TÀI LIỆU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÀ PHÊ
LỜI MỞ ĐẦU Công nghiệp chế biến cà phê chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp và dịch vụ khác, nhu cầu về các sản phẩm cà phê ngày càng tăng. Cà phê dần trở thành mặt hàng nông sản chế biến xuất khẩu quan trọng của Việt Nam, kim ngạch xuất khẩu những năm gần đây dao động từ 400 đến 600 triệu USD/năm, tạo ra từ 6% đến 10% thu nhập từ xuất khẩu quốc gia. Việt Nam đã trở thành nước xuất khẩu cà phê đứng thứ hai trên thế giới sau Brazil. Chính vì vậy, ngành công nghiệp này không thể thiếu được trong đời sống của người dân. Có thể nói, cà phê tạo nguồn lợi hết sức to lớn về kinh tế: tạo ra các sản phẩm ngày càng đa dạng để phục vụ trong nước, xuất khẩu khối lượng lớn nhân cà phê để thu nhiều ngoại tệ cho đất nước và tạo ra công ăn việc làm cho người lao động. Các tác nhân gây ô nhiễm là đường sinh từ nhớt hoặc phần ngoài của quả cà phê. Trong quá trình lên men, đường bị phân huỷ thành rượu và khí các-bô-níc. Sau đó,rượu được biến thành axít axêtíc, và vì thế mà độ pH của nước bị giảm. Độ pH của nước thải cà phê thường ở khoảng 3.8. Phần nhớt là phần chất nhầy bọc quanh hạt cà phê. Thành phần chủ yếu của nó là prôtêin, đường và péctin. Phần nhớt rất khó bị phân huỷ. Trong nước thải cà phê phần nhớt này thường kết tủa thành một lớp đen trên bề mặt. Nước thải cà phê nếu không có biện pháp xử lý hợp lý, quản lý chặt chẽ thì không chỉ ảnh hưởng tới mỹ quan môi trường trong vùng mà hệ sinh thái, sức khỏe cộng đồng cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Một bài học được rút ra từ Costa Rica vào những năm 80, hai phần ba tổng lượng BOD của các con sông là do nước thải cà phê thải ra, biến thành những con sông chết. 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về ngành cà phê Việt Nam: 1.1. Các đặc điểm chung của cà phê Việt Nam: Việt Nam được chia thành hai vùng khí hậu phù hợp cho chế biến cà phê: - Vùng Tây Nguyên và tỉnh Đồng Nai: chủ yếu trồng cà phê vối. - Các tỉnh miền Bắc: chủ yếu trồng cà phê chè. Trong đó, diện tích cà phê vối chiếm hơn 95% tổng diện tích gieo trồng. Tỷ trọng diện tích 6 vùng trồng cà phê: Đông Bắc và duyên hải Nam Trung Bộ 0%, Tây Bắc 1%, Bắc Trung Bộ 2 %, Đông Nam Bộ 8%, Tây Nguyên 89%. 1.2. Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam: • Chế biến: 2 Hình 1 • Xuất khẩu: Bảng 1: Sản lượng chế biến và xuất khẩu cà phê qua các năm Nhận xét: Năm 2007 là đỉnh cao của xuất khẩu cà phê, kim ngạch đạt 1,8 tỷ USD tăng 219% và gần 1 tỷ USD so với kế hoạch. Nếu so với năm 2000 thì kim ngạch xuất khẩu đã tăng tới 3,6 lần. Đây là một bước tăng rất đáng kể, hầu như không nông sản nào có thể đạt được. Cùng với sự phục hồi của đơn giá, xuất khẩu cà phê Việt Nam đã đứng thứ nhì thế giới sau Brazil. 2. Các phương pháp chế biến cà phê trong nước và thế giới: Có hai phương pháp chế biến cà phê sống: - Phương pháp khô (tự nhiên) - Phương pháp ướt (phương pháp rửa) 2.1. Phương pháp khô (phương pháp cổ điển): Trái cà phê được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời, chúng sẽ được cào vài lần trong một ngày và được che kín để tránh sương vào ban đêm; Sau một vài tuần, trái sẽ khô và sẵn sàng để bóc vỏ. Một số người Ethiopia và hầu hết 3 người Brazil dùng phương pháp khô. Tại Việt Nam, phương pháp này cũng được sử dụng khá rộng rãi tại các hộ dân trồng cà phê. Đối với phương pháp khô, điều kiện chế biến đơn giản nhưng phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, thời gian chế biến kéo dài, sản phẩm tạo ra có chất lượng không cao. 2.2. Phương pháp ướt: Vỏ sẽ được lấy ra bằng máy để lại một chất dính như keo bao quanh hạt. Ở thời điểm này, sự tách rời bằng máy móc có thể làm tổn thương hạt cà phê. Sau đó hạt cà phê sẽ được bỏ vào những cái chum ủ men lớn để cho tan đi những vỏ cà phê còn dính lại trên hạt. Sau cùng, hạt cà phê sẽ được rửa cho hết sạch vỏ và được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời hoặc là máy sấy. Với phương pháp ướt, việc sản xuất chủ động hơn nhưng tốn nhiều thiết bị, nước và năng lượng. Tuy nhiên, sản xuất theo phương pháp này rút ngắn được thời gian chế biến và cho sản phẩm có chất lượng cao hơn. Dựa trên ưu và nhược điểm của cả hai phương pháp, thông thường người ta chế biến kết hợp cả hai phương pháp. Dưới đây là sơ đồ công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp kết hợp. 4 3. Quy trình chế biến cà phê: Hình 2: Quy trình chế biến cà phê thô 5 3.1. Quy trình chế biến nhân cà phê từ hạt khô: Cà phê khô sau khi thu mua được đưa đến công đoạn xay hạt, nhằm loại bỏ lớp vỏ bên ngoài hạt. Hạt tiếp tục được chuyển qua để đánh bóng, tạo độ bóng cần thiết trước khi phân phối. Sau giai đoạn đánh bóng, muốn có hiệu quả kinh tế cao cho sản phẩm chế biến, nhà máy phải có hệ thống phân loại hạt. Hạt có chất lượng tốt được xuất khẩu, hạt có chất lượng không tốt phân phối ở trong nước. 3.2. Quy trình chế biến nhân cà phê từ hạt tươi: Hạt cà phê tươi sau khi thu hoạch được công ty thu mua và vận chuyển về nhà máy. Tại đây, cà phê được chuyển đến bãi tập trung để chuẩn bị cho giai đoạn chế biến. Đầu tiên cà phê được đưa qua hệ thống sàn lọc nguyên liệu. Tại đây, quả được sàn để tách cành, lá, đất… còn sót lại trong quá trình thu hoạch. Quá trình này được gọi là quá trình sàn lọc nguyên liệu, hay cò gọi quá trình làm sạch khô. Sau khi sàn lọc nguyên liệu, hạt được chuyển đến giai đoạn rửa thô. Giai đoạn rửa thô được thực hiện với mục đích là sạch lớp vỏ bên ngoài của hạt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xay. Cà phê tiếp tục được đưa đến cối xay, đi vào công đoạn xay vỏ. Tại cối xay, quả được phân ra làm hai loại: Quả chín được xay bỏ vỏ, quả xanh đưa thẳng đến công đoạn sấy. Mục đích của giai đoạn này là loại bỏ lớp vỏ cứng bao bên ngoài quả, lấy hạt để tiếp tục cho công đoạn sau. Tiếp đến, hạt theo hệ thống băng chuyền vào bồn chứa dung dịch enzim Pectinaza để loại bỏ thịt quả. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn đánh nhớt, hay còn gọi là giai đoạn ngâm enzim. Mục đích của quá trình này là dùng enzim pectinaza phân huỷ Pectin có trong thịt quả, giúp nhân không có độ nhớt. Công đoạn đánh nhớt diễn ra từ 5 – 6 giờ, quyết đinh lớn đến chất lượng sản phẩm. Sau khi đánh nhớt, nhân được rửa sạch, loại bỏ chất bẩn dính trên nhân. Giai đoạn này tốn khá nhiều nước trong toàn bộ quá trình chế biến. Đây cũng là công đoạn gây ô nhiễm chính vì nước thải chứa một lượng lớn chất 6 hữu cơ dễ phân hủy. Tại công đoạn làm ráo, cà phê được trải đều trên mặt sàn (cách đất 500mm), gió được cung cấp bởi các cánh quay phía dưới. Giai đoạn này xảy ra với mục đích làm ráo nước bề mặt nhân cà phê, giảm thời gian sấy khô bằng nhiệt. Sau giai đoạn làm ráo, cà phê được đưa đến các thùng quay nhiệt (các hạt cà phê xanh được sấy tại một thùng quay riêng). Tại đây, cà phê được sấy khô hoàn toàn thành hạt nhân thành phẩm. Trước khi phân phối, nhân cà phê được phân loại hạt để phân phối cho các nhà phân phối khác nhau.Riêng hạt cà phê xanh tiếp tục được chế biến như quá trình khô. 4. Các vấn đề môi trường của nhà máy chế biến cà phê: 4.1. Ô nhiễm của nước thải: Trong quá trình hoạt động của công ty sẽ phát sinh ra một lượng nước thải tác động đến môi trường nước, bao gồm các nguồn gốc chủ yếu sau: - Nước thải chế biến Nguồn gốc nước thải chế biến cà phê nhân của công ty xuất phát từ các công đoạn sau: + Rửa thô: Đây là giai đoạn nước thải sinh ra có thành phần chủ yếu là chất rắn lơ lửng, các chất ô nhiễm không cao. Nước thải trong giai đoạn này không đáng kể; + Xay vỏ: Trong giai đoạn này nước thải sinh ra ít nhưng có thành phần rất đậm đặc, có độ đục và lượng cặn cao. Ngoài ra, giai đoạn này còn thải ra lượng vỏ lớn làm cho nước thải có lượng rác rất đáng kể; + Ngâm enzim: Đây là giai đoạn phát sinh nước thải đáng chú ý nhất của quy trình chế biến. Nước thải phát sinh từ giai đoạn này có thành phần hữu cơ cao, ngoài ra còn có độ nhớt lớn; + Rửa sạch: Nước thải giai đoạn này có thành phần hữu cơ tương đối cao; - Nước thải vệ sinh: phát sinh từ công đoạn vệ sinh các thiết bị chế biến. - Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt thải khu vực văn phòng, từ các khu vệ sinh, v.v… có chứa các thành phần cặn bã (TSS), các chất hữu cơ (BOD/COD), chất chất dinh dưỡng (N,P) và vi sinh gây bệnh. 7 4.2. Ô nhiễm do khí thải: - Ô nhiễm do hoạt động của lò sấy, quá trình xay vỏ từ quá trình chế biến khô. - Ô nhiễm từ tiếng ồn, rung động và nhiệt 4.3. Chất thải rắn: - Rác thải sinh hoạt. Rác thải từ sinh hoạt của cán bộ, công nhân viên và công nhân vận hành thải ra mỗi ngày rác thải có hàm lượng hữu cơ cao, dễ phân hủy như thức ăn thừa, các loại rác thải từ việc sinh hoạt khác như: bao nilông, thùng carton. Mỗi ngày lượng rác thải do CB CNV thải ra vào khoảng, khoảng 40 kg. Lượng rác này sẽ được thu gom trong các thùng ra, sau đó giao cho đơn vị dịch vụ công cộng địa phương xử lý hoặc đốt bỏ. - Chất thải rắn từ hoạt động chế biến. Chất thải rắn từ hoạt động chế biến chủ yếu là vỏ cà phê, bao bì chứa nguyên liệu, cành, que còn sót khi thu hoạch. 5. Thành phần, tính chất nước thải: Bảng 2: Thông số nước thải ở công đoạn rửa thô Thông Số Đơn Vị Số Liệu pH - 4-5 BOD mg/l 19463 COD mg/l 32894 TSS mg/l 1720 Nước thải ở công đoạn rửa thô và xay cà phê: có nồng độ chất ô nhiễm rất cao. COD vượt gấp 411 lần cho phép so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24/2009-BTNMT, loại A), BOD vượt gấp 389 lần cho phép so với tiêu chuẩn cho phép, SS vượt gấp 17 lần cho phép so với tiêu chuẩn. Nồng độ ô nhiễm của nước thải cao là do nước thải chứa nhiều chất bẩn bám dính hạt cà phê (cát, đất, bụi, …), các hạt cà phê xanh còn sót lại, xác vỏ cà phê, hạt cà phê bị nát trong quá trình xay. 8 Bảng 3: Thông số nước thải ở công đoạn đánh nhớt Thông Số Đơn Vị Số Liệu pH - 4-5 BOD mg/l 7825 COD mg/l 10447 TSS mg/l 2173 Nước thải ở công đoạn đánh nhớt, rửa sạch: có nồng độ chất ô nhiễm cung khá cao. COD vượt gấp 130 lần cho phép so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24/2009- BTNMT, loại A), BOD vượt gấp 157 lần cho phép so với tiêu chuẩn cho phép, SS vượt gấp 28 lần cho phép so với tiêu chuẩn. Nồng độ ô nhiễm của nước thải cao là do nước thải chứa nhiều thịt quả cà phê bị tan rã từ quá trình ngâm enzym. Như vậy có thể nói: Nước thải chế biến của nhà máy có nồng độ ô nhiễm lớn rất nhiều so với nhà máy tương tự tại Brazil. Giải thích cho điều này có những lý do sau: - Công nghệ chế biến không tốt: Máy xay vỏ không tốt, không loại bỏ hết hạt xanh trong quá trình xay, hay làm nát hạt quá nhiều. - Nhà máy không có hệ thống tách vỏ quả trước khi vào hệ thống. Tất cả các loại chất thải phát sinh từ quá trình chế biến cà phê được đưa thẳng ra hệ thống xử lý. 6. Đề xuất công nghệ xử lý nước thải chế biến cà phê thô: Sau khi trung hòa nước thải ở các công đoạn sản xuất thì nước thải có thành phần: Bảng 4: Thông số nước thải sau khi trung hòa Thông Số Đơn Vị Số Liệu pH - 4-5 9 BOD mg/l 12480 COD mg/l 19426 TSS mg/l 1850 Nước thải này có hàm lượng BOD, COD, SS cao và pH thấp. Đối với SS cao, chủ yếu là do công đoạn tách vỏ quả và hạt xanh không tốt, vì thế cần thiết phải có thiết bị tách rác dạng băng tải tự động trước khi nước thải chảy vào hệ thống xử lý. Nước thải sau khi điều hòa có tỷ lệ BOD/COD = 12480/19426 = 0.64 > 0.6: thích hợp cho quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học. Tuy nhiên, độ màu cũng là một yếu tố quan trọng để chọn lựa phương án xử lý. Quá trình xử lý sinh học được đề xuất để giải quyết COD, BOD rất cao trong nước thải. Cần phải kết hợp cả phương pháp xử lý sinh học kị khí và sinh học hiếu khí. Căn cứ vào thành phần tính chất của nước thải để quyết định phương án xử lý cũng như công trình xử lý. 7. Đề xuất quy trình xử lý: 10 Bể Điều Hòa [...]... thu nước răng cưa và tiếp tục chảy vào bể khử trùng để diệt vi khuẩn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÀ PHÊ 1.Song chắn rác: 1.1.Nhiệm vụ: 13 Giữ lại các tạp chất có kích thước lớn có trong nước thải như vỏ nguyên liệu, nhánh, lá cây, vải vụn, giấy, bao nilon… tránh gây nghẹt bơm, van, đường ống…gây cản trở các công trình xử lí... Thuyết minh quy trình công nghệ: Nước thải sinh ra từ các khâu chế biến của nhà máy được tách rác bằng thiết bị tách rác băng tải Sau khi loại bỏ rác, nước thải chảy đến bể điều hòa Nước thải được bơm đến bể điều hoà Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng, thành phần tính chất nước thải và nhiệt độ nước thải, tránh tình trạng quá tải vào các giờ cao điểm Do đó giúp cho hệ thống xử lý làm việc ổn... nồng độ chất bẩn cho tương đối ổn định, giảm kích thước v chi phí cho các công trình xử lí sau này, điều hòa chất lượng nước thải qua đó nâng cao hiệu quả xử lí của các công trình xử lí phía sau Trong bể có tiến hành sục khí để xáo trộn đều nước thải và tránh sự lắng của các chất xảy ra trong bể 2.2 .Tính toán: a.Thể tích bể điều hòa: -Thời gian lưu nước trong bể: : t -Thể tích bể điều hòa là: Qđh = (4÷... 18843,2 95% = 17901 mgO2/l c.Thông số thiết kế: STT 1 2 3 Thông số Chi u cao bể Chi u dài bể Chi u rộng bể Kí hiệu H L W Đơn vị m m m Số liệu 5,0 9 5 3 Bể keo tụ tạo bông: 3.1 Nhiệm vụ: Do nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao nên cần phải keo tụ tạo bông để loại bỏ bớt hàm lượng chất rắn trước khi xử lý nước thải bằng các công trình phía sau 3.2 Tính toán: + Chọn thời gian khuấy trộn là 10... COD/m3.ngày) 20 Thể tích xử lý kỵ khí (m3) 82,125 Vận tốc nước đi lên (m/h) 1,5 Diện tích bể (m2) 62,5 Chi u cao bể (m) 7,65 Chi u rộng của bể(m) 7 Chi u dài của bể(m) 9 33 Thời gian lưu nước (h) 10 Thời gian lưu bùn (năm) 1 Hiệu quả xử lý từ 85-90% Chọn hiệu quả xử lý là 84,7% COD3 = COD2 (100 – 84,7)% = 15,3% mgO2/l 6.Bể aerotank: 6.1.Nhiệm vụ: Xử lý nước thải nhờ vào quá trình phân hủy các chất có hàm... cao của bể H = H1 + H2 + H3 H1: Chi u cao phần xử lý yếm khí H2: Chi u cao vùng lắng, chi u cao này phải ≥ 1m để đảm bảo an toàn cho vùng lắng (Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai, trang 195), Chọn H 2 = 1,5 m H3: Chi u cao dự trữ ( chi u cao bảo vệ) : 0,3 – 0,5m, Chọn H3= 0,5 m Vậy H = 5,65+ 1,5+ 0,5 = 7,65 m 24 5.2.7 Kiểm tra thời gian lưu nước: T= V 24 Q Với V = H.F =7,65.62,5... XLNT đô thị và khu công nghiệp- Lâm Minh Triết) 5.2.2 Thể tích ngăn phản ứng của bể UASB: G = 353,32 m3 V= L = COD 5.2.3 Để giữ lớp bùn ở trạng thái lơ lửng tốc độ nước dâng trong bể khoảng 0,6-0,9m/h ( Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai,trang 193) Chọn v = 0,8 m/h 5.2.4 Diện tích bể cần thiết: F= = 62,5 m2 5 Chi u cao phần xử lý yếm khí H1 = = 5,65 m 5.2.6 Tổng chi u cao của bể... trình xử lí trước đó Các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất có tỷ trọng nhỏ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước và được gạt cặn tập trung đến hố ga đặt ở bên ngoài bể Hàm lượng chất lơ lửng sau bể lắng 1 cần đạt ≤ 150mg/l trước khi đưa vào các công trình xử lí sinh học 4.2 .Tính toán: a .Tính toán kích thước bể: +Chọn bể lắng loại trụ tròn, nước thải vào từ tâm bể,... 10740,6 64,5% mgO2/l c.Thông số thiết kế: STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Số liệu 1 Chi u cao tổng Htổng m 5 2 Đường kính bể D m 8,8 4 Đường kính ống trung tâm dtt m 1,76 5 Chi u cao ống trung tâm htt m 2,28 3 Độ dốc đáy bể i % 10 21 5.Bể UASB: 5.1 Nhiệm vụ: Nước thải cà phê có hàm lượng COD rất cao nên ta sử dụng bể UASB để xử lý Đây là bể sinh học kỵ khí có hiệu quả xử lý cao, mặc khác có thể thu hồi... quá thì nước sẽ thoát ra nhiều hơn Thông thường lấy 50÷150 ml mẫu vào 2 lần cách nhau ít nhất 1h Bể cao 7,6m do đó dọc theo chi u cao bể đặt 5 van lấy mẫu, các van đặt cách nhau 1,2 m Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng Φ 27 Bảng – Thông số thiết kế bể UASB Thông số Giá trị Lưu lượng (m3/ngày) 1200 Hiệu suất xử lý (%) 85,3% COD ban đầu (mg/l) 6927,2 COD sau xử lý (mg/l) 1039 COD xử lý trong . m +Chi u sâu hữu ích H hữu ích 3 ÷ 4,6, chọn H hữu ích = 3,8 m +Chi u cao lớp trung hòa: h th = 0,2 m +Chi u cao lớp bùn lắng: h bl = 0,7 m +Chi u cao lớp an toàn: h at = 0,3 m → Chi u. m +Chọn chi u cao bảo vệ : h bv = 0,5 m -Chi u cao tổng của bể: H = h max + h bv = 4,5 + 0,5 = 5 m 16 -Diện tích mặt cắt ngang của bể : A = = = 44 m 2 +Chọn chi u dài bể L = 9 m, chi u rộng. 17901 mgO 2 /l c.Thông số thiết kế: STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Số liệu 1 Chi u cao bể H m 5,0 2 Chi u dài bể L m 9 3 Chi u rộng bể W m 5 3. Bể keo tụ tạo bông: 3.1. Nhiệm vụ: Do nước thải có