thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giết mổ heo quy mô 2000 con ngày đêm

1.2 Công nghệ giết mổ heo và vấn đề môi trường1.2.1 Công nghệ giết mổ heoSơ đồ quy trình giết mổ heo được thể hiện qua hình 1.1.a Kiểm tra lâm sàng ban đầu: Heo trước khi nhập vào cơ sở

Khái quát chung

Giới thiệu chung về ngành giết mổ tại Việt Nam

Theo Cục chăn nuôi, năm 2017 nước ta sản xuất được 5204,1 triệu tấn thịt Năm 2016 và năm 2017, Việt Nam đứng thứ 6 thế giới về sản lượng thịt heo và thứ 7 toàn cầu về số heo giết mổ Năm 2018, FAO dự đoán Việt Nam tiếp tục chiếm vị trí thứ 6 toàn cầu về sản lượng thịt heo Việt Nam đứng thứ bảy thế giới về tiêu thụ thịt heo (sau Trung Quốc, EU, Mỹ, Nga, Brazin, Nhật Bản) Cùng với đó, nhu cầu nhập khẩu thịt heo vẫn cao, chủ yếu từ các nước châu Á, năm’ 2018 các nước Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Hồng’ Kong, Philippines, Đài Loan và Liên bang Nga…dự kiến nhập khẩu trên 4 triệu tấn thịt heo đông lạnh chiếm 50% số lượng thịt heo thương mại toàn cầu ước tính cho năm 2018 [5] Đây là cơ hội để Việt Nam tăng xuất khẩu Cùng với đó, thịt heo cũng là mặt hàng có lợi thế để xuất khẩu về lâu dài: Việt Nam đang ở TOP 10 các nước xuất khẩu nhiều thịt heo của thế giới Theo nhiều chuyên gia nhận định, giết mổ và chế biến đang là công đoạn đem lại lợi nhuận nhiều nhất trong chuỗi giá trị ngành chăn nuôi [5].

Hiện nay, cả nước có 456 CSGM động vật tập trung và gần23.000 cơ sở giết mổ nhỏ lẻ (trong đó gần 35% số cơ sở có Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh, chỉ có hơn 15% số cơ sở đáp ứng điều kiện vệ sinh thú y theo quy định) So với năm 2015, số lượng CSGM nhỏ lẻ trên cả nước đã giảm khoảng ’6.300 cơ sở(năm 2015: cả nước có trên 29.000 cơ sở giết mổ nhỏ lẻ) [6].

Công nghệ giết mổ heo và vấn đề môi trường

1.2.1 Công nghệ giết mổ heo

Sơ đồ quy trình giết mổ heo được thể hiện qua hình 1.1. a) Kiểm tra lâm sàng ban đầu: Heo trước khi nhập vào cơ sở sẽ qua công đoạn kiểm tra lâm sàng ban đầu, bao gồm kiểm tra giấy chứng nhận kiểm dịch của cơ quan thú y có thẩm quyền và tình trạng sức khỏe của con vật, nếu khỏe mạnh sẽ chuyển vào khu chuồng nhốt chờ giết mổ, nếu có biểu hiện bệnh lý sẽ được chuyển qua khu chuồng cách ly. b) Nhốt chờ giết mổ, kiểm dịch, tắm rửa tẩy bẩn: Heo vận chuyển về cơ sở được nhốt ít nhất 6 giờ trước khi đưa vào giết mổ để ổn định sức khỏe, giảm căng thẳng, đồng thời cho nhịn ăn và cung cấp đủ nước uống Trước khi đưa vào chuồng nhốt gia súc chờ giết mổ, cán bộ thú y sẽ kiểm tra tình trạng sức khỏe từng con heo bằng cách cho gia súc di chuyển qua đường dẫn để kiểm tra, những con nghi ngờ có bệnh được tách riêng, đánh dấu và áp dụng các biện pháp xử lý như giết mổ sau cùng, hoặc nuôi cách ly để theo dõi tiếp, hoặc giết hủy tùy theo loại bệnh. Sau khi được kiểm dịch và đã nghỉ ngơi, heo được dẫn qua khu giết mổ Trước khi đưa vào dây chuyền giết mổ, heo được tắm rửa tẩy bẩn sạch sẽ.

Hình 1.1 Quy trình giết mổ heo kèm dòng thải [7]

3 c) Gây mê: Trước khi vào dây chuyền giết mổ, heo được gây mê bằng kẹp điện để đảm bảo heo không cử động được, thời gian chích điện không quá 15 giây. d) Chọc tiết: Tại đây, công nhân dùng dao chuyên dụng cắt đứt động mạch và tĩnh mạch tại vùng cổ để huyết chảy ra hết. Huyết được thu hồi vào khay inox sau này giao trả lại cho khách hàng. e) Nhúng nước nóng, cạo lông: Sau khi huyết đã chảy hết, heo được nhúng vào bồn nước nóng khoảng 60 – 80 C trong vòng 4 – o

- Sau 5 phút làm mềm lông, công nhân tiến hành cạo sạch, sau đó mổ bụng, tách phủ tạng ra khỏi thân heo.- Thân heo được treo lên, rửa sạch, còn phủ tạng được chuyển tới khu vực tháo bỏ phân, loại bỏ các phần không ăn được rồi rửa sạch đưa đi kiểm dịch.- Sau khi kiểm tra kỹ lưỡng các bộ phận của heo và không phát hiện bất thường, cán bộ thú y sẽ cấp giấy chứng nhận kiểm dịch vận chuyển sản phẩm động vật.- Trong trường hợp phát hiện dấu hiệu bệnh lý nghi ngờ, heo sẽ được chuyển tới khu vực riêng để kiểm tra thêm, nếu không đảm bảo an toàn, sẽ bị đóng dấu hủy và chuyển tới kho chất thải nguy hại.

Cơ sở chủ yếu cung cấp dịch vụ giết mổ thuê nên sau khi giết mổ và đóng dấu kiểm dịch, toàn bộ thân thịt, nội tạng dùng được và huyết được giao trả lại cho khách hàng Trong giai đoạn

2, nếu có khách hàng thuê cấp đông sẽ tiếp tục đưa qua khâu đóng gói và cấp đông (nhiệt độ cấp đông khoảng -40 C đến - 0

50 0 C, bảo quản ở nhiệt độ -18 C đến -20 C) trước khi giao trả cho 0 0 khách hàng.

1.2.2 Nguồn phát sinh và đặc trưng của nước thải

Nước thải từ hoạt động giết mổ heo đến từ 3 nguồn là nước thải từ quá trình giết mổ, nước thải từ quá trình sơ chế nội tạng, nước thải từ các hoạt động khác như rửa chuồng nhốt, dụng cụ…

[7], [8] Lượng nước thải ra chiếm hơn 80% lượng nước sử dụng [3].

Nước thải của các cơ sở giết mổ gia súc thường bị ô nhiễm do các thành phần hữu cơ như máu, mỡ, protein, nitơ, photpho, các chất tẩy rửa và chất bảo quản thực phẩm Nồng độ cao các chất ô nhiễm chứa trong nước thải thường có nguồn gốc từ chất thải là máu trong khâu cắt tiết, phanh bụng, rửa sàn và từ khâu làm lòng Máu là nguyên nhân chính dẫn đến hàm lượng nitơ trong nước thải tăng cao và cũng là thành phần hữu cơ ô nhiễm chính trong nước thải giết mổ [3] Ngoài ra còn có thể có xương, thịt vụn, mỡ thừa, lông, móng, vi sinh vật, Các hợp chất hữu cơ này làm tăng độ phì của nước đồng thời dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi hôi thối và làm ô nhiễm nguồn nước [8].

Bảng 1.1 Đặc trưng nước thải giết mổ gia súc gia cầm [3], [4]

Thông số Đơn vị Giá trị QCVN 40/2011

Bảng 1.2 Đặc trưng nước thải của một số cơ sở giết mổ heo tại

Thông số Đơn vị CSGM Mễ

Từ bảng 1.1 và bảng 1.2, nước thải giết mổ có sự biến thiên lớn về các thông số ô nhiễm Nguyên nhân là từ quy mô giết mổ, sản lượng giết mổ; đặc biệt là sự khác biệt đến từ định mức sử dụng nước sử dụng trong quá trình giết mổ Lượng nước dùng trong giết mổ heo ở Việt Nam là 370 – 750 l/con [3], theo

[9] và [10], lượng nước tiêu tốn là khoảng 500 l/con Do có sự thay đổi về lượng nước sử dụng vì vậy nồng độ các chất trong nước thải cũng thay đổi theo

Nước thải tại một số cơ sở giết mổ (CSGM) tại Việt Nam như CSGM Mễ Trì và CSGM Thịnh An có giá trị chất ô nhiễm vượt ngưỡng cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40/2011/BTNMT, cụ thể chỉ tiêu BOD có giá trị lên đến 9205 mg/l, vượt xa ngưỡng cho phép là 100 mg/l.

– 1765, cao hơn 18,4 – 35,3 lần; COD từ 1520 – 2206, cao hơn 10,13 – 14,71 lần; đồng thời, tỷ lệ BOD/N = 4,3 - 9 < 20, BOD/P

= 35,4 < 100 Do đó, có thể coi, nước thải giết mổ có đặc trưng là thông số BOD, COD và đặc biệt là có hàm lượng dinh dưỡng cao Nitơ ở đây tồn tại chủ yếu ở dạng nitơ hữu cơ như protein, axit amin… và dạng amoni còn phốt pho tồn tại chủ yếu là dạng phốt pho hữu cơ.

1.2.3 Một số biện pháp giảm thiểu ô nhiễm

Dựa trên việc phân tích nguồn phát sinh chất thải và đặc tính của nó, có thể nêu ra một vài biện pháp giảm thiểu ô nhiễm bằng việc áp dụng sản xuất sạch hơn cho ngành giết mổ [9], [11]:

- Tận dụng nước mổ heo, lắp đặt thùng chứa nước phân để tiết kiệm nước và thu gom chất thải, phụ phẩm để chăn nuôi và làm phân bón.

- Tái sử dụng nước sau quá trình xử lý để giảm nhu cầu về nước cấp.

- Thiết kế xe thu huyết tại nơi chọc tiết và nơi treo heo sau khi mổ để giảm tải lượng ô nhiễm cho nước thải và giảm lượng nước vệ sinh khu vực chọc tiết.

- Làm lông tại khu vực chảo trụng để tách nguồn chất thải rắn ra khỏi nguồn nước thải, giảm lượng nước vệ sinh sàn nhà.

- Xây dựng bồn chứa nước cấp nhằm tăng cường áp lực nước, lượng nước sử dụng sẽ tiết kiệm hơn do áp lực nước mạnh.

- Sử dụng các phế phẩm để tạo khí sinh học để phục vụ cho các hoạt động khác.

Một số công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc

Giới thiệu một số công nghệ xử lý nước thải giết mổ gia súc

Nước thải giết mổ với các đặc trưng đã được nói ở phần 1.2.2 là thông số BOD, COD, N, P vượt quá quy chuẩn, do vậy, nước thải giết mổ cần được xử lý các thông số trên để đạt được các yêu cầu trong quy chuẩn Với COD và BOD cao hơn 1000 mg/l [12], [13], cần xử lý sinh học điều kiện yếm khí để giảm một phần các thông số này trước khi đi vào các công trình phía sau Với N có thể được xử lý trong bể sinh học thiếu khí và P được loại bỏ trong quá trình thải bỏ sinh khối [14]

2.1.1 Tiền xử lý nước thải

Trước khi nước thải đi vào hệ thống xử lý sinh học, nước thải được xử lý sơ bộ nước thải để đảm bảo hiệu quả xử lý, tính ổn định của hệ thống sinh học mà còn bảo vệ các thiết bị làm việc, tránh các hiện tượng như tắc ống, vỡ ống… Để xử lý sơ bộ, người ta sử dụng phương pháp cơ học, phương pháp hóa lý Hình 2.1 thể hiện quá trình xử lý sơ bộ nước thải trước khi đi vào hệ thống xử lý chính.

Hình 2.1 Hệ thống tiền xử lý nước thải [7], [10]

Theo [7], [10], [15], nước thải giết mổ sẽ được xử lý sơ bộ bằng các công trình như song chắn rác và lưới lọc rác tinh để giảm SS trước khi đi vào hệ thống sinh học với hiệu suất khoảng 20% [16] Ngoài ra, dầu mỡ có trong nước thải sẽ được loại bỏ trong bể tách dầu mỡ với hiệu suất khoảng 90 – 97% [17] Bể thu gom có tác dụng tập trung nước thải từ các đường ống về đây để chuyển nước về bể điều hòa Bể điều hòa có tác dụng điều chỉnh các biến động về lưu lượng và chất lượng của dòng thải để bảo vệ công trình sinh học phía sau.

2.1.2 Công nghệ AAO (Anaerobic-Anoxic-Oxic)

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ AAO [18] [19]

Công nghệ này có 3 quá trình xử lý là xử lý BOD, COD tại bể yếm khí; khử BOD, NH tại bể hiếu khí; xử lý nitơ tại bể thiếu4 + khí [10] [20] Tại bể anoxic (thiếu oxy), vi sinh vật lấy oxi từ, nitrat (NO ) và nitrit (NO ) để oxy hóa các chất hữu cơ để lấy3 -

Công nghệ AOAA bao gồm bể kỵ khí xử lý chất hữu cơ, bể hiếu khí xử lý nitơ, bể thiếu khí xử lý phốt pho và bể lắng cuối cùng để tách bùn và nước thải đã qua xử lý Ngoài nitrat và nitrit sẵn có trong nước thải, còn có nitrat và nitrit trong hỗn hợp nước tuần hoàn từ bể hiếu khí Công nghệ AOAA xử lý hiệu quả COD, BOD, TN và PO trong nước thải.

Quá trình kỵ khí (Anaerobic) là quá trình phân hủy sinh học chất thải trong đó không có oxy hòa tan và oxy liên kết Quá trình gồm 4 giai đoạn gồm: (1) giai đoạn thủy phân, (2) giai đoạn axit hóa, (3) giai đoạn acetat hóa và (4) giai đoạn metan hóa.

Hình 2.3 Các giai đoạn trong quá trình kỵ khí [15].

Các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn và phức tạp như protein, lipit… sẽ được chuyển hóa thành các chất hữu cơ có phân tử lượng bé hơn như axit amin, axit béo… dưới tác dụng của của emzym thủy phân do các vi sinh vật tạo ra Sau khi chuyển thành các chất hữu cơ có phân tử lượng bé, vi sinh vật mới sử dụng được các chất hữu cơ này Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, bản chất của chất nền, khả

9 năng phân hủy sinh học của vi sinh vật Do đó, quá trình thủy phân quyết định tốc độ của toàn bộ quá trình kỵ khí

Các vi khuẩn sinh axit sẽ sử dụng các sản phẩm của quá trình (1) để tạo thành một loạt các hợp chất hữu cơ có kích thước nhỏ, chủ yếu là các axit dễ bay hơi (VFA) và một phần nhỏ các sản phẩm khác như H , CO , axit lactic, etanol, amonia [13],2 2

Các VFA được tạo ra sẽ bị phân hủy chủ yếu thành acetat,

Vi khuẩn axetat đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ đơn giản thành axetat Chúng sử dụng hydro từ các chất trung gian như axit propionat và butyrat để tạo ra axetat và hydro Quá trình này diễn ra trong điều kiện kỵ khí Ngoài ra, oxy hóa kỵ khí các axit béo mạch dài cũng dẫn đến sản phẩm cuối cùng là axetat.

CH -CH -COO3 2 - + 3H O → CH2 3COO- + HCO + 2H + 2H (II.1)3 - +

CH3-CH -CH -COO2 2 - + 2H O → CH2 3COO - + 2H + 2H (II.2) + 2

Giai đoạn metan hóa là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ, nhóm vi khuẩn metan khử CO2 bằng H2 hoặc khử acetate để tạo metan Vi sinh vật sinh metan sử dụng chất nền hữu cơ hoặc nguồn các-bon riêng biệt như acetate Khoảng 70-80% metan được tạo thành từ các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ acetate.

Trong thành phần nước thải chứa hàm lượng hợp chất hữu cơ cao thì chủ yếu phải kể đến hàm lượng nitơ và photpho – những thành phần chính cần được loại bỏ khỏi nước thải trước khi vào nguồn tiếp nhận Tại bể anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí xử lý nitơ và photpho thông qua quá trình nitrat hóa và phosphoryl hóa [21].

- Quá trình khử nitrat hóa:

Khử nitrat sinh học là quá trình chuyển hóa nitrat thành khí nitơ và biến thành tế bào mới bởi nhóm vi khuẩn hiếu khí tùy tiện dị dưỡng và một số loại nấm Trong quá trình khử nitrat, các vi sinh vật cũng sử dụng cơ chất nên đồng thời cũng làm giảm được COD và BOD Nitrat đầu tiên sẽ được chuyển thành nitrit sau đó chuyển nitrit thành khí nitơ [13], [14].

Chủng vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinebacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho hoặc các hợp chất có chứa photpho dễ phân hủy bởi các loại vi khuẩn hiếu khí [21] Để quá trình nitrat hóa và phosphoryl hóa diễn ra thuận lợi, tại bể anoxic có bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp tạo điều kiện để các vi sinh vật tiếp xúc với cơ chất, đồng thời còn tách khí N ra khỏi bùn để tránh thất thoát bùn.2 c) Quá trình hiếu khí (Oxic)

Quá trình nitrat hóa là quá trình chuyển NH có mặt trong4 + nước thải thành NO trong điều kiện hiếu khí Quá trình nitrat3 - hóa gồm hai giai đoạn Giai đoạn 1, amoni sẽ được chuyển thành nitrit bởi vi khuẩn Nitrosomonas, sau đó nitrit sẽ được chuyển thành nitrat bởi vi khuẩn Nitrobacter [13], [22].

Quá trình hiếu khí diễn ra mạnh mẽ nếu có những tác động như: sục khí, tăng lượng hoạt động của vi sinh vật bằng cách bổ sung bùn hoạt tính, điều chỉnh hàm lượng chất dinh dưỡng, loại bỏ hoặc ức chế các chất độc làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của vi sinh vật Nhiệt độ thích hợp cho quá trình là 20-

- Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí [23], [24].

+ Giai đoạn 1: Oxi hóa chất hữu cơ có nitơ

NH3 (II.6) + Tổng hợp xây dựng tế bào

(II.7) + Giai đoạn 3: Hô hấp nội bào:

* Ưu nhược điểm của công nghệ AAO

Bảng 2.1 Ưu, nhược điểm của công nghệ AAO

Công nghệ AAO Phạm vi ứng dụng Thích hợp với nước thải có BOD, COD cao hơn 1000 mg/l, và N, P cao. Ưu điểm - Khả năng xử lý N, P khá cao khoảng

- Hiệu quả loại bỏ COD, BOD khoảng 95%.- Phù hợp với nơi ít diện tích mặt bằng.

- Bùn thải có thể tái sử dụng làm phân Nhược điểm - Khó vận hành khi gặp thời tiết lạnh.bón

- Lượng bùn thải ra nhiều.

2.1.3 Công nghệ AAOAO (Anaerobic-Anoxic-Oxic-Anoxic- Oxic)

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ AAOAO [25]

Lựa chọn dây chuyền xử lý cho nhà máy

2.2.1 Tính toán lưu lượng nước thải

Lượng nước sử dụng để giết một con heo tại Việt Nam khoảng 370 đến 750 l/con với khoảng 80 - 90% lượng nước này sẽ thành nước thải [3] Theo [9], [10], lượng nước sử dụng cho việc giết một con heo là khoảng 500 l/con Như vậy, lượng nước trung bình cho việc giết mổ là khoảng 500 l/con với khoảng 90% sẽ trở thành nước thải Ước tính lưu lượng nước thải của nhà máy giết mổ quy mô 2000 con/ngày.đêm là

Như vậy, lưu lượng nước thải của nhà máy giết mổ heo quy mô 2000 con/ngày.đêm là 900 m /ngày.đêm; Q = 900 3 m /ngày.đêm 3

2.2.2 Xác định thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải

Nước thải của các cơ sở giết mổ gia súc bị ô nhiễm do các thành phần hữu cơ như máu, mỡ, protein, nitơ, photpho, các chất tẩy rửa và chất bảo quản thực phẩm Dẫn đến giá trị của các thông số BOD, COD, N, P rất cao; ngoài ra trong nước thải còn chứa một lượng lớn các chất rắn lơ lửng như lông, chất thải trong ruột, thịt vụn… Dầu mỡ từ quá trình làm nội tạng cũng là một thống số cần xử lý do nó có thể gây ảnh hưởng đến các quá trình xử lý phía sau.

Theo bảng 1.2, các thông số về chất ô nhiễm có trong nước thải của nhà mấy giết mổ có quy mô là 2000 con/ngày.đêm được lựa chọn để thiết kế và thể hiện trong bảng 2.4 [3], [7], [26].

Bảng 2.4 Bảng thành phần nước thải của CSGM heo

Thông số Đơn vị Giá trị QCVN 40/2011

Dầu mỡ động vật mg/l 100 10

2.2.3 Đề xuất hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy giết mổ lợn

Trước khi vào công trình xử lý sinh học, với hàm lượng SS520 mg/l và hàm lượng dầu mỡ nhiều có thể gây ảnh hưởng xấu đến các công trình phía sau Vì vậy, SS sẽ được tách khoảng 25% [17] ở song chắn rác và lọc rác tinh ; dầu mỡ sẽ được xử lý một phần ở lọc rác tinh và song chắn rác, sau đó được tách ở bể thu gom có ngăn tách mỡ.

Với lưu lượng nước thải là Q = 900 m /ngày và thành phần 3 nước thải được thể hiện trong bảng , tỷ lệ BOD/COD > 0,5 và trong dòng thải các chất độc đối với vi sinh vật đều nằm trong ngưỡng cho phép đã thể hiện rằng nước thải giết mổ phù hợp với các công nghệ xử lý sinh học Với BOD = 1565 mg/l lớn hơn 5005 mg/l thì cần phải được xử lý bằng công nghệ sinh học yếm khí trước [18] Ở đây, sử dựng bể UASB để xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học trong điều kiện yếm khí Do không tốn nhiều diện tích mặt bằng, bể còn có kế cấu đơn giản, dễ xây dựng. Ngoài ra, bể có hiệu quả xử lý khoảng 95% COD đối với việc xử lý nước thải giết mổ [20]

Sau khi được xử lý bằng phương pháp sinh học trong điều kiện kỵ khí, do nước thải giết mổ có tỷ lệ BOD/N < 20 và BOD/P

< 100 nên cần xử lý nitơ và phốt pho có trong nước thải Bể Aerotank sẽ chuyển hóa NH thành NO và NO sau đó bể4 +

Anoxic chuyển hóa NO và NO thành N trong điều kiện thiếu2 -

Quá trình xử lý phốt pho trong nước thải thường diễn ra theo hai giai đoạn: giai đoạn thiếu khí và giai đoạn hiếu khí Trong giai đoạn thiếu khí, vi khuẩn PAOs (Phosphorus Accumulating Organisms) hấp thụ lượng PO43- dồi dào trong nước thải để tích luỹ trong các polyphosphate Sau đó, trong giai đoạn hiếu khí, vi khuẩn PAOs sẽ giải phóng phốt pho tích luỹ để chuyển hoá thành năng lượng sinh trưởng, giúp loại bỏ phốt pho khỏi nước thải.

Bùn hoạt tính sau khi được lắng ở bể lắng II sẽ được tuần hoàn lại một phần vào bể Anoxic Phần còn lại của nước thải sẽ được khử trùng và được xả ra nguồn tiếp nhận Phần bùn còn lại sẽ được xử lý tại bể nén bùn và máy ép bùn.

Trong nước thải giết mổ có hàm lượng vi sinh vật rất cao,vượt khoảng 40 lần sao với QCVN 40/2011 BTNMT Do vậy, việc khử trùng nước thải đầu ra là điều cần thiết Nước thải sau xử lý sinh học sẽ được khử trùng bằng clorua vôi.

Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy giết mổ với công suất 2000 con/ngày được thể hiện qua hình 2.6 Hệ thống xử lý sinh học được áp dụng chính là công nghệ UASB – AO có hiệu quả lớn trong việc xử lý nước thải có mực độ ô nhiễm cao như nước thải giết mổ.

Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ XLNT nhà máy giết mổ heo

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải giết mổ heo

Song chắn rác và lưới chắn rác

Lưu lượng nước thải của nhà máy giết mổ là:

24.60.60=0,01 m /s = 10 l/s 3 Theo [27], ứng với Qtb s=¿ 10 l/s thì K0 max = 2,1 và K0 min = 0,45.

Trong đó: K0 max – Hệ số không điều hòa chung ứng với lưu lượng lớn nhất

K0 min – Hệ số không điều hòa chung ứng với lưu lượng nhỏ nhất

Như vậy, lưu lượng nước thải lớn nhất là:

Qmax ngày=K0 max.Qtb ngày= 2,1.900 = 1890 m 3 /ngày

Qmax s =K0 max.Qtb s= 2,1.0,01 = 0,021 m /s = 21 l/s 3 Lưu lượng nước thải nhỏ nhất là:

Qmin s =K0 min.Qtb s= 0,45.0,01 = 0,0045 m /s = 4,5 l/s 3 a) Các thông số của mương dẫn nước thải

Mương dẫn có hình dạng là hình chữ nhật Có độ rộng B = 0.25 m và độ sâu H= 0,5 m [28] Các thông số thủy lực của mương dẫn được thể hiện trong bảng 3.2 [28].

Bảng 3.1 Các thông số thủy lực của mương dẫn

Thông số thủy lực Lưu lượng tính toán (l/s)

(mm) Độ dốc i (phần nghìn) Độ đầy của mương dẫn

0,005250 0,150,46 b) Số lượng khe hở của song chắn rác

Số lượng khe hở của song chắn rác được tính như sau: n=Qmax s v b.h.kz

Trong đó: n: Số lương khe

Qmax s : Lưu lượng lớn nhất của nước thải (m 3 /s) v: Vận tốc nước qua khe song chắn (m/s), v = 0,77 (m/s) k z : Hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy, chọn k z

= 1,05 [24] h: Chiều sâu của lớp nước ở SCR ( bằng độ đầy của mương dẫn) (m) b: Khoảng cách giữa các khe hở, b= 0,02 m = 20 mm [24]

0,77.0,02.0,035x 1,058,9 ≈ 39 kh c) Chiều rộng của song chắn rác

Trong đó: B : Chiều rộng của song chắn rác (m)s s : Bề dày của thanh song chắn, chọn s = 0,008 (m) [24] d) Tổn thất áp lực qua song chắn rác h s =.vmax

Trong đó: v : Vận tốc nước thải trước song chắn ứng với Qmax max , vmax = 0,77 (m/s)

K : Hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do rác bám, k = 2-3 Chọn k = 2 [24] ξ : Hệ số tổn thất áp lực cục bộ

Hệ số tổn thất áp lực cục bộ được xác định như sau: ξ=x(bs ) 4 ⁄ 3 sin α=2,42.( 0,0080,02) 4 ⁄ 3 sin 60 °=0,62

Với: α : Góc nghiêng đặt song chắn rác, chọn α = 60 ° β : Hệ số phụ thuộc hình dạng thanh đan, chọn β = 2,42 [13].

2.9,81 2=0,04 m=4 cm f) Thông số kỹ thuật của song chắn rác

Các thông số thiết kế của song chắn rác bảng 3.2:

Bảng 3.2 Thông số thiết kế của song chắn rác

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Góc nghiêng đặt SCR α 60 Độ e) Lưới chắn rác

Lưới chắc rác có tác dụng tách các chất thải rắn có kích thước nhỏ mà song chắn rác không loại bỏ được Hiệu quả của lưới chắc rác khoảng 5 – 25% [16].

Chọn lưới cố định có kích thước mắt lưới trung bình d = 0,35 mm với tải trọng là L = 1100 L/phút.m với hiệu quả xử lý SS là 15%.A 2

Lưới chắn rác có kích thước bằng với mương đặt song chắn rác B

Diện tích bề mặt lưới yêu cầu: A=Qmax h

0,35 1=3,4 ≈ 4 lướ Hiệu quả xử lý: Sau khi đi qua song chắc rác và lưới chắc rác thì

SS đã giảm 20% và COD và BOD gần như không thay đổi SS =5

Bể thu gom

Bể thu gom đóng vai trò quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải, thu gom toàn bộ nước thải từ quá trình sản xuất và giảm tải áp lực cho bể điều hòa Bên cạnh đó, bể được tích hợp thêm ngăn tách mỡ, có chức năng loại bỏ một phần lượng mỡ có trong nước thải, giúp nâng cao hiệu quả xử lý trước khi đưa vào các công đoạn xử lý tiếp theo.

Theo [16], độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước thải là H = 1,2 m.

Thể tích hố gom là: V =Q max h tx,75.30

60 9,375 ≈ 40 m Trong đó t: thời gian lưu nước từ 10-30 phút Chọn t0 phút [16]

Chọn chiều sâu hữu ích là 3 m Chiều cao an toàn lấy bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng là 1,2 m Vậy chiều sâu xây dựng là H=3+1,2=4,2 m.

Thể tách ngăn tách mỡ bằng 2/3 tổng thể tích bể [29]: V 1 =2

Chọn hố gom hình vuông Vậy cạnh hố gom là B=√ 4,2 40=3,08 ≈ 3,1(m

Bố trí 3 bơm trông bể, các bơm hoạt động luân phiên trong 30 phút Công suất của bơm để bơm nước thải qua bể điều hòa [30] là:

1000 ηx,75 10 1000 9,81. 1000× 0,8 ×3600 =2,68 KW Với H cột áp bơm (m) Chọn H = 10 m η: hiệu suất của bơm, η = 0,73 – 0,9 [30] Chọn η = 0,8

Công suất thực tế của bơm là: N tt =1,2 N =1,2.2,68 3,2 kWBảng 3.3 Thông số thiết kế bể thu gom

Thể tích hố thu gom V 40 m 3

Chiều cao xây dựng của hố gom

Chiều rộng của cạnh hố gom B 3,1 m

Bể điều hòa

Bể điều hòa có tác dụng ổn định lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải Nước thải trong bể được sục khí để tránh hiện tượng lắng cặn, đặc biệt là tránh xảy ra quá trình phân hủy yếm khí gây mùi khó chịu. a) Tính toán kích thước bể điều hòa

Các nhà máy giết mổ thường không hoạt động liên tục, thời gian làm việc trung bình 2 ca/ngày [7], [10] Do đó, để hệ thống hoạt động ổn định và liên tục, thời gian lưu của bể điều hòa được chọn là t = 6 giờ.

Thể tích bể điều hòa là: V =Qmax h tx,75 6G2,5 m 3 Chọn chiều cao của bể điều hòa là H = 5 m [16].

Chiều cao bảo vệ của bể điều hòa là hbv=0,5 m [16]

Vậy chiều cao xây dựng bể điều hòa là: Hxd=H+hbv=5+0,5=5,5m

Diện tích mặt bằng của bể là: F=V

5 ,5 m 2 Cạnh hình vuông là a = 9,7 m. b) Ống dẫn nước vào và ra khỏi bể điều hòa

Vận tốc dòng trong ống có áp là v=0,7−1,5 m/s[14] Chọn vận tốc nước vào và ra khỏi bể là v = 1m/s. Đường kính ống dẫn nước vào và ra khỏi bể là:

D=√ 4 Q π v h max = √3,14 3600 14 78,75 =0,167 m Vậy chọn ống dẫn nước có đường kính 200 mm. c) Tính toán hệ thống sục khí cho bể điều hòa

Bể điều hòa được xáo trộn bằng hệ thống thổi khí để cân bằng nồng độ các chất bẩn, tránh lắng cặn và ngăn chặn mùi hôi trong bể điều hòa.

Lượng không khí cần cấp trong bể ( Q kk ):

Trong đó: qkk= 0,01- 0,015 m 3 /m 3 /phút Chọn qkk= 0,015 m /m 3 3 /phút [23]. Đường kính ống dẫn khí chính d chính =√ π v 60 4.Q kk = √ π.10 60 4 7,09 =0,122 ≈ 0,12 m

Chọn hệ thống ống cấp khí có đục lỗ, có 10 ống đặt dọc theo chiều dài của bể, mỗi ống cách nhau 1 m, cách tường 0,35 m và cách đáy bể 10 cm.

Lưu lượng khí trong mỗi ống: q ống =Q kk

10 =0,709m 3 / phút Đường kính ống dẫn khí nhánh: d ống =√ π v 60 4 q ống = √ π 10 60 4 0,709 =0,04 m

Trong đó v: Vận tốc của khí trong ống; v= 10-15 m/s Chọn v10 m/s [23].

Chọn dống= 0,04 m Đường kính các lỗ dlỗ = 4 mm, vận tốc khí ra khỏi lỗ v lỗ= −5 20 m/s Chọn v lỗ m/s [23].

Lưu lượng khí qua 1 lỗ: q lỗ =π dlỗ 2.vlỗ

Số lượng lỗ trên 1 ống nhánh: n=q ống qlỗ

=0,709 0,0075,5 ≈ 95 l Tính toán áp lực máy nén khí: Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén [23]: h ct =h d +h c +h f +H

Trong đó: h : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ốngd dẫn (m) hc : Tổn thất cục bộ (m) hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối (m)

H: Chiều sâu hữu ích của bể, H = 5(m)

Tổn thất h và h thường không vượt quá 0,4 (m), tổn thất hd c f không quá 0,5 (m) [23] Như vậy: hct=0,4+0,5+5=5,9 m Áp lực không khí:

10,33 =1,57 at Công suất của máy nén:

102 ηTheo [23]: η: Hiệu suất máy nén khí, η=0,7−0,9.Chọnη=0,8

Bố trí 2 máy thổi khí có công suất 7 kW, một máy làm việc một máy dự phòng.

Bảng 3.4 Thông số thiết kế của bể điều hòa

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Thể tích của bể điều hòa V 472,5 m 3

Chiều cao xây dựng của bể H xd 5,5 m

Chiều dài của một cạnh của bể a 9,7 m Đường kính ống dẫn nước ra và vào D 200 mm Đường kính ống dẫn khí chính dchính 120 mm Đường kính ống dẫn khí nhánh dống 40 mm

Số lỗ trên một ống nhánh n 95 lỗ

Bố trí 2 bơm trong bể, với 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng Công suất của bơm để bơm nước thải qua bể UASB [30] là:

1000 0,8 3600 =1,28 KW Với H cột áp bơm (m) Chọn H = 10 m η: hiệu suất của bơm, η = 0,73 – 0,9 [30] Chọn η = 0,8

Công suất thực tế của bơm là: Ntt=1,2 N =1,2.1,28=1,5 kW

Hiệu quả xử lý COD và BOD lần lượt là 10% và 6% [16].

Bể UASB

Mục đích của bể UASB là chuyển hóa hữu cơ trong nước thải. Ngoài ra, bể còn tạo ra biogas có thể thu hồi để sử dụng Hiệu quả xử lý COD của bể khoảng 65 – 80%, BOD là khoảng 75 – 90% [16], [12], [20]

Lựa chọn thông số tính toán [12] [16]

Tải trọng thể tích L = 3 kgCOD/mo 3.ngày

Hiệu quả xử lý COD và BOD là 80%, 83%.5 a) Tính toán bể kỵ khí

COD đầu ra: C = 2412 (1 - 0,8) = 482 mg/lr

Thể tích ngăn phản ứng của bể UASB

3 1000 W9 m Tổng thể tích chất lỏng của bể: với E – hệ số hiệu dụng; E = 0,8 – 0,9 [13]

EW9 0,8 r4 m Theo [20], vận tốc nước dâng v= 0,053 – 0,32 m/h Chọn v = 0,25 m/h.

Diện tích mặt đáy bể: A=Q v7,5 0,250 m Chọn bể hình chữ nhật Vậy LxB x 10 (m)

Chiều cao phần xử lý kỵ khí: HL=V L

150=4,8 m Tổng chiều cao của bể là:H xd=H L + H 2 +H 3 +H 4 =4,8+1,5 0,3+0,5=7,1 m+ Với: H 2 – Chiều cao phần lắng của bể (m) [31] H 2 ≥1 m Chọn H 2 =1,5 m.

H 3 – Chiều cao bảo vệ của bể (m) [31] Chọn H 3=0,3 m.

H 4 – Chiều cao đặt ống phân phối nước (m) [31] Chọn H 4=0,5 m.

Thời gian lưu thủy lực của bể là: t=V

Bể có 4 đơn nguyên Kích thước 1 đơn nguyên: LxBxH= 10 x 3,75 x 7,1 (m) b) Tính toán phần ngăn tách khí

Nước trước khi vào ngăn tách khí sẽ được tách khí bằng tấm chắn khí đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc α là ≥ 55 [19] 0 Chọn `°.∝

Bể có 1 ngăn, bề rộng mỗi ngăn: b=3,75 m

Chiều cao ngăn: tan(60 °)=Htách+H3

.100 %=3+0,3 7,1 100 %F % >30 Điều này thỏa mãn điều kiện [31]. c) Tấm chắn khí

Trong mỗi đơn nguyên đặt một tấm hướng dòng lắp 2 tấm chắn khí, đặt theo hình chữ V, các tấm nầy đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang 1 góc 55 Ngoài ra, mỗi đơn 0 nguyên còn có 1 tấm hướng dòng Tổng diện tích các khe hở chiếm 15 ÷ 20% diện tích bể [29] Bể có 4 khe hở Chọn S =khe

15%Sbể Vậy diện tích mỗi khe là:’ skhe=0,15 A

Bề rộng 1 khe hở là:’ r khe = s khe sốkhe=1,4

Chiều dài tấm chắn khí bằng chiều dài bể: l = 3,75 m1 b 1 =H lang −H 2 sin(60 °)= 3−1,5 sin(60 °)=1,73 m + Tấm chắn 2:

Với h = 350 sin(90 − 60) = 175 mm Độ dài tấm b chồng lên b chọn 400 mm2 1 b2@0+H2+H3−h sin(60 °)=0,4+1,5 0,3 0,175+ − sin(60 °) =2,54 m d) Tính máng thu nước

Chọn máng thu nước bê tông Máng thu nước được thiết kế theo nguyên tắc máng thu của bể lắng Thiết kế 2 máng thu được đặt ở giữa bể và chạy dọc theo chiều rộng của bể Máng thu nước được thiết kế có độ dốc để dẫn nước thải về cuối bể rồi theo ống dẫn theo cơ chế tự chảy Vận tốc nước chảy trong máng là v

Diện tích một mặt cắt ướt:

Với Smáng=0,02 m 2 , ta chọn chiều cao mương là 20 cm, chiều rộng mương là 10 cm

Máng bê tông cốt thép dày 65 mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ, được đặt dọc bể, giữa các tấm chắn khí Máng có độ dốc 1% để nước chảy dễ dàng về phần cuối máng f) Máng răng cưa

Máng gồm nhiều răng cưa hình chữ V Với các thông số thiết kế sau [31]: Máng gồm nhiều răng cưa hình chữ V.

Chiều cao 1 răng cưa là 50 mm.

Chiều dài đoạn vát đỉnh răng cưa là 100 mm.

Chiều cao cả thanh là 250 mm.

Khe dịch chuyển: cách nhau 450 mm.

Chiều cao: 200 mm. g) Tính toán thời gian lưu bùn

Các thông số động học của quá trình:

Hiệu suất sinh khối (Y); Y = 0,05 – 0,15 kgVSS/ngày [12]

Hằng số phân hủy nội bào (k ); k = 0,02 – 0,05 ngày [12] d d -1

Hệ số sinh trưởng cực đại ở 25 C [12]: 0 μ m=0,2 g /g.d

Hằng số bán bão hòa ở 25 C [12]: K = 1100 mg/l 0 s

Theo [12], tuổi bùn được tính như sau:

1+90 0,05 kg/ngày h) Tính toán lượng khí metan sinh ra và hệ thống thu khí

* Tính toán lượng khí metan sinh ra:

Lượng khí sinh ra khi phân hủy 1 kg COD là m = 0,4 m /kg COD [12] 3

Vậy lượng khí sinh ra trong một ngày đêm là:

Qkhí=m.G=0,4 1930 772= m 3 /ngày Với G – lượng COD được khử trong 1 ngày.

Phần trăm khí CH trong lượng khí biogas sinh ra chiếm khoảng 70 – 80% [12].4

* Tính toán ống thu khí

Chọn vận tốc khí trong ống khoảng 10 m/s [31]. Đường kính ống dẫn khí:

Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống: vkhí=4 Q khí π.D 2 = 4.728 π 24 3600 0,034 2 =9,8 m/ k) Tính toán ống phân phối nước vào bể UASB

Với bùn hạt và tải trọng của bể Lo = 4 kgCOD/m ngày thì số điểm phân 3 phối nước trong bể thỏa mãn khoảng 2 m trên 1 đầu phân phối 2

Số đầu phân phối cần: 3,75 10 2 đầu

Vận tốc nước chảy trong ống chính là V= 0,8 – 2 m/s [31] Chọn Vchinh = 1 m/s.

Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:

Chọn vận tốc ống nhánh Vnhánh = 1,5 m/s [31].

Bố trí 4 ống nhánh trong bể, các ống này đặt vuông góc với chiều rộng bể và đặt sát tường cách tường 0,375 m. Đường kính ống nhánh:

Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:

Tổng cộng có 16 đầu phân phối nước trên 4 ống nhánh Vậy 1 ống sẽ có 4 đầu phân phối nước Tại mỗi đầu phân phối nước bố trí 2 lỗ theo phía của đường ống.

Lưu lượng qua mỗi lỗ phân phối: Qlỗ=Q ốngnhánh

Chọn vận tốc nước đi qua lỗ phân phối là 1,5 m/s [31].

Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:

2= 4 1,17 π 3600 0,016 2 =1,6 m/ s i) Tính toán hệ thống thu bùn

= 15 0,75.30=0,67 (m 3 /ngày Trong đó: C : Nồng độ bùn hoạt tính có trong bể Chọn C = 30 kg/m [16]ss ss 3

+ Đường kính ống thu bùn

Chọn thời gian xả cặn là 120 phút [31].

Lượng bùn đi vào ống thu bùn trong 120 phút: 0 , 67.3.30

Bố trí 4 ống thu bùn, các ống này đặt vuông góc với chiều dài bể

Vận tốc bùn trong ống chọn 0,5 m/s [31].

Diện tích ống xả cặn:

4 0,5 =0 , 0042m 2 Đường kính ống thu bùn:

+ Đường kính ống thu bùn

Chọn vận tốc của bùn trong ống là 0,3 m/s [31]. Đường kính ống thu bùn trung tâm:

Bố trí 2 bơm trong bể, với 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng Công suất của bơm [30] là:

1000 0,8 3600 =2,06 KWVới H cột áp bơm (m) Chọn H = 10 m η: hiệu suất của bơm, η = 0,73 – 0,9 [30] Chọn η = 0,8

Công suất thực tế của bơm là: N tt=1,2 N =1,2.2,06=2 ,5 kW

Chọn công suất của bơm là 2,5 kW. j) Hiệu quả xử lý của bể UASB

Hiệu quả xử lý COD, BOD là 70%, 75%.

COD$12.(1−0,8)H2 mg/l BOD 5 72.(1−0,83)%3 mg/l Nồng độ TN và TP đầu ra của bể: Tỷ lệ COD :N:P = 350:5:1 [12].khử

Nồng độ N đi vào sinh khối:

Nồng độ P đi vào sinh khối:

Bảng 3.5 Thông số thiết kế bể UASB

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Chiều cao xây dựng của bể Hxd 7,1 m

Chiều dài xây dựng của bể L 15 m

Chiều rộng xây dựng của bể B 10 m

Chiều dài tấm chắn khí 1 l1 3,75 m

Chiều rộng tấm chắn khí 1 b1 1,73 m

Chiều dài tấm chắn khí 2 l2 3,75 m

Chiều rộng tấm chắn khí 2 b2 2,54 m

Chiều rộng đáy tấm hướng dòng D 500 mm Đường kính ống dẫn nước chính Dchính 120 mm Đường kính ống dẫn nước nhánh

Số lượng ống nhánh cấp nước 4 ống

29 Đường kính ống thu khí Dkhí 34 mm Đường kính ống thu bùn trung tâm

Dtrung tâm 200 mm Đường kính ống nhánh thu bùn Dbùn 70 mm

Số lượng ống nhánh thu bùn 4 ống

Cụm bể AO

Bể Aerotank có tác dụng giảm BOD, COD có trong nước thải giết mổ sau quá trình xử lý yếm khí, đồng thời, diễn ra quá trình nitrat hóa

* Các thông số tính toán [14], [23].

Các thông số tính toán

DO = 2 mg/l; K = 1 mg/lDO θ c ngày

Các thông số động học

- Hằng số động học VSV dị dưỡng tại 20 0 C:

- Hằng số động học VSV tự dưỡng tại 20 0 C:

KN= 0,74 mg NH /l4 + kp,N = 0,05 d ; k = 3 d -1 N -1 a) Tính thời gian lưu nước của bể

Hằng số động học của các ví sinh vật tại 25 C 0

- Vi sinh vật tự dưỡng: k (25p,N 0C) = kp,N (200C) 1,04 = 0,05 1,217 = 0,06 d 5 -1

- Vi sinh vật dị dưỡng: k (25p,s 0C) = kp,s (200C) 1,04 = 0,06 1,22 = 0,07 d 5 -1

+ Theo điều kiện Nitrat hóa:

Tốc độ tăng trưởng riêng của vi khuẩn Nitrat hóa: μ N =0,47.( K N N+N v v ) ⋅ ( k DO DO+ DO) e 0,098 ( T−15 ) [1−0,833 ( 7,2− pH ) ]

Thành phần hoạt tính của vi khuẩn Nitrat hóa trong bùn hoạt tính:

Tốc độ suy giảm cơ chất riêng:

Thời gian lưu nước của bể: θ=N r −N v

= 119−5 0,84 249=0,54 ngà + Theo điều kiện oxy hóa BOD:

Tốc độ phân hủy BOD:

Thời gian lưu nước của bể: θ= S U r −S v s.X= 253 40− 0,23 2000=0,46 ngày

Do thời gian để oxy hóa amoni dài hơn thời gian oxy hóa BOD trong bể Aerotank nên chọn thời gian lưu thủy lực của bể là 0,54 ngày.

Lượng bùn sinh ra cần thải:

1+15 0,07 V,1kg ngày/ b) Tính toán kích thước bể:

Thể tích của bể Aerotank là V =θ.Qtb0 0,54H6 m 3

Chọn chiều cao của bể là h = 5 m [16] và chiều cao bảo vệ h = 0,5 m [23].bv

Chiều cao xây dựng của bể: H = 5,5 m Diện tích của bể là 486/5 = 68,4 m Bể xd 2 dạng hình vuông => L = B = 9,8 m.

Vậy kích thước của bể là L x B x H = 9,8 x 9,8 x 5,5 (m)xd

Phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạt tính đi vào và ra khỏi bể [23]:

Tỷ lệ tuần hoàn bùn (∝): ∝=Q r

Xr−X= 2000 9000−2000=0,3 Lưu lượng tuần hoàn bùn: Qr=∝.Q=0,3 900'0 m 3 /ngày c) Tính toán lượng oxy cần thiết và hệ thống cấp khí

1,42: Hệ số chuyển từ tế bào sang COD f= 0,6 là hằng số chuyển từ BOD sang COD5

1000 p9kgO2 ngày Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:

∝ Trong đó: β :hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải lấy β=1

CS20 : nồng độ oxy bão hoà trong nước ở 25 C, C = 8,39 (mg/l) O S25

Cd: nồng độ oxy cần duy trì trong bể khi xử lý nước thải, C = 2 –d

∝: hệ số giảm năng suất hòa tan oxy do ảnh hưởng của cặn và các chất hoạt động bề mặt nhỏ, ∝= 0,6 – 0,94, chọn ∝ =0,7.

Lượng không khí cần thiết: Q kk =OCt

Trong đó: f a : Hệ số an toàn, f a=1,5−2 Chọn f a=1,5

OU: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1 m không khí: 3 OU=O u h

Lượng oxy hòa tan (Ou) phụ thuộc vào hệ thống phân phối khí Nên chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ và mịn Độ ngập nước của thiết bị phân phối khí (Ou) là 7 gO2/m3 Khi sử dụng hệ thống thổi khí, chiều sâu của bể là 5 m, thiết bị phân phối khí đặt cách đáy bể 0,5 m Do đó, Ou = 7 x 4,5/1,5 = 21 gO2/m3 Lượng khí cần cung cấp (Qkk) được tính toán là 1181 m3/h.

+ Chọn thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn. Đường kính là 0,35 m, diện tích bề mặt f= 0,065 m , cường độ 2 khí I= 4 l/s/đĩa Số đĩa phân phối trong bể: n=Qkk

Mỗi đĩa cách nhau 1 m Đường ống dẫn gồm 1 ống chính và 10 ống nhánh dẫn khí vào bể Ống cách thành bể 0,4 m, cách đáy bể 0,3 m.

Vận tốc khí đi trong ống dẫn khí V ống= −10 15 m/s Chọn V ống /s. Đường kính ống chính: D=√ V 4 Q ống π kk = √ 4 0,56 10 π =0,3 m Đường kính ống nhánh: D 1 =√ V 4 Q ống π.10 kk = √ 10.π.10 4 0,56 =0,1m

Máy thổi khí được lựa chọn dựa vào lượng khí cần cung cấp và áp lực cần thiết Công suất máy thổi khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt.

Trong đó W: khối lượng không khí mà hệ thống cung cấp trong 1s, kg/s,

W =Q khí ρ=0,56 1,2=0,672 kg s/ ρ: khối lượng riêng của không khí, ρ=1,2kg/m 3

R: hằng số lý tưởng, R=8,314 KJ/ Kmol°K

T i : nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào,

T i '3+25 298 °K p1:áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, p 1=1atm p2: ápsuất tuyệt đốicủa khôngkhí đầura

29,7: hệ số chuyển đổi e: hiệu suất của máy thổi khí, chọn e = 0,85 p p 2 = m +1= Hđ

10,12+1=1,15 atm p m : áp lực của máy thổi khí tính theo atm

Hđ: áp lực cần thiết cho hệ thống thổi khí:

Hđ=(hd+hc)+ +hf H =0,4+0,1 1=1,5 m+ h c ,h d : tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quang và tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, m Tổng tổn thất do h d vàh c không quá 0,4m [16]. h f : tổn thất qua hệ thống phân phối khí, theo [23]: hf≤0,5 m ,chọnhf=0,1m H: độ ngập sâu của ống sục khí, chọn H=1m n=K −1

Vậy ta sử dụng hai máy thổi khí công suất 10 kW, 1 máy hoạt động, 1 máy sự phòng. d) Tính bơm trong bể

Bơm tuần hoàn nước thải vào bể Anoxic:

Bố trí 2 bơm trong bể, với 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng

1000 0,8 3600 =2,06 KW Với H cột áp bơm (m) Chọn H = 7 m η: hiệu suất của bơm, η = 0,73 – 0,9 [30] Chọn η = 0,8

Công suất thực tế của bơm là: Ntt=1,2 N =1,2.2,06=2,5 kW

Giả thiết: Nồng độ nitrat của dòng vào N là 0 mg/l0

Nồng độ nitrat đòng ra là 1 mg/l

Nồng độ oxy hòa tan DO: 0.1 mg/l [12]

- Nồng độ amoni do vi sinh vật tự dưỡng sử dụng để tổ hợp tế bào, giả thiết hàm lượng N chiếm 12%.

Với: X là mật độ vi sinh sau khi lắng (50 mg/l) Nồng độ vi sinh hữu hiệu chiếm e

- Nồng độ amoni oxy hóa thành nitrat: N = 119 – 5 – 7,53 = 106,47 mg/l1

Tỷ lệ tuần hoàn nitrat: IR=N1

30 −1−0,3 2,3 Lượng tuần hoàn về bể:

Nồng độ sinh khối trong bể:

2340+900 28mg l/ Nồng độ nitrat quay về bể thiếu khí từ các dòng hồi lưu: hỗn hợp bùn-nước (Q1=2,3Q) và bùn (Q =0,3Q) N = 2 2

Tốc độ khử nitrat của bể: ρ N

Theo [23], ρ N 2 ,20 0 C – Tốc độ khử nitrat tại 20 C 0 ρ N 2 ,20 0 C=0,1ngày −1

Thời gian khử nitrat của bể: θ= ρ N v −N e

N 2 , 25 0 C.X= 29,6 1− 0,153.2027=0,09 ngày=2,16h Thể tích của bể: V =0,09.(2340 900+ ))2 m 3

Chọn chiều cao của bể là h = 5 m, chiều cao bảo vệ là 0,5 m

Diện tích của bể: F = 292/5 = 58,4 m Chọn bể hình vuông, L=B= 7,6 m 2

Theo [14], năng lượng khuấy nằm trong khoảng 3−10 kW/10 3 m 3 Chọn năng lượng khuấy: 5 kW/10 3 m 3

1000=1,5 KW Dùng 2 máy khuấy có công suất là 1,5 kW, 1 máy làm việc và 1 máy dự phòng.

Bảng 3.6 Thông số thiết kế của cụm bể AO

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơi vị

Chiều cao xây dựng Hxd 5,5 m

Thời gian lưu nước t 0,54 ngày

Hệ số tuần hoàn bùn – nước α 2,3

Hệ số tuần hoàn bùn α 0,3

Số đĩa cấp khí n 140 Đĩa Đường kính ống dẫn khí chính D 0,3 m Đường kính ống dẫn khí nhánh D1 0,1 m

Chiều cao xây dựng Hxd 5,5 m

Bể lắng II

Bể lắng II có nhiệm vụ tách phần bùn hoạt tính ra khỏi pha nước để giảm hàm lượng SS của dòng ra, đồng thời, cô đặc lại bùn để tuần hoàn lại vào bể Anoxic.

Diện tích mặt bằng của bể lắng: S=Q.(1+∝).X

∝: Hệ số tuần hoàn bùn ∝=0,3.

Xr: Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn X r =¿9000 mg/l.

VL: Vận tốc lắng của mặt phân chia (m/h) phụ thuộc vào nồng độ cặn C L

Như vậy, diện tích mặt bằng của bể:

Suy ra, đường kính của bể: D=√ 4 xS π = √ 4 x 23,05 π =5,42 m

Chọn D= 5,42 m => S = 23,1 m 2 Đường kính buồng phân phối trung tâm: d=0,25 D=0,25 5,42=1,34mDiện tích buồng phân phối trung tâm: f= 1,4 m 2

Diện tích vùng lắng của bể: SL= 23,1 – 1,4 = 21,7 m 2

Theo [23], chiều cao bể: H= 4,5 m, chiều cao dự trữ trên mặt thoáng: h 1 = 0,5 m Chiều cao cột nước trong bể là h 2 = 4 m, gồm: Chiều cao phần nước trong: h= 1,5 m [16].

Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 2 ° về tâm: h3=tanα° D

2 =0,1 m Chiều cao lắng phần hình trụ: h 4 =H −h 1 −h 2 −h 3 =4,5 0,5 1,5 0,1− − − =1,5m

Thể tích phần lắng: Vb=SL.h4#,1 1,54,65 m 3

Thể tích của bể lắng II: V =S H#,1 4,53,95 m 3

Chiều cao ống phân phối trung tâm bằng chiều cao phần nước trong: h= 1,5 m

Thời gian lưu nước: T = Vlv

Tải trọng bề mặt của bể: La=Q

Theo [23], giá trị này nằm trong khoảng cho phép đối với bể lắng II sau bể Aerotank là từ 41 – 49,2.

* Máng thu nước Đường kính máng thu nước: d m=0,8 D=0,8 5,42=4,34m

Chiều dài máng thu nước: L=π d m=π 4,34,62m

Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng: aL=Q

Bố trí 2 bơm trong bể, với 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng Công suất của bơm [30] là:

1000 0,8 3600 =1,67 K Với H cột áp bơm (m) Chọn H = 10 m η: hiệu suất của bơm, η = 0,73 – 0,9 [30] Chọn η = 0,8

Công suất thực tế của bơm là: N tt=1,2 N =1,2.1,67 2 kW37

Bảng 3.7 Thông số thiết kế bể lắng II

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Thể tích bể V 103,95 m 3 Đường kính bể D 5,42 m

Thời gian lưu nước T 1,9 h Đường kính buồng phân phối d 1,34 m Độ dốc đáy 2 Độ

Tốc độ máy gạt cặn 0,03 Vòng/ Đường kính máng thu nước dm 4,34 phútm

Chiều dài máng thu nước L 33 m

Bể khử trùng

Bể khử trùng có tác dụng loại bỏ các vi sinh vật có hại trong nước như E.coli, coliform… có mặt trong nước trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Bể khử trùng dùng clorua vôi để diệt khuẩn Hiệu quả của bể khử trùng khoảng trên 90% [16], [24].

Nồng độ vi sinh vật sau bể Aerotank:

100 ml) Nồng độ vi sinh vật sau bể khử trùng với E = 90%:

100 ml) Thể tích bể khử trùng: V =Qtb h

.t7,5 0,5 ,75 m 3 Chọn t= 0,5 h [24] Kích thước bể khử trùng:

Chọn chiều cao công tác của bể là h= 1,5 m [16].

Diện tích mặt thoáng hữu ích của bể: F=V h,75

1,5 ,5 m Kích thước bể: BxL = 2,5x5 m Chọn chiều cao bảo vệ là h bv =0,5 m

=> Chiều cao xây dựng của bể là H= h + hbv= 1,5 + 0,5= 2 m

Chiều dài vách ngăn bằng 2/3 chiều rộng bể:

Chọn 3 vách ngăn trong bể, tức bể có 4 ngăn n=4 Khoảng cách giữa các vách ngăn là: l=L

4=1,25 m Hóa chất dùng để khử trùng là Clorua vôi ( Ca(OCl)2). Liều lượng tối đa của clorua vôi:

30 1000 =1,31 kg ngà/ Theo [24]: a: Liều lượng clo hoạt tính (g/m ) Chọn a= 5 g/m 3 3

P: Hàm lượng clo hoạt tính (%) Chọn P= 30%.

* Ống dẫn nước vào bể khử trùng

Chọn vận tốc nước chảy trong ống v= 0,2 m/s [24]. Đường kính ống dẫn: D=√ 4 Q v.π = √ 0,2.π.3600 4 37,5 =0,25 m

Chọn ống dẫn bằng vật liệu nhựa PVC với D = 250 mm.

Với Qmax s = 0,021 m /s = 21 l/s , ta chọn các thông số của 3 máng lượn dựa vào bảng 3.11 sau đây theo [16]

Bảng 3.8 Thông số máng lượn lượngLưu l/s

Kích thước (mm) Chiều rộng các khe

Bảng 3.9 Thông số thiết kế bể khử trùng

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị

Chiều cao xây dựng bể H 2 m

Số ngăn trong bể n 4 ngăn

Chiều dài vách ngăn B1 1,7 m Khoảng cách giữa các vách l 1,25 m

Bể nén bùn

Bể nén bùn có tác dụng là giảm độ ẩm của bùn từ bùn thải của các bể lắng và các bể phản ứng sinh học Bể có dạng bể tròn đứng.

Tổng lượng cặn mỗi ngày:

X t =P x,uasb +Px ,aerotank+56,1q,1 kg/ngày

Tổng lượng bùn tối đa: X t,max=k.X t =1,2 71,1,72 kg/ngày

Với k – hệ số không điều hòa tháng của bùn hoạt tính; k=1,15 - 1,2 [24] Lưu lượng giờ tối đa của bùn hoạt tính: q max =X t,max Q

24 9000=3,9 m 3 /h Với N – Nồng độ bùn sau khi nén Chọn N = 9000 mg/l [24]t t

Lượng nước tối đa được tách ra: q x =q max P 1 −P 2

Theo P – độ ẩm ban đầu của bùn, P = 99,2%; P – độ ẩm của bùn sau khi nén; 1 1 2

Diện tích bể nén bùn: S= q x

Với v – vận tốc nước bùn trong vùng lắng, v ≤ 0,1 mm/s [24] Chọn v = 0,09 mm/s

Diện tích của ống trung tâm [18]: f % S=0,2 8=1,6 m 2

Với v – tốc độ nước bùn trong ống trung tâm, v = 0,1 m/s [24]tb tb Đường kính bể nén bùn: D=√ 4 (S +f ) π = √ 4 (8+1,6) π =3,5 m

Chiều cao công tác của bể nén bùn: h 1=q0.t=0,3 10=3m

Với q – Tải trọng tính toán lên diện tích mặt thoáng của bể nén bùn phụ thuộc0 vào nồng độ bùn hoạt tính dẫn vào bể q = 0,3 m0 3/m 2 h ứng với nồng độ bùn hoạt tính từ 5000-9000 mg/l [24]; t – thời gian nén bùn, t = 9 -11 h [24] Chọn t = 10 h.

Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn: H=h1+h2+h3=3+0,3+1=4,3m

Với: h – lớp nước trung hòa (m), h = 0,3 m [31]2 2 h3 – chiều cao chứa bùn, h = 1 m [18].3 Đường kính ống trung tâm: D = 20% D = 0,2 3,6 = 0,72 mtt

Chiều cao ống trung tâm: H = 0,6 D = 0,6 3.6 = 2,16 mtt

Bố trí 2 bơm trong bể, với 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng Công suất của bơm [30] là:

1000 0,8 3600 =3,19 KW Với H cột áp bơm (m) Chọn H = 10 m η: hiệu suất của bơm, η = 0,73 – 0,9 [30] Chọn η = 0,8

Công suất thực tế của bơm là: N tt=1,2 N =1,2.3,19=3,9 kW

Bảng 3.10 Bảng thông số thiết kế bể nén bùn

Thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Đường kính bể D 3,5 m

Chiều cao của bể H 4,3 m Đường kính ống trung tâm Dtt 0,72 m Độ dốc đáy 45 Độ

Chiều cao ống trung tâm Htt 2,16 m

Tính toán chi phí

Chi phí xây dựng

Theo [32], đơn giá xây dựng cho hệ thống xử lý nước thải chế biến thực phẩm là dưới 2,5 triệu/m Giả sử dựa vào các yếu tố ảnh hưởng như giá thành vật liệu, 3 điều kiện tự nhiên, giao thông vận tải… nên giá thành xây dựng được ước tính là

Bảng 4.1 Chi phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải

STT Hạng mục Vật liệu Thể tíchbê tông Đơn vị tính (triệu đồng) n vịĐơ Đơn giá

9 Nhà điều hành Tường gạch 10 m 3 2 20

Chi phí thiết bị

Bảng 4.2 Chi phí đầu tư thiết bị

STT Tên thiết bị Số lượng Đơn giá Thành tiền

1 Sóng chắn rác và lưới chắn rác

- Lưu lượng nước tối đa: 800 lít / phút

- Đẩy cao tối đa: 21 mét

- Lưu lượng nước tối đa: 1600 lít / phút

- Đẩy cao tối đa: 21 mét

+ Máy ép bùn băng tải

Như vậy, tổng chi phí đầu tư và xây dựng hệ thống xử lý nước thải là

Chi phí vận hành

Hệ thống xử lí vận hành 2 ca/ngày , mỗi ca cần 1 công nhân, 1 cán bộ kĩ thuật quản lí chung theo giờ hành chính.

Lương trung bình cuả mỗi công nhân vận hành trong 1 tháng là

10 triệu và cán bộ kĩ thuật là 15 triệu.

Vậy tổng chi phí tra lương cho công nhân: C = 300 triệu/ năm.1 b Chi phí hóa chất

Lượng hóa chất Clo sử dụng trong một ngày là 1,31 kg/ngày 39,3 kg/tháng

Giá thùng Clorua vôi 45 kg giá 45000đ.

Chi phí hóa chất: C = 1310 đồng /ngày = 478.150 đồng/năm.2 c Chi phí điện năng

Bảng 4.3 Chi phí điện năng

STT Thiết bị suất xửCông lý của thiết bị

Bơm chìm nước thải bể thu gom 3,2 12 1584 60.826

2 Bơm chìm bể điều hòa 1,5 24 1584 57.024

3 Máy thổi khí bể điều hòa 7 24 1584 266.112

7 Máy thổi khí bể Aerotank 10 24 1584 380.160

5 Bơm bùn bể lắng II 2 12 1584 38.016

6 Bơm bùn bể nén bùn 3,9 10 1584 61.776

Chi phí điện năng : C = 1.111.018 VNĐ/ ngày = 405.515.000 3 triệu / năm.

Chi phí vận hành trong 1 năm của nhà máy: