Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia tại công ty TNHH Sabmiller Việt Nam - Khu công nghiệp Mỹ Phước II – Huyện Bến cát – Tỉnh Bình Dương, công suất 2400m3/ngày đêm

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các chỉ số chất lượng của Malt vàng 12 Bảng 3.1. Chất Lượng Nước Ngầm . 24 Bảng 3.2. Nhu cầu hàng năm và các loại nguyên phụ liệu của công ty . 24 Bảng3.3. Nhu cầu về điện, nước, nhiên liệu 25 Bảng 3.4. Đặc tính nước thải của công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. 30 Bảng 3.5. Kết quả phân tích các chỉ tiêu môi trường 30 Bảng3.6.Kết quả phân tích chất lượng môi trường không khí xung quanh quanh và môi trường lao động 31 Bảng 3.7. Khối lượng chất thải trung bình phát sinh trong quý I/2011 32 Bảng 3.8. Khối lượng chất thải nguy hại phát sinh trong quý I/2011: 33 Bảng 4.1. : Tính chất đặc trưng của nước thải ngành sản xuất Bia 35 Bảng 4.2. Tiêu chuẩn phân loại mức độ ô nhiễm 37 Bảng 4.3. Các hóa chất thường dùng để điều chỉnh pH 43 Bảng 5.1. Đặc trưng nước thải công ty TNHH Sabmiller Việt Nam 58 Bảng 5.2. Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp 59 Bảng 5.3. Thống kê các thông số thiết kế SCR. 70 Bảng 5.6. Các Thông Số Thiết Kế Bể Điều Hoà 74 Bảng 5.9 : Các thông số thiết kế bể UASB 88 Bảng.5.10. Tóm tắt thông số thiết kế bể trung gian. 90 Bảng 5.11. Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị phân phối bọt nhỏ giọt và mịn 95 Bảng 5.12. Tóm tắt thông số thiết kế bể Aeroten 98 Bảng 5.5:Các thông số cơ bản thiết kế cho bể lắng. 99 Bảng 5.6: Tổng hợp tính toán bể lắng 105 Bảng 5.14. Tóm tắt kích thước bể khử trùng 109 Bảng 5.15. Thống kê thông số thiết kế bể nén bùn. 113 Bảng 6.1. Tính tốn giá thành xây dựng 115 Bảng 6.2. Vốn đầu tư trang thiết bị 116 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất Bia. 14 Hình 3.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ tại nhà máy 27 Hình 9 : Bể Aeroten thơng thường 48 Hình 5.1. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phương án 1 60 Hình 5.2. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phương án 2 63 CHƯƠNG 1 – MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài. Hiện nay, Bia là một loại thức uống rất được ưa chuộng trên thế giới. Ở các nước phương Tây, bia dược xem là nước giải khát. Trên thế giới có một số loại bia nổi tiếng như Ale, Lager, Pilsener, Riêng sản phẩm trong nước thì đứng đầu vẫn là nhãn hiệu bia Sài Gòn, bia Đại việt… Theo thống kê của Bộ Kế hoạch - đầu tư, bốn tháng đầu năm 2011 các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 9,2% so với cùng kỳ năm ngoái. Tốc độ tăng trưởng ngành bia tại VN, theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường, ước đạt 15%/năm. Song song với phát triển kinh tế thì ngành công nghiệp sản xuất bia cũng đang là mối quan tâm lớn trong vấn đề ô nhiễm môi trường đặc biệt là nước thải. Các loại nước thải này chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ơ nhiễm mơi trường. Vì vậy, các loại nước thải này cần phải xử lý trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam tại KCN Mỹ Phước tỉnh Bình Dương với ngành nghề kinh doanh sản xuất nước giải khát lên men (bia). Hoạt động của Công ty đã góp phần vào sự phát triển kinh tế của Tỉnh .Tuy nhiên, các hoạt động của sản xuất của công ty không tránh khỏi những tác động đến môi trường xung quanh do việc phát sinh các chất thải có khả năng gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải. Đề tài “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sản xuất bia tại công ty TNHH Sabmiller Việt Nam - khu công nghiệp Mỹ Phước II – H. Bến cát – Tỉnh Bình Dương, công suất 2400m3/ngày đêm”, đựơc thực hiện nhằm giải quyết vấn đề đang tồn tại ở công ty đó là việc xử lý nước thải sản xuất trước khi thải vào môi trường. Mục đích nghiên cứu. Tìm hiểu thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải ngành bia nói chung và của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam nói riêng. Tìm hiểu tình hình hoạt động, công nghệ sản xuất bia của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam Từ đó, đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều kiện thực tế của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam đạt tiêu chuẩn đầu ra , và tính toán chi tiết các công trình đơn vị. Phạm vi nghiên cứu. Giới hạn về mặt không gian: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước thải sản xuất bia của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. Giới hạn về mặt thời gian: Đề tài được thực hiện trong thời gian từ ngày 1/4/2011 đến ngày 12/7/2011. Giới hạn về mặt nội dung: Đề xuất công nghệ xử lý phù hợp và tính toán thiết kế các công trình đơn vị. Nội dung nghiên cứu. Thu thập tài liệu tổng quan về ngành sản xuất bia. Tìm hiểu về các thành phần, tính chất đặc trưng của nước thải ngành bia và các phương pháp xử lý nước thải nghành bia và một số công nghệ xử lý nước thải điển hình của ngành bia hiện nay. Thu thập một số thông tin về tình hình sản xuất, công nghệ sản xuất … của Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. Nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải đã đề xuất và dự toán kinh tế. Phương pháp nghiên cứu. Tổng hợp và nghiên cứu các tài liệu có liên quan nước thải Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. Đề xuất công nghệ xử lý nước thải khác nhau và so sánh lựa chọn để tìm ra phương án tối ưu cho Công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. Trao đổi ý kiến với chuyên gia. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA VÀ KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM CỦA NƯỚC THẢI BIA. Giới Thiệu Về Ngành Sản Xuất Bia. Tình hình phát triển ngành công nghiếp sản xuất bia. 2.1.1.1. Trên thế giới. Ngành công nghiệp sản xuất bia có nguồn gốc từ các nước châu Âu như Đức, Anh , Pháp… với nhu cầu tiêu thụ ngày càng lớn như hiện nay thì ngành sản xuất Bia đang chiếm một vị trí quan trọng trong ngành phát triển công nghiệp trên thế giới. Theo thống kê Năm 2007 dựa trên kết quả của viện nghiên cứu thuộc hãng sản xuất nước ngọt hàng đầu Nhật Bản Kirin Breweries thì sản lượng bia toàn cầu trong năm 2007 đạt 180 triệu kilolit. Sản lượng bia tăng 5,9%, đạt mức tăng cao nhất kể từ khi viện nghiện cứu này bắt đầu công việc thống kê vào năm 1974. Trung Quốc giữ vị trí là nhà sản xuất bia hàng đầu trên thế giới trong suốt 6 năm trở lại đây, chiếm đến 22% tổng sản lượng bia trên toàn thế giới,theo sau là Nga với mức tăng sản lượng đạt ở mức hai con số và đứng thứ 3 là Đức. Dự kiến với mức tăng trưởng kinh tế như hiện nay, mức sống của người dân trên thế giới ngày càng cao thì ngành công nghiệp sản xuất bia sẽ phát triển mạnh trong những năm tới. 2.1.1.2. Tại việt nam. Bia được đưa vào Việt Nam từ năm 1890 cùng với sự xuất hiện của Nhà máy bia Sài Gòn và Nhà máy bia Hà Nội, như vậy bia Việt Nam đã có lịch sử trên 120 năm. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và mở rộng các nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung ương và địa phương quản lý, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài. Công nghiệp sản xuất bia phát triển kéo theo sự phát triển các ngành sản xuất khác như: Vỏ lon nhôm, két nhựa, vỏ chai thủy tinh, các loại nút chai và bao bì khác. Theo thống kê hiện nay, cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực sản xuất đạt trên 800 triệu lít/năm. Bia địa phương ở 311 cơ sở, chiếm 97,18% số cơ sở nhưng sản lượng chỉ chiếm 37,41% sản lượng bia cả nước (đạt 231 triệu lít) và đạt 60,73% công suất thiết kế. Hiện nay theo thống kê mới nhất của Bộ Kế hoạch - đầu tư, bốn tháng đầu năm 2011 các doanh nghiệp trong nước đã sản xuất 714,6 triệu lít bia các loại, tăng 9,2% so với cùng kỳ năm ngoái. Tốc độ tăng trưởng ngành bia tại VN, theo thống kê của các công ty nghiên cứu thị trường, ước đạt 15%/năm. VN có khoảng 350 cơ sở sản xuất bia có trụ sở ở hầu khắp các tỉnh thành trên cả nước và tiếp tục tăng về số lượng. Trong số này, có hơn 20 nhà máy đạt công suất trên 20 triệu lít/năm, 15 nhà máy có công suất lớn hơn 15 triệu lít/năm, và có tới 268 cơ sở có năng lực sản xuất dưới 1 triệu lít/năm. Qui trình công nghệ tổng quát của ngành sản xuất Bia. Đặc tính nguyên liệu. Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính là malt Đại Mạch, hoa houblon và nước. Để tiết kiệm nguồn malt Đại Mạch hoặc để sản xuất một vài loại bia thích hợp, với thị hiếu của người tiêu dùng bên cạnh Đại Mạch, người ta còn dùng thêm các nguyên liệu phụ như bột mì, gạo, bột ngô, thậm chí cả bột đậu tương đã tách béo. 2.2.1.1. Nước Đối với bia, nước là một nguyên liệu không thể thay thế được. Thành phần hóa học của nước ảnh hưởng đến đặc điểm, tính chất sau cùng của bia do nó tác động trong suốt các quá trình chế biến của công nghệ sản xuất bia. Trên dây chuyền công nghệ chính, nước được dùng trong quá trình nấu, pha loãng dung dịch đường để lên men, như vậy nước trở thành thành phần chính của sản phẩm. Ngoài ra, nước còn được dùng ở những quá trình khác như làm lạnh, làm nóng, rửa dụng cụ, thiết bị, vệ sinh khu vực sản xuất. 2.2.1.2. Đại mạch Đại mạch là nguyên liệu chủ yếu dùng để sản xuất bia, muốn được vậy, đại mạch phải trải qua quá trình nẩy mầm nhân tạo sau đó dừng lại bằng cách sấy khô. Thành phần hóa học của Đại mạch. Carbohydrate chung : 70-85%. Các chất vô cơ : 10,5-11,5% Chất béo : 1,5 -2% Các chất khác : 1-2 Độ ẩm bình quân thay đổi từ 14 -14,5%, độ ẩm có thể thay đổi từ 12% trong điều kiện thu hoạch khô ráo và trên 20% trong điều kiện ẩm ướt. Tinh bột Có công thức là (C6H10O5)n, có được chuyển hóa dễ dàng thành đường glocose dưới tác dụng của acid và thành dextrine và maltose dưới tác dụng của amylase. Tinh bột là một thành phần quan trọng về mặt số lượng trong đại mạch từ 55-65%. Khi nấu, dưới tác dụng của các men amylase được chuyển hóa thành thành dextrine và đường maltose và sau đó sẽ được chuyển hóa thành cồn và CO2 trong quá trình lên men. Protêin Sản phẩm thủy phân của protêin được chia ra làm nhiều nhóm khác nhau và giữ một vai trò hết sức quan trọng trong sản xuất malt và bia. Những nhóm kém phức tạp sẽ là chất dinh dưỡng cho nấm men trong quá trình lên men, nhưng nếu trong dịch đường có qúa nhiều loại này nấm men không sử dụng hết, phần tồn tại trong bia sẽ là dinh dưỡng cho các vi sinh vật làm hỏng bia trong quá trình bảo quản. Bảng 2.1 Các chỉ số chất lượng của Malt vàng Thứ tự Các chỉ số chất lượng Giá trị trung bình 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Khối lượng hectolit, kg Khối lượng 1000 hạt không lựa chọn,g Độ dài lá mầm, % số hạt có chiều dài 2/3-3/4 hạt Số hạt trắng đục, % Hàm ẩm, % Thời gian đường hóa, phút Cường độ màu, ml 0,1NI2 / 100ml dịch đường Lượng chất chiết hòa tan, % theo chất khô. Hiệu số chiết ly (nghiền mịn, nghiền thô) Hàm lượng đường maltoza, % theo chất chiết Đường: dextrin pH Độ chua định phân ml 0,1N NaOH/100g chất khô Đạm tổng, %N Đạm tổng, % theo chất khô ( N x 6,25) Đạm formol, % Độ lên men biểu kiến cuối cùng, % Hoạt lực amylaza, 0WK 55 -58 32-35 70-75 90-96 3.8-5.0 10-15 0.16-0.25 78-80.5 2-3.5 65-82 0.4-0.55 4.5-6 14-17.5 1.5-1.7 9.5-10.5 0.19-0.21 75-78 220-280 Nguồn. PGS.TS. HOÀNG ĐÌNH HÒA, Công nghệ sản xuất Malt và bia, 2000 2.2.1.3.Chủng Nấm Men Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi chất của tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hóa nguyên liệu thành sản phẩm. Quá trình chuyển hóa này lại gắn liền với sự tham gia của hệ ezyme trong tế bào nấm men, do đó việc phải nuôi cấy nấm men để tạo điều kiện cho sự hình thành và hoạt động của hệ ezyme là một khâu kỹ thuật rất quan trọng không thể tiến hành một cách tùy tiện. Nấm men được sử dụng cho sản xuất bia là loại vi sinh vật đơn bào thuộc giống Saccaromyces. Quy trình công nghệ sản xuất bia Quá trình sản xuất bia gồm 3 giai đoạn chính sau: Nấu và đường hóa. Lên men chính, lên men phụ và tàng trữ. Lọc bia và chiết bia. Chúng ta có thể mô tả công đoạn sản xuất bia theo sơ đồ sau : Chuẩn bị nguyên liệu Nấu – đường hóa Lọc dịch đường Nấu hoa Tách bã Làm lạnh Lên men chính, phụ Lọc bia Bão hòa CO2 Chiết chai, lon Đóng nắp Thanh trùng Kiểm tra, dán nhãn, nhập kho Nước cấp để rửa sàn,thiết bị Nước mềm Malt Gạo Hơi nước Enzim Bã malt Hoa hublon Hơi nước Bã malt Glicol hay nước đá Bã men Sục khí Men giống Hoạt hóa và dùng lại men Nén CO2 Chất trợ lọc Bã lọc Bia hơi Rửa chai Hơi Xút Nước thải Hơi nước Sản phẩm Nước thải Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất Bia. Dây chuyền công nghệ khâu nấu và đường hóa. Nghiền nguyên liệu Mục đích của quá trình nghiền là nhằm tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự tiến triển của các biến đổi lý sinh hóa trong quá trình đường hóa, nhằm làm thế nào thu được lượng chất hòa tan lớn nhất. Thiết lập được một điều kiện thích hợp về mối liên hệ giữa nước và các thành phần của bột malt là một điều kiện rất quan trọng, có như vậy mới giúp cho quá trình lên men xảy ra tốt và quá trình hình thành các chất hòa tan hiệu quả nhất. Trộn nguyên liệu với nước Quá trình đường hóa được bắt đầu bằng việc pha trộn bột malt, gạo với nước. Nhằm tránh cho bột malt, gạo bị vón cục gây trở ngại cho việc thủy phân tinh bột, người ta sử dụng một thiết bị pha dựa theo nguyên lý Ventury hoặc bằng cơ học gồm một vít xoắn đánh tơi bột trong nước, phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật nấu hoặc pha loãng, thường người ta áp dụng là: 3,5 - 4 lít nước cho 1kg gạo và 3 - 3,5 lít nước cho 1kg malt. Nấu và đường hóa nguyên liệu Mục đích là nhằm chuyển về dạng hòa tan tất cả các chất có phân tử lượng cao nằm dưới dạng không hoà tan trong bột malt. Chúng sẽ cùng với những chất hòa tan có sẵn tạo thành chất chiết chung. Quá trình thủy phân các chất hữu cơ phức tạp trên là kết quả của sự tác dụng của hệ thống enzyme có sẵn trong malt. Thủy phân tinh bột Thành phần quan trọng nhất của bia là cồn được sinh ra trong quá trình lên men từ dịch đường. Vì vậy sự thủy phân tinh bột thành maltose rất quan trọng. Thêm vào đó các sản phẩm trung gian không lên men được như dextrine cũng được hình thành. Sự thủy phân tinh bột được tiến hành thành 3 giai đoạn không thay đổi nhưng hòa lẫn với nhau như sau: Hồ hóa ® dịch hóa ® đường hóa Hồ hóa: tinh bột không hòa tan trong nước lã, không hòa tan trong dung môi hữu cơ trung tính. Khi ở trong nước lã bình thường chúng hút nước và trương nở ra. Vì thế, khi gia nhiệt thể tích của khối bột tăng lên, các hạt tinh bột bị nén chặt sau cùng chúng bị vỡ ra và tạo thành một dung dịch nhớt. Độ nhớt của dung dịch phụ thuộc vào lượng nước pha và tùy theo cấu trúc của từng loại tinh bột. Dịch hóa: dưới tác dụng của a - amylase, các chuỗi dài amylo và amylopectin sẽ nhanh chóng cắt đứt thành những chuỗi nhỏ hơn, vì thế nên độ nhớt trong mẻ nấu giảm rất nhanh. b - amylase chỉ có thể cắt từ từ vào cuối mạch của amylo và cuối mạch nhánh của amylopectin và cứ cắt 2 gốc một như vậy. Dịch hóa có nghĩa là giảm độ nhớt trong dung dịch tinh bột đã hồ hóa bởi a - amylase. Đường hóa: a - amylase tuần tự phân cắt các chuỗi của amylo và amylopectin thành dextrin có từ 7 -12 gốc glucose còn lại, b - amylase tách 2 gốc từ đuôi còn lại của a - amylase đã cắt để hình thành các chuỗi nhỏ hơn, các loại đường khác nhau như maltotriose và glucose có độ dài các chuỗi khác nhau cũng được hình thành. Lọc dịch đường và rửa bã Cháo malt sau khi đường hóa xong gồm 2 phần: phần đặc và phần loãng. Phần đặc bao gồm tất cả những phần tử nhỏ không hòa tan của bột malt. Phần loãng thì dung dịch nước chứa tất cả chất hòa tan trong mẻ nấu gọi là “dịch đường”. Mục đích của quá trình lọc là nhằm phân tách phần loãng riêng ra khỏi phần đặc. Đặc trưng của cháo malt là trong đó có rất nhiều phần tử rắn. Trong quá trình lọc, những phần tử rắn này sẽ tạo thành một lớp nguyên liệu lọc phụ. Điều này có ý nghĩa khá lớn trong khi lọc. Đun sôi dịch đường cùng với hoa houblon Mục đích của quá trình đun sôi dịch đường với hoa houblon là nhằm ổn định thành phần và tạo cho bia có mùi thơm, vị đắng đặc trưng của hoa houblon. Bia là một loại giải khát có mùi thơm và vị đắng rất đặc trưng, mùi thơm vị đắng đặc trưng này gây nên bởi hoa houblon. Đồng thời hoa houblon còn giúp cho bia thêm phần bền vững sinh học và khả năng tạo bọt tốt. Một trong những phương pháp thông dụng nhằm chiết chất đắng và dầu thơm của hoa houblon là đun sôi trực tiếp dịch đường với hoa. Làm lạnh và lắng trong dịch đường Mục đích của quá trình làm lạnh và lắng trong là giảm nhiệt độ nước nha xuống, đưa oxy từ không khí vào dịch thể và kết lắng các chất bẩn. Thông thường làm lạnh và lắng trong nước nha tiến hành qua 2 bước: Bước 1. Giảm nhiệt độ xuống 60-700C và giữ ở nhiệt độ này khoảng 2 giờ vì cần ít nhất 2 giờ các cặn bã mới lắng hết. Sau đó, bơm phần trong của nước nha (loại bỏ phần cặn ở đáy thùng) sang thiết bị làm lạnh nhanh. Bước 2: Làm giảm nhanh nhiệt độ xuống tương ứng với nhiệt độ lên men (khoảng 7-100C). Đến giai đoạn này, số cặn còn lại tuy không nhiều nhưng đó là những cặn rất nhỏ, đường kính của chúng thường không quá 0,5mm và lởn vởn trong dung dịch ở dạng huyền phù, rất khó lắng, thậm chí không lắng. Phải loại bỏ các kết tủa này bằng ly tâm hoặc có khi sử dụng bột trợ lọc điatomit sau đó mới đưa nước nha vào thùng lên men. Lên men dịch đường Sản xuất bia thuộc lĩnh vực lên men cổ điển ( như lên men rượu, một số axit hữu cơ, một số dung môi hữu cơ…). Đó là một quá trình hóa sinh, vi sinh tương đối đơn giản so với các ngành lên men thuộc lĩnh vực lên men hiện đại như sinh tổng hợp các axit amin, các enzym… Trong sản xuất bia, quá trình lên men có hai dạng: lên men nổi và lên men chìm. Hai dạng lên men này khác nhau chủ yếu ở chỗ sử dụng hai loại nấm men khác nhau. Nấm men chìm thì lên men chính ở 6-90C, còn nấm men nổi thường có nhiệt độ lên men chính cao hơn. Tại nhà máy áp dụng phương pháp lên men chìm. Các giai đoạn lên men Giai đoạn bắt đầu . Xuất hiện bọt trắng mịn và bám vào thành thùng và từ từ phủ kín bề mặt bia non. Bọt này được xuất hiện từ 8 đến 16 giờ sau khi cấy men. Nếu thời gian này bị kéo dài hơn thì nên bổ sung nấm men hoặc tăng nhiệt độ lên men, thông thường nhiệt độ lên men của nấm men bắt đầu từ 6-70. Nếu các biện pháp trên không hiệu quả thì cần kiểm tra lại hàm lượng O2, và hàm lượng O2 thông thường ³ 6mg/l. Giai đoạn tiếp theo gọi là giai đoạn “Krausen collapsing”. Mức độ lên men ít mạnh mẽ hơn, lớp bọt dần dần bị xẹp xuống và cuối cùng tạo nên một lớp bao phủ màu nâu có vị đắng là do sự oxy hóa của nhựa hoa houblon và tannin. Giai đoạn cuối cùng gọi là “collapsed foam”. Do tốc độ lên men tiếp tục giảm, bọt tiếp tục vỡ ra và cuối cùng chỉ còn một lớp bọt màu nâu xốp bẩn, lớp bọt này cần loại bỏ trước khi chuyển bia để khỏi làm bẩn nấm men thu hồi. Giai đoạn Lọc bia Sau khi lên men và hoàn tất quá trình làm chín bia có đầy đủ các thành phần hóa học, cũng như hương vị đặc trưng riêng biệt của từng loại bia nhưng bia vẫn còn mờ đục nên cần phải lọc để trở nên trong suốt và óng ánh. Lọc bia dựa trên cơ sở của 2 quá trình: Quá trình cơ học: nhằm giữ lại các phần tử rắn có kích thước to hơn các lỗ hoặc khe của lưới lọc. Quá trình hấp thu: đối với các phần tử có kích thước rất bé như các chất keo hòa tan dưới dạng phân tử, các nấm men và vi sinh vật,… Ngoài các chất gây đục bia, quá trình hấp thu cũng làm giảm bớt một phần các chất protein, chất nhựa houblon, chất màu, cồn bậc cao và ester,…Vì vậy bia được trong chính là nhờ quá trình này. Bia lọc xong phải đảm bảo về mặt chất lượng như: độ ổn định vi sinh, độ ổn định keo, độ ổn định mùi vị. Bia đã lọc được đưa vào tank chứa có áp lực, thời gian chứa từ 2-3 ngày ở nhiệt độ từ 0-20C. Tank chứa bia trong thực chất là tank chứa trung gian máy lọc và máy chiết, nó được trang bị các phụ kiện an toàn áp lực và đảm bảo các yêu cầu như: Đảm bảo vệ sinh hoàn toàn sạch bởi hệ thống lọc. Quá trình vệ sinh phải được kiểm tra cẩn thận. Bề mặt bên trong phải nhẵn, láng. Tank phải có hệ thống dằn áp lực CO2 và đảm bảo không rò rỉ gió vào. Phải có hệ thống kiểm tra nhiệt độ tự động. Các nguồn phát sinh chất thải. Ngành công nghiệp sản xuất bia cũng như các ngành công nghiệp khác đều có sự phát sinh chất thải trong quá trình sản xuất và ảnh hưởng đến môi trường cụ thể là chất thải rắn, khí thải và đặc biệt là nước thải sản xuất. Cụ thể như sau : Về nước thải. Bia chứa chủ yếu là nước (>90%), còn lại là cồn (3 – 6%), CO2 và các hóa chất hòa tan khác. Vì vậy sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu tốn rất nhiều nước do đó sẽ thải ra môi trường một lượng rất lớn nước thải. Nước thải của nhà máy bia thường gồm những loại sau: Nước làm nguội, nước ngưng tụ. Loại nước này không thuộc loại nước gây ô nhiễm nên có thể xử lý sơ bộ và tái sử dụng lại. Nước vệ sinh thiết bị như rửa thùng nấu, rửa bể chứa, rửa sàn nhà sản xuất. Loại nước này chứa nhiều chất hữu cơ, cần phải được tiến hành xử lý để làm sạch môi trường và tái sử dụng lại. Nước vệ sinh và các thiết bị lên men, thùng chứa đường ống, sàn nhà lên men. Loại nước thải này chứa nhiều xác nấm men, xác nấm men rất dễ tự phân hủy, gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Loại nước này cần có biện pháp xử lý đặc biệt giảm nguy cơ ô nhiễm. Nước rửa chai đựng bia. Loại nước thải này cũng gây ô nhiễm nghiêm trọng, nước này không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa rất nhiều các hợp chất màu từ mực in nhãn, kim loại ( đặc biệt là Zn và Cu) Khí thải. Hơi phát sinh từ quá trình nấu, hơi khí nén bì rò rỉ, bụi từ quá trình chuẩn bị nguyên liệu . . . Nguồn Bụi phát sinh chủ yếu trong nhà máy bao gồm trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu, quá trình tiếp liệu, quá trình xay malt, quá trình nghiền gạo… Tuy nhiên tải lượng bụi ở đây rất khó ước tính phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như loại nguyên liệu, độ ẩm của nguyên liệu, tình trạng / tính năng của thiết bị máy móc… Tác nhân nhiệt. Nhiệt tỏa từ lị nấu, lị hơi (nguồn nhiệt rất nặng) và từ hệ thống làm lạnh (nguồn nhiệt lạnh) và tiếng ồn do thiết bị sản xuất (máy bơm, máy lạnh, băng chuyền,…) ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của cơng nhân và mơi trường xung quanh Chất thải rắn. Chất thải được phát sinh chủ yếu từ công đoạn : lọc dịch đường, tách bã, lên men chính – phụ , bao gồm bã thải lúa mạch – gạo, xỉ lò nấu, bã men bia, ngoài ra còn có chất thải rắn sinh hoạt từ văn phòng và bếp ăn. Tiếng ồn, độ rung . Chủ yếu được phát sinh từ quá trình hoạt động của các máy móc thiết bị như máy nghiền, máy đóng chai, thiết bị làm lạnh, băng chuyền . . CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY TNHH SABMIILER VIỆT NAM. Giới thiệu tổng quan công ty. Tên công ty: Công ty TNHH Liên Doanh Sabmiller Việt Nam Địa chỉ: Lô A, KCN Mỹ Phước 2, Huyện Bến Cát, Tỉnh Bình Dương Công ty TTNH SABMiller Việt Nam nằm trong khu công nghiệp Mỹ Phước, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương. Mặt tiền phía Bắc khu đất giáp đường giao thông nội bộ của khu công nghiệp. Khu dân cư gần nhất nằm cách công ty khoảng 700m. Cơ sở hạ tầng như cấp thoát nước, giao thông, cung cấp điện và thông tin liên lạc rất đầy đủ. Công ty nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía nam, đồng thời nằm gần các trung tâm đô thị lớn nên thuận lợi cho việc vận chuyển và tiêu thụ sản phẩm. Đồng thời công ty nằm trong khu vực có nguồn nhân lực dồi dào thuận lợi cho việc tuyển chọn lao động. Sản phẩm chính: Sản phẩm của công ty là bia và nước giải khát từ malt không cồn . Tổng công suất sản phẩm là 675.520 hl/năm.( 1 hectolit ~ 1.000 lít) Điều kiện tự nhiên Công ty TTNH SABMiller Việt Nam nằm trong khu công nghiệp Mỹ Phước, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương. Mặt tiền phía Bắc khu đất giáp đường giao thông nội bộ của khu công nghiệp. Khu dân cư gần nhất nằm cách công ty khoảng 700m. Cơ sở hạ tầng như cấp thoát nước, giao thông, cung cấp điện và thông tin liên lạc rất đầy đủ. Công ty nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía nam, đồng thời nằm gần các trung tâm đô thị lớn nên thuận lợi cho việc vận chuyển và tiêu thụ sản phẩm. Đồng thời công ty nằm trong khu vực có nguồn nhân lực dồi dào thuận lợi cho việc tuyển chọn lao động. Điều kiện khí hậu Khu vực của công ty nằm trong vùng khí hậu mang tính chất đặc trưng của vùng khí hậu cận xích đạo với 2 mùa rõ rệt là mùa mưa bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 11 và mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm cao và ổn định quanh năm và tháng. Biến thiên nhiệt độ giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất khoảng 4,6oC. Tuy nhiên, biến thiên nhiệt độ ngày thì khá cao khoảng 10oC. Nhiệt độ không khí trung bình năm: 26,7oC Nhiệt độ không khí tối đa: 28,7 oC Nhiệt độ không khí tối thiểu: 25,5 oC Nhiệt độ tối cao tuyệt đối: 39,5 oC Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối: 16,5 oC Nhiệt độ không khí tháng nóng nhất (tháng 5): 29,5 oC Nhiệt không khí tháng lạnh nhất (tháng 2): 24,9 oC Hiện trạng chất lượng nước ngầm Khu vực của công ty nhìn chung có trữ lượng nước ngầm khá dồi dào. Hiện tại nhân dân quanh vùng có thể khai thác và sử dụng nguồn nước này bằng các giếng khoan. Chất lượng nước giếng khoang sâu 30m lấy tại hộ dân cách công ty 700m được trình bày ở bảng sau: Bảng 3.1. Chất Lượng Nước Ngầm . STT Các chỉ tiêu Đơn vị Kết quả TCVN 5944 - 1995 1 pH Mg/l 8.04 6.5 – 8.5 2 Cl- Mg/l 29.11 200 - 600 3 NO3 Mg/l 4.56 45 4 Sắt Mg/l 0.26 1 – 5 5 SO4 2- Mg/l <0.1 200 – 400 6 Độ cứng Mg CaCO3 80 300 - 500 Nguồn : công ty TNHH Sabmiler Việt Nam. Kết quả phân tích cho thấy chất lượng nguồn nước ngầm tại khu vực này còn khá tốt, hầu hết các chỉ tiêu đều đạt tiêu chuẩn cho phép. Nguồn nước có thể sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất nếu được xử lý kỹ. Quy trình công nghệ sản xuất bia của Nhà Máy. Các loại nguyên liệu và hóa chất sử dụng. Nguyên liệu chính để sản xuất bia là malt, gạo và nước. Ngoài ra, công ty còn sử dụng một số phụ liệu khác gồm men bia, hoa houblon và các phụ gia tạo hương vị đặc trưng. Bảng 3.2. Nhu cầu hàng năm và các loại nguyên phụ liệu của công ty . STT Nguyên vật liệu Đơn vị Số lượng 1 Malt Tấn/năm 6.919 2 Gạo Tấn/năm 2.312 3 Hoa Houblon (dạng viên và cô đặc) Tấn/năm 21 4 Acide Ascorbic Kg/năm 1.5 5 Collupulin Kg/năm 1.5 6 Caramel Kg/năm 2.5 7 Ezim lit/năm 1.5 Bảng3.3. Nhu cầu về điện, nước, nhiên liệu STT Nguyên nhiên liệu Đơn vị Số lượng 1 Dầu DO Tấn/năm 2000 2 Điện Kw/h. 1600 3 Nước m3/ngày. 1348 Bã lọc Hệ thống lò hơi Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải Bia hơi Cặn Bã lọc Hồ chứa Lọc tinh 30 Mc Xử lý sắt Lọc cát, đá Nước Chiết vào chai, thùng Bảo quản lạnh Nhập kho thành phẩm Mait, gạo Làm sạch và xay Nấu bia Nấu sôi với Houblo Lắng, lọc trong Làm lạnh, nạp khí Lên men Lọc Bồn trữ, Bão hòa CO2 Thanh trùng Chiết chai Nhập kho thành phẩm Dán nhãn vô két Lọc hèm Quy trình công nghệ Hình 3.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ tại nhà máy 3.2.2.1. Thuyết minh dây chuyền công nghệ. Dây chuyền sản xuất bia của công ty là một dây chuyền khép kín và có thể chia làm 3 giai đoạn như sau : giai đoạn nấu, giai đoạn len men, giai đoạn chiết. Giai đoạn nấu. Nguyên liệu (Malt, gạo) được vận chuyển về và chứa trong các kho của công ty, tại đây nguyên liệu được bảo quản cần thận sau đó đưa vào các bồn của phân xưởng nấu – đường hóa. Trong giai đoạn này Malt , gạo được xay còn nguyên vỏ và nghiền nát được đưa vào trong nồi để nấu ( nồi đường hóa). Sau khi nguyên liệu được nấu một thời gian nhất định sẽ tự động lọc bã kỹ và cho ra dịch đường. Đường này sẽ được chuyển đến bộ phận lên men. Giai đoạn lên men và lọc. Tại đây bộ phân lên men tiếp nhận dịch đường của bộ phận nấu trộn chung với hoa Houlon và mộ số phụ hia khác để lên men , sau khi trải qua hai quá trình lên men chính và lên men phụ . Quá trình lên men chính sẽ tạo ra bia bán thành phẩm ( bia chưa lọc). Bia chưa lọc này se được trải qua quá trình lọc để lọc các tạp chất đồng thời lảm trong nước bia và chuyển đến phân xưởng chiết. Giai đoạn chiết. Tại đầu Keg inox 30 lít sẽ được súc, hấp, làm lạnh nhằm tiệt trùng vi khuẩn, làm khô ráo sau đó chiết bia và đóng nút, rồi được chuyển đến các kho có trang bị hệ thống làm lạnh và các thiệt bị khác để đảm bảo bia tươi sản xuất ra. An toàn lao động ,phòng cháy chữa cháy và các sự cố môi trường. Phòng cháy, chữa cháy và các sự cố môi trường Công ty đã lập tổ chức PCCC trong toàn công ty và trang bị đầy đủ các phương tiện cứu hỏa như bình CO2, thang, xẻng , ống nước, bơm nước, bể chứa nước PCC Các loại nhiên liệu được tồ trữ tại khu vực cách ly và thông thoáng. Công ty đã lắp đặt các hệ thống chống sét cho các bồn chứa dầu, cách ly các bảng điện, tủ điện điều khiển….đồng thời cho tiếp đất các thiết bị. Các máy móc, thiết bị có lý lịch kèm theo và được đo đạc, theo dõi thường xuyên các thông số kỹ thuật; đặc biệt là các thiết bị chịu ápcao như máy nén khí, nồi hơi và hệ thống thu hồi khí CO2 được kiểm định theo qui định. Công nhân vận hành được huấn luyện và thực hành thao tác đúng cách khi có sự cố và luôn có mặt tại vị trí của mìn, thao tác kiểm tra vận hành đúng kỹ thuật. Kết hợp với lực lượng phòng cháy chữa cháy địa phương để xây dựng kế hoạch phòng cháy chữa cháy cho dự án. Phát hiện, sửa chữa hoặc thay thế kịp thời các thiết bị có nguy cơ hỏng hóc hoặc sự cố. Tiến hành kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa các máy móc thiết bị theo định kì. Các biện pháp phòng chống sự cố rò rỉ dầu Các bồn chứa dầu được đặt trên nền bê tông chịu lực không có mái che, xung quanh nền được xây gờ cao 1 m ngăn chặn nguy cơ tràn dầu ra khu vực xung quanh. Trong khu vực này có một hố chứa dầu cặn với dung tích khoảng 1 m3 để thu gom dầu cặn trong quá trình sử dụng. Các loại dầu cặn trong hố gom sẽ được hút và chứa trong thùng phuy 20L, định kỳ sẽ được thuê các công ty có chức năng đến thu gom và xử lý dầu cặn này theo quy định. Các biện pháp hỗ trợ Giáo dục ý thức vệ sinh môi trường và vệ sinh công nghiệp cho cán bộ công nhân viên trong công ty. Huấn luyện cán bộ và quản lý khoa học để giảm tối đa việc thất thoát nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất. Thực hiện việc kiểm soát và cân đối nguyên liệu, vật tư để kiểm soát nguồn phát sinh chất thải. Tham gia thực hiện các kế hoạch hạn chế ô nhiễm, bảo vệ môi trường theo các quy định và hướng dẫn chung của các cấp chuyên môn và thẩm quyền của tỉnh Bình Dương. Đôn đốc và giáo dục các cán bộ công nhân viên trong dự án thực hiện các quy định về an toàn lao động, phòng chống cháy nổ. Thực hiện việc kiểm tra sức khỏe,kiểm tra y tế định kì. Hiện trạng môi trường tại công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam Nguồn gốc phát sinh và tính chất nước thải. Nấu – đường hóa: Nước thải của các công đoạn này giàu các chất hydroccacbon, xenlulozơ, hemixenlulozơ, pentozơ trong vỏ trấu, các mảnh hạt và bột, các cục vón…cùng với xác hoa, một ít tanin, các chất đắng, chất màu. Công đoạn lên men chính và lên men phụ: Nước thải của công đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin cùng với bia cặn. Giai đoạn thành phẩm: Lọc, bão hòa CO2, chiết bock, đóng chai, hấp chai. Nước thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài… Nước thải từ quy trình sản xuất bao gồm: - Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường. Để bã trên sàn lưới, nước sẽ tách ra khỏi bã. - Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác. - Nước rửa chai và két chứa. - Nước rửa sàn, phòng lên men, phòng tàng trữ. - Nước thải từ nồi hơi - Nước vệ sinh sinh hoạt. - Nước thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng clorit cao (tới 500 mg/l), cacbonat thấp. Đặc tính nước thải. Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý và hóa sinh của nước thải được đưa ra trong bảng sau: Bảng 3.4. Đặc tính nước thải của công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. Thông Số Đơn Vị Hàm Luợng Hàm lượng BOD5 mg/l 768 Hàm lượng COD mg/l 1280 Chất rắn lơ lửng SS mg/l 80 Tổng N mg/l 85 tổng P mpPO43-/l 35 độ màu Pt-co 208 ph 6.67 Nguồn : công ty TNHH Sabmiiler Việt Nam. Về Khí Thải 3.4.3.1. Đối với khí thải từ lò hơi Hiện tại, công ty đang sử dụng 2 lò hơi đốt công nghệ của Đức, với công suất 10 tấn/h/lò và 6 tấn/h/lò, sử dụng nhiên liệu là dầu FO. Lò hơi 6 tấn hoạt động liên tục còn lò hơi 10 tấn chỉ hoạt động dự phòng . Bảng 3.5. Kết quả phân tích các chỉ tiêu môi trường Stt Vị trí đo đạc và lấy mẫu Các chỉ tiêu phân tích Bụi (mg/Nm3) NOx tính theo NO2 (mg/Nm3) SO2 (mg/Nm3) CO (mg/Nm3) 1 Trong lòng cột khí thải lò hơi 6T/h – sau hệ thống xử lý 140 416 1330 230 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ (QCVN 19 : 2009/BTNMT) Cột A 400 1000 1500 1000 Cột B 200 850 500 1000 3.4.3.2. Ô nhiễm khí thải từ nhà máy phát điện và các môi trường làm việc Trong quá trình sản xuất khi có sự cố mất điện, nhà máy cần phải sử dụng dầu DO để vận hành máy phát điện. Quá trình đốt dầu DO để vận hành máy phát điện sẽ tạo ra các khí thải có chứa chất ô nhiễm như: SO2, NOx, CO2 và VOC gây ô nhiễm môi trường không khí. Đối với nguồn ô nhiễm này công ty đã áp dụng phương pháp lọc bụi kiểu ướt (thùng rửa khí rỗng) để giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải. Khói thải từ máy phát điện theo ống dẫn đến thiết bị lọc bụi kiểu ướt. Nước được phun từ trên xuống dưới và dòng khí thải được dẫn ngược chiều từ dưới lên trên. Lượng nước dung để rửa khí sẽ được dẫn đến trạm xử lý nước thải tập trung để xử lý trước khi ra ngoài môi trường Bảng3.6.Kết quả phân tích chất lượng môi trường không khí xung quanh quanh và môi trường lao động Vị trí đo đạc Chỉ tiêu đo đạc và phân tích NO2 (mg/m3) Bụi lơ lửng (mg/m3) SO2 (mg/m3) CO (mg/m3) Nhiệt độ (0C) Độ ẩm (%) T/độ gió (m/s Ánh sáng (lux) (K1) 0,078 0,19 0,084 1,82 - - - - (K2) 0,072 0,10 0,079 1,79 31,2 64,1 0,1 180 (K3) 0,075 0,10 0,083 1,80 32,6 64,0 0,1 210 TC1 5 4 5 20 34 80 2 - TC2 0,2 0,3 0,35 30 - - - 500 Nguồn : công ty TNHH Sabmiller Việt Nam. Chất thải rắn 3.4.4.1. Chất thải rắn sinh hoạt Chất thải rắn sinh hoạt là các chất thải sinh ra từ nhà ăn, từ khu vực văn phòng, từ vườn cây, bãi cỏ, và từ các hoạt động sinh hoạt hằng ngày của các nhân viên và công nhân trong Công ty. Thành phần chất thải rắn sinh hoạt chủ yếu là vỏ hộp, giấy vụn, bao bì nylon, thức ăn dư thừa, rác đường … với số lượng khoảng 3.390 kg/tháng. Toàn bộ chất thải rắn sinh hoạt được thu gom hàng ngày đưa về điểm thải tập trung trong khuôn viên Công ty, sau đó hợp đồng với công ty TNHH Bá Phát thu gom và xử lý. 3.3.4.2. Chất thải rắn sản xuất không nguy hại Chất thải rắn sản xuất thông thường sinh ra trong quá trình hoạt động của Công ty chủ yếu là bã hèm và xác men, ngoài ra còn có bao dây nilon, thùng carton, lon nhôm …Khối lượng các loại chất thải rắn được trình bày cụ thể trong bảng sau: Bảng 3.7. Khối lượng chất thải trung bình phát sinh trong quý I/2011 STT Tên chất thải Trạng thái tồn tại Số lượng(kg) 1 Bao nylon, dây nylon Rắn 6.9 2 Thùng carton và các loại giấy khác Rắn 47.98 3 Sắt thép, inox từ sản xuất Rắn 0 4 Bã hèm Bùn 480 5 Trấu Rắn 645 6 Bột bã lọc và bã men Lỏng 240 7 Miếng chai các loại Rắn 100 Nguồn: Công ty TNHH Sabmiller Việt Nam. 3.3.4.3. Chất thải nguy hại Khối lượng CTNH phát sinh được trình bày chi tiết trong bảng sau: Bảng 3.8. Khối lượng chất thải nguy hại phát sinh trong quý I/2011: STT Tên chất thải Trạng thái tồn tại Số lượng (kg) Mã CTNH 1 Bóng đèn huỳnh quang thải Rắn 0 160106 2 Pin, Ắc quy chì thải Rắn 0 190601 3 Giẻ lau và bao tay dính dầu nhớt, hóa chất thải Rắn 30 180201 5 Can thùng, bao bì đựng dầu nhớt, hóa chất, cồn thải Rắn 0 180101 6 Dầu nhớt thải Lỏng 550 170204 7 Hỗn hợp methanol, thủy ngân thải Lỏng 0 020402 Nguồn: Công ty TNHH Sabmiller Việt Nam Hiện tại công ty đang lưu giữ và và bảo quản lượng chất thải nguy hại phát sinh trong điều kiện an toàn: Khu vực chứa chất thải nguy hại riêng, có mái che và cách ly với các loại chất thải khác. Công ty đã quản lý chất thải nguy hại theo đúng Thông tư số 12/2006/TT-BTNMT và Quyết định số 23/2006/QĐ-BTNMT. Công ty đã đăng ký Sổ chủ nguồn thải chất thải nguy hại với Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Dương và lượng chất thải phát sinh sẽ được hợp đồng với xí nghiệp xử lý chất thải – Công ty TNHH Bá Phát thu gom và xử lý chất thải nguy hại theo đúng quy định. CHƯƠNG 4 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH SẢN XUẤT BIA. Tổng quan về nước thải ngành sản xuất bia. Thành phần , tính chất của nước thải sản xuất bia. Đặc tính nước thải của công nghệ sản xuất bia là chứa hàm lượng chất hữu cơ cao ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửng ,trong đó chủ yếu là hydratcacbon, protein và axit hữu cơ. Đây là các chất có khả năng phân hủy sinh học cao, Nguyên nhân chính chủ yếu : + Hàm lượng BOD cao là do: bã nấu, bã hèm, men, hèm lỗng, bia dư rị rỉ vào nước thải. + pH dao động lơn do: cặn xút, axit tháo xả của các hệ thống rửa nồi, máy rửa chai, rửa két, nước tráng, rửa thiết bị, nước rửa vệ sinh sàn nhà, trạm xử lý nước.. + Ảnh hưởng tới nồng độ N, P : do men thải, các tác nhân trong quá trình làm sạch thất thốt…. + Aûnh hưởng tới hàm lượng chất rắn lơ lửng: do rửa máy lọc, rửa chai, chất thải rắn (giấy nhãn, bìa..). Tuy nhiên ở mỗi nhà máy bia thì lượng nước cấp và lượng nước thải rất khác nhau. Sự khác nhau này nhìn chung phụ thuộc chủ yếu vào qui trình công nghệ và trình độ quản lý của từng nhà máy. Mặt khác, mức độ ô nhiễm ở các loại nước thải của những nhà máy bia cũng khác nhau, ta có thể ước tính trung bình cho các thông số trên như sau : Lượng nước cấp cho 1000 lít bia : 4 - 8 m3 Nước thải tính từ sản xuất 1000 lít bia : 2.5 - 6 m3. Tải trọng BOD5 : 3 – 6 kg/1000 lít bia. Tỷ lệ BOD5 / COD : 0.55 – 0.7 Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải bảng sau : Bảng 4.1. : Tính chất đặc trưng của nước thải ngành sản xuất Bia Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị COD mg/l 600 ÷ 2400 BOD mg/l 310 ÷1400 Tổng chất rắn lơ lửng mg/l 70 ÷ 600 Tổng số Phơtpho mg/l 50 Tổng số Nito mg/l 90 Nhiệt độ 0C 35 ÷ 55 (Nguồn: PGS.TS Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải, NXB Giáo dục Tác động đến môi trường của nước thải nghành bia. Hoạt động sản xuất bia có mức độ ô nhiễm khá lớn. Sự ô nhiễm này chủ yếu là do các chất có nguồn gốc hữu cơ hòa tan trong các dòng thải, kèm theo đó là nước thải chung có độ màu và độ đục cao, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao và vi sinh vật, nấm men, nấm mốc. Sự hiện diện của các chất độc hại trong nước thải sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ động vật dưới nước và hệ sinh thái thủy vực. Chúng không những làm chết các loài thủy sinh mà còn làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nước nơi tiếp nhận. Hàm lượng chất hữu cơ cao sẽ làm tăng các chất dinh dưỡng có trong nguồn nước, tạo hiện tượng phú dưỡng hóa kênh rạch, thúc đẩy sự phát triển bùng nổ của các loại rong tảo.. Hàm lượng chất rắn cao sẽ dễ dẫn đến hiện tượng tắc nghẹt các đường cống thoát nước chung của địa phương. Sau thời gian tích tụ lâu ngày và dưới những điều kiện yếm khí, chúng có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật hoại sinh. Kết quả của quá trình này là sản sinh ra các khí CH4, CO2, H2S, trong đó hydrosulfua là chất khí gây ra mùi thối đặc trưng. Ngoài ra trong quá trình xúc rửa chai, cũng tạo ra một lượng kim loại nặng và các chất độc hại khác trong các nhãn chai. Do đó, để giảm lượng kim loại nặng và các chất độc hại khác trong nước cần tránh in ấn bao bì bằng các chất có chứa kim loại nặng. Lượng nước thải. Nhu cầu sử dụng nước của nhà máy Bia – Rượu – Nước giải khát thường lớn nên hầu hết phải khai thác nước ngầm để phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của nhà máy. Việc khai thác nước ngầm có nguy cơ gây nên sự cạn kiệt nguồn nước ngầm vào mùa khô, dân cư trong khu vực có nguy cơ không đủ nước dùng . Đối với vấn đề thoát nước, hoạt động của nhà máy bia có thể làm gia tăng mức chịu tải của hệ thống thoát nước tập trung hoặc làm tăng thêm lưu lượng dòng chảy, làm ô nhiễm các nguồn tiếp nhận nước thải. Vì vậy cần phải xem xét và đánh giá thực tế về khả năng tiêu thốt nước của khu vực dự án, khả năng xảy ra tình trạng ngập lụt…. Nhiệt độ. Nước thải từ phân xưởng lên men có nhiệt độ từ 10 ÷ 140C Nước thải từ phân xưởng nấu có nhiệt độ từ 46 ÷ 550C, cao hơn rất nhiều tiêu chuẩn cho phép đối với nước thải cơng nghiệp – TCVN 5945 – 2005. Do vậy nó ảnh hưởng đến môi trường như sau: + Nhiệt độ nước tăng cao gây ảnh hưởng xấu đến đời sống các lòai thủy sinh và quá trình tự làm sạch của nước. + Nhiệt độ tăng làm giảm nồng độ ôxy hòa tan dẫn đến tình trạng mất cân bằng của ôxy trong nước, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ diễn ra trong điều kiện phân hủy kị khí, điều này làm cho cá và các lòai thủy sinh khác bị chết hoặc làm giảm tốc độ sinh trưởng. Hàm lượng ơxy hòa tan (DO) DO của nhà máy bia thường rất thấp ,do trong nước thải chứa nhiều các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy. DO thường dao động 0 ÷ 1.7 mg/l Tại phân xưởng men: DOmin = 0 ; DOmax = 0.5 mg/l Tại cống chung : DO = 1.4 ÷ 1.7 mg/l Bảng 4.2. Tiêu chuẩn phân loại mức độ ô nhiễm Mức độ ô nhiễm DO (mg/l) BOD5 (mg/l) SS (mg/l) N.NH3 (mg/l) Rất nhẹ > 6.5 < 3.0 < 20 < 0.5 Nhẹ 4.5 ÷ 6.5 3.0 ÷ 4.9 20 ÷ 49 0.5 ÷ 0.9 Tương đối nặng 2 ÷ 4.4 5 ÷ 15 50 ÷ 100 1 ÷ 3 nặng < 2.0 > 15 > 100 >3.0 (Nguồn: Tổ chức Y tế thế giới, năm 2006 ) Giảm DO cũng đồng nghĩa với việc môi trường nước đã bị ô nhiễm do chủ yếu là chất hữu cơ. DO thấp kìm hãm sự phát triển của sinh vật thủy sinh ảnh hưởng tới quá trình phân hủy chất hữu cơ. Ngoài ra, con người cũng sẽ gặp nguy hiểm khi sử dụng nguồn nước trên phục vụ cho nhu cầu ăn uống. Độ pH (tính axit, tính kiềm) Phân xưởng lên men : pH = 0.5 axit mạnh Phân xưởng rửa chai : pH = 8.5 ÷ 10 cĩ tính kiềm Nước thải sản xuất : pH = 6 ÷ 7.5pH thay đổi theo từng công đoạn sản xuất bia. Nước thải khi chảy ra môi trường ngồi, pH sẽ thay đổi, điều này phụ thuộc: mức độ pha loãng, thành phần và sinh khối của sinh vật thủy sinh. Ảnh Hưởng Tính axit của mơi trường nhà máy bia gây ảnh hưởng xấu trực tiếp tới đời sống thủy sinh vật và nhiều hậu quả xấu khác. Tưới cây bằng nước có tính axit sẽ làm tăng độ hòa tan của một số kim loại có sẵn trong đất như : Al3+, Zn2+, Mn2+, As2+, ….. Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) Thường từ 255 ÷ 700 mg/l so với mức cho phép là 100mg/l mức độ ô nhiễm là rất nặng. Hàm lượng chất rắn lơ lửng cógiá trị lớn nhất thường ở trong phân xưởng lên men và nấu. Hậu quả là làm giảm khả năng hịa tan của ôxy vào nước. Làm thay đổi độ trong, hạn chế sự xâm nhập của ánh sáng vào các tầng nước ảnh hưởng tới khả năng quang hợp của tảo và các thực vật dưới nước. Làm dày thêm lớp bùn lắng đọng ở đáy. Chất rắn lơ lửng là tác nhân gây tắc nghẽn cống thoát nước Nhu cầu ôxy sinh háa (BOD). BOD ở nhà máy bia thường rất lớn thường dao động trong khoảng 310 ÷ 1400 mg/l (theo Lovan & Forre) Nước thải ra làm cho nguồn tiếp nhận bị ô nhiễm mùi và độ màu của nước thải bia. Do hàm lượng chất hữu cơ cao dẫn đến xuất hiện quá trình phân hủy kị khí các sản phẩm của quá trình này làm cho nước bị biến đổi thành màu đen, bốc mùi hơi thối khĩ chịu do xuất hiện các khí độc hại (aldehyt, H2S, NH3, CH4 ,….) khí này góp phần gây ô nhiễm môi trường không khí cùng với mùi men bia gây ra sự khó chịu cho người dân xung quanh. Gây ảnh hưởng xấu tới quần thể sinh vật thủy sinh vùng xung quanh cửa cống và khu vực tiếp nhận. Các phương pháp xử lý nước thải ngành sản xuất bia. phương pháp cơ học. Là phương pháp dùng để loại bỏ Các vật chất có kích thước lớn như cành cây, bao bì chất dẻo, giấy, giẻ rách, cát, sỏi và cả những giọt dầu, mỡ. Ngoài ra, vật chất còn nằm ở dạng lơ lửng hoặc ở dạng huyền phù. Tuỳ theo kích thước và tính chất đặc trưng của từng loại vật chất mà người ta đưa ra những phương pháp thích hợp để loại chúng ra khỏi môi trường nước. Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước lớn và tỷ trọng lớn trong nước được gọi chung là phương pháp cơ học. Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% các tạp chất không hoà tan có trong nước thải và giảm 20% BOD. Các công trình trong xử lý cơ học bao gồm. 4.2.1.1. Song chắn rác Song chắn rác giữ lại các thành phần có kích thước lớn, tránh làm tắc máy bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Song chắn rác gồm các thanh đan xếp cạnh nhau ở trên mương dẫn nước. Khoảng cách giữa các thanh đan gọi là khe hở. Song chắn rác được chia làm 2 loại di động hoặc cố định, có thể thu gom rác bằng thủ công hoặc cơ khí. Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60 – 90 0 theo hướng dòng chảy. Thiết bị tách rác thô: (Song chắn rác, lưới chắn rác, lưới lọc, sàng,…), Nhằm giữ lại các vật rắn thơ như: mảnh thủy tinh vỡ, chai lọ, nhãn giấy, nút bấc,… Thiết bị lọc rác tinh: Thiết bị lọc rác tinh thường được đặt sau thiết bị tách rác thơ, cĩ chức năng loại bỏ các tạp chất rắn cĩ kích cỡ nhỏ hơn, mịn hơn như : bã hèm, con men… 4.2.1.2. Bể lắng cát Bể lắng cát dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều so với trọng lượng riêng của nước như xỉ than, cát …… ra khỏi nước thải. Thông thường cặn lắng có đường kính hạt khoảng 0,25 mm (tương đương độ lớn thuỷ lực là 24,5) chiếm 60% tổng số các hạt cặn có trong nước thải. Bể lắng cát thường được đặt sau xong chắn rác, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng. Tùy theo đặc tính của dòng chảy ta có thể phân loại bể lắng cát như sau: Bể lắng cát ngang nước chảy thẳng, chảy vòng Bể lắng cát đứng trước chảy từ dưới lên. Bể lắng cát nước chảy xoắn ốc. Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang hoặc vòng qua bể với vận tốc lớn nhất Vmax = 0,3 m/s, vận tốc nhỏ nhất Vmin = 0,15 m/s và thời gian lưu nước từ 30 – 60 giây. Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên với vận tốc nước dâng từ 3 – 3,7 m/s, vận tốc nước chảy trong máng thu (xung quanh bể) khoảng 0,4 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 2 -3,5 phút. Cát trong bể lắng được tập trung về hố thu hoặc mương thu cát dưới đáy, lấy cát ra khỏi bể có thể bằng thủ công (nếu lượng cát 0,5 m3/ngày đêm). Cát từ bể lắng cát được đưa đi phơi khô ở sân phơi và cát khô thường được sử dụng lại cho những mục đích xây dựng. 4.2.1.3. Bể lắng đợi I. Bể lắng I có nhiệm vụ tách các hạt lơ lửng trên nguyên tắc trọng lực. Cặn lắng của bể lắng I là loại cặn có trọng lượng thay đổi, có khả năng kết dính và keo tụ với nhau. Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ 90 – 95% lượng cặn trong nước thải. Vì cậy, đây là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải và thường được bố trí xử lý ban đầu hay sau xử lý sinh học. Căn cứ theo chiều nước chảy, người ta phân biệt các dạng bể lắng sâu: Bể lắng ngang: Nước chuyển động theo phương ngang vào bể có vận tốc không lớn hơn 0.01m/s và thời gian lưu nước từ 1,2h – 2,5h. Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật. Bể lắng đứng: nước chảy vào bể theo phương thẳng đứng từ dưới đáy bể lên. Bể lắng đứng thường có mặt bằng hình tròn. Bể lắng radien: nước chảy vào bể theo hướng trung tâm ra qua thành bể hay có ngược lại. 4.2.1.4. Bể tách dầu mỡ Bể tách dầu mỡ thường được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp có chứa dầu mỡ, các chất nhẹ hơn nước và các dạng chất nổi khác. Đối với nước thải sinh hoạt, do hàm lượng dầu mỡ và các chất nổi không lớn cho nên có thể thực hiện việc tách chúng ngay ở bể lắng đợt một nhờ các thanh gạt thu hồi dầu mỡ, chất nổi trên bề mặt bể lắng. Bể lọc. Dùng để tách các phân tử lơ lững phan tán trong nước thải với kích thước tương đối nhỏ sau bể lắng, bằng cách cho nước thải đi qua các vật liệu lọc như nước, cát, thạch anh, than cốc, than bùn,.. Qúa trình lọc chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nước tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quí hiếm có trong nước thải. Các loại bể lọc được phân biệt như sau: Lọc qua vách lọc. Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt. Thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh. Phương pháp hóa lý. Là phương pháp dùng các phẩm hoá học, cơ chế vật lý để loại bỏ cặn hoà tan, cặn lơ lửng , kim loại nặng và góp phần làm giảm COD, BOD5 trong nước thải. Các phương pháp hóa học là chất oxi hóa bậc cao như H2O2, Ozone, Cl2; phương pháp trung hòa, đông keo tụ. Thông thường các quá trình keo tụ thường đi kèm theo quá trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lý khác. Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hòa, phản ứng oxy hóa khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại. 4.2.2.1. Bể điều hòa Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống thu gom chảy về khu xử lý thường dao động theo các giờ trong ngày. Nước thải thường có giá trị pH khác nhau. Muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học, phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về giá trị thích hợp (pH = 6 – 9 ) Nước thải nhà máy bia có khoảng pH dao động rất lớn (từ 5 – 12 ), vì thế muốn trung hòa ta phải sử dụng các dung dịch axit, kiềm. Các chất hóa học thường dùng được trình bày theo bảng. Bảng 4.3. Các hóa chất thường dùng để điều chỉnh pH Tên hóa chất Công thức hóa học Lượng * Canxi cacbonat CaCO3 1 Canxi oxit CaO 0.56 Canxi hidroxit Ca(OH)2 0.74 Magie oxit MgO 0.403 Magie hidroxit Mg(OH)2 0.583 Vơi sống dolomit {CaO0.6MgO0.4} 0.497 Vơi tơi dolômit {(Ca(OH)2)0.6(Mg(OH)2)0.4} 0.677 Natri hidroxit NaOH 0.799 Natri cacbonat NaCO3 1.059 Axit sulfuric H2SO4 0.980 Axit clohydric HCl 0.720 Axit nitric HNO3 0.630 (* lượng chất 1mg/l để trung hịa 1mg/l axit hoặc kiềm tính theo mgCaCO3/l) Loại bể này có thể có hoặc không có thiết bị khuấy trộn tùy thuộc tính chất của từng loại nước thải khác nhau. Thiết bị khuấy trộn làm nhiệm vụ hòa trộn để cân bằng nồng độ các chất bẩn cho tòan bộ thể tích nước thải có trong bể và ngăn ngừa cặn lắng trong bể, pha lỗng nồng độ các chất độc hại nếu có. 4.2.2.2. Kết tủa tạo bông. Trong ngồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1-10 μm. Các hạt này không nổi và cũng không lắng, do đó tương đối khó tách loại bỏ chúng ra khỏi nước thải. Theo nguyên tắc các hạt có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt. Khi các hạt keo đã bị trung hoà điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này gọi là quá trình tạo bông. Tuy nhiên, khi xử lý để giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bộng cặn người ta sử dụng các hoá chất như : phèn nhôm, phèn sắt, polymer để kết dính các hạt keo, cặn lơ lửng thành những bông cặn có kích thước lớn hơn và lắng loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải. 4.2.2.3. Bể khử trùng Khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải. Khử trùng có nhiều phương pháp: Clo hóa (rộng rãi nhất) : Clo cho vào nước dưới dạng hơi hoặc clorua vôi. Lượng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là : 10g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 đối với nước thải sau xử lý sinh học khơng hồn tồn, 3 g/m3 sau xử lý sinh học hồn tồn. Thời gian tiếp xúc giữa chúng là 30 phút trước khi xả nước thải ra nguồn tiếp nhận. Dùng tia tử ngoại Điện phân muối ăn Ôzôn hóa : phương pháp này bắt đầu được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải. Ôzôn tác động mạnh mẽ vào chất hữu cơ. Sau quá trình Ôzôn hóa, số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đạt tới 99.8%. Ngồi việc khử trùng ôzon còn ôxy hĩa các hợp chất Nitơ, Photpho là các nguyên tố dinh dưỡng trong nước thải, góp phần chống hiện tượng phú dưỡng hóatrong nguồn nước. Phương pháp hấp thụ. Phương pháp hấp phụ được Dùng trong bước xử lý bậc cao sau xử lý sinh học để khử các chất hữu cơ không bị oxy hóa sinh học. Hấp phụ là hiện tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân chia giữa hai pha lỏng/khí hay lỏng/rắn Cơ chế của quá trình hấp phụ như sau: các phân tử hòa tan khi tiếp xúc giữa hai pha rắn/lỏng sẽ hấp phụ lên bề mặt chất rắn bằng các lực liên kết của các phân tử bề mặt có thừa hóa trị. Các chất hấp phụ thường được sử dụng như: than hoạt tính, các chất tổng hợp và chất thải của vài ngành sản xuất được dùng làm chất hấp phụ (tro, xỉ, mạt cưa …). Chất hấp phụ vô cơ như đất sét, silicagen, keo nhôm và các chất hydroxit kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn. Phương Pháp Sinh Học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 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, các chất khí đơn giản và nước. Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kỵ khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình ôxy sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên. 4.2.4.1. Phương pháp hiếu khí. Quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí. Vi sinh vật sau khi tiếp xúc với nước thải có chứa các chất hữu cơ thì chúng sẽ phát triển dần dần (tăng sinh khối). Tốc độ phát triển của chúng tỷ lệ nghịch với nồng độ ôxy hòa tan trong nước. Nếu chất hữu cơ có quá nhiều, nguồn ôxy không đủ sẽ tạo ra môi trường kị khí. Như vậy trong quá trình phân hủy hiếu khí thì tốc độ trao đổi của vi sinh vật phải luôn thấp hơn tốc độ hòa tan của ôxy trong nước. Thực vật phù du và các sinh vật tự dưỡng khác sử dụng CO2 và khoáng chất để tổng hợp chất hữu cơ làm tăng sinh khối và làm giàu ôxy trong nước thải. Trong hoạt động sống của vi sinh vật, thực vật phù du và động vật nguyên sinh… làm tiêu hao chất dinh dưỡng, chất khóang và cả kim loại độc hại. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong hồ sinh học dựa trên quan hệ cộng sinh của vi sinh vật. Trong hồ sinh học được chia làm 3 phần: phần hiếu khí là phần tiếp giáp với mặt thoáng xuống sâu vài chục centimet, phần tiếp theo là phần kị khí tùy nghi và phần cuối cùng là khu vực kị khí. Ở phần hiếu khí, ôxy luôn có khuynh hướng khuếch tán vào nước, dưới tác dụng của gió góp phần làm tăng khả năng hòa trộn ôxy vào nước. Ở vùng này vào ban ngày, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, tảo và các vi sinh vật tự dưỡng sử dụng CO2 và các chất vơ cơ khác tổng hợp vật chất cho tế bào phục vụ cho quá trình sinh trưởng, đồng thời thải ôxy vào nước. Các vi sinh vật hiếu khí đặc biệt là vi khuẩn hiếu khí, chúng sẽ sử dụng ôxy này để phân giải chất hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật Pseudomonas Denitrificans, Baccillus licheniforms,…sẽ khử nitrat thành N2 và thải vào khng khí. Điều kiện chung cho vi khuẩn nitrat hĩa pH= 5.5 ÷ 9 nhưng tốt nhất là 7.5. Khi pH < 7 thì vi khuẩn phát triển chậm, ơxy hịa tan cần là 0.5mg/l, nhiệt độ từ 5 – 400C. Các hoạt động của vi sinh vật hiếu khí thải ra mơi trường CO2 , nguồn CO2 cung cấp cho hoạt động của tảo và thực vật phù du khác phát triển. Quá trình phân hủy hiếu khí diễn ra mạnh mẽ nếu dùng các biện pháp tác động vào như : sục khí, làm tăng lượng hoạt động của vi sinh vật bằng cách tăng bùn hoạt tính, điều chỉnh hàm lượng chất dinh dưỡng và ức chế các chất độc làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của vi sinh vật. Hầu hết các vi sinh vật làm sạch nước thải đều là vi sinh vật hoại sinh, hiếu khí và ưa ấm. Vì vậy mà nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của vi sinh vật, nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lý là 20 – 40 0C, tối ưu là 25 – 30 0C. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm 3 giai đoạn sau: Giai đoạn 1 : ôxy hóa chất hữu cơ. CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ∆H Giai đoạn 2 : Tổng hợp xây dựng tế bào. CxHyOz + O2 tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H Giai đoạn 3 : ôxy hóa chất liệu tế bào. C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH2 ± ∆H’ 4.2.4.2. Các công nghệ sử dụng phương pháp phân hủy hiếu khí. Bể Aeroten Lọc sinh học Hồ sinh học Cánh đồng tưới, cánh đồng lọc Bể Aeroten. Bể Aeroten thông thường. Đòi hỏi phải ở chế độ dạng chảy nút (plug – flow) khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bể này nước thải có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể. Ở chế độ dạng chảy nút, bông bùn có đặc tính tốt hơn, dễ lắng. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể. Hình 4.9 : Bể Aeroten thơng thường Bể Aeroten mở rộng. :Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đótốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn. Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20 – 30 ngày). Hàm lượng bùn thích hợp trong khoảng 3000 – 6000 mg/l. Bể Aeroten xáo trộn hoàn toàn. Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu ôxy đồng nhất trong tồn bộ thể tích bể. Đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp. Thiết bị sục khí cơ khí (motor và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng. Bể này có ưu điểm chịu được quá tải rất tốt. Hình 4.10 : Bể Aeroten khuấy trộn hòan toàn Bể SBR ( bể hoạt động gián đoạn) Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có một điều khác là tất cả các quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: làm đầy, phản ứng, xả cạn, ngưng.. Mương ôxy hóa Là mương dẫn dạng vòng có sục khí, để tạo dòng chảy trong mương cần có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3m/s để tránh cặn lắng. Phương pháp kị khí. Quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra trong điều kiện không có ôxy nhờ sự hoạt động của hệ vi sinh vật sống thích nghi ở điều kiện kị khí. Các sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí là axit hữu cơ, các amol, NH3, H2S và CH4 vì vậy quá trình này gọi là quá trình lên men kị khí sinh mêtan hay lên men mêtan. Quá trình phân hủy kị khí gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn thủy phân: Dưới tác dụng của enzym thủy phân do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ sẽ bị thủy phân thành đường đơn giản; Protein bị thủy phân thành peptic, axit amin; chất béo thủy phân thành glyxerin và axit béo. Giai đoạn tạo khí: Sản phẩm thủy phân này tiếp tục phân hủy tạo thành khí CO2, CH4 ngoài ra còn có một số khí khác như: H2S, N2 và một ít muối khóang. Các hydrat bị phân hủy sớm nhất và nhanh nhất hầu hết chuyển thành CO2, CH4. Các hợp chất hữu cơ hòa tan bị phân hủy gần như hoàn tòan (axit béo tự do hầu như bị phân hủy 80 – 90%, axit béo loại este phân hủy 65 – 68%). Riêng hợp chất chứa lygin là chất khĩ phân hủy nhất, chúng là nguồn tạo ra mùi. Trong quá trình phân hủy chất hữu cơ ở điều kiện kị khí, sản phẩm cuối cùng chủ yếu là CH4 chiếm 60 – 75%. Quá trình lên men mêtan gồm 2 pha điển hình: pha axit và pha kiềm. Ở pha axit, hydratcacbon (xellulo, tinh bột, các loại đường…) dễ bị phân hủy tạo thành axit hữu cơ có phân tử lượng thấp (axit propinic, butyric, axetic…). Một phần chất béo cũng chuyển hóa thành axit hữu cơ. Đặc trưng của pha này là tạo thành axit, pH của môi trường có thể thấp hơn 5 và xuất hiện mùi hơi. Cuối pha, axit hữu cơ và các chất tan có chứa nito tiếp tục phân hủy thành những hợp chất của amol, amin, muối của axit cacbonic và tạo thành một số khí như : CO2, CH4 , H2S, N2, indol, mecaptan gây mùi khó chịu, lúc này pH của môi trường bắt đầu tăng chuyển sang trung tính và sang kiềm. Ở pha kiềm, đây là pha tạo thành khí CH4 . Các sản phẩm thủy phân của pha axit làm cơ chất cho quá trình lên men mêtan và tạo thành CH4, CO2, pH của pha này chuyển hồn tồn sang môi trường kiềm. Công nghệ xử lý kị khí Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng bám dính Xáo trộn hoàn toàn Tiếp xúc kị khí UASB Lọc kị khí Tầng lơ lửng Vách ngăn Quá trình thủy phân các chất hữu cơ trong môi trường kị khí là quá trình phức tạp với sự tham gia của nhiều vi sinh vật kị khí. Nhiệt độ phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí là 10 – 150C, 20 – 400C và trên 400C, thời gian lên men kéo dài trong khoảng 10 – 15 ngày, nếu ở nhiệt độ thấp thì quá trình lên men kéo dài hàng tháng. Quá trình xử lý với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng. Bể phản ứng tiếp xúc kị khí Đối với nước thải BOD cao, xử lý bằng phương pháp kị khí tiếp xúc rất hiệu quả. Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với bùn tuần hồn và sau đó được phân hủy trong bể phản ứng kín khơng cho không khí vào. Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng hoặc tuyển nổi, nước trong đi ra nếu chưa đạt yêu cầu xả vào nguồn tiếp nhận thì phải xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí với Aeroten hoặc lọc sinh học. Bùn kị khí sau khi lắng được hồi lưu để nuơi cấy trong nước thải mới. Lượng sinh khối vi sinh vật kị khí thấp nên bùn dư thừa ra là rất ít. Bể xử lý bằng lớp bùn kị khí với dịng nước đi từ dưới lên (UASB). UASB là bể xử lý sinh học kị khí dạng chảy ngược qua lớp bùn, phương pháp này phát triển mạnh ở Hà Lan. Xử lý bằng phương pháp kị khí được ứng dụng để xử lý các loại nước thải cĩ hàm lượng chất hữu cơ tương đối cao, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản sinh năng lượng. Chức năng của bể UASB là thực hiện phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kị khí thành các dạng khí sinh học. Các chất hữu cơ trong nước thải đóng vai trị chất dinh dưỡng cho vi sinh vật. Nước thải đi từ dưới lên với vận tốc được duy trì trong khoảng 0.6 – 1.2 m/h. thời gian lưu nước trong bể thường kéo dài 30 – 40 giờ. Hoạt động của bể UASB cần duy trì ở điều kiện thích hợp: pH khoảng 7 – 7.2. Nhiệt độ ổn định 33 – 350C. Tải trọng hữu cơ đạt từ 10 – 15kg/m3.ngày. Bùn trong bể UASB chia thành 2 lớp: lớp bùn đặc và lớp bùn bông; nếu hoạt động tốt thì chiều cao lớp bùn bông gấp 2 lần chiều cao lớp bùn đặc, cần có sự thu bùn thích hợp để tránh hiện tượng bùn trong bể quá nhiều hoặc quá ít. Thể tích khí tạo thành từ 0.2 – 0.5 kg/m3 BOD, bùn dư trong bể đưa sang bể nén làm phân bón. Đây là một trong những quá trình kị khí ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do: Cả 3 quá trình phân hủy – lắng lưu – tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình. Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. Ít tiêu tốn năng lượng vận hành Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn và lượng bùn sinh ra dễ tách nước. Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí mêtan Quá trình xử lý kị khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám. Đây là phương pháp xử lý kị khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kị khí trên các giá mang. Hai quá trình phổ biến của quá trình này là lọc kị khí và lọc với lớp vật liệu bị trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ. Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử Nitrat. Bể lọc kị khí Bể lọc kị khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa cacbon trong nước thải. nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kị khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và khơng bị rửa trơi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày). Nguồn Bể phản ứng có dạng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định. Đây là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kị khí lơ lửng và dính bám. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý nước thải: Đối với từng nhóm, từng lồi vi sinh vật, có một khoảng pH tối ưu; VD: Trong xử lý kị khí sinh mêtan thì có 2 nhóm vi sinh vật thực hiện. Nhóm vi sinh vật thực hiện quá trình axit hóa làm cho giá trị pH môi trường giảm đi. Khi pH xuống thấp thì quá trình axit hóa chậm lại. Nhóm thứ hai thực hiện quá trình mêtan hóa phát triển tốt ở giá trị pH gần trung tính hoặc trung tính. pH là yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất của quá trình xử lý nước thảI. pH = 7, hiệu suất xử lý đạt giá trị cao nhất (88.3%) pH = 6, hiệu suất xử lý thấp nhất Ở pH kiềm tính, vi sinh vật ít chịu ảnh hưởng hơn so với pH axit Ở pH axit, vi sinh vật hoạt động kém hiệu quả, do các vi sinh vật sinh axit bị ức chế mạnh hơn trong mơi trường axit so với trong môi trường kiềm và ở giá trị kiềm nhẹ, nhĩm vi khuẩn sinh mêtan cũng ít bị ảnh hưởng hơn so với ở giá trị pH axit. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình xử lý nước thải. Xử lý nước thải trong điều kiện kị khí do quần thể vi sinh vật hoạt động, mỗi chủng loại vi sinh vật sẽ sinh trưởng và phát triển tốt ở miền nhiệt độ thích hợp. Nhiệt độ tối ưu cho quần thể vi sinh vật sinh mêtan là 35 - 550C; dưới 100C, các chủng này hoạt động rất kém. Việc điều chỉnh chính xác nhiệt độ là rất khó khăn. Vào mùa hè với nhiệt độ cao, các vi sinh vật hoạt động mạnh do đó quá trình xử lý cũng tốt hơn. Vào mùa đông, nhiệt độ giảm xuống thấp, các vi sinh vật bị ức chế hoạt động, do đó hiệu suất xử lý thấp. Như vậy, trong hệ thống xử lý nước thải cơng suất lớn, có thể tận dụng khí mêtan để gia nhiệt dạng nước thải đầu vào, làm tăng nhiệt độ môi trường vào mùa đông, hiệu quả xử lý của hệ thống sẽ tốt hơn. Ảnh hưởng của tải trọng chất hữu cơ đến quá trình xử lý nước thải. + Khi hàm lượng chất hữu cơ tăng cao thì hiệu suất xử lý cũng tăng theo. + Đối với nước thải có độ ô nhiễm COD khoảng 5000 – 7000 mg/l thì hiệu suất xử lý đạt gần 90%, và hiệu suất xử lý giảm dần khi COD đầu vào giảm dần. Ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực đến quá trình xử lý nước thải. + Thời gian lưu thủy lực là yếu tố quyết định hiệu suất của hệ thống + Nếu thời gian lưu thủy lực ngắn, hiệu suất sẽ thấp và ngược lại + Nếu kéo dài quá thời gian xử lý thì chi phí đầu tư ban đầu của hệ thống sẽ lớn. + Trong ngành Bia thường phải sử dụng một số hĩa chất (NaOH, Cloramin B, Javen,..) để vô trùng các dụng cụ, nhằm đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Đối với các hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, các chất sát trùng gây ảnh hưởng khơng tốt đến hoạt động của vi sinh vật vì thế làm giảm hiệu suất xử lý của hệ thống. Xử Lý cặn: Trong quá trình xử lý nước thải ở các cơng đoạn trước, đã sinh ra một lượng cặn khá lớn. Lượng cặn này chứa các chất ô nhiễm, do đó cần phải xử lý. Mục đích của quá trình xử lý bùn cặn là: Giảm khối lượng của hỗn hợp bùn cặn bằng cách gạn một phần hay phần lớn lượng nước có trong hỗn hợp để giảm kích thước thiết bị xử lý và giảm trọng lượng phải vận chuyển đến nơi tiếp nhận. Phân hủy các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các hợp chất hữu cơ ổn định và các hợp chất vơ cơ để dễ dàng tách nước ra khỏi bùn cặn và không gây tác động xấu đến mơi trường của nơi tiếp nhận. Các thiết bị thông dụng dùng trong phương pháp này là: sân phơi bùn, máy lọc cặn chân không, máy lọc ép băng tải, máy ép cặn li tâm,….. CHƯƠNG 5 CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ. Cơ Sở Lựa Chọn Công Nghệ. Các nhà máy bia trên thế giới ngày nay đều dùng nguyên liệu là thóc malt (đại mạch nảy mầm) khoảng 70% và các loại bột như ngơ, gạo, mạch (không phải malt) khoảng 30%, ngồi ra còn dùng hoa Houplon, các loại bột trợ lọc như diatomit, bentonit, vv… Quá trình công nghệ bia gồm những công đoạn sau: Nấu – đường hóa : Nấu bột và trộn bột với bột malt, cho thủy phân dịch bột thành đường, lọc bỏ bã các loại bột, bã hoa Houplon. Nước thải của ở đây chứa nhiều chất hidrocacbon, xenlulozo, pentozo trong vỏ trấu, các mảnh hạt và bột, các cục vĩn,…cùng các xác hoa, chất đắng, chất màu… Công đoạn lên men : Nước thải ở cơng đoạn này rất giầu xác men – chủ yếu là protein, các chất khống, vitamin cùng với bia cặn,… Giai đoạn thành phẩm : Lọc, bão hịa CO2, chiết box, đĩng chai, thanh trùng. Nước thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, bia chảy tràn ra ngồi,… Nước thải nhà máy bia gấp khoảng 6 lần so với bia thành phẩm, bao gồm: Nước lẫn bã malt và bột sau khi lấy dịch đường. Để bã trên sang lưới, nước sẽ tách khỏi bã. Nước rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết bị khác. Nước rửa chai và téc chứa Nước rửa sàn, phịng lên men, phịng dự trữ Nước thải từ nồi hơi Nước vệ sinh, sinh hoạt Nước thải từ hệ thống làm lạnh cĩ chứa hàm lượng chlorit cao (tới 500mg/l), cacbon thấp. Nói chung nước thải trong các công đoạn sản xuất chứa nhiều chất hữu cơ và có các chỉ số như sau: BOD5 : khoảng 1000mg/l, nếu không kịp tách men chỉ số này sẽ cao hơn rất nhiều. COD/BOD : 0.6-1 pH : 5 – 11 Tải trọng BOD5 : 500 kg/ngày (với những nhà máy có công suất 16 triệu lít/ năm, khoảng 80,000 lit/ngày Nước thải chứa các chất hữu cơ (các hợp chất hidratcacbon, protein, axit hữu cơ cùng các chất tẩy rửa) có nồng độ cao, còn các chất rắn, thơ hoặc kết lắng có nồng độ thấp hơn. Đối với nước thải sản xuất bia của công ty TNHH Sabmiller Việt Nam đựơc đặc trưng ở bảng sau: Bảng 5.1. Đặc trưng nước thải công ty TNHH Sabmiller Việt Nam STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả 1 pH mg/l 6.9 2 TSS mgO2/l 180 3 BOD5 mg O2/l 768 4 COD mg/l 1280 5 Tổng N mg/l 40 6 Tổng P mg/l 15 7 Coliform MPN/100ml 10000 So sánh kết quả phân tích nước thải của công ty TNHH Sabmiller Việt Nam so với cột A - QCVN 24:2009/BTNMT cho thấy các chỉ tiêu (BOD, COD, tổng P và Colifom,…) vượt tiêu chuẩn cho phép, cụ thể : BOD vượt 25.6 lần; COD vượt gần 25.6 lần; tổng P vượt 6 lần; tổng Nito vượt 2.7 lần và ColiForm vượt 5 lần. Với đặc trưng là ô nhiễm nguồn chất hữu cơ cao thì phương pháp xử lý thích hợp là phương pháp xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học. Nước thải sau khi xử lý cần phai đạt tiêu chuẩn loại B(xả vào nguồn nước khơng sử dụng cho mục đích sinh hoạt) theo QCVN 24 : 2009/BTNMT (quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp), cụ thể nêu ở bảng sau: Bảng 5.2. Giá trị C của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp TT Thông số Đơn vị Giá trị C A B 1 Nhiệt độ 0C 40 40 2 pH - 6-9 5,5-9 5 BOD5 (200C) mg/l 30 50 6 COD mg/l 50 100 7 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 8 Tổng Nitơ mg/l 15 30 9 Tổng Phôtpho mg/l 4 6 10 Coliform MPN/100ml 3000 5000 PHƯƠNG ÁN 1. Nước thải đầu vào Song chắn rác Hố thu gom Bể lắng 1 Bể aeroten Bể lắng 2 Bể khử trùng Nước thải đầu ra loai j ji Sân phơi bùn Bùn dư Bùn tuần hoàn Sục khí Hóa chất Đường nước Đường tuần hoàn bùn Đường dẫn hóa chất Đường dẫn không khí Hình 5.1. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phương án 1 5.1.1.1. Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Nước thải theo mương dẫn đến hố thu gom nước thải, tại đây có đặt song chắn rác nhằm loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn trước khi vào bể lắng 1. Bể lắng 1, có chức năng điều chỉnh một phần lưu lượng nước, và lắng những tạp chất có kích thước nhỏ hơn mà song chắn rác không loại trừ đươc. Sau khi nước thải ra khỏi bể lắng 1 được bơm vào bể Aeroten, hoạt động của bể được duy trì khi có sự sục khí liên tục, một số những chất có trong chất thải được loại trừ bởi những vi sinh vật hiếu khí hoạt động trong bể. Sau khi ở bể Aeroten ra nước thải được đưa qua bể lắng 2, để hoàn thành việc lắng sạch những cặn có trong nước thải, và nước thải lúc này đã sạch, nhưng còn mùi, vì thế cho qua bể khử trùng trước khi thải ra ngồi môi trường. Bùn hoạt tính được đưa tuần hồn lại bể Aeroten. Bùn trong bể lắng 2, và bùn dư của bể Aeroten được thu gom thủ cơng và đưa ra sân phơi bùn để giảm độ ẩm trước khi có xe đến thu gom. PHƯƠNG ÁN 2. Nước thải đầu vào Song chắn rác Bể điều hòa Bể UASB Bể trung gian Bể Aeroten Bể lắng Bể khử trùng Nước thải đầu ra loai Bể nén bùn Sục khí Hóa chất Đường nước Đường dẫn khí Đường dẫn hóa chất Đườngdẫn bùn tuần hoàn Hố thu gom Bùn dư Hình 5.2. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phương án 2 5.1.2.1. Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Vì lưu lượng nước thải lớn và hàm lượng chất rắn lơ lửng thấp SS=80mg/l, cho nên nước thải chảy qua các ống thu gom nước thải của từng bộ phận sản xuất cũng như các bộ phận có phát sinh nước thải, về tại địa điểm xử lý. Tại đây có đặt một song chắn rác, nhằm loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn trước khi vào hố thu gom, sau khi vào hố thu gom nước thải được trộn đều nồng độ ô nhiễm và sẽ được dẫn đến bể điều hòa, tại đây giữ lại những tạp chất cĩ kích thước nhỏ hơn. Sau đó được bơm tới bể UASB, tại đây lượng ô nhiễm hữu cơ trong nước thải sẽ bị phân hủy kị khí. Sau khi qua bể UASB nước thải được dẫn qua bể trung gian, (do yêu cầu nước thải trước khi vào bể xử lý vi sinh hiếu khí Aeroten, để vi sinh vật cĩ thời gian thích ứng).Nước thải sau khi qua bể Aeroten, đã xử lý được lượng ô nhiễm hữu cơ còn lại. Sau đó nước thải được dẫn đến bể lắng để lắng những bông bùn còn sót lại trong quá trình xử lý vi sinh. Trước khi nước được thải ra ngồi môi trường, dẫn đi qua bể khử trùng để khử mùi hôi, và màu. Bùn từ bể lắng và bể Aeroten, UASB được dẫn tới bể nén bùn, trước khi xe đến vận chuyển. So sánh và lựa chọn phương án. Cả 2 phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty TNHH Sabmiller Việt Nam đều áp dụng phương pháp chính là xử lý sinh học. Cả 2 phương án đều có những công trình đơn vị xử lý cơ học tương đối giống nhau, còn về công trình xử lý sinh học thì khác nhau: Phương án 1 : Bể Aeroten (xử lý hiếu khí) Phương án 2 : Kết hợp bể UASB và Aeroten (kết hợp xử lý kị khí và hiếu khí) Phương án 1 : Chỉ sử dụng bể Aeroten để xử lý sinh học, xử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí, và để đảm bảo hoạt động sống của chúng phải cung cấp Oxi liên tục. Tuy thời gian xử lý nhanh, nhưng lại tạo ra 1 lượng bùn lớn, và khó phân hủy được một số chất Protein, và chất hữu cơ lơ lửng. Phương án 2 : Áp dụng cả 2 loại bể Aeroten và UASB và xử lý sinh học, chọn xử lý UASB trước vì : Hàm lượng BOD5 trong nước thải ban đầu cao, phù hợp với xử lý kị khí. Trong phân hủy kị khí phần lớn các chất hữu cơ được phân hủy thành các chất khí bởi vậy lượng bùn phát sinh nhỏ. Bùn phát sinh do phân hủy kị khí nhầy hơn, dễ dàng tách nước hơn so với bùn hiếu khí. Do nhược điểm của bể UASB nên ta sử dụng bể Aeroten để xử lý tiếp theo. Để xử lý triệt để lượng BOD và Nito tổng mà bể UASB không làm được. Do cơng đoạn xử lý bằng bể UASB đã giảm cơ bản hàm lượng chất hữu cơ nên cũng khắc phục được hạn chế của xử lý hiếu khí bằng bể Aeroten là lượng bùn phát sinh giảm đáng kể. Vì thế nước thải được xử lý triệt để hơn. Nhận xét : Xét về mặt kĩ thuật thì phương án 1 có cấu tạo đơn giản hơn, do đó việc thi công xây dựng và lắp đặt các thiết bị dễ dàng hơn so với phương án 2. Tuy nhiên xét về mặt hiệu quả xử lý, và chất lượng nước thải đầu ra thì phương án 2 vẫn là lựa chọn tốt nhất. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ. Các Thông Số Tính Toán. Các chỉ tiêu. BOD5 = 768mg/l. COD = 1280 mg/l Tổng chất rắn lơ lửng SS = 180mg/l Tổng N = 36 mg/l Tổng P = 15 mg/l Cliform = 10000 mg/l Lưu Lượng Tính Toán. Lưu lượng trung bình ngày đêm: Qtb = 2400 m3/ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ: Lưu lượng trung bình giây: Luu lượng nước thải theo giờ lớn nhất. = * Kh Trong đó : Kh là hệ số vượt tải , (K=1.5 ÷ 3.5), Chọn K = 1.5 ( Giáo trình xử lý nước thải – Th.S Lâm Vĩnh Sơn) Vậy = 100*1.5 = 150 (m3/h) Tính toán song chắn rác: Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành phần rác có kích thước lớn như: vải vụn, vỏ đồ hộp, lá cây … được giữa lại. Nhờ đó tránh làm tắc nghẽn và bào mòn bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải. Tính toán song chắn rác: Khoảng cách giữa các thanh b = 16mm ( 16 ÷ 25mm) Góc nghiêng α = 60o (60 – 90 0) Vận tốc trung bình qua các khe = 0.8 m/s Chiều rộng và chiều sâu mương dẫn B*H = 0.3*0.5 (m) Chiều dày song chắn = 8mm Số khe hở ở song chắn rác được tính: khe. Chọn số khe = 20 khe. Trong đó Kz = 1.05 - hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy, cào rác bằng cơ giới. n: số khe hở h1 : chiều cao lớp nước trong mương. : lưu lượng giờ lớn nhất của nước thải V: tốc độ nước chảy qua song chắn rác (0.6 – 1 m/s); chọn v = 0.6 m/s Số thanh của song chắn rác. N’ = n-1 = 20-1= 19 thanh. b = 0,016 khoảng cách giữa các khe hở của song chắn. Bề chiều rộng mỗi song chắn rác là: Bs = S.(n1 -1) + b.n1 = 0,008.(20-1) + (0.016 * 20) = 0.472(m) Chọn Bs = 0.5m. Trong đó S: chiều dày thanh song chắn = 0,008m Tổn thất áp lực qua song chắn rác: Trong đó : Vmax : vận tốc nước thải trước song chắn rác với Qmax, chọn Vmax = 0.6m/s K: hệ số tính đến sự tổn thất áp lực do rác bám. Chọn k = 3 (k= 2-3 Giáo trình xử lý nước thải – Th.S Lâm Vĩnh Sơn). ξ : hệ số tổn thất áp lực cục bộ, xác định theo công thức: Với : α là góc nghiêng đặt SCR, chọn α = 600. β là hệ số phụ thuộc hình dạng thành đan, chọn β = 2.42 β= 0.92 β= 1.97 β= 1.67 β= 1.83 β= 2.42 Chiều dài phần mở rộng trước SCR. L1= , chọn l1 = 0.3m. Trong đó Bs : chiều rộng SCR. Bk: bề rộng mương dẫn, Bk = 0.3m Φ : góc nghiêng chỗ mở rộng , lấy Φ = 200 Chiều dài phần sau SCR. L2 = 0.5L1 = 0.5*0.3= 0.15m Chiều dài xây dựng mương đặt SCR. L = L1 + L2 + Ls = 0.3 +0.15 + 1.5 = 1.85m , chọn L = 2m Trong đó : Ls = Chiều dài phần mương đặt SCR, L = 1.5m. Chiều sâu xây dựng mương đặt SCR. H = hmax + hs + 0.5 = 0.231 + 0.05 + 0.5 = 0.78m Trong đó : hmax = hl : độ đầy ứng với chế độ Qmax = 0.231(m) hS : tổn thất áp lực qua SCR. 0.5 : khoảng cách giữa cột sàn nhà đặt SCR và mực nước cao nhất h1 hs h1 L1 Ls L2 Bs Bk Hình 5.3 . Chi tiết song chắn rác Bảng 5.3. Thống kê các thông số thiết kế SCR. Số thư tự Tên thông số Kí hiệu Kích thước Đơn vị 1 Kích thước thanh chắn. Bề rộng s 8 mm Khoảng cách giữa các thanh b 16 mm Số thanh n 19 thanh 2 Kích thước SCR Chiều dài L 2 m Chiều rộng Bs 0.5 m Chiều sâu h 0.78 m 3 Góc nghiêng của SCR α 60 Độ 4 Vận tốc trung bình qua các khe v 0.8 m/s 5 Kích thước của mương dẫn Chiều rộng B 0.3 m Chiều sâu H 0.5 m Chiều dài L 2 m Thiết bị lược rác tinh. Nhằm loại bỏ các chất rắn có kích thước nhỏ đi vào công trình, công ty lắp đặt một máy lược rác tinh ngay trên bể điều hòa với các thông số sau: Chọn máy cơ khí : khe 0.5mm. Lưu lượng qua thiết bị lược rác tinh : 170m3/h Công suất : 0.2kw. Nguồn điện sử dụng: 380V/3pha/50Hz. Hố thu nước thải. Thể tích hầm bơm tiếp nhận: Trong đó t là thời gian lưu nước ,chọn t = 0.7giờ. Chọn chiều sâu hữu ích h = 3m, chiều cao an toàn lấy bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng hf = 0,5m. Vậy chiều sâu tổng cộng là: H = 3+ 0,5= 3.5m. Diện tích bề mặt hố thu gom: Chọn L x B = 6m x 5m Bảng 5.4.Thống kê tóm tắt thông số thiết kế hố thu gom. Số thư tự Tên thông số Kí hiệu Kích thước Đơn vị 1 Chiều dài L 6 m 2 Chiều rộng B 5 m 3 Chiều cao H 3.5 m 4 Thời gian lưu nước t 0.7 Giờ Bể Điều Hòa. Lưu lượng và chất lượng nước thải từ cống thu gom chảy về trạm xử lí nước thải, đặc biệt đối với dòng thải công nghiệp và dòng nước mứa thường xuyên dao động theo thời gian trong ngày. Khi hệ số không điều hòa k ≥ 1,4 thì nên xây dựng bể điều hòa để đảm bảo cho công trình xứ lí làm việc ổn định và đạt được giá trị kinh tế. Có hai loại bể điều hòa: bể điều hòa lưu lượng và chất lượng và bể điều hòa chất lượng. Mục đích xây dựng bể điều hòa: Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình sản xuất thải ra không đều. Giữ ổn định lưu lượng nước đi vào các công trình xử lý tiếp theo. Thể tích bể điều hòa: W = Qmax.giờ * t = 150 * 4 = 600( m3) Trong đó: Qmax.giờ: Lưu lượng giờ max của nước thải bằng 150 m3/h t: Thời gian lưu trung bình của nước thải trong bể điều hòa lấy bằng 4 giờ. ( t= 4-6h, Tính toán thiết kế các công trình – Lâm minh triết) Kích thước bể điều hòa. Chọn chiều sâu mực nước là Hdh = 6m. Diện tích của bể điều hoà: Chọn L x B = 12.5 * 8 (m) Chiều cao bảo vệ của bể chọn : Hbv = 0.5m Vậy Chiều cao xây dựng của bể điều hoà: Hxd = Hdh + Hbv = 6 + 0,5 = 6,5m Xây bể điều hoà hình chữ nhật có thể tích là : Trong phương án có sử dụng công trình xử lý kỵ khí ( bể UASB) đặt sau bể điều hòa. Do vậy trong bể điều hòa không sử dụng hệ thống phân phối khí mà sử dụng khuấy trộn cơ khí nhằm đảm bảo được chỉ tiêu đầu vào cho bể UASB. Tính toán cơ khí Dùng máy khuấy tuabin 6 cánh nghiêng 45 0 hướng xuống dưới để đưa nước từ trên xuống. Trong bể đặt 6 máy khuấy song song với hai bên thành bể. Đường kính cánh khuấy : chọn D = 0.6m ( D ≤ ½ chiều rộng bể ). Trong bể đặt ba tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước, chiều cao tấm chắn: 3m, chiều rộng 0.13m, bằng 1/10 đường kính bể. Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng : h = 0.6m ( h= D đường kính cánh khuấy). Chiều rộng bản cánh khuấy : B= 1/5D = 0.12m. Chiều dài cánh khuấy : L = 1/4D = 0.15m. Năng lượng cần thiết để chúng chuyển động trong nước : P = K*ρ*n3*D5 = 1.65 * 0.001 * (1500*60)3 * 0.65 = 2 (kW) Trong đó P - năng lượng cần thiết (kW). ρ- khối lượng riêng của nước 0.001Kg/m3 D- đường kính cánh khuấy ( D= 0.6m) n = 1500 vg/phút, chọn kiểu tuabin có tốc độ quay trên trục n= 500- 1500 vòng/phút), cánh khuấy làm bẳng thép không gỉ. K = 1.65, hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton. Hiệu suất của động cơ η = 0.8, vậy công suất của động cơ P = 2:0.8= 2.5KW Chọn hai máy khuấy chìm cho công suất mỗi máy chọn P = 1.5kw. Ống dẫn nước vào bể 150mm. ống ra bể chọn đường kính ống D = 200mm Bảng 5.6. Các Thông Số Thiết Kế Bể Điều Hoà STT Tên thông số Đơn vị Số liệu dùng thiết kế 1 Chiều dài bể (L) (m) 12.5 2 Chiều rộng bể (Bs) (m) 8 3 Chiều cao bể (H) (m) 6.5 4 Thời gian lưu nước giờ 4 5 Thể tích xây dựng bể m3 600 5 Diện tích xây dựng m2 100 Bể UASB Chức năng Bể UASB là bể kị khí lớp bùn dòng chảy ngược. Nước thải được đưa vào bể từ đáy bể và được phân phối đều nhờ hệ thống phân phối. Trong điều kiện kị khí các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị phân hủy thành các chất có khối lượng phân tử nhỏ hơn, hình thành các khí như CH4, CO2, tạo nên sự xáo trộn bên trong bể. Khí được tạo ra có khuynh hướng bám vào các hạt bùn, nổi lên trên và va chạm vào các tấm hướng dòng Các tấm này có nhiệm vụ tách bùn, khí, nước. Các hạt bùn đã được tách khí sẽ rơi xuống lại tầng bùn lơ lửng. Khí sinh học sẽ được thu bằng hệ thống thu khí, nước được thu và dẫn qua công trình tiếp theo. Tải trong hữu cơ thích hợp trên các thiết bị UASB xử lý nước thải công nghiệp khoảng từ 8 đến 15 kg COD/m3.ngày. Hiệu quả xử lý COD tương đối cao, trung bình vào khoảng 43 – 78% trong đa số các trường hợp. Điều này cho thấy rằng xử lý kỵ khí có khả năng ứng dụng rộng rãi để giảm thiểu các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học trong nước thải công nghiệp của nhiều loại hình sản xuất. Bảng 5.7. Các thông số thiết kế cho bể UASB (Tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt và bùn bông ở các hàm lượng COD vào và tỷ lệ chất không tan khác nhau) Nồng độ nước thải, mgCOD/l Tỷ lệ COD không tan, % Tải trọng thể tích ở 30oC, kg COD/m3.ngày Bùn bông Bùn hạt (không khử SS) Bùn hạt khử SS ≤ 2000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 2 ÷ 4 2 ÷ 4 8 ÷ 12 8 ÷ 14 2 ÷ 4 2 ÷ 4 2000 ÷ 6000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 3 ÷ 5 4 ÷ 8 4 ÷ 8 12 ÷ 18 12 ÷ 24 3 ÷ 5 2 ÷ 6 2 ÷ 6 6000 ÷ 9000 10 ÷ 30 30 ÷ 60 60 ÷ 100 4 ÷ 6 5 ÷ 7 6 ÷ 8 15 ÷ 20 15 ÷ 24 4 ÷ 6 3 ÷ 7 3 ÷ 8 9000 ÷ 18000 10 ÷ 30 5 ÷ 8 15 ÷ 24 4 ÷ 6 Bảng 5.8. Tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt có hàm lượng bùn trung bình 25kgVSS/m3 (phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành, nước thải có VFA hòa tan, nước thải không có VFA và nước thải có cặn lơ lửng chiếm 30% tổng COD Nhiệt độ, oC Tải trọng thể tích hữu cơ (kg COD/m3.ngày) Nước thải VFA Nước thải không VFA Có 30% COD-SS 15 20 25 30 35 40 2 ÷ 4 4 ÷ 6 6 ÷ 12 10 ÷ 18 15 ÷ 24 20 ÷ 32 1.5 ÷ 3.0 2 ÷ 4 4 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 18 15 ÷ 24 1.5 ÷ 2 2 ÷ 3 3 ÷ 6 6 ÷ 9 9 ÷ 14 ÷ 18 Thực nghiệm trên mô hình Pilot rút ra được kết quả sau Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân hủy kỵ khí từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt bể với hàm lượng 30KgSS/m3. Tỉ lệ MLVS/MLSS của bùn trong bể UASB = 0,75 Tải trọng bề mặt phần lắng L12 Ở tải trọng thể tích L=3 KgCOD/m.ngày, hiệu quả khử COD đạt 65% và BOD đạt 75% Lượng bùn phân hủy kỵ khí cho vào ban đầu có TS=5%, Y = 0,04gVSS/gCOD, k= 0,025ngay,=60 ngày Ñeå ñaït tieâu chuaån nöôùc thaûi ñaàu ra cuoái cuøng laø cột A – QCVN 24 về nước thải cong nghiệp , nöôùc thaûi sau beå UASB phaûi ñöôïc khoáng cheá sao cho COD ≤ 50 mg/l, ñaûm baûo seõ hoaït ñoäng toát ôû beå Aeroten sau ñoù. COD vaøo = 1280 (mg/l) BOD vaøo = 768 (mg/l) Hiệu quả xử lý cần thiết tính theo COD. E = *100% = 96% Lượng COD cần xử lý trong 1 ngày = 2400 * ( 1280 – 50) * 10-3 = 2952 kgCOD /ngày Tải trọng khử COD của bể. Tải trọng khử COD của bể lấy theo bảng (12 -1) (TS.Trịnh Xuân Lai – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, 2000), chọn a = 4 kgCOD/m3ngày ( a = 4÷10 kgCOD/ngày) Dung tích xử lý yếm khí cần thiết. Tốc độ đi lên trong bể chọn v = 0,6 m/h ( v = 0.6 – 0,9 m/h ) ( TS.Trịnh Xuân Lai– Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, trang 193 ) Diện tích bể cần thiết: , chọn F = 168(m2) Chọn bể có chiều rộng 12 (m), chiều dài 14 (m). Chiều cao phần xử lý yếm khí Chọn H1 = 4.5 (m) Chiều cao xây dựng của bể UASB : H = 4.5 + 1.2 + 0.3 = 6(m) Trong đó: H1: Chiều cao phần thể tích xử lý yếm khí H2: Chiều cao vùng lắng ≥ 1, chọn H2 = 1.2m ( Trang 195- Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – T.S Trịnh Xuân Lai) H3: Chiều cao bảo vệ chính là phần thu khí , chọn 0,3 (m) Trong bể thiết kế 1 ngăn lắng. Nước đi vào ngăn lắng sẽ được tách bằng các tấm chắn khí. Tấm chắn đặt nghiêng một góc α ( với α ≥ 550) Gọi Hlắng : chiều cao toàn bộ ngăn lắng Hlắng = 2 (m) Kiểm tra : ≥ 30% chiều cao bể thỏa yêu cầu.( Theo giáo trình XLNT của Th.S Lâm Vĩnh Sơn). Thời gian lưu nước trong ngăn lắng ( tlắng ≥ 1h) tlắng = 1h ( Trang 195 – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – T.S Trịnh Xuân Lai) Vậy Lmặt thoáng = 8.33(m) Khoảng cách từ mí trên cùng của ngăn lắng đến thành bể là : m Kiểm tra Thời gian lưu nước trong bể. = 9.24 giờ Trong đó H1: Chiều cao phần thể tích xử lý yếm khí H2: Chiều cao vùng lắng ≥ 1, chọn H2 = 1.2m F : diện tích xây dựng bể UASB.(m2) Q: lưu lượng nước thải của nhà máy, 2400 m3/ngày Thỏa mãn yêu cầu T = 4÷10 h,( Theo giáo trình tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – NXB Xây Dựng – T.S Trịnh Xuân Lai). Trong bể lắp một tấm hướng dòng. Với một tấm chắn hướng dòng lắp 4 tấm chắn khí, đặt theo hình chữ V, mỗi bên đặt 2 tấm, các tấm này đặt song song và nghiêng so với phương ngang 1 góc 500. Chọn khe hở các tấm chắn này bằng nhau. Tổng diện tích các khe hở chiếm 15-20% tổng diện tích bể. Chọn Fkhe = 0.15Fbể Trong ngăn có 4 khe hở, diện tích mỗi khe. Fkhe Khoảng cách bề rộng giữa các khe hở. l = Tấm chắn 1. Chiều dài l1 = L= 14 Chiều rộng b1. Tấm chăn 2. Chiều dài l2=L= 14m. Chiều rộng b2 H = 1580*sin(90 - 50) = 1015mm Độ dày tấm b2 chồng lên b chọn 400mm b2= 400+ Tấm hướng dòng được đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc 500 và cách tấm chắn khí 1 là 1.04m Khoảng cách giữa các tấm chắn khí là L=4X. Với X= 1040mm * cos500 = 668.5mm Vậy L = 4*668.5 = 2674mm= 2.67m. Tấm hướng dòng có chức năng chặn bùn đi lên phần xử lý yếm khí lên phần lắng nên độ rộng đáy D giữa hai tấm hướng dòng phải lớn hơn L. Đoạn nhô ra của tấm hướng dòng nằm bên dưới khe hở từ 10-20cm, Chọn mỗi bên nhô ra 20cm. Vậy D = 2670 + 400 = 3070mm= 3.07m. Chiều rộng tấm hướng dòng = Thể tích làm việc của bể. Vlv = (H1 + H2) * F = 5.5*168=924(m2) Thể tích xây dựng. Vxd = H * F= 6 * 168 = 1008 (m3) Hệ thống phân phôi nước vào bể. Nước thải dẫn vào bể UASB qua 12 ống nhánh, chọn vận tốc dòng chảy trong ống nhánh là 1m/s ( Theo giáo trình tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải –NXB Xây Dựng – T.S trịnh Xuân Lai) Đường kính ống chính. D= = = 0.188m = 188mm, chọn D = 200mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống. Vống = , gần bằng 1m/s ( thỏa yêu cầu). Đường kính ống nhánh . Chọn vận tốc nước chảy trong ống nhánh Vnhánh = 1.5m/s. Lưu lượng ống nhánh : Qnhánh = 2400/12= 200 (m3/s) Chọn 12 ống nhánh để phân phối nước vào bể . Các ống này đặt vuông góc với chiều dài bể. Mỗi ống cách nhau 1m, riêng 2 ống sát tường đặt cách tường 0.8m. d = = = 0.09(m)= 90mm chọn d = 100mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống nhánh. Vống = Chọn lỗ phân phối nước có đường kính dlỗ = 10mm. Hệ thống đầu phân phối nước vào bể UASB. Bể UASB thiết kế có tổng cộng 36 đầu phân phối nước. Kiểm tra diện tích trung bình của một đầu phân phối nước. an = Lỗ phân phối nước. Tổng cộng có 36 đầu phân phối nước trên 12 ống nhánh. Vậy một ống nhánh sẽ có 3 đầu phân phối nước. Tại một đầu phân phối nước bố trí 2 lỗ theo hai phái của đường ống. Lưu lượng qua lỗ phân phối : Qphân phối = Đường kính lỗ phân phối. Chọn lỗ phân phối khí có D = 20mm. Các ống phân phối nước đặt cách đáy 20cm. Tính lượng khí sinh ra. Lưu lượng khí sinh ra khi loại bỏ 1kg COD là 0.5m3 (Theo Design of Anaerobic Process the Treament of Industual and Minicipal Wastewater – Josep F.Manila) Vậy lưu lượng khí sinh ra tại bể trong 1 ngày. Qkk = 0.5 m3/kgCOD*G = 0.5*2952 = 1462.5 (m3/ngày) Trong đó thành phần khí CH4 chiếm 70% tổng lượng khí sinh ra QCH4 = 0.7 * 1462.5 = 1023.75 (m3/ngày) Đường kính ống thu khí. Vận tốc khí trong ống từ 10 – 15m/s. (Giáo trình XLNT – Th.S Lâm Vĩnh Sơn) Chọn vận tốc khí trong ống 10m/s. Lắp 2 ống dẫn khí 2 bên thành bể. Đường kính ống dẫn khí. D = , chọn D = 50mm Lượng bùn nuôi cấy ban đâu cho vào bể (TS =15%) Trong đó Css : hàm lượng bùn trong bể, kg/m3 Vr : thể tích ngăn phản ứng. TS : hàm lượng chất rắn trong bùn nuôi cấy ban đầu, T%. Lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày. Thể tích khí mê tan sinh ra mỗi ngày. Trong đó: VCH4 : thể tích khí metan sinh ra ở điều kiện chuẩn (00C và 1atm) Q : lưu lượng bùn vào bể kị khí, m3/ng Px : sinh khối tế bào sinh ra mỗi ngày, gVS/ngày 350.84 : hệ số chuyển đổi lý thuyết lượng khí metan sản sinh từ 1kg.BODL chuyển hoàn toàn thành khí metan và CO2 lít CH4/kg BODL Với khối lượng khí lớn khí metan sinh ra hàng ngày công ty tận thu để chuyển đổi thành điện năng phục vụ cho một số sinh hoạt hàng ngày. Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày. Khối lượng chất rắn từ bùn dư. Lượng bùn sinh ra. Lượng bùn sinh ra khi loại bỏ 1kg COD là 0.05 – 0.1kgVSS/CODloại bỏ Gbùn = 0.05*G = 0.05*2925 = 146.25 (kgVSS/ngày) Theo quy phạm : 1m3 bùn tương đương 260kg VSS ( Theo giáo trình XLNT – Th.S Lâm Vĩnh Sơn) Thể tích bùn sinh ra trong một ngày: Vbùn = Chọn thời gian lưu bùn là 3 tháng. ( t= 35-100 ngày , Theo giáo trình XLNT – Th.S Lâm Vĩnh Sơn) Lượng bùn sinh trong 3 tháng M = 0.563 * 30* 3 = 50.63m3 Chiều cao bùn trong 3 tháng: Hbùn = Trong đó : M lượng bùn sinh ra trong ba tháng (m3). F : diện tích xây dựng của Bể(m3) Đường kính ống thu bùn. Chọn thời gian xả cặn là 120 phút.( Theo giáo trình XLNT – Th.S Lâm Vĩnh Sơn). Lượng cặn đi vào ống thu bùn trong 120 phút = /s Bố trí 5 ống thu bùn, các ống này vuông góc với chiều rộng bể, mỗi ống cách nhau 2.4m, 2 ống sát tường cách tường 1m. Vận tốc bùn trong ống chọn 0.5m/s. Diện tích ống xả cặn : Fbùn = Đường kính ống xả cặn. D= Chọn D = 60mm Số lỗ đục trên ống thu bùn. Chọn tốc độ bùn qua lỗ v = 0.5m/s. Chọn đường kính dlỗ = 30mm. Diện tích lỗ : flỗ = Tổng diện tích lỗ trên 1 ống xả cặn : Flỗ = = 0.0028 Số lỗ trên 1 ống xả cặn. Chọn số lỗ trên 1 ống là 6 lỗ. Vậy 5 ống sẽ có số lỗ 30 lỗ. Đường kính ống thu bùn trung tâm. Chọn vận tốc 0.3m/s Đường kính ống thu bùn : , chọn D = 170mm. Theo TCXD 51-84, đường kính ống thu bùn tối thiểu 200mm. Vậy chọn đường kính ống thu bùn 200mm. Máng thu nước. Máng thu nước đặt giữa bể chạy dọc theo chiều rộng bể. Máng tràn gồm nhiều răng cưa hình chữ V. Lưu lượng qua mỗi máng răng cưa hình chữ V tính như sau : Q = Trong đó : góc ở đỉnh tam giác , chọn = 900 gia tốc trọng trường. chiều cao cột nước trên đỉnh tam giác, Chọn H = 0.04m. : hệ số lưu lượng Trong đó : m3 δ sức căng mặt ngoài của nước = 70*10-3 R = v- độ nhớt động học của nước pas (ở 270) Cd = 0.71 Vậy Q = Số răng cưa trên máng : n = . chọn số răng cưa 62 răng. Hai bên máng thu nước mỗi bên máng có 31 răng. Chiều rộng máng chọn b=0.3m. Nước chảy trong với vận tốc v = 0.24m/s, độ dốc máng i= 0.05 Thời gian trung bình lưu nước trong máng t = Thể tích máng thu V = Q * t = Chiều cao máng thu nước: h = Tổng chiều cao máng thu nước : Hmáng = 0.193+0.04=0.233, chọn Hmáng=0.25m( do có thêm chiều cao dự trữ máng răng cưa) Chiều cao máng thu nước cuối bể : 0.25 +0.05*14=0.95m. Chọn hiệu quả khử COD sau khi qua bể UASB = 80% (theo: cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA),1988), bảng (1 – 11) Lâm Minh Triết – Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang29) Hàm lượng COD trong nước thải ra khỏi bể UASB là COD (mg/l) = CODvào (1 – e) = 1280 * (1-0.8 ) = 256 (mg/l) Chọn hiệu quả khử BOD sau khi qua bể UASB = 65% (theo: cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (EPA),1988), bảng (1 – 11) Lâm Minh Triết – Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang29) Hàm lượng BOD5 trong nước thải ra khỏi bể UASB là BOD5 (mg/l) = BOD5 vào * (1- e) = 768 * (1-0.65) = 268 (mg/l) Bảng 5.9 : Các thông số thiết kế bể UASB STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều dài bể m 14 2 Chiều rộng bể m 12 3 Chiều cao bể m 6 4 Thể tích của bể m3 1008 5 Hiệu quả khử COD % 80 6 Hiệu quả khử BOD % 70 7 Nito mg/l 40 8 SS mg/l 180 Không thấy DO đầu vào? Và raBỂ TRUNG GIAN. Bể chứa trung gian được thiết kế để chứa nước thải và điều chỉnh lưu lượng và nồng độ trước khi vào bể aerotank. Tính toán kích thước bể Chọn thời gian lưu nước là 30 phút. Bể xây nửa chìm nửa nổi. Thể tích bể trung gian V = Qtb, h x t = 100 x 0,5 = 50 (m3) Chọn kích thước bể H x B x L Chiều cao H = 4 (m); Chiều rộng B = 2.5 (m); Chiều dài L = 5 (m); Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 (m). Chiều cao xây dựng Hxd = 4 + 0,5 = 4,5 (m). Thể tích thực của bể V = 4,5 x 2.5 x 5 = 56.25 (m3) Bể đơn thuần là chứa nước thải nên ta chọn vật liệu xây dựng là bê tông cốt thép dày 200mm, bên trong có phủ lớp composit bảo vệ chống ăn mòn. Tính bơm từ bể trung gian lên bể AẺOTANK Tính toán ống dẫn nước ra khỏi bể trung gian Nước thải được bơm sang bể trung gian nhờ một bơm chìm, lưu lượng nước thải 100 m3/h, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2m/s, đường kính ống ra: Dr = = 0.133 (m) Chọn ống nhựa uPVC có đường kính = 150mm. Nước thải được thiết kế tự chảy sang bể AEROTANK. Bảng.5.10. Tóm tắt thông số thiết kế bể trung gian. STT Tên thông số Kí hiệu Kích thước Đơn vị 1 Chiều cao xây dựng H 4 m 2 Chiều dài bể L 5 m 3 Chiều rộng bể B 2.5 m 4 ống dẫn nước thải ra bể D 150 mm BỂ AEROTANK Nước thải sau khi xử lý ở bể UASB được dẫn tiếp đến bể Aeroten. Tại đây, các chất hữu cơ chưa được phân hủy hoàn toàn nhờ quá trình phân hủy kị khí tiếp tục được các vi sinh vật trong bể Aeroten phân hủy hiếu khí. Các thông số tính toán bể Aeroten: Lưu lượng trung bình của nước thải :Q = 2400m3/ng.đêm Hàm lượng BOD5 đầu vào là: 230mg/l Hàm lượng COD đầu vào là 256mg/l Nhiệt độ nước thải đầu vào t = 250 Đầu ra : Nước thải sau xử lý đạt QCVN 24 – 2008 . Cặn hữu cơ, a = 75% Độ tro z = 0.3 ( Theo tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải – T.S Trịnh Xuân Lai). Lượng bùn hoạt tính trong nước thải ở đầu vào bể, X0 = 0 Nồng độ bùn hoạt tính, X= 2500 ÷ 4000g/m3 , chọn X= 3000g/m3 Lượng bùn hoạt tính tuần hoàn lè hệ thống cặn lắng ở đáy bể lắng 2, XT = 8000(g/m3) Chế đệ xáo trộn hoàn toàn. Thời gian lưu bùn trong công trình, =10 ngày. Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0.06 ngày-1 Hệ số sản lượng bùn Y = 0.4 Xác định hiệu quả xử lý. Hiệu quả xử lý theo BOD5 E = Hiệu quả xử lý theo COD. E = Thể tích bề Aerotank: V = =3 Chọn thể tích bể V= 714 m3/ 2 bể. Vậy thể tích mỗi bể là 357 m3 Chọn chiều cao bể . H = Hi + Hbv = 4 + 0.5=4.5m Trong đó : Hi chiều cao hữu ích, chọn H = 4(m) Hbv chiều cao bảo vệ, Hbv = 0.5m Diện tích bề mặt một bể: = 89.25(m2) , chọn F = 90m2 Vậy L x B = 15 x 6 (m) Thể tích thực của bể. Vt = D * B * H = 15*6*4.5= 405 (m3). Thời gian lưu nước lại trong bể , chọn Tốc độ tăng trưởng của bùn: yb = = 0.375 Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 /đ Tổng lượng cặn sinh ra trong một ngày. P1x = Lượng cặn dư xả ra hàng ngày. Với : Pra = SSra * Q = 30*10-3 *2400 = 72(kg/ngày) Suy ra : Pxả = 306 – 72 = 234 (kg/ngày) . Lưu Lượng bùn xả. Qw = (m3/ngày) Trong đó: V: thể tích bể= 714m3 Qv = Qr = 2400 m3/ngày X= 3000mg/l = 10 ngày. XR = Nồng độ VSS ra khỏi bể lắng. Xra = SSra * a =30*0.75 =22.5(mg/l) XT = nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn ( cặn không tro) XT = (1-0.3) * 8000 = 5600mg/l. Hệ số tuần hoàn bùn. Qc,Xc,S Q,S0,X0 Q+Qr,X1 Qr,Xr Qw,Xr Bể AEROTANK Aeroten Hình. Sơ đồ làm việc của bể AEROTANK Bể lắng Phương trình cân bằng sinh khối: QX0 + QtXt = (Q + Qr)X Trong đó: QrXr = (Q + Qr)X1 Q : Lưu lượng nước thải vào bể, Q = 2400 m3/ngày. Qt : lượng lượng bùn tuần hoàn, m3/ngày. X : nồng độ VSS trong bể, X = 3000mg/l X0 : Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể, X0 = 0 Xt : Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xt = 8000mg/l Chia hai vế của phương trình này cho Q và đặt tỉ số Qr/Q = α là tỉ số tuần hoàn bùn. Với α là hệ số tuần hoàn bùn: Vậy lưu lượng bùn tuần hoàn được tính: Qt = α × Q = 0.6 × 2400m3/ngay = 1440 m3/ngay. Kiểm tra lại thể tích LBOD và tỉ số F/M Tải trọng thể tích: 0.9 kgBOD/ Giá trị này nằm trong khoảng cho phép (LBOD = 0,8 – 1,9) ( Theo tài liệu thoát nước của PGS.TS. Hoàng Huệ). Tỉ số F/M = = = 0.308 (mgBOD5/mg bùn.ngày) Trong đó : thời gian lưu nước trong bể, = 0.29 (ngày) Tỷ số này nằm trong khoảng cho phép F/M = 0.2 ÷ 0.6 Tính lượng oxy cần thiết. OCO =px= kg Lượng oxy cần thiết trong Thực tế: OCt = OCO + OCt = 734.4 + kgO2/ngay Trong đó:anh lượng oxy bão hòa trong nước 9,08g/l C: lượng oxy duy trì trong bể 3 mg/ngay α: 0.6-0.9, chọn α = 0.8 Px: lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày. Lượng không khí cần thiết Qkhí = OCt /OU * fa Trong đó : fa : hệ số an toàn fa = 1.52, Chọn 1.5 (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải– T.S Trịnh Xuân Lai) OU : công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1m3 không khí. Với Ou : phụ thuộc vào hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối khí bọt khí nhỏ và mịn. ( Tra bảng 7-1 sách tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – T.S Trịnh Xuân Lai ). Bảng 5.11. Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị phân phối bọt nhỏ giọt và mịn Điều kiện thí nghiệm Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình Ou = grO2/m3.m Ou = grO2/m3.m Nước sạch T=200C 12 10 Nước thải T=200C, 8.5 7 Chọn Ou = grO2/m3.m Chọn chiều cao độ ngập nước h = 2.8 m Ou = 7*2.8 = 19.6(gO2/m3) Vậy Qkhí = 3/ ngày = 0.926 (m3/s) Tính áp lực máy nén. Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén. Hd = hd + hc + hf + H Trong đó : hd : tổn thất áp lực do ma sát dọc đường ống (m). hd : tổn thất áp lực cục bộ(m). Tổng tổn thất hd và hc không được vượt quá 0.4m. hf : tổn thất qua thiết bị phân phối(m), tổn thất hf không vượt quá 0.5m. H : chiều sâu hữu ích, H = 4m. Vậy áp lực cần thiết sẽ là Hd = 0.4 + 0.5 + 4 = 4.9 m Áp lực không khí . P = Công suất máy nén khí. Công suất máy khí nén cần thiết cho bể AEROTANK ( Theo giáo trình xử lý nước thải của PGS.TS Hoàng Huệ, trang 112) được xác định như sau: N = Trong đó : q – lưu lượng không khí cần cung cấp (m3/s), chọn hệ số an toàn khi sử dụng thiết kế trong thực tế là 2. Vậy q = 2*0.926 =0.185 (m3/s). - hiệu suất máy bơm = 0.7 Vậy công suất máy nén khí . N = = 10.5 (kw) Chọn loại máy bơm thổi khí có N = 11kw. Một máy công tác còn một máy dự phòng. Bố trí hệ thống sục khí. Chọn hệ thống cấp khí cho bể là phân phối dạng xương cá. Vận tốc cấp khí trong ống 10 ÷ 15m/s, chọn v=10m/s ( Theo giáo trình tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - T.S Trịnh Xuân Lai) Đường kính ống chính tại bơm thổi khí. D = = = 0.28 (m) , chọn D = 300 (mm) Để phân phối khí đều vào hai bể, ta chia đường ống chính làm hai đường. D = = = 0.24 (m) , chọn D = 250 (mm) Số đĩa phân phối khí. Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170mm, diện tích bề mặt F=0.02 (m2), Cường độ khí 200l/ phút = 3.3 (l/s) n = = = 280 (đĩa). Số lượng đĩa là 280 cái, chia làm 14 hàng, mỗi hàng 20 đĩa phân bố cách sàn bể 0.2m và mỗi tâm đĩa cách nhau 1m, vận tốc khí trong ống nhánh v = 10 m/s Đường kính ống nh