Nghiên cứu đề xuất các giải pháp xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao trong ngành công nghiệp thực phẩm, nước giải khát ứng dụng với quy mô nhỏ

Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG MỞ ĐẦU Sự cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi đề tài a Đối tượng đề tài b Phạm vi đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT, NƯỚC THẢI CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XLNT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO 10 1.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI 10 1.1.1 Nguồn gốc, thành phần số lượng nước thải 10 1.1.2 Tính chất vật lý 11 1.1.3 Tính chất hố học 14 1.1.4 Tính chất sinh học 16 1.2 ĐẶC THÙ CỦA NƯỚC THẢI CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ CAO TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM, NƯỚC GIẢI KHÁT 17 1.3 HIỆN TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM19 1.3.1 Trên giới 19 1.3.2 Ở Việt Nam 20 1.4 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO 21 1.4.1 Các bước XLNT sinh hoạt 21 1.4.2 Dây chuyền công nghệ phương pháp XLNT 24 1.4.3 Một số dây chuyền công nghệ XLNT công nghiệp thực phẩm, nước giải khát thực 37 1.5 KẾT LUẬN 43 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ CAO ĐẢM BẢO XẢ VÀO NGUỒN 45 2.1 CƠ CHẾ CHUYỂN HOÁ SINH HỌC CÁC CHẤT BẨN HỮU CƠ 45 Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng 2.1.1 Cơ chế chuyển hoá sinh học chất bẩn hữu chất dinh dưỡng cơng trình xử lý nước thải 45 2.1.2 Xử lý nước thải phương pháp sinh học điều kiện hiếu khí 48 2.1.3 Xử lý nước thải phương pháp sinh học điều kiện yếm khí 50 2.1.4 Điều kiện làm việc bình thường cơng trình xử lý nước thải phương pháp sinh học điều kiện nhân tạo 53 2.2 CÁC CƠNG TRÌNH XLNT ĐẢM BẢO XỬ LÝ ĐƯỢC CÁC CHỈ TIÊU BOD, NITƠ VÀ PHỐTPHO TRONG NƯỚC THẢI 55 2.2.1 XLNT mương oxy hóa 55 2.2.2 XLNT bể Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR) 58 2.2.3 XLNT công nghệ SBR cải tiến (C-Tech) 61 2.2.4 XLNT công nghệ A/O 64 2.2.5 XLNT công nghệ AA/O 65 2.2.6 XLNT cơng nghệ AA/O có kết hợp sử dụng MBBR – Màng vi sinh chuyển động 65 2.3 ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ ĐỂ XLNT CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ CAO ĐẢM BẢO XẢ VÀO NGUỒN LOẠI A TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 66 2.4 KẾT LUẬN 68 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO CÔNG TY RƯỢU & NƯỚC GIẢI KHÁT ANH ĐÀO 69 3.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY RƯỢU & NƯỚC GIẢI KHÁT ANH ĐÀO 69 3.2 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO CÔNG TY RƯỢU & NƯỚC GIẢI KHÁT ANH ĐÀO 70 3.2.1 Yêu cầu chung 70 3.2.2 Công suất trạm xử lý 71 3.2.3 Chất lượng nước thải đầu vào đầu 71 3.2.4 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải 72 3.2.5 Tính tốn số hạng mục cơng trình 77 3.2.6 Chi tiết hạng mục cơng trình 87 3.2.7 Tính tốn vấn đề tài hạng mục cơng trình 88 3.8 KẾT LUẬN 89 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 4.1 KẾT LUẬN 90 4.2 KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxy sinh học COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxy hố học DO Dissolved Oxygen Ơxy hồ tan DOC Dissolved Organic Carbon Lượng cacbon hữu hoà tan ĐTM Đánh giá tác động môi trường KCN Khu công nghiệp NOS Nhu cầu ôxy sinh học QCVN Quy chuẩn Việt Nam ATP Adenosine Triphosphate Năng lượng tế bào ADP Adenosine diphosphate Sản phầm ATP SS Suspended Solids Cặn lơ lửng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TOC Total Organic Carbon XLNT Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Tổng cacbon hữu Xử lý nước thải Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lượng chất bẩn người ngày xả vào hệ thống thoát nước 10 Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư 11 Bảng 1.3 Khối lượng chất bẩn có nước thải sinh hoạt, g/người.ngày 12 Bảng 1.4 Thành phần nước thải sau q trình sản xuất Cơng ty nước giải khát Kirin Acecook 18 Bảng 1.5 Thành phần nước thải sau q trình sản xuất Cơng ty bia Ong Thái Bình, Cơng ty bia Nghệ An, Cơng ty bia Nada, Nhà máy bia Hạ Long… 18 Bảng 1.6 Nồng độ chất ô nhiễm nước thải sau bước xử lý 23 Bảng 1.7 Tổng hợp cơng trình XLNT phương pháp sinh học điều kiện tự nhiên nhân tạo 36 Bảng 2.1 Hệ thống phương pháp cơng trình xử lý sinh học nước thải 46 Bảng 2.2 Phạm vi ứng dụng phương pháp xử lý sinh học nước thải 47 Bảng 2.3 Nồng độ cho phép số kim loại nặng chất hữu nước thải đưa xử lý sinh học 54 Bảng 3.1 Kết phân tích chất lượng nước đầu vào công ty rượu & nước giải khát Anh Đào công ty Cổ phần Nước Mơi trường Việt Nam phân tích 03/2009 71 Bảng 3.2 Tiêu chuẩn nước thải đầu ra, mức A theo QCVN 24:2008/BTNMT 72 Bảng 3.3 Bảng chất lượng nước thải sau xử lý công nghệ AAO&MBBR 87 Bảng 3.4 Khái tốn tổng mức đầu tư xây dựng cơng trình 88 Bảng 3.5 Chi phí xử lý m3 nước thải 89 Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thành phần chất bẩn nước thải sinh hoạt 12 Hình 1.2 Các loại chất rắn nước thải 13 Hình 1.3 Quan hệ đại lượng đặc trưng cho chất hữu nước 15 Hình 1.4 Các bước xử lý nước thải sinh hoạt 23 Hình 1.5 Sơ đồ chung trạm XLNT 24 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống cơng trình XLNT phương pháp học 27 Hình 1.7 Hệ thống XLNT phương pháp hoá học hoá lý 28 Hình 1.8 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ XLNT theo phương pháp sinh học điều kiện tự nhiên 30 Hình 1.9 Sơ đồ trình XLNT đất 31 Hình 1.10 Sơ đồ dây chuyền công nghệ XLNT theo phương pháp sinh học điều kiện nhân tạo 32 Hình 1.11 Nguyên lý q trình XLNT phương pháp bùn hoạt tính 33 Hình 1.12 Sơ đồ đĩa lọc sinh học 36 Hình 1.13 Sơ đồ cơng nghệ Trạm XLNT công ty Kirin Acecook 40 Hình 1.14 Sơ đồ cơng nghệ Trạm XLNT công ty bia Sanmiguel 43 Hình 2.1 Sơ đồ cân BOD cơng trình XLNT phương pháp sinh học hiếu khí 46 Hình 2.2 Sơ đồ tổng qt q trình chuyển hố chất bẩn cơng trình XLNT phương pháp sinh học điều kiện hiếu khí 48 Hình 2.3 Sơ đồ q trình lên men yếm khí chất hữu 51 Hình 2.4 Sơ đồ hoạt động bể phản ứng yếm khí tiếp xúc 53 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động mương ôxy hố tuần hồn 56 Hình 2.6 Sơ đồ phân bố ơxy hồ tan mương ơxy hố tuần hồn 57 Hình 2.7 Sơ đồ hoạt động hệ thống Aeroten hoạt động theo mẻ (SBR) 58 Hình 2.8 Các giai đoạn hoạt động chu kỳ bể SBR 59 Hình 2.9 Chu trình xử lý bể SBR cải tiến 63 Hình 2.10 Quá trình xử lý photpho A/O 64 Hình 2.11 Quá trình xử lý photpho AA/O 65 Hình 2.12 Q trình xử lý nước thải AA/O có sử dụng MBBR 66 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động mương ôxy hố tuần hồn 66 Hình 2.14 Sơ đồ công nghệ XLNT sử dụng bể SBR 67 Hình 2.15 Sơ đồ công nghệ XLNT sử dụng bể SBR cải tiến – C-Tech 67 Hình 2.16 Sơ đồ XLNT theo nguyên tắc thiếu khí - hiếu khí kết hợp 68 Hình 2.17 Sơ đồ XLNT theo nguyên tắc kỵ khí - thiếu khí - hiếu khí kết hợp 68 Hình 3.1 Sơ đồ Cơng nghệ XLNT cơng nghệ AAO 73 Hình 3.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 74 Hình 3.3 Mặt đứng Modul xử lý bậc 77 Hình 3.4 Mặt Modul xử lý sinh học AO&MBBR ; vật liệu MBBR 86 Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng CHƯƠNG MỞ ĐẦU Sự cấp thiết đề tài Đất nước ta thời kỳ đẩy mạnh cơng nghiệp hố - đại hố, với q trình thị hố diễn nhanh Trong vấn đề môi trường thị nước, XLNT quản lý chất thải rắn công việc quan trọng góp phần giảm thiểu tiêu cực q trình thị hố gây nên Đầu tư cho lĩnh vực nước thị, XLNT địi hỏi số vốn lớn, chi phí quản lý vận hành tốn kém, cần có nghiên cứu đầy đủ nhằm đưa phương án tối ưu cho điều kiện cụ thể Điều dễ dàng hiểu nước vệ sinh mơi trường chuyên ngành khoa học phụ thuộc nhiều vào yếu tố tự nhiên đồng thời mang tính xã hội hố sâu sắc Một cơng trình quan trọng hệ thống nước trạm XLNT phận quan trọng định chất lượng nước thải xả nguồn tiếp nhận Trên giới, nước phát triển số nước phát triển có nhiều dây chuyền cơng nghệ XLNT áp dụng đạt kết công tác bảo vệ môi trường Các dây chuyền có ưu nhược điểm phạm vi áp dụng định Trong đô thị khu dân cư Việt Nam hầu thải chưa xử lý, có loại nước thải ô nhiễm nặng nước thải bệnh viện hay xí nghiệp thực phẩm nằm rải rác đô thị làm cho môi trường tự nhiên bị ô nhiễm Nước thải dẫn theo tuyến cống chung gồm nước mưa đổ trực tiếp vực nước sông, hồ hay biển Vì vậy, gây tình trạng nhiễm trầm trọng cho mơi trường nguồn nước, như: Ơ nhiễm sông Thị Vải xả chất thải Nhà máy Vedan, ô nhiễm sông Trà Khúc xả nước thải Nhà máy cồn - rượu Quảng Ngãi gây nên tượng cá chết hàng loạt làm hạn chế việc sử dụng tài nguyên nước Kể từ Luật Bảo vệ môi trường năm 2006 đời, thời kỳ mà kinh tế đất nước có tốc độ tăng trưởng cao vấn đề nước XLNT Chính phủ đặc biệt quan tâm, nhiều thị cho phép tiến hành lập dự án đầu tư xây dựng cơng trình nước vệ sinh từ nguồn tài trợ ODA như: Dự án thoát nước Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng Thành phố Hà Nội (giai đoạn 1, 2, 3), thoát nước vệ sinh Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Quảng Ninh, Vũng Tàu, Một số dự án hoàn thành vào hoạt động mang lại hiệu định Hiện nay, Việt Nam việc lập dự án cho Hệ thống thoát nước xử lý nước thải đô thị thực nghiêm túc, nhiên việc đưa công việc dự án vào thực tế cịn có nhiều bất cập Đối với khu công nghiệp khu vực sản xuất nhỏ để đảm bảo việc xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn xả nguồn tiếp nhận cịn gặp nhiều khó khăn Vì thành phần nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm chăn nuôi… giống với nước thải thành phần chất nước thải như: C, N, P… lại cao hẳn Các quy trình xử lý nước thải sinh hoạt thông thường đạt yêu cầu xử lý ngồi mơi trường cịn quy trình xử lý đạt tiêu chuẩn xả ngồi môi trường chưa gắn với điều kiện cụ thể kinh tế - xã hội địa phương nên việc áp dụng hạn chế kết chưa mong muốn Bên cạnh đó, cơng tác thiết kế trạm XLNT thường đơn vị tư vấn lựa chọn cơng trình, dây chuyền cơng nghệ sử dụng nước để áp dụng vào Việt Nam Tuy nhiên, điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội Việt Nam khác so với với nước khác, dây chuyền công nghệ XLNT đạt mức tối ưu điều kiện thích hợp, mà nhiều dây chuyền có đặc điểm ưu việt nước khác đem vào áp dụng Việt Nam không đem lại hiệu mong muốn Chính vậy, cần có nghiên cứu công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam để XLNT có hàm lượng chất hữu cao ngành công nghiệp thực phẩm, nước giải khát đặt Đây yêu cầu cấp thiết để bảo vệ nguồn nước, đảm bảo cho phát triển bền vững khu công nghiệp, khu sản xuất dịch vụ… góp phần thực quy hoạch chiến lược bảo vệ môi trường giai đoạn cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Mục đích đề tài • Mục tiêu tổng qt: - Bảo vệ nguồn nước Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng - Tái sử dụng nước, chất dinh dưỡng sản phẩm khác - Quản lý nước thải an tồn bền vững, hợp vệ sinh, thơng qua việc xử lý nước thải đáp ứng linh hoạt yêu cầu hệ thống quản lý nước thải • Mục tiêu cụ thể: - Xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cao nhà máy sản xuất chế biến thực phẩm, nước giải khát, bia rượu, nhà máy sản xuất chế biến thủy hải sản, nhà hàng ăn uống, khu chăn nuôi - Xác định quy mô, công suất trạm xử lý nước thải với khu vực nghiên cứu - Xây dựng modul hợp khối thuận tiện cho việc lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa, có tính thẩm mỹ cao, phù hợp với mặt trạng khu vực cần xử lý Đối tượng phạm vi đề tài a Đối tượng đề tài Nước thải từ các nhà máy sản xuất chế biến thực phẩm, nước giải khát b Phạm vi đề tài Phạm vi áp dụng cho tất nhà máy sản xuất, nhà hàng ăn uống có quy mơ nhỏ vừa toàn quốc Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp lý thuyết - Phương pháp kế thừa - Phương pháp chuyên gia - Phương pháp phân tích thống kê - Phương pháp so sánh Nội dung luận văn Luận văn gồm: Phần mở đầu, 04 chương phần tài liệu tham khảo Mở đầu Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang Trường Đại học Xây dựng Chương 1: Tổng quan nước thải sinh hoạt, nước thải có hàm lượng chất hữu cao phương pháp xử lý nước thải phương pháp sinh học điều kiện nhân tạo Chương 2: Cơ sở lý thuyết q trình XLNT đề xuất cơng nghệ XLNT có hàm lượng chất hữu cảo đảm bảo xả vào nguồn Chương 3: Nghiên cứu đề xuất mơ hình XLNT cho Công ty Rượu & Nước giải khát Anh Đào Chương 4: Kết luận, kiến nghị Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 10 Trường Đại học Xây dựng CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT, NƯỚC THẢI CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XLNT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO 1.1 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI 1.1.1 Nguồn gốc, thành phần số lượng nước thải Nước thải nước sử dụng cho mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa,… khu dân cư, cơng trình cơng cộng, sở dịch vụ,… Như vậy, nước thải hình thành trình sinh hoạt người Một số hoạt động dịch vụ công cộng bệnh viện, trường học, nhà ăn,… tạo loại nước thải có thành phần tính chất tương tự nước thải sinh hoạt Lượng nước thải tập trung đô thị lớn Trong trình sinh hoạt, người xả vào hệ thống thoát nước lượng chất bẩn định, phần lớn loại cặn, chất hữu cơ, chất dinh dưỡng Ở nước ta, tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7957:2008 có quy định lượng chất bẩn tính cho người dân thị xả vào hệ thống thoát nước ngày bảng 1.1 Bảng 1.1 Lượng chất bẩn người ngày xả vào hệ thống thoát nước Các đại lượng Khối lượng (g/người.ngày) Chất rắn lơ lửng 60 ÷ 65 BOD5 nước thải lắng 30 ÷ 35 BOD5 nước thải chưa lắng 65 Nitơ muối amôni (N-NH4) Phốt phát (P2O5) 3,3 - 10 Chất hoạt động bề mặt 2÷2,5 Clorua (Cl ) (Nguồn: TCVN 7957-2008: Thốt nước - Mạng lưới cơng trình bên ngồi - Tiêu chuẩn thiết kế) Đặc trưng nước thải sinh hoạt hàm lượng chất hữu lớn (từ 55 ÷ 65% tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật, có vi sinh vật gây bệnh Đồng thời nước thải cịn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cần thiết cho trình chuyển hố chất bẩn nước Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 78 aQ TV = F Trường Đại học Xây dựng = m2 F = 2.2 Q = 250 T = 24 h Vtb = m/h a = 1.04 D = 1.7 tb Trong đó: Q - Cơng suất T - Thời gian làm việc trạm ngày đêm Vtb - Tốc độ lọc tính tốn a - Hệ số tăng lưu lượng 1.03-1.05 m3/ngđ Đường kính bể lọc fb D =  = 3.Tính chiều cao bể lọc Cường độ rửa lọc Cường độ rửa lọc phải đạt giá trị khoảng: 8-15 l/s.m2 Độ giãn nở e (40-60%) Qrl = e tn = = tn - Thời gian rửa nước (tn=75s-240s) Thể tích lớp nước rửa V= m l/s.m2 10 60% 60.qtb.t fb = 1000 V = 60.qtb.t f = fb.1000 hr = phút m3 Chiều cao lớp nước rửa h7 = 1.80 m Chiều cao mức nước bể: H = h + h + h + h Trong đó: h1: Cao độ khu tập trung nước đáy h2: Cao độ vật liệu lọc h2=hvl+hvl*e+0.2 h3: Độ cao thùng chứa nước h4: Độ cao bảo vệ Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Chọn h1 h2 h3 h4 = 0.8 m = 1.80 m = 1.80 m = 0.2 m Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 79 Trường Đại học Xây dựng Tổng chiều cao: H = 4.6 Đối với lượng cặn nước mặt, việc tính h1 xác dịnh dựa dung tích chứa cặn W=T*Q*k*(Cmax-m)/(d*n) 1.8 Thể tích vùng chứa cặn = m m3 Trong đó: T: Chu kỳ lần xả = 18 h Cmax: Hàm lượng cặn nước thô mùa lũ = 300 mg/l m: Lượng cặn lại sau bể lắng = 10 mg/l d: Nồng độ trung bình cặn hố thu cặn = 31000 g/m3 N = Wc = 1.82 m3 f = 2.20 m3 = 0.8 m Vùng thu cặn Thể tích vùng thu cặn Diện tích bình DHC01-2000 Chiều cao vùng chứa cặn hc=Wc/Sđ Sau qua cơng trình xử lý sinh học bậc 1: Đầu vào Đầu sau Modul xử lý bậc Học viên: Nguyễn Trung Hiếu pH COD, mg/l BOD5, mg/l Tổng chất rắn hòa tan, mg/l 950 730 250 7,3 396 300 21 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 80 Trường Đại học Xây dựng b) Modul xử lý sinh học AO&MBBR Công suất : I 250 Tính tốn Bình xử lý sinh học AO&MBBR Số lượng bình Tính tốn ngăn xử lý hiếu khí Lưu lượng nước thải vào bình Hàm lượng BOD5 vào bể hiếu khí Hàm lượng COD nước thải vào bể Tỷ lệ Nhiệt độ nước thải Hàm lượng cặn lơ lửng Nồng độ bùn hoạt tính bể Nồng độ cặn tuần hoàn Độ tro cặn Thời gian lưu bùn hoạt tính Chế độ thuỷ lực bể : Thông số động học II m3/ngày đêm = n= q1 = 125 m3/ngày đêm 5.2 S1 = 300 mg/l S0= COD = 375 mg/l BOD/COD = To= SS = X= a= 0.80 20 220 2,500 10,000 z= 0.3 T= khuấy trộn hồn chỉnh Y= Kd = 10 Tính tốn Dung tích phần chứa mang vi sinh lưu động Diện tích đơn vị Fa = Độ rỗng Học viên: Nguyễn Trung Hiếu P= 0.4 0.06 10 (m3/giờ) = (l/s) m/h 20 mg/l o C mg/l mg/l mg/l Trong (cặn bay hơi) Trong Ngày gSK/gBOD5 Ngày -1 6000.00 m2/m3 90.00 % (Tuổi thọ bùn) 0.65 cặn hữu 0.7 cặn bay Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 81 Nhiệt độ thấp BOD5 nước thải đưa vào bể BOD5 nước thải xử lý Chọn chiều cao đệm vi sinh Hệ số Ƞ Hệ số nhiệt độ Tải trọng BOD5 cho phép Trường Đại học Xây dựng t= S4= S5= H= Ƞ= Kt = C0 =P*H*Kt/Ƞ = 15 oC 300 g/l 20 1.00 2.60 0.158 g/l m ( Tra bảng) ( Tra bảng) 5.47 g/ m2 ngày Tải trọng thủy lực cho phép q0 =CoFa/(S4-S5) = Thể tích khối vật liệu Để cho khối vật liệu MBC1 hoạt động hiệu khơng gian lưu khơng khối vật liệu cần đạt: Wvl =Q/qo = H lk = 1.07 m3 2.00 m Whd =Q/qo = 2.13 m3 Vậy thể tích hoạt động khối MBC1 117.20 m3/ ngày Để đảm bảo xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn QCVN 24-2008 phải đảm bảo độ lưu thủy lực thời gian Dung tích khối vật liệu chiếm 15-20% dung tích phần hoạt động bình xử lý sinh học có bổ sung MBBR Thể tích dung tích chứa nước đảm bảo lưu nước 4h WbVIC =Q*t = 20.83 m3 Vậy thể tích khối bình Chọn: Hệ số sử dụng vật liệu lọc MBBR Học viên: Nguyễn Trung Hiếu WbVIC =Wnc+Whd = 22.97 m3 WbVIC= 25.00 m3 Mc = (H=0.8-1.2m) 0.45 10.24% t= h (Moving bed biofilm reactor) = 0.4-0.5 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ + Trang 82 Trường Đại học Xây dựng Xác định hiệu xử lý Hàm lượng cặn lơ lửng Hiệu xử lý theo BOD5 hòa tan 64.35 E= Thời gian lưu nước lại bể kiểm tra lại T BODv − BODR BODV 01 = V Q 100% 93.33% = Lượng bùn hữu lơ lửng BOD5 đến b Tính tốn bùn tích trữ + bùn tuần hồn Tốc độ tăng trưởng bùn hoạt tính mg/l 0.20 4.8 ngày 93.33% yb = Y = 1+ Oc* Kd 0.113 Lượng bùn hoạt tính sinh ngày Abùn = y.Q.(S0 − S1) = 7,875 gr = Tính tốn lượng bùn xả Q xả tính theo cơng thức sau Trong đó: Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Qx = V X − Qr X r c X t  c2.48 m3/ngày 7.875 kg Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 83 Trường Đại học Xây dựng V= Qr = Qv X= θc = Xt = 91.9 125.00 2,500 10 7,000 m3 m3/ngày mg/l ngày mg/l (Dung tích bể điều hòa bể xử lý sinh học) Nồng độ bùn để bùn oxy hóa Tuổi bùn Nồng độ bùn độ ẩm 70% ( 0,7 tỷ lệ lượng cặn bay tổng số cặn hữu cơ, cặn không tro) Xr = 45.045 Thời gian tích lũy cặn tuần hồn tồn khơng xả cặn ban đầu T = VxX A bùn 29 Lượng bùn hữu xả hàng ngày B = Q x 10000 g/ngày 24,766 Lượng cặn bay B' = Lượng cặn bay bể nước xử lý khỏi bể lắng B '' = Q r X Hệ số giảm bùn hoạt tính sử dụng Mang Vi sinh MBC1 Tổng hàm lượng cặn hữu cơ: Xác định lưu lượng tuần hoàn Qt Để nồng độ bùn bể giữ Học viên: Nguyễn Trung Hiếu r 17.3 kg/ngày 11.3 kg/ngày Mb= 90 % B'+B'' = 2.9 kg/ngày X= 2,500 mg/l 24.8 kg/ngày (Khoảng khống chế: 80-90%) Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 84 Trường Đại học Xây dựng giá trị Hệ số giảm bùn hoạt tính sử dụng Mang Vi sinh MBC1 Kích thước ngăn xử lý hiếu khí Đường kính Chiều dài phần hiếu khí khối bình Vc Qt X t = (Qv + Qt ) X Suy Mb= 90 % Qt = 6.9 m3/ngày D= 2.5 m L1 = 5.0 m Q Q t = v X t X − X 0.6 (Khoảng khống chế: 80-90%) c Tính tốn phần sục khí Lượng oxy cần thiết điều kiện tiêu chuẩn Theo lý thuyết, lượng oxy cần thiết cho xử lý nước thải sinh học gồm lượng oxy cần để làm BOD, oxy hoá amonni NH4+ thành NO3khử NO3- Q.(S0 − S ).10−3 OC0 = −1,42Px =(KgO2/ngày) f32.57 Trong đó: OC0 = Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn phản ứng 20 0C Q= 125.0 m3/ngày S0, S = 2,500 mg/l BOD nước thải ban đầu cuối f = BOD5/COD 0.80 Hệ số chuyển đổi BOD5 sang COD Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 85 Trường Đại học Xây dựng Px = 7.88 kg Phần tế bào dư xả theo bùn dư 1.42 hệ số chuyển đỏi từ tế bào sang COD Lượng oxy cần thiết điều kiện thực OCt = OCc + CS200 = CS200 −CL 1.024(T −20) 33.98 Cs20 = CL = (KgO2/ngày) 9.8 Dùng hệ thống phân phối khí có bọt khí kích thước nhỏ mịn với α= 0.7 cơng suất hồ tan oxy thiết bị Ou = Năng suất hoà tan oxy vào nước thải OU = O U h Lượng khơng khí cần thiết tính để xử lý kg BOD OC t Q k = f = 1.28 OU + Tính tốn máy sục khí Loại thiết bị sục khí chìm Kiểu tỏa tia Khối lượng Oxi cần thiết để phân Odv= hủy hết kg BOD Khối lượng BOD B=(S1/1000)*Qh Nhu cầu Oxi O=B*Odv*k Hệ số thất ơxi sục khí k= Cho máy sục khí chìm kiểu Tỏa tia Học viên: Nguyễn Trung Hiếu mg/l mg/l Nồng độ ô xy 200C Nồng độ ô xy trì bể xử lý hiếu khí, Cl = 1.5-2 mg/l gO2/m3 17.64 gO2/m3 KgO2/kgBOD KgO2/kgBOD 1.28 1.56 kgBOD/h 3.6 KgO2/h 1.8 Hệ số: k = 1.3 -2.2 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 86 Số lượng bình Số lượng máy bơm sục khí cho bình Cơng suất / máy Trường Đại học Xây dựng bình máy 1.8 KgO2/h Hình 3.4 Mặt Modul xử lý sinh học AO&MBBR ; vật liệu MBBR Trong Modul xử lý sinh học AO&MBBR gồm ngăn: Trong có ngăn đặt máy sục khí chìm kiểu đa tia có vật liệu màng vi sinh lưu động, diễn lai tổ hợp hai điều kiện phản ứng Hiếu khí Thiếu khí bình phản ứng có sục khí Với hai q trình phản ứng sinh hóa trên, chất nhiễm chứa dinh dưỡng (N, P) xy hóa thành Nitrat (Nitrification - hiếu khí) sau khử dạng Nito tự (Denitrification - thiếu khí), Phốt bị lắng bỏ bùn sinh khối Sau xử lý loại bỏ thành phần dinh dưỡng (N, P) chất nhiễm hữu (BOD, COD, SS) xử lý loại bỏ Tại ngăn cuối có đặt thêm lớp giá thể vi sinh kiểu Lamen nhằm tăng khả xử lý nước thải trình lắng cặn bẩn Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 87 Trường Đại học Xây dựng 3.2.6 Chi tiết hạng mục cơng trình Hệ thống xử lý nước thải nhà máy Anh Đào thiết kế bao gồm cơng trình: - Hệ thống bể điều hịa dung tích bể điều hịa 75 m3 - Modul xử lý bậc 1, D= 1,7m; H=4,6m - Hệ thống bể thu nén bùn: Bao gồm 01 ngăn có tác dụng thu nén lượng bùn hoạt tính dư từ thiết bị xử lý sinh học nước thải Tổng dung tích bể thu bùn 75 m3 - Hệ thống thiết bị xử lý sinh học nước thải theo nguyên tắc AO&MBBR: Bao gồm 02 mô đun thiết bị; D=2,6m; L=6m - Modul xử lý bậc 2, D=1,7m; H=4,6m - Hệ thống khử trùng nước thải: 01 hệ - Hệ thống ép bùn băng tải: 01 hệ -Nước thải sau q trình xử lý sinh học, thơng số BOD5, N, P đạt yêu cầu dẫn qua ngăn khử trùng sau xả ngồi Bảng 3.3 Bảng chất lượng nước thải sau xử lý công nghệ AAO&MBBR Stt 10 11 Thông số pH BOD5 (20oC) COD Tổng chất rắn lơ lửng TSS Sunfua (tính theo H2S) Amoni (tính theo N) Nitrat (tính theo N) Dầu mỡ động thực vật Tổng chất hoạt động bề mặt Photphat (PO43- ) Tổng Coliform Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Đơn vị mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l MPN/100 ml Kết phân tích 5-9 25 30 50 1.0 4.5 20 10 3000 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 88 Trường Đại học Xây dựng 3.2.7 Tính tốn vấn đề tài hạng mục cơng trình Bảng 3.4 Khái tốn tổng mức đầu tư xây dựng cơng trình Stt Hạng mục công việc Thành tiền (1) (2) (3) Chi phí thiế t kế 80,000,000 Chi phí xây lắ p 740,000,000 - Song chắn rác nước thải 20,000,000 - Bể điều hòa 300,000,000 - Modul xử lý bậc 10,000,000 - Modul xử lý sinh học AO&MBBR 50,000,000 - Modul xử lý bậc 10,000,000 - Bể nén bùn 25,000,000 - Bể khử trùng 75,000,000 - Nhà hóa chất, quản lý vận hành đặt máy nén bùn Chi phí thiế t bi phầ ̣ n công nghê ̣ - Song chắn rác nước thải tự động, thủ cơng - Máy bơm chìm nước thải 2,780,000,000 72,500,000 180,000,000 - Thiế t bi ̣khử trùng 50,000,000 - Modul xử lý bậc 6,500,000,000 - Modul xử lý sinh học AO&MBBR 2,700,000,000 - Modul xử lý bậc 6,500,000,000 - Máy nén bùn băng tải 250,000,000 80,000,000 Chi phí thiế t bi phầ ̣ n điê ̣n - điề u khiể n 170,000,000 - Thiế t bi ̣sản xuấ t, gia công ngoài nước 45,000,000 - Thiế t bi ̣sản xuấ t, gia công nước 125,000,000 Chi phí thiế t bi ̣ ̀ ng thí nghiê ̣m Chi phí vâ ̣n hành cha ̣y thử, chuyể n giao công nghê ̣ Chi phí khác 120,000,000 50,000,000 Cộng Thuế VAT 10% Tổng cộng (làm tròn) Suất đầu tư 1m3 nước thải Học viên: Nguyễn Trung Hiếu 3,940,000,000 394,000,000 4,334,000,000 17,336,000 Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 89 Trường Đại học Xây dựng Bảng 3.5 Chi phí xử lý m3 nước thải Stt I - Khoản mục chi phí Chi phí trực tiếp Chí phí điện Chi phí hóa chất Chi phí nhân cơng Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa nhỏ Đơn vị VND/m3 VND/m3 VND/m3 VND/m3 561 27 500 205 1,293 VND/m3 330 330 VND/m3 2,739 % VND/m3 15% 411 VND/m3 411 2,000 Cộng I II - Chi phí quản lý Chi phí quản lý chung Cộng II III Khấu hao tài sản cố định - Tổng giá trị khấu hao tài sản cố định (tại năm tính khấu hao) - Tỷ lệ tính khấu hao đề xuất - Giá trị khấu hao tính giá thành sản xuất nước thải Cộng III Tổng giá thành sản xuất (làm tròn) = I+II+III Giá thành 3.8 KẾT LUẬN Từ kết chất lượng nước thải sau xử lý, thông số BOD, COD, tổng N, tổng P nhỏ so với giá trị côt A, QCVN 24 :2008 Suất đầu tư cơng trình 17,4 triệu VNĐ/1m3 nước thải hợp lý thị trường Giá thành để xử lý 1m3 nước thải : 2,000 VNĐ tương đối thấp đảm bảo chi phí cho cơng tác quản lý vận hành Vì việc xử lý nước thải cho công ty Anh Đào theo công nghệ AAO&MBBR phù hợp đạt hiệu cao xử lý nước thải hiệu kinh tế Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 90 Trường Đại học Xây dựng CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Xử lý sinh học nước thải có hàm lượng chất hữu cao theo sơ đồ công nghệ AAO đạt hiệu xử lý cao Tuy nhiên áp dụng công nghệ cần ý yếu tố ảnh hưởng tới đặc tính khác loại nước thải, từ có biện pháp giải quyết, giảm thiểu tối đa yếu tố khơng có lợi Với nhiều ưu điểm bật, công nghệ AAO nghiên cứu ứng dụng thành cơng hướng việc xây dựng thành công modul XLNT tạo thuận lợi cho việc xử lý đồng thời đem lại lợi ích kinh tế to lớn góp phần bảo vệ môi trường 4.2 KIẾN NGHỊ Trong thời gian ngắn, đề tài dừng lại phạm vi nghiên cứu lý thuyết, chưa có điều kiện nghiên cứu thực nghiệm Do vậy, để đánh giá đầy đủ xác hiệu làm việc công nghệ xử lý nước thải AAO điều kiện Việt Nam cần tiếp tục nghiên cứu thời gian tới Mục tiêu hướng tới nghiên cứu ứng dụng thành công nghệ xử lý nước thải AAO để sản xuất cơng nghiệp Việt Nam Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 91 Trường Đại học Xây dựng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Huy Ánh (2000), Nghiên cứu ứng dụng bể lọc sinh học với vật liệu lọc dạng điều kiện Việt Nam, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng, Hà Nội PGS.TS Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội PGS.TS Trần Đức Hạ (2009), Bài giảng xử lý nước thải, Đại học Xây dựng, Hà Nội PGS.TS Hoàng Huệ, PGS.TS Trần Đức Hạ (2002), Thoát nước, tập - Xử lý nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội PGS.TS Hoàng Huệ (2009), Xử lý nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2003), Lý thuyết mơ hình hố q trình xử lý nước thải phương pháp sinh học, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội GS Lê Văn Cát (2006), Xử lý nước thải giàu Nitơ Phốt pho, Viện Khoa học công nghệ Việt Nam Trần Hiếu Nhuệ (1990), Xử lý nước thải phương pháp sinh học, Trường Đại học Xây dựng, Hà Nội GS.TS Trần Hiếu Nhuệ, PGS.TS Trần Đức Hạ, TS Lê Hiền Thảo (1996), Q trình vi sinh vật cơng trình cấp nước, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 10 PGS.TS Trần Đức Hạ (2004), Xử lý nước thải nhà máy bia ong Thành phố Thái Bình, Hội thảo khoa học ngành xây dựng lần thứ 14 11 PGS.TS Lương Đức Phẩm (2003), Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội 12 PGS.TS Nguyễn Văn Phước (2007), Giáo trình Xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp phương pháp sinh học, NXB Xây dựng, Hà Nội Học viên: Nguyễn Trung Hiếu Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 92 Trường Đại học Xây dựng 13 Nguyễn Hữu Thắng (2008), Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải hợp lý cho cụm cơng nghiệp vừa nhỏ (ví dụ tính tốn qua cụm cơng nghiệp Sóc Sơn - Hà Nội), Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Xây dựng, Hà Nội 14 GS.TS Lâm Minh Triết, ThS Lê Hoàng Việt (2009), Vi sinh vật nước nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh 15 Hanish, B (1990), biological wastewater treatment by trickling filters, IHE lecture notes 16 Georgy Tchobanoglous (2004), wastewater engineering - treatment and reuse, McGraw - Hill 17 Canler J P, Perret J M (1994), Biological aerated filters: assessment of the process based on 12 sewage treatment plants, Wat Sci Tech 18 C P Leslie Grady GleN T Daigger, HeNry C LiM (1999), Biological Wastewater Treatment Học viên: Nguyễn Trung Hiếu