Khóa luận Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê - Công ty TNHH Hồ Phượng tại huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng công suất 400m3- ngày đêm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CÀ PHÊ – CÔNG TY TNHH HỒ PHƯỢNG TẠI HUYỆN ĐỨC TRỌNG, TỈNH LÂM ĐỒNG CÔNG SUẤT 400 M3/NGÀY ĐÊM Ngành: MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : Th.S NGUYỄN CHÍ HIẾU Sinh viên thực hiện :NGUYỄN THỊ THÙY DUNG MSSV: 09B10801113 Lớp: 09HMT04 TP. Hồ Chí Minh, 2011 BM05/QT04/ĐT Khoa: Môi trường và Công nghệ sinh học PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài: Nguyễn Thị Thùy Dung MSSV: 09B1080113 Lớp: 09HMT04 Ngành : Môi trường Chuyên ngành : Kỹ Thuật môi trường 2. Tên đề tài : Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê – Công ty TNHH Hồ Phượng tại huyện Đức Trọng tỉnh Lâm Đồng, công suất 400m3/ngày đêm 3. Các dữ liệu ban đầu :  Thông tin sơ bộ về nhà máy  Kết quả phân tích nước thải  Diện tích xây dựng  Quy trình công nghệ sản xuất 4. Các yêu cầu chủ yếu : Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suất 400m3/ngày đêm, đạt loại B 5. Kết quả tối thiểu phải có: 1) Tính toán thuyết minh 2) Bản vẽ thiết kế Ngày giao đề tài: ……./……../……… Ngày nộp báo cáo: 07/09/2011 Chủ nhiệm ngành (Ký và ghi rõ họ tên) TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) Giảng viên hướng dẫn phụ (Ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Trong suốt những năm học vừa qua, lượng kiến thức em nhận được thực sự to lớn và quý giá. Ngoài sự nỗ lực của bản thân thì thầy cô chính là những người đã truyền đạt cho em nguồn kiến thức ấy. Hôm nay em đã vận dụng những kiến thức được học để hoàn thành luận văn này. Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô Khoa Công Nghê ̣Sinh Học và Môi trường của Trường Đaị Hoc̣ Kỹ Thuâṭ Công Nghê ̣TP .HCM đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn cho em suốt các học kì vừa qua. Nhưng hơn hết em xin cảm ơn cô Nguyễn Chí Hiếu đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn này. Con xin cảm ơn cha mẹ đã luôn bên con, ủng hộ khích lệ và tạo mọi điều kiện cho con trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng mình xin cảm ơn các bạn đồng khóa đã giúp đỡ mình rất nhiều trong học tập cũng như thực hiện luận văn này. Tuy đã cố gắng hết sức và có được sự giúp đỡ tận tình của nhiều người nhưng vì vốn kiến thức còn hạn chế và gặp phải những khó khăn trong việc tìm tài liệu nên chắc chắn luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô, anh chị và các bạn để em có thể sửa chữa bổ sung những sai sót cũng như nâng cao được kiến thức của mình. Xin chân thành cảm ơn! TP.Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 08 năm 2011. Sinh viên thực hiện. NGUYỄN THI ̣THÙY DUNG LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan.Bản đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thật sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lí thuyết, nghiên cứu khảo sát, các số liệu mô hình tính toán và những kết quả trong luận văn là trung thực và dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Chí Hiếu. TP.HCM, ngày 15 tháng 08 năm 2011 Sinh viên thực hiện NGUYỄN THỊ THÙY DUNG PHẦN PHỤ LỤC CÁC QUY CHUẨN ÁP DỤNG MỘT SỐ BẢN VẼ MỘT SỐ HÌNH ẢNH Toàn cảnh Công ty TNHH Hồ Phượng Công đoạn 1: Tải nguyên liệu vào Công đoạn 2: Phân loại bằng sàn rung Công đoạn 3: Tách vỏ bằng cối xay Công đoạn 4: Ngâm enzym (đánh nhớt) Công đoạn 5: Rửa sạch Công đoạn 6: Làm ráo hạt Công đoạn 7: Sấy khô hạt Công đoạn 8: Phân loại hạt Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 1 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, cây cà phê đang trở thành một cây trồng thế mạnh và thu hút đƣợc nhiều ngƣời trồng bởi giá trị kinh tế to lớn. Xuất khẩu cà phê của Việt Nam hiện đang nằm trong những nƣớc đứng đầu thế giới. Nông dân ở các tỉnh trồng nhiều cà phê nhƣ Dalak, Lâm Đồng, Quảng Trị, Sơn La, Điện Biên … cũng giàu lên nhờ cây cà phê. Cũng chính vì vậy mà ngành công nghiệp chế biến cà phê của nƣớc ta không ngừng phát triển theo sự gia tăng của diện tích trồng cây cà phê. Theo số liệu thống kê trong những năm qua cho thấy nhu cầu tiêu thụ cà phê trên toàn cầu đã tăng liên tục trong 3 năm gần đây. Cụ thể mức tiêu thụ năm 2008 là 130 triệu bao (60kg/bao), mức tiêu thụ năm 2009 là 132 triệu bao và năm 2010 là 134 triệu bao. Theo dự đoán của các chuyên gia, tình hình tiêu thụ cà phê sẽ tăng tiếp tục tăng mạnh trong năm 2011. Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp chế biến cà phê thì các vấn đề về môi trƣờng của ngành công nghiệp này gây ra cũng ngày càng trầm trọng. Đặt biệt là vấn đề xử lý nƣớc thải. Trƣớc thực trạng đó, đề tài tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê - Công ty TNHH Hồ Phượng tại huyện Đức Trọng Tỉnh Lâm Đồng với công suất là 400 m3/ngày đêm” đƣợc lựa chọn sẽ góp phần làm giảm mức độ ô nhiễm của ngành công nghiệp chế biến cà phê đến môi trƣờng, góp phần tạo ra môi trƣờng ngày càng xanh, sạch hơn. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Thiết kế trạm xử lý nƣớc thải cho nhà máy chế biến cà phê - Công ty TNHH Hồ Phƣợng tại huyện Đức Trọng Tỉnh Lâm Đồng với công suất là 400 m3/ngày đêm, đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 24:2009/BTNMT, loại B. 3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI  Đối tƣợng đề tài : Nƣớc thải nhà máy chế biến nhân cà phê từ hạt tƣơi.  Phạm vi đề tài : Công ty TNHH Hồ Phƣợng.  Thời gian thực hiện đề tài: Từ 30/5/2011 đến 30/08/2011 4. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI  Đánh giá tổng quan về công nghệ sản xuất và khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng của ngành chế biến cà phê.  Tổng quan, khảo sát thành phần và tính chất nƣớc thải chế biến cà phê tại nhà máy.  Phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý nƣớc thải cho Nhà máy.  Tính toán các công trình đơn vị cho trạm xử lý nƣớc thải chế biến cà phê của Nhà máy. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 2 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung  Khái toán kinh tế cho phần xây dựng, lắp đặt và xử lý. 5. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN Các phƣơng pháp đƣợc sử dụng bao gồm:  Phƣơng pháp thu thập số liệu: Thu thập số liệu, tài liệu, khảo sát, phân tích, đo đạc, đánh giá tổng quan về công nghệ chế biến, khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng và xử lý nƣớc thải trong ngành chế biến cà phê.  Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải cho ngành chế biến cà phê.  Phƣơng pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến của chuyên gia ngành kỹ thuật môi trƣờng, ngành chế biến cà phê.  Phƣơng pháp tổng hợp, phân tích số liệu: Thống kê, tổng hợp số liệu thu thập đƣợc từ đó đƣa ra công nghệ xử lý phù hợp.  Phƣơng pháp tính toán: Lựa chọn thiết kế công nghệ và thiết bị xử lý nƣớc thải nhằm tiết kiệm chi phí xử lý, tính toán chi phí xây dựng, vận hành.  Phƣơng pháp so sánh: So sánh các số liệu về nồng độ nƣớc thải của nhà máy với QCVN 24:2009  Phƣơng pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCad để mô tả kiến trúc công nghệ xử lý nƣớc thải. 6. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI  Đề tài còn nhiều hạn chế về số liệu, thông tin, chủ yếu là trên giấy….  Giới hạn về thời gian thực hiện, về đối tƣợng. 7. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI  Đề xuất ra các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chế biến cà phê  Giúp cho sinh viên có kinh nghiệm thực tế.  Đánh giá đƣợc thành phần tính chất của nƣớc thải chế biến cà phê Comment [S1]: Giới hạn về thời gian thực hiện, về đối tƣợng????? Comment [S2]: Chỉnh sửa các mục phần này bắt đầu 1, 2,3…. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 3 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung 0 100 200 300 400 500 600 19 86 19 87 19 88 19 89 19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 Di ện tí ch (0 00 h a) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Sả n lư ợn g (00 0 t ấn ) Diện tích Sản lượng CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH HỒ PHƢỢNG 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ VIỆT NAM 1.1.1 Các đặc điểm chung của cà phê Việt Nam Việt Nam đƣợc chia thành hai vùng khí hậu phù hợp cho chế biến cà phê:  Vùng Tây Nguyên và ỉnh Đồng Nai: chủ yếu trồng cà phê vối;  Các tỉnh miền Bắc: chủ yếu trồng cà phê chè; Trong đó, diện tích cà phê vối chiếm hơn 95% tổng diện tích gieo trồng. Tỷ trọng diện tích 6 vùng trồng cà phê: Đông Bắc và duyên hải Nam Trung Bộ 0%, Tây Bắc 1%, Bắc Trung Bộ 2 %, Đông Nam Bộ 8%, Tây Nguyên 89%. 1.1.2. Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam  Chế biến Hình 1.1: Biểu đồ Chế biến cà phê Việt Nam (Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam) Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 4 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung  Xuất khẩu Bảng 1.1.Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam Năm Sản lƣợng chế biến (1.000 tấn) Sản lƣợng xuất khẩu (1.000 tấn) Kim ngạch xuất khẩu (triệu USD) 2000 802,5 733,9 501,5 2001 840,6 931,2 391,3 2002 699,7 718,6 322,3 2003 755,1 749,2 504,8 2004 834,6 974,8 641,0 2005 767,7 892,0 735,0 2006 890,8 1000 770,0 2007 965,3 111,2 1800,0 (Nguồn: Báo cáo thường niên, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam) Nhận xét: Năm 2007 là đỉnh cao của xuất khẩu cà phê, kim ngạch đạt 1,8 tỷ USD tăng 219% và gần 1 tỷ USD so với kế hoạch. Nếu so với năm 2000 thì kim ngạch xuất khẩu đã tăng tới 3,6 lần. Đây là một bƣớc tăng rất đáng kể, hầu nhƣ không nông sản nào có thể đạt đƣợc. Cùng với sự phục hồi của đơn giá, xuất khẩu cà phê Việt Nam đã đứng thứ nhì thế giới sau Brazil. 1.2.CÁC PHƢƠNG PHÁP CHẾ BIẾN CÀ PHÊ TRONG NƢỚC VÀ THẾ GIỚI Có hai phƣơng pháp chế biến cà phê sống:  Phƣơng pháp khô (tự nhiên);  Phƣơng pháp ƣớt (phƣơng pháp rửa); 1.2.1.Phƣơng pháp khô: là phƣơng pháp cổ điển Trái cà phê đƣợc phơi khô dƣới ánh nắng mặt trời, chúng sẽ đƣợc cào vài lần trong một ngày và đƣợc che kín để tránh sƣơng vào ban đêm; Sau một vài tuần, trái sẽ khô và sẵn sàng để bóc vỏ. Một số ngƣời Ethiopia và hầu hết ngƣời Brazil dùng phƣơng pháp khô. Tại Việt Nam, phƣơng pháp này cũng đƣợc sử dụng khá rộng rãi tại các hộ dân trồng cà phê. Đối với phƣơng pháp khô , điều kiêṇ chế biến đơn giản nhƣng phu ̣thuôc̣ hoàn toàn vào thời tiết, thời gian chế biến kéo dài , sản phẩm tạo ra có chất lƣợng không cao. 1.2.2.Phƣơng pháp ƣớt Vỏ sẽ đƣợc lấy ra bằng máy để lại một chất dính nhƣ keo bao quanh hạt. Ở thời điểm này, sự tách rời bằng máy móc có thể làm tổn thƣơng hạt cà phê. Comment [S3]: Chỉnh sửa lại phần đánh số các mục toàn bộ báo cáo cho hợp lý Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 5 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Sau đó hạt cà phê sẽ đƣợc bỏ vào những cái chum ủ men lớn để cho tan đi những vỏ cà phê còn dính lại trên hạt. Sau cùng, hạt cà phê sẽ đƣợc rửa cho hết sạch vỏ và đƣợc phơi khô dƣới ánh nắng mặt trời hoặc là máy sấy. Với phƣơng pháp ƣớt, việc sản xuất chủ đôṇg hơn nhƣng tốn nhiều thiết bi ̣ , nƣớc và năng lƣơṇg . Tuy nhiên , sản xuất theo phƣơng pháp này rút ngắn đƣợc thời gian chế biến và cho sản phẩm có chất lƣơṇg cao hơn . Dựa trên ƣu và nhƣợc điểm của cả hai phƣơng pháp , thông thƣờng ngƣời ta chế biến kết hơp̣ cả hai phƣơng pháp . Dƣới đây là sơ đồ công nghê ̣sản xuất cà phê nhân bằng phƣơng pháp kết hơp̣: Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 6 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Nguyên liệu Phân loại theo tải trọng ủ chín Bóc vỏ quả, vỏ thịt Ngâm, ủ, phơi , sấy Rửa Làm ráo Cà phê thóc Bóc vỏ trấu Bóc vỏ lụa Cà phê nhân Phân loại theo sắc màu Phân loại theo kích thƣớc Phân loại theo tỷ trọng Phân loại theo kích thƣớc Đảo trộn Nƣớc thải Nƣớc thải Nƣớc thải Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 7 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp kết hợp 1.3 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TY TNHH HỒ PHƢỢNG 1.3.1 Giới thiệu chung Tên công ty : Công ty TNHH Hồ Phƣợng Địa chỉ trụ sở chính: Số 5C/5 thôn An Hiệp 1, xã Liên Hiệp, huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng. Điện thoại: 0633.844.669 Fax: 0633.662.117 Đăng ký kinh doanh số: 5800427255 cấp ngày 13/10/2004, thay đổi lần 2 ngày 04/03/2009 do Sở Kế hoạch và Đầu tƣ Lâm Đồng cấp. Ngành nghề kinh doanh: Thu mua, chế biến, kinh doanh nông sản, cà phê. Ngƣời đại diện : Ông Đinh Văn Hồ. Chức vụ: Giám đốc. 1.3.2 Sự cần thiết đầu tƣ Lâm Đồng là tỉnh có diện tích trồng cà phê đứng thứ hai trong cả nƣớc với sản lƣợng hàng năm thu hái đƣợc rất lớn. Đặc biệt là huyện Đức Trọng, nơi có khí hậu ôn hòa, thổ nhƣỡng thích hợp cho việc chuyên canh cà phê với năng suất cao. Thêm vào đó vị trí của nhà máy đƣợc đặt tại vị trí gần với các vùng có diện tích cà phê lớn nhƣ Lâm Hà, Di Linh… tạo điều kiện thuận lợi cho Công ty tiến hành thu mua và sản xuất.Tuy nhiên, một trong những vấn đề môi trƣờng nghiêm trọng có thể ảnh hƣởng đến môi trƣờng và sự phát triển bền vững là nguồn nƣớc thải rất lớn chính là từ các nhà máy sản xuất chế biến cà phê với công nghệ sản xuất cà phê ƣớt. Chúng ta cũng không thể lƣờng trƣớc đƣợc nguy cơ gây hại của nó, chính các thành phần chất ô nhiễm này sẽ gây ảnh hƣởng rất xấu tới toàn bộ khu vực. Nếu không đƣợc xử lý một cách triệt để, các nguồn thải ô nhiễm này sẽ gây ảnh hƣởng trực tiếp tới môi trƣờng xung quanh, đặc biệt là gây ô nhiễm nguồn nƣớc nếu không có biện pháp quản lý, xử lý thích hợp. Nhƣ vậy, việc đầu tƣ xây dựng trạm xử lý nƣớc thải tập trung tại nhà máy sản xuất của công ty TNHH Hồ Phƣợng mang một vai trò quan trọng và nhất thiết phải đƣợc thực hiện để đảm bảo phát triển bền vững kinh tế và môi trƣờng trong khu vực nói chung và củ công ty TNHH Hồ Phƣợng nói riêng. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 8 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung 1.3.3. Mục tiêu của Công ty Tiêu thụ đƣợc nguồn nguyên liệu dồi dào sẵn có của địa phƣơng, tạo ra sản phẩm hàng hóa chất lƣợng cao, đáp ứng đƣợc nhu cầu cho thị trƣờng trong nƣớc và xuất khẩu. Đảm bảo sự hoạt động của nhà máy về lâu dài. Áp dụng công nghệ, thiết bị tiên tiến đảm bảo sản phẩm có chất lƣợng cao phù hợp với tiêu chuẩn xuất khẩu. Giải quyết việc làm cho một số lao động địa phƣơng. Đồng thời Công ty xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải để xử lý toàn bộ lƣợng nƣớc thải ô nhiễm phát sinh từ quá trình sản xuất, chế biến của công ty để đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực. Tránh cho khu vực những tổn hại về mặt sinh thái cũng nhƣ môi trƣờng, phòng tránh đƣợc những rủi ro về sức khoẻ cho cán bộ và công nhân viên đang làm việc tại đây. Ngoài ra, nguồn nƣớc thải sau khi đƣợc xử lý đạt tiêu chuẩn còn góp phần bổ sung cho các lƣu vực nƣớc xung quanh khu vực một khối lƣợng nƣớc rất lớn đặc biệt vào mùa khô hạn và thiếu nƣớc, nguồn nƣớc sau xử lý có thể còn đƣợc sử dụng cho việc tƣới tiêu cho đất nông nghiệp trong vùng. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 9 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung 1.3.4 Quy trình công nghệ sản xuất của Công ty Hồ Phƣợng Hình1.2 Quy trình công nghệ chế biến nhân cà phê từ hạt cà phê tươi Thuyết minh quy trình công nghệ Hạt cà phê tƣơi sau khi thu hoạch đƣợc công ty thu mua và vận chuyển về nhà máy. Tại đây, cà phê đƣợc chuyển đến bãi tập trung để chuẩn bị cho giai đoạn chế biến. Nguyên liệu đầu vào Sàn lọc nguyên liệu Rửa thô Xay vỏ Đánh nhớt Làm ráo Sấy khô Phân loại hạt Hạt thành phẩm Rửa Enzim pectinaza Nƣớc cấp Nƣớc cấp Quạt gió Nhiệt Nƣớc thải Nƣớc thải, vỏ Nƣớc thải Nƣớc thải Nƣớc thải Khí thải Đất, cành, que,.. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 10 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Đầu tiên cà phê đƣợc đƣa qua hệ thống sàng lọc nguyên liệu. Tại đây, quả đƣợc sàng để tách cành, lá, đất... còn sót lại trong quá trình thu hoạch. Quá trình này đƣợc gọi là quá trình sàn lọc nguyên liệu, hay còn gọi quá trình làm sạch khô. Sau khi sàng lọc nguyên liệu, hạt đƣợc chuyển đến giai đoạn rửa thô. Giai đoạn rửa thô đƣợc thực hiện với mục đích làm sạch lớp vỏ bên ngoài của hạt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xay. Cà phê tiếp tục đƣợc đƣa đến cối xay, đi vào công đoạn xay vỏ. Tại cối xay, quả đƣợc phân ra làm hai loại: Quả chín đƣợc xay bỏ vỏ, quả xanh đƣa thẳng đến công đoạn sấy. Mục đích của giai đoạn này là loại bỏ lớp vỏ cứng bao bên ngoài quả, lấy hạt để tiếp tục cho công đoạn sau. Tiếp đến, hạt theo hệ thống băng chuyền vào bồn chứa dung dịch enzim Pectinaza để loại bỏ thịt quả. Giai đoạn này đƣợc gọi là giai đoạn đánh nhớt, hay còn gọi là giai đoạn ngâm enzim. Mục đích của quá trình này là dùng enzim pectinaza phân huỷ Pectin có trong thịt quả, giúp nhân sau khi thành phẩm có độ bóng cần thiết. Công đoạn đánh nhớt diễn ra từ 5 – 6 giờ, quyết định lớn đến chất lƣợng sản phẩm. Sau khi đánh nhớt, nhân đƣợc rửa sạch, loại bỏ chất bẩn dính trên nhân. Giai đoạn này tốn khá nhiều nƣớc trong toàn bộ quá trình chế biến. Đây cũng là công đoạn gây ô nhiễm chính vì nƣớc thải chứa một lƣợng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy. Tại công đoạn làm ráo, cà phê đƣợc trải đều trên mặt sàn (cách đất 500mm), gió đƣợc cung cấp bởi các cánh quay phía dƣới. Giai đoạn này xảy ra với mục đích làm ráo nƣớc bề mặt nhân cà phê, giảm thời gian sấy khô bằng nhiệt. Sau giai đoạn làm ráo, cà phê đƣợc đƣa đến các thùng quay nhiệt (các hạt cà phê xanh đƣợc sấy tại một thùng quay riêng). Tại đây, cà phê đƣợc sấy khô hoàn toàn thành hạt nhân thành phẩm. Trƣớc khi phân phối, nhân cà phê đƣợc phân loại hạt để phân phối cho các nhà phân phối khác nhau. 1.3.5 . Các vấn đề môi trƣờng của nhà máy:  Ô nhiễm của nước thải Trong quá trình hoạt động của công ty sẽ phát sinh ra một lƣợng nƣớc thải tác động đến môi trƣờng nƣớc, bao gồm các nguồn gốc chủ yếu sau:  Nƣớc thải chế biến Nguồn gốc nƣớc thải chế biến cà phê nhân của công ty xuất phát từ các công đoạn sau Rửa thô: Đây là giai đoạn nƣớc thải sinh ra có thành phần chủ yếu là chất rắn lơ lửng, các chất ô nhiễm không cao. Nƣớc thải trong giai đoạn này không đáng kể; Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 11 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Xay vỏ: Trong giai đoạn này nƣớc thải sinh ra ít nhƣng có thành phần rất đậm đặc, có độ đục và lƣợng cặn cao. Ngoài ra, giai đoạn này còn thải ra lƣợng vỏ lớn làm cho nƣớc thải có lƣợng rác rất đáng kể Ngâm enzim: Đây là giai đoạn phát sinh nƣớc thải đáng chú ý nhất của quy trình chế biến. Nƣớc thải phát sinh từ giai đoạn này có thành phần hữu cơ cao, ngoài ra còn có độ nhớt lớn Rửa sạch: Nƣớc thải giai đoạn này có thành phần hữu cơ tƣơng đối cao  Nƣớc thải vệ sinh: Phát sinh từ công đoạn vệ sinh các thiết bị chế biến  Nƣớc thải sinh hoạt: Nƣớc thải sinh hoạt thải khu vực văn phòng, từ các khu vệ sinh, v.v… có chứa các thành phần cặn bã (TSS), các chất hữu cơ (BOD/COD), chất dinh dƣỡng (N,P) và vi sinh gây bệnh.  Ô nhiễm chất thải rắn  Rác thải sinh hoạt: Rác thải từ sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên và công nhân vận hành thải ra mỗi ngày rác thải có hàm lƣợng hữu cơ cao, dễ phân hủy nhƣ thức ăn thừa, các loại rác thải từ việc sinh hoạt khác nhƣ: bao nilông, thùng carton. Mỗi ngày lƣợng rác thải do CB CNV thải ra vào khoảng 40 kg. Lƣợng rác này sẽ đƣợc thu gom trong các thùng rác, sau đó giao cho đơn vị dịch vụ công cộng địa phƣơng xử lý hoặc đốt bỏ.  Chất thải rắn từ hoạt động chế biến: Chất thải rắn từ hoạt động chế biến chủ yếu là vỏ cà phê, bao bì chứa nguyên liệu, cành, que còn sót khi thu hoạch.  Ô nhiễm do khí thải  Ô nhiễm do hoạt động của lò sấy, quá trình xay vỏ từ quá trình chế biến khô.  Ô nhiễm từ tiếng ồn, rung động và nhiệt Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 12 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NƢỚC THẢI 2.1.TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ Thành phần chính của nƣớc thải từ các nhà máy chế biến cà phê là đƣờng , nhớt, các chất hƣ̃u cơ , và hƣơng liệu tự nhiên Theo nhƣ Hội Đồng Bảo Vệ Tài Nguyên Thiên Nhiên NRDC, vào năm 1988, qua sáu tháng , nƣớc thải cà phê đa ̃là ô nhiễm 110,000 khối nƣớc trên ngày ở Trung Mỹ . Rõ ràng những chất bã thải này cần đƣợc xử lý . Đƣờng: Đƣờng đến từ nhớt hoặc phần ngoài của quả cà phê . Trong quá trình lên men, đƣờng bi ̣ phân huỷ thành rƣơụ và khí các -bô-níc. Sau đó ,rƣơụ đƣợc biến thành axít axêtíc, và vì thế mà độ pH của nƣớc bị giảm . Độ pH của nƣớc thải cà phê thƣờng ở khoảng 3.8. Nhớt: Phần nhớt là phần chất nhầy boc̣ quanh haṭ cà phê . Thành phần chủ yếu của nó là prôtêin, đƣờng và péctin. Phần nhớt rất khó bi ̣ phân huỷ . Trong nƣớc thải cà phê nó thƣờng kết tủa thành một lớp đen trên bề mặt . Lớp chất rắn này có thể làm tắc đƣờng ống thải và giảm lƣơṇg ôxi trong nƣớc . Các chất hoá hữu cơ : Nhƣ̃ng chất này đƣơc̣ phân hủy dần dần bởi các vi sinh vâṭ trong nƣớc . Trong quá trình này , chúng cần sử dụng ôxi trong nƣớc . Lƣơṇg ôxi cần để các vi sinh vật phân huỷ hoàn toàn các chất hữu cơ trong một khối lƣợng nƣớc nhất điṇh đƣơc̣ goị là “đòi hỏi ôxi sinh hoc̣” – biological oxygen demand viết tắt là BOD. Nƣớc thải cà phê có BOD là 20g/l, cao gấp 200 so với nƣớc thải nhà máy giấy . Ở Costa Rica vào nhƣ̃ng năm 80, hai phần ba tổng lƣơṇg BOD của các con sông là đến tƣ̀ nƣớc thải cà phê. Lƣơṇg BOD càng cao thì ôxi trong nƣớc bi ̣ mất càng nhiều nên các sinh vâṭ yếm khí có điều kiện hoạt động . Điều này dâñ đến tình traṇg nƣớc thải cà phê bi ̣ bốc mùi , ảnh hƣởng đến sƣ́c kho ẻ của con ngƣời , đăc̣ biêṭ là với nhƣ̃ng ngƣời dùng nƣớc sông , suối làm nƣớc uống . Hƣơng liêụ tƣ ̣nhiên : Đây là các hoá chất taọ màu đỏ cho quả cà phê . Chúng không có haị đến sƣ́c khoẻ hay môi trƣờng , nhƣng chúng làm nƣớc t hải cà phê có màu xanh đâṃ hoăc̣ đen , làm mất cảnh quan môi trƣờng Bảng 2.1: Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hạt tươi tại Brazil STT THÔNG SỐ ĐƠN VỊ DÃY GIÁ TRỊ 1. pH 5,1 – 5,6 2. COD mg/l 3.429 – 5.524 3. BOD5 mg/l 1.578 – 3.242 4. Chất rắn lơ lửng mg/l 700 – 890 5. Phốt pho tổng mg/l 5,5 – 6,5 6. Nitơ tổng mg/l 185 – 247 (Nguồn: Departamento de Engenharia Agricola/Universidade Federal de Vicosa, 36570-000, Vicosa-MG, Brazil). Comment [S4]: Bổ sung tổng qua về thành phần và tính chất nƣớc thải chế biến cà phê Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 13 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung 2.2.TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP XƢ̉ LÝ NƢỚC THẢI 2.2.1.Phƣơng pháp xử lý cơ học Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc I) nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất không tan (rác, cát nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nƣớc thải; điều hòa lƣu lƣợng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải. Các công trình xử lý cơ học xử lý nƣớc thải thông dụng: 2.2.1.1.Song chắn rác Song chắn rác thƣờng đặt trƣớc hệ thống xử lý nƣớc thải hoặc có thể đặt tại các miệng xả trong phân xƣởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thƣớc lớn nhƣ: nhánh cây, gỗ, lá, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác, đồng thời bảo vệ các công trình bơm, tránh ách tắc đƣờng ống, mƣơng dẫn. 2.2.1.2.Lƣới lọc Lƣới lọc dùng để khử các chất lơ lửng có kích thƣớc nhỏ, thu hồi các thành phần quý không tan hoặc khi cần phải loại bỏ rác có kích thƣớc nhỏ. Kích thƣớc mắt lƣới từ 0,5÷1,0mm. Lƣới lọc thƣờng đƣợc bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay tròn (hay còn gọi là trống quay) hoặc đặt trên các khung hình dĩa. 2.2.1.3.Bể lắng cát Bể lắng cát đặt sau song chắn, lƣới chắn và đặt trƣớc bể điều hòa, trƣớc bể lắng đợt I. Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô nặng nhƣ cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, kim loại, tro tán, thanh vụn, vỏ trứng… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý tiếp theo. Bể lắng cát gồm 3 loại:  Bể lắng cát ngang Hình 2.1.Bể lắng cát ngang Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 14 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung  Bể lắng cát thổi khí  Bể lắng cát ly tâm 2.2.1.4.Bể tách dầu mỡ Các loại công trình này thƣờng đƣợc ứng dụng khi xử lý nƣớc thải công nghiệp, nhằm loại bỏ các tạp chất có khối lƣợng riêng nhỏ hơn nƣớc. Các chất này sẽ bịt kín lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong các bể sinh học…và chúng cũng phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aerotank, gây khó khăn trong quá trình lên men cặn. 2.2.1.5.Bể điều hòa Bể điều hòa đƣợc dùng để duy trì dòng thải và nồng độ vào công trình xử lý ổn định, khắc phục những sự cố vận hành do sự dao động về nồng độ và lƣu lƣợng của nƣớc thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý sinh học. Bể điều hòa có thể đƣợc phân loại nhƣ sau:  Bể điều hòa lƣu lƣợng  Bể điều hòa nồng độ  Bể điều hòa cả lƣu lƣợng và nồng độ. 2.2.1.6.Bể lắng Dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nƣớc thải theo nguyên tắc trọng lực. Các bể lắng có thể bố trí nối tiếp nhau. Quá trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90 ÷ 95% lƣợng cặn có trong nƣớc thải. Vì vậy đây là quá trình quan trọng trong xử lý nƣớc thải, thƣờng bố trí xử lý ban đầu hay sau khi xử lý sinh học. Để có thể tăng cƣờng quá trình lắng ta có thể thêm vào chất đông tụ sinh học. Bể lắng đƣợc chia làm 3 loại:  Bể lắng ngang (có hoặc không có vách nghiêng): Hình 2.2: Bể lắng ngang  Bể lắng đứng: mặt bằng là hình tròn hoặc hình vuông. Trong bể lắng hình tròn nƣớc chuyển động theo phƣơng bán kính (radian).  Bể lắng li tâm: mặt bằng là hình tròn. Nƣớc thải đƣợc dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể rồi thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 15 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung 2.2.1.7.Bể lọc Công trình này dùng để tách các phần tử lơ lửng, phân tán có trong nƣớc thải với kích thƣớc tƣơng đối nhỏ sau bể lắng bằng cách cho nƣớc thải đi qua các vật liệu lọc nhƣ cát, thạch anh, than cốc, than bùn, than gỗ, sỏi nghiền nhỏ… Bể lọc thƣờng làm việc với hai chế độ lọc và rửa lọc. Quá trình lọc chỉ áp dụng cho các công nghệ xử lý nƣớc thải tái sử dụng và cần thu hồi một số thành phần quí hiếm có trong nƣớc thải. Các loại bể lọc đƣợc phân loại nhƣ sau:  Lọc qua vách lọc  Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt  Thiết bị lọc chậm  Thiết bị lọc nhanh. Hình 2.3Bể lọc 2.2.2.Phƣơng pháp xử lý hoá học 2.2.2.1.Đông tụ và keo tụ Phƣơng pháp đông tụ-keo tụ là quá trình thô hóa các hạt phân tán và nhũ tƣơng, độ bền tập hợp bị phá hủy, hiện tƣợng lắng xảy lắng. Sử dụng đông tụ hiệu quả khi các hat keo phân tán có kích thƣớc 1-100µm. Để tạo đông tụ, cần có thêm các chất đông tụ nhƣ Phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O. Độ hòa tan của phèn nhôm trong nƣớc ở 20 0 C là 362 g/l. pH tối ƣu từ 4.5-8. Phèn sắt FeSO4.7H2O.Độ hòa tan của phèn sắt trong nƣớc ở 20 0 C là 265 g/l. Quá trình đông tụ bằng phèn sắt xảy ra tốt nhất ở pH >9. Các muối FeCl3.6H2O, Fe2(SO4)3.9H2O, MgCl2.6H2O, MgSO4.7H2O, … Vôi. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 16 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Khác với đông tụ, keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử vào. Chất keo tụ thƣờng sử dụng nhƣ: tinh bột, ester, cellulose, … Chất keo tụ có thể sử dụng độc lập hay dùng với chất đông tụ để tăng nhanh quá trình đông tụ và lắng nhanh các bông cặn. Chất đông tụ có khả năng làm mở rộng phạm vi tối ƣu của quá trình đông tụ, làm tăng tính bền và độ chặt của bông cặn, từ đó làm giảm đƣợc lƣợng chất đông tụ, tăng hiệu quả xử lý. Hiện tƣợng đông tụ xảy ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tƣơng tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ theo các hạt lơ lửng. Khi hòa tan vào nƣớc thải, chất keo tụ có thể ở trạng thái ion hoặc không ion, từ đó ta có chất keo tụ ion hoặc không ion. Hình 2.4 Quá trình tạo bông cặn của các hạt keo 2.2.2.2.Trung hòa Nƣớc thải của một số ngành công nghiệp, nhất là công nghiệp hóa chất, do các quá trình công nghệ có thể có chứa các acid hoặc bazơ, có khả năng gây ăn mòn vật liệu, phá vỡ các quá trình sinh hóa của các công trình xử lý sinh học, đồng thời gây các tác hại khác, do đó cần thực hiện quá trình rung hòa nƣớc thải. Các phƣơng pháp trung hòa bao gồm:  Trung hòa lẫn nhau giữa nƣớc thải chứa acid và nƣớc thải chứa kiềm.  Trung hòa dịch thải có tính acid, dùng các loại chất kiềm nhƣ: NaOH, KOH, NaCO3, NH4OH, hoac lọc qua các vật liệu trung hòa nhƣ CaCO3, dolomit,…  Đối với dịch thải có tính kiềm thì trung hòa bởi acid hoặc khí acid. Để lựa chọn tác chất thực hiện phản ứng trung hòa, cần dựa vào các yếu tố:  Loại acid hay bazơ có trong nƣớc thải và nồng độ của chúng.  Độ hòa tan của các muối đƣợc hình thành do kết quả phản ứng hóa học. 2.2.2.3.Oxy hoá khử Đa số các chất vô cơ không thể xử lý bằng phƣơng pháp sinh hóa đƣợc, trừ các trƣờng hợp các kim loại nặng nhƣ: Cu, Zn, Pb, Co, Fe, Mn, Cr,…bị hấp phụ vào bùn Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 17 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung hoạt tính. Nhiều kim loại nhƣ : Hg, As,…là những chất độc, có khả năng gây hại đến sinh vật nên đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp oxy hóa khử. Có thể dùng các tác nhân oxy hóa nhƣ Cl2, H2O2, O2 không khí, O3 hoặc pirozulite ( MnO2). Dƣới tác dụng oxy hóa, các chất ô nhiểm độc hại sẽ chuyển hóa thành những chất ít độc hại hơn và đƣợc loại ra khỏi nƣớc thải. 2.2.2.4.Điện hóa Cơ sở của sự điện phân gồm hai quá trình: oxy hóa ở anod và khử ở catod. Xử lý bằng phƣơng pháp điện hóa rất thuận lợi đối với những loại nƣớc thải có lƣu lƣợng nhỏ và ô nhiễm chủ yếu do các chất hữu cơ và vô cơ đậm đặc. Ƣu điểm : Không cần pha loãng sơ bộ nƣớc thải. Không cần tăng thành phần muối của chúng. Có thể tận dụng lại các sản phẩm quý chứa trong nƣớc thải. Diện tích xử lý nhỏ. Nhƣợc điểm: Tốn kém năng lƣợng. Phải tẩy sạch bề mặt điện cực khỏi các tạp chất. 2.2.3.Phƣơng pháp xử lý hóa lý Trong dây chuyên công nghệ xử lý, công đoạn xử lý hóa lý thƣờng đƣợc áp dụng sau công đoạn xử lý cơ học. Phƣơng pháp xử lý hóa lý bao gồm các phƣơng pháp hấp phụ, trao đổi ion, trích ly, chƣng cất, cô đặc, lọc ngƣợc,…. Phƣơng pháp hóa ly đƣớc sử dụng để loại khỏi dịch thải các hạt lơ lửng phân tán, các chất hữu cơ và vô cơ hòa tan, có một số ƣu điểm nhƣ Loại đƣợc các hợp chất hữu cơ không bị oxi hóa sinh học. Không cần theo dõi các hoạt động của vi sinh vật. Có thể thu hồi các chất khác nhau. Hiệu quả xử lý cao và ổn định hơn. 2.2.3.1.Tuyển nổi Là quá trình dính bám phân tử của các hạt chất bẩn đối với bề mặt phân chia của hai pha khí-nƣớc và xảy ra khi có năng lƣợng tự do trên bề mặt phân chia, đồng thời cũng do các hiện tƣợng thấm ƣớt bề mặt xuất hiện theo chu vi thấm ƣớt ở những nơi tiếp xúc khí-nƣớc Tuyển nổi dạng bọt: đƣợc sử dụng để tách ra khỏi nƣớc thải các chất không tan và làm giảm một phần nồng độ của một số chất hòa tan. Phân ly dạng bọt: đƣợc ứng dụng để xử lý các chất hòa tan có trong nƣớc thải, ví dụ nhƣ chất hoạt động bề mặt. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 18 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Ƣu điểm của phƣơng pháp tuyển nổi là có thể thu cặn với độ ẩm nhỏ, có thể thu tạp chất. Phƣơng pháp tuyển nổi đƣợc sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp nhƣ: tơ sợi nhân tạo, giấy cellulose, thực phẩm,… Hình 2.5 Bể tuyển nổi kết hợp với cô đặc bùn 2.2.3.2.Hấp phụ Hấp phụ là thu hút chất bẩn lên bề mặt của chất hấp phụ, phần lớn là chất hấp phụ rắn và có thể thực hiện trong điều kiện tĩnh hoặc động Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, nghĩa là chất bị hấp phụ có thể bị giải hấp và chuyển ngƣợc lại vào chất thải. Các chất hấp phụ thƣờng đƣợc sử dụng là các loại vật liệu xốp tự nhiên hay nhân tạo nhƣ tro, mẫu vụn than cốc, than bùn, silicagen, keo nhôm, đất sét hoạt tính,… và các chất hấp phụ này còn có khả năng tái sinh để tiếp tục sử dụng. 2.2.3.4.Trích ly Phƣơng pháp tách chất bẩn hữu cơ hòa tan chứa trong nƣớc bằng cách trộn lẫn với dung môi nào đó, trong đó, chất hữu cơ hòa tan vào dung môi tốt hơn vào nƣớc. 2.2.3.5.Trao đổi ion Các chất cấu thành pha rắn, mà trên đó xảy ra sự trao đổi ion, gọi là ionit. Các ionit có thể có nguồn gốc nhân tạo hay tự nhiên, là hữu cơ hay vô cơ và có thể đƣợc tái sinh để sử dụng liên tục. Đƣợc sử dụng để loại các ion kim loại trong nƣớc thải. 2.2.3.6.Phƣơng pháp xử lý sinh học Thực chất của phƣơng pháp sinh học để xử lý nƣớc thải là sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nƣớc thải. Chúng chuyển hóa các chất hữu cơ hòa tan và những chất dễ phân hủy sinh học thành những sản phẩm cuối cùng nhƣ : CO2, H2O,NH4,.. Chúng sử dụng một số hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng và tạo năng lƣợng nhằm duy trì quá trình, đồng thời xây dựng tế bào mới. Công trình xử lý sinh học thƣờng đƣợc đặt sau khi nƣớc thải đã đƣợc xử lý sơ bộ qua các quá trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 19 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung 2.2.4.Công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên 2.2.4.1.Ao hồ sinh học ( ao hồ ổn định nƣớc thải) Đây là phƣơng pháp xử lý đơn giản nhất và đã đƣợc áp dụng từ xƣa. Phƣơng pháp này cũng không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tƣ ít, chí phí hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao.Quy trình đƣợc tóm tắt nhƣ sau: Nƣớc thải loại bỏ rác, cát sỏi,.. Các ao hồ ổn định Nƣớc đã xử lý  Hồ hiếu khí Ao nông 0,3-0,5m có quá trình oxi hoá các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật. Gồm 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo.  Hồ kị khí Ao kị khí là loại ao sâu, ít hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật kị khí hoạt động sống không cần oxy của không khí. Chúng sử dụng oxi từ các hợp chất nhƣ nitrat, sulfat.. để oxi hoá các chất hữu cơ, các loại rƣợu và khí CH4, H2S,CO2,… và nƣớc. Chiều sâu hồ khá lơn khoảng 2-6m.  Hồ tùy nghi Là sự kết hợp hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hoà tan có đều ở trong nƣớc và phân hủy kị khí (chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy. Ao hồ tùy nghi đƣợc chia làm 3 vùng:lớp trên là vùng hiếu khí, vùng giữa là vùng kị khí tùy tiện và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí. Chiều sâu hồ khoảng 1-1,5m Hình 2.6 Hồ tùy nghi  Hồ ổn định bậc III Nƣớc thải sau khi xử lý cơ bản ( bậc II) chƣa đạt tiêu chuẩn là nƣớc sạch để xả vào nguồn thì có thể phải qua xử lý bổ sung (bậc III). Một trong các công trình xử lý bậc III là ao hồ ồn định sinh học kết hợp với thả bèo nuôi cá. 2.2.4.2.Phƣơng pháp xử lý qua đất Thực chất của quá trình xử lý là: khi lọc nƣớc thải qua đất các chất rắn lơ lửng và keo sẽ bị giữ lại ở lớp trên cùng. Những chất này tạo ra một màng gồm rất nhiều vi sinh vật bao bọc trên bề mặt các hạt đất, màng này sẽ hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 20 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung trong nƣớc thải. Những vi sinh vật sẽ xử dụng ôxy của không khí qua các khe đất và chuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất khoáng. Cánh đồng tƣới Cánh đồng lọc Hình 2.7 Xử lý nƣớc thải bằng đất 2.2.4.3.Công trình xử lý sinh học hiếu khí. Xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí có thể kể đến hai quá trình cơ bản : Quá trình xử lý sinh trƣởng lơ lửng. Quá trình xử lý sinh trƣởng bám dính. Các công trình tƣơng thích của quá trình xử lý sinh học hiếu nhƣ: bể Aerotank bùn hoạt tính (vi sinh vật lơ lửng), bể thổi khí sinh học tiếp xúc (vi sinh vật dính bám), bể lọc sinh học, tháp lọc sinh học, bể sinh học tiếp xúc quay… 2.2.4.3.1.Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aerotank Quá trình xử lý nƣớc thải sử dụng bùn hoạt tính dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí. Trong bể Aerotank, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân đế cho vi khuẩn cƣ trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có mầu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nƣớc thải và là nơi cƣ trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Các vi sinh vật đồng hoá các chất hữu cơ có trong nƣớc thải thành các chất dinh dƣỡng cung cấp cho sự sống. Trong quá trình phát triển vi sinh vật sử dụng các chất để sinh sản và giải phóng năng lƣợng, nên sinh khối của chúng tăng lên nhanh. Nhƣ vậy các chất hữu cơ có trong nƣớc thải đƣợc chuyển hoá thành các chất vô cơ nhƣ H2O, CO2 không độc hại cho môi trƣờng. Quá trình sinh học có thể diễn tả tóm tắt nhƣ sau : Chất hữu cơ + vi sinh vật + ôxy  NH3 + H2O + năng lƣợng + tế bào mới hay có thể viết : Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 21 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Chất thải + bùn hoạt tính + không khí  Sản phẩm cuối + bùn hoạt tính dƣ Một số loại bể aerotank thƣờng dùng trong xử lý nƣớc thải: Bể Aerotank truyền thống : Xaû buøn töôi Nöôùc thaûi Tuaàn hoaøn buøn hoaït tính Beå laéng ñôït 2 Beå Aerotank nguoàn tieáp nhaän Xaû ra Xaû buøn hoaït tính thöøa Beå laéng ñôït 1 Hình 2.8 sơ đồ công nghệ đối với bể Aerotank truyền thống Bể Aerotank tải trọng cao Hoạt động của bể aerotank tải trọng cao tƣơng tự nhƣ bể có dòng chảy nút, chịu đƣợc tải trọng chất bẩn cao và cho hiệu suất làm sạch cũng cao, sử dụng ít năng lƣợng, lƣợng bùn sinh ra thấp. Nƣớc thải đi vào có độ nhiễm bẩn cao, thƣờng là BOD>500mg/l. tải trọng bùn hoạt tính là 400 – 1000mg BOD/g bùn (không tro) trong một ngày đêm. Bể Aerotank có hệ thống cấp khí giảm dần theo chiều dòng chảy (bể có dòng chảy nút ) Nồng độ chất hữu cơ vào bể Aerotank đƣợc giảm dần từ đầu đến cuối bể do đó nhu cầu cung cấp ôxy cũng tỉ lệ thuận với nồng độ các chất hữu cơ. Ƣu điểm : Giảm đƣợc lƣợng không khí cấp vào tức giảm công suất của máy thổi khí. Không có hiện tƣợng làm thoáng quá mức làm ngăn cản sự sinh trƣởng của vi khuẩn khử các hợp chất chứa Nitơ. Có thể áp dụng ở tải trọng cao (F/M cao), chất lƣợng nƣớc ra tốt hơn. Bể Aerotank có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định (Contact Stabilitation) Bể có 2 ngăn : ngăn tiếp xúc và ngăn tái sinh Tuaàn hoaøn buøn Beå Aerotank Ngaên taùi sinh buøn hoaït tính Ngaên tieáp xuùc Beå laéng ñôït 1 Nöôùc thaûi X û buøn töôi nguoàn tieáp nhaän Beå laéng ñôït 2 Xaû buøn hoaït tính thöøa Xaû ra Hình 2.9 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank có ngăn tiếp xúc. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 22 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Ƣu điểm của dạng bể này là bể Aerotank có dung tích nhỏ, chịu đƣợc sự dao động của lƣu lƣợng và chất lƣợng nƣớc thải, có thể ứng dụng cho nƣớc thải có hàm lƣợng keo cao. Bể thông khí kéo dài Khi nƣớc thải có tỉ số F/M ( tỉ lệ giữa BOD5 và bùn hoạt tính-mgBOD5/mg bùn hoạt tính) thấp, tải trọng thấp, thời gian thông khí thƣờng là 20-30h Tuaàn hoaøn buøn hoaït tính Beå Aerotank laøm thoaùng keùo daøi 20 -30 giôø löu nöôc trong beå Nöôùc thaûi Löôùi chaén raùc Beå laéng ñôït 2 Xaû ra nguoàn tieáp nhaän Ñònh kyø xaû buøn hoaït tính thöøa Hình 2.10 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank làm thoáng kéo dài. Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh : Xaû buøn töôi Beå laéng ñôït 1 Nöôùc thaûi Xaû buøn hoaït tính thöøa Tuaàn hoaøn buøn Beå laéng ñôït 2 nguoàn tieáp nhaän Xaû ra Maùy khuaáy beà maët Hình 2.11 Sơ đồ làm việc của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh. Ƣu điểm: pha loãng ngay tức khắc nồng độ của các chất ô nhiễm trong toàn thể tích bể, không xảy ra hiện tƣợng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp cho loại nƣớc thải có chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng. Oxytank Dựa trên nguyên lý làm việc của aerotank khuấy đảo hoàn chỉnh ngƣời ta thay không khí nén bằng cách sục khí oxy tinh khiết Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 23 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Hình 2.12 Oxytank Ƣu điểm: Hiệu suất cao nên tăng đƣợc tải trọng BOD Giảm thời gian sục khí Lắng bùn dễ dàng Giảm bùn đáng kể trong quátrình xử lý 2.2.4.3.2.Mƣơng oxy hóa Mƣơng ôxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh có dạng vòng hình chữ O làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính lơ lửng trong nƣớc thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mƣơng. 2.2.4.3.3.Lọc sinh học – Biofilter Là công trình đƣợc thiết kế nhằm mục đích phân hủy các vật chất hữu cơ có trong nƣớc thải nhờ quá trình ôxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc. Trong bể chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Có 2 dạng: Bể lọc sinh học nhỏ giọt: là bể lọc sinh học có vật liệu lọc không ngập trong nƣớc. Giá trị BOD của nƣớc thải sau khi làm sạch đạt tới 10 ÷ 15mg/l với lƣu lƣợng nƣớc thải không quá 1000 m3/ngđ. Bể lọc sinh học cao tải: lớp vật liệu lọc đƣợc đặt ngập trong nƣớc. Tải trọng nƣớc tới10 ÷ 30m3/m2ngđ tức là gấp 10 ÷ 30 lần ở bể lọc nhỏ giọt. Tháp lọc sinh học cũng có thể đƣợc xem nhƣ là một bể lọc sinh học nhƣng có chiều cao khá lớn. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 24 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Hình 2.13 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 2.2.4.3.4.Đĩa quay sinh học RBC ( Rotating biological contactors) RBC gồm một loại đĩa tròn xếp liền nhau bằng polystyren hay PVC. Những đĩa này đƣợc nhúng chìm trong nƣớc thải và quay từ từ. Trong khi vận hành, sinh vật tăng trƣởng sẽ dính bám vào bề mặt đĩa và hình thành một lớp màng nhày trên toàn bộ bề mặt ƣớt của đĩa. Đĩa quay làm cho sinh khối luôn tiếp xúc với chất hữu cơ trong nƣớc thải và với không khí để hấp thụ oxy, đồng thời tạo sự trao đổi oxy và duy trì sinh khối trong điều kiện hiếu khí. 2.2.4.3.5.Bể sinh học theo mẻ SBR ( Sequence Batch Reactor) SBR là một dạng của bể Aerotank. Khi xây dựng bể SBR nƣớc thải chỉ cần đi qua song chắn, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần, rồi nạp thẳng vào bể. Ƣu điểm là khử đƣợc các hợp chất chứa nitơ, photpho khi vận hành đúng các quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí. Bể SBR hoạt động theo 5 pha: – Pha làm đầy ( fill ): thời gian bơm nƣớc vào kéo dài từ 1-3 giờ. Dòng nƣớc thải đƣợc đƣa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tuỳ theo mục tiêu xử lý, hàm lƣợng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí.  Pha phản ứng, thổi khí ( React ): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nƣớc thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cấp ôxy vào nƣớc và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lƣợng nƣớc thải, thƣờng khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO2 2- và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3 - Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 25 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung  Pha lắng (settle): Lắng trong nƣớc. Quá trình diễn ra trong môi trƣờng tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thƣờng kết thúc sớm hơn 2 giờ.  Pha rút nƣớc ( draw): khoảng 0.5 giờ.  Pha chờ : Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình trên và vào số lƣợng bể, thứ tự nạp nƣớc nguồn vào bể. Xả bùn dƣ là một giai đoạn quan trọng không thuộc 5 giai đoạn cơ bản trên, nhƣng nó cũng ảnh hƣởng lớn đến năng suất của hệ. Lƣợng và tần suất xả bùn đƣợc xác định bởi năng sất yêu cầu, cũng giống nhƣ hệ hoạt động liên tục thông thƣờng. Trong hệ hoạt động gián đoạn, việc xả bùn thƣờng đƣợc thực hiện ở giai đoạn lắng hoặc giai đoạn tháo nƣớc trong. Đặc điểm duy nhất là ở bể SBR không cần tuần hoàn bùn hoạt hoá. Hai quá trình làm thoáng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, cho nên không có sự mất mát bùn hoạt tính ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng để giữ nồng độ Hình 2.14 Quá trình vận hành của bể SBR 2.2.4.4.Công trình xử lý sinh học kỳ khí Phân hủy kỵ khí (Anaerobic Descomposotion) là quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành chất khí (CH4 va CO2) trong điều kiện không có ôxy. Việc chuyển hoá các axit hữu cơ thành khí mêtan sản sinh ra ít năng lƣợng. Lƣợng chất hữu cơ chuyển hoá thành khí vào khoảng 80  90%. Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nƣớc thải, pH, nồng độ MLSS. Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32  35 oC. Ƣu điểm nổi bật của quá trình xử lý kỵ khí là lƣợng bùn sản sinh ra rất thấp, vì thế chi phí cho việc xử lý bùn thấp hơn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí. Trong quá trình lên men kỵ khí, thƣờng có 4 nhóm vi sinh vật phân hủy vật chất hữu cơ nối tiếp nhau: Các vi sinh vật thủy phân (Hydrolytic) phân hủy các chất hữu cơ dạng polyme nhƣ các polysaccharide và protein thành các monomer. Kết quả của sự “bẻ gãy” mạch cacbon này chƣa làm giảm COD. Các monomer đƣợc chuyển hóa thành các axit béo (VFA) với một lƣợng nhỏ H2 . Các axit chủ yếu là Acetic, propionic và butyric với những lƣợng nhỏ của axit Valeric. Ơ giai đoạn axit hóa này, COD có giảm đi đôi chút (không quá 10%). Tất cả các axit có mạch carbon dài hơn axit acetic đƣợc chuyển hóa tiếp thành acetac và H2 bởi các vi sinh vật Acetogenic 2.2.4.4.1.Phƣơng pháp kị khí với sinh trƣởng lơ lửng  Phƣơng pháp tiếp xúc kị khí Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 26 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Bể lên men có thiết bị trộn và bể lắng riêng Quá trình này cung cấp phân ly và hoàn lƣu các vi sinh vật giống, do đó cho phép vận hành quá trình ở thời gian lƣu từ 6  12 giờ. Cần thiết bị khử khí (Degasifier) giảm thiểu tải trọng chất rắn ở bƣớc phân ly. Để xử lý ở mức độ cao, thời gian lƣu chất rắn đƣợc xác định là 10 ngày ở nhiệt độ 32 oC, nếu nhiệt độ giảm đi 11oC, thời gian lƣu đòi hỏi phải tăng gấp đôi.  Bể UASB ( upflow anaerobic Sludge Blanket) Nƣớc thải đƣợc đƣa trực tiếp vào phía dƣới đáy bể và đƣợc phân phối đồng đều, sau đó chảy ngƣợc lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ (bông bùn) và các chất hƣũ cơ bị phân hủy. Các bọt khí mêtan và NH3, H2S nổi lên trên và đƣợc thu bằng các chụp thu khí để dẫn ra khỏi bể. Nƣớc thải tiếp theo đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách 2 pha lỏng và rắn. Sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lƣu lại vùng lớp bông bùn. Sự tạo thành bùn hạt và duy trì đƣợc nó rất quan trọng khi vận hành UASB. Thƣờng cho thêm vào bể 150 mg/l Ca2+ để đẩy mạnh sự tạo thành hạt bùn và 5  10 mg/l Fe2+ để giảm bớt sự tạo thành các sợi bùn nhỏ. Để duy trì lớp bông bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ dòng chảy thƣờng lấy khoảng 0,6  0,9 m/h. Hình 2.15 Bể UASB 2.2.4.4.2.Phƣơng pháp kị khí với sinh trƣởng gắn kết  Lọc kị khí với sinh trƣởng gắn kết trên giá mang hữu cơ (ANAFIZ) Lọc kỵ khí gắn với sự tăng trƣởng các vi sinh vật kỵ khí trên các giá thể. Bể lọc có thể đƣợc vận hành ở chế độ dòng chảy ngƣợc hoặc xuôi. Giá thể lọc trong quá trình lƣu giữ bùn hoạt tính trên nó cũng có khả năng phân ly các chất rắn và khí sản sinh ra trong quá trình tiêu hóa.  Lọc kị khí với lớp vật liệu giả lỏng trƣơng nở (ANAFLUX) Vi sinh vật đƣợc cố định trên lớp vật liệu hạt đƣợc giãn nở bởi dòng nƣớc dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ ttrong một đơn vị thể tích là lớn nhất. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 27 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Ƣu điểm: Ít bị tắc nghẽn trong quá trình làm việc với vật liệu lọc. Khởi động nhanh chóng Không tẩy trôi các quần thể sin học bám dính trên vật liệu Có khả năng thay đổi lƣu lƣợng trong giới hạn tốc độ chất lỏng. 2.2.5 CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ ĐANG ÁP DỤNG TRÊN THỰC TẾ Ta có thể tham khảo công nghệ xử lý nƣớc thải chế biến cà phê tại nhà máy chế biến cà phê Tâm Châu tại huyện Đức Trọng có công nghệ, công suất và thành phần tính chất nƣớc thải tƣơng tự. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 28 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Sơ đồ quy trình công nghệ Hình 2.16. Quy trình công nghê ̣xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty Tâm Châu Nguồn tiếp nhận QCVN 24:009/BTNMT Bùn khô Nƣớc thải Tuần hoàn nước Bể gom Bể điều hòa Bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm Bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính Máy thổi khí Bể lọc màng MBR Bể chứa bùn Máy ép bùn Dinh dưỡng Bùn dư Bể chứa sau xử lý Máy thổi khí Tách rác tinh Hồ sinh học Comment [S5]: Chỉ có một công nghệ đã áp dụng thực tế thì quá ít, trong khi có rất nhiều nhà máy chế biến café ở VN, cần thu thập thêm Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 29 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Thuyết minh quy trình công nghệ Nƣớc thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy theo hệ thống thu gom vào các hố gom trƣớc khi bơm vào hệ thống xử lý nƣớc thải Nƣớc thải (NT) từ các xƣởng sản xuất theo mạng lƣới thoát nƣớc riêng đƣợc dẫn đến bể gom có đặt tách rác tinh dạng trống quay. Trống tách rác với kích thƣớc khe hở 1 - 2mm có nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ có kích thƣớc lớn nhƣ bao bì, vỏ cà phê các loại..… nhằm tránh gây hƣ hại bơm hoặc tắc nghẽn các công trình phía sau. Nƣớc thải từ bể gom đƣợc bơm lên bể điều hòa sau khi qua tách rác tinh. Các lợi ích cơ bản của việc điều hòa lƣu lƣợng là: (1) quá trình xử lý sinh học đƣợc nâng cao do giảm đến mức thấp nhất hiện tƣợng “shock” tải trọng, các chất ảnh hƣởng đến quá trình xử lý có thể đƣợc pha loãng, pH có thể đƣợc trung hòa và ổn định; (2) chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý đƣợc cải thiện do tải trọng chất thải lên các công trình ổn định. Bể điều hòa có thể đặt trên tuyến (on-line) hoặc ngoài tuyến (off- line). Với trình độ kỹ thuật tự động hóa nhƣ hiện nay, thể tích bể điều hòa và chi phí điện năng tại nhà máy xử lý giảm đáng kể. Dung tích chứa nƣớc càng lớn thì độ an toàn về nhiều mặt càng cao. Từ bể điều hòa, nƣớc thải đƣợc bơm đều và liên tục vào bể sinh học kỳ khí có vật liệu đệm cố định. Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thoáng, độ rỗng cao (95%) vi sinh dể bám dính. Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thông thƣờng dao động trong khoảng 100-220m2/m3. Trong bể sinh học tiếp xúc áp dụng quá trình sinh trƣởng sinh học bám dính (Attached Growth). Bể sinh học kỵ khí vật liệu tiếp xúc, giá thể cho vi sinh vật sống bám, vật liệu thƣòng là nhựa có hình dạng khác nhau,.. Bể có chiều cao từ 4-12m, nƣớc thải đƣợc phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vòi phun. Quần thể vi sinh sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học có khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nƣớc thải. Quần thể vi sinh này có thể bao gồm vi khuẩn kị khí và tùy tiện, nấm, tảo và các động vật nguyên sinh. Tại bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm, nƣớc thải đƣợc phân phối đều từ dƣới đáy qua lớp đệm bùn và sau đó là lớp bùn dính bám trên giá thể, khi qua lớp bùn này, chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nƣớc và khí biogas bay lên. Bể này thích hợp để xử lý nƣớc thải có nồng độ COD cao và biến động (Metcalf & Eddy, 1995 & 2003). Bùn hoạt tính (vi sinh vật – vi khuẩn) kị khí đƣợc xáo trộn đều với nƣớc thải và chuyển hóa ở tốc độ cao nhất các chất hữu cơ thành khí methan (CH4), nƣớc (H2O), ammonia (NH3). CHC + VSV kị khí  CH4 + CO2 + H2O + NH3 + VSV kị khí mới Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 30 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Áp dụng quá trình kị khí phía trƣớc là điều kiện đầu tiên để đạt hiệu quả xử lý phốtphot trong nƣớc thải. Nƣớc thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí đƣợc dẫn sang bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể chia thành hai loại chính (1) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng lơ lửng (suspended growth biological treatment processes), và (2) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng dinh bám (attached growth biological treatment processes). Mỗi loại quá trình có nhiều công trình ứng dụng khác nhau, nhƣ quá trình (1) có các loại công trình (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục SBR (sequencing batch reactor), (c) bể bùn hoạt tính từng bậc SASR (staged activated-sludge reactor,.., quá trình (2) có các loại công trình (d) bể lọc sinh học (trickling filter), (e) thiết bị sinh học quay RBC (rotating biological contactor, ... Sau khi đánh giá các quá trình và công trình xử lý về nhiều yếu tố, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống với các chức năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitrate hóa đƣợc lựa chọn vì các ƣu điểm sau: (1) có khả năng kết hợp các quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ, nitrate hóa và khử nitơ, (2) dễ vận hành, (3) các thiết bị dễ chọn lựa và thay thế, (4) trình độ công nhân vận hành không đòi hỏi cao, và (5) Việt Nam có nhiều kinh nghiệm với quá trình này. Tại bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, các tạp chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan còn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí tiếp tục đƣợc xử lý và chuyển hóa thành bông bùn sinh học. Hai máy thổi khí (Air Blower) hoạt động luân phiên và hệ thống phân phối dạng đĩa có hiệu quả cao với kích thƣớc bọt khí nhỏ hơn 10m sẽ cung cấp oxi cho bể sinh học. Lƣợng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành nƣớc và carbonic, chuyển hóa nitơ hữu cơ và amonia thành nitrat NO3 -. Mặt khác, hệ thống phân phối khí còn có chức năng xáo trộn đều nƣớc thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý. Tải trọng chất hữu cơ của bể thổi khí thƣờng dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m 3.ngày đêm và thời gian lƣu nƣớc dao động từ 4-12h. Oxy hóa và tổng hợp CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dƣỡng + vi khuẩn hiếu khí  CO2 + H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác Hô hấp nội bào C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn  5CO2 + 2H2O + NH3 + E Sau khi qua bể bùn hoạt tính, nƣớc sẽ chảy thủy lực qua bể lọc màng MBR. MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio-Reactor (Bể lọc sinh học bằng màng), có thể định nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nƣớc thải bằng công nghệ lọc màng. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 31 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung MBR là kỹ thuật mới xử lý nƣớc thải kết hợp quá trình dùng màng với hệ thống bể sinh học thể động bằng quy trình vận hành SBR sục khí 3 ngăn và công nghệ dòng chảy gián đoạn. MBR là sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính, trong đó việc tách cặn đƣợc thực hiện không cần đến bể lắng bậc 2. Nhờ sử dụng màng, các thể cặn đƣợc giữ lại trong bể lọc, giúp cho nƣớc sau xử lý có thể đƣa sang công đoạn tiếp theo hoặc xả bỏ / tái sử dụng đƣợc ngay. Ưu điểm của việc ứng dụng bể lọc màng MBR là  Không cần bể lắng và giảm kích thƣớc bể nén bùn.  Không cần tiệt trùng nhờ đã khử triệt để coliform  Công trình đƣợc tinh giản nhờ sử dụng chỉ một bể phản ứng để khử N & P mà không cần bể lắng, bể lọc và tiệt trùng.  Trong điều kiện thay đổi đột ngột, hệ thống đƣợc điều chỉnh cho ổn định bằng kỹ thuật không sục khí – sục khí – không sục khí.  Khắc phục đƣợc các yếu điểm (nén bùn và tạo bọt) trong phƣơng pháp bùn hoạt tính (dùng màng khử hiệu quả Nutrient và E.coli)  Dễ kiểm soát và bảo trì bằng hệ thống tự động. Nƣớc thải sau khi qua bể lọc màng MBR đạt tiêu chuẩn xả thải nên đƣợc dẫn vào hồ sinh học và xả ra nguồn tiếp nhận trong khu vực. Hồ sinh học đóng vai trò đảm bảo an toàn về tiêu chuẩn xả thải trong trƣờng hợp hệ thống gặp sự cố và cũng là nơi xả nƣớc thải sau xử lý của trạm xử lý trƣớc khi nƣớc thải sau xử lý chảy theo hệ thống đƣờng ống thoát nƣớc thải sau xử lý chảy ra hồ Trị An. Hồ sinh học còn cung cấp, dự trữ nƣớc cứu hỏa bổ sung cho nhà máy. Ngoài ra, hồ sinh học còn có nhiệm vụ điều hoà không khí, tạo cảnh quan môi trƣờng cho nhà máy và khu vực xung quanh. Nƣớc thải xả vào nguồn tiếp nhận đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT. Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lƣợng bùn vi sinh trong bể đồng thời lƣợng bùn ban đầu sau thời gian sinh trƣởng phát triễn sẽ giảm khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nƣớc thải và chết đi. Lƣợng bùn này còn gọi là bùn dƣ và đƣợc đƣa về bề chứa bùn. Sau khi chứa một thời gian, bùn sẽ đƣợc đƣa vào máy ép bùn để làm giảm độ ẩm và thể tích của bùn, giúp cho việc thu gom - vân chuyển đƣợc dễ dàng. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 32 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Hình 2.17. Quy trình công nghê ̣xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty Ngoc̣ Trang Nguồn tiếp nhận QCVN 24:009/BTNMT Nƣớc thải Bùn khô Tuần hoàn nước Bể gom Bể điều hòa Bể UASB Bể Aerotank Máy thổi khí Bể loc̣ sinh hoc̣ Bể chứa bùn Máy ép bùn Dinh dưỡng Bùn dư Keo tu ̣taọ bông Máy thổi khí Tách rác tinh Bể lắng hóa lý Bể khƣ̉ trùng Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 33 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Hình 2.18. Quy trình công nghê ̣xử lý nước thải chế biến cà phê của Công ty Minh Nhâṭ Nƣớc thải Bùn khô Bể gom Bể điều hòa Bể SBR Bể Aerotank Bể loc̣ sinh hoc̣ Bể chứa bùn Máy ép bùn Bùn dư Keo tu ̣taọ bông Tách rác tinh Bể lắng hóa lý Bể khƣ̉ trùng Nguồn tiếp nhận QCVN 24:009/BTNMT Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 34 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1.LƢU LƢỢNG, THÀNH PHẦN NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ. 3.1.1.Lƣu lƣợng nƣớc thải chế biến cà phê Lƣu lƣợng trung bình: Qtb = 400 m 3/ngày.đêm Trong đó chủ yếu là nƣớc thải ở 2 công đoạn chính: công đoạn rửa thô, xay cà phê và công đoạn đánh nhớt, rửa sạch Lƣu lƣợng nƣớc thải ở công đoạn rửa thô, xay cà phê Q1 = 160 m 3/ngày.đêm Lƣu lƣợng nƣớc thải ở công đoạn đánh nhớt, rửa sạch Q2 = 240 m 3/ngày.đêm 3.1.2.Thành phần, tính chất nƣớc thải chế biến cà phê Bảng 3.1: Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hạt tươi tại Công ty Hồ Phượng STT Thông số Đơn vị Giá trị đầu vào QCVN 24: 2009 Loại B 1. pH 4,1 5.5 - 9 2. COD mg/l 19.426 100 3. BOD5 mg/l 12.480 50 4. Chất rắn lơ lửng mg/l 2.752 100 5. Phốt pho tổng mg/l 10 6 6. Nitơ tổng mg/l 209 30 (Nguồn: Kết quả phân tích tại Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Môi Trường – Viện Môi Trường và Tài Nguyên 3/2011). Từ kết quả phân tích các mẫu nƣớc thải nói trên, có thể nhận thấy Nƣớc thải ở công đoạn rửa thô và xay cà phê: có nồng độ chất ô nhiễm rất cao, cụ thể COD = 32.894 mg/l, BOD = 19.463 mg/l, SS = 1.720 mg/l, pH ở mức thấp. COD vƣợt gấp 411 lần so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24: 2009, loại B), BOD vƣợt gấp 389 lần so với tiêu chuẩn cho phép, SS vƣợt gấp 17 lần so với tiêu chuẩn. Nồng độ ô nhiễm của nƣớc thải cao là do nƣớc thải chứa nhiều chất bẩn bám dính hạt cà phê (cát, đất, bụi, ...), các hạt cà phê xanh còn sót lại, xác vỏ cà phê, hạt cà phê bị nát trong quá trình xay. Nƣớc thải ở công đoạn đánh nhớt, rửa sạch: có nồng độ chất ô nhiễm khá cao, cụ thể COD = 10.447 mg/l, BOD = 7.825 mg/l, SS = 2.753, pH ở mức thấp. COD vƣợt gấp 130 lần so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24:2009, loại B), BOD vƣợt gấp 157 lần so với tiêu chuẩn cho phép, SS vƣợt gấp 28 lần so với tiêu chuẩn. Nồng độ ô nhiễm Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 35 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung của nƣớc thải cao là do nƣớc thải chứa nhiều thịt quả cà phê bị tan rã từ quá trình ngâm enzym. Do nƣớc thải từ Nhà máy chế biến cà phê có các đặc trƣng chính nhƣ sau:  Chế độ thải không đều trong năm, thời gian có nƣớc thải nhiều và có cƣờng độ ô nhiễm cao chỉ có khoảng 4 –5 tháng/năm.  Cƣờng độ ô nhiễm của nƣớc thải không đồng đều.  Lƣu lƣợng nƣớc thải có cƣờng độ ô nhiễm nhẹ rất cao. Do vậy, phƣơng án công nghệ lựa chọn cần đảm bảo các yêu cầu sau:  Luôn đảm bảo nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải.  Thời gian cần thiết để phục hồi hiệu suất xử lý sau một thời gian dài hầu nhƣ không có nƣớc thải (6 tháng) phải nhanh. Phƣơng án công nghệ đƣợc lựa chọn để đảm bảo các yêu cầu trên là phƣơng án:  Tách triệt để lƣợng cặn, vỏ cà phê từ quá trình sơ chế, rửa cà, xay cà.  Áp dụng phƣơng pháp phân hủy sinh học kỵ khí có khả năng phục hồi nhanh  Kết hợp xử lý hiếu khí và hồ sinh học (hồ giải nhiệt) để đảm bảo nƣớc thải đầu ra đạt tiêu chuẩn thải. Với tính chất nƣớc thải và yêu cầu xử lý đã nêu trên, công nghệ xử lý đƣợc đề xuất cho Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy nhƣ sau: Tiền xử lý (xử lý cơ học): giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học và hóa lý tiếp theo.  Loại bỏ rác, cặn thô, tạp chất không tan có kích thƣớc lớn hơn 20 mm: nylon, giẻ rách, nhánh cây, ống,…  Loại bỏ cặn rác tinh có kích thƣớc lớn hơn 1,5mm: cát, sỏi, nhựa, nylon, cặn lơ lững…  Loại bỏ các tạp chất nổi, dầu mỡ.  Điều hoà lƣu lƣợng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải.  Các thiết bị kiểm soát trong khâu này đƣợc điều khiển tự động. Xử lý bậc 2 (Xử lý sinh học yếm khí dính bám)  Sử dụng công nghệ kỵ khí dính bám trên giá thể cố định để khử, chuyển hoá các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp thành các chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản, dễ phân hũy sinh học hoặc khí CH4 và H2O, làm giảm nồng độ BOD, COD… của nƣớc thải. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 36 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung  Ƣu điểm nổi bật của công nghệ kỵ khí là lƣợng bùn sản sinh ra rất thấp vì thế chi phí cho việc xử lý bùn giảm đáng kể so với các quá trình xử lý hiếu khí. Đối với nƣớc thải công nghiệp chế biến đƣờng, hiệu quả khử COD có thể đạt 80% ở tải trọng 10kg COD/m3.ngày đêm. Xử lý bậc 3 (Xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng)  Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và dễ phân hủy sinh học (COD, BOD) thành các hợp chất vô cơ (CO2, H2O,…);  Xử lý phốt pho: diễn ra trong 02 quá trình kị khí - hiếu khí nối tiếp nhau nhờ vi khuẩn tích lũy phốtpho;  Xử lý nitơ: Nitrat hóa và khử nitrat thành Nitơ trong 02 quá trình hiếu khí – thiếu khí nhờ vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter; Xử lý bậc 4 (xử lý hóa lí)  Tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lững phân tán nhỏ, keo, nhũ tƣơng vá các tạp chất khác.  Keo tụ chất rắn lơ lững, độ màu, độ đục, thậm chí cả mùi trong nƣớc thải;  Sử dụng hóa chất keo tụ: PAC, chất trợ keo tụ…cho quá trình keo tụ. Khử trùng  Khử trùng tiêu diệt các loại vi khuẩn gây hại trƣớc khi xả vào nguồn tiếp nhận trong khu vực. Xử lý hoàn thiện nƣớc thải sau xử bằng các quá trình tự nhiên trong hồ thủy sinh Xử lý bùn hoạt tính dƣ và bùn hóa lý  Bùn hoạt tính dƣ và bùn hóa lý có độ ẩm cao (99 – 99,3%) đƣợc dẫn vào bể chứa bùn và định kỳ lƣợng bùn này sẽ đƣợc thu gom và mang đi xử lý theo tiêu chuẩn Việt nam về xử lý chất thải rắn. Nƣớc thải nhà máy chế biến cà phê Hồ Phƣợng có lƣu lƣợng không ổn định. Nhà máy sản xuất 2 ca; từ 12 giờ chiều – 17 giờ tối chủ yếu là thu mua nguyên liệu, 17 – 6 giờ sáng là công đoạn phân loại, rửa, xay vỏ; công đoạn ngâm enzym, đánh nhớt đƣợc diễn ra nguyên ngày. Vì thế, nƣớc thải không chỉ không ổn định về lƣu lƣợng mà nồng độ chất ô nhiễm cũng thay đổi ở mỗi công đoạn chế biến. Bể điều hòa đƣợc thiết kế sao cho phải điều hòa đƣợc lƣu lƣợng và nồng độ trong 1 chu kì chế biến của nhà máy. Nƣớc thải này có hàm lƣợng BOD, COD, SS cao và pH thấp. Đối với SS cao, chủ yếu là do công đoạn tách vỏ quả và hạt xanh không tốt, vì thế cần thiết phải có thiết bị tách rác dạng băng tải tự động trƣớc khi nƣớc thải chảy vào hệ thống xử lý. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 37 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Nƣớc thải sau khi điều hòa có tỷ lệ BOD/COD = 12480/19426 = 0.64 > 0.6: thích hợp cho quá trình xử lý bằng phƣơng pháp sinh học. Tuy nhiên, độ màu cũng là một yếu tố quan trọng để chọn lựa phƣơng án xử lý. Quá trình xử lý sinh học đƣợc đề xuất để giải quyết COD, BOD rất cao trong nƣớc thải. Cần phải kết hợp cả phƣơng pháp xử lý sinh học kị khí và sinh học hiếu khí. Căn cứ vào thành phần tính chất của nƣớc thải để quyết định phƣơng án xử lý cũng nhƣ công trình xử lý. Bảng 3.2: Hiệu quả xử lý cho các công trình đơn vị tiêu biểu CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ Hiệu quả xử lý (%) BOD COD SS PTOT Orga-N NH3-N Xử lý sơ bộ Bể lắng cát 0 - 5 0 – 5 0 – 10 0 0 0 Xử lý bậc một (lắng cặn) Với hoá chất 30 – 40 30 – 40 50 – 65 10 – 20 10 – 20 0 Xử lý bậc 2 Bùn hoạt tính thông thƣờng 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: Wasterwater Engineering – Treatment, Disposal and Reuse, 3rd edition, Metcalf & Eddy, Inc., 1993) Bảng 3.3: Các quá trình điển hình và số liệu về hiệu quả của quá trình kị khí xử lý nước thải công nghiệp. Quá trình CODvào(mg/l) HRT (giờ) L(kgCOD/m 3 .ngày) E (%) Quá trình kị 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) Tiêu chuẩn đầu ra QCVN 24:2009, loại B; vì thế phải áp dụng phƣơng pháp xử lý hóa lý liền kề để đạt yêu cầu và cũng giảm đáng kể độ màu trong nƣớc thải mà phƣơng pháp sinh học không xử lý triệt để. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 38 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung 3.2. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CHO CÔNG TY TNHH HỒ PHƢỢNG 3.2.1.Cở sở đề xuất công nghệ xử lý  Thành phần và lƣu lƣợng nƣớc thải phát sinh từ quá trình sản xuất  Kinh nghiệm xử lý nƣớc thải của các nhà máy chế biến cà phê có công nghệ sản xuất và quy mô công trình tƣơng đƣơng  Điều kiện địa chất, khí hậu  Nguồn tiếp nhận nƣớc thải của Trạm xử lý nƣớc thải (lƣu lƣợng dòng chảy của sông, nguồn tiếp nhận phục vụ cho mục đích sinh hoạt hay nông nghiệp…)  Khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận;  Tiêu chuẩn xả nƣớc thải QCVN 24: 2009/BTNMT- Cột B  Mức độ cần thiết phải xử lý  Trình độ kỹ thuật và công nghệ của nhà máy  Phƣơng pháp xử lý cục bộ nƣớc thải sinh hoạt của công nhân viên trong nhà máy  Giới hạn diện tích xây hệ thống 3.2.2.Đề xuất công nghệ cho phƣơng án 1 Comment [S6]: Đƣa phần này lên mục trên Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 39 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải ( phương án 1) HCl khử trùng Thu gom định kỳ Máy thổi khí Al2(SO4)3 Polyme Nƣớc thải Xả ra nguồn tiếp nhận (QCVN 24-2009, Loại B) Bể gom nƣớc thải Tách rác tinh Rác thô Hồ điều hòa Bể kỳ khí vật liệu đệm Bể Aerotank Bể lắng bùn sinh học Bể keo tụ Bể tạo bông Bể lắng bùn keo tụ Bể khử trùng Sân phơi bùn Bùn tuần hoàn Bùn dư Comment [S7]: BỂ KEO TỤ VÀ TẠO BÔNG ĐỀU CHO PHÈN SAO???? Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 40 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Thuyết minh quy trình công nghệ Nƣớc thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy theo hệ thống thu gom vào các hố gom trƣớc khi bơm vào hệ thống xử lý nƣớc thải; Nƣớc thải (NT) từ các xƣởng sản xuất theo mạng lƣới thoát nƣớc riêng đƣợc dẫn đến bể gom có đặt song chắn rác. Song chắn rác tinh dạng trống quay với kích thƣớc khe hở 1 - 2mm có nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ có kích thƣớc nhƣ bao bì, vỏ cà phê… nhằm tránh gây hƣ hại bơm hoặc tắc nghẽn các công trình phía sau. Nƣớc thải từ bể gom đƣợc bơm lên bể điều hòa sau khi qua thiết bị tách rác tinh. Các lợi ích cơ bản của việc điều hòa lƣu lƣợng là: (1) quá trình xử lý sinh học đƣợc nâng cao do giảm đến mức thấp nhất hiện tƣợng “shock” tải trọng, các chất ảnh hƣởng đến quá trình xử lý có thể đƣợc pha loãng, pH có thể đƣợc trung hòa và ổn định; (2) chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý đƣợc cải thiện do tải trọng chất thải lên các công trình ổn định. Với trình độ kỹ thuật tự động hóa nhƣ hiện nay, thể tích bể điều hòa và chi phí điện năng tại nhà máy xử lý giảm đáng kể. Dung tích chứa nƣớc càng lớn thì độ an toàn về nhiều mặt càng cao. Từ bể điều hòa, nƣớc thải đƣợc bơm đều và liên tục vào bể sinh học kỳ khí có vật liệu đệm cố định. Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thoáng, độ rỗng cao (95%) vi sinh dể bám dính. Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thông thƣờng dao động trong khoảng 100-220m2/m3. Trong bể sinh học tiếp xúc áp dụng quá trình sinh trƣởng sinh học bám dính (Attached Growth). Bể sinh học kỵ khí vật liệu tiếp xúc, giá thể cho vi sinh vật sống bám, vật liệu thƣòng là nhựa có hình dạng khác nhau,.. Bể có chiều cao từ 4-12m, nƣớc thải đƣợc phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vòi phun. Quần thể vi sinh sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học có khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nƣớc thải. Quần thể vi sinh này có thể bao gồm vi khuẩn kị khí và tùy tiện, nấm, tảo và các động vật nguyên sinh. Tại bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm, nƣớc thải đƣợc phân phối đều từ dƣới đáy qua lớp đệm bùn và sau đó là lớp bùn dính bám trên giá thể, khi qua lớp bùn này, chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nƣớc và khí biogas bay lên. Bể này thích hợp để xử lý nƣớc thải có nồng độ COD cao và biến động (Metcalf & Eddy, 1995 & 2003). Bùn hoạt tính (vi sinh vật – vi khuẩn) kị khí đƣợc xáo trộn đều với nƣớc thải và chuyển hóa ở tốc độ cao nhất các chất hữu cơ thành khí methan (CH4), nƣớc (H2O), ammonia (NH3) CHC + VSV kị khí  CH4 + CO2 + H2O + NH3 + VSV kị khí mới Áp dụng quá trình kị khí phía trƣớc là điều kiện đầu tiên để đạt hiệu quả xử lý phốtphot trong nƣớc thải. Nƣớc thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí đƣợc dẫn sang bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 41 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể chia thành hai loại chính (1) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng lơ lửng (suspended growth biological treatment processes), và (2) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng dinh bám (attached growth biological treatment processes). Mỗi loại quá trình có nhiều công trình ứng dụng khác nhau, nhƣ quá trình (1) có các loại công trình (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục SBR (sequencing batch reactor), (c) bể bùn hoạt tính từng bậc SASR (staged activated-sludge reactor,.., quá trình (2) có các loại công trình (d) bể lọc sinh học (trickling filter), (e) thiết bị sinh học quay RBC (rotating biological contactor, ... Sau khi đánh giá các quá trình và công trình xử lý về nhiều yếu tố, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống với các chức năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitrate hóa đƣợc lựa chọn vì các ƣu điểm sau: (1) có khả năng kết hợp các quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ, nitrate hóa và khử nitơ, (2) dễ vận hành, (3) các thiết bị dễ chọn lựa và thay thế, (4) trình độ công nhân vận hành không đòi hỏi cao, và (5) Việt Nam có nhiều kinh nghiệm với quá trình này. Tại bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, các tạp chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan còn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí tiếp tục đƣợc xử lý và chuyển hóa thành bông bùn sinh học. Hai máy thổi khí (Air Blower) hoạt động luân phiên và hệ thống phân phối dạng đĩa có hiệu quả cao với kích thƣớc bọt khí nhỏ hơn 10m sẽ cung cấp oxi cho bể sinh học. Lƣợng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành nƣớc và carbonic, chuyển hóa nitơ hữu cơ và amonia thành nitrat NO3 - . Mặt khác, hệ thống phân phối khí còn có chức năng xáo trộn đều nƣớc thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý. Tải trọng chất hữu cơ của bể thổi khí thƣờng dao dộng từ 0,32 - 0,64 kg BOD/m 3.ngày đêm và thời gian lƣu nƣớc dao động từ 4-12h. Oxy hóa và tổng hợp CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dƣỡng + vi khuẩn hiếu khí  CO2 + H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác Hô hấp nội bào C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn  5CO2 + 2H2O + NH3 + E Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lƣợng bùn vi sinh trong bể đồng thời lƣợng bùn ban đầu sau thời gian sinh trƣởng phát triễn sẽ giảm khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nƣớc thải và chết đi. Do đó, bể lắng 1 (hay còn gọi là bể lắng bùn sinh học) đƣợc thiết kế để thu gom lƣợng bùn này và giữ lại lƣợng bùn có khả năng xử lý tốt. Bể lắng bùn đƣợc thiết kế đặc biệt tạo môi trƣờng tĩnh cho bông bùn lắng xuống đáy bể và đƣợc gom vào tâm nhờ hệ thống gom bùn lắp đặt dƣới đáy bể. Bùn sau khi Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 42 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung lắng có hàm lƣợng SS = 8.000 mg/L, một phần sẽ tuần hoàn trở lại bể sinh học (25- 75% lƣu lƣợng) để giử ổn định mật độ cao vi khuẩn tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, đồng thời ổn định nồng độ MLSS = 3000 mg/L. Độ ẩm bùn dao động trong khoảng 98.5 - 99.5%. Phần nƣớc trong sau lắng đƣợc thu lại bằng hệ máng thu nƣớc đƣợc bố trí trên bề mặt bể và tiếp tục đƣợc dẫn sang cụm bể keo tụ - tạo bông. Nguyên tắc của quá trình keo tụ là khi hoá chất keo tụ nào đó cho vào nƣớc thô chứa cặn lắng lắng chậm/không lắng đƣợc. Các hạt cặn mịn kết tụ với nhau hình thành các bông cặn lớn, bông cặn có thể tách khỏi nƣớc bằng lắng trọng lực. Mục đích của quá trình keo tụ là làm giảm độ đục, khử màu, cặn lơ lửng và vi sinh. Nƣớc từ cụm bể Keo tụ - Tạo bông chảy sang bể lắng hoá lý, bể này có nhiệm vụ tách cặn từ quá trình keo tụ - tạo bông. Với bể keo tụ, thời gian tiếp xúc tối thiểu là 1 phút ở tốc độ khuấy nhanh; Với bể tạo bông, thời gian tiếp xúc tối thiểu là 10 phút ở tốc độ khuấy chậm; Công đoạn xử lý hóa lý bao gồm các khâu: + Keo tụ bằng PAC, phèn sắt hoặc phèn nhôm. + Tạo bông bằng polymer dạng cationic. + Lắng tách cặn bằng bể lắng ly tâm có vách nghiêng hướng dòng. Sau quá trình keo tụ – tạo bông, nƣớc thải sẽ tự chảy qua bể lắng 2 (bể lắng bùn hóa lý). Bể đƣợc thiết kế tƣơng tự nhƣ bể lắng 1, đáy bể đƣợc thiết kế dốc và thiết bị gom bùn giúp bùn trƣợt về phía đáy. Bông bùn sẽ lắng xuống đáy bể và đƣợc thu gom đƣa về bể nén bùn. Phần nƣớc trong bên trên sẽ đƣợc khử trùng, tiêu diệt các vi khuẩn gây hại nhƣ ecoli, vi khuẩn tả… bằng chlorine tại bể khử trùng trƣớc khi dẫn ra nguồn tiếp nhận trong khu vực.. Nƣớc thải xả vào nguồn tiếp nhận đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT. Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lƣợng bùn vi sinh trong bể đồng thời lƣợng bùn ban đầu sau thời gian sinh trƣởng phát triển sẽ giảm khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nƣớc thải và chết đi. Lƣợng bùn này còn gọi là bùn dƣ và đƣợc đƣa về Hồ chứa bùn dƣ cùng với bùn phát sinh từ quá trình keo tụ. Định kỳ lƣợng bùn này đƣợc thu gom làm phân bón hoặc giao cho đơn vị thu gom. 3.2.3. Đề xuất công nghệ cho phƣơng án 2 Quy trình công nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải phƣơng án 2 đƣợc trình bày nhƣ hình vẽ sau: Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 43 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Hình 3.2: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải ( phương án 2) HCl khƣ̉ trùng Máy thổi khí Al2(SO4)3 Polyme Nƣớc thải Xả ra nguồn tiếp nhận (QCVN 24-2009, Loại B) Bể gom nƣớc thải Tách rác tinh Rác thô Hồ điều hòa Bể UASB Bể Aerotank Bể lắng bùn sinh học Bể keo tụ Bể tạo bông Bể lắng bùn keo tụ Bể khử trùng Sân phơi bùn Bùn tuần hoàn Bùn dư Thu gom định kỳ Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 44 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Thuyết minh quy trình công nghệ: Nƣớc thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy theo hệ thống thu gom vào các hố gom trƣớc khi bơm vào hệ thống xử lý nƣớc thải; Nƣớc thải (NT) từ các xƣởng sản xuất theo mạng lƣới thoát nƣớc riêng đƣợc dẫn đến bể gom có đặt song chắn rác. Song chắn rác tinh dạng trống quay với kích thƣớc khe hở 1 - 2mm có nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ có kích thƣớc nhƣ bao bì, vỏ cà phê… nhằm tránh gây hƣ hại bơm hoặc tắc nghẽn các công trình phía sau. Nƣớc thải từ bể gom đƣợc bơm lên bể điều hòa sau khi qua thiết bị tách rác tinh. Các lợi ích cơ bản của việc điều hòa lƣu lƣợng là: (1) quá trình xử lý sinh học đƣợc nâng cao do giảm đến mức thấp nhất hiện tƣợng “shock” tải trọng, các chất ảnh hƣởng đến quá trình xử lý có thể đƣợc pha loãng, pH có thể đƣợc trung hòa và ổn định; (2) chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý đƣợc cải thiện do tải trọng chất thải lên các công trình ổn định. Với trình độ kỹ thuật tự động hóa nhƣ hiện nay, thể tích bể điều hòa và chi phí điện năng tại nhà máy xử lý giảm đáng kể. Dung tích chứa nƣớc càng lớn thì độ an toàn về nhiều mặt càng cao. Từ bể điều hòa, nƣớc thải đƣợc bơm đều và liên tục vào bể sinh hoc̣ ky ̣khí UASB. Tại bể này nƣớc thải đƣợc phân phối từ dƣới đáy đi lên mặt bể, đi qua lớp vi sinh lơ lửng một phần các chất ô nhiễm đƣợc vi sinh vật hấp thụ và tiêu hóa.. Nƣớc thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí đƣợc dẫn sang bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể chia thành hai loại chính (1) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng lơ lửng (suspended growth biological treatment processes), và (2) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng dinh bám (attached growth biological treatment processes). Mỗi loại quá trình có nhiều công trình ứng dụng khác nhau, nhƣ quá trình (1) có các loại công trình (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục SBR (sequencing batch reactor), (c) bể bùn hoạt tính từng bậc SASR (staged activated-sludge reactor,.., quá trình (2) có các loại công trình (d) bể lọc sinh học (trickling filter), (e) thiết bị sinh học quay RBC (rotating biological contactor, ... Sau khi đánh giá các quá trình và công trình xử lý về nhiều yếu tố, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống với các chức năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitrate hóa đƣợc lựa chọn vì các ƣu điểm sau: (1) có khả năng kết hợp các quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ, nitrate hóa và khử nitơ, (2) dễ vận hành, (3) các thiết bị dễ chọn lựa và thay thế, (4) trình độ công nhân vận hành không đòi hỏi cao, và (5) Việt Nam có nhiều kinh nghiệm với quá trình này. Tại bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, các tạp chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan còn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí tiếp tục đƣợc xử lý và chuyển hóa thành bông bùn sinh học. Hai máy thổi khí (Air Blower) hoạt động luân phiên và hệ thống phân phối dạng đĩa có hiệu quả cao với kích thƣớc bọt khí nhỏ hơn 10m sẽ cung cấp Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 45 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung oxi cho bể sinh học. Lƣợng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hóa chất hữu cơ thành nƣớc và carbonic, chuyển hóa nitơ hữu cơ và amonia thành nitrat NO3 -. Mặt khác, hệ thống phân phối khí còn có chức năng xáo trộn đều nƣớc thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý. Tải trọng chất hữu cơ của bể thổi khí thƣờng dao dộng từ 0,32 - 0,64 kg BOD/m 3.ngày đêm và thời gian lƣu nƣớc dao động từ 4-12h. Oxy hóa và tổng hợp CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dƣỡng + vi khuẩn hiếu khí  CO2 + H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác Hô hấp nội bào C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn  5CO2 + 2H2O + NH3 + E Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lƣợng bùn vi sinh trong bể đồng thời lƣợng bùn ban đầu sau thời gian sinh trƣởng phát triễn sẽ giảm khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nƣớc thải và chết đi. Do đó, bể lắng 1 (hay còn gọi là bể lắng bùn sinh học) đƣợc thiết kế để thu gom lƣợng bùn này và giữ lại lƣợng bùn có khả năng xử lý tốt. Bể lắng bùn đƣợc thiết kế đặc biệt tạo môi trƣờng tĩnh cho bông bùn lắng xuống đáy bể và đƣợc gom vào tâm nhờ hệ thống gom bùn lắp đặt dƣới đáy bể. Bùn sau khi lắng có hàm lƣợng SS = 8.000 mg/L, một phần sẽ tuần hoàn trở lại bể sinh học (25- 75% lƣu lƣợng) để giử ổn định mật độ cao vi khuẩn tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, đồng thời ổn định nồng độ MLSS = 3000 mg/L. Độ ẩm bùn dao động trong khoảng 98.5 - 99.5%. Phần nƣớc trong sau lắng đƣợc thu lại bằng hệ máng thu nƣớc đƣợc bố trí trên bề mặt bể và tiếp tục đƣợc dẫn sang cụm bể keo tụ - tạo bông. Nguyên tắc của quá trình keo tụ là khi hoá chất keo tụ nào đó cho vào nƣớc thô chứa cặn lắng lắng chậm/không lắng đƣợc. Các hạt cặn mịn kết tụ với nhau hình thành các bông cặn lớn, bông cặn có thể tách khỏi nƣớc bằng lắng trọng lực. Mục đích của quá trình keo tụ là làm giảm độ đục, khử màu, cặn lơ lửng và vi sinh. Nƣớc từ cụm bể Keo tụ - Tạo bông chảy sang bể lắng hoá lý, bể này có nhiệm vụ tách cặn từ quá trình keo tụ - tạo bông. Với bể keo tụ, thời gian tiếp xúc tối thiểu là 1 phút ở tốc độ khuấy nhanh; Với bể tạo bông, thời gian tiếp xúc tối thiểu là 10 phút ở tốc độ khuấy chậm; Công đoạn xử lý hóa lý bao gồm các khâu: + Keo tụ bằng PAC, phèn sắt hoặc phèn nhôm. + Tạo bông bằng polymer dạng cationic. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 46 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung + Lắng tách cặn bằng bể lắng ly tâm có vách nghiêng hướng dòng. Sau quá trình keo tụ – tạo bông, nƣớc thải sẽ tự chảy qua bể lắng 2 (bể lắng bùn hóa lý). Bể đƣợc thiết kế tƣơng tự nhƣ bể lắng 1, đáy bể đƣợc thiết kế dốc và thiết bị gom bùn giúp bùn trƣợt về phía đáy. Bông bùn sẽ lắng xuống đáy bể và đƣợc thu gom đƣa về bể nén bùn. Phần nƣớc trong bên trên sẽ đƣợc khử trùng, tiêu diệt các vi khuẩn gây hại nhƣ ecoli, vi khuẩn tả… bằng chlorine tại bể khử trùng trƣớc khi dẫn ra nguồn tiếp nhận trong khu vực.. Nƣớc thải xả vào nguồn tiếp nhận đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT. Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 47 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung CHƢƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 4.1. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ CHO PHƢƠNG ÁN 1: Lƣulƣợng sử dụng để tính toán cho các bể trƣớc bể điều hòa: Lƣu lƣợng trung bình h: hmQhtb /66,16 24 400 3 Lƣu lƣợng trung bình giây: )/(6,4 3600 100066,16 slQ stb    Lƣu lƣợng giờ lớn nhất: o h tb h kQQ max Với ko là hệ số theo giờ lớn nhất Bảng 4.1:Hệ số không điều hoà phụ thuộc vào lưu lượng nước thải theo tiêu chuẩn ngành mạng lưới bên ngoài và công trình 20-TCVN-51-84 Hệ số không điều hòa chung ko Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình (l/s) 5 10 20 50 100 300 500 1000 5000 K0 max 2.5 2.1 1.9 1.7 1.6 1.55 1.5 1.47 1.44 K0 min 0.38 0.45 0.5 0.55 0.59 0.62 0.66 0.69 0.71 Nội suy ta đƣợc K0 max =2,5 Vậy lƣu lƣợng giờ lớn nhất: hmQh /65,415,266,16 3max  Lƣu lƣợng giây lớn nhất: slQ s /5,115,26,4max  Đường ống dẫn nước thải: Chọn vận tốc nƣớc chảy 1m/s ( V = 0.6- 1m/s) Dống = )(13.0 14.31 /014.044 3 m sm V Q        Chọn loại ống PVC 140 mm 4.1.1.Song chắn rác:  Kích thước mương đặt song chắn rác: - Độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lƣới thoát nƣớc bẩn là H = - 0,4 m. - Đƣờng kính ống thoát nƣớc thải là θ = 140 mm. - Kích thƣớc mƣơng: Rộng B = 1 (m), thuỷ lực i = 0,0045 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 48 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung - Chọn tốc độ dòng chảy trong mƣơng Vs = 0,7 m/s (TCXDVN 51: 2006/16) Vậy chiều cao lớp nước trong mương là Chọn kích thƣớc thanh rộng  dày = b  d = 5 mm  25 mm và khe hở giữa các thanh W = 20 mm. [Nguồn: Bảng 9 – 3 trang 412, tính toán thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải và khu công nghiệp – Lâm Minh Triết, Nguyễn Phi Hùng, Nguyễn Phƣớc Dân]. Kích thước song chắn - Song chắn rác đƣợc đặt nghiêng một góc 600 so với mặt đất. - Mối quan hệ giữa chiều rộng mƣơng, chiều rộng thanh và khe hở nhƣ sau: B = n  b + ( n + 1)  W 1000 = n  5 + ( n + 1)  20 Suy ra 2.39 25 980 n  chọn n = 40 - Khoảng cách giữa các thanh là: 1000 = 40  5 + (40 + 1)  W 1000 =200 + 41W Suy ra W = mm5.19 41 800  - Tổn thất áp lực qua song chắn: Tổng tiết diện các khe qua song chắn, A: A = ( B – b  n)  h  Trong đó: B = Chiều rộng mƣơng đặt song chắn rác  b = Chiều rộng thanh song chắn, m.  n = Số thanh  h = Chiều cao lớp nƣớc trong mƣơng, m A = ( 1 – 0.005  40 )  0.05 = 1,99 ( m 2 ) Vận tốc dòng chảy qua song chắn: )/(21.0112.0 0115,0 max sm A Q V s  Tổn thất áp lực qua song chắn rác: )(05.0 3.07.03600 65,41 3600 max m BV Q h s h      Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 49 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung k g V hs    2 2 max Trong đó: Vmax = 0.25m/s  g : gia tốc trọng trƣờng (m/s), g = 9.81  k : hệ số tính đến sự tổn thất do rác đọng lại ở song chắn rác,  k = 2-3; chọn k = 3   : hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh chắn rác đƣợc tính bởi:  sin 3/4        b S   : hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh. Đối với thanh tiết diện ngang hình chữ nhật  = 2.42 25.060sin 025.0 005.0 42.2 0 3/4        )(00040.0381.92 )1.0(25.0 2 2 OmHhs     - Chiều rộng của song chắn rác: Bs = s ( n -1 ) + ( W n) Bs = 0.025  ( 40 -1) + 0.02  40 = 1.775 ( m ) Trong đó:  S : Bề dày của song chắn rác  W: Khoảng cách giữa các khe hở  n : Số thanh - Chiều dài phần mở rộng trƣớc song chắn rác m tgtg BB L s 06.1 202 1775.1 2 0 1        1.1m Trong đó  Bs: Chiều rộng của song chắn rác  B : Chiều rộng của mƣơng   :Góc nghiêng chỗ mở rộng - Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 50 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung m L L 53.0 2 06.1 2 1 2  - Chiều dài xây dựng của phần mƣơng để lắp đặt song chắn: L = L1 + L2 + Ls Trong đó : Ls : Chiều dài phần mƣơng đặt song chắn L = 1.06 + 0.53 + 0.41 = 2 ( m) Bảng 4.2 Các thông số xây dựng mương đặt song chắn rác Thông số Đơn vị Kích thƣớc Bề rộng khe Bề dày của song chắn rác Số khe hở Chiều rộng mƣơng dẫn nƣớc vào Bề rộng song chắn Chiều dài mƣơng đặt song chắn Chiều sâu xây dựng mƣơng mm mm mm mm mm mm mm 20 5 40 1000 1775 2000 1300  Máy sàn rác: Nhiệm vụ: Máy sàng rác hay còn gọi là trống quay dùng để khử các chất lơ lửng có kích thƣớc nhỏ, trống quay có kích thƣớc khe (lỗ) từ 0,25 ÷ 1,5 mm. Khi tang trống quay, nƣớc thải đƣợc lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào sự bố trí đƣờng dẫn nƣớc thải vào. Bảng 4.3Thông số thiết kế cho lưới chắn rác (hình nêm) thể hiện trong bảng sau: Thông số Lƣới cố định Lƣới quay Hiệu quả khử cặn lơ lửng, % Tải trọng, lit/m2.phút Kích thƣớc mắt lƣới, mm Tổn thất áp lực, m Công suất motor, HP Chiều dài trống quay, m Đƣờng kính trống, m 5 -25 400 – 1200 0,20 – 1,20 1,2 – 2,1 5 – 25 600 – 4600 0,25 – 1,50 0,8 – 1,4 0,5 – 3,0 1,2 – 3,7 0,9 – 1,5 Chọn lƣới quay. Tính toán: Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 51 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Chọn kích thƣớc mắt lƣới d = 0,25 mm; tải trọng 600 l/m2.phút; và hiệu quả xử lí SS sẽ là E = 25%. Diện tích bề mặt lƣới yêu cầu: .15.1 1 1000 60 1 ./600 /65,41 2 32 3max m m L x phut h x phutmL hm L Q A A h  Chọn đƣờng kính trống 0,9m; chiều dài trống 1,1m. Diện tích thực tế: Att = 3,14 x 0,9m x 1,1m = 3,11 m 2 . Tải trọng làm việc thực tế: ../223 1 1000 60 1 11,3 /65,41 2 32 3 max phutmL m L x phut h x m h A Q L tt h tt A  Hàm lƣợng SS còn lại sau qua trống: C = (1 – 0,25) x 144 mg/l = 108 mg/l. Chọn máy thích hợp có:  Kích thƣớc khe 0,25 mm  Đƣờng kính tang trống 0,9 m  Chiều dài trống 1,1 m 4.1.2.Bể thu gom: Chức năng : Bể thu gom: tập trung nƣớc thải từ hệ thống cống đƣợc tiếp nhận và phân phối cho các công trình xử lý phía sau, nhằm bảo đảm lƣu lƣợng tối thiểu cho bơm hoạt động, giảm diện tích đào sâu không hữu ích cho bể điều hòa khi không có bể thu gom. Thời gian lƣu t = 60 phút ( t = 10 – 60 phút) Thể tích hố thu nƣớc: V= 3 max 65,41 60 6065,41 60 60 m Qh     Trong đó:  t : Thời gian lƣu, t = 60 phút [ Tính toán thiết kế xử lý nước thải đô thị và công nghiêp̣ – Lâm Minh Triết]  axhmQ : Lƣu lƣợng nƣớc thải cực đại trong một giờ, axhmQ = 41,65m3/h. Kích thƣớc bể :  Chọn chiều sâu hữu ích : h1 = 2.5 m  Chiều cao bảo vệ: h2 = 0.3 m  Chiều cao bể : H = h1+ h2 = 2.5 + 0.3= 2.8(m) Diện tích bể : Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 52 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung S= 9,14 8,2 65,41  H V m 2 Bể gom đƣợc đặt âm hoàn toàn so với mặt đất hiện tại của nhà máy. Bể chia làm ba ngăn nhằm lắng sơ bộ các hạt cặn trƣớc khi đến bể điều hoà. Kích thƣớc mỗi ngăn: L x B x H =2,5 x 2 x 2,8 m. Bơm nƣớc thải vào bể điều hòa :  Chọn 2 bơm nƣớc thải hoạt động luân phiên  Lƣu lƣợng mỗi bơm Q = 41,65 m3/h = 0,01 m3/s  Cột áp bơm H = 8 m Công suất bơm : N =   1000 . gHQ = 78.01000 881.91000014,0   = 1 (kW) Trong đó:  Q: Lƣu lƣợng nƣớc thải, Q = 0,01 m3/s  H: Chiều cao cột áp, H = 8 m   : Khối lƣợng riêng của nƣớc (kg/m3)   : Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn  = 0,78 Công suất bơm thực: (lấy bằng 150% công suất tính toán) Nthực = N x 1.5 = 1.2 x 1 = 1.2 kW. Chọn bơm nƣớc thải nhúng chìm loại 1,5 Hp. Chọn hai bơm bùn đặt tại hai ngăn đầu tiên để bơm bùn định kỳ. Công suất bơm bùn định kỳ là 0,5 Hp. Bảng 4.4: Thông số xây dựng bể thu gom Thông số Giá trị Thời gian lƣu nƣớc, t(phút) 60 Kích thƣớc ngăn tiếp nhận Chiều dài, L(m) 1.5 Chiều rộng, B(m) 1.5 Chiều cao, H(m) 2.8 Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 53 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Bảng 4.5:Nồng độ ô nhiễm sau khi qua bể gom: Thông số Hiệu suất (%) Nồng độ đầu vào (mg/l) Nồng độ đầu ra (mg/l) COD 20 19426 15541 BOD5 25 12480 9360 SS 25 2752 2064 4.1.3.Bể điều hòa: Chức năng: Bể điều hòa có chức năng điều hòa lƣu lƣợng và tải lƣợng ô nhiễmtrong nƣớc thải. Mục đích của bể là kiểm soát hoặc giảm thiểu sự dao động về tính chất của nƣớc thải, tạo điều kiện tối ƣu cho quá trình và các quá trình xử lý sau.  Thể tích bể điều hòa: W= 3 max 2,333865,41 mtQ h  Trong đó :  axhmQ : lƣu lƣợng giờ cực đại của nƣớc thải, axhmQ = 41,65 m3/h  t : thời gian lƣu nƣớc cho lƣu lƣợng cực đại trong bể điều hoà , t = 4 – 8 giờ, chọn t = 8 giờ. [ Tính toán thiết kế xử lý nước thải đô thị và công nghiêp̣ – Lâm Minh Triết]  Kích thƣớc xây dựng bể điều hòa: Chọn chiều cao làm việc là: h = 4m, hbv = 0.5m Tiết diện bề mặt của bể điều hòa: 288,88 5.04 400 m hh V F bv      Chọn chiều dài bể L = 10m Chiều rộng B = 4m Bể điều hòa đƣợc thiết kế L  B  H = 9  8m  4.5m Lƣu lƣợng không khí cần cung cấp cho bể điều hoà: Lkhí = ax h mQ  a Với a: Lƣu lƣợng không khí cấp cho bể điều hoà , a = 3,74 m3 khí/ m3 nƣớc thải. [ Tính toán thiết kế xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết] Lkhí = 41,65 3,74 = 155,77m 3/giờ =0,043m3/s Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 54 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Thiết bị phân phối khí:  Ống dẫn khí: Đƣờng kính ống chính D = k k v Q.4 Vận tốc khí đi trong ống vk= 10 m/s Qk = 0,043 m 3 /s Đƣờng kính ống D = k k v Q.4 =   10 043,04 = 0.074 m = 74 mm Chọn ống thép tráng kẽm dày 1,5 mm có đƣờng kính trong  74 mm. Kiểm tra : Vk= 2. 4 D Q  = 2074,0 043,04    = 10 m/s Đƣờng kính ống nhánh D = 4. kn q v  Trên nguyên tắc phân phối lƣợng khí đều trong bể. Vậy số ống nhánh cần thiết là: 5 Lƣợng khí vào mỗi ống nhánh : q = Qk /10 = 0,043 / 10 = 0, 0043 m 3 /s Vận tốc khí đi trong ống nhánh vkn = 15 m/s > Đƣờng kính ống D = knv q.4 =   15 0043,04 = 0,019m Chọn ống thép tráng kẽm dày 1,5 mm có đƣờng kính trong D = 19 mm. Kiểm tra: vkn = 2. 4 D q  = 2019,0. 0043,04   = 15 m /s Ống nhánh đƣợc đặt dọc theo chiều dài bể. Mỗi ống nhánh cách nhau 2000 mm, hai ống nhánh giáp tƣờng cách tƣờng 1000 mm. Khoảng cách từ đáy bể đến thiết bị phân phối khí là 0,2 m.  Đĩa phân phối khí: Số đĩa cần phân phối trong bể : Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 55 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung kkQ (L/phut) 2367N 15,77 150(L/phut .dia) 150    (đĩa) Chọn số đĩa cần phân phối N = 16 đĩa. Số đĩa trong 1 nhánh ống : 2 đĩa Mỗi đĩa cách nhau 2000 mm, hai đĩa cách hai đầu ống 1500 mm. Bảng 4.6 Thông số ô nhiễm sau khi qua bể điều hoà. Thông số Hiệu suất (%) Nồng độ đầu vào (mg/l) Nồng độ đầu ra (mg/l) COD 5 15541 14764 BOD5 5 9360 8892 SS 5 2064 1961 Tổng N 0 209 209 Tổng P 0 10 10 Bảng 4.7 Thông số xây dựng bể điều hoà. Thông số Đơn vị Kích thƣớc Chiều dài mm 10000 Chiều rộng mm 4000 Chiều cao mm 4500 4.1.4. Bể sinh học kỳ khí vật liệu đệm Nƣớc thải trƣớc khi chảy sang bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm (UAF) phải đảm bảo hàm lƣợng dinh dƣỡng cho vi sinh vật phát triển. Hàm lƣợng dinh dƣỡng tối ƣu khi vào bể UAF là COD : N : P = 350 : 5 : 1. (Theo Trịnh Xuân Lai, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải) Trên thực tế tỷ số này là: COD : N : P = 6710 : 95 : 1. Nhƣ vậy, hàm lƣợng P còn thiếu nhiều so với nhu cầu của vi sinh. Tuy nhiên, nếu châm P theo đúng tỷ lệ tối ƣu trƣớc khi vào bể UAF thì các công trình đơn vị sau sẽ dƣ hàm lƣợng P. Mặt khác, sẽ làm nƣớc thải sau xử lý sẽ thừa hàm lƣợng P theo tiêu chuẩn. Chọn hàm lƣợng P trƣớc khi vào bể UAF là 10 mg/l. Hàm lƣợng cần thiết phải châm vào bể điều hoà: Pvào = 10 – 2,2 = 7,8 mg/l Khối lƣợng P cần châm vào bể trong một ngày: Lvào = Pvào x Q = 7,8 x 200 = 1560 g/ngày = 1,56 kg/ngày Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê, công suât 400 m3/ngày đêm” GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 56 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Chọn dd K2HPO4 châm vào trong bể. Vậy khối lƣợng K2HPO4 nguyên chất sử dụng mỗi ngày là 7,8 kg/ngày. Bơm định lƣợng: Lƣu lƣợng dung dịch K2HPO4 5% cần thiết đƣa vào nƣớc trong 1 giờ: q= 3,4 10024 05,01000400 100    a Q l/h = 0,0083 m 3 /h Chọn máy bơm định lƣợng kiểu màng thay đổi từ 0 – 2 (m3/h), áp lực đẩy H = 15m. Chức năng của bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm UAF là thực hiện phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí thành các dạng khí sinh học và các sản phẩm hữu cơ khác . Lƣợng COD cần khử mỗi ngày : G = 400(m 3 )x(14764 – 3691)x10-3 = 4429 kgCOD/ngày. Tải trọng khử COD của bể , chọn a = 3,6 kgCOD/m3.ngày[ Tính toán thiết kế xử lý nước thải đô thi ̣và công nghiệp – Lâm Minh Triết] Thể tích hiệu dụng bể kỵ khí cần thiết : V= 3 1230 6,3 4429 m a G  Tổng chiều cao của bể : H = H1 + H2 + H3 + H4  H1 : Chiều cao phần xử lý kỵ khí có vật liệu đệm.Chọn H1 = 3 m.  H2 : Chiều cao phần đáy, chiều cao này phải lớn hơn 1m để đảm bảo nƣớc không bị xáo trộn trƣớc khi vào vùng có vật liệu đệm. Chọn H2 = 1,5 m  H3 : Chiều cao phần nƣớc sau khi ra khỏi vùng xử lý kỵ khí vậ