ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CAO SU CÔNG SUẤT 750M3/NGÀY ĐÊM

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CAO SU CÔNG SUẤT 750M3/NGÀY ĐÊM

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN MỦ CAO SU VÀ CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG 3

1 1 Tổng quan về ngành công nghệ chế biến cao su : 3

1.1.1 Thành phần tính chất của mủ cao su: 3

1.1.2 Quy trình sơ chế mủ cao su: 5

1.2 Nguồn gốc thành phần và tính chất nước thải ngành chế biến mủ cao su: 8

1.2.1 Nguồn gốc nước thải mủ cao su: 8

1.2.2 Tính chất nước thải cao su: 12

1.3 Các Vấn Đề Môi Trường 13

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP 15

2.1 Các phương pháp xử lý nước thải cao su 15

2.1.1 Phương pháp xử lý cơ học 15

2.1.2 Xử lý nước thải bằng các phương pháp hoá học 17

2.1.3 Phương pháp xử lý hóa lý 18

2.1.4 Phương pháp xử lý sinh học 20

2.2 Việc lựa chọn sơ đồ xử lý dự vào các yếu tố cơ bản sau: 30

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH 32

3.1 Nước thải đầu vào 32

1 Qui trình 32

2 Thuyết minh: 35

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ XỬ LÝ 37

4.1 Song chắn rác 37

4.2 Bể tách mủ 38

4.3 Bể điều hòa 39

4.4 Bể tuyển nổi 40

4.7 Bể lọc sinh học hiếu khí 45

4.8 Bể lắng 2: 51

4.9 Bể khử trùng: 53

4.10 Máy nén bùn 55

CHƯƠNG 5: TÍNH KINH TẾ CỦA CÔNG TRÌNH 56

5.1 TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH 56

5.1.1 Cơ sở tính toán 56

5.1.2 Chi phí xây dựng 58

5.2 GIÁ THÀNH 1M 3 NƯỚC THẢI 59

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

Hình 1.1 Sơ đồ chế biến mủ cao su ly tâm 9

Hình 1.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất mủ cốm từ mủ nước 10

Hình 2.1 Bể UASB 25

Hình 2.2 Hồ tùy nghi 28

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lí nước thải cao su 33

Hình 4.1 Hệ thống bể tách mủ cao su 38

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng1.1 Thành phần, tính chất công nghệ sơ chế mủ cao su 12

Bảng 3.1 Thành phần, tính chất công nghệ sơ chế mủ cao su 32

Bảng 3.2 Giá trị các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép 34

Bảng 4.1 Thông số thiết kế song chắn rác 37

Bảng 4.2 Thông số thiết kế bể tách mủ 39

Bảng 4.3 Thông số thiết kế bể điều hòa 40

Bảng 4.4 Thông số thiết kế bể tuyển nổi 40

Bảng 4.5 Thông số thiết kế bể lắng 1 41

Bảng 4.6 Các thông số thiết kế bể lọc kỵ khí vật liệu đệm 42

Bảng 4.7 Giá trị của hệ số và 46

Bảng 4.8 Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng ly tâm 51

Bảng 4.9 Chọn các thông số cho bể 54

Bảng4.10 Tóm tắt các thông số thiết kế bể khử trùng 55

Bảng 5.1 Chi phí xây dựng các hạng mục công trình 58

Thành phần hóa học của mủ cao su:

Cao su : 35 – 40% , Protein : 2% , Quebrachilol : 1% , Xà phòng, acid beo : 1% ,Chất vô cơ : 0,5% ,Nước : 50 – 60%

Công thức hoá học của latex :

Phân tử cơ bản của cao su là isoprene polymer (cis-1,4-polyisoprene [C5H8]n) cókhối lượng phân tử 105 -107 Nó được tổng hợp từ cây bằng một quá trình phức tạp củacarbohydrate Cấu trúc hoá học của cao su tự nhiên (cis-1,4-polyisoprene):

CH2C = CHCH2 – CH2C = CHCH2 = CH2C = CHCH2

CH3 CH3 CH3

 Cấu trúc tính chất của thể giao trạng:

Tổng quát, latex được tạo bỡi những phần tử phân tán cao su (pha bị phân tán) nằm

lơ lững trong chất lỏng (pha phân tán) gọi là serum.Tính phân tán ổn định này có được

là do các protein bị những phần tử phân tán cao su trong latex hút lấy, ion cùng điện tích

sẽ phát sinh lực này giữa các hạt tử cao su

a Pha phân tán- Serum:

Serum có chứa một phần là những chất hợp thành trong thể giao trạng, chủ yếu làprotein, phospholipit, một phần là những hợp chất tạo thành dung dịch thật như: muốikhoáng, heterosid với methyl-1 inositol hoặc quebrachitol và các acid amin với tỉ lệ thấphơn

Trong serum hàm lượng thể khô chiếm 8- 10% Nó cho hiệu ứng Tyndall mãnh liệtnhờ chứa nhiều chất hữu cơ hợp thành trong dung dịch thể giao trạng Như vậy serumcủa latex là một di chất nhưng nó có độ phân tán mạnh hơn nhiều so với độ phân tán của

b Pha bị phân tán- hạt tử cao su:

Tỉ lệ pha phân tán hay hàm lượng cao su khô trong latex do cây cao su tiết ra caonhất đạt tới 53% và thấp nhất là 18% (phân tích của Viện khảo cứu cao su Đông Dươngtrước nay) Hầu hết các hạt tử cao su có hình cầu, kích thước không đồng nhất: ở giữađường kính 0,6 micron và số hạt 2x108 cho mỗi cm3 latex, 90% trong số này có đườngkính dưới 0,5 micron

Mủ cao su là hỗn hợp keo gồm các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong dung dịch gọi lànhũ thanh Hạt cao su hình cầu có đường kính d < 0,5 m, chúng chuyển động hỗn loạntrong dung dịch Thông thường 1 gram mủ chứa khoảng 7,4.1012 hạt cao su, bao quanh làcác protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định

1.1.2 Quy trình sơ chế mủ cao su:

Sau khi đem từ vườn cây về, latex phải được giữ ở trạng thái lỏng để tránh bị đông

Do đó trước khi đem về nhà máy nên thêm vào latex các chất chống đông như : NH3,

NH3 + H2BO3, … vào trong thùng chứa mủ hoặc ngay trong chén hứng mủ

Mủ nước sau khi lấy từ vườn cây vận chuyển về nhà máy được cho qua lưới lọc (40lỗ/inch) vào bể tiếp nhận có kích thước lớn Tại bể này chúng được khuấy trộn kỹ để làmđồng nhất các loại mủ nước từ các nguồn khác nhau Trong giai đoạn này ta tiến hành đocác thông số kỹ thuật cần thiết như : đo hàm lượng mủ khô, thành phần NH3 còn lạitrong mủ

a Phân loại và sơ chế mủ:

Mủ cao su được chia thành nhiều loại: mủ nước (latex), mủ chén, mủ đất … Mủnước là mủ tốt nhất, thu trực tiếp trên thân cây, mỗi ngày mủ nước được gom vào mộtgiờ qui định Để mủ không bị đông trước khi đem về nhà máy, khi thu mủ người ta cho

NH3 vào để chống đông (hàm lượng kháng đông cần thiết chứa NH3 (0,003% – 0,1 %)tính trên cao su khô), tránh sự oxi hóa làm chất lượng mủ nước kém đi

Còn các loại mủ khác như mủ đất, mủ chén, mủ vỏ được gộp chung lại gọi là mủtạp (mủ thứ cấp) Đó là mủ rơi vãi xuống đất hoặc sau khi thu mủ nước mủ vẫn còn chảyvào chén, hoặc mủ dính trên vỏ cây Mủ tạp nói chung rất bẩn lẫn nhiều đất, cát, các tạpchất và đã đông lại trước khi đưa về nhà máy

Mủ tạp được chọn riêng theo sản phẩm, đựng trong giỏ hoặc túi sạch Thôngthường ta phân loại riêng mủ chén, mủ dây, mủ vỏ không để lẫn lộn với mủ đất Mủchén được chia làm nhiều hạng khác nhau, tùy theo kích thước màu sắc Mủ trắng, mủ bịsẫm màu do oxi hóa…

b Bảo quản mũ:

Mủ nước chuyển đến xí nghiệp được đưa vào các bể lắng có kích thước lớn, tại đây

mủ được khuấy trộn để làm đồng nhất các loại latex từ các nguồn khác nhau; đây là giaiđoạn kiểm tra sơ khởi việc tiếp nhận Ở giai đoạn này, tiến hành do trọng lượng mủ khô

và thành phần NH3 còn lại trong mủ

Mủ tạp dễ bị oxi hóa nếu để ngoài trời, nhất là phơi dưới ánh nắng, chất lượng mủ sẽ

bị giảm Khi đem về phân xưởng, mủ tạp được phân loại, ngâm rửa trong các hồ riêngbiệt, để tránh bị oxi hóa và làm mất đi một phần chất bẩn Tùy theo phẩm chất từng loại

mủ có thể ngâm tối đa là 7 ngày và tối thiểu là 12 giờ Mủ tạp ngoài ngâm nước có thểngâm trong dung dịch hóa chất (acid clohidric, acid axalic, các chất chống lão hóa) đểtránh phân hủy cao su

Các loại mủ dây, mủ đất được nhặt riêng, trướckhi tồn trữ được rửa sạch bằng cáchcho qua giàn rửa có chứa dung dịch hóa học, thích hợp để tẩy các chất dơ, loại bỏ tạpchất

c Qui trình công nghệ sơ chế mủ:

Ở Việt Nam hiện nay có 3 công nghệ chính đang áp dụng trong thực tế: côngnghệ chế biến mủ ly tâm, công nghệ chế biến mủ cốm và công nghệ chế biến mủ tờ

 Công nghệ chế biến mủ ly tâm:

Mủ nước có khoảng 30% hàm lượng cao su khô (DRC) và 65% nước, thành phầncòn lại là các chất phi cao su Các phương pháp đã được triển khai để cô đặc mủ nước từvườn cây là ly tâm, tạo kem và bốc hơi Trong công nghệ ly tâm do sự khác nhau về tỷ

chất bảo quản phù hợp và đưa vào bồn lưu trữ để ổn định tối thiểu từ 20 đến 25 ngàytrước khi xuất.

Một sản phẩm phụ của công nghệ chế biến mủ cao su là mủ skim (DRC khoảng6%) Mủ skim thu được sau khi ly tâm được đánh đông bằng acid và được sơ chế thànhcác tờ crep dày hay sử dụng để sản xuất cao su cốm dưới nhiều dạng khác nhau

 Công nghệ chế biến cao su cốm.

Trong công nghệ này, mủ nước từ vườn cây cao su sau khi được đánh đông bằngaxít và mủ đông vườn cây được đưa vào dây chuyền máy sơ chế để đạt kết quả sau cùng

là các hạt cao su có kích thước trung bình 3mm trước khi đưa vào lò sấy Cao su sau khisấy xong được đóng thành bành có trọng lượng 33,3 kg hay tuỳ theo yêu cầu của kháchhàng

Sau đó mủ được chế biến qua các công đoạn :

Công đoạn 1 : Xử lý nguyên liệu :

Tiếp nhận mủ từ hồ quay, để lắng rồi dẫn đến mương đánh đông nhờ máng dẫn mủ,tại đây mủ được pha với axit loãng 1% Hàm lượng mủ khô (DRC) tại mương đánh đông

là 25%, pH = 4-5

Công đoạn 2 : Gia công cơ học :

Từ mương đánh đông sau 6 – 8 giờ mủ trong mương được đông tụ, xả nước vào cho

mủ nổi lên mặt mương Mủ được đưa qua máy cán Crepper để cán mỏng, loại bỏ axit,serium trong mủ Mỗi máy có hệ thống phun nước ngay trên trục cán để làm sạch tờ mủtrong khi cán Tiếp theo tờ mủ được chuyển qua máy cán băm liên hợp tạo hạt Khi đó

mủ được cán nhỏ thành hạt có đường kính khoảng 6mm, rồi cho vào hồ nước rữa Saucùng bơm Vortex hút chuyển các hạt cốm lên sàn rung để tách nước sau đó đưa vàothùng sấy và đẩy vào lò sấy

Công đoạn 3 :Gia công nhiệt

Mủ cốm được đưa vào lò sấy từ 13 – 17 phút, nhiệt độ từ 100 – 1100C sau đó choqua hệ thống hút làm nguội

Công đoạn 4 : Hoàn chỉnh sản phẩm

Phân loại sản phẩm, cân 33.3kg ép kiện, đóng gói PE, đóng palette đưa vào khothành phẩm rồi xuất xưởng.

1.2 Nguồn gốc thành phần và tính chất nước thải ngành chế biến mủ cao su:1.2.1 Nguồn gốc nước thải mủ cao su:

Trong quá trình chế biến mủ cao su, nước thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạnsản xuất sau :

* Dây chuyền chế biến mủ ly tâm :

Nước thải phát sinh từ quá trình ly tâm mủ, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhàxưởng

Nước rửa

Nước thảiNước thải

Hình 1.1 Sơ đồ chế biến mủ cao su ly tâm

Bể hổn hợp (chứa mủ

Mương đánh đông (cho

Hình 1.2 Dây chuyền công nghệ sản xuất mủ cốm từ mủ nước

* Dây chuyền chế biến mủ nước :

Nước thải phát sinh từ khâu đánh đông, từ quá trình cán băm, cán tạo tờ, băm cốm.Ngoài ra nước thải còn phát sinh do quá trình rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhàxưởng

* Dây chuyền chế biến mủ tạp :

Đây là dây chuyền sản xuất tiêu hao nước nhiều nhất trong các dây chuyền chế biến

mủ Nước thải phát sinh từ quá trình ngâm, rửa mủ tạp, từ quá trình cán băm, cán tạo tờ,băm cốm, rửa máy móc thiết bị và vệ sinh nhà xưởng,

Ngoài ra nước thải còn phát sinh do rửa xe chở mủ và sinh hoạt

Trong chế biến cao su khô, nước thải sinh ra ở các công đoạn khuấy trộn, làm đông

và gia công cơ học Thải ra từ bồn khuất trộn là nước rửa bồn và dụng cụ, nước này chứamột ít mủ cao su Nước thải từ các mương đông tụ là quan trọng nhất vì nó chứa phầnlớn là serum được tách ra khỏi mủ trong quá trình đông tụ Nước thải từ công đoạn giacông cũng có bản chất tương tự nhưng loãng hơn, đây là nước rửa được phun vào cáckhối cao su trong quá trình gia công cơ để tiếp tục loại bỏ serum cũng như các chất bẩn

Trong sản xuất mủ cao su ly tâm, mủ cao su sau khi khuấy trộn được đưa vào cácnồi ly tâm quay với tốc độ chừng 7000 vòng/ phút Với tốc độ này, lực ly tâm đủ lớn đểtách các hạt cao su ra khỏi serum, dựa vào sự khác biệt về trọng lượng riêng của chúng.Sau khi mủ cao su được cô đặc đã được tách ra, chất lỏng còn lại là serum, vẫn còn chứakhoảng 5% cao su, sẽ được làm đông bằng sulphuric acid để chế biến thành cao su khốivới một quá trình tương tự như cao su thông thường Chế biến mủ ly tâm cũng tạo nên 3

Khí thải

nguồn nước thai Nước rửa máy móc và các bồn chứa, serum từ mương đông tụ skim, vànước rửa từ các máy gia công cơ Trong số này serum của mủ skim là có hàm lượng chất

ô nhiễm cao nhất

Sản xuất một tấn thành phẩm ( quy theo trọng lượng khô) cao su khối, cao su tờ

và mủ ly tâm thải ra tương ứng khoảng 30, 25, 18 m3 nước thải

1.2.2 Tính chất nước thải cao su:

Nước thải đánh đông có nồng độ chất bẩn cao nhất, chủ yếu là các serum còn lạitrong nước thải sau khi vớt mủ bao gồm một số hóa chất đặc trưng như acid axetic

CH3COOH, protein, đường, cao su thừa; lượng mủ chưa đông tụ nhiều do đó còn thừamột lượng lớn cao su ở dạng keo; pH thấp khoảng 5 – 5,5 Nước thải ở các công đoạnkhác (cán, băm,… ) có hàm lượng chất hữu cơ thấp, hàm lượng cao su chưa đông tụ hầunhư không đáng kể

Đặc trưng cơ bản của các nhà máy chế biến cao su đó là sự phát sinh mùi Mùi hôithối sinh ra do men phân hủy protein trong môi trường acid Chúng tạo thành nhiều chấtkhí khác nhau: NH3, CH3COOH, H2S, CO2, CH4, … Vì vậy việc xử lý nước thải nhà máycao su là một vấn đề quan trọng cần phải được giải quyết

Bảng1.1: Thành phần, tính chất công nghệ sơ chế mủ cao su

tâm

chung Lưu lượng

* Dây chuyền sản xuất mủ ly tâm :

Dây chuyền sản xuất này không thực hiện quy trình đánh đông cho nên hoàn toànkhông sử dụng acid mà chỉ sử dụng amoniac, lượng amoniac đưa vào khá lớn khoảng20kgNH3/tấn DRC nguyên liệu Do đó đặc điểm chính của loại nước thải này là :

- Độ pH khá cao, pH 9-11

- Nồng độ BOD, COD, N rất cao

Dây chuyền chế biến mủ nước :

Đặc điểm của quy trình công nghệ này là sử dụng từ mủ nước vườn cây có bổsung amoniac làm chất chống đông Sau đó, đưa về nhà máy dùng acid để đánh đông, do

đó, ngoài tính chất chung là nồng độ BOD, COD và SS rất cao, nước thải từ dây chuyềnnày còn có độ pH thấp và nồng độ N cao

* Dây chuyền chế biến mủ tạp

Mủ tạp lẫn khá nhiều đất cát và các loại chất lơ lửng khác Do đó, trong quá trìnhngâm, rửa mủ, nước thải chứa rất nhiều đất, cát, màu nước thải thường có màu nâu, đỏ

hóa chất sử dụng cho công nghệ chế biến cũng ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống nhândân và sự phát triển của động thực vật xung quanh nhà máy.

Nếu không xử lí triệt để mà xả trực tiếp lượng nước thải vào các nguồn tiếp nhận nhưsông suối ao, hồ và các tầng nước ngầm thì nó sẽ gây ảnh hưởng nặng đến môi trườngxung quanh như :

a Chất rắn lơ lửng có thể gây nên hiện tượng bùn lắng và nảy sinh điều kiện

kỵ khí

b Các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học chủ yếu là proein,cacbonhydrat,… được tính toán thông qua các chỉ tiêu BOD5 và COD.Các hợp chất này có thể gây ra sự suy giảm nguồn oxy tự nhiên trongnguồn nước và phát sinh điều kiện thối rửa Chính điều này dẫn đến sựphát hoại và tiêu diệt các sinh vật nước và hình thành mùi hôi khó chịu

c Gây ô nhiễm tầng nước ngầm khi ngấm xuống đất, làm tăng nồng độ NO2trong nước ngầm, rất nguy hại cho sức khoẻ con người khi sử dụng nguồnnước bị ô nhiễm

d Gây hiện tượng phú dưỡng cho nguồn tiếp nhận do nước thải có hàmlượng N, P rất cao

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

2.1 Các phương pháp xử lý nước thải cao su

Việc xử lý nước thải cao su nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận Việc lựa chọn phương pháp làm sạch và lựa chọn quy trình xử lý nước phụ thuộc vào các yếu tố như

- Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh nước

- Lưu lượng nước thải

- Các điều kiện của nhà máy mía đường

(khoảng vài ngàn mg/l) và dễ lắng nên có thể lắng sơ bộ trước rồi đưa sang các công trình

xử lý phía sau

Sau khi tách, nước thải được đưa sang các công trình phía sau, còn phần chất rắn được đem đi chôn lấp

- Song chắn rác hay lưới chắn

Tại song chắn hay lưới chắn các tạp chất thô như : gỗ, giẻ, rác thực phẩm,… và các vật thể thô khác bị giữ lại Song chắn rác hầu như công trình nào cũng phải có nằm ở trước cửa vào hố thu nước thải, tùy theo các công trình mà có thể lắp đặt thêm lưới chắn rác

- Quá trình lắng.

Lắng là quá trình quan trọng trong công nghệ xử lý nước thải, thường được ứng dụng

để tách các chất lơ lửng ra khỏi nước thải dựa trên sự khác nhau về trọng lượng của các hạt lơ lửng và nước Đây là quá trình xử lý ban đầu hay sau quá trình xử lý sinh học

Quá trình lắng có thể chia làm hai dạng cơ bản phụ thuộc vào trạng thái các hạt cặn lơlửng trong nước

- Quá trình điều hòa.

Lưu lượng nước thải và hàm lượng chất bẩn trong nước thường dao động không đều theo ngày đêm, làm ảnh hưởng xấu về chế độ công tác của mạng lưới và các công trình xử lý sau, do đó bể điều hòa có chức năng

 Điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất bẩn trong nước thải

 Oxi hóa một phần nồng độ ô nhiễm nước thải

 Tham gia làm thoáng sơ bộ

 Tránh lắng cặn

 Tăng hiệu suất lắng ở bể lắng đợt một

2.1.2 Xử lý nước thải bằng các phương pháp hoá học.

Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hoá học diễn ra giữa các chất ô nhiễm và chất thêm vào Những phản ứng diễn ra có thể là

 Phản ứng oxi hoá khử

 Phản ứng trung hoà tạp chất kết tủa

 Các phản ứng thuỷ phân chất độc hại

Các phương pháp hoá học thường dùng nhiều là : Oxi hóa và trung hòa Thông thường đi đôi với trung hoà còn kèm theo các quá trình kết tủa và hiện tượng vật lý khác

- Trung hoà.

Nước thải công nghiệp thường có giá trị pH quá thấp hay quá cao (độ kiềm hay độaxit cao) Các công trình đơn vị xử lý nước thải công nghiệp như: Trao đổi ion, các phương pháp sinh học…Thì trước nó phải tiến hành giai đoạn trung hoà Quá trình trung hoà được thực hiện trong các bể trung hoà làm việc liên tục hay gián đoạn theo chu kì Về cấu tạo, các bể này có thể kết hợp với các bể lắng phải dựa trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để chọn phương pháp lắng

Lựa chọn biện pháp trung hòa phụ thuộc vào lượng thải, chế độ thải cũng như nồng độ các chất trong nước thải Việc trung hoà nước thải bằng hoá chất gặp nhiều khó khăn, vì thành phần và lưu lượng nước thải không ổn định làm phức tạp các hệ thống, thiết bị tự động châm hoá chất.

Phương pháp này dùng khi nồng độ và pH nước thải quá thấp hay quá cao

Phương pháp trung hoà thường kết hợp với các phương pháp khác để xử lý nước thải Các hoá chất trung hoà thường dùng: HCl, H2SO4, NaOH, Ca(OH)2…

Các phương pháp trung hoà thường dùng

 Trung hoà bằng cách trộn hai dòng nước thải axit và bazơ Đây là biện pháp đơn giản, dễ thực hiện và ít tốn chi phí

+ Trung hòa nước thải bằng cách thêm hóa chất (Bổ sung các tác nhân hóa chất)

+ Trung hòa nước thải chứa axít bằng cách cho qua lớp vật liệu trung hòa, thường vật liệulọc là đá vôi

+ Trung hòa bằng các khí axit

2.1.3 Phương pháp xử lý hóa lý

Nước thải mía đường còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kích thướcnhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học thông thường vì tốn nhiềuthời gian và hiệu quả không cao Ta có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ chúng.Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn,… kết hợp với

polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ

Nguyên tắc của phương pháp này là : cho vào trong nước thải các hạt keo mang điệntích trái dấu với các hạt lơ lửng có trong nước thải (các hạt có nguồn gốc silic và chất hữu

cơ có trong nước thải mang điện tích âm, còn các hạt nhôm hidroxid và sắt hidroxit được đưa vào mang điện tích dương) Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điệntrái dấu này sẽ liên kết lại thành các bông cặn có kích thước lớn hơn và dễ lắng hơn

Các phương pháp hoá lý (đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, các quá trình tách bằng màng, các phương pháp điện hoá)

- Tuyển nổi.

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hay lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong 1 số trườnghợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hoà tan như các chất hoạt động

bề mặt Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt

Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc, tuyển nổi thường được để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học Ưu điểm cơ bản của phương pháp này so vớiphương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hay nhẹ, lắng chậm trong một thời gian ngắn Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sụt các bọt khí nhỏ (thường

là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu

+ Các phương pháp tuyển nổi như sau.

 Tuyển nổi bằng việc tách không khí từ dung dịch

 Tuyển nổi phân tán không khí bằng phương pháp cơ học

 Tuyển nổi bằng cấp không khí qua đầu khuyếch tán không bằng vật liệu xốp

 Tuyển nổi điện và tuyển nổi hóa học

- Hấp phụ.

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có chứa 1 hàm lượng rất nhỏ các chất đó Những chất không phân hủy được bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao Nếu các chất khử bịhấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả (than hoạt tính, các chất tổng hợp hay 1 số chất thải của sản xuất như xỉ tro, mạt sắt, xỉ và các chất hấp phụ bằng khoáng chất như đất sét, silicagen, keo nhôm) Than hoạt tính là chất hấp phụ thông thường

- Trao đổi ion.

Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Cd, V, Mn… cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ

Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làm sạch cao Vì vậy nó là 1 phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải

2.1.4 Phương pháp xử lý sinh học

Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Tùy theo nhóm vi khuẩn sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí

mà người ta thiết kế các công trình khác nhau Và tùy theo khả năng về tài chính, diện

2.1.4.1 Phương pháp xử lý hiếu khí

Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có oxy Quá trình xử

lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn :

Oxy hóa các chất hữu cơ :

CxHyOz + O2 Enzyme   CO2 + H2O + H

Tổng hợp tế bào mới :

CxHyOz + O2 + NH3  Enzyme  Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + CO2 + H2O - H

Phân hủy nội bào :

C5H7O2N + O2  Enzyme  5CO2 + 2H2O + NH3  H

2.1.4.2 Phương pháp xử lý kỵ khí.

Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí không hoặc có lượng

O2 hòa tan trong môi trường rất thấp, để phân hủy các chất hữu cơ

Bốn giai đoạn xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí

a Thủy phân : Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (như polysaccharide, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các acid amin, acid béo)

b Acid hóa : Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới

c Acetic hóa : Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, H2, CO2 và sinh khối mới

d Methane hóa : Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí Acid acetic, H2,

CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

2.1.4.3 Các hệ thống xử lý nhân tạo bằng phương pháp sinh học.

a Xử lý theo phương pháp hiếu khí.

Xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển Các vi sinh vật hiếu khí sử dụng các chất hữu cơ, các nguồn N và P cùng với một số nguyên tố vi lượng khác làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào mới, phát triển tăng sinh khối Bên cạnh

đó quá trình hô hấp nội bào cũng diễn ra song song, giải phóng CO2 và nước Cả hai quá trình dinh dưỡng và hô hấp của vi sinh vật đều cần oxy Để đáp ứng nhu cầu oxy hòa tan trong nước, người ta thường sử dụng hệ thống sục khí bề mặt bằng cách khuấy đảo hoặc bằng hệ thống khí nén

- Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng (bùn hoạt tính)

Quá trình này sử dụng bùn hoạt tính dạng lơ lửng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất hữu cơ dạng lơ lửng Sau một thời gian thích nghi, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng và phát triển Các hạt lơ lửng trong nước thải được các tế bào vi sinh vật bám lên và phát triển thành các bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ Các hạt bông cặn dần dần lớn lên do được cung cấp oxy và hấp thụ các chất hữu cơ làm chất dinhdưỡng để sinh trưởng và phát triển

Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, bên cạnh đó còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật, giun, sán,… kết thành dạng bông với trung tâm là các hạt lơ lửng trong nước Trong bùn hoạt tính ta thấy có loài

Zoogelea trong khối nhầy Chúng có khả năng sinh ra một bao nhầy xung quanh tế bào,

bao nhầy này là một polymer sinh học với thành phần là polysaccharide có tác dụng kết các tế bào vi khuẩn lại tạo thành bông

Một số công trình hiếu khí phổ biến xây dựng trên cơ sở xử lý sinh học bằng bùn

+Bể aeroten thông thường

Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug-flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng Trong bể, nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể

+Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn

Đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp Thiết bị sục khí cơ khí (motour và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu oxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích bể

+Bể aeroten mở rộng

Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20-30 ngày)

+Mương oxy hóa

Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủ xáotrộn bùn hoạt tính Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3m/s để tránh lắng cặn Mương oxy hóa có thể kết hợp quá trình xử lý N

+Bể hoạt động gián đoạn (SBR)

Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cặn Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: (1) làm đầy, (2) phản ứng, (3) lắng, (4) xả cặn, (5) ngưng

- Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

Khi dòng nước thải đi qua những lớp vật liệu rắn làm giá đỡ, các vi sinh vật sẽ bám dính lên bề mặt Trong số các vi sinh vật này có loài sinh ra các polysaccaride có tính

chất như là một polymer sinh học có khả năng kết dính tạo thành màng Màng này cứ dàythêm với sinh khối của vi sinh vật dính bám hay cố định trên màng Màng được tạo thành

từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, với mật độ vi sinh vật rất cao Màng có khả năng oxy hóa các hợp chất hữu cơ, trong do ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được O2 sẽ chuyển sang phân hủy kỵ khí, sản phẩm của biến đổi kỵ khí là các acid hữu cơ, các alcol,

…Các chất này chưa kịp khuếch tán ra ngoài đã bị các vi sinh vật khác sử dụng Kết quả

là lớp sinh khối ngoài phát triển liên tục nhưng lớp bên trong lại bị phân hủy hấp thụ các chất bẩn lơ lửng có trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc với màng

b Xử lý theo phương pháp kỵ khí

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng

+ Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)

Về cấu trúc : Bể UASB là một bể xử lý với lớp bùn dưới đáy, có hệ thống tách và thu khí, nước ra ở phía trên Khi nước thải được phân phối từ phía dưới lên sẽ đi qua lớp bùn, các vi sinh vật kỵ khí có mật độ cao trong bùn sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Bên trong bể UASB có các tấm chắn có khả năng tách bùn bị lôi kéo theo nước đầu ra

Về đặc điểm : Cả ba quá trình phân hủy - lắng bùn - tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình Sau khi hoạt động ổn định trong bể UASB hình thành loại bùn hạt

có mật độ vi sinh rất cao, hoạt tính mạnh và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng

Hình 2.1 Bể UASB

+ Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc

Hỗn hợp bùn và nước thải được khuấy trộn hoàn toàn trong bể kín, sau đó được đưa sang bể lắng để tách riêng bùn và nước Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm Bể phản ứng tiếp xúcthực sự là một bể biogas cải tiến với cánh khuấy tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp xúc vớicác chất ô nhiễm trong nước thải

- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

+Bể lọc kỵ khí

Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa nhiều cacbon trong nước thải Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu có các vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển

+ Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định.

Là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám.

2.1.4.4 Các hệ thống xử lý tự nhiên bằng phương pháp sinh học

độ tự nhiên (chậm) do đó đòi hỏi diện tích đất rất lớn Hồ sinh học chỉ thích hợp với nướcthải có mức độ ô nhiễm thấp Hiệu quả xử lý phụ thuộc sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi, cộng với sự phát triển của các loại vi nấm, rêu, tảo và một số loài động vật khác nhau

Hệ hồ sinh học có thể phân loại như sau:

(1) Hồ hiếu khí (Aerobic Pond); (2)Hồ tùy nghi (Facultative Pond); (3) Hồ kỵ khí (Anaerobic Pond); (4) Hồ xử lý bổ sung

 Hồ hiếu khí (Aerobic Pond)

Hồ làm thoáng tự nhiên

Oxy được cung cấp cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ chủ yếu do sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của các thực vật nước (rong, tảo,…) Chiều sâu của hồ phải bé (thường lấy khoảng 30-40 cm) để đảm bảo cho điều kiện hiếu khí có thể duy trì tới đáy hồ Trong hồ, nước thải được xử lý bởi quá trình cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn, các động vật bậc cao hơn như nguyên sinh động vật cũng xuất hiện trong

hồ và nhiệm vụ của chúng là làm sạch nước thải (ăn các vi khuẩn) Các nhóm vi khuẩn,

Hiệu suất chuyển hóa BOD5 của hồ rất cao, có thể lên đến 95% Tuy nhiên, chỉ có BOD5 dạng hòa tan mới bị loại khỏi nước thải đầu vào, và trong nước thải đầu ra chứa nhiều tế bào tảo và vi khuẩn, do đó nếu phân tích tổng BOD5 có thể sẽ lớn hơn cả tổng BOD5 của nước thải đầu vào Nhiều thông số không thể khống chế được nên hiện nay người ta thường thiết kế theo lưu lượng nạp đạt từ các mô hình thử nghiệm Việc điều chỉnh lưu lượng nạp phản ánh lượng oxy có thể đạt được từ quang hợp và trao đổi khí qua bề mặt tiếp xúc nước, không khí.

Do độ sâu nhỏ, thời gian lưu nước dài nên diện tích của hồ lớn Vì thế hồ chỉ thích hợp khi kết hợp việc xử lý nước thải với nuôi trồng thủy sản cho mục đích chăn nuôi và công nghiệp

Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo

Nguồn oxy cung cấp cho quá trình sinh học từ các thiết bị như bơm khí nén hay máykhuấy cơ học Vì được tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 - 4,5 m Sức chứa tiêu chuẩn khoảng 400 kg/(ha.ngày) Thời gian lưu nước trong hồ 1-3 ngày

Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo do có chiều sâu hồ lớn, mặt khác việc làm thoáng cũng khó đảm bảo toàn phần vì thế một phần lớn của hồ làm việc như hồ hiếu-kỵ khí, nghĩa là phần trên hiếu khí, phần dưới kỵ khí

 Hồ tùy nghi ( Facultative Pond )

Việc xử lý nước thải tốt là do hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và tùy nghi Từ trên xuống đáy hồ có 3 khu vực chính

- Khu vực thứ nhất (hay là khu vực hiếu khí) được đặc trưng bởi hệ cộng sinh giữa

vi khuẩn và tảo Nguồn oxy được cung cấp bởi oxy khí trời thông qua quá trình trao đổi

tự nhiên qua bề mặt hồ, và oxy được tạo ra qua quá trình quang hợp của tảo Oxy được vikhuẩn sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các dưỡng chất và CO2, tảo sử dụng các sản phẩm này để quang hợp

- Khu vực trung gian (hay là khu vực kỵ khí không bắt buộc) đặc trưng bởi các hoạt động của các vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc

- Khu vực thứ ba (hay là khu vực kỵ khí) đặc trưng bởi các hoạt động của các vi khuẩn kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ lắng đọng dưới đáy bể.

Hình 2.2 Hồ tùy nghi

 Hồ kỵ khí ( Anaerobic Pond )

Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất rắn cao Thông thường đây là một ao sâu (có thể đến 9,1 m) với các ống dẫn nước thải đầu vào và đầu ra được bố trí một cách hợp lý Điều kiện kỵ khí được duy trì suốt chiều sâu của bể Việc ổnđịnh nước thải được tiến hành thông qua quá trình kết tủa, phân hủy kỵ khí của vi sinh vật Hiệu quả khử BOD5 thường ở mức 70% và có thể lên đến 85% khi các điều kiện môi trường đạt tối ưu

 Hồ xử lý bổ sung

Có thể áp dụng sau quá trình xử lý sinh học (aerotank, bể lọc sinh học hoặc sau hồ sinh học hiếu khí, tùy nghi,…) để đạt chất lượng nước ra cao hơn, đồng thời thực hiện quá trình nitrat hóa Do thiếu chất dinh dưỡng, vi sinh còn lại trong hồ này sống ở giai

b Cánh đồng tưới

Dẫn nước thải theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng bơm và ống phânphối phun nước thải lên mặt đất Một phần nước bốc hơi, phần còn lại thấm vào đất để tạo độ ẩm và cung cấp một phần chất dinh dưỡng cho cây cỏ sinh trưởng Phương pháp này chỉ được dùng hạn chế ở những nơi có khối lượng nước thải nhỏ, vùng đất khô cằn

xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độ ẩm

Ở cánh đồng tưới không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vì vi khuẩn, virus gây bệnh trong nước thải chưa được loại bỏ có thể gây tác hại cho sức khỏe của con người sử dụng các loại rau và thực phẩm này

c Xả nước thải vào ao, hồ, sông suối

Nước thải được xả vào những nơi vận chuyển và chứa nước có sẵn trong tự nhiên đểpha loãng chúng và tận dụng khả năng tự làm sạch của các nguồn Đối với nước thải chănnuôi heo, biện pháp này thường không được áp dụng vì nó gây mùi hôi thối rất nghiêm trọng và giết chết các loài thủy sinh vật sống trong nước Mặc dù vậy ở nước ta, phần lớn nước thải chăn nuôi thường xả vào các hệ thống sông, hồ gần khu vực chăn nuôi sau khi

xử lý bằng những biện pháp thô sơ như hầm biogas, hồ lắng,…

Ngoài các phương pháp sinh học tự nhiên trên, người ta còn sử dụng các phương pháp vùng đất ngập nước (wetland), xử lý bằng đất (land treatment),… Hiện nay người ta đã ápdụng việc sử dụng các loài thực vật nước để làm tăng hiệu quả xử lý tự nhiên của các ao

hồ, đặc biệt thích hợp với nước thải chăn nuôi

2.1.4.5 Ứng dụng thực vật nước để xử lý nước thải

Thực vật nước thuộc loài thảo mộc, thân mềm Quá trình quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các thực vật trên cạn Vật chất có trong nước sẽ được chuyển qua hệ rễ của thực vật nước và đi lên lá Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ Các chất hữu cơ này cùng với chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hòa tan Vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển chúng thành các chất và hợp chất vô cơ hòa tan để thực vật có thể sử