Nghiên cứu thiết kế cơ sở xử lý nước thải sản xuất cồn từ rỉ đường của nhà máy Đường Việt Trì

LỜI CÁM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS-TS Đinh Văn Sâm đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án .Trong quá trình làm đồ án này em không tránh được những thiếu sót do đó em rất mong được sự thông cảm, chỉ bảo và giúp đỡ của thầy để em được tiến bộ hơn . Em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy cô giáo , các anh chị cán bộ trong Viện Khoa Học Công Nghệ và Môi Trường đã giảng dạy cho em trong suốt 3 năm học vừa qua . Qua đây cho em gửi lời kính chúc sức khoẻ tới toàn thể các thầy cô giáo trong viện một lời chúc tốt đẹp nhất. MỤC LỤC Mở đầu Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐƯỜNG VÀ RƯỢU CỒN VIỆT TRÌ I.1. Giới thiệu chung ………………………………………………….….5 I.1.1 Vị trí mặt bằng xây dựng …………………………………………...6 I.1.2 Đặc điểm tình hình hoạt động của nhà máy ………………….…..6 I.1.3 Các sản phẩm chính của nhà máy …………………………………7 I.2 Quy trình công nghệ sản xuất rượu cồn của nhà máy…………..8 I.2.1 Công nghệ sản xuất cồn …………………………………………….8 I.2.2 Hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy ……………………………12 Chương II : HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA NHÀ MÁY VÀ CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ II.1 Hiện trạng môi trường của nhà máy…………………………….14 II.2 Các tác động đến môi trường do hoạt động sản xuất cồn của nhà máy……………………………………………………………………15 II.2.1 Tác động tới môi trường nước ……………………………………15 II2.2 Tác động tới môi trường không khí………………………………15 II.2.3 Tác động tới tài nguyên sinh vật và hệ sinh thái……………….16 II.3 Các giải pháp quản lý và khắc phục những ảnh hưởng đến môi trường …………………………………………………………………….17 II.3.1 Các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu và xử lý ô nhiễm nước thải………………………………………………………………………….17 II.3.2 Các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu và xử lý ô nhiễm khí II.3.3 Xử lý và tận thu bã thải rắn……………………………………….17 Chương III : GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN III.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải nói chung …………19 III.1.2 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy rượu cồn trên thế giới…..35 III.1.3 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy rượu cồn ở Việt nam……39 III.2 Lựa chọn - đề xuất phương án xử lý nước thải………………..40 III.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị – các yếu tố ảnh hưởng ………………………………………………………………...45 Chương IV : TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CƠ SỞ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY IV.1. Cân bằng vật liệu trong dây truyền sản xuất cồn……………53 IV.2. Tính toán và thiết kế các thiết bị chính trong dây chuyền xử lý nước thải………………………………………………………………..55 IV.2.1. Bể điều hoà và lắng………………………………………….. 55 IV.2.2. Bể UASB………………………………………………………. 60 IV.2.3. Bể aeroten……………………………………………………… 63 IV.2.4. Bể lắng thứ cấp………………………………………………… 69 IV.2.5. Bể tự hoại xử lý bùn…………………………………………… 73 IV .2. Tính toán thiết bị phụ trợ……………………………………. IV.2.1 Hệ thống mạng ống dẫn khí và nước thải trong quá trình xử lý IV.2.2. Máy thổi khí ………………………………………………….. 76 IV.2.3. Tính toán bơm………………………………………………… 79 Chương V: DỰ TOÁN CHI PHÍ XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG V.1. Dự toán chi phí xây dựng cơ bản ………………………………... 82 V.2 Dự toán chi phí vận hành hệ thống………………………….. …. 82 V.3. Quản lý vận hành hệ thống xử lý nước thải………………… …. 86 KẾT LUẬN ………………………………………………………….. TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………  MỞ ĐẦU Rỉ đường là phế thải của nhà máy đường , thường chiếm khoảng 2,5- 5 % lượng nguyên liệu đầu vào (cây mía). Đã từ lâu rỉ đường được tận thu để làm nguyên liệu sản xuất cồn . Và công nghiệp sản xuất cồn từ rỉ đường gắn liền với công nghệ sản xuất đường . Hiện nay ở nước ta có khoảng 64 nhà máy đường hoạt động với tổng sản lượng 1,2 triệu tấn đường / năm , sự lớn mạnh và phát triển của ngành công nghiệp sản xuất đường sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất cồn từ rỉ đường .Việc tận thu rỉ đường từ các nhà máy đường không chỉ góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do quá trình sản xuất đường gây ra mà còn đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân , tạo công ăn việc làm cho người lao động , đem lại lợi nhuận cho nhà máy . Mặt khác cồn là một sản phẩm có giá trị trong sinh hoạt và được làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác như: Dược phẩm, Hoá chất, chế biến gỗ, trong quốc phòng, trong y tế vv…Vì yêu cầu nhiều về sản lượng cồn. Cho nên không những từ rỉ đường mà người ta còn tận dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác để sản xuất cồn như gạo, ngô, sắn v.v… Tuy nhiên, bên cạnh các lợi ích to lớn về kinh tế, các cơ sở sản xuất cồn cũng đưa lại nhiều hệ quả xấu đối với môi trường sinh thái và chất lượng cuộc sống của cộng đồng …Mặt khác cồn rượu còn là một dây truyền thực phẩm do đó nó đòi hỏi chất lượng vệ sinh môi trường. Vì vậy vấn đề môi trường còn là tiêu chí để sản phẩm của nhà máy có khả năng cạnh tranh trên thị trường và có thể xuất khẩu ra các nước trên thế giới . Nguồn gây ô nhiễm chính trong sản xuất cồn từ rỉ đường là nước thải ( đặc biệt là nước thải đáy tháp thô ). Lượng nước này chiếm khoảng 20-25 lần so với lượng cồn sản xuất ra , đồng thời có tải lượng các chất ô nhiễm hữu cơ rất lớn , rễ chuyển hoá gây ô nhiễm tới nguồn tiếp nhận. Đặc biệt đối với nguồn nước mặt ( Gây hiện tượng phì dưỡng , thiếu O2 ,ảnh hưởng xấu tới hệ sinh thái trong nước vv…)Trong điều nhiệt đới ẩm của Việt Nam các dòng thải này còn có khả năng chuyển thành các ổ dịch bệnh truyền nhiễm. Và ngày nay nguồn nước thải của phân xưởng sản xuất cồn luôn được coi là một vấn đề quan tâm trong quản lý môi trường của các địa phương nơi có nhà máy sản xuất cồn. Trong mấy năm gần đây một số cơ sở sản xuất cồn đã có chú ý tới việc xử lý nguồn thải của mình . Tuy nhiên do còn nhiều khó khăn cho nên sự thành công của các cơ sản xuất này còn rất ít . Đề tài : “ Nghiên cứu thiết kế cơ sở xử lý nước thải sản xuất cồn từ rỉ đường của nhà máy Đường Việt Trì” này nhằm giải quyết được một phần nào đó các vấn đề đã nêu ở trên . Nội dung của đề tài bao gồm : + Phân tích, đánh giá nguồn thải ô nhiễm + Thu thập các thông tin về giải pháp khắc phục + Lựa chọn và đề xuất dây truyền xử lý nước thải cho nhà máy  + Tính toán thiết kế các thiết bị trong dây truền xử lý + Tính toán kinh tế trong xử lý nước thải Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐƯỜNG VÀ RƯỢU CỒN VIỆT TRÌ I.1. GIỚI THIỆU CHUNG: I.1.1. Vị trí , mặt bằng xây dựng của nhà máy: Nhà máy được xây dựng trên diện tích là 40000 m2. Trong khu công nghiệp phía nam Thành Phố Việt Trì thuộc địa bàn Phường Thanh Miếu: Vị trí của nhà máy: + Phía Nam giáp Sông Hồng + Phía Đông giáp với nhà máy nhuộm Păngrin + Phía Bắc giáp với đường quốc lộ + Phía Tây giáp với nhà máy giấy Việt Trì và hố xỉ than nhà máy điện Nhà máy đường Việt Trì nằm ở một vị trí rất thuận lợi về giao thông , nằm giữa quốc lộ số 2, đường sắt Hà Nội – Lào Cai và Sông Hồng vì vậy rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên vật liệu, nhiên liệu sản phẩm của nhà máy cũng như máy móc thiết bị phụ tùng phục vụ cho sản xuất. Do nhà máy nằm gần hai con Sông Hồng và Sông Lô nên rất thuận lợi cho việc cung cấp nước cho quá trình sản xuất và xả nước thải ra ngoài sông tiết kiệm được đường ống dẫn nước thải ra sông. Điều kiện về khí hậu : + Khí hậu mang tính chất của đồng bằng châu thổ sông Hồng, nóng ẩm mưa nhiều, chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa. Thời tiết trong năm được chia làm hai mùa rõ rệt đó là: mùa mưa và mùa khô + Mùa mưa từ tháng 5 – 10, thời tiết nóng ẩm mưa nhiều, lượng nước mưa chiếm khoảng 80% cả năm. Đặc biệt có những trận mưa rào có cường độ lớn kèm theo dông bão kéo dài từ 3-5 ngày gây ngập úng cho toàn khu vực. + Mùa khô kéo dài từ tháng 11 – 5 năm sau lượng mưa ít, có những thời kì khô hanh kéo dài từ 15-20 ngày. Làm cho nhiều diện tích sông ngài bị cạn khô, gây khó khăn cho việc cấp nước cho nhà máy trong quá trình sản xuất. I.1.2. Đặc điểm tình hình hoạt động của nhà máy: Cùng với khu công nghiệp Việt Trì, nhà máy đường Việt Trì được khởi công xây dựng từ năm 1958 với sự giúp đỡ của Trung Quốc và Liên Xô cũ. Nhà máy hoàn thành và đi vào hoạt động cuối năm 1960 với công suất thiết kế 350 tấn mía /ngày. Và tận dụng rỉ đường để sản xuất cồn với công suất là 3000 l/ngày . I.1.3 Các nguồn nguyên liệu và sản phảm chính của nhà máy a. Các nguồn nguyên liệu: Nguyên liệu để sản xuất đường là mía, nguồn nguyên liệu này được cung cấp từ các vùng lân cận của nhà máy như: Huyện Tam Đảo, Vĩnh Lạc, Vĩnh Tường vv…  Bảng 1.1 :Thành phần hoá học của cây mía: stt Thành phần % khối lượng 1 Các loại đường 12,5 2 Các chất sơ 10- 14,2 3 Hợp chát nitơ 0,4- 0,5 4 axit hữu cơ và sáp 0,4 – 0,5 5 Tro O,5 - o,6 6 Nước 80 Trong quá trình sản xuất đường thì tạo ra rỉ đường và được tận thu làm nguyên liệu cho sản xuất cồn.  Bảng 1.2: Thành phần tính chất hoá học của rỉ đường: Thành phần Hàm lượng Thấp nhất Cao nhất Trung bình Chất khô 78,9 84 80,2 pH 6,5 9,5 8 Chất keo ( hoà tan)% 2,4 4.8 3,2 Nitơ tổng % 1,56 2,06 1,73 P2O5 % 0,039 0,055 0,044 SO2 % 0,012 0,157 0,025 CaO % 0,17 1,92 0,73 Hàm lượng đường % 47,8 54,5 49,9 đường khử % 0,12 1,62 0,42 Rafinora % 0,56 1,38 0,89 Chất tro % 8,2 12,9 10,2 Axit bay hơi % ( tính theo axetic) 0,95 1,53 1,16 Qua bảng thành phần hoá học của rỉ đường, ta thấy hàm lượng đường trong rỉ đường chiếm một hàm lượng rất lớn do đó rất thuận lợi cho việc lên men để sản xuất cồn. Phương pháp sản xuất cồn từ rỉ đường có thuận lợi hơn phương pháp dùng tinh bột để sản xuất cồn vì dùng rỉ đường chúng ta không phải qua khâu nấu và đường hoá. Do đó công nghệ sản xuất cũng đơn giản hơn, tiết kiệm chí phí trong quá trình xản xuất. Và giảm lượng nước thải ra môi trường trong quá trình rửa thiết bị nấu và đường hoá. Chính vì những thuận lợi đó của rỉ đường mà người đã tận thu để sản xuất cồn . Bên cạnh đó trong rỉ đường có chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao, với nhiều hợp chất hữu cơ ở dạng keo không phân huỷ trong quá trình lên men đã theo nước thải ra ngoài gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng . b. Các sản phẩm chính của nhà máy: Ngoài sản phẩm chính là đường ra trong quá trình sản xuất đường sinh ra rỉ đường và người ta đã tận thu rỉ đường để sản xuất cồn ,vừa góp phần giảm thiểu và bảo vệ môi trường trong quá trình sản xuất đường vừa đem lại lợi ích kinh tế cho nhà máy. Mặt khác nó còn cung cấp một lượng lớn rượu cồn cho xã hội. Trong quá trình sản xuất cồn ta lại thu được khí CO2 sạch trong quá trình lên men có thể đem bán cho các nhà máy giả khát Ngoài các sản phẩm như: Đường, Cồn, khí CO2 ra thì trong nhà máy còn sản xuất cả bia hơi. I.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN TỪ RỈ ĐƯỜNG CỦA NHÀ MÁY ĐƯỜNG VIỆT TRÌ I.2.1 Công ngệ sản xuất cồn: I.2.1.1 Sơ đồ công nghệ: (như hình vẽ ) I.2.1.2 Giải thích dây truyền công nghệ Pha loãng và axid hoá Chúng ta cần phải pha loãng và axit hoá rỉ đường vì rỉ đường thường có nồng độ chất khô rất cao từ 80 – 85 Bx không thể lên men rượu ngay được cần phải pha loãng tới nồng độ thích hợp. Còn nếu pha loãng đến nồng độ thấp quá sẽ tốn nhiều thiết bị và năng lượng. Trong thực tế, với nồng độ rỉ đường thích hợp là 45-50 0Bx thì tiến hành xử lý có hiệu quả tốt, bảo đảm cho kết tủa các chất . 2. Quá trình axit và thanh trùng. Sau khi pha loãng thì dùng H2SO4 hoặc dùng HCl acid hoá, tuỳ theo chất lượng của rỉ đường mà cho lượng H2SO4 , HCl vào khác nhau để đạt được độ pH = 4,5- 4,8, tạo điều kiện tốt cho quá trình lên men. Lượng axit HCl tiêu hao khoảng 23,5 kg/1000l cồn. Mục đích của quá trình acid hoá là để tách bớt tạp chất tro, keo, và tạo độ pH thích hợp cho quá trình lên men. Sau đó phải tiến hành sát trùng dịch rỉ đường. Có thể sử dụng nhiều chất sát trùng khác nhau như: Pentaclorophênol, formalin, clorua vôi, và phổ biến hiện nay ở Việt Nam là sử dụng thuốc trừ sâu (Na2SiF6). Lượng Na2SiF6 chiếm khoảng 12-13 kg/1 tấn rỉ đường. Mục đích của việc sát trùng là để tiêu diệt các vi sinh vật có trong dấm chín , nhằm tạo điều kiện tốt cho quá trình lên men phát triển. Sau đó làm lạnh tới nhiệt độ lên men và tiến hành lên men. Trong giai đoạn này chúng ta cần phải bổ sung chất dinh dưỡng. Để tăng dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng của nấm men, cần thiết phải cho thêm đạm và photpho ( vì rỉ đường thường là chất nghèo các chất ding dưỡng cho nấm men hoạt động ). 3. Quá trình lên men: Sau khi pha loãng, acid hoá và thanh trùng được dung dịch rỉ đường có điều kiện thích hợp ta cho tiến hành lên men: Phản ứng chính trong quá trình lên men là: Men giống C6H12O6 C2H5OH + CO2 + Q To=300C,pH=4,3-4,5 Ngoài phản ứng chính ra trong quá trình lên men còn xảy ra rất nhiều các phản ứng khác và tạo ra rất nhiều các tạp chất trong dấm chín như: Các rượu bậc cao, các acid hữu cơ, este, các hợp chất cao phân tử khác v.v.. Phản ứng lên men thuộc quá trình chuyển khối, trao đổi nhiệt: Đường thẩm thấu qua màng tế tào men Phản ứng vi sinh tạo ra rượu và CO2 là chính Khuếch tán sản phẩm ra bên ngoài qua màng tế bào men * Rượu êtylic dễ hoà tan nhanh chóng khuếch tán vào trong nước. Khí CO2 khó hoà tan nhanh chóng bão hoà tạo khí CO2 đi lên. Trong quá trình đi lên bọt khí CO2 bám quanh tế bào men làm cho VSV cũng nổi lên, khi lên đến bề mặt khí CO2 thoát ra, con men lại chìm xuống. Và quá trình cứ thế diễn ra làm tăng quá trình chuyển khối tạo điều kiện cho quá trình lên men được tốt hơn . Pha loãng sơ bộ Axit hoá thanh trùng Lên men Chưng cất Thô Tháp tách trung gian Tháp tinh chế Na2SiF6 Nước đưa đi xử lý Nước Nước H2SO4 Nước vệ sinh thiết bị Nước vệ sinh thiết bị Nước vệ sinh t CO2 Nước làm lạnh Men giống Hơi nước Nước thải đáy tháp thô Hơi nước Hơi nước Cồn sản phẩm Nước làm lạnh và ngưng tụ Rầu fuzen Nước thải đáy Nước cho tuần hoàn hoặc thải ra MT Rỉ đường Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất cồn từ rỉ đường và các dòng nước thải Trong quá trình lên men toả nhiệt làm cho nhiệt độ ở trong thùng lên men tăng lên, do đó trong quá trình lên men phải làm lạnh liên tục để giữ nhiệt độ ổn định trong khoảng 28 - 35 oC và duy trì pH= 4,5 – 4,8 Ngoài phản ứng chính là tạo ra rượu và khí CO2 trong quá trình lên men còn tạo ra rất nhiều tạp chất khác như là: glyxerin, axit succinic, aldehyt, metylic, axit axetic, este, pectin, valeric… Dịch sau quá trình lên men được gọi là dấm chính chứa khoảng 7- 9% thể tích cồn, phần dịch này được bơm đi chưng cất. Khí CO2 tạo ra được thu hồi trong các bình chứa. Thời gian lên men khoảng 3 ngày. 3. Quá trình chưng cất:Trong dấm chín chứa khoảng 7-9 % thể tích cồn, còn lại là các tạp chất khác như là: các tạp chất hữu cơ, các tạp chất vô cơ, các cặn bã như là: rượu metylic, glyxerin, axit succinic, aldehyt, metylic ,axit axetic, este, bã men, các muối khoáng …Vì vậy phải tiến hành chưng cất để loại bỏ các tạp trên ra khỏi rượu, và thu được cồn có nồng độ cao. Nhưng mặt khác khi chưng cất để tách các tạp chất đó ra thì chính các tạp chất đó theo nước thải ra ngoài làm ô nhiễm môi trường. Quá trình chưng cất người ta sử dụng hệ thống 3 tháp đó là: a. Tháp thô: Mục đích của tháp thô là tách kiệt rượu ra khỏi dấm chính, nồng độ đạt cực đại sản phẩm đỉnh 45 % thể tích cồn. Sản phẩm đáy là nước thải thải gồm 90- 93% là nước, 7- 10 % là chất khô.  Quá trình chưng cất bằng cách sục hơi nước trực tiếp vào đáy tháp nhiệt độ cấp vào khoảng 100-1050C, và 1 lít cồn cần cấp khoảng 5 lít hơi nước, do đó lượng hơi nước cần cấp trong một ngày vào tháp thô là 15.000 lít hơi nước /ngày. b. Tháp trung gian: Mục đích là tách các tạp chất nhẹ ra khỏi cồn: như là rượu mêtylic , các aldehyl. Sau khi tách các tạp chất nhẹ ta thu được cồn đầu không uống được nó được dùng trong các ngành công nghiệp.  Sản phẩm đáy: rượu nồng độ 40% thể tích, đun sôi đáy tháp bằng hơi nước gián tiếp. c. Tháp tinh chế: Mục đích tách nốt các tạp chất nặng, rượu bậc cao, dầu fuzen và các tạp chất khác.  Sản phẩm đáy: gồm nước thải nồng độ rượu thấp thường chiếm khoảng 0,5 – 1,5%. ở tháp tinh chế này ta có thể đun bằng hơi nước trực tiếp.  Rượu bậc cao và dầu fuzen được thu hồi làm nguyên liệu cho dầu chuối và ta thu được cồn tinh khiết ở đỉnh tháp có nồng độ cồn khoảng 96%. Cồn này có thể sử dụng để uống. I.2.2. Hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy Hiện nay nhà máy sử dụng nước cấp từ sông Lô qua hệ thống xử lý nước của thành phố và sử dụng trực tiếp cho quá trình làm lạnh, rửa vệ sinh thiết bị, vệ sinh sàn nhà. Còn riêng đối với nước dùng để pha loãng rỉ đường thì nhà máy phải có hệ thống xử lý riêng nhằm đạt tiêu chuẩn nước pha loãng để khỏi ảnh hưởng tới chất lượng cồn . Các nguồn nước thải của phân xưởng sản xuất cồn: Nước làm mát cho các thiết bị, nước ngưng tụ: Lượng nước này rất lớn, nhưng sạch có nhiệt độ khoảng 30-40 0C có thể làm giảm nhiệt độ và cho tuần hoàn lại quá trình làm lạnh hoặc có thể thải thẳng ra mà không cần xử lý. Hiện nay nhà máy thảy thẳng ra sông. Nước vệ sinh các thiết bị, nhà xưởng:  Nước thải này có đặc điểm là thể tích và tải trọng ô nhiễm không cao, chứa một ít đường, bã men, các hợp chất hữu cơ còn lại trong thiết bị, có hàm lượng chất rắn lơ lửng lớnvà một số tạp chất vô cơ khác. Nước thải này xả ra với tần suất khác nhau, phụ thuộc vào thời gian rửa thiết bị. Lưu lượng thải ra trong ngày khoảng 35 m3/ngày và có các thông số về nước thải như sau: BOD5=1000 mg/l COD =2000 mg/l SS =1000 mg/l pH= 5,5-7,5 Nước thải từ tháp tinh chế  Nước thải này có nhiệt độ cao khoảng t0=90-1000C, chủ yếu là nước, chứa phần nhỏ cồn sót, dầu fuzen và các loại rượu bậc cao. Nước thải này khi thải ra có mùi khó chịu. Có lưu lượng thải ra gấp khoảng 2-3 lần sản phẩm đỉnh. Vì vậy lưu lượng trong ngày khoảng 6-9 m3/ngày. Nước thải từ đáy tháp thô: Nước thải đáy tháp thô là nước thải đặc trưng của sản xuất cồn từ rỉ đường đó là nguồn gây ô nhiễm môi trường chủ yếu cả về số lượng lẫn nồng độ ô nhiễm. Lượng nước thải đáy tháp thô chiếm khoảng 15-18 lần so với lượng cồn sản xuất ra. Đây là loại nước thải công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nặng nhất do thành phần các chất hữu cơ cao, do đó tiêu thụ một lượng lớn oxy hoà tan trong nguồn tiếp nhận. Trong nước thải tháp thô có chứa một phần nhỏ rượu sót, các chất hữu cơ khó bay hơi, các chất không biến đổi thành cồn trong quá trình lên men,các chất khoáng và một phần nấm men  Thành phần nước thải đáy tháp thô gồm 7- 10 % là chất khô và 90 – 93 % là nước. Trong thành phần chất khô thì 70 – 75 % lầ hợp chất hữu cơ, 25 – 30 % là hợp chất vô cơ. Các hợp chất hữu cơ như các axit hữu cơ, các loại rượu, este, aldehyl, các acid như axêtic, propionic… Và các chất không lên men như: melanoid, caramen, betain, valeric v.v… Thành phần của các chất thải phụ thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng, và công nghệ sản xuất. Ngoài ra nước thải còn chứa nhiều các chất vô cơ với nồng độ cao như: K, Ca, Na… Nước thải đáy tháp thô có đặc trưng là: Màu nâu đậm, nhiệt độ cao có giá trị trong khoảng t0C=90-95 0C, pH tương đối thấp pH= 4-5, nồng độ SO42- cao do quá trình acid hoá gây ra. Có nồng độ BOD= 3000 – 4000 mg/l, COD = 5000 – 8000 mg/l, SS=600 mg/l. Và đặc biệt có một hàm lượng tương đối lớn thuốc trừ sâu ở trong nước thải, lượng thuốc trừ sâu này có trong nước thải do quá trình sát trùng và nó chiếm khoảng 0,02% thể tích dấm chín. (12- 13kg/1 tấn rỉ đường ). Lượng thuốc trừ sâu này có trong nước thải gây ức chế quá trình xử lý sinh học nước thải, ảnh hưởng tới sự phát triển của các vi sinh vật. Do vậy để xử lý sinh học được thì ta phải pha loãng nồng độ thuốc trừ sâu có trong tháp thô ra.  Hiện nay công xuất của nhà máy là 3000 l cồn/ngày mà lượng cồn chiếm khoảng 7-8% thể tích dấm chín, do đó lượng nước thải đáy tháp thô gấp khoảng 15-18 lần lượng cồn. Vậy lưu lượng nước thải đáy tháp thô khoảng Q=50-55 m3/ngày.* Hiện nay nước thải của nhà máy chưa được xử lý, tất cả các dòng nước thải được xả thẳng ra cống của nhà máy và theo mương dẫn ra sông, gây ra ô nhiễm môi trường. Chương II : HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA NHÀ MÁY II.1. Hiện trạng môi trường của nhà máy Do nhà máy xây dựng đã lâu nên thiết bị bây giờ hư hỏng và xuống cấp ngiêm trọng. Dây truyền công nghệ lạc hậu chính vì vậy trong quá trình sản xuất đã thải ra một lượng lớn nước thải gây ra ô nhiễm môi trường rất lớn mà nhà máy trưa có hệ thống xử lý. Do đó nó gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ cộng đồng, gây ra ô nhiễm môi trường đất, ô nhiễm môi trường không khí, gây ô nhiễm môi trường nước, ảnh hưởng trực tiếp tới các dòng sông, làm suy thoái hệ sinh thái trong nước, có thể gây ô nhiễm tới các nguồn nước ngầm ở trong khu vựcv.v… II.1.1 Gây ô nhiễm không khí: Khí thải của nhà máy sản xuất cồn chủ yếu là khí thải trong quá trình đốt lò hơi. Và khí thải do rò rỉ ra trong quá trình lên men rượu, và do nước thải ô nhiễm không được xử lý cũng phân huỷ gây ra trên mương thải ra hồ chứa của nhà máy gây ra mùi hôi thối khó chịu. Các loại khí bụi đó là: SO2, CO2, H2S, CO …Ngoài ra còn có khí thải ra trong quá trình chưng cất cồn như: andehit, rượu mêtylic chủ yếu ở đỉnh tháp trung gian. Nguồn khí thải này đã làm ô nhiễm môi trường không khí và ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ nhân dân xung quanh nhà máy . Nhưng nhìn chung lượng khí thải này không đáng kể và mức độ ô nhiễm không cao. Chỉ có lượng bụi sinh ra trong quá trình đốt lò hơi có nồng độ C=1600 mg/l gấp khoảng 4 lần TCCP thì cần phải xử lý. II.1.2 Ô nhiễm do chất thải rắn : Chất thải rắn tạo ra trong quá trình sản xuất cồn từ rỉ đường chủ yếu là tro ở lò hơi. Lượng tro này có hàm lượng K, N, P rất cao do đó ta có thể tận thu làm phân bón cho cây cối thì rất tốt. Tóm lại trong quá trình sản xuất cồn thì chất thải rắn không gây ô nhiễm môi trường. II.1.3 Vấn đề nước thải của phân xưởng sản xuất cồn nhà máy: Nước thải phân xưởng sản xuất cồn có thể chia làm 3 dòng: Dòng nước thải 1: Bao gồm nước thải làm lạnh trong quá trìng lên men, nước ngưng tụ ở các tháp, nước làm lạnh các thiết bị bốc hơi, nước làm lạnh các tháp. Lượng nước thải này chiếm một lượng rất lớn trong quá trình sản xuất cồn, nước thải loại này hầu như không ô nhiễm hoặc ít ô nhiễm do đó có thể làm giảm nhiệt độ vàcho tuần hoàn lại quá trình sản xuất hoặc thải ra môi trường mà không cần xử lý. Dòng nước thải loại 2:  Bao gồm nước thải do làm sạch và vệ sinh các thiết bị như: rửa thùng pha loãng rỉ đường, rửa thùng lên men, rửa sàn nhà xưởng, làm lạnh các bơm và làm nguội máy phát điện. Lưu lượng nước thải loại này không lớn lắm khoảng 35 m3/ngày. Nước thải loại 2 có đặc điểm là cặn lơ lửng lớn SS=1000mg/l, và lưu lượng dòng ra không ổn định, phụ thuộc vào thời gian rửa và vệ sinh thiết bị. Dòng nước thải loại 3: Bao gồm nước thải của quá trình chưng cất như: nước thải đáy tháp thô, nước thải của đáy tháp tinh và nước vệ sinh các tháp, lưu lượng của dòng nước thải loại này khoảng 65m3/ ngày. Đây là dòng nước ô nhiễm nhất của nhà máy, có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, nhiệt độ khi ra lớn khoảng 90 0C.Vì vậy bắt buộc phải xử lý trước khi thải ra môi trường. Nếu không nó sẽ gây tác hại sấu tới môi trường sống của con người, và huỷ hoại tới tài nguyên sinh vật v.v… II.2 CÁC TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG DO HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY II.2.1 Tác động đến môi trường nước: Nước cung cấp cho nhà máy được lấy từ sông Lô qua hệ thống xử lý nước cấp Nam Việt Trì. Hiện tại nước thải của nhà máy chưa được xử lý. Nước thải chủ yếu tập trung thải xuống hồ xỉ than nhà máy điện cũ rồi theo hệ thống mương thải dọc phường Thanh Miếu thoát ra sông Lô tại cống hạ giáp. Trong nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao, có lẫn đường, thuốc trừ sâu … Do đó nước thải có mùi hôi thối khó chịu do quá trình lên men phân huỷ trong hồ chứa và dọc theo mương thải. nước thải có mùi hôi khó chịu ảnh hưởng tới chất lượng không khí và ảnh hưởng trực tiếp tới người dân sống gần đó. Do nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao, nên khi thải thẳng ra các sông hồ sẽ làm ô nhiễm tới các dòng nước, làm cho các con sông dần dần bị ô nhiễm, phá huỷ cân bằng sinh thái ở trong nước, làm ảnh hưởng tới các loài động vật sống ở trong nước. Nếu như mức độ ô nhiễm nặng sẽ làm diệt vong nhiều loại động vật quý hiếm và gây ảnh hưởng trực tiêp tới sức khoẻ của nhân dân sinh sống ven sông. Khi dòng nước này ngấm xuống đất sẽ gây ra ô nhiễm môi trường đất , làm ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm trong khu vực. Nước thải khi không được xử lý sẽ có nhiều VSV gây bệnh , khi trồng rau quả trên khu vực này sẽ làm cho VSV bám dính vào rau quả và gây các bện truyền nhiễm cho con người . II.2.2. Tác động của các chất ô nhiễm tới môi trường không khí Các chất gây ra ô nhiễm là tro bay ra từ ống khói lò hơi, lượng tro bay ra lớn có thể gây tác động xấu đến sức khẻo của con người và khả năng sinh trưởng của cây trồng do tre phủ bề mặt lá cây dẫn đến hạn chế quá trình quang hợp. Thực tế hiện nay cho thấy chất lượng không khí trong khu vực bị ô nhiễm về mùi hơi khó chịu do nước thải của nhà máy chưa được xử lý bị phân huỷ gây ra mùi hôi khó chịu tại khu hố than nhà máy điện và dọc tuyến mương thải Phường Thanh Miếu. II.2.3. Tác động tới tài nguyên sinh vật và hệ sinh thái  Bụi cuốn theo ống khói lò hơi có thể gây ra hệ quả xấu đối với sức khoẻ con người và hệ thực vật. Các tro bụi bay ra và các chất rắn khác nếu thải ra nhiều có khả năng đe dọa sự phát triển của cây trồng. Hoạt động của nhà máy đã góp phần cải tạo hệ sinh thái tăng độ che phủi vì nguyên liệu chính là cây mía. Các vùng mía được qui hoạch thâm canh góp phần phủ xanh các vùng đất hoang hoá Nước thải của nhà máy ô nhiễm rất lớn, nếu không được xử lý mà thải trực tiếp ra sông hồ thì sẽ gây ra ô nhiễm cho nguồn tiếp nhận làm cho các dòng sông bị ô nhiễm, gây ảnh hưởng sấu tới các VSV, động vật thực vật sống dưới nước, và có thể huỷ hoại hệ sinh thái ở dưới nước như: làm cho cá, ếch, nhái…bị chết II.3 CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ VÀ KHẮC PHỤC NHỮNG ẢNH HƯỞNG TỚI MÔI TRƯỜNG II.3.1 Giải pháp kỹ thuật giảm thiểu và xử lý ô nhiễm khí và bụi Nguồn gây ô nhiễm chính của nhà máy là bụi bay theo khói lò và các khí thải sinh ra ở lò đốt như : CO, CO2, SO2,, NOx, H2S… Theo tính toán lý thuyết khí thải chưa qua hệ thống xử lý có nồng độ là 1600 mg/m3 gấp 4 lần tiêu chuẩn cho phép nếu như không xử lý thì lượng bụi này sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ của những người dân xung quanh, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu tới hệ sinh thái, tạo ra một lớp bụi bám vào các lá cây làm giảm quá trình quang hợp của cây dẫn đến cây cối chậm phát triển và có thể bị chết. Do đó nhất thiết phải quản lý, tìm biện pháp giảm thiểu và xử lý bụi . Để xử lý bụi thải đạt được yêu cầu nhà máy đã tính toán và lắp đặt hệ thống xử lý hệ thống xử lý bụi khí lò theo hai cấp vào cuối năm 1994 như sau: + Cấp một: là thiết bị tách bụi cyclon khô nhằm tách bụi kích thước lớn và chiếm đa số ra khỏi dòng khí trước khi đi vào thiết bị cấp hai. + Cấp hai: ở đây dùng thiết bị lọc bụi ướt, nước được sử dụng để tách bụi . Hệ thống xử lý này đạt hiệu quả xử lý từ 80 –85 % do đó khí bụi khi qua hệ thống xử lý này sẽ đạt tiêu chuẩn cho phép thải . Biện pháp giảm thiêủ bụi khói lò: là có thể thay đổi nhiên liệu bã mía bằng dầu FO hoặc có thể kết hợp dầu và bã mía sẽ làm giảm lượng bụi ra ngoài không khí . Để xử lý khí thải sinh ra trong quá trình đốt có thể nâng cao chiều cao ống khói, để pha loãng nồng độ các khí độc hại tránh gây ảnh hưởng tới công nhân, và những người xung quanh nhà máy . Xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường tránh hiện tượng phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước thải , thường xuyên khơi thông cống rãnh, tránh uồn tắc và ứ đọng nước thải trên mương dẫn. II.3.2. các giải pháp kĩ thuật nhằm giảm thiểu và xử lý ô nhiễm nước thải Nhìn chung trong 3 loại nước thải của nhà máy là: khí thải, nước thải và chất thải rắn. Thì nước thải là nguồn gây ô nhiễm nặng nhất cả về số lượng lẫn nồng độ chất ô nhiễm, nó đã gây ra ô nhiễm môi trường toàn diện trong khu vực, ảnh hưởng tới sức khoẻ của những người sống gần nhà máy, làm ô nhiễm các nguồn tiếp nhận như là các dòng sông, ao hồ, huỷ hoại các hệ sinh thái ở dưới nước làm mất cân bằng sinh thái, gây ra ô nhiễm không khí khi nước thải phân huỷ lên men các hợp chất hữu cơ có trong nước gây ra mùi khó chịu, gây ra ô nhiễm các nguồn nước ngầm khi ngấm vào đất, làm suy thoái tài nguyên đất, gây ra các bệnh chuyền nhiễm khi tưới nước thải cho cánh đồng rau hoặc nước thải nhiễm vào nước uống sinh hoạt của con người. Ngoài ra nó còn sinh ra ruồi muỗi, sâu nhặng là tác nhân chính gây ra các bệnh truyền nhiễm như Thương Hàn, Dịch tả, ngộ độc ... Do vậy bắt buộc phải tìm mọi biện pháp nhằm giảm thiểu và xử lý nước thải trước khi thải vào môi trường tránh các tác hại xấu của nó gây ra Các biện pháp nhằm giảm thiểu nước thải của nhà máy : áp dụng công nghệ sản xuất sạch cho nhà máy như là : + Thay đổi dây chuyền công nghệ sản xuất nhằm hạn chế lượng chất thải ra môi trường  + Củng cố và sửa các thiết bị đang vật hành  + Dùng vòi nước có áp lực lớn để rửa các thiết bị và nhà xưởng nhằm hạn chế lượng nước thải  + Tuần hoàn lại các dòng nước không gây ô nhiễm như nước thải của quá trình làm lạnh và ngưng tụ nhằm hạn chế nước thải ra môi trường… + Cải tạo lại hệ thống đường dẫn nước thải, thay thế cống xây bằng gạch bởi các đường ống làm bằng sắt thép không rỉ nhằm hạn chế sự ứ đọng, tắc nghẽn dẫn đến sự phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước thải làm ô nhiễm không khí và phát tán mùi hôi thối khó chịu.- áp dụng công nghệ xử lý cuối đường ống. Việc áp dụng phương pháp sản xuất sạch chỉ nhằm giảm thiểu một phần sự ô nhiễm cho phân xưởng sản xuất cồn chứa không thể xử lý triệt để được. Vì vậy phương pháp xử lý nước thải cuối đường ống đóng vai trò rất quan trọng trong việc xử lý triệt để các chất ô nhiễm trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Đối với nước thải sản xuất cồn thì ta gộp nước thải của quá trình rửa vệ sinh thiết bị và nước thải ở đáy tháp thô, đáy tháp tinh lại là một để xử cuối đường ống trước khi thải ra môi trường. Còn nước thải làm lạnh và ngưng tụ ta cho tuần hoàn lại quá trình sản xuất hoặc thải thẳng ra môi trường mà không cần xử lý. Chương III : GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY III.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải của cơ sở sản xuất cồn : Xử lý nước thải của cơ sở sản xuất cồn là áp dụng các cơ chế của các quá trình lý học, hoá học hay vi sinh học vào việc làm giảm hàm lượng chất ô nhiễm, làm giảm tính độc hại đối với môi trường. Các phương pháp xử lý được lựa chọn trong các trường hợp cụ thể phụ thuộc vào: Đặc tính của nước thải, mức độ ô nhiễm, lưu lượng của nước thải, hiệu suất xử lý, nguồn tiếp nhận, chi phí cho quá trình xử lý và đôi khi cũng tuỳ thuộc vào trình độ quản lý kỹ thuật. Các phương pháp xử lý nước thải được đề xuất nhằm mục đích giảm thiểu tối đa ._.hàm lượng chất ô nhiễm có trong nước thải. Cơ chế của các quá trình xử lý nước thải là áp dụng cơ chế của các qúa trình lý học, hoá học và sinh học. Do đó người ta phân ra làm các phương pháp xử lý như sau: - Các phương pháp cơ học. - Các phương pháp hóa lý. - Các phương pháp hoá học. - Các phương pháp sinh học. Trong một hệ thống xử lý nước thải có thể áp dụng nhiều phương pháp xử lý để đem lại hiệu suất xử lý cao nhất. Các phương pháp sử dụng thường tuần tự nhau và xử lý các thành phần khác nhau trong nước thải hoặc thực hiện công việc của từng công trình thiết bị trong hệ thống xử lý nước thải. + Các phương pháp cơ học: Các phương pháp cơ học để xử lý nước thải bao gồm các quá trình lọc qua song chắn rác, lắng và lọc các chất lơ lửng. Đây là một phương pháp dễ thực hiện nhất được sử dụng để loại bỏ các chất rắn lớn và các chất lơ lửng khỏi nước thải. Quá trình lắng, lọc thường được áp dụng trong công đoạn đầu tiên của hệ thống xử lý. Nguyên lý của quá trình lắng, lọc là dựa vào lực trọng trường hoặc lực ly tâm tác dụng lên các hạt rắn lơ lửng để tách ra khỏi nước. Tuỳ thuộc vào đòi hỏi của công nghệ xử lý và chi phí có thể mà cần thiết phải xây dựng các bể lắng; bể lọc hoặc thậm chí lọc bằng các thiết bị cơ giới hoá. Về mặt hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm nước, nói chung phương pháp cơ học không cho một hiệu quả xử lý cao mà nó chỉ là điểm khởi đầu cho một hệ thống xử lý. Trừ những trường hợp mà trong nước thải chất ô nhiễm chính tập trung chủ yếu trong các chất rắn lơ lửng có thể tách được bằng lắng lọc thì phương pháp cơ học mới cho một hiệu suất xử lý cao. Phương pháp này có tác dụng loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn nhằm bảo vệ hệ thống bơn tránh bị hư hỏng và bào mòn, giúp cho quá trình xử lý được tốt hơn. + Các phương pháp hoá lý: Bao gồm các quá trình như đông keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion , tách bằng màng và các quá trình điện hoá. Thường được sử dụng để xử lý nước thải chứa nhiều chất vô cơ hơn là các chất hữu cơ. Cơ chế của quá trình là các hiện tượng hóa lý được áp dụng để xử lý nước thải. Đối với nước thải của cơ sở sản xuất cồn, đặc biệt là nước thải đáy tháp thô của quá trình sản xuất cồn từ rỉ đường có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao, nồng độ chất keo tụ lớn, hàm lượng chất lơ lửng cao, và có mầu nâu đậm. Nếu ta xử lý bằng phương pháp đông keo tụ thì hiệu quả xử lý rất tốt. + Các phương pháp hoá học: Sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải. Người ta tìm ra các phương pháp trung hoà và oxy hoá khử. Phương pháp trung hoà: Sử dụng phản ứng giữa các chất có tính axit và các chất có tính kiềm. Thường dùng để điều chỉnh pH của nước thải về khoảng trị số yêu cầu của dòng thải ra hoặc chuẩn bị vào các công đoạn xử lý tiếp theo. Phương pháp oxy hoá khử : dùng các chất oxy hoá hoặc các chất khử bổ sung vào nước thải để tạo nên các phản ứng oxy hoá - khử nhằm loại trừ hoặc khử đi các độc tính của các chất ô nhiễm. Các chất oxy hoá còn được sử dụng khử trùng tiêu diệt các vi sinh vật ở dòng thải ra cuối cùng của hệ thống xử lý nước thải. Phương pháp hoá học ứng dụng trong xử lý nước thải sản xuất cồn đó là phương pháp trung hoà dòng nước thải trước khi vào xử lý sinh học , nhằm tạo pH trong dòng nước thải từ 6,5-8. + Các phương pháp sinh học: Được sử dụng để làm sạch nước thải chứa nhiều chất hữu cơ và một số chất vô cơ dễ phân hủy như H2S; các sunfit; nitơ... Bản chất của phương pháp sinh học là sử dụng quá trình sinh sống và hoạt động của các vi sinh vật để phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước thải, quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm nhờ vi sinh vật còn gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá. Phương pháp sinh học được sử dụng rất phổ biến vì giá thành xử lý của nó nói chung rẻ hơn so với các phương pháp khác, quá trình xử lý ít sử dụng hoá chất, hiệu suất xử lý cao đặc biệt với nước thải giàu chất hữu cơ, chi phí vật hành thấp, quản lý và vận hành đơn giản Chính vì những ưu điểm đó của phương pháp sinh học nên trong đồ án tốt nghiệp của mình em chọn phương pháp sinh học để xử lý nước thải của nhà máy sản xuất cồn từ rỉ đường . Sau đây ta đi nghiên cứu kỹ về phương pháp xử lý sinh học. III-11. Lựa chọn các phương pháp sinh học để xử lý nước thải. Do nước thải của quá trình sản xuất cồn từ rỉ có đặc điểm sau : - Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải rất cao:  BOD =2500 – 4000 mg/l, COD= 4000- 6000 mg/l . SS= 700 – 1000mg/l - Và nước thải đáy tháp thô có nhiệt độ cao do đó có thể làm nguội tới nhiệt độ thích hợp khoảng 40 – 50 0C và tận dụng nhiệt độ này để xử lý yếm khí thì rất tốt , hiệu quả xử lý sinh học rất cao. Đây là vùng nhiệt độ thích hợp cho các loại vi khuẩn ưa ấm và ưu nóng hoạt động trong quá trình xử lý yếm khí sinh học - Tỷ số COD/BOD5=0,58 lớn hơn 0,5 chứng tỏ nước thải có khả năng phân hủy sinh học. - Các phương pháp sinh học dễ thực hiện dễ kiểm soát. - Chi phí xử lý nói chung rẻ hơn các phương pháp khác. - Không sử dụng hoá chất. - Trong nước thải có đủ thành phần chất dinh dưỡng trong quá trình xử lý mà không cần phải cho thêm vào . - Hiệu quả xử lý cao. Tuy nhiên trong nước thải của quá trình sản xuất cồn có chứa một hàm lượng thuốc trừ sâu(Na2SiF6 ) tương đối lớn do đó nó đã gây ức chế sự phát triển của các vi sinh vật. Vì vậy để cho quá trình xử lý sinh học được tốt thì ta cần phải pha loãng nồng độ thuốc trừ sâu ra. Phương pháp sinh học có nhược điểm là chiếm dụng mặt bằng lớn, chi phí xây dựng ban đầu cao , chỉ phù hợp với những nơi có mặt bằng diện tích rộng . Các phương pháp sinh học thường sử dụng để xử lý nước thải. Việc phân loại các phương pháp xử lý sinh học chủ yếu dựa vào phương thức hô hấp của vi sinh vật. Có hai phương thức hô hấp cơ bản của vi sinh vật là hô hấp hiếu khí trong điều kiện có oxy và hô hấp yếm khí trong điều kiện không có oxy. Dựa vào đó người ta chia các phương pháp sinh học làm 2 loại chính: - Các phương pháp xử lý sinh học hiếu khí sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí phân huỷ các chất hữu cơ trong môi trường nước giàu oxy hoà tan. Các phương pháp xử lý sinh học yếm khí: sử dụng các nhóm vi sinh vật yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ trong môi trường nước không có oxy hoà tan. Hoặc phân loại các phương pháp sinh học theo điều kiện tiến hành quá trình xử lý như: Các phương pháp xử lý trong điều kiện tự nhiên, các phương pháp xử lý trong điều kiện nhân tạo. Các phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên : + Xử lý nước thải trên cánh đồng lọc: Cánh đồng lọc là một khu đất trống để chứa nước thải. Cơ chế xử lý nước thải là nhờ sự thấm hút của lớp đất, nước thải sẽ được hút xuống đất và các quá trình phân huỷ hiếu khí trên lớp mặt và các quá trình phân huỷ yếm khí ở các lớp sâu hơn sẽ xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải. Ngoài ra còn có các quá trình hấp phụ, lọc, trao đổi ion trong đất đối với nước thải. thông thường giá trị BOD của nước thải được xử lý trên các cánh đồng lọc nhỏ hơn 300mg/lit. quá trình ngấm hút của nước thải vào trong lòng đất và thực hiện quá trình xử lý thường trong độ sâu khoảng 1,5m. một cánh đồng lọc như vậy tốn rất nhiều diện tích, đôi khi có thể làm cho đất chết không thể trồng trọt được nữa. Các yêu cầu đối với cánh đồng lọc phải cách xa khu dân cư và ở cuối hướng gió (ít nhất là 200 đến 1000 m). Cần có độ dốc tự nhiên để tránh tạo vũng lầy. Xa khu vực có mực nước ngầm đang khai thác. Loại đất thường là đất cát hoặc pha cát, ít có giá trị trong nông nghiệp. Năng lực lọc : Đất cát : 45 đến 90 m3/ha/ngày. Đất pha cát : 40 đến 80 m3/ha/ngày. Đất pha sét : 35 đến 70 m3/ha/ngày. +Xử lý nước thải trên cánh đồng tưới : Là một dạng xử lý nước thải kết hợp với canh tác nông nghiệp. Khi nước thải không quá ô nhiễm (BOD5 từ 15 đến 50 mg/lít) thì có thể sử dụng để tưới tiêu nông nghiệp tuy nhiên phải chú ý đến các đặc điểm thổ nhưỡng, khả năng thoát nước, loại cây trồng. Do nước thải vẫn còn mang tính ô nhiễm nên cần khống chế: lưu lượng nước thải tưới trên một hecta trong một khoảng thời gian; lưu lượng tưới cho từng loại cây trồng và lưu lượng cho một lần tưới. Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc chỉ sử dụng để xử lý nước thải có tính chất ô nhiễm nhẹ, thường là nước thải của công đoạn xử lý cuối cùng của hệ thống xử lý nước thải. + Xử lý nước thải trong các hồ sinh học. Thực chất là lưu chứa nước thải trong các hồ chứa. Khu hệ vi sinh vật trong nước hồ thực hiện các quá trình sinh học sẽ phân huỷ các chất ô nhiễm. Sau một thời gian nước thải đã giảm tính ô nhiễm sẽ được đưa ra khỏi hồ vào môi trường. Đối với phương pháp hồ sinh học chi phí đầu tư nhỏ, vận hành quản lý đơn giản. Tuy nhiên phạm vi thải nước phải được khống chế để tránh tình trạng làm hồ quá tải gây ra ô nhiễm không khắc phục nổi. Tuỳ theo cơ chế phân giải chất ô nhiễm mà người ta chia làm ba loại hồ: hồ hiếu khí, hồ yếm khí và hồ tuỳ tiện. - Hồ hiếu khí : Quá trình sinh học chủ yếu trong hồ phải là quá trình oxy hoá của các vi sinh vật hiếu khí, ở khu vực đáy hồ có thể có các vi sinh vật yếm khí hoặc tuỳ tiện. Nhu cầu oxy được cung cấp nhờ quá trình khuyếch tán tự nhiên hoặc làm thoáng bề mặt nhân tạo. Độ sâu của hồ chỉ ở mức 0,6 đến 1,2 met. Thời gian lưu nước từ 3 đến 12 ngày phụ thuộc thông số dòng vào và năng lực oxy hoá của hồ. Do có độ sâu nhỏ nên hồ có diện tích lớn : F = Q . t / H Trong đó : F là diện tích mặt hồ (m2). Q là lưu lượng nước thải (m3/ngày). H là độ sâu của hồ (met) T là thời gian lưu của nước trong hồ (ngày). - Hồ yếm khí :  Được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn ( BOD5 >1800 mg/lít ). Quá trình làm sạch nước thải của hồ chủ yếu nhờ hoạt động của vi sinh vật hô hấp yếm khí. Hồ phải có độ sâu lớn ( > 2,5 met) để tạo môi trường yếm khí triệt để . Dung tích hồ phụ thuộc lượng chất phụ thuộc lượng chất ô nhiễm, thời gian lưu của nước thải . Quá trình xử lý thường tạo mùi khó chịu do đó phải đặt cách xa khu vực, nhất thiết đặt cuối chiều gió. Đáy hồ phải có lớp lót, tránh để nước thải thấm quá nhiều xuống lòng đất .Hiệu suất chuyển hoá của hồ khoảng 50 đến 80%. Tải trọng BOD5 có thể lên tới 280 đến 1500 kg/ha/ngày. - Xử lý nước thải bằng hồ tuỳ tiện: Hồ tuỳ tiện còn được gọi là hồ hiếu- kỵ khí, hầu hết các chỗ tự nhiên hoạt động theo nguyên tắc trên. Hồ tuỳ tiện có độ sâu trung bình (1,5 2m) dưới tác dụng của khu hệ vi sinh vật rất đa dạng trong nước gồm: vi sinh vật yếm khí, hiếu khí, tuỳ tiện, thuỷ nấm, tảo, nguyên sinh vật… O2 không khí A/Sáng mặt trời Vùng bùn đáy O2 tảo vi khuẩn hiếu khí CO2, NH3 , H2, H2S,CH4 Vi khuẩn yếm khí Vùng yếm khí Vùng hiếu khí Nước thải Sơ đồ quá trình chuyển hoá trong hồ tuỳ tiện * Sơ đồ nguyên lý quá trình hoạt động của hồ xảy ra đồng thời 4 quá trình: - Quá trình phân giải yếm khí xảy ra ở lớp bùn đáy và ở lớp nước sâu. Cặn lắng, các chất hữu cơ khó hoặc chậm phân giải được chuyển hoá yếm khí. Tạo ra các sản phẩm trung gian (rượu, axit hữu cơ, các chất trung tính khác và các khí CO2CH4, H2S, NH3). Ở vùng yếm khí còn xảy ra quá trình khử Nitrat nhờ một số vi khuẩn tự dưỡng hoá năng. - Quá trình quang hợp xảy ra trên nước mặt nhờ tải và một số thực vật hạ đẳng: CO2 sinh ra do phần giải yếm khí và oxy hoá hiếu khí. Để được tảo và một số thỷu thực vật hạ đẳng chuyển hoá bằng quá trình tự dưỡng quang năng. Quá trình này tạo ra một lượng O2 đáng kể cung cấp cho quá trình oxy hoá hiếu khí trên lớp nước mặt nhất là những ngày bức xạ mặt trời cao. Tuy nhiên để đảm bảo yêu cầu cân bằng sinh thái trong hồ tuỳ tiện, hàm lượng tải không được vượt quá 100mg/l, tránh hiện tượng bùng nổ tảo. - Quá trình oxy hoá hiếu khí xảy ra ở vùng hiếu khí (lớp nước mặt và tầng trung gian) dưới tác dụng của vi khuẩn hiếu khí và hô hấp tuỳ tiện các sản phẩm phân giải yếm khí như axit hữu cơ, rượu, anđêhit, axitamin… sẽ được oxy hoá hoàn toàn. - Quá trình tiêu thụ sinh khối tảo: khi hàm lượng N, P trong nước thải cao, tảo sẽ phát triển mạnh. Nếu không được tiêu thụ, sinh khối tảo sẽ bị tích luỹ, tự huỷ sinh ra ô nhiếm thứ cấp. Tạo lập lại cân bằng sinh thái ở những hồ có hiện tượng bùng nổ tảo rất khó khăn. Các vi sinh vật tiêu thụ tảo có thể là các nguyên sinh vật hoặc các động vật hạ đẳng. Một số thông số sử dụng các loại hồ: Các thông số Hồ hiếu khí Hồ tuỳ tiện Hồ kỵ khí BOD đầu vào g/m2 <300 <=300 >1800 Độ sâu (m) 0,61 1,52 2,54,5 Thời gian lưu trong ngày 26 715 550 Tải trọng BOD kg/ngày 110220 2255 2801500 Hiệu suất xử lý % 8095 7095 5080 Hàm lượng tảo 5080 Các quá trình sinh học xử lý nước thải nhân tạo : Bản chất của các quá trình sinh học là sự hoạt động của các vi sinh vật. Do đó khả năng phân huỷ chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào quá trình sinh trưởng của các vi sinh vật. Các công trình xử lý nước thải nhân tạo có những thiết kế mang tính tác động vào quá trình sinh trưởng này ví dụ như tạo ra các điều kiện tối ưu hơn so với trong điều kiện tự nhiên để nâng cao tốc độ sinh trưởng và khả năng hoạt động của các vi sinh vật để cho các vi sinh vật phân huỷ nhanh các hợp chất ô nhiễm , rút ngắn thời gian xử lý , nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải . Đó là điểm khác biệt giữa các quá trình tự nhiên và các quá trình nhân tạo. + Các quá trình xử lý hiếu khí : Có hai dạng thiết bị chủ yếu của quá trình xử lý sinh học hiếu khí là hệ thống bể aeroten và thiết bị lọc sinh học. Cả hai dạng thiết bị đều sử dụng bùn hoạt tính trong đó có chứa các vi sinh vật hô hấp hiếu khí; trong bể aeroten bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng còn trong thiết bị lọc sinh học bùn hoạt tính được cố định trên một lớp vật liệu lọc. - Hệ thống aeroten:  Bộ phận chính của hệ thống là bể phản ứng aeroten, được bố trí thiết bị cung cấp oxy hoà tan cho nước thải và thiết bị khuấy trộn nếu cần. Nguyên lý hoạt động của quá trình sinh học trong bể aeroten là sự oxy hoá các chất hữu cơ của các vi sinh vật hiếu khí có trong bùn hoạt tính. Giá tri BOD5 của nước thải đi vào bể aeroten thường nhỏ hơn 1000 mg/lít. Thời gian lưu của nước thải khoảng 6 đến 10 giờ. Một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của bể aeroten là lượng oxy cung cấp. Thông thường người ta cung cấp oxy vào nước thải bằng cách sục các bóng khí hoặc dùng các tuabin bề mặt bể. Tốc độ sử dụng oxy hoà tan phụ thuộc: Tỉ số F/M giữa lượng chất dinh dưỡng và vi sinh vật, nhiệt độ, tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật, nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất, lượng các chất cấu tạo tế bào, hàm lượng oxy hoà tan và nồng độ bùn hoạt tính luôn luôn được tuần hoàn và giữ ổn định ở trong bể để cho quá trình phân huỷ được nhanh hơi .Hiệu suất xử lý nước thải trong bể aeroten đạt được rất cao từ 80-95% . - Thiết bị lọc sinh học:  Các phương pháp lọc sinh học dựa trên cơ sở di chuyển các chất ô nhiễm vào lớp màng sinh học bám trên lớp vật liệu đệm. Để thực hiện được mục đích đó thì nước thải phải được tiếp xúc với lớp vật liệu lọc. Trong các lớp màng chất ô nhiễm sẽ bị phân huỷ. Yêu cầu nước thải phải phân phối đều trên bề mặt lớp vật liệu lọc. Lớp màng sinh học trên vật liệu đệm phải tương đối chắc chắn để tránh bị nước cuốn trôi. Màng sinh học gồm: các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được tạp vào hệ thống cùng với nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có 2 lớp: Lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài.  Cơ chế quá trình lọc sinh học được minh hoạ như hình dưới đây: Không khí Dòng nước thải Lớp sinh học Màng chất lỏng Yếm khí Hiếukhí Môi trường lọc DO Hình3.1. Các quá trình trong bể lọc sinh học Khi dòng nước chảy trùm lên lớp màng nhớt này , các chất hữu cơ được VSV chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất (CO2) sẽ được thải ra qua màng chất lỏng.Oxi được bổ sung bằng hấp thụ từ không khí . Các quá trình xử lý yếm khí : Có rất nhiều loại thiết bị để thực hiện quá trình xử lý yếm khí. Để bảo đảm hiệu suất xử lý phải tìm cách tạo ra môi trường đồng nhất trong các thiết bị bằng cách khuấy trộn, đối lưu hoặc bơm tuần hoàn. Các thiết bị xử lý yếm khí phải thiết kế hệ thống tách khí và bùn cặn khỏi nước thải sau xử lý. Thông thường có một số thiết bị sau: - Thiết bị yếm khí tiếp xúc: thiết bị gồm hai bộ phận lên men và lắng bùn. Vận hành đơn giản. Bùn sinh học tuần hoàn từ bể lắng được đảo trộn với nước thải trong bộ phận lên men. Sau một thời gian lưu nước được đưa ra bể lắng để lắng bùn rồi thải. Dung tích thiết bị tương đối lớn. - Thiết bị yếm khí giả lỏng : trong thiết bị này vi sinh vật được cố định lên các chất mang dạng hạt (thuỷ tinh xốp, gốm xốp, nhựa tổng hợp) do đó bề mặt tiếp xúc pha rất lớn. Hỗn hợp rắn lỏng trong thiết bị được bơm tuần hoàn liên tục để tạo trạng thái tầng sôi. Tại cửa ra của nước cần có kết cấu ngăn không cho các hạt chất mang đi theo nước ra khỏi thiết bị . - Thiết bị xử lý chảy ngược dòng qua lớp bùn kỵ khí (UASB): Nước thải đi ngược từ dưới đáy thiết bị lên đẩy lớp bùn sinh học làm chúng bị xáo trộn để tăng sự tiếp xúc giữa bùn và nước thải. Sự lên men tạo khí xảy ra ở lớp nước trên . - Thiết bị dạng tháp đệm : Cấu tạo chính của thiết bị gồm một lớp vật liệu đệm (sành, sứ, chất dẻo) có độ xốp lớn, lớp vật liệu này đóng vai trò chất mang cố định màng sinh học . Nước thải đi vào từ đáy thiết bị, yêu cầu với nước thải có lượng chất lơ lửng nhỏ để tránh làm tắc vật liệu đệm. - Hệ thống thiết bị yếm khí hai giai đoạn:  Nguyên lý như sau : mỗi thiết bị thực hiện một giai đoạn của quá trình phân huỷ yếm khí do đó chứa các chủng loại vi sinh vật khác nhau. Thiết bị 1 thực hiện quá trình thuỷ phân và lên men axit hữu cơ. Thiết bị 2 thực hiện quá trình axetat hoá và metan hoá. Hệ thống thiết bị này thường thích hợp với nước thải giàu gluxit như đường, tinh bột. Cơ chế của quá trình xử lý sinh học nói chung.: Bản chất của các quá trình sinh học để xử lý nước thải là sử dụng khả năng sinh sống, hoạt động của các vi sinh vật để phân huỷ các chất ô nhiễm có trong nước thải Các vi sinh vật sẽ dùng các chất hữu cơ (chất ô nhiễm) và một số muối khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Để thực hiện được các quá trình đó các chất hữu cơ hoà tan các chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật do đó quá trình xử lý nước thải gồm có 3 bước: Di chuyển các chất qua màng tế bào vi sinh vật nhờ hiện tượng chênh lệch nồng độ giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào do các vi sinh vật tự điều khiển. Di chuyển các chất ô nhiễm từ trong nước thải tới bề mặt của tế bào vi sinh vật nhờ quá trình khuyếch tán đối lưu và khuyếch tán phân tử. Chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật để tạo ra năng lượng hoặc tổng hợp các vật chất của tế bào. Để tạo ra một hiệu suất xử lý cao cần phải tìm cách thúc đẩy các bước trong quá trình xử lý tốc độ chậm nhất của một bước nào đó sẽ quyết định tốc độ của toàn bộ quá trình. Thông thường , giai đoạn chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật là giai đoạn quan trọng nhất quyết định hiệu quả của quá trình xử lý . Để xúc tiến việc di chuyển các chất ô nhiễm tới bề mặt tế bào vi sinh vật , trong hầu hết các công trình xử lý người ta phải tiến hành khuấy trộn cưỡng bức hoặc tạo ra các điều kiện đảo trộn tự nhiên như sự hình thành các chất khí làm xáo trộn thể tích nước. Quá trình chuyển hoá chủ yếu diễn ra ở bên trong tế bào do đó các chất ônhiễm cần phải được phân huỷ tạo ra các dạng đơn giản để có thể đi qua được màng tế bào, quá trình phân huỷ có thể được thực hiện nhờ các phản ứng tự nhiên hoặc được xúc tác bởi các enzim ngoại bào do vi sinh vật tiết ra cụ thể các gluxit sẽ bị phân huỷ bởi các loại đường dễ hấp thụ; lipit sẽ bị thuỷ phân thành axit béo; glyxerin; protit thành phần peptit hoặc các axit amin các chất có cấu trúc phức tạp mà không bị phân huỷ thành các chất có cấu trúc đơn giản hơn thì vi sinh vật không thể hấp thụ được và do đó không thể chuyển hoá được. Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật là hoạt động sinh sống chủ yếu của vi sinh vật. Để cho quá trình này tiến triển tốt các vi sinh vật cũng đòi hỏi phải cung cấp cho chúng những điều kiện tối ưu về môi trường sinh sống cụ thể là nhiệt độ, pH, chất dinh dưỡng, hàm lượng chất độc hại, oxy (nếu cần), thời gian thích nghi các điều kiện trên được coi là các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Trong quá trình xử lý người ta phải khống chế được các thông số này trong giới hạn cho phép mới đem lại một kết quả cao. Thời gian A B C D A F O mg/l Hình3.3: Đường cong sinh trưởng của tế bào và việc sử dụng chất dinh dưỡng: Trong đó : AB : là giai đoạn tiềm phát ; BC:giai đoạn phát triển ;CD:giai đoạn tốc độ ổn dịnh ; DE: giai đoạn cân bằng ;EF: giai đoạn suy tàn . Giai đoạn phát triển nhanh Giai đoạn tăng trưởng chậm Giai đoạn ổn định Giai đoạn suy tàn Thời gian O Giá trị log của số lượng vi khuẩn Hình 3.4: Đường cong biểu diễn các giai đoạn phát triển của vi khuẩn về số lượng theo thang logarit - Giai đoạn tiềm phát: ở giai đoạn nàyos lượng vi sinh vật còn ít, tốc độ tăng trưởng chậm do vi sinh vật chưa thích nghi được với môi trường, các tế bào chỉ tăng về kích thước, chưa tăng về số lượng. Giai đoạn này có thể rút ngắn bằng cách tạo ra môi trường tối ưu cho sự phát triển của vi sinh vật . - Giai đoạn luỹ tiến ( hay pha logarit): vi sinh vật bắt đầu tăng trưởng mạnh theo cấp số nhân nồng độ chất dinh dưỡng giảm mạnh, lượng sinh khối tăng lên do sự tổng hợp mạnh mẽ của các tế bào vi sinh vật. - Giai đoạn cân bằng: tốc độ phát triển của vi sinh vật giảm dần ở cuối giai đoạn luỹ tiến và gần như không đổi trong giai đoạn cân bằng. đây là giai đoạn mà các yếu tố thuận lợi và bất lợi cho quá trình sinh sống và phát triển của vi sinh vật có tương quan cân bằng với nhau, số lượng tế bào sinh ra xấp xỉ bằng số lượng tế bào chết đi. - Giai đoạn suy tàn (giai đn chết của vi sinh vật ) : tốc độ sinh trưởng giảm đi rõ rệt, số lượng tế bào giảm mạnh , xuất hiện hiện tượng tự huỷ sinh khối tế bào nguyên nhân là nồng độ chất dinh dưỡng đã giảm mạnh. Các sản phẩm trao đổi có nồng độ quá lớn ức chế sự hoạt động của các vi sinh vật. Để tránh giai đoạn suy tàn nồng độ chất dinh dưỡng phải được cấp đầy đủ, các điều kiện tối ưu của môi trường phải được điều chỉnh để tạo ra các thuận lợi cho sự sinh sống phát triển của các vi sinh vật . Cơ chế của quá trình xử lý hiếu khí :  Các quá trình hô hấp hiếu khí thực chất là quá trình oxy hoá - khử được thực hiện theo nhiều giai đoạn trong tế bào vi sinh vật . Vi sinh vật hô hấp hiếu khí sử dụng oxy để oxy hoá hoàn toàn các chất ô nhiễm có trong nước thải . Hàm lượng BOD5 < 1000 mg/lit. Các quá trình bao gồm: Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ (như gluxit, hydrocacbua, pectin, các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ..). CxHyOz + (x + y/4 - z/2 ) O2 x CO2 + y/2 H2O + năng lượng. - Oxy hoá các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ (protein,peptin, axitamin, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ phi protein).: CxHyOzNt + (x + y/4 - x/2 +3/4) O2 x CO2 + (y-3)/2 H2O + NH3 + Q - Oxy hoá tổng hợp sinh khối vi sinh vật (tạo bùn hoạt tính). CxHyOz+ nNH3+ n(x + y/4 - z/2 -5)O2 C5H7NO2 + n(x-5)CO2+ + H2O - năng lượng - Quá trình hô hấp nội bào (oxy hoá sinh khối tế bào ). CxHyOz + 5O2 5 CO2 + NH3 + 2H2O + năng lượng. Về nguyên tắc quá trình oxy hoá của các vi khuẩn hiếu khí sẽ cho ra sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước, nhưng nếu quá trình oxy hoá là không hoàn toàn và chưa đủ thời gian thì các sản phẩm sẽ là các axit, rượu và một số chất hữu cơ trung gian đơn giản khác. Nếu tiếp tục quá trình oxy hoá các chất này sẽ chuyển đến dạng cuối cùng là CO2 và nước. Trong thực tế không phải tất cả các chất ô nhiễm bị giữ lại ở tế bào vi sinh vật bị oxy hoá hoàn toàn thành CO2 và nước. Sơ đồ biểu thị các thành phần của chất ô nhiễm đi theo các đường hướng khác nhau . 1 2 5 6 7 3 4 Hình 3.5. Sơ đồ biểu diễn các thành phần của chất ô nhiễm theo các hướng khác nhau Chiều hướng sử dụng chất ô nhiễm. Trong đó : 1 : chất ô nhiễm trước khi xử lý . 2 : chất ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt tế bào . 3 : chất ô nhiễm còn lại trong nước thải sau khi xử lý . 4 : chất ô nhiễm bị oxy hoá trực tiếp thành CO2 và nước để sinh năng lượng. 5 : các chất bị đồng hoá được tổng hợp để tăng sinh khối . 6 : phần sinh khối bị phân huỷ do hô hấp nội bào. 7 : phần dư của vi sinh vật . Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí còn được gọi là phương pháp sử dụng bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là một hỗn hợp các bùn chứa sinh khối tế bào vi sinh vật có kích thước từ 3 đến 150 chứa các vi sinh vật sống và chất rắn. Các vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn và nguyên sinh vật, một số chủng vi khuẩn hô hấp hiếu khí như : Aerobacter ( A.aerogenes). Bacillus ( B. vinogradsky). Pseudomonas ( Pseud. putida, Pseu.đenificaus). Zooglacea ( Z. ramigerơ). Flavobacterium , Alcaligenes , Cicrobacter.. Một số vi khuẩn hô hấp tùy tiện như: Cellulomonas piazotea. Rhodopseudomonas palustris. Nitrosomonas spec. Một số vi khuẩn dạng sợi như: Sphoerotolus. Thiothrix. Microthrix. Các nguyên sinh vật trong hai nhóm: Ciliate. Flagellatae. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý sinh học hiếu khí : - Độ pH: trong khoảng 5 - 9. Tối ưu trong khoảng 6,5 - 8,5. Nếu nước thải có độ pH ngoài các khoảng trên thì cần phải điều chỉnh cho thích hợp. - Nhiệt độ: biến động trong khoảng 16 - 37 0C, tối ưu trong khoảng 25 - 30 0C . Tốc độ phản ứng sinh học thay đổi theo nhiệt độ thông qua quy luật sau: RT = R20 . Q T - 20. Trong đó: RT , R20 : tốc độ phản ứng ở nhiệt độ xử lý và ở 200c. Q : hệ số nhiệt độ (Q=1,00 - 1,04). T : nhiệt độ xử lý oC. - Thành phần dinh dưỡng : tỷ lệ C : N : P tối ưu là 100 : 5 : 1. Nếu nước thải chứa ít nitơ và photpho thì cần phải bổ sung để tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Ngược lại nếu hàm lượng nitơ và photpho lớn sẽ tạo ra vấn đề phức tạp trong quá trình xử lý như hiện tượng các vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh, làm bùn xốp, khó lắng ở bể lắng thứ cấp. - Hàm lượng oxy hoà tan: oxy phải được cung cấp đầy đủ trong các hoà tan xử lý hiếu khí độ oxy hoà tan ít nhất là từ 2- 4 mg/lit, phải được phân phối đều trong thiết bị. Tránh tạo ra các "điểm chết" trong thiết bị, lượng oxy cần cung cấp phụ thuộc vào nhiệt độ, tính chất nước thải , tỷ số F/M, tốc độ sinh trưởng và các đặc trưng của vi sinh vật . - Hàm lượng chất ô nhiễm ( chất hữu cơ ) thông số BOD5 nhỏ hơn 1000 mg/lit. Nếu nồng độ chất ô nhiễm quá cao thì phải dùng nước sông, hồ hoặc nước sản xuất quy ước sạch để pha loãng. - Hàm lượng các chất độc hại tới quá trình sinh sống phát triển của vi sinh vật: cần kiểm tra và bảo đảm rằng hàm lượng các chất độc hại dưới giới hạn cho phép như : Kim loại nặng < 2 mg/lit. Phenol < 140 mg/lit/ Xyanua<60mg/l Cơ chế của quá trình xử lý sinh học yếm khí : Các phương pháp xử lý yếm khí thường được sử dụng để phân huỷ các loại bùn cặn hoặc nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ lớn, thông số BOD5 > 1800 mg/lit. Quá trình phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ và một số chất vô cơ diễn ra trong điều kiện không có oxy phân tử bởi các vi sinh vật hô hấp yếm khí. Các quá trình phân huỷ yếm khí còn được gọi là các quá trình lên men, tùy thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng mà người ta phân ra làm các loại như sau: lên men rượu, lên men lactic, lên men sinh khí mêtan. .. những sản phẩm cuối cùng thường là : CH4 , CO2, H2, NH3, H2S , các axít như axetic, butyric, axeton, rượu mêtylic.. Một cách tổng quát có thể phân chia quá trình phân huỷ yếm khí thành bốn giai đoạn: - Giai đoạn thuỷ phân: Nhằm mục đích phân cắt các hợp chất có phân tử lượng lớn thành các hợp chất có phân tử lượng nhỏ hơn và cấu trúc đơn giản hơn. Ví dụ: Protêin gluxit, lipit, cellulozơ bị phân huỷ dưới tác dụng của các enzim hydrolaza của vi sinh vật để tạo ra các chất đơn giản hơn như đường glucoza, axit béo, glyxerin, axit amin … - Giai đoạn axit hoá: Là giai đoạn mà các sản phẩm của quá trình thuỷ phân được các vi sinh vật hấp phụ và chuyển hoá thành các axit hữu cơ như: axit propionic, axit butyric, các andehyt, axeton, axit amin. - Giai đoạn axetat hoá : Là giai đoạn lên men tạo axit axetic. Các sản phẩm của giai đoạn axit hoá sẽ từng bước được chuyển hoá đến axit axetic. Ví dụ: 3 CH3 - CH - COOH 2 CH3- CH2- COOH + CH3COOH OH + CO2 + 2H2O - Giai đoạn metan hoá: Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí, quyết định hiệu quả xử lý của quá trình và là một giai đoạn khó khống chế nhất. Quá trình lên men sinh khí metan thường xảy ra theo 2 cơ chế chủ yếu. * De cácboxyl axit axetic: CH3COOH CH4 + CO2. Cũng có thể được tạo thành từ quá trình decacboxyl các axit hữu cơ khác hoặc từ các chất trung tính: 2 H2O 4 CH3 - CH2- COOH 7 CH4 + 5 CO2. 2 H2O 2 CH3 - (CH2)2 - COOH 5 CH4 + 3 CO2. 2 C2H5-OH 3 CH4 + CO2 CH3- C - CH3 2 CH4 + CO2 O * Cơ chế khử CO2 : CO2 + 8 H+ CH4 + 2H2O. Hydro được sử dụng để khử CO2 lấy từ các axit hữu cơ theo cơ chế này khoảng 30% lượng CH4 được tạo thành và 70% lượng CH4 được tạo thành nhờ cơ chế decacboxyl hoá. Thành phần khí biogas bao gồm: metan(65% - 76%) CO2(25 - 30%); NH3, H2S, H2,O2. Tác nhân sinh học : quá trình phân huỷ yếm khí xảy ra theo nhiều giai đoạn khác nhau do đó cần thiết sự có mặt của nhiều loại vi sinh vật tương ứng với mỗi giai đoạn . Sơ đồ quá trình phân hủy yếm khí (như hình vẽ bên) - Các vi sinh vật trong giai đoạn thuỷ phân và lên men axit hữu cơ. * Đối với môi trường giàu cellulo: Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes. * Đối với môi trường giàu tinh bột: Micrococus, Lactobacillus, Pseudomonas, Clostridium. * Đối với môi trường giàu protêin: Bacillus ,acterium coly, E.coli, Clostridium, Proteus. * Đối với môi trường giàu lipit: Bacterioides, Baccillus, Alcoligenes Pseudomonas. Dải pH yêu cầu từ 2 - 7 tối ưu từ 5 - 7. Nhiệt độ trong khoảng 33 - 40 0c. - Các vi sinh vật trong giai đoạn axetat hoá. Syntrophobacter wolonii , Syntro, Wolfei và Syntrobuswellii. Điều kiện tối ưu T= 33 - 400c. pH =6 - 8 + Nhóm vi khuẩn khử sunfat : Selenomonas, Clostridium, Riminococcus và Desu._.h chứa bùn cặn trong 1 h theo công thứ : Vb= m3 trong đó :  - S0 : nồng độ bùn hoạt tính cần lắng . S0=10000 mg/l - S : hàm lượng chất rắn ra khỏi bể . S=50 mg/l  - Q : lưu lượng dòng nước vào bể lắng . Q=154 m3/ngày  - t : thời gian lắng bùn . chọn thời gian lắng t=2h - p: độ ẩm của bùn lắng sau bể aeroten p=98,5 % - r : khối lượng riêng của hỗn hợp nước thải. r=1400kg/m3 Thay vào công thức ta có :  Vb=  Vb=3 m3 Ngăn chứa bùn có cấu tạo hình chóp cụt , để cho bùn tự lắng xuống đáy + bán kính phần lắng hình trụ R=D/2=3/2=1,5 m + Bán kính phần đáy chứa bùn , chọn r=0,3 m+ hb : là chiều cao phần chứa bùn cô đặc Từ công thức tính thể tích hình nón cụt  Vb=3,14.hb(R2+r2+r.R) /3 hb= = hb=1 m Cấu tạo phần hình chóp của bể lắng: R=1,5 m r.=0,3m Hb=1m Xác định chiều cao phần lắng của bùn: vận tốc lắng của các hạt được tính theo công thức. Vl=7,8. m/h [5] Trong đó :  + SVI : chỉ số thể tích bùn, xác định bằng thể tích bằng ml của 1g khô bùn hoạt tính lắng trong 30 phút. Nó có giá trị trong khoảng 80-150 ml/g đối với bùn có hàm lượng 2000-3500 mg/l . Ta xchọn SVI=120ml/g  + C : hàm lượng chất rắn cần lắng tính theo g/l ( chính là lượng bùn đi vào bể lắng thứ cấp ) C=3,585 g/l Thay số vào ta có: Vl=7,8.=2,73 m/h Vl=2,73 m/h– Chọn thời gian lưu nước thải là t=45 phút =0,75 h. Vậy ta có chiều cao phần lắng là: Hl=Vl.t=2,73.0,75 Hl= 2m Vậy chiều cao của toàn bộ bể lắng thứ cấp là: H=H1+H2+Hl+Hb=0,3+1,5+2+1 H=4,8m Thể tích của bể lắng là : Vbể=Vb+Vl trong đó : + Vb=3 m3 + Vl: thể tích phần lắng phía trên của bể thứ cấp Vl=h.F=(4,8-1) .6,4=24,3 m3 Vl =24,3 m3Vậy thể tích của bể là : Vbể =3+24,3=27,3 m3 Vbể =27,3 m3IV15. Bể xử lý bùn cặn: * Ta chọn bể xử lý bùn là loại bể tự hoại, bể này có nhiệm vụ xử lý bùn cặn thải ra ở đáy bể lắng thứ cấp, ở bể UASB và bể điều hoà kết hợp lắng sơ bộ. * Khối lượng bùn cặn xả vào bể nén bùn trong 1 ngày là: G= Gđh+GlắngII+GUASB G= 20+13 +12  G=45 kg/ngàyBể xử lý bùn làm việc theo nguyên lý của bể tự hoại kết hợp việc lắng bùn cặn và phân huỷ yếm khí ở dưới đáy bể trong điều kiện tự nhiên. Bùn dư từ các bể lắng và bể UASB xả vào bể mỗi ngày 1 lần, cặn bùn lắng xuống dưới còn nước trong sẽ chảy tràn lên phía trên. Trong bùn xả có khoảng 70% là hợp chất hữu cơ và 30% là hợp chất vô cơ. Giả xử thời gian lưu bùn cặn trong ể là 6 tháng. + Khối lượng bùn vô cơ trong 6 tháng là: Gvôcơ=6.30.Gbùn.30%=6.30.45.0,3 Gvôcơ=2430 kg+ Khối lượng bùn hữu cơ trong 6 tháng là: Ghưucơ=6.30.Gbùn.70%=6.30.45.0,7 Ghưucơ=5670 kg Trong 6 tháng lưu bùn thì lúc này bùn hữu cơ bị phân huỷ theo cơ chế yếm khí. Vậy lượng bùn hữu cơ còn lại sau 6 tháng là: Wt=W0.e-Kd.T ( kg ) [7]trong đó: - Wt: lượng bùn còn lại sau thời gian t  - W0 : Tổng lượng bùn hữu cơ đưa vào  - Kd : hệ số phân huỷ yếm khí có giá trị trong khoảng 0,0011-0,00137 (1/ngày). Chọn Kd =0,0012 (1/ngày ) Wt=5670.e-0,0012.6.30 Wt=4568 kg Khối lượng bùn cặn còn lại dsau 6 tháng là : G=Gvôcơ+Wt=4568 +2430 G=6998 kg* Thể tích bể nén bùn cặn được tính theo côngb thức sau: V= [7] trong đó: + P : tỷ lệ phần trăm của cặn khô trong hỗn hợp theo tỷ lệ thập phân . P=0,08 + S: tỷ trọng hỗn hợp cặn kg/m3 .  Tra bảng ta có S=1,1(T/m3) V= V=80 m3 Bể tự hoại được chia làm 2 ngăn một ngăn chứa bùn còn ngăn kia chứa nước trong, nước trong này có lưu lượng nhỏ có thể thải luôn ra nguồn tiếp nhận, và sau 6 tháng thì tiến hành tháo bùn và đi xử lý tiếp. Ta có kích thước của bể như sau: Cao H=3,5 m Rộng B=4 Dài L=6 IV1.6. Xử lý bùn cặn sau khi ổn định ở bể tự hoại: Bùn cặn của nước thải trong nhà máy xử lý là hỗn hợp của nước và cặn lắng có chứa nnhiều chất hữu cơ có khả năng phân huỷ, dễ bị thối rữa và có cả các vi khuẩn gây độc hậi cho môi trường vì vậy cần có biện pháp xử lý trước khi thải ra ngeồn tiếp nhận . Mục đích của quá trình xử lý bùn cặn : + Giảm khối lượng bùn cặn bằng cách loại bỏ một phần nước để giảm kích thước thiết bị xử lý và giảm trọng lượng phải vận chuyển đến nguồn tiếp nhận. + Phân huỷ các chất hữu cơ bị thối rữa , chuển chúng thành các chất hữu cơ ổn định và không gây tác động xấu đến môi trường của nơi tiếp nhận. Việc xử lý bùn cặn bắt đầu từ công đoạn cô đặc, đến xử lý bùn cặn làm khô nước, xử lý tinh thể làm phân bón hoặc đốt, chọn mức độ cần xử lý và và các công đoạn xử lý cặn phụ thuộc vào: + Tính chất và số lượng cặn  + Yêu cầu về môi trường ở nơi tiếp nhận  + Mặt bằng đất đai ở nhà máy xử lý  + Điều kiện khí hậu  + Vốn đầu tư và chi phí quản lý  +Vị trí tương quan giữa nhà máy xử lý nước thải và khu dân cư Các qui trình xử lý cặn áp dụng chủ yếu hiện nay là cô đặc, ổn định cặn, giảm độ ẩm từ 99% xuống 80-75% thành cặn tương đối đặc và khô, kiểm tra hàm lượng các chất dinh dưỡng và các chất độc kim loại nếu cho phép thì vận chuyển đến nơi cần san lấp và cải tạo đất trồng trọt . Việc nén ép cặn hoặc xử lý nhiệt cho cặn khô hơn nữa để giảm khối lượng vận chuyển và giảm thể tích nơi chứa.  Sau đây là một số công trình xử lý bùn cặn : a. Sân phơi bùn : Bể ổn định yếm khí và cô đặc bùn Sân phơi bùn Cặn khô đưa ra bãi thải Nước lọc xuống đáy, bơm lại khu xử lý Cặn từ bể lắng thứ cấp Hình 4.2: Sơ đồ sân phơi bùn cặn Bảng kết quả các kích thước của các thiết bị chính trong dây truyền xử lý :  Dạng thiết Bị Chiều dài (m) Chiều rộng (m) Chiều cao (m) Bán kính R ( m) Thể tích M3 Bể điều hoà và bể lắng 4,7 2,6 2,5 32 Bể UASB 8 1,4 48 Bể aeroten 5 3 2,5 38 Bể lắng 4,8 1,5 27 Bể xử lý bùn 6 4 3,5 80 IV.3. Tính toán các thiết bị phụ trợ.* Các thiết bị phụ trợ của hệ thống xử lý nước thải bao gồm:  - Quạt thổi không khí nén vào bể điều hoà và bể aeroten  - Các dàn sục khí nén  - Các loại bơm nước thải trong quá trình vận hành là:  + Bơm nước thải từ bể điều hoà vào bể UASB  + Bơm tuần hoàn bùn hoạt tính lại bể aeroten.IV31. Tính toán máy thổi khí: a. Tính toán hệ thống thổi nén khí vào bể aeroten. Lưu lượng không khí cần cung cấp vào bể là Q=11300 (m3/ngày ). Ta chọn hệ thống cung cấp không khí dàn ống phân phối bọt khí kích thước trung bình. Không khí được đưa vào bể aeroten qua các lỗ có đường kính từ 2-5 mm chạy dọc theo ống phân phối khí , được đặt dọc theo chiều dài bể , chiều dài của ống bằng chiều dài của bể , Lbể = lống=5 m . các ống đặt song song với nhau và cùng trên một mặt phẳng, đặt cách đáy bể 10 –30 cm. Khoảng cách giữa các ống lấy bằng 0,4 m. Vậy số ống cần đặt trong bể là:  N= B/0,4=3/0,4=7,5 ống. Khi đặt 2 ống ở hai bên cách thành bể 0,2 m . Do vậy số lượng ống cần đặt là N=6 chiều dài tổng cộng các ống là : 6.6=36 m Tốc độ khí trong các ống chính (wchính) thường nằm trong khoảng 10 –15 m/s . Ta chọn wchính= 10m/s . Lưu lượng khí cung cấp cho 1 ống trong 1 ngày là : q=Q/N=11300/6=1883 m3/ngày  q=0,022 m3/s Dường kính của các ống là : D== D=0.053 m=53mm làm tròn : D=50 mm Mỗi ống ta khoan thành 2 hàng lỗ , có đường kính ống lỗ thoát khí là d=3mm. Khoảng cách giữa các lỗ là : 5.d =15 mm. Năng lượng cần thiết của máy thổi khí là : Pa=[(P2/P1)n –1] [7] trong đó : + R : hằng số khí lý tưởng R=8,314 (KJ/mol.K) + T: nhiệt độ tuyệt đôíi của không khí t=250C=2980K + n: là hệ số năng lượng n=0,282  + e: hiệu suất là việc .Có giá trị trong khoảng 70-90 %. Ta chọn e =85%  +P1: là áp suất tuyệt đối trong ống . +P2 :là áp suất tuyệt đối bên ngoài ống. Chọn tỷ số P2/P1=2 [7] +w : là trọng lượng dòng không khí (kg/s ) w ==  w =0,17 (kg/s)Thay số vào ta có :  Pa =( 20,282 -1) Pa=6 kw Chọn máy thổi khí là quạt ly tâm có công suất : Pc=k.Pa k: là hệ số dự trữ , chọn k=1,0 Pc=6.1,0=6,0 kw Hiệu suất của quạt khí là : h=95%. Ta có công suất thực tế của quạt là : Pquạt= Pc/h=6,0/0,95  Pquạt=6,3 (KW). Để cho quá trinh vận hành được tốt, tránh những sự cố xảy ra trong quá trình vận hành ta chọn mua 3 máy thổi khí, mỗi máy có công suất p=P/2=6,3/2=3,15 kw. Trong quá trình làm việc ta cho 2 máy làm việc còn 1 máy dự phòng lúc xảy ra sự cố. Mặt bằng hệ thống xử nước thải của nhà máy : Khi bố trí mặt bằng tổng thể hệ thống xử lý nước thải cần lưu ý tới các vấn đề sau : -Phải lựa chọn nơi đặt hệ thống xử lý sao cho phù hợp với toàn bộ khu vực của nhà máy . + hệ thống phải đặt gần nguồn thải và cuối hướng gió  + Xem xét địa hình đất cát nơi đặt hệ thống , xem mức chiệu lún nén của đất để đặt các thiết chìm hay nổi  + Đặt hệ thống phải có tính thẩm mĩ cao +Diện tích mở rộng và phát triển hệ thống xử lý trong tương lai + Tính khả thi và tiết kiệm kinh tế khi vận hành . + Đánh giá về giao thông đi lại + Tuỳ thuộc về cao độ của từng thiết bị mà ảnh hưởng tới sơ đồ xử lý vì nó quyết định khối lượng công tác đất các thiết bị như bể UASB , bể lắng thứ cấp có chiều cao lớn thì ta nên đặt nửa chìm nửa nổi .Và điều quan trọng trong bố trí mặt bằng hệ thống xử lý cần phải chú ý lợi dụng chiều cao của các thiết bị để bố trí nhằm tạo ra dòng nước thải tự chảy trong quá trình xử lý nhằm hạn chế bơm nước và không tiêu tốn điện năng giảm chi phí vận hành . Để đảm bảo nước thải tự chảy qua các thiết bị , mực nước ở đầu chạm xử lý phải cao hơn mực nước cao nhất ở sông hồ tiếp nhận một giá trị bằng toỏng số tổn thất áp lực qua công trình và có dự chữ 11-1,5 m. Việc xác định chính xác tổn thất áp lực qua mỗi thiết bị và ống là điều kiện đầu tiên bảo đảm cho trạm xử lý và làm việc bình thường . Tổn thất áp lực trạm xử lý gồm :  + tổn thất chiều dài khi chuyển động theo ống , kênh , máng nối các công trình với nhau  + Tổn thất khi nước chảy qua cửa tràn và ra khỏi thiết bị + tổn thất qua từng thiết bị ở những chỗ chênh lệch mực nước + Để duy trì được chế độ tự chảy ở 1 số thiết bị thì cần phai có các thiết bị phụ trợ như các van 1 chiều , thiết bị kiểm tra chất lượng , thiết bị đo lưu lượng nước thải … Tóm lại : dựa trên những phân tích ở trên để lựa chọn và bố trí mặt bằng hệ thống xử lý cho phù hợp , và cố gắng thiết kế tận dụng chế độ tự chảy trong dây truyền xử lý . Chính vì vậy nên trong dây truyền công nghệ xử lý nước thải của nhà máy cồn em đã chọn ra sơ dồ xử lý nước thải như sau : 1 2 3 4 5 Dòng vào Dòng ra 0.00 - chú thích : 1. Bể điều hoà kết hợp lắng 2. bể UASB  3. Bể aeroten  4. Bể lắng cấp II 5. Bể xử lý bùn IV22. Tính toán bơm nước thải : Từ mặt bằng bố trí hệ thống xử lý nước thải , để vận hành quá trình xử lý thì cần tối thiểu là 3 bơm nước thải . Đó là bơm từ bể điều hoà sang bể UASB và 1 bơm tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng thứ cấp trở lại bể aeroten .Theo [7] thì 2 bơm này có công suất bằng nhau và bơm nước thải từ bể điều hoà lên dàn làm thoáng và bơm này có công suất bằng với 2 bơm ban đầu . Còn các dòng chảy khác thì áp dụng chế độ tự chảy từ cao xuống thấp . Tính bơm nước thải vào bể UASB : Chọn tốc độ của nước thải trong ống là v = 0,8 m/s. [12] Đường kính ống dẫn nước thải (m) V: lưu lượng nước thải (m3/s) , V = = 1,2.10-3 m3/ s. Thay số vào công thức ta được : d.= d = 0,05 m. áp suất toàn phần do bơm tạo ra: (m) Trong đó: + P1 : áp suất trên bề mặt không gian hút ( N/m2) là áp suất khí quyển, P1= Pkq + P2 : áp suất trên bề mặt không gian đẩy (N/m2)là áp suất khí quyển, P2= Pkết quả Vậy P2 - P1 = 0 + H0: chiều cao nâng chất lỏng (m) H0 = H(hút) + H(đẩy) - H(hút) là khoảng cách chiều cao giữa mức nước trong bể điều hòa so với máy bơm, lấy giá trị là chiều sâu của bể điều hòa.  H(hút) = 2,5 m. - H(đẩy) là khoảng cách chiều cao đẩy nước lên tính bằng chiều cao của bể UASB, H(đẩy) = 8 m. Vậy H0 = H(hút) + H(đẩy) = 2,5+8 = 10,5 m. H0 = 10,5 m + Hm : áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (m) (m) Trong đó: - g: là gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s2. -: là khối lượng riêng của nước thải r=1100 kg/m3. : áp suất động học (N/m2) (N/m2) : áp suất để khắc phục trở lực ma sát (N/m2) L : chiều dài ống dẫn, chọn L = 20 m : hệ số ma sát. Tính giá trị Re. Với là độ nhớt , tra bảng = 10-6 m2 Tra bảng II-12 , sổ tay quá trình và thiết bị. = 0,02 Ta có : (N/m2) : áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ (N/m2) + : hệ số trở lực cục bộ. Bao gồm trở lực do các ống nối đổi góc và do lắp đặt van một chiều . Với số ống nối đổi góc là n1=4 ; số van một chiều là n2=1. Tra bảng II-16 , sổ tay quá trình và thiết bị. = 0,8 ; =5,7 (N/m2) ==0,6 (N/m2) Vậy áp suất toàn phần do bơm tạo ra : (m) Chọn loại bơm ly tâm có năng suất Q = 4,16 m3/h. Công suất yêu cầu trên trục của bơm tính theo công thức sau : (kW) Trong đó :  + : là khối lượng riêng của nước thải, = 1000 kg/m3. + g: là gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s2. +H : là áp suất toàn phần mà bơm cần phải tạo ra, đơn vị m cột nước. + : là hiệu suất của bơm . Chọn là 80%. (kW) Công suất động cơ điện của bơm tính theo công thức. (kW) Nđcđ=0,7 kw Trong đó: + B là hệ số dự trữ , chọn B=2. + Hs(truyền động) = 80% là hiệu suất truyền động từ trục động cơ đến trục máy bơm. + Hs(động cơ)= 80% là hiệu suất của động cơ. Để vận hành hệ thống xử lý nước thải được tốt ta chọn mua bơm ly tâm có công suất điện 1kw Vậy tronng quá trình hoạt động hệ thống xử lý nước ta cần có 3 bơm ly tâm có công suất điện là :1kw. Trong đó 1 bơm dùng để bơm nước thải từ bể điều hoà lên bể UASB còn một bơm dùng để bơm tuần hoàn bùn hoạt tính lại bể aeroten . Và 2 bơm này có cong suất bằng nhau . Còn 1 bơm để dự trữ khi có sự cố Chương V: DỰ TOÁN CHI PHÍ XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Việc đánh giá tính kinh tế của hệ thống xử lý bao gồm việc ước tính chi phí xây dựng cơ bản và chi phí vận hành hệ thống để xử lý nước thải cho cơ sở. Các khoản chi phí có ý nghĩa quyết định chủ yếu tới tính khả thi của hệ thống xử lý nước thải. Bởi vì lợi ích kinh tế vẫn là vấn đề hàng đầu mà các cơ sở sản xuất luôn đề cao. Nếu chi phí xây dựng quá lớn cơ sở sẽ không thể áp dụng được hệ thống xử lý mặc dù nó sẽ cho một hiệu quả bảo vệ môi trường rõ rệt. Nếu chi phí vận hành quá lớn thì lợi nhuận của cơ sở sẽ giảm thậm chí bằng không.Do đó cần phải cân nhắc giữa vấn đề về kinh tế và vấn đề về môi trường sao cho phù hợp với lợi ích kinh tế của xí nghiệp nhưng đồng thời không gây ảnh hưởnh sấu tới môi trường .V.1. Dự toán chi phí vận hành : Dự toán chi phí vận hành hệ thống bao gồm :+ Là khoản chi phí phát sinh khi vận hành hệ thống xử lý nước thải bao gồm chi phí chạy máy bơm,chạy quạt thổi không khí, chi phí mua hoá chất nếu cần.+ Chi phí cho người quản lý và vận hành hệ thống . Trong quá trình vận hành hệ thống cần : - Một quạt thổi khí vào bể aeroten có công suất điện P=7 kw– Một bơm dùng để bơm nước thải từ bể điều hoà vào bể UASB và một bơm dùng để bơm tuần hoàn lại bùn hoạt tính vào bể aeroten , và một bơm dùng để bơm nước thải từ bể điều hoà lên làm nguội ở dàn làm thoáng . Ba bơm này có công suất là P=3 kw. Vậy công suất cho toàn bộ máy bơm và quạt thổi khí trong một ngày vận hành xử lý nước thải của nhà máy là : P=Pquạt + Pbơm=24(6,3 + 3) P=223 kw - Giá điện cho sản xuất là 1000đ/1kw. Vậy tiền điện trong 1 ngày là : 223.1000=223000 đ/ngày Trong quá trình hoạt động xử lý nước thải cần 2 người quản lý và điều hành . Tiền lương cho 1 người trong 1 tháng là :1000000 đ. Vậy tiền chi trả cho 2 người trong 1 ngày là : 1000000.2/30 = 66666 đ/ngày. Vậy tổng chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải trong 1 ngày là : 223000 +66666 =289666 đ/ngày. Vậy tổng chi phí vận hành để xử lý 1 m3 nước thải là : 289666 /100 =2896,7 đ/m3 V.2. Dự toán chi phí xây dựng cơ bản : Chi phí xây dựng cơ bản bao gồm : Chi phí vật liệu : là giá trị vật liệu chính, vật liệu phụ, cấu kiện, các vật liệu luân chuyển, phụ tùng, bán thành phẩm để hoàn thành công trình. Tiền xây dựng nhà phân tích , đường đi nội bộ , hệ thống chiếu sáng ,hệ thống an toàn . - Chi phí nhân lực : là tiền công, các khoản phụ cấp để chi trả cho những người tham gia vào công việc xây dựng và lắp đặt hệ thống hệ thống. - Chi phí máy thi công : là tiền mua máy hoặc thuê sử dụng máy xây dựng phục vụ cho quá trình xây dựng. Chi phí mua các thiết bị: bao gồm tiền mua các máy bơm nước thải, bơm bùn tuần hoàn, quạt thổi khí vào bể aeroten, quạt thổi khí vào bể điều hoà . Các thông số hình học của các công trình cần xây dựng trong hệ thống xử lý nước thải : Các công trình Dạng hình học Thể tích (m3) Bể điều hòa Hình hộp chữ nhật 32 Bể UASB Hình trụ tròn 48 Bể aeroten Hình hộp chữ nhật 38 Bể lắng bùn thứ cấp Hình trụ tròn 27 Bể nén và xử lý bùn Hình hộp chữ nhật 80 Các công trình Chiều dài (m) Chiều rộng (m) Chiều sâu dưới đất (m) Chiều cao (m) Bể điều hòa 3,5 2,6 2,5 0,0 Bể UASB 2,8 2,8 2,0 6,0 Bể aeroten 5,0 3,0 0,0 2,5 Bể lắng bùn 3,0 3,0 2,8 2,0 Bể xử lý bùn cặn 6 4 0,0 3,5 Tính toán chi phí xây dựng cơ bản : Các hạng mục xây dựng chính trong một công trình là : - Đào đất đối với các công trình có độ sâu. - Làm nền móng cho công trình. - Xây tường của công trình. - Láng trát hoàn thiện. Bảng đơn giá sau bao gồm : Các chi phí vật liệu, chi phí nhân công, chi phí máy phục vụ cho việc xây dựng các hạng mục chính của công trình lấy trong bảng đơn giá xây dựng cơ bản. Hạng mục công trình Đơn vị tính đơn giá Đơn giá Đào đất Đ/ m3 4223,31 Xây tường gạch Đ/m3 376547 Xây móng gạch Đ/m3 397625 Xây tường bê tông Đ/m3 1324516 Xây móng bê tông Đ/m3 1543081 Láng trát hoàn thiện Đ/m2 10538 Do đặc tình chịu lực của các công trình khác nhau nên cách thức xây dựng cũng khác nhau. Cụ thể ta chia các công trình làm hai nhóm : + Nhóm A gồm các công trình cần độ vững chắc lớn nên phải xây dựng bằng bê tông, bao gồm bể UASB, bể lắng bùn thứ cấp. + Nhóm B gồm các công trình không quá cần độ vững chắc như các công trình thuộc nhóm A có thể xây bằng gạch, bao gồm bể điều hòa, bể nén và xử lý bùn cặn và bể aeroten. Chi phí xây dựng cơ bản sẽ được tính bằng cách nhân khối lượng thực hiện từng hạng mục công trình với đơn giá. Bảng khối lượng hạng mục công trình và tổng chi phí xây dựng. Công trình Đào đất (m3) Thể tích tường (m3) Thể tích móng (m3) Diện tích bề mặt (m2) Bể điều hòa 23 6,1 1,5 40 Bể UASB 16 15 3,0 150 Bể aeroten 3 8 2,6 95 Bể lắng bùn 30 10 2,7 80 Bể xử lý bùn cặn 80 14 6 94 Tổng khối lượng từng hạng mục công trình nhóm A 106 28,1 10.1 229 Tổng chi phí từng hạng mục công trình nhóm A (đ) 447670 10580971 4016013 2413202 Tổng khối lượng từng hạng mục công trình nhóm B 46 25 5,7 230 Tổng chi phí từng hạng mục công trình nhóm B 194272 33112900 8795562 2423740 Tổng chi phí từng hạng mục của các công trình 641942 43693871 12811575 4836942 Tổng chi phí xây dựng cơ bản 61.984.330 đ Tính toán chi phí mua các thiết bị phục vụ cho hệ thống xử lý: Bảng các thiết bị phục vụ cho hệ thống xử lý. Thiết bị Công suất (kW) Lưu lượng (m3/h) Số giờ làm việc (h) Giá (Đồng) Bơm nước thải làm nguội 1 4,16 24 2.000.000 Quạt thổi khí cho bể aeroten 6,3 24 20.000.000 Bơm nước thải vào bể UASB 1 4,16 24 2.000.000 Bơm bùn tuần hoàn 1 6,416 24 2.000.000 Tiền chạy thử 2.000.000 Tiền thiết kế công trình 5.000.000 Một bơm dự chữ 1 2.000.000 chi phí mua thiết bị dàn ống thổi khí , ống dẫn nước… 5.000.000 đ Tổng chi phí mua thiết bị 40.000.000 đ Ngoài ra trong chi phí xây dựng cơ bản còn phải xây: Đường đi nội bộ trong khu xử lý, hệ thống chiếu sáng, hệ thống an toàn và nhà phân tích và quản lý. Tổng chi phí cho các hạng mục này khoảng 40.000.000 đ Chi phí bảo dưỡng hệ thống xử lý nước thải chiếm khoảng 5% tổng chi phí xây dựng cơ bản.  0,05.(61984330+40000000 +40000000)=7100000 đ Tổng chi phí xây dựng cơ bản bao gồm: Chi phí xây dựng các thiết bị chính + chi phí mua thiết bị + chi phí phụ trợ cho quá trình vận hành + Chi phí bảo dưỡng hệ thống. Tổng chi phí xây dựng cơ bản = 61.984.330 + 40.000.000 +40.000.000+7.100.000=149.083.000 đồng Hệ thống xử lý nước thải sẽ hoạt động trong 15 năm. Mỗi năm gồm có 360 ngày. Số ngày hoạt động = 15 . 360 = 5400ngày. Khấu hao giá trị hệ thống xử lý tính cho một ngày hoạt động sẽ là: 149083000/5400 =27610 đ/ngày Tính giá trị khấu hao của hệ thống xử lý cho 1 m3 nước thải cần xử lý : 27610/100=276 Đồng/ m3. Chi phí để xử lý 1 m3 nước thải = Chi phí vận hành + giá trị khấu hao = 3896,7 + 276 =3172,7 Đồng / m3 nước thải . =3172,7Đồng / m3 nước thải . V.3. Quản lý vận hành hệ thống xử lý nước thải. V.3.1. Quản lý giám sát Mục tiêu cuẩ việc giám sát là tìm hiểu về quá trình hoạt động của các công trình trong hệ thống xử lý, tạo điều kiện thuận lợi để điều chỉnh các thông số vận hành nhằm đạt được hiệu quả xử lý tối ưu.- Các thông số cần quản lý và giám sát là: Tải lượng đầu vào như( lưu lượng, BOB, COD, SS…), hàm lượng oxy hoà tan (DO); thể tích bùn; hàm lượng bùn (MLSS); pH; các chất rắn có thể lắng; độ trong chất lượng dòng thải; tỷ lệ chất dinh dưỡng … Sau đây ta đi xét từng yếu tố trong quá trình vận hành: pH : pH cần được đo hàng ngày, giá trị Ph =6,5-7,8 biểu thị hoạt động sinh học tốt. Thông số pH đặc biệt quan trọng trong suốt thời gian chạy thử hệ thống và trong quá trình làm việc ổn định, nếu như pH không nằm trong giới hạn đó thì phải điều chỉnh cho nó phù hợp nếu không sẽ ảnh hươngr tới hiệu quả xử lý của hệ thống. ôxy hoà tan:Hàm lượng ôxy hoà tan là thông số quan trọng nhất trong vật hành hệ thống bể aeroten. Giá trị DO không được nhỏ hơn 0,5 mg/l và nó thường nằm trong khoảng 1,5 – 2 mg/l nhằm tránh điều kiện kỵ khí trong bùn lắng . . Vì vậy phải theo dõi giá trị DO hành ngày, quá trình đo cần được tiến hành trực tiếp trong bể aeroten bằng máy đo DO, cần phải kiểm tra trong toàn bộ bể tránh gây ra hiện tượng yếm khí từng vùng Thể tích bùn:Bên cạnh chỉ số DO, trong bể aeroten cần phải có hàm lượng bùn sinh khối đủ lớn và có khả năng lắng tốt.Thể tích bùn cần đạt 400 –600 mg/l và nước phải trong với hàm lượng nhỏ các bông nổi. Thể tích bùn cần được đo hàng ngày. Hàm lượng bùn lỏng (MLSS) MLSS là hàm lượng bùn lỏng trong bể sục khí. MLSS cần được phân tích hàng tuần giống như phân tích hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bể nước sục khí. Quá trình phân tích thường được tiến hành trong phòng thí nghiệm với mẫu được lọc và sấy khô ở nhiệt độ 105 0C. Giá trị này cần phải đạt trong khoảng từ 3-5 g/l Lượng chất rắn có thể lắng đọng: Lượng chất rắn có thể lắng đọng là 1 chỉ số nói lên hiệu quả của bể lắng. Lấy một mẫu khoảng 1l từ đầu ra của bể lắng và đỏ vào 1 phễu Imhoff. Mẫu này được để lắng trong 2h, sau đó chúng ta đọc thể tích bùn (mg/l). Thể tyích bùn lắng phải 0,3 mg/l thì có thể là bể lắng đã bị quá tải. Chỉ số thể tích bùn (SVI): SVI là thông số chỉ khả năng lắng của bùn hoạt tính. Có thể tính chỉ số thể tích bùn dựa trên kết quả đo đạc đồng thời 2 chỉ số SV và MLSS : SVI = SV/MLSS (ml/g)Chỉ số SVI <150 ml/g vì nếu lớn hơn thì khả năng lắng của bùn kém và cần tìm hiểu nguyên nhân của vấn đề này. Lấy mẫu: Phải lấy mẫu và phân tích mẫu nước thải dòng vào và ra của hệ thống xử lý nước thải ít nhất 1 lần trong 1 tháng: kiểm tra các thông số như là:COD; BOD; SS; Nồng độ chất dinh dưỡng ; pH …xem đã đạt yêu cầu chưa. Chương trình quản lý và giám sát hệ thống đầy đủ và đúng tại hệ thống xử lý nước thải bao gồm : - Quan trắc hàng ngày như : (lưu lượng ; DO;Ph; và SV trong bể xử lý hiếu khí ) - Quan trắc hàng tuần như ( lấy mẫu ngẫu nhiên ở đầu ra để phân tích COD,và SS) - Hàng tháng như : + Mẫu tỷ lệ lưu lượng trong thời gian 24 h ở đầu vào : COD,BOD5, SSvà NH3-N + Mẫu ở đầu ra: COD,BOD5 , SSvà NH3-N Báo cáo: Tất cả các số liệu quan trắc phải được ghi và lưu giữ. Các số liệu sản xuất cơ bản cũng được lưu trữ để khi có các sự cố trong vận hành có thể tìm hiểu nguyên nhân từ các điều kiện sản xuất đặc biệt. Hàng tháng phải có báo cáo cho ban lãnh đạo về các số liệu trung bình, các nhận xét, đánh giá và các ý kiến đề suất, kiến nghị V.3.2 Vận hành hệ thống: a. Chạy thử :  Khi bắt đầu vận hành một hệ thống xử lý nước thải mới hay khởi động lại hệ thống cũ sau khi bị hỏng hóc ( chẳng hạn sau khi rửa sạch bùn do nước thải quá tải hay bị nhiễm độc tính ) có một số nguyên tắc cần tuân thủ để hệ thống trở lại hoạt động bình thường trong thời gian sớm nhất : Cần tăng dần tải lượng của hệ thống XLNT trong thời gian 1 tháng Lượng DO cần giữ ở mức 2-3mg/l và nhất thiết không sục khí quá nhiều khi trong giai đoạn khởi động cần điều chỉnh dòng khí mỗi ngày Phải kiểm tra lượng DO và SV ( thể tích bùn )trong bể hiếu khí. Thể tích bùn sẽ tăngvà khả năng tạo bông và lắng của bùn cũng tăng dần trong thời gian 1 tháng Cần kiểm tra lượng SS trong bể hiếu khí hàng tuần Không lấy bùn dư chừng nào thể tích bùn chưa đạt 500mg/l và lượng SS từ 3-4 mg/l. b. Vận hành hàng ngày: Vận hành hệ thống xử lý nước thải sinh học hàng ngày, ngoài việc thực hiện chương trình quang trắc còn phải đảm bảo: Giữ lượng DO trong bể hiếu khí từ 2-4 mg/l bằng cách điều chỉnh dòng khí Điều chỉnh lượng bùn dư và giữ thể tích bùn ở mức 500 mg/l Đảm bảo nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten từ 2000-5000mg/l bằng cách tuần hoàn liên tục bùn từ đáy bể lắng thứ cấp Điều chỉnh pH phù hợp và bổ sung đủ chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật hoạt động trong quá trình xử lý sinh học.c. Xử lý sự cố trong quá trình xử lý nước thải: Nếu thực hiện chương trình quan trắc và tiến hành các hoạt động thường nhật, chúng ta có thể được hệ thống XLNT hoạt động tối ưu trong 1 thời gian dài. Tuy nhiên nếu có sự cố xảy ra, điều quan trọng là phải phân tích nguyên nhân để giải quyết sự cố. Dưới đây là một số sự cố thường gặp khi vận hành HTXLNT cùng với nguyên nhân và hành động sửa chữa tiến hành : Hạng mục Sự cố Nguyên nhân Sửa chữa và khắc phục Bể điều hoà Nhiệt độ cao Tắc dàn ống thổi khí nén vào bể Thông lại các ống hoặc thay mới Bể aeroten Bọt trắng nổi trên mặt bể Có quá ít bùn (thể tích bùn thấp ) Dừng lấy bùn dư Bùn có màu đen Có lượng ôxy hoà tan (DO) quá thấp Tăng cường sục khí Bùn có chỉ số thể tích bùn cao Lượng DO trong bể thấp Kiểm tra sự phân bổ khí và điều chỉnh Có bọt khí ở một số chỗ trong bể Thiết bị phân phối khí bị nứt Thay thế thiết bị phân phối khí Bể UASB Bùn không ở trạng thái lơ lửng Do vận tốc nước đi vào bể không ổn định Kiểm tra lại bơm nước thải vầo Vi sinh vật phát triển chậm Do hở thiết bị , nên có ôxy xâm nhập vào bể Kiểm tra và làm kín lại bể không cho ôxy hoà tan Bể lắng Bùn đen trên mặt Thời gian lưu bùn quá lâu Loại bỏ bùn thường xuyên Có nhiều bông nổi ở dòng thải Nước thải quá tải ,máng tràn quá ngắn Xây bể to hơn , tăng độ dài của máng tràn Nước thải không trong Khả năng lắng của bùn kém Tăng hàm lượng bùn hiếu khí Tóm lại : Để cho quá trình xử lý nước thải được tốt thì chúng ta cần phải thường xuyên quản lý giám sát , theo dõi trong quá trình vận hành hệ thống nhằm giải quyết nhanh các sự cố có thể xảy ra và tìm hiểu nguyên nhân gây ra sự cố để tìm cách giải quyết. KẾT LUẬN Đồ án tập trung vào phân tích các đặc trưng của dòng thải từ phân xưởng sản xuất cồn từ rỉ đường đó là: + Nước thải có nhiệt độ cao từ 80-850C + Có hàm lượng BOD, COD rất cao có trường hợp lên tới COD từ 50000-80000 mg/l. +Ngoài các thành phần dinh dưỡng như BOD, N, P, K trong dòng thải còn chứa nhiều độc tố từ nguồn mật rỉ như Furrurol, melanoidin, caramelon v.v..và trong quá trình lên men hoá như Na2SiF6 ( chất thanh trùng ), axit axetic còn lại các chất Fuzen v.v.. là những chất có nhiều khả năngức chế hoạt động của vi sinh vật. +Bên cạnh đó dòng nước thải này còn có màu nâu đặc trưng. Từ các đặc trưng trên đồ án đã tập hợp phân tích các công nghệ đã sử dụng và đề xuất một sơ đồ xử lý thích hợp với điều kiện của mình. Đặc điểm của sơ đồ xử lý này là: -Thiết bị điều hoà, vừa có nhiệm vụ điều hoà sự thăng giáng nồng độ, lưu lượng nhưng còn có nhiệm vụ giảm nhiệt độ và nồng độ đến miền làm việc tối ưu như dàn toả nhiệt, hệ thống pha loãng (tận dụng nước thải sau xử lý). Sử dụng bể UASB để xử lý cấp I phù hợp với điều kiện đầu vào có nhiệt độ và nồng độ cao. Sử dụng bể aroten để xử lý cấp II nhanh xử lý đến tiêu chuẩn thải theo yêu cầu. -Kết hợp bể xử lý bùn yếm khí để vô cơ hoá triệt để bùn hoạt tính thải. - Sử dụng sân phơi cát để chuyển thành bùn khô. Hệ thống không sử dụng bể clo hoá để tiêu diệt vi khuẩn vì nguồn vào ở nhiệt độ cao, mặt khác hệ vi sinh sử dụng ở đây là hệ vi sinh được phân công từ ban đầu Tác giả đã cố gắng lựa chọn các điều kiện thiết kế khác nhằm để đảm bảo độ tin cậy cao của đồ án. Tuy nhiên do chưa có sự kiểm tra qua thử nghiệm thiếu các số liệu công nghệ thực tế cho nên chắc chắn có những hạn chế nhất định. Tuy nhiên đồ án này có những đóng góp nhất định cho các cơ sở xử lý nước thải sản xuất cồn tham khảo và có thể áp dụng vào việc xử lý nước thải của cơ sở mình. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Hiếu Nhuệ Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp  Nhà xuất bản khoa học và kỹ thật, Hà Nội 1999 [2] Nguyễn Ngọc Lân Bài giảng công nghệ sản xuất cồn [3] Hoàng Huệ Xử lý nước thải công nghiệp Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội-1999 [4] kỹ thuật sản xuất rượu [5] Nguyễn Ngọc Dung Xử lý nước cấp [6] Báo cáo đánh giá tác động môi trường nhà máy đường Việt Trì [7] Trịnh Xuân Lai Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải Nhà xuất bản Xây dựng, TPHCM-1999. [8] Trần Hiếu Nhuệ Xử lý nước cấp và nước thải Trường Đại học Xây Dựng,Hà Nội-1999. [9] Sổ tay hoá công [10] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga Giáo trình công nghệ xử lý nước thải Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội-1999. [11] Thông báo khoa học của các trường đại học Bộ Giáo dục và Đào tạo, Hà Nội-2000. [12] Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hoá học Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất Đại học Bách Khoa Hà Nội. [13] J.Gruhler Các công trình làm sạch nước thải loại nhỏ (sách dịch) Nhà xuất bản Xây dựng-1985. [14] Brother Joseph McCabe and W.W.Eckefnelder. Biological treatment of sewage and industrial wastes J.R.Manhattan College. [15] Sổ tay xử lý nước Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật-2000. [16] Kỹ thuật môi trường ._.