Đồ án Tính toán và thiết kế trạm xử lý nước thải chế biến cà phê - CS: 200 m3/ngày.đêm

LỜI CAM ĐOAN f&e Tôi xin cam đoan Đồ án tốt nghiệp là kết quả thực hiện của riêng tôi. Những kết quả trong đồ án là trung thực, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, khảo sát tình hình thực tiễn và dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Xuân Trường. Nội dung đồ án có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm và các trang web theo danh mục tài liệu của đồ án. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp là kết quả cuối cùng của quá trình học tập của mỗi sinh viên trên giảng đường đại học. Để đạt được kết quả như ngày hôm nay ngoài sự nỗ lực của bản thân còn có sự giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè. Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM nói chung và thầy cô Khoa Môi Trường & Công Nghệ Sinh Học nói riêng đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích. Đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của T.S Nguyễn Xuân Trường, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này. Tôi không thể không nhắc đến gia đình đã luôn bên cạnh ủng hộ và giúp tôi cả về vật chất cũng như tinh thần, là điểm tựa và động lực giúp tôi vươn lên. Cảm ơn Ban giám đốc và toàn thể nhân viên Công ty Minh An đã nhiệt tình giúp đỡ tôi có được những kinh nghiệm thực tế bổ ích. Cuối cùng, tôi cảm ơn bạn bè đã giúp đỡ và chia sẽ những kinh nghiệm đã học được, giúp tôi bổ sung vốn kiến thức của mình. Tôi chân thành cảm ơn! Tp.HCM, ngày…. tháng…. năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Thoa MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT THUẬT NGỮ VIẾT TẮC TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT 1. BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxi sinh hóa 2. COD Chemaical Oxygen Demand Nhu cầu oxi hóa học 3. DO Dissolved Oxygen Lượng oxi hòa tan 4. F/M Food/ Micro – Organism Tỷ số giữa lượng thức ăn và lượng vi sinh vật 5. HRT Hydrolic Retention Time Thời gian lưu nước 6. MLSS Mixed Liqour Suspended Solid Chất rắn lơ lửng trong bùn hoạt tính 7. MLVSS Mixed Liquoi Suspended Solid Chất rắn lơ lửng bay hơi 8. N Nitrogen Nitơ 9. P Phosphorus Phốt pho 10. RBC Rotating Biological Contactor Bể lọc sinh học tiếp xúc quay 11. SBR Sequencing Batch Reactor Bể phản ứng sinh học từng mẻ 12. SS Suspended Soil Chất rắn lơ lửng 13. SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn 14. TCVN Vienam Standard Tiêu chuẩn Việt Nam 15. UAF Upflow Anaerobic Fixbed Bể lọc sinh học kỵ khí vật liệu đệm với dòng hướng lên 16. UASB Upflow Anaetobic Sludge Blanket Bể sinh học ky khí DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Tổng kết các chất (theo %) cho cà phê xanh và cà phê rang của cà phê Arabica, cà phê Robusta, cà phê bột pha sẵn 8 Bảng 2.2: Danh sách quốc gia xuất khẩu cà phê 9 Bảng 2.3: Sản lượng cà phê được tiêu thụ 11 Bảng 2.4: Tình hình xuất khẩu cà phê Việt Nam niện vụ 2003/04 đến 2009/10 12 Bảng 3.1: Thành phần và tính chất nước thải chế biến cà phê hạt tươi tại Brazil 24 Bảng 4.1: Các thông số tính toán đầu vào 25 Bảng 4.2 Giá trị giới hạn các hệ thống và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 24:2009/BTNMT 25 Bảng 4.3 Hiệu quả xử lý của các công trình tiêu biểu 25 Bảng 4.4: Hiệu quả của một số quá trình kỵ khí trong xử lý nước thải công nghiệp 25 Bảng 4.5 So sánh hai phương án xứ lý đã đề xuất 25 Bảng 5.1 Giới thiệu hệ số không điều hòa phụ thuộc vào lưu lượng nước thải theo tiêu chuẩn ngành mạng lưới bên ngoài vào công trình TCVN 51- 84 25 Bảng 5.2: Tóm tắc số liệu thiết kế SCR tóm tắc như sau: 25 Bảng 5.3: Tóm tắc thông số ô nhiễm nước thải sau khi qua song chắn rác 25 Bảng 5.4 Tóm tắc thông số của bể thu gom 25 Bảng 5.5 Tóm tắc thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể thu gom 25 Bảng 5.6 Tóm tắt thông số của bể điều hòa 25 Bảng 5.7 Tóm tắt thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể điều hòa 25 Bảng 5.8 Giá trị của hằng số thực nghiệm a, b ở 200C 25 Bảng 5.9 Tóm tắt thông số của bể lắng hóa lý 25 Bảng 5.10 Tóm tắt thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể lắng hóa lý 25 Bảng 5.11 Tóm tắc thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể UAF1 25 Bảng 5.12 Tóm tắt thông số của bể UAF1 25 Bảng 5.13 Tóm tắt thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể UAF2 25 Bảng 5.14 Tóm tắt thông số của bể UAF2 25 Bảng 5.15 Tóm tắt thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể Aerotank 25 Bảng 5.16 Tóm tắt thông số của bể Aerotank 25 Bảng 5.17 Tóm tắt thông số của bể lắng II 25 Bảng 5.18 Tóm tắt thông số của bể khử trùng 25 Bảng 5.19 Tóm tắt thông số bể nén bùn: 25 Bảng 6.1 Phí xử lý cho 1m3 nước thải 25 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Cây cà phê Tây Nguyên 6 Hình 2.3: Trái cà phê 7 Hình 2.2: Hoa cà phê 7 Hình 2.4: Ly cà phê sản phẩm văn hóa 8 Hình 2.5: Tải nguyên liệu vào 17 Hình 2.6: Phân loại bằng sàn rung 18 Hình 2.7: Phân loại bằng cối xay 18 Hình 2.8: Ngâm Enzym đánh nhớt 18 Hình 2.9: Rửa sạch 19 Hình 2.10: Làm ráo 19 Hình 2.11: Sấy khô 19 Hình 2.12: Phân loại hạt 20 Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải cà phê (Phương án 1) 25 Hình 4.2: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải cà phê ( Phương án 2) 25 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Nước thải chế biến cà phê là nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm (BOD, COD, SS, …) rất cao. Việc xử lý nước thải chế biến cà phê là vấn đề cấp thiết và cần phải thực hiện. Một trong những cơ sở chế biến cà phê của tỉnh Đăk Nông là công ty Minh An có nhà máy chế biến đặt tại Thôn Xuân Sơn, xã Đức Minh, huyện Dakmil, tỉnh Đak Nông cũng đang gặp phải khó khăn này. Vì vậy, đề tài này ra đời với mục tiêu: “Tính toán và thiết kế trạm xử lý nước thải chế biến cà phê cho Công ty Minh An với công suất là 200 m3/ ngày đêm.” Với hàm lượng các chất ô nhiễm đặc trưng là: BOD5 = 11.450 mg/l, COD = 17.260 mg/l, SS = 2.655mg/l và chứa các chất khó phân hủy sinh học cần phải áp dụng công nghệ xử lý kết hợp với vi sinh. Tải trọng ô nhiễm quá cao nên cần áp dụng công nghệ xử lý vi sinh kỵ khí để giảm tải trọng ô nhiễm, tiếp theo xử lý vi sinh hiếu khí để làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm. Ngoài ra, nước thải có màu nên cần sử dụng phương pháp xử lý sinh học với hệ keo tụ tạo bông và lắng để đảm bảo nước đạt tiêu chuẩn khi ra hệ thống xử lý. Với công nghệ xử lý này, nước sau khi xử lý đạt chất lượng theo QCVN 24: 2009/BTNMT, loại B trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Suất đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải chế biến cà phê của công ty TNHH TM DV NN Minh An là: 15.519.750 đồng/m3. Chi phí vận hành 1m3 nước thải là: 6.116 đồng/m3. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI Cơ sở hình thành đề tài Chế biến cà phê đang là ngành phát triển nhanh và mang lại hiệu quả kinh tế cao, với tổng diện tích trồng đạt trên 500.000 ha và sản lượng trên 10 triệu bao mỗi năm, cà phê Việt Nam hiện nay đang xếp hạng thứ 2 sau gạo trong danh mục hàng nông sản xuất khẩu của Việt Nam. Nước Việt Nam nằm trong vành đai nhiệt đới Bắc Bán Cầu, trải dài theo phương kinh tuyến từ 8030’ đến 23030’ vĩ độ Bắc. Điều kiện khí hậu và địa lý thích hợp cùng với sự phát triển cây cà phê đã và đang mang lại cho ngành cà phê nước ta một hương vị rất riêng. Công ty Minh An với sản phẩm chế biến chính là nhân cà phê cũng có những đóng góp vào sự phát triển chung của ngành cà phê Việt Nam. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh thì lượng chất thải phát sinh ngày càng nhiều, làm ô nhiễm môi trường. Trong đó, nước thải là yếu tố cần phải quan tâm hàng đầu. Nước thải chế biến cà phê chứa hàm lượng chất hữu cơ cao nên gây nhiều khó khăn trong quá trình xử lý, ô nhiễm nước thải cà phê làm hủy hoại môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái trong khu vực và sức khỏe cộng đồng. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để giảm nồng độ các chất ô nhiễm đến mức cho phép trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Trước tình trạng đó, việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất nhân cà phê của Công ty Minh An là vấn đề cấp bách và cần thiết. Từ những lý do đó và với mong muốn đóng góp một phần vào công tác BVMT từ những kiến thức đã học được từ ghế nhà trường cũng như kinh nghiệm thực tiễn, tôi đã chọn đề tài : “Tính toán và thiết kế trạm xử lý nước thải chế biến cà phê Công ty Minh An với công suất 200m3/ngày đêm” để thực hiện Đồ án tốt nghiệp này. 1.2. Mục tiêu của đề tài Để bảo vệ môi trường cùng với việc phát triển ngành cà phê Việt Nam theo hướng xanh – sạch – đạt chất lượng tiêu chuẩn, ít ô nhiễm môi trường, đạt tiêu chuẩn cho phép xả thải vào nguồn tiếp nhận. Tính toán, thiết kế trạm xử lý nước thải cho Công ty Minh An chính là xây dựng để giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường nước thải do ngành chế biến cà phê nói chung và công ty Minh An gây ra. Ngoài ra, đề tài còn mục đích củng cố kiến thức đã học và một ít kinh nghiệm thực tế để làm Đồ án ra trường, mang kiến thức, kinh nghiệm, sự vấp ngã, sức trẻ,… để phục vụ lợi ích cho xã hội nói chung và quê nhà Bình Định nói riêng, để cùng hòa nhập vào xu thế phát triển chung của thế giới nói chung và Nước ta nói riêng là “BVMT xanh – sạch – không ô nhiễm”. 1.3. Nội dung nghiên cứu Để đạt mục tiêu của đề tài tốt nghiệp, người thực hiện cần nghiên cứu các nội dung sau: Tìm hiểu ngành chế biến cà phê ở Việt Nam Tìm hiểu về thành phần, tính chất của nước thải chế biến cà phê Tổng quan về Công ty Minh An và quy trình chế biến cà phê, từ đó nhận biết thành phần và tính chất của nước thải chế biến cà phê. Tổng quan về các công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê đang được áp dụng. Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty Minh An. Tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty. Khái toán chi phí đầu tư và vận hành hệ thống xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty. 1.4. Phạm vi nghiên cứu Đề tài được thực hiện tại Công ty Minh An trong thời gian hơn 3 tháng, bắt đầu từ ngày 30/05/2011 đến ngày 06/09/2011. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỦA CÔNG TY MINH AN 2.1 Tổng quan về ngành chế biến cà phê Việt Nam 2.1.1 Sơ lược về ngành cà phê Hình 2.1: Cây cà phê Tây Nguyên Cây cà phê là một trong những cây công nghiệp quan trọng ở vùng nhiệt đới nói chung, ở vùng Tây Nguyên Việt Nam nói riêng. Cà phê có tính thích nghi rộng, chịu được hạn. So với một số cây công nghiệp khác cà phê là cây dễ trồng, tuổi thọ cao, ít mắc các bệnh nguy hiểm, cho năng xuất cao, thu nhập khá. Vì thế, diện tích trồng cà phê ở nước ta trong những năm gần đây tăng lên đáng kể. Niên vụ 2000/2001 là 410.000ha, niên vụ 2009/2010 là 500.000ha. Cà phê là thức uống thông dụng nhất thế giới, chỉ sau nước uống thông thường. Hằng ngày trên thế giới có khoảng 2 tỷ người uống cà phê. Trong hạt cà phê có chứa nhiều hợp chất khác nhau như: Cafein (1,1 – 4,5% chất khô), đường Saccaro (5,3 – 7,95% chất khô), đường khử (0,3 – 0,44% chất khô), Protein hòa tan (5,15 – 5,23% chất tan),…Các Vitamin nhóm B, PP là những chất rất cần thiết cho cơ thể con người. Hình 2.3: Trái cà phê Hình 2.2 Hoa cà phê Hợp chất đặc trưng và quan trọng nhất trong cà phê là Cafein. Có tác dụng kích thích thần kinh và tăng cường hoạt động của tế bào não, thúc đẩy hoạt động tuần hoàn, bài tiết tăng cường trao đổi của cơ bắp. Do vậy khi dùng cà phê với một lượng thích hợp sẽ giúp con người trở nên minh mẫn và sảng khoái hơn Hiệp hội cà phê và ca cao Việt Nam . Ngoài sự hấp dẫn bởi màu sắc và hương vị độc đáo, một số nghiên cứu gần đây còn cho rằng: “Người sử dụng cà phê thường xuyên thì nguy cơ mắc bệnh tiểu đường loại 2 sẽ giảm so với những người ít dùng cà phê”. Bảng 2.1: Tổng kết các chất (theo %) cho cà phê xanh và cà phê rang của cà phê Arabica, cà phê Robusta, cà phê bột pha sẵn Thành phần Arabica Robusta Sẵn Xanh Rang Xanh Rang Khoáng chất 3 – 4,2 3,5 – 4,5 4 – 4,5 4,6 – 5 9 – 10 Caffeine 0,9 – 1,2 ~ 1 1,6 – 2,4 ~ 2 4,5 – 5,1 Trigonelline 1 – 1,2 0,5 - 1 0,6 – 1,75 0,3 – 0,6 ~ Chất béo 12 – 18 14,5 –20 9 –13 11– 16 1,5 – 1,6 Tổng axit Cholorogenic 5,5 – 8 1,2 – 2,3 7 – 10 3,9 – 4,6 5,2 – 7,4 Tồng axit Aliphatic 1,5 – 2 1 – 1,5 1,5 – 2 1 – 1,15 – Oligosaccharides 6 – 8 0 – 0,35 5 – 7 0 – 3,5 0,7 – 5,2 Tổng chất xơ Polysaccharides 50 – 55 24 – 39 37 – 47 ~ 6,5 Amino axit 2 0 2 0 0 Protein 11 – 13 13 – 15 11 – 13 13 – 15 16 – 21 Axit Humic 16 – 17 16 – 17 15 (Nguồn: Hiệp hội cà phê và ca cao Việt Nam, năm 2010) Hình 2.4 Ly cà phê Ban mê Cà phê không chỉ đơn thuần là một sản phẩm nông nghiệp thuần túy, nó thực sự trở thành ngành kinh tế đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế thế giới. Trên thế giới đã công nhận và sử dụng rộng rãi thuật ngữ “Coffee Industrial” – ngành công nghiệp cà phê với tổng giá trị giao dịch toàn cầu là khoảng 100 tỷ USD (chỉ sau dầu hỏa). Ngành cà phê không chỉ là một sản phẩm chế biến mà đó còn có các yếu tố tài chính, thương mại, đầu tư, văn hóa, du lịch sinh thái, du lịch cà phê,… Cà phê chính là mặt hàng được đầu tư nhiều nhất thế giới. Việt Nam là nước đứng thứ 2 trên thế giới về sản lượng cà phê xuất khẩu nhờ vị trí địa lý thuận lợi, tài nguyên thiên nhiên (nước, rừng, không gian), khí hậu nhiệt đới gió mùa, thổ nhưỡng, sinh thái môi trường và con người với vốn văn hóa bản địa. Đã xuất hiện những doanh nghiệp lớn có bước phát triển có thể gọi là thần kỳ, có khát vọng lớn và những ý tưởng đột phá. Tất cả những điều này là tiền đề để có thể hoạch định và phát triển ngành cà phê thành ngành mũi nhọn quốc gia. Bảng 2.2: Danh sách quốc gia xuất khẩu cà phê Sản lượng cà phê (nghìn bao) Tổ Chức Cà Phê Thế Giới (ICO) Quốc gia Niên vụ 2007 2008 2009 2010 Brasil (R/A)T4-T3 48.480 28.820 39.273 32.944 Việt Nam (R/A)T10-19 11.555 15.230 13.844 11.000 Colombia (A)T.10-T.9 11.889 11.197 11.405 11.550 Indonesia (R/A)T4-T3 6.783 6.571 7.386 6.750 Ấn Độ (A/R)T.10-T.9 4.683 4.4.95 3.844 4.630 Mexico (A)T.10-T.9 4.000 4.550 3.407 4.200 Ethiopia (A)T.10-T.9 3.693 3.874 5.000 4.500 Guatemala (A/R)T.10-T.9 4.070 3.610 3.678 3.675 Peru (A)T.4-T.3 2.900 2.616 3.355 2.750 Uganda (R/A)T.10-T.9 2.900 2.510 2.750 2.750 Honduras (A)T.10-T.9 2.497 2.968 2.575 2.990 Côte d’Ivoire (A)T.10-T.9 3.145 2.689 1.750 2.500 Costa Rica (A)T.10-T.9 1.938 1.802 1.775 2.157 El Salvador (A)T.10-T.9 1.438 1.457 1.447 1.372 Ecuador (A/R) T.4-T.3 732 767 938 720 Venezuela (A)T.10-T.9 869 786 701 820 Philippines (R/A)T.7-T.6 721 433 373 500 Tổng sản lượng 121.808 103.801 112.552 106.851 (Nguồn: Tổng cục thống kê, tháng 7 năm 2011) Chú thích: A (Arabica): Cà Phê chè R (Robusta): Cà phê vối T: Tháng A/R: Nước xuất khẩu cả hai loại cà phê, nhưng sản lượng cà phê Arabica là chủ yếu R/A: Nước xuất khẩu cả hai loại cà phê, nhưng sản lượng Robusta là chủ yếu 1 bao = 60kg Cà phê là tên một chi thực vật thiên bảo, họ này gồm 500 chi khác nhau, với trên 6.000 loại cây nhiệt đới. Chi cà phê bao gồm nhiều loại cây lâu năm khác nhau, hai loại cà phê có ý nghĩa kinh tế, loại thứ nhất có tên thông thường trong tiếng việt là cây cà phê chè (tên khoa học là Coffee Arabica), đại diện cho khoảng 61% các sản phẩm cà phê trên thế giới, loại thứ 2 là cà phê vối (tên khoa học là Robusta) chiếm khoảng 39% các sản phẩm cà phê. Ngoài ra còn có Coffee Liberica và Coffee Excelsa (ở Việt Nam gọi là cà phê mít) với sản lượng không đáng kể. 2.1.2 Hiện trạng ngành cà phê Năm 2011 cả nước có khoảng 539.959 ha cà phê hầu hết phát triển, sinh trưởng tốt, năng xuất cao, tổng sản lượng đạt tới 80 vạn tấn. Những con số vượt xa tất cả mọi suy nghĩ, mọi mục tiêu chiến lược của ngành. Tuy nhiên, sự phát triển này vẫn còn chứa đựng những yếu tố yếu kém: chủ yếu là xuất cà phê nhân, cà phê chế biến và thương hiệu còn thấp. Tỷ lệ tiêu dùng cà phê trong nước vẫn còn ở rất thấp (0,5 kg/người/năm, so với các nước trồng cà phê khác có mức trung bình là 3kg/người/năm), không đủ để tạo ra sự tự chủ của sản lượng cà phê nội địa so với xuất khẩu. Bảng 2.3: Sản lượng cà phê được tiêu thụ Quốc gia Số lượng Đơn vị tính Việt Nam 0,5 Kg/người/năm Bắc Âu 10 Kg/người/năm Tây Âu 5 - 6 Kg/người/năm (Nguồn: Theo Hiệp hội cà phê và ca cao Việt Nam, năm 2010) Bên cạnh các cơ sở chế biến với thiết bị mới, chất lượng sản phẩm khá, được xây dựng trong vòng gần 10 năm lại đây đảm bảo chế biến được khoảng 1 triệu tấn/năm với 500 nghìn ha diện tích còn có nhiều cơ sở tái sản xuất thủ công. Các cơ sở này trang bị nhiều máy lẻ, chế biến cà phê thu mua của dân đã qua sơ chế không đảm bảo tiêu chuẩn xuất khẩu. Cà phê của dân thu hái về chủ yếu xử lý phân tán ở từng hộ nông dân qua con đường phơi khô trên sân cỏ, sân cát hoặc nền xi măng. Nhiều nơi sử dụng các máy say xát nhỏ để xay cà phê nhân bán cho những hộ thu mua cà phê. Tình hình chế biến như vậy dẫn đến kết quả là chất lượng cà phê không đều. Cà phê của các Công ty, nông trường sản xuất ra thường có chất lượng tốt, mặt hàng đẹp như ở Đăklăk có cà phê của các công ty Thắng Lợi, Phước An và công ty Việt Đức, Buôn hồ, …được khách hàng đánh giá cao. Trong vòng 20 năm lại đây cà phê đã tăng sản lượng lên gấp trăm lần, nguyên nhân dẫn đến những thành tựu đó trước hết là nhờ chính sách của nhà nước phù hợp với nông dân là làm giàu trên mảnh đất của mình dựa vào sự cần cù lao động của bản thân, từng hộ gia đình. Về nguyên nhân khách quan phải nói rằng đó là do giá thành cà phê trên thế giới những năm gần đây diễn biến có lợi cho ngành sản xuất, cà phê làm ra bán được giá thành cao và thu nhập của người nông dân cũng tăng lến đáng kể. Bảng 2.4: Tình hình xuất khẩu cà phê Việt Nam niện vụ 2003/04 đến 2009/10 Niên vụ Xuất ( ha) Đơn giá bình quân ( USD/ MT) 2003/04 212.038 2.633,0 2004/05 221.496 1.815,0 2005/06 336.242 1.198,0 2006/07 395.418 1.152,0 2007/08 404.206 1.373,0 2008/09 653.678 823,0 2009/10 874.676 436,6 (Nguồn: Tổng cục thống kê, tháng 3 năm 2011) 2.2 Tổng quan về công nghệ chế biến cà phê của Công ty Minh An 2.2.1 Thông tin chung về Công ty Minh An Công ty TNHH TM DV NN Minh An được đặt tại khu đất 01 Xuân Sơn – Đức Minh – Đăt Nông. Diện tích toàn Công ty 7.200 m2 Toàn Công ty có khoảng 20 nhân viên. Giờ làm việc của Công ty chia làm 2 ca Từ 17h – 6h sáng: phân loại quả, rửa, xay vỏ. Từ 6h – 17h : ngâm enzyme và đánh nhớt Ngành nghề kinh doanh: Chế biến nhân cà phê 2.2.2 Những thuận lợi cho việc kinh doanh của Công ty Minh An Công ty Minh An đặt nhà máy tại huyện DakMil - Dak Nông. Đây là một Tỉnh miền núi thuộc khu vực Miền trung Tây Nguyên. Khí hậu được chia thành hai mùa rõ rệt, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, mùa mưa từ giữa tháng 4 đến tháng 11, là một vùng đất đỏ Bazan rất màu mỡ, rất phù hợp cho việc phát triển các loại cây công nghiệp như cà phê, tiêu, ca cao … và các loại cây nông lâm sản khác. Bên cạnh đó, nhà máy thuộc huyện DakMil là một huyện có diện tích trồng cà phê và các loại cây nông sản khác lớn nhất nhì trong Tỉnh, là một vùng thâm canh phát triển cây cà phê theo quy hoạch phát triển của tỉnh Đăk Nông. Mặc khác, huyện Dakmil ở một vị trí trung tâm của vùng nguyên liệu cà phê nông sản, trên trục đường QL 14, nối liền với huyện Đăk Sông (trước đây thuộc huyện Dakmil mới chia tách bốn năm nay) thuận lợi cho việc giao thông giữa các vùng trong và ngoài Tỉnh, với lượng Cà phê nhân hàng năm trên 60.000 tấn. Đây là điều kiện thuận lợi để xây dựng các cơ sở chế biến và kinh doanh cà phê, nông sản xuất khẩu và cung ứng vật tư, kỹ thuật nông nghiệp rất hiệu quả. Ngoài ra, công ty đã có nhiều kinh nghiệm và năng lực trong lĩnh vực chế biến và kinh doanh cà phê nông sản, nông sản xuất khẩu. 2.2.3 Sơ lược về sản phẩm của Công ty Minh An Công ty Minh An chế biến sản phẩm chủ yếu là cà phê nhân phục vụ cho xuất khẩu. Tại nhà máy, cà phê được phân ra thành nhiều loại để phân phối cho nhiều thị trường khác nhau: Nhân cà phê loại 1 được xuất khẩu, cà phê này có giá trị kinh tế cao và được chế biến chủ yếu. Nhân cà phê loại 2 và vỡ vụn được tiêu thụ trong nước, phân phối cho các nhà máy chế biến cà phê bột hay cà phê hòa tan. Nhà máy chế biến bằng cả 2 phương pháp (khô và ướt), hoạt động sản xuất của nhà máy trung bình 1 vụ là 2 tháng, mỗi tháng trung bình 30 ngày. Năng xuất của nhà máy khoảng 30 tấn thành phẩm/ ngày. Với phương pháp ướt, nhà máy có thể chế biến 135 tấn cà phê tươi/ ngày. Trung bình nếu cà phê chín đều, hạt tốt thì có thể thu được 1,11 tấn nhân từ 5 tấn hạt tươi. Nếu cà phê chất lượng không cao thì thu được 1 tấn nhân từ 6 tấn hạt tươi. Tuy nhiên, kinh phí và nguồn tiêu thụ của Công ty có nhiều hạn chế, nên giai đoạn đầu Công ty chỉ đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải giai đoạn I với công suất 200m3/ngày.đêm. Quy trình chế biến cà phê tại công ty TNHH TM DV NN Minh An Quy trình chế biến nhân cà phê từ hạt khôVỏ khô Bụi, ồn Bụi, ồn Bụi, ồn Bụi Bụi Kiểm tra Phân loại, sàng Đánh bóng Bụi, ồn Khí thải Đóng bao nhập kho + xuất tiêu thụ Máy bóc vỏ Sân phơi, máy sấy Máy xay đập dập Hạt cà phê khô Nguyên liệu: Cà phê chưa đủ công nghệ cho chế biến tươi được chuyển qua chế biến khô bằng phương pháp phơi khô rồi đưa vào xát. Cà phê sau khi đã qua chế biến tươi đã phơi khô chuyển về xát, cà phê thu mua ngoài thị trường chế biến bằng phương pháp xát khô. Lượng tạp chất trong cà phê nguyên liệu trung bình 2% gồm các tạp chất như cành là, đất, đá và các vật khác,… Từ nguyên liệu này có thể đưa vào lò sấy hoặc phơi thủ công hoặc không qua công đoạn sấy tùy vào tình hình thời tiết, độ ẩm nguyên liệu và nhu cầu sản xuất. Lò sấy: Nguyên liệu chưa đạt độ ẩm được đưa vào lò sấy làm khô. Như đã nói ở trên lò sấy ít hoạt động vì chỉ sử dụng khi cần thiết và bắc buộc vào những ngày mưa kéo dài. Hệ thống sấy 25 tấn cà phê ướt/mẻ và hệ thống khay sấy cấp nhiệt bằng gạch. Mỗi mẻ sấy cần từ 10 – 12h cho cà phê vỏ tươi tách quả khô. Nếu lò đã nóng chỉ cần 3h cho một mẻ sấy cà phê tái chế. Hoạt động theo kiểu tự vận hành, khép kín và có quạt hút gió để hút bụi và khí thải về lắng ở Xyclon. Máy xử lý khô: Cà phê nhân đã được làm khô vào máy xử lý thô để tách các tạp chất rắn đất đá, sắt, thép,… Công đoạn này sinh ra nhiều bụi và chất thải rắn, ở bộ phận này phải có thiết bị hút lắng qua Xyclon. Máy sàn cà bi: Trong nguyên liệu cà phê nhân mua về cần phải loại qua các loại quả có một nhân để đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Máy tách tạp chất: nguyên liệu đã được sàn loại bỏ cà bi đưa vào máy tách tạp chất. Máy sàn phân loại: Cà phê nhân đã được làm khô, sạch đưa qua máy sàn phân loại để tách ra từng loại hạt theo kích cỡ quy định của tiêu chuẩn xuất khẩu. Trong công đoạn này có các hạt bị vỡ trong quá trình đi qua các công đoạn trước. Công đoạn đánh bóng: Trong dây chuyền này, nếu khách hàng có nhu cầu thì nhân cà phê sẽ được qua hệ thống máy đánh bóng để tạo độ bóng cần thiết. Nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, cà phê được phân loại hạt. Hạt có chất lượng tốt được xuất khẩu, hạt có chất lượng không tốt được phân phối trong nước. Nguyên liệu đầu vào (cà phê tươi) Sàn lọc nguyên liệu Rửa thô Xay vỏ Đánh nhớt Đất, cành, lá Nước cấp Nước thải Nước thải + vỏ Hạt xanh Nước thải Enzym Pectinaza Rửa Sấy khô Nước cấp Nhiệt Phân loại hạt Hạt thành phẩm (cà phê nhân) Khí thải Sấy khô Xay vỏ Vỏ khô Đánh bóng Quy trình chế biến cà phê hạt tươi Hạt cà phê tươi sau khi thu hoạch được công ty thu mua và vận chuyển về nhà máy. Tại đây, cà phê được chuyển đến bãi tập trung để chuẩn bị cho công đoạn chế biến. Hình 2.5: Tải nguyên liệu vào Hình 2.6: Phân loại bằng sàn rung Đầu tiên, cà phê được cho qua sàn lọc nguyên liệu: cành, là, đất, … còn sót lại trong quá trình thu hoạch được loại bỏ. Sau khi sàn lọc nguyên liệu, hạt được chuyển đến công đoạn rửa thô nhằm mục đích làm sạch lớp vỏ bên ngoài, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xay xát. Hình 2.7: Phân loại bằng cối xay Hạt cà phê được đưa đến cối xay. Tại đây quả được phân thành 2 loại: quả chín được xay bỏ vỏ, quả xanh được đưa thẳng đến công đoạn xay. Mục đích của công đoạn này là loại bỏ lớp vỏ cứng bao bên ngoài, lấy hạt để tiếp tục cho công đoạn phía sau. Hình 2.8: Ngâm Enzym đánh nhớt Tiếp theo, hạt theo hệ thống băng chuyền vào bồn chứa dung dịch enzyme Pectinaza để loại bỏ thịt quả. Giai đoạn này gọi là giai đoạn đánh nhớt hay còn gọi là giai đoạn ngâm enzyme. Mục đích của quá trình này là dùng enzyme Pectinaza phân hủy Pectin có trong thịt quả, giúp nhân thành phẩm có độ bóng. Công đoạn này diễn ra từ 5 – 6h, quyết định lớn đến chất lượng sản phẩm. Sau khi đánh nhớt, nhân được rửa sạch để loại bỏ chất bẩn dính trên nhân. Giai đoạn này tốn nhiều nước nhất trong toàn bộ quá trình chế biến. Đây cũng là công đoạn gây ô nhiễm nhiều nhất vì nước thải chứa một lượng chất hữu cơ. Hình 2.9: Rửa sạch Hình 2.10: Làm ráo Tiếp theo, cà phê được trải đều trên mặt sàn để làm ráo (mặt sàn cách đất 50cm). Việc làm ráo được thực hiện nhờ các cánh quạt đặt bên dưới. Mục đích của giai đoạn này là làm ráo mặt nhân cà phê, giảm thời gian sấy khô bằng nhiệt. Sau khi làm ráo, cà phê được cho vào các thùng quay nhiệt để sấy khô hoàn toàn (các hạt cà phê xanh được sấy ở thùng quay khác Hình 2.11: Sấy khô Cuối cùng nhân cà phê được phân loại hạt để phân phối cho các thị trường khác nhau. Hạt cà phê còn xanh được tiếp tục chế biến như phương pháp khô. Hình 2.12: Phân loại hạt 2.3 Các vấn đề môi trường của nhà máy 2.3.1 Ô nhiễm nước thải Nước thải chế biến cà phê là vấn đề nan giải hiện nay vì chúng khó xử lý. Nước thải được thải trong các công đoạn của dây chuyền sản xuất cụ thể là Rửa thô: nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm không cao, chủ yếu là chất rắn lơ lửng. Xay vỏ: Nước thải phát sinh ít nhưng hàm lượng chất ô nhiễm cao, nước thải đậm đặc, có độ đục và lượng cặn cao. Trong giai đọan này có vỏ thải ra cùng với nước thải nên nước thải có rác nhiều. Ngâm enzyme: đây là giai đoạn phát sinh nước thải nhiều nhất và hàm lượng chất ô nhiễm cao. Ngoài ra, nước thải giai đoạn này có độ nhớt. Rửa sạch: giai đoạn này thải ra nước thải chứa nhiều chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng. Nước thải vệ sinh thiết bị: phát sinh từ việc vệ sinh các thiết bị Và một lượng nước được thải ra nữa đó là nước thải sinh hoạt. 2.3.2 Chất thải rắn Rác thải sinh hoạt: Rác thải từ hoạt động sinh hoạt của cán bộ công nhân viên trong nhà máy như: thức ăn thừa, bao nylon, thùng carton,…Rác thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, dễ phân hủy. Mỗi ngày lượng rác thải sinh hoạt khoảng 40kg, rác này được thu gom và mang đi chôn lấp trong khu vực. Chất thải rắn từ hoạt động chế biến: chủ yếu là vỏ cà phê, cành lá sót lại sau thu hoạch. Tổng nguồn chất thải rắn ướt tính khoảng 10.500 tấn vỏ cà phê/ vụ. Nguồn thải này được thu gom làm phân bón cho vườn cà phê. 2.3.3 Khí thải Nguồn ô nhiễm không khí từ hoạt động của lò sấy, quá trình xay vỏ chế biến cà phê khô Ô nhiễm từ hoạt động phơi cà phê, cào xới Ô nhiễm tiếng ồn của máy móc và nhiệt của hệ thống xấy. CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Tổng quan về nước thải 3.1.1 Phân loại nước thải Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng. Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh. Đây cũng là cơ sở cho việc lựa chọn công nghệ xử lý nước thải. Theo cách phân chia, có các loại nước thải sau: Nước thải sinh hoạt Đây cũng là nước thải phát sinh từ quá trình sinh hoạt của con người như vệ sinh, giặt giũ, chế biến thực phẩm,… tại các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học, bệnh viện và các cơ sở khác. Thành phần của loại nước thải này tương đối đơn giản, bao gồm các chất hữu cơ dễ phân hủy (Cacbon, hydrat, dầu mỡ,…), chất khoáng (photphat, nito, magie,…) và vi sinh vật. Nước thải công nghiệp Nước thải công nghiệp là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu. Thành phần và tính chất nước thải công nghiệp rất đa dạng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: ngành nghề sản xuất, trình độ của dây chuyền sàn xuất, nguyên vật liệu, lưu lượng,… Nước thấm qua Đây là nước thải vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga. Nước thải đô thị Nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát nước của thành phố. Đó là hỗn hợp của các loại nước thải trên. 3.1.2 Thành phần chính của nước thải chê biến cà phê 3.1.2.1 Đường Đường trong cà phê là do nhớt hoặc phần ngoài của quả cà phê Trong quá trình lên men, đường bị phân hủy thành rượu và khí S02. Sau đó, rượu chuyển thành axit axetic làm cho pH của nước giảm. 3.1.2.2 Nhớt Nhớt là thành phần chất nhầy bao quanh hạt cà phê Thành phần chủ yếu của nhớt là protein, đường và pectin. Phần nhớt rất khó bị phân hủy, nó thường kết tủa thành một lớp đen trên bề mặt. Lớp chất rắn này có thể làm tắt nghẽn đường ống và giảm lượng oxy trong nước. 3.1.2.3 Các chất hữu cơ Hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải cà phê rất cao (có thể lên đến 20g/l) Các chất hữu cơ có nguồn gốc từ vỏ và thịt cà phê. 3.1.2.4 Hương liệu tư nhiên Đây là chất tạo màu đỏ cho cà phê Các hương liệu này không làm hại đến môi trường. Tuy nhiên, chúng làm cho nước thải cà phê có màu xanh đậm hoặc đen, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải và cảnh quan môi trường. Bảng 3.1: Thành phần và tính chất nước thải chế biến cà phê hạt tươi tại Brazil STT Thông số Đơn vị Giá trị pH - 5,1 – 5,6 BOD5 (20oC) mg/l 1.578 – 3.242 COD mg/l 3.429 – 5.524 Chất rắn lơ lửng mg/l 700 – 890 Phospho tổng mg/l 5,5 – 6,5 Nitơ tổng mg/l 185 – 247 (Nguồn: Departamento de Engenharia Agricola/ Universidade Federal de Vicosa, Brazil, 2007) 3.2 Các phương pháp xử lý nước thải Tùy theo tính chất của nguồn nước thải (lưu lượng, nồng độ, quy mô) ta có thể áp dụng công nghệ xử lý khác nhau. Hiện tại có các phương pháp xử lý nước thải cơ bản như sau: phương pháp hóa học, phương pháp sinh học, xử lý bậc cao. Một trạm xử lý nước thải cần áp dụng kết hợp một hoặc nhiều phương pháp khác nhau. 3.2.1 Phương pháp xử lý cơ học 3.2.1.1 Song chắn rác Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn Song chắn rác có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100mm Song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25mm Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác. Song chắn rác có thể đặt di động hoặc cố định. 3.2.1.2 Lắng Lắng cát Bể lắng cát được thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2 – 2,0 mm ra khỏi nước thải, nhằm đảm bảo an toàn cho bơm, tránh bị bào mòn, tắt nghẽn đường ống. Bể lắng cát có thể phân thành 2 loại: Bể lắng cát ngang và bể lắng đứng. Ngoài ra, để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát có thổi khí cũng được ứng dụng rộng rãi. Lắng bùn hoạt tính Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước (bể lắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông. Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành bể lắng ngang và bể lắng đứng. Bể lắng ngang: dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01m/s và thời gian lưu nước t = 1,5 – 2,5h. Bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng thấp hơn bể lắng đứng 10 - 20%. Lọc Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ không thể loại bỏ bằng phương pháp lắng. Có nhiều loại bể lọc khác nhau để lọc nước. Có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau: Theo đặc tính: lọc, gián đoạn, lọc liên tục. Theo dạng của quá trình: làm đặc, làm trong. Theo áp suất trong quá trình lọc: lọc chân không (áp suất 0,085Mpa), lọc áp lực (0,3 – 1,5 Mpa) hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng,... Thiết bị lọc với lớp hạt có thể phân thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở, thiết bị lọc kín (lọc áp lực). Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc hở dao động khoảng 1 – 2m và thiết bị lọc kín 0,5 – 1m. Xyclon thủy lực Khi chất lỏng chuyển động quay tròn trong các xyclon thủy lực, lực ly tâm tác dụng lên các hạt rắn làm văng chúng ra thành. Ưu điểm của Xyclon thủy lực là cấu tạo đơn giản, tiện lợi, dễ vận hành, có năng suất cao và chi phí thấp. Xyclon thủy lực áp suất được dùng để lắng các tạp chất rắn, xyclon thủy lực áp suất thấp (hở) thường được dùng để tách các tạp chất lắng và nổi. 3.2 2. Phương pháp xử lý hóa học - hóa lý 3.2.2.1 Trung hòa Nước chứa các axit hoặc kiềm cần được trung hòa đưa về pH trung tính (6,5 – 8,5) trước khi sử dụng cho các công trình kế tiếp. Trung hòa nước có thể thực hiện bằng nhiều cách: Bổ sung các tác nhân hóa học Lọc nước axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa. Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng mưa axit. Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước và chi phí hóa chất sử dụng. 3.2.2.2 Keo tụ - tạo bông Trong nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn và phân tán, kích thước của hạt thường dao động khoảng 0,1 - 10m. Các hạt này lơ lửng trong nước, do vậy tương đối khó lắng và loại bỏ. Vì kích thước nhỏ, tỉ số diện tích bề mặt và thể tích rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và có tác động của sự xáo trộn. Những chất keo tụ thường dùng là các muối sắt và muối nhôm: Muối nhôm: Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2. 12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O Muối sắt: FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.7H2O Chất trợ keo tụ: để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ (Fluccutant). Việc sử dụng các chất keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là: tinh bột, dextrin (C6H10O6)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O). Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n. Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic axit (CH2CHCOO)n hoặc polydiallydimetyl –amin. Liều lượng keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest. 3.2.2.3 Tuyển nổi Phương pháp tuyển nổi thường dùng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được dùng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Quá trình tuyển nổi được thực hiện theo các phương pháp sau: Tuyển nổi bằng khí phân tán (Disperasd Air Flotation): trong trường hợp này, thổi khí trực tiếp vào bể tuyển nổi để tạo thành bọt khí có kích thước từ (0,1– 1mm) gây xáo trộn hỗn hợp khí – nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổi lên bề mặt. Tuyển nổi chân không (Vacum Flotation): trong trường hợp này, bảo hòa không khí ở áp suất khí quyển. Sau đó, thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không. Hệ thống này sử dụng ít trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao. Tuyển nổi bằng khí hòa tan (DissolvedAir Flotation): sục không khí vào nước ở áp suất cao (2 – 4atm), sau đó giảm áp giải phóng không khí. Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước từ 20 -100mm. 3.2.2.4 Oxy hóa khử Để làm sạch nước thải có thể sử dụng các tác nhân oxi hóa như Clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và nitrit, permanganat kali, bicromat kali, peroxy hydro (H202), oxi của không khí, ozone, pyroluzit (MnO). Quá trình oxy hóa sẽ chuyển các chất độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hại hơn và tách khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn nhiều hóa chất nên thường chỉ sử dụng khi không thể xử lý bằng những phương pháp khác. 3.2.2.5 Hấp thụ Phương pháp hấp thụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan không xử lý được bằng các phướng pháp khác. Tùy theo bản chất, quá trình hấp thụ được chia thành: hấp phụ hóa học, hấp phụ lý học. Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phụ thuộc vào: Diện tích bề mặt chất hấp phụ (m2/g) Nồng độ của chất hấp phụ Vận tốc tương đối giữa hai pha Cơ chế hình thành liên kết: hóa học hoặc lý học 3.2.3 Phương pháp sinh học Phương pháp sinh học có ưu điểm là rẻ tiền và có khả năng tận dùng các sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí methane). Một cách tổng quát. 3.2.3.1 Sinh học kỵ khí Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh học phức tạp, tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn như sau: Vi sinh vật Chất hữu cơ (CxHyOzN) ® CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + tế bào mới Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành: Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lững như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi lên từ dưới (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB). Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process). Quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process): Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc kỵ khí. Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn. Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn được tuần hoàn trở lại bể kỵ khí. Lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm: UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Đây là một trong những quá trình ky khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do 2 đặc điểm chính sau: Cả 3 quá trình: phân hủy – lắng bùn – tách khí được lắp 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. Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như: Ít tiêu tốn năng lượng vận hành Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn; Bùn sinh ra dễ tách nước; Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung sinh dưỡng; Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí metan; Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể phục hồi và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu. Do tại Việt Nam chưa có loại bùn hạt nên quá trình vận hành được thực hiện với tải trọng ban đầu khoảng 3kg COD/m3.ngày đêm. Mỗi khi đạt đến trạng thái ổn định, tải trọng này sẽ được tăng lên gấp đôi cho đến khi đạt tải trọng 15 - 20kg COD/m3.ngày đêm. Thời gian này kéo dài khoảng 3 - 4 tháng. Sau đó, bể sẽ hoạt động ổn định và có khả năng chịu quá tải, cũng như nồng độ chất thải khá cao Lượng bùn sinh ra rất nhỏ nên không cần thiết phải đặt vấn đề xử lý bùn. Quá trình xử lý này chỉ tiêu tốn lượng nhỏ năng lượng dùng để bơm nước. Khí metan thu nước có thể sử dụng cho việc đun nấu và cung cấp nhiệt. Quá trình lọc ky khí (Anaerobic Filter Process) Bể lọc kỵ khí là bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ trong nước thải. Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên, tiếp xúc với lớp vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau khi xử lý nên thời gian lưu của tế bào vi sinh vật (thời gian lưu bùn) rất cao (khoảng 100 ngày). 3.2.3.2 Sinh học hiếu khí Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn sau: Enzyme Oxi hóa các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 ® CO2 + H2O + DH Enzyme Tổng hợp tế bào mới: CxHyOZ + NH3 + O2 ® Tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 + DH Enzyme Phân hủy nội bào: C5H7NO2 + 5CO2 ® 5CO2 + 2H2O + NH3 + DH Các phương pháp xử lý bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điểu kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxi hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành: Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là phổ biến nhất. Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng Nitrate hóa với màng cố định. Bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng Trong quá trình bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxi một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Yêu cầu chung khi vận hành bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25mg/l, pH =6.5 – 8.5, nhiệt độ 6oC < t < 37oC. Một số sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được trình bày trong hình sau: Bể hoạt động gián đoạn SBR (Sequencing Batch Raector) Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cặn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều là tất cả xảy ra trong cùng 1 bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám (Attached Growth Activated Sludge Reactor: Nguyên lý hoạt động của hệ thống này tương tự như trường hợp vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lững, chỉ khác là vi sinh vật dính bám trên vật liệu tiếp xúc đặt trong bể. Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling Filter): Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước, nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. Đĩa sinh học (Rotating Biological Contactor): Đĩa sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng, bằng polystyren hoặc polyvinyl clorua (PVC) lắp trên một trục. Các đĩa được đặt ngập trong nước và quay chậm. Trong quá trình vận hành, vi sinh vật sinh trưởng, phát triển trên bề mặt đĩa hình thành một lớp màng mỏng bám trên bề mặt đĩa. Khi đĩa quay, lớp màng sinh học sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và với khí quyển để hấp thụ oxi. Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxi và đảm bảo cho vi sinh vật tồn tại trong điều kiện hiếu khí. Hồ sinh học: Tùy theo nồng độ oxi hòa tan có trong hồ, hệ thống hồ sinh vật được phân loại thành: (1) – Hồ hiếu khí, (2) – Hồ hiếu khí tùy tiện, (3) – Hồ kỵ khí. Hồ hiếu khí: Hồ sinh học hiếu khí đơn giản nhất là các hồ bằng đất dùng để xử lý nước thải bằng quá trình tự nhiên dưới tác dụng của cả vi sinh vật. Hồ hiếu khí chứa vi sinh vật và tảo ở dạng lơ lửng, điều kiện hiếu khí chiếm ưu thế suốt độ sâu hồ. Hồ hiếu khí tùy tiện: Hồ ổn định chất lượng nước thải trong đó tồn tại cả 3 loại vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và hiếu khí tùy tiện được gọi là hồ hiếu khí tùy tiện. Trong hồ hiếu khí tùy tiện chia làm 3 vùng: (1) – vùng bề mặt nơi tảo và vi sinh vật tồn tại trong mối quan hệ cộng sinh, (2) – vùng đáy kỵ khí, ở đó chất rắn tích lũy được phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật ky khí, (3) – vùng trung gian, một phần hiếu khí, một phần kỵ khí, ở đó chất hữu cơ được phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí tùy tiện. Độ sâu của hồ hiếu khí tùy tiện giới hạn trong khoảng 1,2 – 2,4 m (4 - 8ft) và thời gian lưu nước có thể kéo dài trong khoảng 5 -30 ngày. Hồ kỵ khí: Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao. Độ sâu hồ kỵ khí phải lớn hơn 4m (8ft) và có thể đạt đến 9,1 m với thời gian lưu nước dao động trong khoảng 20 - 50 ngày. Quá trình ổn định nước thải trong hồ xảy ra dưới tác dụng kết hợp của quá trình chuyển hóa chất hữu cơ thành quá trình kết tủa và quá trình chuyển hóa chất hữu cơ thành C02, CH4, các khí khác, các axit hữu cơ và tế bào mới, hiệu suất chuyển hóa BOD có thể đạt đến 70 – 85%. 3.3 Công trình xử lý nước thải trong thực tế Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải cà phê của công ty Thapson - Quảng Trị Bể gom kết hợp lắng Bể nâng pH Nước thải cà phê Hồ phân hủy Hầm Biogas Hồ sinh học Nguồn tiếp nhận NaOH Ưu và nhược điểm Ưu điểm: Hệ thống xử lý áp dụng công nghệ xử lý vi sinh là chủ yếu, tiết kiệm điện năng, hóa chất. Sử dụng hồ sinh học có khả năng loại bỏ các chất dinh dưỡng, không tốn hóa chất khử trùng. Nhược điểm: Nước thải chế biến cà phê có thành phần chất ô nhiễm rất cao, công nghệ này chỉ áp dụng cho các trạm xử lý có công suất nhỏ. Phương pháp sinh học không thể loại bỏ độ màu của nước thải cà phê. Diện tích cho hệ thống xử lý yêu cầu rất lớn. Vì nước thải chế biến cà phê còn mới ở Việt Nam nên các công trình thực tế tham khảo vì còn hạn chế. Việc tính toán thiết kế dựa trên tài liệu và tham khảo ý kiến của các chuyên gia. CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHO CÔNG TY MINH AN VÀ TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 4.1 Sự cần thiết của việc xử lý nước thải Nước thải chế biến cà phê tươi và khô có hàm lượng chất ô nhiễm vượt mức tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần. Đây là ngành công nghiệp có tải trọng ô nhiễm rất cao, nước thải chế biến cà phê lại rất khó xử lý. Nhưng hiện nay, Công ty vẫn chưa có trạm xử lý nước thải (TXLNT), nên việc tính toán thiết kế TXLNT là rất cần thiết, phải đảm bảo tiêu chuẩn xả thải, đảm bảo tiêu chuẩn môi trường khi xả ra nguồn tiếp nhận. Vì thế,xử lý nước thải là việc cấp bách và rất cần thiết. 4.2 Đặc tính của nước thải 4.2.1 Công suất của trạm xử lý Lưu lượng trung bình của hệ thống Q ngàyTB = 200 m3/ngày.đêm Trong đó, nguồn nước thải phát sinh chủ yếu từ 2 công đoạn chính: công đoạn rửa thô, xay cà phê và công đoạn đánh nhớt, rửa sạch. Lưu lượng nước thải ở công đoạn rửa thô, xay cà phê: Q 1TB = 80 m3/ngày.đêm Lưu lượng nước thải ở công đoạn đánh nhớt, rửa sạch Q 2TB = 120 m3/ngày. đêm Trạm xử lý hoạt động 24h/ngày. Lưu lượng trung bình giờ: Q hTB = = = 8,3m3/h Vậy: Công suất thiết kế cho hệ thống xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty Minh An là 200m3/ngày. đêm. Bảng 4.1: Các thông số tính toán đầu vào Stt Thông số Đơn vị Trị số 1 QTB m3/ngày 100 2 pH 4 – 5 3 COD mg/l 17.260 4 BOD5 mg/l 11.450 5 SS mg/l 2.655 6 Tổng Nito mg/l 209 7 Tổng Phospho mg/l 10 8 Độ màu pT – Co 1950 (Nguồn: Công ty Minh An, tháng 7 năm 2011) Nước thải của nhà máy có độ biến thiên về lưu lượng rất lớn. Vì thời gian thu mua chủ yếu vào buổi chiều để tránh hư hỏng quả tươi, nhà máy phải tiến hành sản xuất vào ban đêm (thời gian ngâm enzyme có thể diễn ra vào ban ngày). 4.2.2 Tiêu chuẩn nước thải sau khi xử lý Nước thải khi xử lý đạt tiêu chuẩn thải theo QCVN 24:2009/BTNMT, mức B Bảng 4.2 Giá trị giới hạn các hệ thống và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 24:2009/BTNMT STT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B pH - 6 - 9 5,5 – 9 BOD5 (20oC) mg/l 30 50 COD mg/l 50 100 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 Tổng Nito mg/l 15 30 Tổng Photpho mg/l 4 6 (Nguồn: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 24:2009/BTNMT) 4.3 Các yêu cầu thiết kế khác Nhà máy nằm trên diện tích lớn, xung quanh có trồng cây xanh, bố trí đất cho hệ thống xử lý nước thải có thể làm bằng bê tông cốt thép. Kết cấu đất trong khu vực bền vững nên có thể thiết kế hệ thống âm dưới đất, nổi hoặc nửa âm nửa nổi. Nhà máy có đội ngũ kỹ sư điện công nghiệp có thể nắm bắt được nguyên lý và vận hành hệ thống tốt nên có thể thiết kế hệ thống hoạt động dựa trên nguyên tắc tự động. Tuy nhiên, việc đầu tư kinh phí để xây dựng và lắp đặt hệ thống xử lý nước thải còn nhiều hạn chế, cần phải xem xét kinh phí đầu tư. Lựa chọn phương pháp xử lý có suất đầu tư hợp lý. Chi phí vận hành hệ thống nó ảnh hưởng đến chi phí sản xuất Þ tăng giá thành sản phẩm Þ cần xem xét chi phí vận hành hệ thống. Niên hạn của một hệ thống xử lý cũng là yếu tố quan trọng hàng đầu. Chọn phương án có niên hạn sử dụng thiết bị từ 15 – 20 năm. Các thiết bị: bơm, máy thổi khí, bơm định lượng, motor khuấy, .. có tuổi thọ cao, chi phí bảo hành, bảo trì thấp. 4.4 Đề xuất phương án xử lý 4.4.1 Cơ sở đưa ra phương án xử lý: Dựa vào lưu lượng thành phần và tính chất của nước thải Dựa vào tính chất của nguồn tiếp nhận, tiêu chuẩn xả thải theo quy định Dựa vào tính kinh tế của công trình: suất đầu tư, chi phí vận hành, chi phí bảo trì và bảo dưỡng Dựa vào diện tích sử dụng cho công trình Dựa vào điều kiện tự nhiên và xã hội trong khu vực dự án Dựa vào niên hạn sử dụng, tuổi thọ của các thiết bị Dựa vào các công trình thực tế đã có đối với các nguồn nước thải có tính chất tương tự 4.4.2 Phương án được đề xuất Trong nước thải sản xuất cà phê tươi có rất nhiều vỏ cà phê từ công đoạn xay vỏ, làm tăng hàm lượng SS và các chất hữu cơ, làm ảnh hưởng đến công đoạn xử lý phía sau, cần có thiết bị lược rác tinh để loại bỏ các chất cặn bả có kích thước tương đối nhỏ này. Nước thải chế biến cà phê của nhà máy có lưu lượng không ổn định. Do đó, cần thiết kế bể điều hòa nhằm giảm bớt đồng độ các chất ô nhiễm. Ngoài ra, bể điều hòa còn có tác dụng ổn định lưu lượng và nồng độ của nước thải trong một chu kỳ. Nước thải sau bể điều hòa có tỉ lệ BOD/COD = 11.450/17.560 = 0,65 >0.6: nên sử dụng phương pháp xử lý bằng sinh học. Vì hàm lượng BOD, COD rất cao và có những chất khó phân hủy nên phải áp dụng kết hợp cả phương pháp xử lý sinh học kỵ khí và hiếu khí. Bảng 4.3 Hiệu quả xử lý của các công trình tiêu biểu CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ HIỆU QUẢ XỬ LÝ (%) BOD COD SS PTOT N - Orga NH3 – N Xử lý sơ bộ Bể lắng cát 0 -5 0 -5 0 – 10 0 0 0 Xử lý bậc 1 (lắng cặn) Với hóa chất 30 – 40 30 – 40 50 – 65 10 – 20 10 – 20 0 Xử lý bậc 2 Bùn hoạt tính 80 – 95 80 – 85 80 – 90 10 – 25 15 – 50 8 – 15 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 65 – 80 60 – 80 60 – 85 8 – 12 15 – 50 8 – 15 Bể lọc sinh học cao tải 65 – 85 65 – 85 65 – 85 8 – 12 15 – 50 8 – 15 Bể bùn hoạt tính từng mẻ 80 – 85 80 – 85 80 – 85 10 – 25 15 – 50 8 – 15 (Nguồn: Waste water Engineering – Treatment, Disposal and Reuse, 3 rd edition, Metcalf & Eddy, Inc., 1993) Bảng 4.4: Hiệu quả của một số quá trình kỵ khí trong xử lý nước thải công nghiệp QUÁ TRÌNH CODIN HTR (h) L kgCOD/m3.ngày) E (%) Quá trình kỵ khí tiếp xúc 1.500 – 5.000 2 - 10 0,48 – 2,40 75 – 90 UASB 5.000 – 15.000 4 -12 4,00 – 12,01 75 – 85 FB 10.000 – 20.000 24 – 48 0,96 – 4,80 75 – 85 EB 5.000 – 10.000 5 – 10 4,80 – 9,60 80 – 85 (Nguồn: Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, 1991) Vì nước thải chế biến cà phê tươi có màu, các phương pháp xử lý sinh học không triệt để nên cần phải áp dụng phương pháp hóa lý để loại bỏ độ màu trong nước, đồng thời đảm bảo nước đạt tiêu chuẩn sử dụng theo QCVN 24/2009 – BTNMT. Từ các đặc điểm và tính chất của nước thải như trên, em xin đề xuất 2 phương án xử lý nước thải chế biến cà phê tươi như sau: Bể gom Bể sinh học hiếu khí (Aerotank) Bể nén bùn Bể điều hòa Máy thổi khí Nước tách bùn Bể lọc sinh học kỵ khí (UAF 2 cấp) Cụm keo tụ, tạo bông Bể lắng bùn hóa lý Chỉnh pH dd PAC Polymer Nước thải cà phê Song chắn rác Bể lắng bậc 2 Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận dd Ca(ClO)2 Bùn tuần hoàn Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải cà phê (Phương án 1) Bể lắng bậc 2 Thải bỏ hoặc làm phân bón Sân phơi bùn Nguồn tiếp nhận dd Ca (ClO)2 Bể khử trùng Bể nén bùn Cụm keo tụ tạo bông Bùn hoạt tính Chỉnh pH PAC Polymer Bể gom Bể điều hòa Bể khử trùng Máy thồi khí dd Ca(ClO)2 Nước tách bùn Bể sinh học hiếu khí (Aerotank) Bể lắng bậc 2 Bể sinh học kỵ khí (UASB) Máy thổi khí Bể lắng bùn hóa lý Chỉnh pH Nước thải cà phê Song chắn rác Nguồn tiếp nhận Hình 4.2: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải cà phê ( Phương án 2) Lựa chọn phương án Bảng 4.5 So sánh hai phương án xứ lý đã đề xuất ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM PHƯƠNG ÁN 1 PHƯƠNG ÁN 2 Ưu điểm Tính kỹ thuật Tỷ số BOD/COD = 11.450/17.260 = 0,65: thích hợp lựa chọn phương án sinh học Ít bị sốc tải cho các quá trình sinh học Thích hợp cho quá trình xử lý kỵ khí, có thể ngưng vận hành hệ thống một thời gian vì cà phê được sản xuất theo mùa SS, độ màu giảm đáng kể Bể UAF (bể lọc sinh học kỵ khí vật liệu đệm với dòng hướng lên), có khả năng chịu tải lớn Bể UASB khó vận hành với thời tiết vùng Tây Nguyên Tính kinh tế Tận dụng bùn sinh học làm phân bón Tiết kiệm diện tích xây dựng vì chất ô nhiễm vào các bể sinh học không cao Bể kỵ khí ít tốn năng lượng (điện năng) Bể kỵ khí ít tốn năng lượng (điện năng) Tận dụng khí metan cho mục đích sấy Tận dụng khí metan cho mục đích sấy Tính môi trường Lượng khí thải sinh ra ít Lượng khí thải sinh ra nhiều Nhược điểm Tính kỹ thuật Bùn sinh ra chủ yếu là bùn hóa lý Dễ bị sốc tải nếu không ổn định về nồng độ Yêu cầu công nhân vận hành hệ thống có trình độ cao, am hiểu các phương pháp xử lý sinh học: nguyên nhân và cách khắc phục các sự cố, các nguyên lý vận hành Yêu cầu công nhân vận hành hệ thống có trình độ cao, am hiểu các phương pháp xử lý sinh học: nguyên nhân và cách khắc phục các sự cố, các nguyên lý vận hành bể Tính kinh tế Tốn hóa chất vận hành nhiều Phải chôn lấp và thải bỏ bùn hóa lý một cách an toàn. Chi phí đầu tư ban đầu ước tính cao. Với những ưu và nhược điểm trên, chọn phương án 1 cho hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến của Công ty Minh An. 4.6 Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước thải từ các phân xưởng của nhà máy theo hệ thống thoát nước tới bể thu gom, do nước thải chế biến cà phê chứa nhiều vỏ cà phê, cành, lá cây,… cần phải qua thiết bị lược rác thô để loại bỏ rác có kích thước lớn nhằm mục đích không làm tắc nghẽn đường ống, bơm và các công trình xử lý phía sau. Rác thải được nhân viên thu gom để làm phân compost hoặc được dùng để chôn lấp chung với chất thải rắn trong nhà máy. Tại bể thu gom bố trí 2 bơm chìm hoạt động luân phiên nhau, bơm sang bể điều hòa nhằm ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải giúp ổn định các công trình phía sau. Mặc khác, trong bể điều hòa được lắp đặt hệ thống phân phối khí giúp oxi hóa một phần các chất hữu cơ có trong nước thải và tránh quá trình lên men yếm khí gây mùi hôi. Sau khi qua bể điều hòa, nước thải được bơm lên bể keo tụ, hóa chất dùng để trung hòa là NaOH và H2S04 châm vào với liều lượng nhất định, giá trị pH điều chỉnh từ 6,5 – 7,5 dung dịch keo tụ là Al2(S04)3 (phèn nhôm) và chất trợ keo tụ Polymer được châm vào với liều lượng nhất định bằng bơm định lượng với tốc độ 100 vòng/phút, đảm bảo hóa chất được tiếp xúc hoàn toàn với nước thải. Theo máng răng cưa nước thải tiếp tục chảy qua ngăn tạo bông, tốc độ khuấy trộn trong bể tạo bông là 15 vòng/ phút, đảm bảo các bông cặn không bị vỡ ra mà kết thành khối lớn. Nước thải theo hệ thống máng răng cưa tiếp tục chảy qua bể lắng hóa lý, tại đây các bông cặn hoặc rắn lơ lửng lắng xuống đáy và được máy gạt bùn gom xuống hố thu và bơm sang bể nén bùn. Từ bể lắng nước thải được 2 bơm chìm (hoạt động luân phiên nhau), bơm qua bể lọc sinh học kỵ khí có vật liệu đệm (UAF), xử lý trong điều kiện không có Oxy, nhằm làm giảm các chất hữu cơ trong nước thải và giảm lượng N, P do VSV sử dụng để xây dựng tế bào. Vật liệu đệm sử dụng trong bể là các tấm PVC dạng tấm được kết thành khối có diện tích tiếp xúc khoảng 200m2/m3 Bể lọc sinh học kỵ khí có ưu điểm là chịu tải trọng cao, tránh bị sốc tải cho quá trình vận hành. Hiệu quả xử lý của bể khoảng 60 - 65% làm nhiệm vụ chính là giảm tải trọng ô nhiễm cho các công trình xử lý phía sau và phân hủy các chất khó phân hủy. Đồng thời bể vẫn khởi động lại tốt sau thời gian nghỉ (hết mùa vụ). Sau bể sinh học kỵ khí nước thải vẫn còn chứa hàm lượng các chất hữu cơ nên được dẫn qua bể sinh học hiếu khí Aerotank. Đây là công trình xử lý bùn hoạt tính, bể sẽ phát huy hết ưu thế và khả năng xử lý khi các công trình trước hoạt động hiệu quả. Trong bể sinh học hiếu khí Aerotank vi sinh vật tăng trưởng trong môi trường lơ lửng, quá trình phân hủy các chất hữu cơ xảy ra khi vi sinh vật tiếp xúc với nước thải trong điều kiện có đủ oxi. Đĩa phân phối khí được sử dụng để đảm bảo oxi được cấp liên tục vì đĩa tạo ra các bọt khí mịn tiếp xúc với nước thải. Đồng thời duy trì bùn hoạt tính luôn ở trạng thái lơ lững. Để loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải sử dụng các chủng vi sinh trong quá trình bùn hoạt tính gồm: Pseudomonas, Flavobacterium, Comamonas, Bacillus, Archromobacter, Alacingenes, Sphaerotilus, Zoogloea. Archromobacter, Alacingenes, Flavobacterium. Pseudomonas là vi khuẩn dị dưỡng, chúng rất quan trọng trong việc phân hủy các chất hữu cơ thành dạng bông bùn hoạt tính. Phương trình phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh hiếu khí: VSV + C5H7NO2 (chất hữu cơ) + 5O2 Þ 5CO2 + 2H2O + NH3 + VSV mới Hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính (dung dịch xáo trộn) được dẫn qua bể lắng 2. Hỗn hợp đi vào ống lắng trung tâm, theo dòng nước đi xuống, theo tấm hướng dòng đi ngược trở lên. Dưới tác dụng của trọng lực, các bông bùn sẽ rơi xuống, phần nước trong máng răng cưa đi ra ngoài và đến bể khử trùng. Một phần bùn hoạt tính được tuần hoàn lại bể lắng hóa lý để đảm bảo mật độ vi sinh vật, phần còn lại được bơm về bể nén bùn. Sau khi qua bể lắng, nước thải qua bể khử trùng trước khi ra nguồn tiếp nhận nhằm mục đích tiêu diệt các vi khuẩn, đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải. Trong bể khử trùng có xây các vách ngăn nhằm tạo sự tiếp xúc tốt giữa nước và chất khử trùng, nâng cao hiệu quả xử lý của bể. Nước thải sau khi khử trùng được dẫn vào hệ thống thoát nước chung của khu vực. 4.7 Nhận xét về công nghệ xử lý 4.7.1 Ưu điểm Hệ thống hoạt động đảm bảo nước sau khi xử lý đảm bảo tiêu chuẩn thải theo quy định Hệ thống không bị sốc tải nhờ có bể điều hòa và bể sinh học kỵ khí phía đầu dây chuyền xử lý Hệ thống vẫn có thể vận hành lại sau khi hết mùa vụ nhờ bể sinh học kỵ khí ở đầu hệ thống Hệ thống hoạt động trên nguyên tắc hoàn toàn tự động trên nguyên tắc của phao. Khi mực nước lên cao bơm tự động hoạt động, khi mực nước xuống thấp bơm sẽ ngưng hoạt động Công nghệ xử lý dễ vận hành, quản lý Tốn ít năng lượng Loại bỏ được độ màu trong nước thải cà phê 4.7.3 Nhược điểm Hệ thống lọc có thể bịt tắc nghẽn do vậy cần phải vệ sinh định kỳ Giá thành vật liệu lọc cao CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 5.1 Song chắn rác 5.1.1 Nhiệm vụ: Song chắn rác được dùng để giữ rác và các tạp chất rắn có kích thước lớn trong nước thải. Các tạp chất này nếu không được loại bỏ sẽ gây tắc nghẽn đường ống, hư hỏng bơm và làm ảnh hưởng đến các công trình phía sau. 5.1.2 Tính toán Lưu lượng nước thải trung bình Qtbng.đ = 200m3/ng.đ Qtbh = 8,3m3/h= 2,3*10-3 m3/s Lưu lượng lớn nhất giờ Qmaxh = Qtbh*Kh =8,3 *2,5 = 20,75 m3/h Với Kh là hệ số vượt tải (K=1,5 - 3,5) theo TCXD51 - 84, chọn K=2,5 Bảng 5.1 Giới thiệu hệ số không điều hòa phụ thuộc vào lưu lượng nước thải theo tiêu chuẩn ngành mạng lưới bên ngoài vào công trình TCVN 51- 84 Lưu lượng nước thải trung bình (l/s) 5 15 30 50 100 200 300 500 800 1250 Hê số không điều hòa K 3 2.5 2 1.8 1.3 1.4 1.35 1.25 1.2 1.15 (Nguồn: sách “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải” – Trịnh Xuân Lai - NXB Xây Dựng) 5.1.2.1 Số khe hở của song chắn trác n = ( Trang 113, sách Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - Lâm Minh Triết ) Trong đó: n: Số khe hở của song chắn rác v: Vận tốc nước chảy qua song chắn rác v = 0,8 – 1 m/s, chọn v – 1m/s b: Chiều rộng khe hở giữa các thanh chắn b = 16 -25 mm, chọn b = 20 mm = 0,02m k: Hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, K = 1,05 S: Diện tích của song chắn rác H: Chiều cao mục nước = chiều cao mực nước trong mương dẫn Hm: Chiều cao xây dựng mương dẫn, chọn Hm = 0,5 m Diện tích song chắn rác S = (m2/s) Chiều cao mực nước H = Trong đó: Bk: Bề rộng của mương dẫn, chọn Bk = 0,25 m N = = 16 khe Chọn n = 16 khe Lấy 2 thành làm thanh n = 16 – 1 = 15 (thanh) Bề rộng thiết kế song chắn rác m Chọn Bs = 0,2 m. Trong đó: là bề dày song chắn rác, m (chọn 10 mm) N là số khe Bs là chiều rộng khe hở, m. Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn m Trong đó: Bk là bề rộng mương, m (chọn Bk = 0,05) j là góc mở rộng, j = 200 Chiều dài đoạn thu hẹp sau SCR L2 = l1*0,5 = 0,5*0,2 = 0,1 m Tổn thất áp lực qua SCR Trong đó: v là vận tốc dòng chảy trước SCR, v = 0,6 m/s k là hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, k = 3 là hệ số tổn thất áp lực cục bộ Với: a là góc nghiên đặt SCR so mặt phẳng ngang ( chọn a = 600) b là hệ số phụ thuộc thanh đan, b = 2,42 d là chiều dày SCR, m B là khoảng cách giữa các thanh, m Vậy ta tính được Chiều cao xây dựng SCR. H = h1 + hs + hbv Trong đó: h1 là chiều cao của mương dẫn nước thải, chọn h1 = 0,1 hs là tổn thất áp lực của SCR, hs = 0,29m hbv là chiều cao bảo vệ, hbv = 0,3 m Vậy H = 0,1 + 0,29 + 0,3 = 0,69 m ~ 0,7 m Chiều dài mỗi thanh m. Chiều dài xây dựng đặt SCR L = l1 + l2 + ls = 0,2 + 0,1 + 0,8 = 1,1 m Trong ñoù : l1 là chiều dài ngăn mở rộng trước song chắn rác, m. l2 là chiều dài đoạn thu hẹp sau SCR, m ls là chiều dài buồng đặt song chắn rác, m Bảng 5.2: Tóm tắc số liệu thiết kế SCR tóm tắc như sau: Stt Tên thông số ( ký hiệu ) Đơn vị Số liệu 1 Chiều dài mương ( L) m 1,1 2 Bề rộng mương (Bs) m 0,2 3 Chiều cao mương ( H) m 0,7 4 Số khe khe 15 5 Chiều rộng khe ( b ) mm 5 6 Chiều dài song chắn rác () mm 15 Bảng 5.3: Tóm tắc thông số ô nhiễm nước thải sau khi qua song chắn rác STT Tên thông số Hiệu suất (%) Nồng độ đầu vào (mg/l) Nồng độ đầu ra (mg/l) BOD5 4 11.452 10.994 SS 4 2.752 2.642 5.2 Bể thu gom 5.2.1.Nhiệm vụ Nước thải từ nhà máy được thu qua hệ thống thoát nước và dẫn về bể thu gom. Bể thu gom thường được xây có nhiều sâu sao cho đủ độ dốc để nước từ các phân xưởng sản xuất tự chảy về, tránh bị ứ đọng nước. Hố thu gom được xây nổi trên mặt đất khoảng 0,4 -0,5 m để tránh nước mưa và cặn bẩn đi vào. Hố thu gom thường được xây kín và có nắp thăm. 5.2.2 Tính toán 5.2.2.1 Tính kích thước bể Chọn thời gian lưu t = 60 phút Thể tích hữu ích của bể Trong đó: Qhmax – Lưu lượng xả thải lớn nhất trong 1 giờ, m3/h VG – Thể tích của bể thu gom, m3 Chọn chiều cao hữu ích hhi = 2,2m, chiều cao an toàn hat = 1,3m (cao độ ống thu nước dẫn về bể - 1,0m khoảng nổi trên mặt đất + 0,3, chiều cao dự phòng +0,5). Kích thước bể: B x L x H = 3,0m x 4,0m x 5,0m Dung tích của bể thu gom: V= 3,0 x 4,0 x 2,2 = 26,4 m3 (> 20,75m3 thỏa điều kiện) Bể được xây dựng bằng BTCT dày 250mm, M200. 5.2.2.2 Tính bơm nước thải Trong bể thu gom đặt 02 bơm nhúng chìm (hoạt động luân phiên nhau). Đặc tính bơm: Q = 22m3/h, H = 8 m Nguyên tắc điều khiển bơm: tại mực nước 3,0m, cả 2 bơm hoạt động. Điều khiển bằng phao mức nước. Công suất máy bơm: : hiệu suất máy bơm; chọn = 0,75 N = Công suất thực của máy bơm N’ = 2 x N = 2,0 x 0,6 = 1,2 Kw Vậy ta chọn 02 bơm nước thải nhúng chìm có công suất: N = 1,5Kw, Q = 25m3/h, H = 8m, Model: CN80 của hãng Shinmaywa, Nhật. Bảng 5.4 Tóm tắc thông số của bể thu gom STT Tên thông số Đơn vị Thông số thiết kế Kích thước DxRxC m 3,0x4,0x5,0 Bơm nước thải nhúng chìm Cái 02 Công suất Kw 1,5 Lưu lượng m3/h 25 Chiều cao cột áp m 8 Bảng 5.5 Tóm tắc thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể thu gom STT Tên thông số Hiệu suất Nồng độ đầu vào(mg/l) Nồng độ đầu ra (mg/l) COD 0 17.560 17.560 BOD5 0 10.994 10.994 SS 10 2.642 2.378 5.3 Thiết bị lược rác băng tải 5.3.1 Nhiệm vụ Thiết bị lược rác băng tải được đặt tại đầu vào của bể điều hòa nhằm loại bỏ rác có kích thước nhỏ và lớn 5.3.2 Tính toán Song chắn rác được đặt nghiêng 45o – 60o so với phương thẳng đứng. Chọn máy lọc rác tinh của hãng Shinmaywa, công suất 0,5kw, lưu lượng 25m3/h. 5.4 Bể điều hòa 5.4.1 Nhiệm vụ Nước thải của nhà máy thường xuyên dao động. Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, giảm kích thước và chi phí các công trình phía sau. 5.4.2 Tính toán 5.4.2.1 Tính toán kích thước bể điều hòa Chọn thời gian lưu nước t = 4h Thể tích bể điều hòa Chọn chiều sâu công tác của bể: H = 3,7m.Chiều cao dự phòng: hs = 0,3m. Chiều cao tổng cộng bể điều hòa Hdh = H + hs = 4 m. Chọn bể hình chữ nhật có kích thước: L x B x H = 6,0 x 4,0 x 4,0 = 96,0m3 Kiểm tra thể tích hữu ích: V = L x B x H = 6,0 x 4,0 x 3,7= 88,8 m3 (>Vđh = 83m3, thỏa điều kiện) Bể được xây dựng bằng BTCT dày 200mm, M250. 5.4.2.2.Tính toán hệ thống cấp khí của bể điều hòa Giả sử khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí cần thiết cho xáo trộn: = 1,78m3/phút =1.780 lít/phút = 106,8m3/h Trong đó: R – Lượng khí cần thiết R = 0,02 m3/phút Vdh – Thể tích của bể điều hòa, m3 Chọn đĩa phân phối khí của hãng SSI – USA, công suất r = 160 lít/phút.đĩa Vậy số đĩa phân phối khí là: = 11 cái Chọn 12 (cái) đĩa phân phối khí (4x3) 5.4.2.3 Tính toán đường ống dẫn khí vào bể điều hòa Đường ống dẫn khí chính: Vận tốc khí trong đoạn ống: v = 10 – 15m/s ( Trang 119, Giáo trình “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai – NXB Xây Dựng”). Chọn v= 12m/s. Đường kính ống chính: D = = 0,056m = 56mm Chọn loại ống tráng kẽm Æ60. Đường ống dẫn khí nhánh phân phối trong bể: Từ ống chính, dựa vào lưu lượng khí cung cấp của đĩa thổi khí ta lắp thành 8 ống nhánh Lưu lượng khí trong ống nhánh: qống nhánh = m3/h Vận tốc khí trong ống nhánh: v = 6 – 9m/s ( Trang 96, Giáo trình “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai – NXB Xây Dựng”). Chọn v = 8m/s. Đường kính ống nhánh: Dnhánh = = 0,024m = 24mm Vì ống nhánh ngập nước thải nên ta chọn ống PVC Æ27 5.4.2.4 Tính toán bơm chìm nước thải Lắp đặt 2 bơm (hoạt động luân phiên nhau), công suất mỗi bơm: Qbơm = 8,3m3/h, cột áp H = 8m, 2 công tắc phao nỗi cho mỗi bơm Công suất máy bơm : : hiệu suất máy bơm ; chọn = 0,75 = 0,24 kW Công suất thực của máy bơm N’ = 2,0 x0,24 = 0,48Kw Vậy ta chọn bơm có công suất: N = 0,75Kw, Q = 8,3m3/h, H = 8m, Model: CN501 của hãng Shinmaywa, Nhật. Bảng 5.6 Tóm tắt thông số của bể điều hòa STT Thông số Đơn vị Diễn giải Kích thước (LxBxH) m 6 x4 x 4 Bơm chìm Cái 02 Công suất Kw 0,75 Lưu lượng m3/h 8,3 Chiều cao cột áp m 8 Đĩa phân phối khí Cái 12 Đường ống phân phối khí chính mm 60 Đường kính ống phân phối ống nhánh mm 27 Bảng 5.7 Tóm tắt thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể điều hòa STT Tên thông số Hiệu suất (%) Nồng độ đầu vào (mg/l) Nồng độ đầu ra (mg/l) COD 5 17.660 16.777 BOD5 5 10.994 10.444 SS 5 2.378 2.259 5.5 Cụm keo tụ tạo bông 5.5.1 Nhiệm vụ Quá trình keo tụ tạo bông nhằm kết tủa các bông cặn lại với nhau thành khối nhờ hóa chất. Quá trình này loại bỏ các chất không thể oxi hóa sinh học. Đồng thời, loại bỏ màu trong nước thải chế biến cà phê. 5.5.2 Tính toán bể keo tụ (trộn cơ khí) 5.5.2.1 Tính kích thước bể keo tụ Để làm mất tính ổn định của hạt keo, thời gian lưu nước trong bể khoảng t = 30 – 120s. Tuy nhiên, vì hệ thống có lưu lượng nhỏ, để thuận tiện cho việc xây dựng và chế tạo, ta chọn thời gian luu nước trong bể là t = 30 phút: Thể tích bể keo tụ: = 4,2m3 Chiều cao bể là: H = h1 + h2 = 3,2 + 0,8 = 4,0m Trong đó: h1: Chiều cao hữu ích của bể, h1 = 3,2m. h2: Chiều cao bảo vệ của bể, h2 = 0,8m. Diện tích sử dụng của bể: F = m3 Kích thước bể: LxBxH = 2,0 x 1,5 x 4,0m 5.5.2.2. Tính cơ cấu khuấy trộn Ống dẫn nước vào đỉnh bể, đồng thời dung dịch keo tụ (PAC) được bơm cùng lúc. Nước đi từ trên xuống vào theo vách dẫn hướng đi lên theo máng răng cưa qua bể tạo bông. Dùng cánh tua pin 4 cánh khuấy góc 450 hướng xuống dưới để đưa nước từ trên xuống, khuấy trộn đều và tiếp xúc với hóa chất Đường kính cánh khuấy: D = 1/2 chiều rộng bể. Chọn D =0,4m Cánh khuấy đặt cách đáy khoảng cách bằng kính cánh khuấy: h = D =0,4m Chiều rộng bản cánh khuấy: = 0,08m = 8cm Năng lượng cần thiết để cánh khuấy chuyển động trong nước P = Krn3D5 = 1,08x1000x1,73x0,45 = 54W Trong đó: P: Năng lượng cần thiết, W. r: Khối lượng riêng của nước thải, kg/m3. D: Đường kính cánh khuấy, m. n: Số vòng quay trong 1 giây, vg/s. n = 100 rpm = 1,7vg/s. K: Hệ số sức của nước phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton: K = 1,08 đối với tua pin 4 cánh nghiêng 450 ( Trang 85, Theo: Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai – NXB Xây Dựng) Hiệu suất động cơ: h = 0,75. Công suất tính toán của động cơ: = 72W Công suất thực tế của động cơ: Pthực = Ptt x 2 = 72 x 2 = 144W = 0,144Kw. Chọn motor giảm tốc có công suất: P = 0,2 W, tốc độ n = 100rpm của hãng Peigong – Đài Loan. 5.5.2.3 Tính toán bơm định lượng phèn Theo thí nghiệm Jaters. Hàm lượng PAC cần thiết để châm vào bể keo tụ là: PAC = 180mg/l Lượng P châm vào bể keo tụ trong 1 ngày: L = PAC x Q = 220 x 200 = 44.000 g/ngày = 44 kg/ngày Lượng dung dịch PAC (40%) đưa vào nước trong 1 giờ là: = 37 lít/h Dung dịch PAC sử dụng trong 1 ngày: QPAC = 37 x 24 = 888 lít Chọn bồn pha PAC có dung tích 1000 lít Chọn bơm định lượng có công suất 0 – 36 lít/h, thời gian giữa 2 lần pha hóa chất là 24h. 5.5.2.4 Tính toán bơm định lượng Polymer Theo thí nghiệm Jaters. Hàm lượng Polymer cần thiết để châm vào bể keo tụ là: Po = 5mg/l Lượng P châm vào bể keo tụ trong 1 ngày: L = PoQ = 5 x 200 = 1000 g/ngày = 1 kg/ngày Lượng dung dịch Polymer (1%) đưa vào nước trong 1 giờ là: q = lít/h Dung dịch Polymer sử dụng trong 2 ngày: QPAC = 8,3 x 48 = 400 lít Chọn bồn pha Polymer có dung tích 500 lít Chọn bơm định lượng có công suất 0 – 36 lít/h, thời gian giữa 2 lần pha hóa chất là 48h 5.5.3.Tính toán bể tạo bông (trộn cơ khí) 5.5.3.1 Tính kích thước bể tạo bông Thời gian lưu nước trong bể là t = 60 phút. Thể tích bể tạo bông: = 8,3m3 Chiều cao bể là: H = h1 + h2 = 3,2 + 0,8 = 4,0m Trong đó: h1: Chiều cao hữu ích của bể, h1 = 3,2m. h2: Chiều cao bảo vệ của bể, h2 = 0,8m. Diện tích sử dụng của bể: F = m3 Kích thước bể: LxBxH = 2,0 x 1,5 x 4,0m 5.5.3.2 Tính cơ cấu khuấy trộn Ống dẫn nước vào ở đỉnh bể, dung dịch keo tụ (Polymer) cho vào ngay cửa nước vào. Nước từ trên đi xuống vào theo vách dẩn hướng đi lên để qua bể lắng hóa lý. Dùng cánh tua pin 4 cánh khuấy nghiêng góc 450 hướng xướng dưới để đưa nước từ trên xuống, khuấy trộn đều và tiếp xúc với hóa chất. Cánh khuấy đặt cách đáy khoảng cách bằng đường kính cánh khuấy: h = D = 0,8m Chiều rộng bản cánh khuấy = 0,16m = 16cm Năng lượng cần thiết để cánh khuấy chuyển động trong nước: P = Krn3D5 = 1,08x1000x0,253x0,85 = 5,5W Trong đó: P: Năng lượng cần thiết, W. r: Khối lượng riêng của nước thải, kg/m3. D: Đường kính cánh khuấy, m. n: Số vòng quay trong 1 giây, vg/s, n = 15 rpm = 0,25vg/s. K: Hệ số sức của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton: K = 1,08 đối với tia pin 4 cánh nghiêng 450 ( Trang 187, Giáo trình: “Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp” – Trịnh Xuân Lai – NXB Xây Dựng) Hiệu suất động cơ: h = 0,75. Công suất tính toán của động cơ: = 7,3W Công suất thực tế của động cơ: Pthực = Ptt x 2 = 7,3x2 = 14,6W = 0,02Kw. Chọn motor giảm tốc có công suất: P = 0,2 W, tốc độ n = 15rpm cuả hãng Peigong – Đài Loan. 5.6 Bể lắng hóa lý 5.6.1 Nhiệm vụ Lắng các bông cặn sau quá trình keo tụ tạo bông trên nguyên tắc của lắng trọng lực. Tính toán 5.6.2.1 Tính tải trọng và ống trung tâm Chọn tải trọng bề mặt cho bùn hóa lý là LA= 28m3/m2. ngày (LA = 25 – 32 m3/m2.ngày, Trang 112 - Giáo trình: Tính toán và thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai - NXB Xây Dựng) Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt AL = = 7,1m2 Trong đó: AL : Diện tích bề mặt bể lắng, m2 QngayTB: Lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày.đêm LA: Tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày. Chọn bể lắng hình vuông Kích thước bể lắng: AxAxH = 3x3x4m Đường kính ống trung tâm d = 20%D = 20% x 3 = 0,6 m Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng h = 2,2 m, chiều cao lớp bùn lắng hb = 1,5m, chiều cao an toàn 0,3 m Chiều cao tổng cộng của bể lắng Htc = 2,2 + 1,5 + 0,3 = 4,0 m htt = 60% x h = 60% x 2,2 = 1,32 m = 1,3m 5.6.2.2 Kiểm tra thời gian lưu nước ở bể lắng Thể tích phần lắng: VL =3 x 3 x 2,2 = 19,8m3 Thời gian lưu nước: t = = 2,4h Thể tích phần chứa bùn Vb = A x A x hb = 3,0 x 3,0 x 1,5 = 13,5m3 Thể tích bể Vb= A x A x H = 3 x 3 x 4 = 36m3 5.6.2.3 Máng thu: Dm = 90%D = 0,9x3m = 2,7m Chọn máng thu nước có bề rộng 0,3m Chiều dài máng thu: lm = (3 – 0,3x2)x4 = 9,6m Tải trọng máng thu: Ls= = 20,8m3/m2.ngày 5.6.2.4 Máng răng cưa Chiều dài máng răng cưa: l’m = (2,4 – 0,01 x 2)x4 = 9,52 m Nối máng răng cưa với máng thu nước bằng đệm có bề dày 10mm và bằng bu long M10 Chọn máng răng cưa: thép tấm không rỉ, có bề dày 2 mm Máng gồm nhiều khe, mỗi khe hình chữ V Chiều dài khe: 50mm Chiều rộng vát đỉnh: 50mm Góc chữ V 900 Khoảng cách giữa 2 đỉnh của khe: 100mm Chiều cao toàn bộ thanh: 200mm Khe dịch chỉnh: cách nhau 500mm, bề rộng khe 5mm, chiều dài khe 100mm. Số khe trên toàn bộ chiều dài máng là: nx0,1+ (n +1)x0,05 = 9,52 Þ n = 63 Lưu lượng nước thải chảy qua 1 khe: q = m3/h 5.6.2.5 Tính toán hiệu quả xử lý của bể lắng bùn hóa lý Hiệu quả lắng cặn lơ lửng BOD của bể lắng cặn hóa lý có thể tính theo công thức thực nghiệm của các nhà khoa học Mỹ: R = Trong đó: R : Hiệu quả khử SS hoặc BOD, %. a,b: Hằng số thực nghiệm, chọn theo bảng: Bảng 5.8 Giá trị của hằng số thực nghiệm a, b ở 200C STT Chỉ Tiêu a(h) B Khử BOD5 0,018 0,020 Khử SS 0,0075 0,014 (Medcaf and Eddy, Wastewater Engineering Treatment and Reuse – 4th Edition, 1993) t: thời gian lưu nước trong bể lắng, t = 2,4h. Hiệu quả khử cặn lơ lửng: RSS = = 58,4% Hiệu quả khử BOD5 RBOD= =36,4% 5.6.2.6 Công suất của bơm bùn: Hiệu quả xử lý cặn lơ lửng đạt 55,05%. Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày Mb = 127x200x55,05x= 14 kg/ngày. Giả sử bùn tươi có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm 95%). Tỉ số VSS:TSS = 0,75 và tỉ trọng cặn là 1,02. Lượng cặn cần xử lý là Qb = = 274 lít/ngày = 0,27m3/ngày. Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học: Mb (VSS) = 14 x 0,3 = 4,2 kgVSS/ngày Chiều cao bể: H1 = 4m Tổn thất cục bộ và tổn thất qua hệ thống van, co, tê,…: H2 = 2,0m Chiều cao cột áp của bơm bùn: N = Trong đó: H: Cột áp của bơm, mH2O. Q: Lưu lượng bùn thải, m3/h. r: Khối lượng riêng của bùn: 1006kg/m3 G: Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 h: Hiệu suất của bơm. Chọn h = 0,6 Công suất thực của bơm N =2*0,1 = 0,2Kw Chọn bơm bùn có công suất: Q = 1m3/h, P = 0,2 Kw, H = 6,0m. Model: CN401, hãng Shinmaywa – Nhật. 5.6.2.7 Ống dẫn nước ra khỏi bể lắng Chọn vận tốc nước thải trong ống: v = 1m/s Đường kính ống dẫn nước thải ra khỏi bể lắng D = =0,054 m = 54mm Chọn ống PVC Æ60. Bảng 5.9 Tóm tắt thông số của bể lắng hóa lý STT Thông số Đơn vị Diễn giải Kích thước bể (DxH) m 3,0 x 4,0 Thời gian lưu nước trong bể h 2,4 Đường kính ống trung tâm m 0,6 Đường kính máng thu m 2,7 Chiều dài máng răng cưa m 9,52 Bơm bùn thải bỏ cái 01 Lưu lượng m3/h 1 Áp lực m 6,0 Công suất điện Kw 0,2 Bảng 5.10 Tóm tắt thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể lắng hóa lý STT Tên thông số Hiệu suất (%) Nồng độ đầu vào (mg/l) Nồng độ đầu ra (mg/l) COD 35 16.777 10.905 BOD5 40 10.444 6.266 SS 60 2.259 903,6 Tổng N 15 209 177,65 5.7 Bể lọc sinh học kỵ khí UAF1 – UAF2 5.7.1 Nhiệm vụ Loại bỏ các chất hữu cơ có thể oxi hóa sinh học trong điều kiện kỵ khí, giảm hàm lượng N, P có trong nước thải Giảm tải trọng cho các công trình đơn vị phía sau 5.7.2 Tính toán bể UAF1 5.7.2.1 Tính kích thước bể Bảng 5.11 Tóm tắc thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể UAF1 STT Tên thông số Hiệu suất (%) Nồng độ đầu vào (mg/l) Nồng độ đầu ra (mg/l) COD 75 10.905 2.726 BOD5 75 6.266 1.566,5 SS 40 903,6 542 Tổng N 50 177,65 88,825 Tổng P 10 10 9 Lượng COD cần khử mỗi ngày G = 200 x (10.905– 2.726)x10-3 = 1.635,8 kgCOD/ngày. Tải trọng khử COD của bể a = 8 kg COD/m3.ngày ( Giáo trình “Xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp, tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân” tái bản lần 3 – NXB Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh) Dung tích của bể UAF1: m3 Tổng chiều cao của bể: H = H1 + H2 + H3 + H4 = 3 + 1,5 +1,0 + 0,5 = 6m Trong đó: H1 :Chiều cao phần xử lý có vật liệu đệm, m. Chọn H1 = 3m H2: Chiều cao phần đáy, chiều cao này phải lớn hơn 1m để đảm bảo nước không bị xáo trộn trước khi vào vùng vật liệu đệm. Chọn H2 = 1,5m. H3: chiều cao phần nước sau khi ra khỏi vùng xử lý kỵ khí vật liệu đệm. Chọn H3 = 1m H4: Chiều cao dự trữ. Chọn H4 = 0,5m Chiều cao hữu ích của bể: Hhi = H1 + H2 + H3 = 3 + 1,5 +1,0 = 5,5m Diện tích bể cần thiết: F = m2 Chọn đơn nguyên hình vuông, cạnh đơn nguyên: A = 8m Kích thước bể (L x B x H): 8 x 8 x 6 (m) Kiểm tra thời gian lưu nước của bể: T = h 5.7.2.2 Tính toán ống phân phối nước Vận tốc nước chảy trong ống vn = 0,8 – 2,0 m/s. Chọn Vchính = 1,0m/s Đường kính ống chính: Dchính = = 0.054m = 54mm Chọn ống chính là ống nhựa PVC Æ60 Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống chính: = 0,94m/s <1,7m/s 5.7.2.3 Tính lượng khí sinh ra và ống thu khí Lượng khí sinh ra trong bể: q = 0,5 m3/kgCOD loại bỏ Q khí = 0,5 x 1635,8 = 817,9 m3/ngày Lượng khí metan sinh ra: qCH4 = 0,35 m3/kgCOD loại bỏ Q CH4 = 0,35 x 1635,8 = 572,53 m3/ngày Vận tốc khí trong ống từ 10 -15 m/s. Chọn V khí = 12m/s Đường kính ống thu khí: D khí = = 0,035m = 35 mm Chọn ống thu khí là ống nhựa PVC Æ40 Bảng 5.12 Tóm tắt thông số của bể UAF1 STT Thông số Đơn vị Diễn giải Kích thước (LxBxH) m 8 x 8 x 6 Đường kính ống phân phối nước mm 60 Lượng khí sinh ra m3/ngày 817,9 Đường kính ống thu khí mm 40 5.7.3 Tính toán bể UAF2 5.7.3.1 Tính kích thước bể Bảng 5.13 Tóm tắt thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể UAF2 STT Tên thông số Hiệu suất (%) Nồng độ nước đầu vào (mg/l) Nồng độ nước ra (mg/l) COD 85 2.999 449,85 BOD5 80 1.778,5 355,7 SS 40 564,8 338,88 Tổng N 45 88,825 48,85 Tổng P 10 9 8,1 Lượng COD cần khử mỗi ngày G = 200 x (2.999 - 499,85)x10-3 = 500 kgCOD/ngày. Tải trọng khử COD của bể, a =2,5kgCOD/m3.ngày (Giáo trình “Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân”- tái bản lần 3- NXB Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh) Dung tích hữu ích của bể UAF1: V = 200 m3 Tổng chiều cao của bể H = H1 + H2 + H3 + H4 = 3 + 1,5 +1,0 + 0,5 = 6m Trong đó: H1: Chiều cao phần xử lý có vật liệu đệm, m. Chọn H1 = 3m H2: Chiều cao phần đáy, chiều cao này phải lớn hơn 1 m để đảm bảo nước không bị xáo trộn khi vào vùng vật liệu đệm. Chọn H2 = 1,5m. H3:Chiều cao phần nước sau khi ra khỏi vùng xử lý kỵ khí vật liệu đệm. Chọn H3 = 1m. H4: Chiều cao dự trữ. Chọn H4 = 0,5m Chiều cao hữu ích: Hhi = H1 + H2 + H3 = 3 + 1,5 +1,0 = 5,5m Diện tích bể cần thiết: F =37m3 Chọn đơn nguyên hình vuông, cạnh đơn nguyên: A = 8m Kích thước bể (LxBxH): 8 x 8 x 6 (m) Kiểm tra thời gian lưu nước của bể: T = = 46,2 h 5.7.3.2 Tính toán ống phân phối nước Vận tốc nước chảy trong ống vn = 0,8 – 2,0m/s. Chọn vchính = 1,0m/s. Đường kính ống chính Dchính = = 0.054m = 54mm Chọn ống chính là ống nhựa PVC Æ 57 Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống chính: V = 5.7.3.3 Tính lượng khí sinh ra và ống thu khí: Lượng khí sinh ra trong bể: q = 0,5m3/kgCODloại bỏ Q khí = 0,5 x 500= 250 m3/ngày Lượng khí metan sinh ra: qCH4 = 0,35m3/kgCODloại bỏ QCH4 = 0,35 x 500 = 175 m3/ngày Vân tốc khí trong ống từ 10 – 15m/s. Chọn vkhí = 12m/s Đường kính ống thu khí: Dkhí = = 0,02m = 20mm Chọn đường kính ống thu khí là ống nhựa PVC Æ25 Bảng 5.14 Tóm tắt thông số của bể UAF2 STT Thông số Đơn vị Diễn giải Kích thước (LxBxH) m 8 x 8 x 6 Đường kính ống phân phối nước mm 57 Lượng khí sinh ra m3/ngày 250 Đường kính ống thu khí mm 25 5.8 Bể Aerotank 5.8.1 Nhiệm vụ Bể Aerotank hoạt động trên nguyên tắc nhờ sự sinh trưởng lơ lửng của các vi sinh vật. Các vi sinh vật hiếu khí sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải để phân hủy thành sinh khối (bùn hoạt tính). Hiệu quả khử BOD và COD của bể Aerotank rất lớn, có thể lên đến 90%. Do đó, hầu hết các cơ sở công nghiệp đều ứng dụng bể Aerotank để xử lý nước thải. Xử lý sinh học gồm các quá trình: Chuyển các hợp chất hữu cơ có gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và thành các tế bào vi sinh vật. Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô trong nước thải. Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải. Sau đó loại các bông cặn ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực. Các điều kiện, yêu cầu và các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình xử lý: Điều kiện đầu tiên: cung cấp oxi đủ và liên tục cho bể cho lượng DO ra khỏi bể lắng II không nhỏ hơn 2mg/l. Không có các chất độc hại. Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho quá trình sinh hóa diễn ra bình thường cần nằm trong giới hạn cho phép: N, P, K, Ca, S, P,…Có thể chọn theo tỷ lệ sau: BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 hay COD : N : P = 150 : 5 : 1 Nhiệt độ nước thải: t = 6 – 370C; topt = 25 – 370C 5.8.2 Tính toán Bảng 5.15 Tóm tắt thông số ô nhiễm của nước thải sau khi qua bể Aerotank STT Tên thông số Hiệu suất (%) Nồng độ đầu vào (mg/l) Nồng độ nước ra (mg/l) 1. COD 85 449,85 67,48 BOD5 90 355,7 35,57 3. SS 85 388,88 58 4. Tổng N 45 48,85 27 5. Tổng P 20 8,1 6,5 Chọn bể bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn, các thông số tính toán bể Aerotank: Tỉ số MLVSS/MLSS = 0,75 Hàm lượng bùn tuần hoàn: CTH = 8500mgSS/L. Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank MLVSS = 3000mg/L. Thời gian lưu bùn trung bình: qc = 10 ngày. Nước thải sau lắng có BOD5 = 50mg/l, SS= 100mg/l. Trong đó 65% cặn dễ phân hủy sinh học: BOD5: BODL = 0,68. Giả sử chất dinh dưỡng thỏa mãn tỉ số: BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 hay COD : N : P = 150 : 5 : 1 Giả sử theo kết quả thực nghiệm ta tìm được các thông số động học như sau: Ks = 50mg/l; Y = 0,5mg/l; kd = 0.05ngày-1 Hàm lượng bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể có hàm lượng chất rắn 0,8% và khối lượng riêng là 1,008k/L. Hiệu suất chuyển hóa oxi của thiết bị khuếch tán là 9%, hệ số an toàn là 2. Oxi chiếm 21% trọng lượng thể tích không khí và khối lượng riêng của không khí là 1,2kg/m3. 5.8.2.1 Tính toán kích thước bể Aerotank: Ta có: Trong đó: qc: Thời gian lưu bùn, ngày Q: Lưu lượng nước thải , m3/h Y: Hệ số sản lượng tế bào So: Hàm lượng BOD5 tại đầu vào của bể Aerotank , mg/l S: Hàm lượng BOD5 sau bể Aerotank, mg/l X: Hàm lượng tế bào chất trong bể, mg/l Kd: Hệ số phân hủy nội bào, ngày-1 Mà: Suy ra: 71,14 m3 Thể tích hữu ích của bể là :Vr = 71,14m3 Thời gian lưu nước trong bể là = 8,6 h Chọn chiều cao hữu ích của bể: hhi = 3,7m Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3m Chiều cao tổng cộng của bể Aerotank là: HAerotank = 3,7 + 0,3 = 4,0m Diện tích bể: A = m Chọn tỉ lệ B:H = 2 :1. Chiều rộng bể: B = @ 4m L = B x2 = 4,0 x 2 = 8,0m Vậy kích thước bể Aerotank: BxLxH = 8,0 x4,0 x 4,0m = 128m3 5.8.2.2 Tính lượng bùn dư thải bỏ hằng ngày: Hệ số sản lượng quan sát: Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày tính theo MLVSS: Px = kg/ngày Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo MLSS: PX(SS) = kgSS/ngày Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày: Lượng bùn dư cần xử lý = Tổng lượng bùn – Lượng SS ra khỏi bể lắng II Mdư (SS) = 28,3kgSS/ngày – 200m3/ngày x100g/m3 x 10-3kg/g = 8,3kgSS/ngày Lượng bù dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý: Mdư (VSS) = 8,3kgSS/ngày x 0,75 = 6,225kgVSS/ngày. Giả sử hàm lượng bù hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn là 0,8% và khối lượng riêng là 1,008kg/l. Lượng bùn dư cần xử lý là: Px(vss) = lít/ngày = 0,772 m3/ngày 5.8.2.3 Xác định tỉ số tuần hoàn bùn: Sơ đồ cân bằng vật chất cho bể Aerotank: QX0 + QrXu = (Q + Qr)X QX0 + QrXu = QX + QrX Qr(Xu – X) = Q (X – X0) X: Nồng độ VSS ở bể Aeroten, X = 3000 mg/l Xu: Nồng độ VSS trongbùn tuần hoàn, Xu = 8500 mg/l X0: Hàm lượng bùn hoạt tính ở đầu vào. Giá trị X0 thường rất nhỏ so với X và Xu nên có thể bỏ qua MLSS = MLVSS/0,75 = 3000/0,75 = 4000mgSS/L Lưu lượng bùn tuần hoàn: = 178m3/ngày = 7,4m3/h Kiểm tra tải trọng thể tích LBOD và tỉ số F/M: Tải trọng thể tích: LBOD = Trị số này nằm trong khoảng cho phép (LBOD = 0,8 – 1,9) Tỉ số F/M: F/M = = 0,23 ngày -1 Trị số này nằm trong khoảng cho phép (F:M = 0,2 – 0,6) ngày-1 5.8.2.4 Xác định lưu lượng không khí cung cấp cho Aerotank: BODL: Nhu cầu oxi sinh hóa tổng của nước thải vào bể Aerotank Giả sử BOD5 = 68%BODL. Lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính : kgBODL/ ngày Nhu cầu oxi cho quá trình: M= M= 78,3 kg02/ngày Giả sử không khí có 23,2% trọng lượng oxi và trọng lượng riêng của không khí ở 20oC là 1,2kg/m3. Lượng không khí lý thuyết cho quá trình: Mkk = m3/ngày = 0,22m3/phút Giả sử hiệu quả vận chuyển oxi của thiết bị thổi không khí là 8%. Lượng không khí yêu cầu : Mkk = = 3625 m3/ngày = 2,8m3/phút Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn: q = = 32 lít/m3.phút Trị số này nằm trong khoảng cho phép (q = 20 – 40) lít/m3.phút Vậy lượng khí cấp cho quá trình bùn hoạt tính đủ cho quá trình xáo trộn hoàn toàn. Chọn đĩa phân phối khí SSI - USA, công suất: r = 160 lít/phút.đĩa = 0,16m3/phút. Vậy số đĩa phân phối khí: n = = 27,5 cái Chọn 28 đĩa. Các đĩa được sắp xếp thành: 7hàng x 4 cột = 28 đĩa 5.8.2.5 Tính toán đường ống dẩn khí vào bể Aerotank: Đường ống dẫn khí chính: Vận tốc khí trong ống dẫn: v = 10 – 15m/s ( Trang 210 - Giáo trình “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai”). Chọn v = 14m/s. Đường kính ống chính: D = = 0,112m = 112mm Chọn loại ống STK Æ114. Đường ống dẫn khí nhánh phân phối trong bể: Từ ống chính, dựa vào lưu lượng khí cung cấp của đĩa thổi khí ta lắp thành 12 ống nhánh. Lưu lượng khí trong ống nhánh: qống nhánnh = Vận tốc khí trong ống nhánh: v = 6 – 9m/s ( Trang 389 - Giáo trình “Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân”). Chọn v = 8m/s. Đường kính ống nhánh: D nhánh = Vì ống nhánh ngập trong nước nên ta chọn ống PVC Æ26 5.8.2.6 Tính toán máy thổi khí: Áp lực cần thiết của máy thổi khí Hm = h1 + hd + H Trong đó: h1: Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển h1 = 0,5m hd : Tổn thất qua đĩa phân phối , hd = 0,5m H : Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun H = 3,0m Hm = 0,5 + 0,5 + 3,0 = 4,0m Chọn Hm = 4,0m = 0,40atm Năng suất yêu cầu qkk = 2,8 m3/phút = 0,06m3/s Lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa: Qdh = 115m3/h = 1,9 m3/phút = 0,03m3/s Tổng lượng khí yêu cầu: Q = qkk + qdh = 0,05 + 0,03 = 0,09 m3/s @ 0,1m3/h Công suất máy thổi khí Pmáy = Trong đó: Pmáy : Công suất yêu cầu của máy thổi khí , kW G: Trọng lượng của dòng không khí , kg/s G = qkk ´ rkhí = 0,1 ´ 1,2 = 0,12kg/s R : hằng số khí, R = 8,314 KJ/K.mol 0K T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 0K P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2 =Pm + 1=0,5+1=1,5 atm n= = 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí ) 29,7 : hệ số chuyển đổi e: Hiệu suất của máy , chọn e = 0,7 Pmáy = = 6,14 kW Công suất thực của máy thổi khí: P = 2 x Pmáy = 2 x 6,14 = 12,28Kw. Chọn 2 máy thổi khí (hoạt động luân phiên nhau) dùng cho cả bể điều hòa và bể Aerotank có các thông số như sau: P = 15Kw, Qkhí = 10m3/phút, H = 4,0m, tốc độ: Model: BS125của hãng Anlet– Nhật. Bảng 5.16 Tóm tắt thông số của bể Aerotank STT Thông số Đơn vị Diễn giải Kích thước bể (LxBxH) m 8,0 x 4,0 x 4,0 Thời gian lưu nước trong bể H 8,3 Lưu lượng bùn thải m3/ngày 0,78 Lưu lượng bùn tuần hoàn m3/h 7,4 Lượng khí cần cung cấp cho bể Aerotank m3/phút 4,4 Số đĩa phân phối khí Cái 28 Máy thổi khí Cái 02 Lưu lượng khí m3/phút 10 Áp lực m 4,0 Công suất điện Kw 15 5.9 Bể lắng II 5.9.1 Nhiệm vụ Dùng để lắng bùn hoạt tính đã qua xử lý ở bể Aerotank. Bể lắng II được chọn thiết kế là bể lắng ly tâm với thiết bị gạt bùn. 5.9.2 Tính toán 5.9.2.1 Tính tải trọng và ống trung tâm: Chọn tải trọng bề mặt cho bùn hoạt tính là LA = 20 m3/m2.ngày Tải trọng chất rắn là 5,0 kg/m2.h Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng bề mặt AL = = 10m2 Trong đó: AL : Diện tích bề mặt bể lắng, m2 QngayTB: Lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày đêm LA: Tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày. Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn AS = = 12,56m2 Trong đó: As : Tải trọng chất rắn, kgSS/m2.ngày. QngayTB: Lưu lượng trung bình ngày, m3/h. Qr: Lưu lượng bùn tuần hoàn,. m3/h. Ls: Tải tọng chất rắn, m3/m2.ngày. AS> AL  Vậy chọn AS làm diện tích tình toán Chọn bể hình vuông có kích thước: AxA = 4x4m Đường kính ống trung tâm d = 20%D = 20% x4 = 0,8 m Chiều sâu hữu ích của bể lắng h = 2,2 m, chiều cao lớp bùn lắng hb = 1,5m, chiều cao an toàn 0,3 m Chiều cao tổng cộng của bể lắng HTC = 2,2 + 1,5 + 0,3 = 4,0 m Chiều cao ống trung tâm htt = 60%h = 60% x2,2 = 1,32 m = 1,3m 5.9.2.2 Kiểm tra thời gian lưu nước của bể lắng: Thể tích phần lắng: VL = 4x4x2,2 = 35,2m3 Thời gian lưu nước: t= = 2,2h Thể tích phần chứa bùn: Vb = AxAxhb = 4x4x1,5 = 24m3 Thể tích bể: Vb= 4x4x4,0= 64m3 5.9.2.3 Máng thu: Dm = 90%D = 0,9x4m = 3,6m Chọn máng thu nước có bề rộng 0,3m Chiều dài máng: Dm = (4 – 0,3x2)x4 = 13,6m 5.9.2.4 Máng răng cưa: Chiều dài máng răng cưa: D’m = (3,4 – 0,01 x 2)x4 = 13,5 m Nối máng răng cưa với máng thu nước bằng đệm có bề dày 10mm và bằng bu long M10 Chọn máng răng cưa: thép tấm không rỉ, có bề dày 2 mm. Máng gồm nhiều khe, mỗi khe hình chữ V Chiều cao khe: 50mm Chiều rộng vát đỉnh: 50mm Góc chữ V 90o Khoảng cách giữa 2 đỉnh của khe: 100mm Chiều cao toàn bộ thanh: 200mm Khe dịch chỉnh: cách nhau 500mm, bề rộng khe 5mm, chiều dài khe 100mm. Số khe trên toàn bộ chiều dài máng: n x 0,1 + (n +1)x0,05 = 15,5 Þ n = 103 Lưu lượng nước thải chảy qua 1 khe: q= = 0,08m3/h 5.9.2.5 Công suất của bơm bùn tuần hoàn: Sử dụng bơm bùn có chức năng tuần hoàn bùn. Lưu lượng bùn tuần hoàn: 7,4 m3/h Chiều cao bể: H1 = 4m Tổn thất cục bộ và tổn thất qua hệ thống van, co, tê…: H2 = 2,0m. Chiều cao cột áp của bơm: H = H1 + H2 = 4 + 2,0 = 6,0m Công suất của bơm bùn: Trong đó: H: Cột áp của bơm, mH2O. Q: Lưu lượng bùn thải, m3/h. r: Khối lượng riêng của bùn: 1006kg/m3 G: Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 h: Hiệu suất của bơm. Chọn h = 0,6 Công suất thực của bơm: N =2x0,2 = 0,4Kw Chọn bơm bùn có công suất: Q = 8m3/h, P = 0,75 Kw, H = 6,0m. Model: CN501, hãng Shinmaywa – Nhật. 5.9.2.6 Công suất của bơm bùn thải bỏ Sử dụng bơm bùn có chức năng thải bỏ. Lưu lượng bùn thải bỏ: 2,5 m3/ngàyv= 2,5m3/h (bơm hoạt động 1h/ngày) Chiều cao bể: H1 = 4m Tổn thất cục bộ và tổn thất qua hệ thống van, co, tê…: H2 = 2,0m. Chiều cao cột áp của bơm: H = H1 + H2 = 4 + 2,0 = 6,0m Công suất của bơm bùn: Trong đó: H: Cột áp của bơm, mH2O. Q: Lưu lượng bùn thải, m3/h. r: Khối lượng riêng của bùn: 1006kg/m3 G: Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 h: Hiệu suất của bơm. Chọn h = 0,6 Công suất thực của bơm: N =2x0,068 = 0,14Kw Chọn bơm bùn có công suất: Q = 3m3/h, P = 0,4 Kw, H = 6,0m. Model: CN401, hãng Shinmaywa – Nhật.  Bảng 5.17 Tóm tắt thông số của bể lắng II STT Thông số Đơn vị Diễn giải Kích thước bể (AxAxH) m 4,0x4,0x4,0 Thời gian lưu nước trongbể h 2,2 Đường kín ống trung tâm m 0,8 Chiều dài máng thu m 13,6 Chiều dài máng răng cưa m 13,5 Bơm bùn tuần hoàn cái 01 Lưu lượng m3/h 8 Áp lực m 6,0 Công suất điện Kw 0,75 Bơm bùn thải bỏ cái 01 Lưu lượng m3/h 3 Áp lực m 6,0 Công suất điện Kw 0,4 5.10 Bể khử trùng 5.10.1 Nhiệm vụ Nước thải trước khi thải vào nguồn tiếp nhận cần khử trùng nguồn nước để tránh nhiễm khuẩn nguồn tiếp nhận và tránh gây bệnh. 5.10.2 Tính toán 5.10.2.1 Tính kích thước bể Chọn thời gan tiếp xúc bể t = 30 phút Thể tích bể tiếp xúc: = 4,15m3 Chọn vận tốc dòng chảy trong bể tiếp xúc v = 2m/phút (Bảng 10 -15/ Trang 473, Giáo trình “ Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình - Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân”) Tiết diện ngang của bể: = 2m2 Giả sử chiều sâu hữu ích của bể tiếp xúc H = 2,0 m, chiều cao an toàn hs = 0,5m Chiều cao tồng cộng của bể Htx = 2,0 + 0,5 = 2,5m Chiều rộng bể tiếp xúc: = 0,9m Chiều dài tổng cộng: = 2,3m Chọn L = 2,5m Chia bể thành 3 ngăn, chiều dài mỗi ngăn rộng w = 0,8 m Kích thước tổng cộng của bể: L xB xH = 2,5 x 1,0 x 2,5m 5.10.2.2 Tính hóa chất khử trùng Liều lượng Clorine khử trùng cho nước thải sau xử lý bùn hoạt tính 2 – 8 mg/l (Bảng 10 -14/Trang 473, Giáo trình “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai”). Chọn liều lượng Clorine để khử trùng c= 6mg/l. Lượng Clo tiêu thụ mỗi ngày MCl = Q x c = 200 x 6 = 1,2kg/ngày. Lượng dung dịch Clorine (10%) đưa vào nước trong 1 giờ là: q = Dung dịch Chlorine sử dụng trong 2 ngày: QPAC = 4,2 x 48 =201 lít Chọn bồn pha Chlorine có dung tích 300 lít Chọn bơm định lượng có công suất 0 - 36 lit/h, thời gian giữa 2 lần pha hóa chất. Bảng 5.18 Tóm tắt thông số của bể khử trùng STT Thông số Đơn vị Diễn giải Kích thước bể (LxBxH) m 2,5 x 1,0 x 2,5 Thời gian lưu nước trong bể h 0,5 Lượng Clorine tiêu thụ Kg/ngày 1,2 5.11 Bể nén bùn 5.11.1 Nhiệm vụ Dùng để nén bùn dư sau bể lắng II và bể lắng hóa lý. Hoạt động theo nguyên lý nén trọng lực. Bùn từ bể lắng II có độ ẩm 98 – 99,5%, sau khi qua bể nén bùn có độ ẩm 78 – 80%. Bể nén bùn tương đối giống bể lắng ly tâm, chỉ khác là độ dốc đáy lớn hơn độ dốc cả bể lắng. 5.11.2 Tính toán Bùn hoạt tính dư có tải trọng chất rắn 24 - 29 kg/m2.ngày (Bảng 8 - 3/Trang 393, Giáo trình “Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình - Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân”- tái bản lần 3, NXB. Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh). Chọn tải trọng chất rắn = 25 kg/m2.ngày. Tải trọng thủy lực = 15m3/m2.ngày Diện tích bề mặt của bể nén bùn: Kích thước của bể nén bùn: A x A = 3x3 m Đường kính ống trung tâm: d=20%D = 20%*3,2 = 0,6m Thời gian lưu bùn t = 12h Chiều cao phần lắng cùa bể nén bùn: Chiều cao bể: Phần chứa bùn hình trụ: h2 = 2,2 m Phần chóp đáy bể (độ dốc đáy bể là 20%) Khoảng cách tử mực nước đến thành bể = 0,5 m Chiều cao tổng cộng bể nén bùn Hn = 0,72 + 2,2 + 0,32 + 0,5 = 3,74m Chọn H = 4m Lượng nước dư thu tử bể nén bùn: Qnước dư = Qnén– Qsau nén = (3+2,5 + 0,72) – 5,88 = 0,34 (m3/ngày) Chọn máng thu nước có chiều dài là 300 mm Chiều dài mang thu nước lm = (D – 2x0,3)x4 = (3,2 – 0,6)x4 = 10,4 m Máng răng cưa có cấu tạo và lắp đặt như ở bể lắng II Bảng 5.19 Tóm tắt thông số bể nén bùn: STT Thông số Đơn vị Diễn giải Kích thước bể (AxAxH) m 3x3 x 4,0 Đường kính ống trung tâm m 0,6 Chiều dài máng thu m 10,4 CHƯƠNG 6 KHÁI TOÁN GIÁ THÀNH XỬ LÝ 6.1 Dự toán phần thiết bị và xây dựng STT HẠNG MỤC ĐƠN VỊ SỐ LƯỢNG ĐƠN GIÁ (VNĐ) THÀNH TIỀN (VNĐ) PHẦN XÂY DỰNG 2.458.750.000 Bể thu gom Kích thước: BxLxH = 3x4x5m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V = 60m3 Bể 01 150.000.000 150.000.000 Bể điều hòa Kích thước: BxLxH= Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V = 96m3 Bể 01 240.000.000 240.000.000 Bể keo tụ Kích thước: BxLxH= 2,0 x 1,5 x 4,0m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V= 12 m3 Bể 01 21.000.000 21.000.0000 Bể tạo bông Kích thước: BxLxH= 2,0 x 1,5 x 4,0m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V= 12 m3 Bể 01 21.000.000 21.000.000 Bể lắng hóa lý Kích thước: BxLxH = 2,0 x 1,5 x4,0 m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V = 13,5 m3 Bể 01 90.000.000 90.000.000 Bể UAF1 Kích thước: BxLxH = 8x8x4m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V = 256m3 Bể 01 640.000.000 640.000.000 Bể UAF2 Kích thước: BxLxH = 8x8x4m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V = 256m3 Bể 01 640.000.000 640.000.000 Bể Aerotank Kích thước: BxLxH = 4x8x4m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V = 128m3 Bể 01 320.000.000 320.000.000 Bể lắng II Kích thước: AxAxH = 4x4x4m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V = 64m3 Bể 01 160.000.000 160.000.000 Bể khử trùng Kích thướcc: BxLxH = 1,4x3,5x4,0m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V =19,6m3 Bể 01 49.000.000 49.000.000 Bể nén bùn Kích thước: AxAxH = 3,0x3,0x4m Vật liệu: BTCT, dày 250, M200 Dung tích: V = 36m3 Bể 01 90.000.000 90.000.000 Nhà điều hành Kích thước: BxLxH = 4x4x3,6m Vật liệu: tường gạch, dày 100, mái tôn Hệ thống đèn chiếu sáng hoàn chỉnh Cái 01 25.000.000 25.000.000 II PHẦN THIẾT BỊ 645.200.000 Thiết bị lược rác tinh Công suất: 0,5Kw Lưu lượng: 15m3/h Cái 01 55.000.000 55.000.000 Bơm chìm nước thải tại bể thu gom Loại: bơm chìm Lưu lượng: Q = 37 m3/h Cột áp: H = 8 m Công suất điện: P = 2,27Kw Nguồn điện: 3 pha, 380V, 50Hz Tốc độ: 2850rpm Model: CN801 Hãng sản xuất: Shinmaywa Xuất xứ: Nhật cái 02 22.000.000 22.000.000 Bơm chìm nước thải tại bể điều hòa Loại: bơm chìm Lưu lượng: Q = 8,3 m3/h Cột áp: H = 8 m Công suất điện: P = 0,75Kw Nguồn điện: 3 pha, 380V, 50Hz Tốc độ: 2850rpm Model: CN501 Hang sản xuất: Shinmaywa. Xuất xứ: Nhật cái 02 14.800.000 29.600.000 Máy thổi khí Công suất: 11Kw Lưu lượng khí: 8,5 m3/h Tốc độ: 1550rpm Áp lực: 4,0m Điện áp: 3pha, 380V, 50Hz Model: ARHS 100 Hãng sản xuất: Shin may Xuất xứ: Nhật Cái 02 67.600.000 135.200.000 Đĩa phân phối khí Loại: disffuser bọt khí mòn Đường kính: 270mm Lưu lượng không khí: 0.5 – 12m3/h/đĩa Kích thước bọt: 0 – 3mm Nhiệt độ max: 100oC Model: AFD270 Hãng sản xuất: SSI Xuất xứ: Mỹ Bộ 40 400.000 16.000.000 Bơm định lượng hóa chất Công suất: 0 – 36 lít/phút Áp lực: 5 PSI Công suất điện: N = 45W Nguồn điện: 1 pha, 220V, 50Hz. Model: C650P Hang sản xuất: Blue White Xuất xứ: Mỹ Cái 05 8.000.000 40.000.000 Bơm bùn tuần hoàn Kiểu bơm chìm Lưu lượng: Q = 8m3/h Cột áp: H = 6m Công suất điện: Q = 0,75Kw Điện áo: 3pha, 380V, 50Hz Model: CN501 Hãng sản xuất: Shinmaywa Xuất xứ: Nhật Cái 01 15.800.000 15.800.000 Bơm bùn xả bỏ Kiểu bơm chìm Lưu lượng: Q = 3m3/h Cột áp: H = 5m Lưu lượng:Q = 0,4 Kw Điện áp: 3 pha, 380 V, 50Hz. Model: CN401 Hãng sản xuất: Shinmaywa Xuất xứ: Nhật Cái 02 15.100.000 30.200.000 Thiết bị trong bể lắng Ống trung tâm Máng răng cưa thu nước Tấm hướng dòng Hệ đỡ ống trung tâm. Vật liệu: Inox Xuất xứ: Việt Nam Hệ 02 25.000.000 50.000.000 Motor giảm tốc cho bể keo tụ Tốc độ: 100 vòng/phút Công suất: 0,2 Kw Hãng sản xuất: Peigong Xuất xứ: Đài Loan Bộ 01 10.000.000 10.000.000 Motor giảm tốc cho bể tạo bông Tốc độ: 15 vòng/phút Công suất: 0,2 Kw Hãng sản xuất: Peigong Xuất xứ: Đài Loan Bộ 01 10.000.000 10.000.000 Bồn pha chế PAC Xuất xứ: Việt Nam Vật liệu: PVC Dung tích: 300 lít Hãng sản xuất: Đại Thành Cái 01 1.200.000 1.200.000 Bồn pha chế polymer, Clorine, dinh dưỡng, nâng pH Xuất xứ: Việt Nam Vật liệu: PVC Dung tích: 300 lít. Hãng sản xuất: Đại Thành Cái 04 800.000 3.200.000 Vật liệu đệm cho bể UAF1 và UAF2 Vật liệu: PVC, tấm lượn song Có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn Xuất xứ: Việt Nam Hệ 02 30.000.000 60.000.000 Motor khuấy hóa chất cho các bồn pha hóa chất Hãng sản xuất: Ghenta Xuất xứ: Đài Loan Loại: motor giảm tốc Tốc độ: 50 vòng/phút Công suất: 0,2 Kw Bộ 05 5.000.000 25.000.000 Phần điện điều khiển Vỏ làm bằng thép sơ tĩnh điện, dày 1mm Phụ kiện: Sneider, Huynhdai Lắp ráp tại Việt Nam Cáp tín hiệu, cáp động lực Hệ 01 50.000.000 50.000.000 Hệ thống đường ống và các