TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN II Đề tài Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia lưu lượng 1000 m3ngày HÀ NỘI – 012022 2 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 5 1 1 Đặc điểm công nghệ sản xuất và các nguồn phát thải liên quan 5 Tổng quan 5 Công nghệ sản.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN II Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia lưu lượng 1000 m3/ngày GVHD: ThS Phạm Thu Phương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trung Hiếu MSSV: 20174682 Lớp: KTMT-K62-MT02 HÀ NỘI – 01/2022 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU .4 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 1.1 Đặc điểm công nghệ sản xuất nguồn phát thải liên quan Tổng quan Công nghệ sản xuất bia .5 Các nguồn phát thải trình sản xuất bia 1.2 Đặc trưng chất thải ảnh hưởng đến mơi trường sức khoẻ người Đặc tính nước thải .9 Ảnh hưởng nước thải đến môi trường sức khoẻ 1.3 Các biện pháp ngăn ngừa giảm thiểu chất thải .10 1.4 Cơ sở lý thuyết công nghệ môi trường liên quan biện pháp xử lý chất thải 10 Các phương pháp xử lý học 10 Phương pháp hoá học – lý học – hoá lý 13 Phương pháp xử lý sinh học 13 1.5 Phân tích, so sánh lựa chọn phương án cơng nghệ xử lý thích hợp 21 Cơ sở lựa chọn phương pháp 21 Đề xuất phương án 22 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ 25 2.1 Tính tốn thiết kế thông số công nghệ thiết bị .25 2.2 Tính tốn thiết kế lựa chọn thông số thiết bị phụ trợ 31 KẾT LUẬN 35 Danh mục tài liệu tham khảo 36 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất bia có kèm theo dịng thải Hình 1.2 Tiết diện ngang loại song chắn rác 10 Hình 1.3 Hình ảnh bể lắng ngang 10 Hình 1.4 Hình ảnh bể lắng đứng 11 Hình 1.5 Các bước bể aerotank hoạt động gián đoạn 15 Hình 1.6 Cấu tạo bể UASB 18 Hình 1.7 Phương án đề xuất 22 Hình 1.8 Phương án đề xuất 23 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nguồn góc phát sinh nước thải bia Bảng 1.2 Đặc tính nước thải số nhà máy bia Bảng 1.3 So sánh thông số đầu vào với QCVN40:2011/BTNMT cột A 21 Bảng 1.4 So sánh cơng nghệ hiếu khí 22 Bảng 2.1 Thông số đầu vào dòng thải bể UASB 26 Bảng 2.2 Thông số thiết kể bể UASB 31 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 1.1 Đặc điểm công nghệ sản xuất nguồn phát thải liên quan Tổng quan Bia loại thức uống người tạo lâu đời, sản phẩm lên men có tác dụng giải khát cao, tạo thoải mái tăng cường sức lực cho thể; ngồi bia cịn có hệ men phong phú nhóm enzyme kích thích tiêu hóa amylaza Vì ưu điểm mà bia sử dụng rộng rãi khắp giới Thành phần bia bao gồm: 80 – 90% nước; – 6% cồn; 0,3 – 0,4% H2CO3 – 10% chất tan, chất tan 80% gluxit, – 10% hợp chất chứa nitơ, cịn chứa axit hữu cơ, chất khống, số vitamin Nguyên liệu để sản xuất bia bao gồm: malt đại mạch; nguyên liệu thay gạo, lúa mì, ngơ, …; hoa Houblon; men nước Trong đó, nước chiếm thành phần chủ yếu, nước dùng để sản xuất phải nước mềm, hàm lượng sắt, mangan thấp tốt, nước phải khử trùng trước đưa vào nấu, đường hóa Với loại men khác nhau, thành phần để sử dụng để sản xuất bia khác, nên đặc trưng bia hương vị màu sắc thay đổi khác Công nghệ sản xuất bia - Sản xuất bia gồm ba giai đoạn chủ yếu sau: +) Đường hoá tinh bột nhờ enzy, amylase malt vi sinh vật (nếu sử dùng nguồn tinh bột thay malt) +) Lên men chính, lên men phụ +) Lọc bia, chiết bia tạo sản phẩm Hình 1.1 sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất bia với đầy đủ cơng đoạn dịng thải (trang bên) [2] Hình 1.1 Sơ đồ cơng nghệ sản xuất bia có kèm theo dịng thải [2] Thuyết minh dây chuyền công nghệ Malt đại mạch nguyên liệu thay (gạo, lúa mì, ngơ) làm xay, nghiền ướt để tăng tiếp xúc enzyme giảm thời gian nấu Trong q trình nghiền có phát sinh tiếng ồn bụi Sau công đoạn này, nguyên liệu mang hồ hoá – nấu Lọc dịch đường để thu nước nha loại bỏ bã malt Quá trình gồm bước: Bước 1: Lọc hỗn hợp dịch đường thu nước nha đầu; Bước 2: Dùng nước nóng rửa bã thu nước nha cuối tách bã malt Nấu với hoa Houblon để tạo hương vị cho bia, sau nước nha qua thiết bị tách bã hoa Nước nha từ nồi nấu có nhiệt độ xấp xỉ 1000C làm lạnh tới nhiệt độ thích hợp trình lên men, nhiệt độ khoảng 10 đến 160C Lên men lên men phụ hai trình quan trọng sản xuất bia Trong q trình lên men cần phải sục khí, thêm men giống để trình lên men nhanh +) Lên men chính: • Mục đích q trình chuyển hố chất hồ tan dịch đường thành C2H5OH, CO2 sản phẩm phụ khác (sinh tổng hợp trình hoạt động sống tế bào nấm men) • Q trình lên men tiến hành điều kiện nhiệt độ – 80C, thời gian lên men từ – 12 ngày • Khi lên men có tạo khí CO2, thu hồi để sử dụng q trình bão hồ khí CO2 Q trình lên men kết thúc hàm lượng đường bia non lại khoảng 30 – 35% so với nồng độ ban đầu +) Lên men phụ: dịch sau kết thúc trình lên men chuyển sang giai đoạn lên men phụ để hoàn thiện chất lượng bia (tạo hương vị đặc trưng) Quá trình lên men diễn chậm, tiêu hao lượng đường không đáng kể, bia lắng bão hoà CO2 Thời gian lên men từ 14 – 21 ngày tuỳ thuộc vào yêu cầu chủng loại Công đoạn lên men kết thúc mang lọc bia, trình lọc tạo bã lọc Tiếp theo bão hoà CO2; axit ascorbic, collpulin bổ sung làm tác nhân chống oxy hố Sau cơng đoạn này, bia chiết chai/lon, đậy nắp mang trùng sau kiểm tra, dán nhãn, đóng thùng thành sản phẩm lưu hành thị trường - Các nguồn phát thải trình sản xuất bia Khí thải +) Khí CO2 sinh trình lên men thu hồi đưa vào máy nén để tái sử dụng làm bão hoà CO2 bia, phần dư đóng vào bình chứa bán thị trường +) Các khí thải sinh từ khu vực lò Trong nhà máy sử dụng dầu DO để đốt nên khí thải sinh từ lò đốt gồm SO2, NOx, CO2, … +) Các khí NH3, glycol sinh hệ thống máy làm lạnh bị rò rỉ +) Hơi nước từ đường ống dẫn, từ nồi nấu bị rò rỉ - Chất thải rắn +) Bụi nguyên liệu từ khâu xay, nghiền +) Bã malt, bã men, bã hoa thu gom +) Chai vỡ, lon hỏng từ trình chiết chai/lon +) Bao bì plastic từ trình đóng thùng +) Rác sinh hoạt, bùn nạo vét cống rãnh, bùn hoạt tính từ khu xử lý nước - Nước thải gồm nguồn sau +) Nước làm lạnh, nước ngưng: nguồn nước thải gần khơng bị nhiễm có khả tuần hoàn sử dụng lại +) Nước thải từ vệ sinh sàn, thiết bị nấu, bể lên men, … chiếm tỉ lệ lớn Nước thải từ nguồn có hàm lượng hữu cao, chủ yếu dạng keo hồ tan nguồn nhiễm nước thải +) Nước thải rửa chai: dịng thải có nhiễm lớn công nghệ sản xuất bia Về nguyên lý, chai đóng để rửa qua bước: rửa với nước nóng, rửa dung dịch kiềm lỗng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp rửa bẩn nhãn bên ngồi chai, sau rửa nước nóng nước lạnh Do đó, nước thải q trình có độ pH lớn làm cho dịng thải chung có tính kiềm +) Nước sinh hoạt cơng ty bao gồm nước thải sinh hoạt công nhân viên tắm rửa, thải từ nhà vệ sinh +) Ngồi ra, bia rơi vãi q trình chiết bia thải sau q trình lọc góp phần gây nhiễm mơi trường Ngồi ra, cịn nhiễm tiếng ồn máy móc q trình hoạt động gây STT Nguồn thải Đặc điểm % thải Cơng đoạn nấu, Chứa nhiều hợp chất đường hố: hữu (tinh bột, đường) Rửa thiết bị nấu, lọc 18 Nướ thải từ pH = – trình lên men: Chứa tinh bột, bã hoa, bia Nước rửa thiết bị dư, chất tẩy rửa… (nồi nấu đường hoá, thiết bị lên men) 15 Nước thải từ cơng đoạn chiết bia: - Từ q trình rửa chai, thùng bia; - Từ trình làm lạnh; - Từ dung dịch xút loãng sau rửa pH cao: 8,5 – 12 Lẫn sản phẩm bia trình rửa Giấy nhãn chai Chất rắn lơ lửng 30 Nước thải sinh Trong có nước thải khu hoạt từ khu nhà vệ sinh qua xử lý tự bếp, vệ sinh hoại 25 Nước mưa Chứa nhiều cặn lơ lửng nước chảy tràn bề chất hữu dòng chảy bề mặt mang theo mặt 12 Ghi Trong có khoảng 75% nước thải q trình làm lạnh Khơng thường xun Bảng 1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải bia [3] 1.2 Đặc trưng chất thải ảnh hưởng đến mơi trường sức khoẻ người Đặc tính nước thải Sau vệ sinh thiết bị, nước thải ngành bia chủ yếu có chứa: +) Bã (đường, protein), tinh bột, bã hoa => thành phần hữu nước thải cao +) Protein chứa Nito có bã malt => nước thải có Nito hữu +) Các hợp chất vô (P2O5 chủ yếu) => nước thải chứa P +) Các vỏ chai vỡ, protein cao phân tử, polyphenol => hàm lượng SS cao +) Nước thải rửa chai có độ pH cao Thơng số Đơn vị Công ty bia Hà Nội Công ty bia Việt Hà QCVN40:2011/BTNMT Tr.lít/năm 50 14 - - 7,15 9,25 6–9 BOD5 mg/L 948 1622 30 COD mg/L 1305 2944 75 Nito tổng mg/L 15 2,7 20 Photpho tổng mg/L 4,5 5,25 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/L 226 337 50 Năng suất pH Cột A Bảng 1.2 Đặc tính nước thải số nhà máy bia [7] Qua bảng thấy hàm lượng tiêu ô nhiễm BOD5, COD, chất rắn lơ lửng nước thải sở sản xuất bia cao, vượt quy chuẩn cột A QCVN40:2011/BTNMT nhiều lần Các thơng số nito mức quy chuẩn, cịn photpho vượt mức quy chuẩn khơng nhiều Nguyên nhân chủ yếu nhà máy bia Việt Nam khơng phân luồng dịng thải, cơng nghệ sản xuất lạc hậu Ảnh hưởng nước thải đến môi trường sức khoẻ Hoạt động sản xuất bia có mức nhiễm hữu cao, ngun nhân chủ yếu ô nhiễm chất có nguồn gốc hữu hồ tan dịng thải Không vậy, nước thải sản xuất ngành bia cịn có độ đục, độ màu cao, hàm lượng chất lơ lửng cao có chứa nhiều vi sinh vật, nấm men, nấm mốc pH nước thải sản xuất bia thường cao công đoạn vệ sinh thiết bị Nếu pH > gây độc hại lồi thuỷ sinh Bên cạnh đó, độ màu nước thải bia cao ảnh hưởng trực tiếp đến q trình quang hợp lồi thực vật thuỷ sinh, gây mỹ quan cho quang cảnh xung quanh Ngoài ra, COD BOD5 nước thải cao, điều làm giảm nồng độ oxy hoà tan (DO) nước tạo bất lợi cho trình hơ hấp trì hoạt động sống chí dẫn đến tượng chết sinh vật Mặt khác, tăng cao hàm lượng chất hữu có nước thải gây nên tượng tắc nghẽn đường ống thoát nước chung khu vực Sau thời gian tích tụ lâu ngày mơi trường yếm khí, chất hữu bị phân huỷ vi sinh vật hoại sinh gây mùi hôi thối Các khí sinh điển hình H2S, CO2, CH4, … 1.3 Các biện pháp ngăn ngừa giảm thiểu chất thải Phân luồng dịng thải để sử dụng tuần hồn dịng chất nhiễm nước làm lạnh, nước ngưng cho trình rửa thiết bị, sàn, chai, … Sử dụng thiết bị rửa cao áp súng phun tia rửa khô để giảm lượng nước rửa Hạn chế rơi vãi nguyên liệu, men, hoa Houblon thu gom kịp thời bã men, malt, hoa bã lọc để hạn chế ô nhiễm dòng nước rửa sàn 1.4 Cơ sở lý thuyết công nghệ môi trường liên quan biện pháp xử lý chất thải Từ ảnh hưởng nước thải bia tới môi trường sống xung quanh ta trình bày trên, nước thải ngành bia có tác động lớn đến môi trường sống hạng mục cơng trình nước khu vực xung quanh Điều cho thấy cần phải có phương pháp xử lý giải vấn đề cách triệt để phù hợp khả kinh tế Trong phần trình bày đề cập đến phương pháp, mục đích, sở lý thuyết q trình, cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị xử lý nước thải nói chung nước thải ngành bia nói riêng Các phương pháp xử lý học Xử lý học nhằm tách chất rắn lơ lửng, chất rắn dễ lắng khỏi nước thải; tránh tường tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm làm giảm hiệu xử lý cho giai đoạn sau Xử lý học bước ban đầu cho xử lý sinh học Trong xử lý nước thải bia, thơng thường áp dụng thiết bị song chắn rác, lưới lọc, bể điều hoà, lắng cát, lắng đợt II [5] - Song chắn rác, lưới lọc +) Mục đích: Loại bỏ tạp chất thơ rác, vật có kích thước lớn có nước thải nhằm tránh gây cố trình vận hành hệ thống xử lý nước thải tắc bơm, đường ống kênh dẫn +) Cấu tạo, đặc điểm • Các song chắn làm kim loại, đặt cửa bào kênh dẫn, nghiêng góc 60 – 750 • Thanh song chắn có tiết diện trịn, vng hỗn hợp Thanh song chắn với tiết diện trịn có trở lực nhỏ nhanh bị tắc vật bị 10 • Với thông số đầu vào COD = 1305 mg/L cao nên phù hợp với việc xử lý sinh học yếm khí trước nhằm giảm tải trọng nhiễm sau kết hợp bể AO để loại bỏ BOD5, NH4+ o Cơng nghệ xử lý yếm khí Chọn công nghệ UASB với thông số đầu vào COD = 2000 mg/L cao (đầu vào COD UASB 1500 – 4000 mg/L), lượng cần thiết cho hệ thống thấp, lượng bùn tạo thành nhỏ, tuần hồn hay khơng tuần hồn lại bùn Tạo sản phẩm khí sinh học CH4 (70 – 80%), nguồn lượng sạch, sử dụng cho sinh hoạt, thích hợp cho xử lý nước thải có nhiều cặn lơ lửng o Cơng nghệ xử lý hiếu khí Ta có bảng so sánh cơng nghệ hiếu khí sau: STT Tiêu chí MBBR AO Hiệu suất xử lý Cao Diện tích Tiết kiệm diện Yêu cầu diện tích Tiết kiện diện xây dựng tích thi cơng tích thi cơng, xây dựng Quản lý vận hành Đòi hỏi khả Vận hành dễ dàng bảo dưỡng vận hành công nhân Chi phí dưỡng cao Cao SBR bảo Chi phí cao Thấp giá thể dễ bị vỡ Cao Vận hành phức tạp, địi hỏi khả vận hành cơng nhân Chi phí đầu tư Khí hậu, địa hình Có khả chịu Ít ảnh hưởng Có khả chịu khả chịu tải tải khí hậu, địa hình tải Khả chịu tải cao Khả mở Hạn chế khả rộng công suất mở rộng cải thiện hiệu xử lý Có khả mở Có khả mở rộng quy mơ, tăng rộng cơng suất cơng suất Có thể di dời hệ thống Tính ổn định Ổn định Ổn định Mức độ phá sinh Ít sinh bùn bùn cặn Ít sinh bùn dư Dễ phát sinh bùn Ổn định Thấp Bảng 1.4 Bảng so sánh công nghệ hiếu khí Đề xuất phương án Từ đây, ta lựa chọn hai công nghệ MBBR cụm bể AO 22 Phương án 1: Chú thích: Đường nước Đường bùn tuần hồn Đường bùn thải Đường hố chất – khí Thuyết minh: Nước thải từ nguồn qua song chắn rác, chất rắn có kích thước lớn bị giữ lại (giai đoạn xử lý sơ bộ) sau qua bể gom tới bể điều hòa nhiệm vụ điều hòa nồng độ lưu lượng nước thải tạo điều kiện cho cơng trình đơn vị phía sau hoạt động ổn định Bể điều hịa sục khí nhằm tạo nên xáo trộn cần thiết để ngăn cản lắng phát sinh mùi hôi Tiếp theo vào bể xử lý kị khí UASB , diễn trình phân hủy chất hữu sinh khí : CO2, CH4,…và có NH4+ Tại SS giảm phần nhờ bể UASB 23 Tiếp theo sau qua bể xử lý sinh học yếm khí, sản phẩm vào trình sau NH4+, BOD5 Tại bể xử lý sinh học thiếu khí hiếu khí, chất hữu phân giải nhờ vi sinh vật thiếu khí, hiếu khí Đối với NH4+ mơi trường hiếu khí chuyển hóa thành NO3- nhờ q trình nitrat hóa (hai vi khuẩn Nitrosomonas NitroBacter) , sau nước tuần hồn từ bể hiếu khí qua lại bể thiếu khí, diễn q trình khử nitrat: NO3- N2 Sau nước thải dẫn qua bể lắng (lắng ly tâm) Bể lắng (lắng ly tâm) xây dựng để loại bỏ bơng bùn hình thành q trình sinh học lắng xuống đáy Cuối qua bể khử trùng để xử lí vi khuẩn, vi sinh vật đưa đến nguồn tiếp nhận Nước đạt QCVN:2011/BTNMT CỘT A Bùn thu từ bể lắng (lắng đứng), phần dùng bơm định lượng bơm tuần hồn lại bể thiếu khí để bổ sung cho q trình thiếu khí, phần bùn dư cịn lại đưa bể nén bùn, đến bể cô đặc bể metan để xử lý (khí thu từ bể metan đốt) Phương án Chú thích: Đường nước Đường bùn thải Thuyết minh: Đường bùn tuần hoàn Đường hố chất – khí 24 Song chắn rác thường đặt cửa vào kênh dẫn Làm nhiệm vụ giữ lại tạp chất thơ có nước thải Sau nước thải dẫn đến bể gom bơm lên bể điều hịa, bể điều hịa có nhiệm vụ điều hòa nồng độ lưu lượng nước thải tạo điều kiện cho cơng trình đơn vị phía sau hoạt động ổn định Bể điều hòa sục khí nhằm tạo nên xáo trộn cần thiết để ngăn cản lắng phát sinh mùi hôi Nước thải bơm vào bể UASB Tại đây, khâu xử lý bắt đầu Tại bể UASB, chất hữu phức tạp dễ phân hủy sinh học bị phân hủy, biến đổi thành chất hữu đơn giản đồng thời sinh số khí như: CO2, SO2, CH4… Nước thải sau qua bể giảm lượng đáng kể BOD phần SS Nước thải sau khỏi bể UASB đưa sang bể MBBR Tại bể MBBR, chất hữu nước thải bị oxy hóa vi sinh vật có nước thải vi sinh vật bám dính đệm sinh học lơ lửng nước thải Ban đầu, loại đệm nhẹ nước nên chúng lơ lửng mặt nước có màng bám vi sinh vật xuất bề mặt, khối lượng riêng đệm tăng lên trở nên nặng nước chìm xuống Tuy nhiên, nhờ có chuyển động thủy lực nước bể cấp hệ thống sục khí, đệm chuyển động liên tục nước thải.Các chất hữu bám vào khe nhỏ đệm Các vi sinh vật bám dính đệm sử dụng chất hữu để tạo thành sinh khối vi sinh vật, trình chất hữu nước thải xử lý Cuối qua bể khử trùng để xử lí vi khuẩn, vi sinh vật đưa đến nguồn tiếp nhận Nước đạt QCVN:2011/BTNMT CỘT A Với lưu lượng 1000m3/ngày, kết hợp với việc mong muốn xây dựng hệ thống xử lý cách kinh tế, em lựa chọn phương án là: +) Xử lý yếm khí: UASB +) Bể AO: Aerotank kết hợp với bể thiếu khí sinh học CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠNG NGHỆ 2.1 Tính tốn thiết kế thơng số cơng nghệ thiết bị Thơng số thiết kế Lưu lượng (Q) 1000 SS 300 BOD5 1700 COD 2000 TN 70 TP sCOD 1700 TSS 200 VSS 150 m3/d mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Bảng 2.1 Bảng thơng số đầu vào dịng thải bể UASB Ta chia bể xử lý thành đơn nguyên => Lưu lượng đầu vào đơn nguyên 25 = Q 1000 = 500 ( m3 / d ) Theo tài liệu (Metcalf & Eddy Inc., Wastewater Engineering Treatment and Reuse - tr1008): +) Ở tải trọng hữu Lorg = 10 kgCOD/m3.d +) Hệ số sản lượng sinh khối Y = 0,08 (gVSS/gCOD) ( ) +) Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,03 d −1 +) Nồng độ VSS đầu 150 g/m3 Tính thể tích hiệu dụng bể UASB 3 Q.S 500 ( m / d ) 2000 ( g / m ) = Vn = = 100m3 Lorg 10 ( kgCOD / m d ) PT 2.1 Trong đó: Vn: Thể tích hiệu dụng bể UASB (m3) Q: Lưu lượng nước thải vào bể (m3/d); Q = 500 m3/d Lorg: tải trọng bề mặt phần lắng (m3/m2.d); Lorg = 10 kgCOD/m3.d ( ) Vn = 100 m3 Thể tích thực bể UASB +) Tải trọng COD VL = Vn E PT 2.2 Trong đó: Vn: Thể tích hiệu dụng bể UASB (m3); Vn = 100 m3 E: tỉ số thể tích hiệu dụng bể phản ứng; E = 0,8 100 ( m3 ) VL = 125 ( m3 ) = 0,8 Tính kích thước bể UASB +) Diện tích bể A= Q v PT 2.3 Trong đó: A: Diện tích bể UASB, m2 Q: Lưu lượng nước thải, m3/d Q = 500 m3/d v: vận tốc dịng nước thải vào, m/s Vì dịng nước thải tính tan cao nên chọn v = m/h [9] 500 ( m3 / d ) Q A = = = 20,83 ( m ) v 1( m / h ) 24 ( h / d ) 26 +) Tính tốn kích thước bể (chiều dài chiều rộng) Chọn bể có dạng hình chữ nhật, L == 2B => L 6,= 45 m; B 3, 22 m +) Chiều cao mực chất lỏng bể HL = H= L VL A PT 2.5 VL 125 = = 6( m) A 20,83 +) Chiều cao tổng cộng bể H= H L + HG T PT 2.6 Trong đó: HL = m HT: Chiều cao tổng bể (m) HG: Chiều cao vùng thu lưu trữ khí (m); chọn HG = m HT = + = m +) Tính tốn thời gian lưu thuỷ lực nước thải τ= VL Q PT 2.7 VL 125 ( m ) 24 ( h / d ) = τ = = 6(h) Q 500 ( m3 / d ) Tính tốn tuổi bùn (SRT) +) Giả sử tồn lượng bùn sinh học thải dịng nồng độ VSS đầu có bao gồm sinh khối (tr1013 – [9]) Khi đó, SRT xác định mối quan hệ sau: Q = X e P= solids wasted per day X ,VSS PT 2.8 Trong đó: Q: lưu lượng dịng thải (m3/ngày); Q = 500 m3/d Xe: Nồng độ VSS dòng (g/m3); Xe = 150 g/m3 PX,VSS: Lượng VSS thải ngày (g/d) PX ,VSS = Q.Y ( S0 − S ) f kd Q.Y ( S0 − S ) SRT + + Q.nbVSS = Q X e + kd SRT + kd SRT PT 2.9 Trong đó: SRT: Thời gian lưu bùn, ngày Y: suất tạo chất rắn (g VSS/g COD.d) Y = 0,08 gVSS/gCOD.d kd: hệ số phân huỷ (gVSS/gCOD.d) kd = 0,03 gVSS/gCOD.d S0: Tổng nồng độ COD bị phân huỷ dòng vào (g/m3) 27 ( S0 = sCOD + pCODdegraded = 1700 + 150 = 1850 g / m3 ) ( ) S: nồng độ COD dòng (g/m3); S = 170 g / m3 (1 − 0,9 ) 1700 = nbVSS: nồng độ VSS không phân huỷ sinh học, theo [9] 50% lượng VSS ( đầu vào phân huỷ sinh học => = nbVSS 0,5 = (150 ) 75 g / m3 ) +) Thay tất kiện tính tốn vào PT 2.9, ta phương trình ẩn SRT 500.0,08.(1850 − 170 ) 0,15.0,03.500.0,08.(1850 − 170 ) SRT 500.150 = + + 500.75 + 0,03.SRT + 0,03.SRT Giải phương trình ta thu kết quả: SRT ≈ 36 ( d ) Kiểm tra lại SRT +) Giả sử lượng COD hoà tan đầu bể SRT = 36 ngày 300C xác định theo công thức sau ([9] – tr591): S= K s [1 + ( kd ) SRT ] PT 2.10 SRT ( Y k − kd ) − Trong đó: µ m k == Y S = 0, 25 = 3,125 ( gCOD / gVSS d ) 0,08 360.[1 + 0,03.36] 36.( 0,08.3,125 − 0,03) − = 108,011( mg / L ) Tỉ số sCOD sCOD vào = 108,011 = 100 6, 25% < 10% ([9] – tr1015) 1700 Thoả mãn Tính tốn phần phễu thu khí Giả sử đơn nguyên bể UASB gồm có phễu thu khí +) Chiều cao phễu thu khí: H p = 1,5m (bảng 10.9 – [5]) +) Chiều dài phễu thu khí với chiều rộng đơn nguyên L p = 3, 22m +) Chiều rộng phễu thu khí Theo (bảng 10.9 – trang 456 – Lâm Minh Triết (2008), Xử lý nước thải đô thị công nghiệp, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh), góc tạo phễu thu khí với mặt phẳng ngang từ 450 ÷ 600 , chọn góc β = 480 Tiết diện ngang phễu thu khí tam giác cân Chiều rộng phễu 28 = Bp Hp tan β PT 2.4 ⋅2 1,5 = ⋅ 2,7 m tan 480 Tính lại góc tạo phễu mặt phẳng ngang Bp = β = tan −1 PT 2.5 2.H p Bp −1 2.1,5 β tan = = 480 2,7 +) Kiểm tra tỷ lệ diện tích bề mặt phễu thu diện tích đơn nguyên UASB Phần diện tích bề mặt khe hở phễu thu PT 2.6 Akh A − Ap = ⋅100 A A Akh A − Ap = ⋅100 = A A ( 4,6m ) ( 4,6m ) − 2.( 4,6m ) (1,9m ) ⋅100= ( 4,6m ) ( 4,6m ) 18% Tỷ lệ nằm khoảng 15 ÷ 20% (Lâm Minh Triết (2008), Xử lý nước thải đô thị công nghiệp, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh – tr458) Thoả mãn Tính tốn chắn khí +) Một đơn ngun có phễu thu khí +) Tấm chắn khí đặt tạo với mặt phẳng ngang góc 480 (song song với cạnh phễu) +) Chiều dài chắn khí Chiều dài chắn với chiều rộng đơn nguyên UASB => Ltc = 3, 22m +) Chiều rộng chắn Chọn chiều rộng chắn Btc = 1m +) Khe hở chắn cạnh phễu Theo Trịnh Xn Lai (2009), Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, Nhà xuất Xây dựng – tr198, chọn khe hở chắn cạnh phễu 0,18m +) Khoảng trùng chắn cạnh phễu Chọn khoảng trùng chắn cạnh phễu 0,2m Tính lượng khí CH4 sinh ngày Theo Metcalf & Eddy, Inc – Wastewater engineering treatment and reuse – lượng khí metan sản sinh ngày 300C 0,4 L/g COD ( +) Lượng COD bị phân huỷ là: CODdeg raded = 1850 − 170 = 1680 g / m3 ) 29 +) Lượng COD dùng vi khuẩn metan: CODMB 1680.1000 = = 1680000 ( g / ngày ) +) Ta chọn nhiệt độ q trình xử lý nước thải 350C Do đó, lượng khí metan sản sinh 350C là: 273,15 + 30 CODMB 0,4. 273,15 + 35 = amount CH = 661,09 ( m3 / ngày ) 1000 +) Tổng khí gas sinh ngày là: gas = amount CH = 1017,07 ( m3 / ngày ) 0,65 Lượng sinh khối hình thành ngày Px = Y ( CODv − CODr ) Q ([10] – tr459) + kd θ c PT 2.11 Trong : Px : Sinh khối tế bào sinh ngày (KgVSS/ngày) Q = 500 m3/ngày Y : hệ số sản lượng sinh khối, (gVSS/gCOD) Chọn Y = 0,08 (gVSS/gCOD) [9] -1 kd : Hệ số phân hủy nội bào, (ngày ) Chọn kd = 0,03 (ngày-1) [9] 𝜃𝜃𝑐𝑐 : Tuổi bùn bể UASB, ngày Chọn 𝜃𝜃𝑐𝑐 = 60 ngày ([10] – tr455) 0,08.500.(1850 − 170 ) = 24 ( kgVSS / ngày ) (1 + 0,03.60 ).1000 Px = Thể tích bùn sinh ngày Qb = Px 0,75.Css PT 2.12 Trong đó: Qb : Thể tích bùn sinh ngày (m3/ngày) Px : Sinh khối tế bào sinh ngày (KgVS/ngày) Css : lượng bùn nuôi cấy ban đầu bể, Css = 30 kgSS/m3 0,75 : Tỷ lệ MLVS : MLSS ([10] – tr459) Qb = 24 = 1,07 ( m3 / ngày ) 0,75.30 30 Bảng 2.2 Thông số thiết kế bể UASB Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Kích thước bể UASB Số bể - Bể Thời gian lưu nước thải t h Chiều dài bể L m 6,45 Chiều rộng bể B m 3,22 Chiều cao xây dựng bể HT m 8,3 Chiều cao mực chất lỏng bể HL m Chiều cao vùng thu lưu trữ khí HG m Chiều cao bảo vệ Hbv m 0,3 - Phễu Chiều cao phễu Hp m 1,5 Chiều dài phễu Lp m 3,22 Chiều rộng phễu Bp m 2,7 Góc phễu so với phương ngang β Độ 48 Số chắn n Tấm Khe hở chắn cạnh phễu - m 0,18 Khoảng trùng chắn cạnh phễu - m 0,2 Chiều dài chắn Ltc m 3,22 Chiều rộng chắn Btc m Góc chắn so với phương ngang Β Độ 48 Phễu thu khí Số phễu Tấm chắn khí 2.2 Tính tốn thiết kế lựa chọn thông số thiết bị phụ trợ Tính tốn máng thu nước máng cưa Máng thu nước: Bố trí máng thu nước kết hợp với máng cưa đặt ngăn lắng dọc 31 theo chiều rộng bể Máng bê tơng cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng cưa thép không gỉ Được đặt dọc bể chắn khí Ống thu nước đặt cuối bể có đường kính 90mm để dẫn nước sang bể aerotank - Máng thu nước có chiều dài chiều rộng bể = 3,22 m - Chọn vận tốc nước qua máng thu v = 0,5 m/s - Chiều rộng máng thu nước: b = 400 mm - Chiều cao máng thu nước: h = 300 mm Máng cưa: Máng cưa làm thép khơng gỉ, máng xẻ khe chữ V, góc đáy 900 - Chiều cao cưa 50 mm - Bề rộng cưa 100 mm - Khoảng cách đỉnh 200 mm - Đoạn vát đỉnh cưa 40mm - Chiều cao 250mm Tính tốn hệ thống phân phối nước bể +) Tính đường kính ống dẫn nước thải Số điểm phân phối nước bể cần bố trí theo diện tích bể khoảng từ − m2/đầu Chọn số đầu phân phối 10, diện tích vng phân phối đầu là: S phanphoi = 20,83 = 2,083 ( m ) thuộc khoảng từ 2-5 m2 /đầu 10 Theo (bảng II.2 – tr370 – sổ tay 1), vận tốc nước thải ống đẩy bơm là: = v 1,5 ÷ 2,5m / s , chọn v = m / s Đường kính ống dẫn nước thải là: Dnt = Trong đó: Q = 1000 m3/ngày = => Dnt PT 2.13 4.Q π v 4.1000 = 0,09 ( m ) π 2.24.60.60 => Dnt = cm => Ta dùng ống nhựa PVC , ta quy chuẩn đường kính = 0,09m = 90 mm (Bảng thơng số ống nhựa Bình Minh – tiêu chuẩn ASTM ) Ta tính lại vận tốc ống v = 1,82 m/s ( 1,5 < 1,82 < 2,5 ) Đường kính ống đẩy từ bể điều hòa sang bể UASB Dnt = 90 mm +) Nước thải từ bể điều hoà vào ống nhánh để chảy vào đơn nguyên bể UASB 1000 / Lưu lượng nước thải vào ống = Qnhanh = 5,78.10−3 m3 / s 24.60.60 Vận tốc nước thải ống nhánh với vận tốc nước thải đường ống v = 1,82 m/s ( ) 32 4.5,78.10−3 = 0,06 ( m ) π 1,82 Đường kính ống nhánh là: Dnhanh = +) Sau nước thải từ ống nhánh tiếp tục vào 10 ống phân phối đơn nguyên bể Lưu lượng nước thải vào ống phân phối là: = Q0 Đường kính ống phân phối là: = D pp Qnhanh = 5,78.10−4 ( m / s ) 10 4.5,78.10−4 = 0,015 ( m ) π 4.Q0 = π v D pp = 1,5cm Trên ống phân phối thực đục lỗ với d = 15mm, vận tốc nước thải qua lỗ m/s d2 Lưu lượng nước thải qua lỗ = là: q0 v= π π 3.0,0152 = 5,3.10−4 ( m3 / s ) Q0 5,78.10−3 Số lỗ cần đục ống phân phối là: N= = ≈ 11 (lỗ) d q0 5,3.10−4 Khoảng cách lỗ ống phân phối là: i= L Nd − PT 2.14 Trong đó: L: chiều dài ống phân phối, m Đặt ống cách thành bể 0,25m => L = 3,22 − 0,25.2 = 2,72m => Làm tròn L = 2,75m Nđ: Số lỗ ống phân phối Nd = 11 lỗ i = 2,75 = 0,275m 11 − Vậy lỗ cách 0,275 m Tính tốn ống thu khí Khí sinh từ bể UASB thu qua ống thu khí Vận tốc khí ống 10 – 15 m/s, chọn v = 12 m/s +) Đường kính ống thu khí: Dk = gas v.π 1017,07 = Dk 2.= 0,035 ( m ) 12.π 24.60.60 Chọn thu khí inox có DN = 35 mm Tính tốn hệ thống ống thu bùn +) Sau tháng xả bùn lần, chọn thời gian xả 3h Lưu lượng bùn xả: 33 = Qxa Qb 60 1,07.60 = = 21,3 ( m3 / h ) 3 +) Lượng chất rắn từ bùn dư: = M SS Q= = 32,1( kg / ngày ) 1,07.30 b Css +) Bố trí ống thu bùn, ống vng góc với chiều dài bể Vận tốc bùn ống chọn 0,5 m/s Chọn trụ đỡ ống thu bùn cao m +) Đường kính ống thu bùn: Db = Q xa = 3600.v.π 4.21,3 = 0,086 ( m ) 2.3600.0,5.π Chọn ống uPVC Ø90 Trên ống thu bùn có đục lỗ đường kính 20mm, vị trí đục lỗ, lỗ cách 20mm, vị trí cách 200mm 34 KẾT LUẬN Xử lý nước thải nhu cầu cấp thiết sở sản xuất nói chung nhà máy bia nói riêng để đạt mục đích phát triển sản xuất cách bền vững Chỉ đáp ứng nhu cầu khắc khe mơi trường doanh nghiệp có khả mở rộng thị trường mởi rộng sản xuất Nước thải nhà máy bia thường có hàm lượng chất hữu dễ phân hủy sinh học (SS, COD, BOD) tương đối cao nồng độ N, P mức tương đối thấp nên việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí kết hợp hiếu khí hợp lý cho hiệu cao Quy trình xử lý nước thải nhà máy bia mà em chọn: Nước thải → song chắn rác → bể thu gom → bể điều hoà → bể UASB → bể Anoxic → bể Aerotank → bể lắng ly tâm → bể khử trùng Đây phương pháp phổ biến với ưu điểm chi phí đầu tư vận hành thấp, phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, hiệu xử lý cao, dễ vận hành bảo dưỡng Nồng độ nước thải đầu đạt QCVN40:2011/BTNMT cột B Trên tồn phần tìm hiểu em học phần đồ án II Em xin chân thành cám ơn cô Phạm Thu Phương giúp đỡ em để em hồn thành học phần Trong q trình em làm có nhiều sai sót, em mong thầy góp ý giúp em để em hồn thiện làm 35 Danh mục tài liệu tham khảo [1] https://vi.wikipedia.org/wiki/Lịch sử bia [2] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga – Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải – Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002 [3] Tổng công ty Rượu – Bia – Nước giải khát Hà Nội, 2004, Tài liệu tổng hợp báo cáo sản lượng tiêu thụ bia năm [4] Tài liệu hướng dẫn sản xuất Ngành: Sản xuất bia [5] Lâm Minh Triết – Xử lý nước thải đô thị cơng nghiệp: Tính tốn thiết kế cơng trình/ Domestic and Industrial Wastewater treatment – Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2008 [6] Lương Đức Phẩm – Cơng nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, Tái lần thứ – Nhà xuất Hà Nội, 2003 [7] Hiệp hội bia rượu, nước giải khát Việt Nam – Công ty Cổ phần thông tin kinh tế đối ngoại: “Ngành Rượu – Bia – Nước giải khát Việt Nam phát huy truyền thống hướng tới tương lai” [8] Trịnh Xn Lai – Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải – Nhà xuất Xây dựng, 2009 [9] Metcalf & Eddy, Inc – Wastewater engineering treatment and reuse – Tái lần thứ [10] Lâm Minh Triết (2008), Xử lý nước thải đô thị công nghiệp, Nhà xuất đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 36 ... tạo nguyên lý hoạt động thiết bị xử lý nước thải nói chung nước thải ngành bia nói riêng Các phương pháp xử lý học Xử lý học nhằm tách chất rắn lơ lửng, chất rắn dễ lắng khỏi nước thải; tránh... +) MBR (Membrance Bioreator) • Khái niệm: Là công nghệ xử lý nước thải kết hợp công nghệ màng lọc công nghệ xử lý sinh học hiếu khí Là q trình xử lý tích hợp màng bám chất với trình sinh học... thải .10 1.4 Cơ sở lý thuyết công nghệ môi trường liên quan biện pháp xử lý chất thải 10 Các phương pháp xử lý học 10 Phương pháp hoá học – lý học – hoá lý 13 Phương pháp xử lý