Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột khoai mì Công ty TNHH Tấn Thành, tỉnh tây Ninh với công suất 900m3/ngày đêm

CHÖÔNG 4 TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ HEÄ THOÁNG XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI 4.1. THAØNH PHAÀN VAØ TÍNH CHAÁT NÖÔÙC THAÛI CUÛA NHAØ MAÙY 4.1.1. Thaønh phaàn vaø tính chaát nöôùc thaûi * Nguoàn phaùt sinh : Trong coâng nghieäp cheá bieán tinh boät, nöôùc ñöôïc söû duïng trong quaù trình saûn xuaát chuû yeáu laø ôû caùc coâng ñoaïn röûa cuû, ly taâm, saøng loaïi xô, khöû nöôùc. Trong coâng ñoaïn röûa, nöôùc ñöôïc söû duïng cho vieäc röûa cuû mì tröôùc khi loät voû ñeå loaïi boû caùc chaát baån baùm treân beà maët. Neáu röûa khoâng ñaày ñuû, buøn baùm treân cuû seõ laøm cho tinh boät coù maøu raát xaáu. Trong coâng ñoaïn ly taâm vaø saøng loaïi xô, nöôùc ñöôïc söû duïng nhaèm muïc ñích röûa vaø taùch tinh boät töø boät xô cuû mì. Ngoaøi ra, nöôùc coøn ñöôïc söû duïng trong quaù trình nghieàn cuû mì nhöng vôùi khoái löôïng khoâng ñaùng keå. Toùm laïi, löôïng nöôùc thaûi phaùt sinh töø nhaø maùy döï kieán coù 10% baét nguoàn töø nöôùc röûa cuû vaø 90% xaû ra töø coâng ñoaïn ly taâm, saøng loïc, khöû nöôùc. * Löu löôïng Toång khoái löôïng nöôùc thaûi cuûa nhaø maùy chieám khoaûng 80% toång khoái löôïng nöôùc caáp söû duïng, töông ñöông 900 m3 nöôùc thaûi/ngaøy, trong ñoù : Nöôùc thaûi töø coâng ñoaïn röûa cuû : 90 m3/ngaøy Nöôùc thaûi töø coâng ñoaïn ly taâm, saøng loïc, khöû nöôùc : 810 m3/ngaøy Baûng 4.1: Thaønh phaàn tính chaát nöôùc thaûi Chæ tieâu Ñôn vò Nöôùc thaûi cheá bieán tinh boät Töø coâng ñoaïn röûa cuû Töø coâng ñoaïn ly taâm, saøng loïc Nöôùc thaûi toång hôïp (coáng chung) pH Chaát raén toång coäng Caën lô löûng BOD COD Nitô toång coäng Phosphat toång coäng CN- -- mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 6,5 – 7,5 550 – 700 400 – 500 40 – 60 100 – 150 30 – 38 1 – 1,5 4 – 4,5 4.000 – 4.500 1.300 – 1.800 3.500 – 4.500 4.000 – 4.800 70 – 75 5,5 – 10 4,5 – 5,0 3.500 – 4.000 1.100 – 1.500 3.500 – 4.000 4.000 – 4.400 60 – 70 5,5 – 10 5 - 25 (Nguoàn: Xí nghieäp coâng ngheä moâi tröôøng – ECO) Nöôùc thaûi khoai mì ñöôïc thaûi ra chuû yeáu töø giai ñoaïn röûa cuû vaø taùch tinh boät (ly taâm, saøng loïc). Loaïi nöôùc thaûi naøy coù ñaëc tính töông töï nhö ñaëc tính nöôùc thaûi caùc ngaønh thöïc phaåm khaùc. Töùc laø trong thaønh phaàn cuûa nöôùc thaûi khoai mì chöùa haøm löôïng chaát höõu cô raát cao, ñoä ñuïc cao do aûnh höôûng cuûa caën lô löûng neân coù khaû naêng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng raát lôùn. Ñaëc bieät vôùi loaïi nöôùc thaûi naøy laø trong khoai mì coù chöùa HCN laø moät acid coù tính chaát ñoäc haïi. Ñaây laø chaát hoaù hoïc trong khoai mì gaây neân traïng thaùi say, ngoä ñoäc khi aên phaûi quaù nhieàu. Khi ngaâm khoai mì vaøo nöôùc moät phaàn HCN seõ vöûa ra tan vaøo trong nöôùc vaø theo nöôùc thaûi ra ngoaøi. Ngoaøi ra, trong quaù trình hoaït ñoäng coù suïc khí SO2 vaøo trong nöôùc ôû coâng ñoaïn trích ly, SO2 khi gaëp nöôùc seõ chuyeån hoaù thaønh acid H2SO3 laøm cho pH trong nöôùc giaûm xuoáng raát nhieàu. * Nhaän xeùt: - Nöôùc thaûi röûa cuû coù pH gaàn nhö trung tính (tuy vaãn phuï thuoäc vaøo chaát löôïng nguoàn nöôùc caáp), haøm löôïng chaát raén toång coäng naèm trong khoaûng 550 – 700 mg/l vôùi khoaûng 70 – 75% laø chaát raén lô löûng, noàng ñoä BOD vaø COD cuûa nöôùc thaûi naèm trong khoaûng 40 – 60 mg/l vaø 100 – 150 mg/l. - Nöôùc thaûi töø coâng ñoaïn ly taâm, saøng loïc mang tính acid vôùi pH naèm trong khoaûng 4 – 4,5. Ngoaøi ra, nöôùc thaûi coøn coù haøm löôïng chaát raén toång coäng khaù cao (töø 4.000 – 4.500 mg/l), trong ñoù noàng ñoä caën lô löûng chieám khoaûng töø 35 – 45% (khoaûng 1.300 – 1.800 mg/l). Noàng ñoä BOD vaø COD cuûa nöôùc thaûi töø coâng ñoaïn naøy naèm trong khoaûng 3.500 – 4.500 mg/l vaø 4.000 – 4.800 mg/l. Vì vaäy, nöôùc thaûi tinh boät khoai mì vôùi haøm löôïng lôùn coù caùc chæ tieâu BOD, COD, SS vöôït cao hôn tieâu chuaån gaàn chuïc laàn, ñoä ñuïc ñoä maøu cao do thaønh phaàn caën lô löûng chuû yeáu laø caùc haït tinh boät coù kích thöôùc nhoû ôû daïng phaân taùn keo. Haøm löôïng CN vöôït ñeán haøng traêm laàn so vôùi tieâu chuaån cho pheùp. Nöôùc thaûi khoai mì coù maøu traéng ngaø, khi chaûy qua keânh raïch boác muøi chua noàng, nöôùc ñoû hoàng do phaûn öùng chuyeån hoaù cuûa CN, ñoäc tính cuûa nöôùc thaûi khoai mì gaây ra bôûi söï hieän dieän cuûa glucoside. Hôïp chaát naøy deã bò phaân huyû thaønh glucose, aceton vaø acid cyanide gaây taùc haïi tröïc tieáp ñeán heä thuûy sinh vaät, laøm aûnh höôûng ñeán caùc hoaït ñoäng nuoâi troàng thuûy saûn. Nöôùc thaûi ngaám xuoáng ñaát gaây oâ nhieãm nguoàn nöôùc ngaàm. Nöôùc thaûi chaûy traøn vaøo ñoàng ruoäng gaây oâ nhieãm moâi tröôøng ñaát vaø naêng suaát caây troàng. Tyû leä BOD/COD trong nöôùc thaûi leân ñeán 87%. Chöùng toû coù theå aùp duïng coâng ngheä sinh hoïc cho vieäc xöû lyù nöôùc thaûi. Do tính chaát ñaëc tröng cuûa nguoàn nöôùc thaûi (haøm löôïng CN cao, dao ñoäng töø 5–25 mg/l), trong moät soá tröôøng hôïp ñaëc bieät do nguoàn nguyeân lieäu cheá bieán laø caùc loaïi khoai mì troàng laâu naêm hoaëc khoai mì ñaéng daãn ñeán haøm löôïng CN trong nöôùc thaûi coù theå leân ñeán hôn 25 mg/l. Chính haøm löôïng CN cao laø moät trong nhöõng nguyeân nhaân gaây aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán hieäu quaû xöû lyù, aûnh höôûng ñeán hoaït ñoäng caùc coâng trình xöû lyù sinh hoïc sau naøy. Vì vaäy, coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi khoai mì caàn chuù troïng giai ñoaïn khöû CN tröôùc ñeå baûo ñaûm tính oån ñònh cuûa heä thoáng. Sau ñoù aùp duïng phöông phaùp sinh hoïc keát hôïp xöû lyù kî khí vaø hieáu khí. 4.1.2. Cô sôû löïa choïn caùc phöông aùn xöû lyù 4.1.2.1 Thoâng soá thieát keá Löu löôïng : 900 m3/ngaøy Nöôùc thaûi tröôùc xöû lyù : pH : 4,5 – 5,5 SS : 3.500 – 4.000 mg/l BOD5 : 3.500 – 4.000 mg/l COD : 4.000 – 4.400 mg/l Nöôùc thaûi sau xöû lyù: Ñaït QCVN 24-2009 (Coät A) pH : 6 – 9 SS : < 50 mg/l BOD5 : < 30 mg/l COD : < 50 mg/l 4.1.2.2 Cô sôû löïa choïn beå Acid hoùa ñeå xöû lyù CN Trong nöôùc thaûi khoai mì, CN toàn taïi döôùi daïng linamarin, döôùi taùc duïng cuûa enzim trong moâi tröôøng acid, linamarin bò phaân huûy taïo thaønh glucose, aceton vaø acid cyanhydric theo phaûn öùng: Hình 4.1 : Quaù trình phaân huûy CN töø finamarin Trong ñieàu kieän töï nhieân, linamarin döôùi taùc duïng cuûa enzim seõ chuyeån hoaù theo cô cheá: CN- + ½ O2 + enzyme à CNO- CNO- + H2O à NH3 + CO2 Hoaëc: HCN + 2H2O à NH4COOH Ñeå heä thoáng ñaït ñöôïc hieäu quaû xöû lyù cao caàn chuù troïng ñeán giai ñoaïn khöû CN tröôùc. Trong ñieàu kieän töï nhieân, CN cuõng coù theå töï phaân huûy nhöng khoâng trieät ñeå vaø ñoøi hoûi khoaûng thôøi gian phaân huûy khaù daøi (sau 5–7 ngaøy khoaûng 30% CN bò phaân huûy). CN laø ñoäc ñoái vôùi sinh vaät, neáu noàng ñoä CN trong nöôùc thaûi cao seõ aûnh höôûng tieâu cöïc tôùi hieäu quaû xöû lyù cuûa caùc coâng trình xöû lyù sinh hoïc do ñoù tröôùc khi ñi vaøo coâng trình xöû lyù, nöôùc thaûi phaûi ñöôïc khöû CN. Ñaëc ñieåm nöôùc thaûi toång hôïp nhaø maùy coù giaù trò pH thaáp vieäc khöû CN hoøan toøan coù theå khaû thi trong beå axit hoùa. Theo nghieân cöùu cuûa phoøng thí nghieäm Khoa Moâi Tröôøng, taïi beå acid hoùa haøm löôïng CN ñöôïc khöû nhanh hôn töï nhieân raát nhieàu, phaàn lôùn caùc hôïp chaát höõu cô khoù phaân huûy trong nöôùc thaûi tinh boät mì toàn taïi döôùi daïng ñöôøng, tinh boät, protein, lipid, limarin … bò thuûy phaân thaønh caùc hôïp chaát ñôn giaûn, HCN, caùc acid beùo, caùc hôïp chaát acetate… Khaû naêng phaân huûy CN taïi beå axit ñöôïc bieåu dieãn trong hình 4.2 Hình 4.2: Ñoà thò bieåu dieãn khaû naêng phaân huûy CN taïi beå acid hoùa (Khoa Moâi Tröôøng – ÑH Baùch Khoa Tp.HCM) Taïi beå acid hoùa haøm löôïng SS vaø COD ñöôïc xöû lyù khaù cao (10 – 30% COD ñöôïc xöû lyù). Ñeå heä thoáng hoaït ñoäng coù hieäu quaû caàn thieát keá beå acid hoùa ñeå xöû lyù trieät ñeå CN vaø giaûm taûi troïng cho caùc coâng trình xöû lyù sau. 4.1.2.3 Cô sôû löïa choïn xöû lyù kî khí UASB Nghieân cöùu xöû lyù kî khí cho nöôùc thaûi khoai mì ñaõ ñöôïc quan taâm töø raát laâu vaø ñaõ ñöôïc nhieàu nöôùc aùp duïng, ñem laïi hieäu quaû cao. Ñaëc tính cuûa nöôùc thaûi khoai mì coù oàng ñoä chaát höõu cô deã phaân huûy raát cao neân coâng ñoaïn xöû lyù kî khí laø khoâng theå thieáu. Nguyeân lyù cuûa phöông phaùp xöû lyù kî khí Quaù trình phaân huûy kî khí laø quaù trình phaân huûy sinh hoïc caùc chaát höõu cô coù trong nöôùc thaûi trong ñieàu kieän khoâng coù oxy ñeå taïo ra saûn phaåm cuoái cuøng laø khí CH4 vaø CO2 (tröôøng hôïp nöôùc thaûi khoâng chöùa NO3- vaø SO42-). So saùnh giöõa UASB vaø caùc coâng ngheä xöû lyù kî khí khaùc Trong phöông phaùp xöû lyù kî khí coù caùc coâng ngheä nhö: hoà sinh hoïc kî khí, loïc sinh hoïc kî khí, beå vôùi lôùp vaät lieäu tröông nôû, beå vôùi lôùp buøn lô löûng doøng höôùng leân UASB... ñeàu ñaït hieäu quaû khaù cao. Moãi thieát bò coù nhöõng öu- nhöôïc rieâng cuûa noù. Baûng 4.2: So saùnh giöõa caùc phöông phaùp xöû lyù kî khí Quaù trình Thuaän lôïi Baát lôïi Hoà kî khí Reû. Haàu nhö khoâng ñoøi hoûi quaûn lyù thöôøng xuyeân, baûo trì, vaän haønh ñôn giaûn. Caàn coù moät dieän tích raát lôùn. Gaây muøi thoái raát khoù chòu. Khoâng thu hoài ñöôïc khí sinh hoïc sinh ra. Phaân huûy kî khí xaùo troän hoaøn toaøn Thích hôïp nöôùc thaûi coù haøm löôïng SS cao. Ñaûm baûo tính chaát nöôùc thaûi (vaät chaát, pH, nhieät ñoä) ñoàng ñeàu trong thieát bò. Taûi troïng thaáp. Theå tích thieát bò lôùn ñeå ñaït SRT caàn thieát. Söï xaùo troän trôû neân khoù khi haøm löôïng SS quaù lôùn. Tieáp xuùc kî khí Thích hôïp vôùi nöôùc thaûi coù haøm löôïng SS töø trung bình ñeán cao. Taûi troïng trung bình. Vaän haønh töông ñoái phöùc taïp. Loïc kî khí Vaän haønh töông ñoái ñôn giaûn. Phuø hôïp cho caùc loaïi nöôùc thaûi coù haøm löôïng COD töø thaáp ñeán cao. Khoâng phuø hôïp vôùi loaïi nöôùc thaûi coù haøm löôïng SS cao. Deã bò bít kín. UASB Voán ñaàu tö vaø chi phí vaän haønh thaáp. Thieát bò ñôn giaûn, chieám ít dieän tích. Phuø hôïp cho caùc loaïi nöôùc thaûi coù haøm löôïng COD töø thaáp ñeán cao. Coù theå ñaït ñöôïc taûi troïng raát cao. Khoâng phuø hôïp vôùi loaïi nöôùc thaûi coù haøm löôïng SS cao. Nhöõng naêm gaàn ñaây UASB ñöôïc öùng duïng roäng raõi hôn caùc coâng ngheä khaùc do nguyeân lyù quaù trình ñöôïc xem laø thuaän tieän vaø ñôn giaûn nhaát, nhöõng haïn cheá trong quaù trình vaän haønh UASB coù theå deã daøng khaéc phuïc baèng caùc phöông phaùp xöû lyù sô boä. Tính kinh teá cuõng laø moät öu ñieåm cuûa UASB. Maët khaùc UASB ñöôïc quan taâm hôn caû laø vì ñoái vôi nöôùc thaûi khoai mì: - Giai ñoaïn acid hoùa khoâng chæ chuyeån hoùa caùc protein, glucose, … thaønh acid maø coøn coù taùc duïng khöû CN. Khi thôøi gian löu ôû beå acid ngaén khoâng khöû trieät ñeå CN thì CN seõ tieáp tuïc ñöôïc xöû lyù taïi beå UASB. - UASB coù khaû naêng xöû lyù nöôùc thaûi höõu cô vôùi taûi troïng cao, nhöng ít toán naêng löôïng. Hieäu quaû xöû lyù cao töø 60 – 90% theo COD. - Thieát bò ñôn giaûn, chieám ít dieän tích. - Coù khaû naêng giöõ buøn laâu daøi vaø ít thay ñoåi hoaït tính khi khoâng hoaït ñoäng. - Haøm löôïng caën lô löûng trong thaønh phaàn nöôùc thaûi khoai mì chuû yeáu laø caùc chaát höõu cô coù khaû naêng phaân huûy sinh hoïc neân khoâng aûnh höôûng ñeán UASB. 4.1.2.4. Cô sôû löïa choïn hieáu khí Sau xöû lyù kî khí, nöôùc thaûi ñöôïc tieáp tuïc xöû lyù sinh hoïc hieáu khí. Trong xöû lyù hieáu khí coù raát nhieàu coâng trình khaùc nhau. Tuy nhieân qua phaân tích caùc yeâu caàu xöû lyù cuûa nhaø maùy bao goàm : Khaû naêng töông lai nhaø maùy seõ môû roäng saûn xuaát. Ñieàu kieän töï nhieân, khí töôïng, thuûy vaên cuûa nhaø maùy. Chi phí ñaàu tö, xaây döïng, vaän haønh, baûo trì thaáp. Quyõ ñaát coù haïn cuûa coâng ty. Ñoái chieáu vôùi caùc yeâu caàu coâng trình xöû lyù hieáu khí thích hôïp cuûa nhaø maùy laø quaù trình xöû lyù suïc khí trong beå Aerotank hoaëc quaù trình xöû lyù hieáu khí trong beå loïc sinh hoïc Öu ñieåm: ñaït ñöôïc möùc ñoä xöû lyù trieät ñeå, thôøi gian khôûi ñoäng ngaén, ít taïo muøi hoâi, coù tính oån ñònh cao trong quaù trình xöû lyù. Khuyeát ñieåm: toán nhieàu naêng löôïng. 4.2. ÑEÀ XUAÁT CAÙC PHÖÔNG AÙN XÖÛ LYÙ Töø nhöõng phaân tích treân, coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi cuûa nhaø maùy nhö sau : 4.2.1. Phöông aùn 1 Nöôùc thaûi Song chaén raùc Beå laéng caùt Saân phôi caùt Hoá gom Nöôùc dö Beå laéng Beå Acid Beå Aerotank Beå UASB Troän tónh Hoà hoaøn thieän Nguồn tiếp nhận NaOH Dinh döôõng Beå chöùa buøn Buøn ñaõ phaân huûy buøn tuaàn hoaøn buøn Maùy loïc eùp baêng taûi Baùnh buøn Suïc khí Buøn Beå neùn buøn ñaëc 4.2.1.1. Sô ñoà coâng ngheä Maùy saøng raùc Hình 4.3 : Qui trình xöû lyù nöôùc thaûi 1 4.2.1.2. Thuyeát minh quy trình coâng ngheä Nöôùc thaûi töø caùc quy trình coâng ngheä ñöôïc daãn qua song chaén raùc ñeå loaïi boû caùc taïp chaát thoâ coù kích thöôùc lôùn, tröôùc khi vaøo hoá gom, nöôùc thaûi ñöôïc daãn qua beå laéng caùt, taïi ñaây nhöõng haït caùt coù kích thöôùc lôùn hôn 0,2mm ñöôïc giöõ laïi ñeå traùnh aûnh höôûng ñeán heä thoáng bôm caùc coâng trình sau. Nöôùc thaûi chaûy vaøo hoá thu gom taïi hoá gom nöôùc thaûi ñöôïc 2 bôm chìm hoaït ñoäng luaân phieân bôm ñeán beå acid. Tröôùc khi vaøo beå acid nöôùc thaûi chaûy qua saøng chaén raùc tinh ñeå giöõ laïi chaát raén coù kích thöôùc lôùn hôn 1mm. Taïi beå acid coù nhieäm vuï khöû CN, chuyeån hoùa caùc maïch voâ cô phöùc taïp thaønh ñôn giaûn ñoàng thôøi nhôø quaù trình khuaáy troän vaø caáp khí nöôùc thaûi ñöôïc ñieàu hoøa veàø löu löôïng vaø noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm nhö : COD, BOD, SS, pH….xöû lyù moät phaàn COD (10 – 30% COD). Töø beå ñieàu hoøa, nöôùc thaûi ñöôïc bôm vôùi moät löu löôïng coá ñònh vaøo beå phaûn öùng kî khí UASB. Giaù trò pH thuaän lôïi cho hoaït ñoäng cuûa beå UASB laø 6,7-7,5. Khoaûng giaù trò pH naøy laø khoaûng cöïc thuaän cho quaù trình hình thaønh khí metan vaø söï caân baèng trong tröôøng hôïp taûi troïng cuûa beå quaù taûi, pH trong beå xuoáng thaáp. Caùc chaát dinh döôõng taïo ñieàu kieän thuaän lôïi cho hoaït ñoäng cuûa caùc vi sinh vaät do ñoù caàn boå sung vaøo nöôùc thaûi. Tyû leä boå sung thích hôïp laø COD: N: P = 350 :5 :1. Nöôùc thaûi ra khoûi beå acid coù pH thaáp ( khoaûng 4 – 5), neân tröôùc khi vaøo beå UASB nöôùc thaûi seõ ñöôïc naâng cao pH leân =7, hoaït ñoäng ñieàu chænh nhôø thieát bò ñaàu doø pH noái vôùi tuû ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa bôm dung dòch NaOH. Caùc chaát dinh döôõng N, P ñöôïc boå sung vaøo theo ñuùng tyû leä. Sau khi qua thieát bò troän tónh dung dòch NaOH, caùc chaát dinh döôõng ñöôïc troän ñeàu tröôùc khi vaøo beå UASB. Taïi beå UASB, caùc vi sinh vaät ôû daïng kî khí seõ phaân huûy caùc chaát höõu cô coù trong nöôùc thaûi (hieäu suaát xöû lyù cuûa beå UASB tính theo COD, BOD ñaït 60-80%) thaønh caùc chaát voâ cô ôû daïng ñôn giaûn vaø khí Biogas (CO2, CH4, H2S, NH3…), theo phaûn öùng sau : Chaát höõu cô + Vi sinh vaät kî khí CO2 + CH4 + H2S + Sinh khoái môùi + … Phaàn CN coøn laïi tieáp tuïc ñöôïc phaân huûy ôû beå UASB Sau beå UASB nöôùc thaûi ñöôïc daãn qua beå Aerotank xöû lyù trieät ñeå caùc hôïp chaát höõu cô. Taïi beå Aerotank dieãn quaù trình sinh hoïc hieáu khí ñöôïc duy trì nhôø khoâng khí caáp töø caùc maùy thoåi khí. Taïi ñaây, caùc vi sinh vaät ôû daïng hieáu khí (buøn hoaït tính) seõ phaân huûy caùc chaát höõu cô coøn laïi trong nöôùc thaûi thaønh caùc chaát voâ cô ôû daïng ñôn giaûn nhö : CO2, H2O…Theo phaûn öùng sau : Söï oxy hoaù toång hôïp COHNS + O2 + dinh döôõng CO2 + NH3 + C5H7NO2 + caùc saûn phaåm khaùc Phaân huûy noäi baøo C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + H2O + naêng löôïng Quaù trình phaân huyû cuûa vi sinh vaät phuï thuoäc vaøo caùc ñieàu kieän sau: pH, nhieät ñoä, caùc chaát dinh döôõng, noàng ñoä buøn vaø tính ñoàng nhaát cuûa nöôùc thaûi. Do ñoù caàn phaûi theo doõi caùc thoâng soá naøy trong beå aerotank. Hieäu quaû xöû lyù BOD cuûa beå aerotank ñaït töø 90 – 95%. Töø beå Aerotank, nöôùc thaûi ñöôïc daãn sang beå laéng, taïi ñaây dieãn ra quaù trình phaân taùch giöõa nöôùc vaø buøn hoaït tính. Buøn hoaït tính laéng xuoáng ñaùy, nöôùc ôû phía treân chaûy traøn sang hoà hoaøn thieän. Hôïp chaát höõu cô seõ ñöôïc phaân huyû trieät ñeå ôû hoà hoaøn thieän nhôø quaù trình töï laøm saïch cuûa hoà, oxy cung caáp cho quaù trình oxy hoaù chuû yeáu do söï kheách taùn khoâng khí qua maët nöôùc vaø quaù trình quang hôïp cuûa taûo, reâu … Thôøi gian löu nöôùc trong hoà laø 3 ngaøy. Hoà hoaøn thieän coù theå keát hôïp xöû lyù nöôùc thaûi vôùi nuoâi caù. Nöôùc thaûi sau hoà hoaøn thieän ñaït QCVN 24-2009 (Coät A) vaø ñöôïc xaû vaøo nguoàn tieáp nhaän. Buøn hoaït tính ôû ñaùy beå laéng ñöôïc thu gom veà beå thu buøn, moät phaàn ñöôïc bôm tuaàn hoaøn veà beå Aerotank nhaèm duy trì haøm löôïng vi sinh vaät trong beå. Buøn dö ñöôïc bôm vaøo beå neùn buøn troïng löïc ñeå laøm giaûm theå tích. Sau ñoù ñöôïc bôm ñeán ñeán ngaên khuaáy troän cuûa maùy loïc eùp baêng taûi ñeå khuaáy troän cuøng polyme, roài ñi qua heä thoáng baêng taûi eùp buøn. Buøn thaûi ra coù daïng baùnh ñem choân laáp hoaëc söû duïng laøm phaân boùn. 4.2.2. Phöông aùn 2 4.2.2.1. Sô ñoà coâng ngheä Maùy saøng raùc Nöôùc thaûi Song chaén raùc Beå laéng caùt Saân phôi caùt Hoá gom Nöôùc dö Beå laéng Beå Acid Loïc sinh hoïc Beå UASB Troän tónh Hoà hoaøn thieän Nguồn tiếp nhận NaOH Dinh döôõng Beå chöùa buøn Buøn ñaõ phaân huûy buøn Maùy loïc eùp baêng taûi Baùnh buøn Buøn Beå neùn buøn ñaëc Hình 4.4 : Qui trình xöû lyù nöôùc thaûi 2 4.2.2.2. Thuyeát minh qui trình coâng ngheä Nöôùc thaûi seõ ñi qua caùc coâng trình töông töï nhö trong phöông aùn 1. sau khi ra khoûi beå UASB, nöôùc thaûi ñöôïc daãn ñeán beå loïc sinh hoïc (beå Biophin) _ laø moät coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi trong ñieàu kieän nhaân taïo nhôø caùc vi sinh vaät hieáu khí. Nöôùc thaûi phaân phoái leân beà maët cuûa beå, thaám qua caùc lôùp vaät lieäu loïc. ÔÛ beà maët cuûa caùc haït vaät lieäu loïc, caùc caën baån ñöôïc giöõ laïi vaø taïo thaønh maøng goïi laø maøng vi sinh vaät. Maøng vi sinh haáp thuï caùc chaát höõu cô vaø nhôø coù cung caáp oâxy maø quaù trình oâxy hoùa ñöôïc thöïc hieän. Nhöõng maøng vi sinh vaät cheát seõ cuøng nöôùc thaûi ñi ra khoûi beå vaø ñöôïc laéng ôû beå laéng. Nöôùc thaûi thu ñöôïc töø maùng chaûy traøn ñöa ñeán hoà hoaøn thieän, taïi ñaây phaàn chaát höõu cô coøn laïi bò phaân huûy tieáp tuïc nhôø quaù trình töï laøm saïch cuûa hoà. Nöôùc thaûi sau hoà hoaøn thieän ñaït QCVN 24-2009 (Coät A) vaø ñöôïc xaû thaúng ra nguoàn tieáp nhaän. 4.3. TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ PHÖÔNG AÙN 1 4.3.1. Song chaén raùc 4.3.1.1. Nhieäm vuï Nöôùc thaûi ñöa tôùi coâng trình laøm saïch tröôùc heát phaûi qua song chaén raùc. Taïi song chaén raùc, caùc taïp vaät thoâ coù kích thöôùc lôùn ñöôïc giöõ laïi. Caùc taïp vaät naøy coù theå gaây ra söï coá trong quaù trình vaän haønh heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi nhö laøm taéc bôm ñöôøng oáng hoaëc keânh daãn. Ngoaøi ra, caùc hôïp chaát cô hoïc trong nöôùc coøn coù taùc haïi khaùc nhö baøo moøn ñöôøng oáng, thieát bò, laøm taêng trôû löïc doøng chaûy neân taêng tieâu hao naêng löôïng cuûa bôm. Ñaây laø böôùc quan troïng ñaûm baûo an toaøn vaø ñieàu kieän thuaän lôïi cho caû heä thoáng. 4.3.1.2. Tính toaùn Löu löôïng trung bình ngaøy: Löu löôïng trung bình ngaøy: Löu löôïng trung bình giaây: Löu löôïng giôø lôùn nhaát: Trong ñoù: Kcb laø heä soá khoâng ñieàu hoøa chung cuûa nöôùc thaûi, laáy theo TCXD-51-2008; Kch=3. Song chaén raùc ñöôïc ñaët nghieâng moät goùc 60o so vôùi maët ñaát. Soá khe hôû cuûa song chaén raùc: Trong ñoù: Qmax : löu löôïng lôùn nhaát cuûa doøng thaûi (m3/s). Qmax = 112,5 m3/h = 0,03125 m/s. b : beà roäng khe hôû giöõa caùc song chaén raùc (mm), töø 15 ÷ 25 mm. Choïn b = 16 mm ko : heä soá tính ñeán ñoä thu heïp cuûa doøng chaûy khi söû duïng coâng cuï caøo raùc cô giôùi, ko = 1,05. h : chieàu saâu möïc nöôùc qua song chaén (m) thöôøng laáy baèng chieàu saâu möïc nöôùc trong möông daãn. Choïn h = 0,1m. Vmax : toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa nöôùc thaûi tröôùc song chaén raùc öùng vôùi löu löôïng lôùn nhaát, töø 0,6 ÷ 1,0 m/s. Choïn Vmax = 0,9 m/s. = 22,79 Choïn n = 22 khe. Chieàu roäng song chaén raùc: Bs = S(n – 1) + b.n Trong ñoù: S: laø beà roäng thanh ñan hình chöõ nhaät, choïn S = 8mm (n-1) : soá thanh ñan cuûa song chaén raùc Bs = 0,008(22 – 1) + 0,016 x 22 = 0,52 (m) Choïn Bs = 0,5 m. Kieåm tra laïi toác ñoä doøng chaûy ôû phaàn môû roäng tröôùc song chaén öùng vôùi löu löôïng nöôùc thaûi Qmax = 0,03125 m3/s. Vaän toác naøy khoâng ñöôïc nhoû hôn 0,4 m/s. Vktra = = 0,625 (m/s) Toån thaát aùp löïc qua song chaén raùc: Trong ñoù: Vmax = 0,9 m/s g : gia toác troïng tröôøng (m/s2) k : heä soá tính ñeán söï taêng toån thaát do raùc ñoïng laïi ôû song chaén. k = 2 ÷ 3, choïn k = 3. x : heä soá toån thaát cuïc boä taïi song chaén raùc phuï thuoäc vaøo tieát dieän thanh song chaén ñöôïc tính bôûi: b : heä soá phuï thuoäc tieát dieän ngang cuûa thanh. Choïn thanh tieát dieän hình chöõ nhaät, b = 2,42 a : goùc nghieâng song chaén raùc, a = 60o Þ = 0,103 (mH2O) Chieàu daøi ñoaïn keânh môû roäng tröôùc song chaén: = 0,275 (m) Trong ñoù: : goùc môû roäng cuûa buoàng ñaët song chaén raùc. Choïn =20o Bk : chieàu roäng cuûa möông daãn nöôùc thaûi vaøo. Choïn Bk = 0,3 m Chieàu daøi ñoaïn thu heïp sau song chaén: L2 = 0,5.L1 = 0,5 x 0,275 = 0,14 (m) Chieàu daøi xaây döïng möông ñaët song chaén raùc: L = L1 + L2 + L3 = 0,275 + 0,14 + 1 = 1,415 (m) L3 : chieàu daøi buoàng ñaët song chaén raùc Hình 4.5 : Sô ñoà laép ñaët song chaén raùc. Caùc thoâng soá xaây döïng möông ñaët song chaén raùc: STT STT Teân thoâng soá Ñôn vò Soá lieäu thieát keá 1 Beà roäng khe mm 16 2 Soá khe hôû khe 22 3 Chieàu roäng möông daãn nöôùc vaøo m 0,3 4 Chieàu roäng song chaén m 0,5 5 Chieàu daøi ñoaïn keânh tröôùc song chaén m 0,275 6 Chieàu daøi ñoaïn thu heïp sau song chaén m 0,14 7 Chieàu daøi möông ñaët song chaén m 1,0 4.3.2. Beå laéng caùt 4.3.2.1. Nhieäm vuï Beå laéng caùt ñöôïc thieát keá nhaèm muïc ñích loaïi boû caùt, cuoäi coù troïng löôïng rieâng khoaûng 1600 kg/m3. Neáu caùc loaïi naøy khoâng ñöôïc taùch loaïi ra khoûi nöôùc thaûi, coù theå gaây aûnh höôûng lôùn ñeán caùc coâng trình phía sau nhö maøi moøn thieát bò, nhanh laøm hö bôm, laéng caën trong oáng, möông, giaûm theå tich laøm vieäc cho beå meâtan do chöùa caùt. Trong beå laéng caùt ngang, doøng chaûy theo höôùng ngang vaø vaän toác ñöôïc kieåm soaùt theo kích thöôùc beå, cöûa phaân phoái ñaàu vaøo vaø maùng traøn ñaàu ra. Beå laéng caùt ngang thöôøng ñöôïc thieát keá sao cho vaän toác doøng chaûy trong beå ñaït gaàn giaù trò 0,3 m/s vôùi thôøi gian löu nöôùc töø 45 ñeán 90 giaây. Caùt sau khi laéng ñöôïc laáy ra khoûi beå baèng thuû coâng, thieát bò bôm thuûy löïc hoaëc söû duïng caùc thieát bò cô khí nhö gaøu caïp, bôm truïc vít, bôm khí neùn, bôm phaûn löïc, … 4.3.2.2. Tính toaùn Vaän toác chuyeån ñoäng cuûa doøng nöôùc trong beå laéng caùt töø 0,15 ÷ 0,3 m/s.Choïn v = 0,15 m/s. Taûi troïng thuûy löïc cuûa beå laéng caùt (hay ñoä lôùn thuûy löïc) theo ñöôøng kính haït caùt ôû 15oC theo baûng sau: Baûng 4.3 : Taûi troïng thuûy löïc cuûa beå laéng caùt hay ñoä lôùn thuûy löïc theo ñöôøng kính haït trong nöôùc thaûi ñoâ thò ôû 15oC. Ñöôøng kính haït (mm) 0,1 0,12 0,15 0,20 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 Ñoä lôùn thuûy löïc (mm/s) 5,12 7,37 11,5 18,7 24,2 28,3 34,5 40,7 51,6 Thieát keá beå laéng caùt coù theå laéng ñöôïc caùc haït caùt coù ñöôøng kính ³ 0,2 mm thì taûi troïng beà maët Uo = 18,7 mm/s. Dieän tích maët nöôùc phaàn hình chöõ nhaät cuûa beå laéng caùt: (m2) Trong ñoù: Qmax : löu löôïng lôùn nhaát (m3/s) Uo : ñoä lôùn thuûy löïc cuûa haït (mm/s) k : heä soá kinh nghieäm tính ñeán aûnh höôûng cuûa doøng chaûy roái cuïc boä trong beå laøm caûn trôû toác ñoä laéng cuûa haït. Choïn k = 1,3 öùng vôùi Uo = 18,7 mm/s [1] (m2) Tæ soá giöõa chieàu daøi L vaø chieàu cao h1 h1 laø chieàu saâu coâng taùc cuûa beå, choïn lôùn hôn chieàu saâu doøng nöôùc trong keânh daãn nhöng khoâng quaù 1,2 m, thöôøng h1 = 0,5 ÷1,2 m. Choïn h1 = 0,5 m. Chieàu daøi beå L = 10,4.h1 = 10,4 x 0,5 = 5,2 (m) - Chieàu roäng beå (m) Ñaùy cöûa traøn coù ñoä cheânh vôùi ñaùy beå laéng caùt DP ñeå taïo ñoä cheânh aùp ñuû ñöa nöôùc ra khoûi beå laéng caùt vôùi vaän toác khoâng ñoåi Trong ñoù: K = - Döïa treân qui trình saûn xuaát cuûa nhaø maùy, löu löôïng nöôùc thaûi nhoû nhaát vaøo saùng sôùm vôùi heä soá thaûi nöôùc ít nhaát laø 0,35. Qmin = Qtb 0,35 = 315 m3/ng.ñ 0,08 (m) Keát quaû phaân tích löôïng caùt coù trong nöôùc thaûi laø 140 mg/l (140 g/m3). Khoái löôïng caùt coù trong nöôùc thaûi trong moät ngaøy ñeâm: 140(g/m3) x 900(m3) = 126 (kg/ng.ñ) Ñoä aåm caùt trong nöôùc thaûi töø 13 ÷ 65%. Choïn ñoä aåm caùt laø 40% thì löôïng caùt aåm laø: m = (kg/ngñ) Troïng löôïng rieâng cuûa caùt trong nöôùc thaûi khoaûng 1600 kg/m3. Theå tích caùt trong moät ngaøy ñeâm: Vcaùt = (m3) Choïn thôøi gian laáy caùt laø T = 1 ngaøy. Theå tích ngaên chöùa caùt ñöôïc tính theo coâng thöùc: Wc = 0,2 x 1 = 0,2 (m3) Chieàu cao lôùp caùt trong beå laéng caùt ngang trong moät ngaøy ñeâm h2 = = = 0,09 m . Choïn h2 = 0,1m Trong ñoù: Vc = Löôïng caùt sinh ra trung bình trong 1 ngaøy ñeâm t = chu kyø xaû caùt, t = 1 ngaøy Chieàu saâu toång coäng cuûa beå laéng caùt H = h1 + h2 + h3= 0,5 + 0,1 + 0,3 = 0,9 (m) h3 laø chieàu cao baûo veä Vaäy kích thöôùc cuûa laéng caùt ñöôïc xaây döïng nhö sau: STT Thoâng soá Ñôn vò Kích thöôùc 1 Chieàu daøi M 5,2 2 Chieàu roäng M 0,42 3 Chieàu cao toång M 0,9 4 Ñoä cheânh ñaùy M 0,1 Hình 4.6 : Caáu taïo beå laéng caùt. 4.3.3. Hoá thu gom 4.3.3.1. Nhieäm vuï Hoá thu gom nöôùc thaûi taäp trung nöôùc thaûi, thu gom trieät ñeå löôïng nöôùc thaûi cuûa nhaø maùy vaø ñaûm baûo löu löôïng toái thieåu cho bôm hoaït ñoäng an toaøn. Trong hoá thu gom, söû duïng hai bôm chìm hoaït ñoäng luaân phieân ñeå bôm nöôùc thaûi ñeán beå acid. 4.3.3.2. Tính toaùn Choïn thôøi gian löu nöôùc laø t = 15 phuùt. Theá tích hoá thu gom ñöôïc tính nhö sau: V = Qmax x t = 112,5 x = 28 (m3) Vaäy kích thöôùc cuûa hoá thu gom ñöôïc xaây döïng nhö sau: LBH = 432 - Chieàu cao baûo veä Hbv = 0,5 m Bôm nöôùc thaûi vaøo beå acid Löông löôïng bôm Q = 900 m3/ngaøy = 0,0104 m3/s Coät aùp bôm H = 8m - Coâng suaát bôm N = = = 1 (kW) h : hieäu suaát chung cuûa bôm töø 0,72 – 0,93 , choïn h = 0,8 Choïn maùy bôm coù coâng suaát : 1,5 (kW) Caùc thoâng soá thieát keá hoá thu gom STT Teân thoâng soá Ñôn vò Soá lieäu thieát keá 1 Chieàu roäng hoá thu M 3 2 Chieàu daøi hoá thu M 4 3 Chieàu saâu hoá thu M 2,5 4 Coâng suaát bôm kW 1,5 4.3.4. Maùy saøng raùc 4.3.4.1. Nhieäm vuï Maùy saøng raùc hay coøn goïi laø troáng quay duøng ñeå khöû caùc chaát lô löûng coù kích thöôùc nhoû hoaëc caùc saûn phaåm coù giaù trò, troáng quay coù kích thöôùc khe (loã) töø 0,5 ÷ 1,0 mm. Khi tang troáng quay, thöôøng vôùi vaän toác 0,1 ñeán 0,5 m/s, nöôùc thaûi ñöôïc loïc qua beà maët trong hay ngoaøi, tuøy thuoäc vaøo söï boá trí ñöôøng daãn nöôùc thaûi vaøo. 4.3.4.2. Tính toaùn Dieän tích höõu ích cuûa tang troáng Trong ñoù: Fc : toång dieän tích höõu ích (m2) Qmax : löu löôïng lôùn nhaát cuûa nöôùc thaûi (m3/s) u : vaän toác cuûa nöôùc thaûi chaûy qua khe taám chaén (thöôøng laáy töø 0,8 ÷ 1,0 m/s). Choïn u = 0,8 m/s. (m2) Choïn maùy loaïi GS6305 coù: - Kích thöôùc khe 1,0 mm - Ñöôøng kính tang troáng 630 mm - Chieàu daøi thieát bò 1000 mm - Moâtô 0,37 kW 4.3.5. Beå acid hoùa keát hôïp beå ñieàu hoøa 4.3.5.1. Nhieäm vuï Khöû CN coù trong nöôùc thaûi khoai mì vaø xöû lyù moät phaàn nöôùc thaûi. Taïi beå acid hoùa, COD giaûm töø 10 -30% vaø phaàn lôùn caùc chaát höõu cô phöùc taïp nhö protein, chaát beùo, ñöôøng chuyeån hoùa thaønh acid ñoàng thôøi haàu heát CN ñöôïc khöû trong beå acid hoùa Keát quaû thí nghieäm xöû lyù taïi phoøng thí nghieäm Khoa Moâi Tröôøng – ÑH Baùch Khoa Tp.HCM trình baøy trong hình 4.2 cho thaáy : ÔÛ ñieàu kieän töï nhieân ñeå CN coù theå töï phaân huûy caàn thôøi gian khaù daøi. Ñieån hình laø sau 5 – 7 ngaøy khoaûng 30% CN bò phaân huûy. Taïi beå acid hoùa haøm löôïng CN ñöôïc khöû nhanh hôn raát nhieàu, theo nguyeân cöùu Khoa Moâi Tröôøng – Tröôøng ÑH Baùch Khoa thì khi beå ñaït taûi troïng cao nhaát chæ caàn 2 ngaøy laø löôïng CN ôû 25mg/l bò khöû hoaøn toaøn vaø khoaûng 30% COD bò phaân huûy. Quaù trình khöû COD: Chaát höõu cô phöùc taïp chaát höõu cô ñôn giaûn H2S + CO2 + NH3 … 4.3.5.2. Tính toaùn Döïa vaøo khaû naêng phaân huûy cô chaát theo thôøi gian ta xaùc ñònh baäc phaûn öùng vaø haèng soá toác ñoä phaân huûy cô chaát. Baûng 4.4: Khaû naêng phaân huûy CN ôû beå acid T (ngaøy) CN (mg/l) 0,5 22 1,5 19 2,5 16 3,5 13 4,5 5,8 (Nguoàn: Khoa Moâi Tröôøng – ÑH Baùch Khoa) (1) Trong ñoù: C: Noàng ñoä chaát höõu cô, mg/l k: Haèng soá toác ñoä phaûn öùng a: Baäc phaûn öùng Laáy tích phaân phöông trình 1 ta ñöôïc: C = Co [ 1 + Co a-1 K t (a-1)]-1/a-1 (2) Ñaët x = Thay vaøo phöông trình (2) ta coù: Giaûi phöông trình: t = 1,5 ngaøy Trong thöïc teá, ôû giai ñoaïn vaän haønh, sau 2 tuaàn cho daàn nöôùc thaûi vaøo beå acid hoùa ñeå vi sinh vaät thích nghi vôùi moâi tröôøng. Khi beå ñaõ hoaït ñoäng oån ñònh thôøi gian löu cuûa beå laø t = 1,5 ngaøy. CNra = 5,8 mg/l. Vôùi thôøi gian löu nöôùc laø 1,5 ngaøy taïi beå acid nöôùc thaûi cuõng ñöôïc ñieàu hoøa veà löu löôïng vaø noàng ñoä. Theå tích beå acid hoùa: V = Qt = 9001,5 = 1350 (m3) Choïn chieàu cao beå H = 4m Dieän tích beå: F = = = 337,5 m2 Kích thöôùc beå: LBH=22154,5 (m3) Tính toaùn caùc oáng daãn nöôùc vaøo vaø ra khoûi beå aid - ñieàu hoaø: Nöôùc thaûi ñöôïc bôm töø hoá thu vaøo beå acid. Choïn vaän toác nöôùc vaøo beå laø 2m/s , ñöôøng kính oáng laø : 0,081m = 81mm Þ Söû duïng oáng Þ 90. Choïn vaän toác nöôùc ra khoûi beå ñieàu hoaø laø 2m/s Ñöôøng kính oáng ra laø : Dra = 81mm Choïn oáng coù ñöôøng kính Þ 90 Ñeå taêng hieäu quaû xöû lyù, trong beå laép ñaët moät caùnh khuaáy daøi 1,2m; coâng suaát motô 7,5kw. 4.3.6. Beå UASB 4.3.6.1. Nhieäm vuï Töø beå acid nöôùc thaûi ñöôïc bôm veà beå kò khí UASB. Nhieäm vuï cuûa quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi qua beå UASB laø nhôø vaøo söï hoaït ñoäng phaân huûy cuûa caùc vi sinh vaät kò khí bieán ñoåi chaát höõu cô thaønh caùc daïng khí sinh hoïc. Chính caùc chaát höõu cô toàn taïi trong nöôùc thaûi laø caùc chaát dinh döôõng cho caùc vi sinh vaät. Söï phaùt trieån cuûa vi sinh vaät trong beå thöôøng qua ba giai ñoaïn: + Giai ñoaïn 1: Nhoùm ._.