tiểu luận xử lý nước thải nhà máy đường

Nước thải từ các nhà máy sản xuất đường đặc biệt là các nhà máy sử dụng mía làm nguyên liệu thô để sản xuất chứa một lượng lớn chất rắn lơ lửng và xơ sợi.. Chương ICÁC NGUỒN NƯỚC THẢI CH

MỞ ĐẦU

Đường là một chất dinh dưỡng quan trọng cho sự sống và phát triển của cơ thể con người và là một thực phẩm được ưa dùng trong sinh hoạt hàng ngày Do nhu cầu tiêu thụ đường ngày càng tăng nên các nhà máy đường đã được xây dựng với mọi quy mô trên toàn thế giới và công nghiệp đường ngày càng phát triển

Tại Việt Nam, sản xuất đường giúp tăng thu nhập quốc dân, đáp ứng nhu cầu trong nước thay thế cho hàng nhập khẩu và góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hoá hiện đại hoá của chính phủ Việt Nam Khi sản lượng ổn định hàng năm là 1 triệu tấn đường thì sẽ đóng góp khoảng 800 tỷ đồng từ các sản phẩm đường cho ngân sách nhà nước Tính từ 1995 đến năm 2000, sản phẩm đường Việt Nam tăng gần 3 lần, mức tiêu thụ bình quân hàng năm tăng 12,5%

Bên cạnh đó, hoạt động của các cơ sở sản xuất đường phát sinh nhiều vấn đề về môi trường trong đó có vấn đề về nước thải Nước thải từ cơ sở sản xuất đường chứa những chất có thể gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận nghiêm trọng

Ảnh hưởng ô nhiễm chủ yếu từ quá trình sản xuất mía đường là do sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải khiến cho nhu cầu oxy trong nguồn nước mặt giảm tác động đến các động vật thủy sinh Nước thải từ các nhà máy sản xuất đường đặc biệt là các nhà máy sử dụng mía làm nguyên liệu thô để sản xuất chứa một lượng lớn chất rắn

lơ lửng và xơ sợi Các chất rắn lơ lửng trong nước thải có thể phủ lên đáy sông, hồ và hủy diệt các hệ động vật tự nhiên Vì các tác động xấu nói trên mà việc tìm ra biện pháp xử lý nước thải ngành mía đường là rất cần thiết

Chương I

CÁC NGUỒN NƯỚC THẢI CHÍNH TỪ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG

Do đặc diểm của công nghệ sản xuất đường, ngoài các bã lắng, bã bùn, bã lọc được tách riêng, nước thải được phân thành các nhóm sau:

I.1 Nước thải từ khu ép mía

Ở đây, nước dùng để ngâm ép đường trong mía và làm mát các ổ trục của máy ép Loại nước thải này có BOD cao (do có đường thất thoát) và có chứa dầu mỡ

I.2 Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và rửa sàn

Nước thải rửa lọc tuy có lưu lượng nhỏ nhưng giá trị BOD và chất lơ lửng cao Nước làm mát được dùng với lưu lượng lớn và thường được tuần hoàn hầu hết hoặc một phần trong quy trình sản xuất Nước làm mát thường nhiễm ẩm một số chất hữu cơ bay hơi từ nước đường đun sôi trong nồi nấu hoặc nồi chân không Nước chảy tràn từ các tháp làm mát thường có giá trị BOD thấp Tuy nhiên, do chế độ bảo dưỡng và điều kiện vận hành không tốt nên có lượng đường đáng kể thất thoát trong nước làm mát Lượng nước này sẽ được thải đi

Nước rò rỉ, nước rửa sàn và nước rửa thiết bị tuy có lưu lượng thấp và được xả định

kỳ nhưng có hàm lượng BOD rất cao

I.3 Nước thải khu lò hơi

Nước thải khu lò hơi được xả định kỳ, với đặc điểm là chất lơ lửng cao và giá trị BOD thấp, nước thải mang tính kiềm

Hình I.1: Sơ đồ công nghệ kèm dòng thải ca quá trình sản xuất đường mía

Nước nguồn Mía cây Hơi nước cấp cho sản xuất

Nước vệ sinh Công Nước rửa, bọt váng đổ vãi đoạn Dầu FO Bụi, CO2, SO2 Ép

mía

Ca(OH)2 Bã mía

SO2 Điện năng Hơi nước Tro làm phân

Nước vệ sinh Công Sản xuất than hoạt tính,ván ép… đoạn

S SO2 Nước ngưng Làm

Sạch

Nước rửa

Cặn lắng

Bùn ép làm phân bón

Nước rửa Bã lọc (CaSO3, sáp,…)

Nước rửa

Nước làm lạnh Nước ngưng

Hơi nước

Nước làm lạnh Đưa làm mát tuần hoàn lại Công Hơi nước Nước rửa Nước rửa đoạn Nước rửa

Nước rửa Kết

Rỉ đường tinh

Nước rửa Nước rửa CO2

Nước ngưng Đường Nước thải đi xử lý

Dòng nước Dòng khí, hơi Dòng bã thải rắn

Lọc ép

Cô đặc, nấu đường

Ép mía

Làm trong (bổ sung

SO2, gia nhiệt)

Sản xuất điện, hơi

Lắng trong

Kết tinh

Ly tâm

Sấy Đốt S

Sản xuất cồn

Chương II

ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG

Đặc trưng lớn nhất của nước thải nhà máy đường là có giá trị BOD cao và dao động nhiều Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vô cơ Nước rửa mía cây chủ yếu chứa các hợp chất vô cơ Trong điều kiện công nghệ bình thường, nước làm nguội, rửa than và nước thải từ các quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng không đáng kể Chỉ có một phần than hoạt tính thất thoát theo nước, một ít bột trợ lọc, vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ trong nước Nhưng trong điều kiện thiết bị lạc hậu, bị rò rỉ thì hàm lượng các chất rắn huyền phù trong nước thải có thể tăng cao

Bảng II.1: Bảng BOD 5 trong nươc thải nhà máy đường

Các loại nước thải Nước mía đường thô (mg/l) Nước mía đường tinh chế (mg/l)

Bảng II.2: Bảng tổng kết chất lượng nước thải nhà máy đường

Nước thải của các nhà máy sản xuất mía thường được phân thánh các loại sau:

- Nướcthải loại 1: Là nước thải từ các cột ngưng tụ tạo chân không của các thiết

bị ( bốc hơi, nấu đường… ) Đây là loại nước thải bị ô nhiễm rất nhẹ, thường có trị

số BOD5 thấp ( 20-25mg/l ), SS = 30-50 mg/l, COD = 50-60 mg/l … Lưu lượng nước thải loại này thường từ 0,97-1,2m3/ tấn mía

- Nước thải loại 2: Là nước thải từ các nguồn nước làm nguội máy, thiết bị trong dây chuyền sản xuất của nhà máy

Theo nguồn nhiễm bẩn, nước thải loại 2 bao gồm nước làm nguội dầu ( nhiễm bẩn dầu nhớt ), nước làm nguội đường ( nhiễm bẩn đường ) do không tránh khỏi được những dò rỉ nhất định, nước làm nguội máy, thiết bị khi thải ra sẽ bị nhiễm bẩn ( dầu mỡ, đường ) giá trị BOD5 thường dao động từ 200-400mg/l Lưu lượng của loại nước thải này thường nhỏ khoảng 0.25m3/ tấn mía

- Nước thải loại 3:gồm tất cả các nguồn nước thải còn lại như nước rủa vệ sinh ở các khu vực trong nhà máy: nước xả đáy nồi hơi, nước thải phòng thí nghiệm, nước

rò rỉ đường ống,nước thải lọc vải, vệ sinh máy móc thiết bị…

Nước thải loại 3 có độ ô nhiễm rất cao, BOD5 = 1200-1700mg/l, COD thông thường khoảng 2200mg/l, PH < 5,0, SS=780-900,ngoài ra còn có dầu mỡ, màu, mùi Lưu lượng nước thải loại 3 thường bằng 50% tổng lượng nước thải trong nhà máy

và dao động trong khoảng từ 0,99-1,3m3/ tấn mía

Chương III

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG

Việc xử lý nước thải của nhà máy sản xuất đường thường áp dụng các phương pháp

xử lý sau: xử lý sơ bộ (xử lý cơ học), xử lý hóa học – hóa lý và xử lý sinh học Trong quá trình xử lý nước thải ở các công đoạn xử lý khác nhau có tạo ra một lượng lớn các loại cặn: rác ở song chắn rác, cát ở bể lắng cát, cặn tươi ở bể lắng đợt 1, bùn hoạt tính

dư (hoặc màng sinh vật) ở bể lắng đợt 2, cặn ở bể tiếp xúc,…Cặn cần xử lý hợp lý để không ảnh hưởng xấu đến môi trường

III.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học

Quá trình xử lý cơ học được thực hiện ở giai đoạn đầu của quá trình xử lý hay còn gọi là quá trình xử lý sơ bộ trước khi qua các bước tiếp theo

Mục đích:

Nhằm loại bỏ các tạp chất không tan, bao gồm các tạp chất vô cơ và hữu cơ trong nước: những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn như mảnh gỗ, nhựa, giấy, vỏ hoa quả, bao bì, giẻ, dầu mỡ,…; những cặn như: sỏi cát, mảnh kim loại, thủy tinh

Nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo

Các công đoạn bố trí trong giai đoạn này gồm:

1 Song chắn rác và lưới lọc

2 Bể lắng cát

3 Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng

4 Bể lắng đợt I

III.2 Xử lý bằng phương pháp hóa lý

Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng sinh hóa diễn ra giữa các chất ô nhiễm

và hóa chất thêm vào Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hóa khử Phản ứng trung hòa tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân hủy chất độc hại Các phương pháp hóa lý thường được ứng dụng nhiều nhất là oxy hóa và trung hòa Nói chung, bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thải

III.2.1 Phương pháp đông tụ

Là quá trình làm thô hóa các hạt phân tán và nhũ tương Phương pháp này hiệu quả nhất khi sử dụng để tách các hạt phân tán có kích thước 1 – 1000 µm

Trong xử lý nước thải sự đông tụ diễn ra dưới sự ảnh hưởng của các chất đông tụ Chất đông tụ trong nước tạo ra các bông hydroxit kim loại, lắng nhanh dưới tác dụng của trọng lực Các bông này có khả năng hút các hạt keo, các hạt lơ lửng và kết hợp chúng lại với nhau

Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, muối sắt, các hợp chất của chúng hoặc dung dịch hỗn hợp keo tụ được sản xuất từ bùn đỏ Việc chọn chất đông tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hóa lý, giá thành, pH, nồng độ tạp chất trong nước

III.2.2 Phương pháp keo tụ

Keo tụ là quá trình kết hợp các chất lơ lửng khi cho các tạp chất cao phân tử vào nước Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các hạt phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng

Sự keo tụ được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bông Hydroxit nhôm và sắt với mục đích tăng vận tốc lắng của chúng Việc sử dụng chất keo tụ cho phép việc giảm lượng chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ và tăng vận tốc lắng

Chất keo tụ thường dùng có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp Chất keo tụ tự nhiên là: tinh bột, este, xenlulose, dectrin (C6H10O5)n; chất keo vô cơ là: Dioxit Silic đã hoạt hóa (xSiO2.yH2O); chất keo tụ hữu cơ tổng hợp: (-CH2 – CH – CO – NH2 - ), Poliacryamit kỹ thuật (PAA), PAA hoạt hóa

III.2.3 Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhằm loại bỏ các tạp chất không tan và khó lắng hoặc có thể dùng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt

Tuyển nổi được áp dụng để xử lý nước thải của nhiều ngành sản xuất như: chế biến dầu mỏ, sợi nhân tạo, giấy, giày da, hóa chất, thực phẩm,…

Có nhiều dạng tuyển nổi để xử lý nước thải: tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch, tuyển nổi với việc cho không khí qua vật liệu xốp, tuyển nổi hóa học, tuyển nổi điện, tuyển nổi với tách không khí bằng cơ khí

III.2.4 Phương pháp hấp phụ

Phương pháp này được sử dụng để làm sạch nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan, sau xử lý sinh học nếu nồng độ các chất này không cao và không bị phân hủy bởi các

vi sinh vật hoặc chúng rất độc Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả cao 80 – 90%, có khả năng xử lý nhiều chất trong nước thải

Chất hấp phụ thường được sử dụng là: than hoạt tính, các chất tổng hợp và chất thải của vài ngành sản xuất (tro, rỉ, mạt cưa), chất hấp phụ vô cơ (đất sét,silicagen, keo nhôm) và các chất hyddroxit kim loại (ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn)

III.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Mục đích cơ bản của phương pháp xử lý sinh học là lợi dụng các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ, làm keo tụ các chất keo lơ lửng không lắng được trong nước thải Các vi sinh vật dụng một số chất hữu cơ và một

số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận được các chất làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên khối lượng sinh khối tăng lên

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước:

Bước 1: Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc Cácbon ở dạng keo và dạng

hòa tan thành thể khí và thành vỏ các tế bào vi sinh

Bước 2: Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ

trong nước thải

Bước 3: Loại các bông cặn ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực.

Phương pháp này được sử dụng để loại bỏ các tạp chất vô cơ như sunfit, muối amoni, nitrat

Chương IV

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG

Chất lượng và lưu lượng nước thải của nhà máy đường thay đổi nhiều trong ngày Trong đó, chất hữu cơ đóng vai trò chủ yếu Do thành phần nước thải của nhiều công đoạn của nhà máy đường rất khác nhau nên có nhiều quy trình công nghệ xử lý khác nhau Hai quy trình công nghệ xử lý được áp dụng phổ biến hiện nay ở Việt Nam:

IV.1 Quy trình công nghệ 1:

 Sơ đồ: Nước thải

SCR

Nguồn tiếp nhận

Châm Clo

Bùn dư

Sản xuất phân bón

 Thuyết minh quy trình công nghệ 1:

Các nguồn nước thải từ nhà máy sản xuất đường

được dẫn theo đường thoát nước riêng ra hệ thống xử

lý nước thải Trước tiên, dòng nước thải được đưa

qua các song chắn rác (SCR) Song chắn rác được

đặt trước trạm bơm trên đường tập trung nước thải

chảy vào bể thu gom Nó được sử dụng để loại bỏ

các loại rác có kích thước lớn nhằm bảo vệ các công Hình IV.1 SCR đứng

Bể Biophin

Bể lắng II

Bể tiếp xúc

Bùn dư

Máy nén khí

trình phía sau, cản các vật lớn đi qua có thể làm tắt nghẽn hệ thống, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý tiếp theo Hiệu quả của song chắn rác phụ thuộc vào kích thước của khe song

Hầm bơm bơm nước thải vào bể điều hòa Bể điều hòa có tác dụng ổn định lưu lượng và chất lượng của nươc thải Bể điều hòa thường có thiết bị khuấy trộn (máy nén khí) nhằm hòa trộn để san bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ hệ thống thể tích nước thải có trong bể và để ngăn ngừa cặn lắng trong bể, pha loãng nồng độ các chất độc hại nếu có để đảm bảo chất lượng nước thải là ổn định đối với hệ thống xử lý sinh học phía sau.Trong bể điều hòa có đặt các thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi Tiếp theo, nước thải được đưa vào bể lắng I Nhằm tách các chất rắn lơ lửng có trong nước dựa trên nguyên tắc lắng trọng lực Bể lắng đợt I là công trình xử lý sơ bộ thường được

áp dụng trước khi đưa nước thải đến các công trình xử lý phức tạp hơn

Ngoài việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng, bể lắng đợt I còn có thể làm giảm bớt tải lượng BOD5, COD cho công trình xử lý sinh học phía sau Hiệu suất của giai đoạn này

có ảnh hưởng đến các giai đoạn xử lý phía sau

Các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ mà bể lắng I không tách ra được thì được đưa vào bể Biophin (bể lọc sinh học) Quá trình lọc gồm các giai đoạn sau: 1.di chuyển các hạt tới bề mặt các chất tạo thành lớp lọc; 2.gắn chặt các hạt vào bề mặt; 3.tách các hạt bám dính ra khỏi bề mặt

Hình IV.2 Mô hình bể biophin thông khí

Sau đó, nước thải chảy vào bể lắng II để lắng cặn sinh học và bùn hoạt tính Từ bể lắng II, nước chảy vào bể tiếp xúc để loại các vi sinh vật gây bệnh và giảm mùi bằng cách châm clo trước khi thải vào nguồn tiếp nhận

Bùn dư từ hai bể lắng I và II được dẫn vào bể nén bùn Sau đó đưa sang sân phơi bùn Tại đây bùn được tách nước để làm giảm độ ẩm của bùn Phần bùn từ bể nén bùn được sử dụng để làm phân bón

IV.2 Quy trình công nghệ 2:

 Sơ đồ:

Nước thải

SCR

khí nén

Chlorin Nước tách cát Khí nén

Nguồn tiếp nhận Bùn tuần hoàn

Bùn dư

Nước tách bùn

Sản xuất phân bón

 Thuyết minh quy trình công nghệ 2:

Về phần cơ bản giống sơ đồ quy trình công

nghệ 1, nhưng thay hầm bơm bằng bể lắng

cát để loại các tạp chất huyền phù thô ra khỏi

nước thải, loại bỏ cát và cặn nặng bảo vệ

thiết bị cơ khí Và một điểm khác nữa là thay

bể biophin bằng bể aeroten Bể aeroten thực

hiện quá trình phân hủy hiếu khí các chất

hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ở

dạng hòa tan và dạng lơ lửng Bể aeroten

được cấp khí và khuấy trộn nhằm làm tăng hàm Hình IV.3 Bể aeroten

Máy ép bùn

Bể lắng cát

Hầm tiếp nhận

Sân phơi cát

Bể lắng I

Bể Aeroten

Bể chứa bùn

Bể nén bùn

Bể điều hòa Hóa chất ổn định pH