khi dòng nước thải chày trùm lên lớp màng nhớt này, các chất hữu cơ được
vi sinh vật chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất (CO 2) sẽ được
thải qua màng chất lỏng. Oxy hòa tan được bổ sung hấp thụ từ không khí.
Theo chiều sâu từ mặt xuống dưới đáy bể lọc, nồng độ chất hữu cơ trong
nước thải giảm dần và tại một vùng nào đó các vi sinh vật ở trạng thái đói

thức ăn. Phần sinh khối vi sinh vật thừa sẽ bị tróc ra, theo nước ra ngoài bể
lọc.

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

20


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống tháp lọc sinh học
-

-

-

Nước thải được phun đều lên lớp đệm tạo ra lớp màng nhớt gọi là màng sinh
học, phủ trên các đệm. Quá trình oxy hóa xảy ra như cơ chế nói trên. Sinh
khối vi sinh vật tách ra khỏi nước trong thiết bị lắng thứ cấp.
Lọc sinh học được ứng dụng để làm sạch một phần hay toàn bộ chất hữu cơ
phân hủy sinh học trong nước thải và có thể đạt chất lượng dòng ra với nồng
độ BOD tới 15mg/l.
Bể lọc sinh học có thể được vận hành theo một bậc hay nhiều bậc theo sơ đồ
sau :

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

21

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Hình 2.9: Hệ thống lọc bậc tốc độ cao

Hình 2.10: Hệ thống lọc bậc hai
Hiệu suất làm sạch nước thải trong các bể lọc sinh học phụ thuộc vào các chỉ
tiêu sinh hóa, trao đổi khối, chế độ thủy lực và kết cấu thiết bị. Trong đó cần
chú ý các chỉ tiêu sau: BOD của nước cần làm sạch, bản chất các hợp chất
hữu cơ, tốc độ oxy hóa, cường độ hô hấp của các vi sinh vật, khối lượng các
chất được màng sinh học hấp thụ, chiều dày màng sinh học, thành phần các
vi sinh vật sống trong màng, cường độ sục khí, diện tích và chiều cao bể lọc,
các đặc tính của bể lọc ( kích thước đệm, độ xốp và bề mặt riêng ), các tính
chất vật lí của nước thải, nhiệt độ quá trình và tải lượng thủy lực, cường độ
tuần hoàn, mức độ phân bố đều nước thải theo diện tích tiết diện, độ thấm
ướt của màng sinh học.
- Phân loại theo đặc điểm kết cấu các bể lọc sinh học được chia thành : Thiết
bị lọc với đệm hình khối ; thiết bị lọc với đệm hình tấm .
- Người ta còn phân bể lọc thành các loại : lọc loại giọt ( thông khí tự nhiên ) ,
lọc tải lượng cao ( thông khí nhân tạo ) và tháp lọc .
- Ngoài hai thiết bị trên người ta còn sử dụng thiết bị “mương oxy hóa”
A3.Mương oxy hóa.
- Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh, làm
việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính lơ lửng
trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương. Hàm lượng
bùn trong mương oxy hóa tuần hoàn duy trì từ 2000 – 5000 mg/l. Hàm lượng
oxy hòa tan trong vùng hiếu khí trên 2,2 mg/l diễn ra quá trình oxy hóa các
chất hữu cơ và nitrat hóa. Trong vùng thiếu khí hàm lượng oxy thấp hơn từ
0,5 – 0,8 mg/l diễn ra quá trình khử nitrat.
-

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

22


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
-

-

-

-

Hỗn hợp bùn và nước thải khi đã trải qua thời gian xử lý trong mương oxy
hóa được dẫn qua bể lắng nhằm tách bùn ra khỏi nước thải bằng phương
pháp lắng trọng lực. Bùn được tuần hoàn một phần trở lại mương oxy hóa
nhằm duy trì nồng độ bùn nhất định trong bể.
Mương oxy hóa có hiệu quả xử lý BOD 5, Nitrogen, Photphorus cao, quản lý
đơn giản, ít bị ảnh hưởng khi có sự thay đổi về thành phần và lưu lượng nước
thải đầu vào. Thường được áp dụng để xử lý nước thải có biên độ dao động
lớn về chất lượng và lưu lượng giữa các giờ trong ngày.
Trong những năm gần đây người ta sử dụng rộng rãi mương oxy hóa để xử lý
nước thải. Mương oxy hóa thường có dạng hình chữ nhật hoặc hình chữ nhật
kết hợp với hình tròn, xây bằng bê tông cốt thép hoặc bằng đất, mặt trong ốp
đá, láng xi măng, nhựa đường… Mặt cắt ngang của mương có thể là hình
chữ nhật (mương bê tông cốt thép), hình thang (mương xây bằng đất, mặt
trong ốp đá…), độ dốc mái tùy thuộc vào loại đất. Chiều sâu H của mương
lấy tùy thuộc vào công suất bơm của thiết bị làm thoáng để đảm bảo trộn đều
bọt khí để đảm bảo vận tốc tuần hoàn chảy trong mương (V≥0,25 ÷ 0,3 m/s),

có thể lấy H 1÷4 m. Chiều rộng trung bình của mương từ 2 ÷ 6m. Tại khu
vực hai đầu mương khi dòng chảy đổi chiều, tốc độ nước chảy nhanh ở phía
ngoài và chậm ở phía trong làm cho bùn lắng lại, giảm hiệu suất xử lý. Do đó
phải xây dựng các tường hướng dòng tại hai đầu mương để tăng tốc độ nước
chảy ở phía trong lên.
Ưu điểm:

+ Xử lý hiệu quả BOD, nito và photpho cao. Hiệu suất xử lý BOD đạt 90 – 95%,
nitrogen đạt 80- 85%[11].
+ Thông thường, có thể tiếp cận thiết bị từ bề mặt mà không cần ngưng hoạt

động quy trình trong các hoạt động sửa chữa, thay thế và bảo hành thông
thường.
+ Có thể không cần xử lý bậc 1 và không cần làm ổn đinh bùn.
+ Phù hợp với nhiều loại dòng chảy và tải lượng vì có thời gian lưu thủy vực

dài.
+ Ít bị ảnh hưởng bởi sự giao động lớn về chất lượng và lưu lượng của nước

thải.
-

Nhược điểm:

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

23


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

+ Yêu cầu diện tích xây dựng lớn.

Hình 2.11: Sơ đồ cấu tạo của mương oxy hóa
b) Làm sạch nước thải trong điều kiện tự nhiên (Hồ Sinh học)
Hồ sinh học hay còn được gọi là hồ oxi hoá hoặc hồ ổn định. Đó là một chuỗi gồm từ 3
đến 5 hồ. Nước thải chảy qua hệ thống hồ trên với một vận tốc không lớn. Trong hồ nước
thải được làm sạch bằng các quá trình tự nhiên bao gồm cả tảo và các vi khuẩn nên tốc độ
oxi hoá chậm, đòi hỏi thời gian lưu thuỷ học lớn (30-50 ngày). Các VSV sử dụng oxi sinh
ra trong quá trình quang hợp của tảo và oxi được hấp thụ từ không khí để phân huỷ các
chất thải hữu cơ. Còn tảo sử dụng CO2, NH4+, photphat được giải phóng ra trong quá
trình phân huỷ các chất hữu cơ để thực hiện quá trình quang hợp. Để hồ sinh học làm
việc bình thường cần duy trì pH và nhiệt độ ở giá trị tối ưu.
Trong hồ sinh học sảy ra các quá trình sau:
- Oxi hoá các chất hữu cơ bởi các VSV hiếu khí ở lớp nước phía trên của hồ.
- Quang hợp của tảo ở lớp nước phía trên.
- Phân huỷ chất hữu cơ của các vi khuẩn yếm khí ở đáy hồ.
Trong điều kiện tự nhiên, gió và nhiệt độ là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới mức
độ khuấy trộn nước trong hồ. Ở đây khuấy trộn có hai chức năng: giảm tới mức tối thiểu,
rút ngắn thời gian lưu và các vùng chết trong hồ; phân bố đều các chất dinh dưỡng cho
tảo, oxi và VSV. Vì quá trình quang hợp chỉ xảy ra ở độ sâu từ 150 – 300 mm dưới bề
mặt thoáng của nước, do đó nếu không có khuấy trộn phần lớn nước trong hồ nằm trong
vùng tối. Chiều sâu tối thiểu của nước trong hồ cần bằng 0,6 m để phòng ngừa sự phát
triển của các loài thực vật có rễ. Còn chiều sâu tối đa của nước trong hồ cần khống chế ở
GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

24


Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải
mức 1,5 m để phòng ngừa vấn đề mùi do quá trình yếm khí gây ra, vì khi chiều sâu lớn

hơn 1,5 m quá trình yếm khí sẽ chiếm ưu thế.
2.4. Khử trùng nước thải
2.4.1. Mục đích
- Để phù hợp với tiêu chuẩn của Việt Nam về chỉ tiêu an toàn nước cấp và
nước thải:
+ Đối với nước cấp: Ecoli không được tồn tại, Coliform < 20 MPN/100ml.
+ Đối với nước thải: Coliform < 3000 MPN/100 ml (loại A) và Coliform <
-

5000 MPN/100 ml (loại B).
Do trong quá trình xử lý nước cấp và nước thải phải qua nhiều công đoạn
khác nhau do đó khả năng lây nhiễm vi sinh là rất cao.

2.4.2. Các phương pháp khử trùng nước thải
a) Khử trùng bằng các chất oxi hoá mạnh
- Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của clo

Clo là chất oxi hoá mạnh ở bất kỳ dạng nào, khi cho Clo tác dụng với nước sẽ tạo thành
HOCl có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuyếch tán
qua lớp vỏ tế bào sinh vật, gây phản ứng với enzim tế bào làm phá hoại các quá trình trao
đổi chất của tế bào vi sinh vật. Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào hàm lượng
HOCl có trong nước, Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ trong nước hay phụ
thuộc vào pH của nước. Cụ thể:
• pH = 6 thì HOCl chiếm 99,5 % còn OCl- chiếm 0,5 %.
• pH = 7 thì HOCl chiếm 79% còn OCl- chiếm 21%.
• pH = 8 thì HOCl chiếm 25% còn OCl- chiếm 75%.
Tức là pH càng cao hiệu quả khử trùng càng giảm. Tác dụng khử trùng của HOCl cao
hơn nhiều so với OCl-.
Khi cho Clo vào trong nước ngoài việc diệt VSV nó còn khử các chất hoà tan và NH3.
• HOCl + NH3 = NH2Cl + H2O

• HOCl + NH2Cl = NHCl2 + H2O
• HOCl + NHCl2 = NCl3 + H2O
Do đó khả năng diệt trùng kém đi. Bởi vì khả năng diệt trùng của NH2Cl thấp hơn
NHCl2 khoảng 3-5 lần, còn khả năng diệt trùng của NHCl2 thấp hơn HOCl khoảng 2025 lần. Sau khi qua xử lý thì lượng Clo dư: 0,3 – 0,5 mg/l; sao cho đến cuối ống còn 0,05
mg/l.
- Khử trùng bằng clo lỏng
GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh

25