Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học : AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP VI SINH part 3 pot

Trong công nghiệp người ta sử dụng rộng rãi các thiết bị hấp phụ, hấp thụ, để làm sạch các chất thải công nghệ và các khí thải khỏi các khí và hơi độc.. Trong các máy hấp phụ để làm sạch

Trong công nghiệp người ta sử dụng rộng rãi các thiết bị hấp phụ, hấp thụ, để làm sạch các chất thải công nghệ và các khí thải khỏi các khí và hơi độc Trong các máy hấp phụ, dòng khí hay chất qua lớp hấp phụ dạng hạt có bề mặt lớn (than hoạt tính, silicagen, oxyt nhôm ) Sự lắng và kết hợp các chất xảy ra trên bề mặt các hạt hấp phụ Trong các máy hấp phụ để làm sạch các khí, thường sử dụng các chất lỏng (nước, dung dịch các muối), toàn bộ thể tích của các chất độc (khí, hơi nước) bị hút rất mạnh Khí công nghệ được loại bỏ có thể bị đốt cháy thành ngọn lửa

Trong các xí nghiệp thuộc công nghiệp lên men, quá trình nuôi cấy các chủng nấm mốc và vi khuẩn được tiến hành trong các khay trên môi trường rắn xốp Không khí trong phòng nuôi cấy sẽ bị nhiễm bẩn bởi bào tử được tạo thành từ các cấu tử của môi trường dinh dưỡng, của bán thành phẩm và thành phẩm Điều đó sẽ ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của công nhân, gây nên những loại bệnh truyền nhiễm Ngoài ra khi nồng độ bụi hữu cơ cao hơn 8 ÷ 10 g/m3 thì sẽ gây nguy hiểm dẫn đến hiện tượng nổ

Chính vì vậy các thiết bị để nuôi cấy canh trường cần phải làm kín và cơ khí hoá

Làm sạch nước thải Quá trình công nghệ thu nhận các sản phẩm vi sinh tổng hợp

đòi hỏi phải sử dụng một lượng lớn nước, chính lượng nước này bị nhiễm bẩn bởi các sinh vật độc hại, bởi các muối khoáng và các cấu tử hữu cơ Các chất có thể ở trạng thái hoà tan hay không hoà tan Chọn lựa các phương pháp làm sạch nước thải công nghiệp được xuất phát từ thành phần của các dòng nước rất phức tạp và hiện nay cũng chưa được nghiên cứu đầy đủ

Độ nhiễm bẩn của dòng nước thải thường được đánh giá theo hai chỉ số: COD và BOD (COD - lượng oxy (mg) để oxy hoá hoàn toàn tất cả các chất nhiễm bẩn hoá học có trong 1 lít nước thải và BOD - lượng oxy (mg), mà các vi sinh vật sử dụng để oxy hoá các chất hữu cơ có trong 1 lít nước thải)

Trong điều kiện công nghiệp thường dùng một số các phương pháp làm sạch nước thải

Làm sạch bằng phương pháp cơ học Phương pháp này dùng để các chất bẩn ở

dạng không hoà tan và dạng phân tán thô Việc tách rác rưởi loại lớn, đá sỏi, các mẫu gỗ, cũng như các hạt cát, đất thường sử dụng sàng, lưới, bể lắng cát và các bộ xoáy thuỷ lực Tách các hạt nhỏ được tiến hành trong các bể lắng Để làm sạch nước thải ở mức độ cao hơn thường cho qua các bộ lọc kiểu lưới hay lọc bằng cát

Bộ xoáy thuỷ lực Trong công nghiệp vi sinh để làm trong các muối dinh dưỡng,

các môi trường, các chất trung hoà cũng như để làm sạch nước thải bằng phương pháp

cơ học người ta thường sử dụng các bộ xoáy thuỷ lực Bộ xoáy thuỷ lực (hình16.2) đơn giản về cấu tạo, chúng chiếm diện tích sản xuất nhỏ hơn so với các bộ lọc và các bể

lắng, thuận tiện trong thao tác Nhưng các bộ xoáy thuỷ

lực có nhược điểm là tường của thiết bị nhanh chóng bị

bào mòn và tiêu hao năng lượng cao hơn

Vỏ của bộ xoáy thủy lực gồm các phần hình trụ 4 và

hình nón 2 Dưới áp suất 0,2 MPa huyền phù được tách ra

qua đoạn 5 vào phần hình trụ của thiết bị Tại cửa vào,

huyền phù có chuyển động xoắn, làm xuất hiện lực ly tâm

có cường độ đáng kể Do sự khác nhau về trọng lực giữa

các pha rắn và lỏng và do sự tác động của lực ly tâm, các

hạt rắn bị bắn vào tường của bộ xoáy thuỷ lực và khi

chuyển động theo quỹ đạo xoắn ốc trong phần hình nón,

chúng rơi xuống dưới rồi qua cửa tháo ở phía dưới 1 để

vào thùng chứa Một phần lớn pha lỏng đã được làm trong

chuyển động theo đường xoắn ốc gần với trục của bộ xoáy

thuỷ lực phía trên, và khi dẫn đến đoạn ống rót 3 sẽ chảy

vào đoạn ống 6 để đưa ra khỏi thiết bị Hiệu suất phân chia của bộ xoáy thuỷ lực phụ thuộc vào kích thước của các hạt rắn, vào áp suất của huyền phù ở cửa vào, vào tỷ số giữa đường kính đoạn ống để tháo cặn và đường kính ống để rót chất lỏng đã được làm trong (thường tỷ số này bằng 0,37 ÷ 0,4), vào chiều cao của hình trụ, vào các tính chất

cơ - lý của huyền phù ban đầu, vào hàm lượng của pha rắn

Năng suất của bộ xoáy thuỷ lực (m3/s):

p kDd

trong đó: k - hệ số tiêu hao chung (khi đường kính bộ xoáy thuỷ lực 125 ÷ 600 mm và

độ nón 380, k = 2,8⋅10−4);

D - đường kính bộ xoáy thuỷ lực, m;

dd = (0,16 ÷ 0,2)D - đường kính đoạn ống dưới ở cửa tháo, m;

∆p - giảm áp, bằng hiệu các áp suất trong đoạn ống nạp liệu và trong đoạn ống

tháo ở trên, m

Công suất (kW) tiêu thụ của bộ xoáy thuỷ lực:

η

ρ 1000

h t

p Q

=

trong đó: Q - năng suất của bộ thuỷ lực, m3/s;

ρh - tỷ trọng của huyền phù ban đầu, kg/m3;

∆pt - giảm áp trong bộ xoáy thuỷ lực, Pa;

η - hiệu suất của bộ thuỷ lực

Hình 16.2 Sơ đồ bộ xoáy thuỷ lực

Làm sạch bằng phương pháp hoá học Làm sạch bằng phương pháp hoá học

thuộc phương pháp tách các chất bẩn bằng con đường liên kết hoá học bởi các chất phản ứng, khi chuyển thành các hợp chất mới thì các chất bẩn bị kết tủa hoặc bị tách ra ở dạng khí

Làm sạch bằng phương pháp hoá - lý Các quá trình kết tủa, kết bông, hút nước,

tuyển nổi đều thuộc các quá trình hoá - lý Kết tủa được sử dụng khi lắng chất có dạng phân tán mịn Thường sử dụng sunfit nhôm để làm chất đông tụ Sử dụng kết bông để tăng cường quá trình kết tủa và để làm lắng các tiểu phần lơ lửng do sự tác động của các chất phản ứng hữu cơ và tổng hợp (ví dụ như benzen) Để tiến hành kết tủa sinh học và kết bông các chất hữu cơ ở dạng lơ lửng trong nước thải, thường sử dụng thiết bị có quá trình kết tủa sinh học và kết bông do nạp bùn hoạt tính và không khí Thiết bị là một cái bể hình chữ nhật, sức chứa của nó phụ thuộc vào lượng nước thải chảy vào và thời gian có mặt của nó Thời gian có mặt của nước thải trong thiết bị khi nạp mạnh không khí dao động từ 10 đến 20 phút Sử dụng loại thiết bị này làm giảm lượng các chất hữu cơ trong nước thải dến 15%

Trong quá trình hút nước, các bụi kết tụ trên bề mặt của các chất hút nước (ví dụ như than hoạt tính) Cơ sở của quá trình tuyển nổi ở chỗ: khả năng các hạt phân tán bị nhiễm bẩn cùng với các bọt không khí bảo hoà nổi lên trên bề mặt có dạng váng

Làm sạch bằng phương pháp sinh học Làm sạch bằng phương pháp sinh học

dựa trên khả năng của các vi sinh vật tận dụng các chất hữu cơ có trong nước thải, thực chất là nguồn cacbon Ngoài nguồn cacbon cho hoạt động sống của vi sinh vật cần có những nguồn khác như nitơ, phospho, kali Chúng thường được bổ sung ở dạng muối khoáng Tiến hành làm sạch bằng phương pháp sinh hoá hoặc là ở trong các điều kiện tự nhiên hoặc là trong các điều kiện nhân tạo Các bể lọc sinh học đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để làm sạch nước thải bằng phương pháp sinh học Bể lọc sinh học (hình 16.3) là bể chứa 1 có hai lô và ba phòng hình

chữ nhật với bề sâu 3 ÷ 6 m và các vách ngăn dọc

cách đáy để chuyển đảo liên tục trong các khoang 6,

7, 8 Bên trong bể sinh học có các ống dẫn gió 2 với

các bộ thông gió ở cuối ống 5 Cửa nước thải vào 3

được đặt ở phần bên trên của lô đầu, còn cửa ra 4 ở

phần trên của lô thứ hai Chiều dài của bể lớn hơn 10

lần chiều rộng và vào khoảng 50 ÷ 150 m, thể tích

hoạt động của lô từ 1500 đến 30000 m3, thời gian

nước thải có mặt trong bể từ 8 đến 20 h Khi nạp

1

5

Hình 16.3 Bể lọc sinh học ba phòng

không khí 5 m3/(m2⋅h) BOD của nước thải có thể giảm từ 300 đến 15 mg O2/l

Các bể sinh học về công nghệ có liên quan với bể lắng đợt hai, được dùng để tách bùn hoạt tính khỏi nước thải đã được làm sạch Các bể lắng đợt hai là những loại bể tiếp xúc, trong đó có bổ sung dung dịch chứa clo để khử trùng Thời gian tiếp xúc của clo với nước không nhỏ hơn 30 phút

Để làm sạch nước sản xuất khỏi các sản phẩm dầu thường dùng các bộ thu hồi đặc biệt

Các bể lắng Để tách các môi trường không đồng nhất, các huyền phù và nhũ

tương trong trường hấp dẫn, thường sử dụng các thiết bị lắng Trong công nghiệp vi sinh sử dụng các bể lắng để thực hiện quá trình làm trong các dung dịch muối, môi trường dinh dưỡng, để tách các tiểu phần thạch cao khỏi các chất trung hoà trong sản xuất bằng phương pháp thuỷ phân, cũng như được sử dụng trong các hệ thống chuẩn bị nước và làm sạch nước thải công nghiệp

Theo hướng chuyển động của chất lỏng trong bể, có thể chia ra các loại bể sau đây: hướng tâm, nằm ngang, đứng và những lớp mỏng Trong các bể hướng tâm thì sự chuyển động của chất lỏng được thực hiện theo hướng từ tâm đến tường bên ngoài hay ngược lại Trong các bể đứng thì sự chuyển động của chất lỏng xảy ra từ phần dưới lên phần trên hay ngược lại Trong các bể lắng có nhiều lớp mỏng xảy ra làm lắng lớp nhũ tương và huyền phù

Hình 16.4 mô tả bể lắng trong dạng xilanh đứng

Nguyên tắc hoạt động của bể như sau: nước được nạp vào xilanh theo hướng tiếp tuyến để bảo đảm khuấy trộn mạnh với chất phản ứng Tấm chắn hướng phun 1 được lắp

ở cửa vào phần hình nón nhằm ổn định chuyển động quay của nước Các tiểu phần lớn được kết tụ trong phần xilanh và được thải ra khỏi thiết bị theo định kỳ Các tiểu phần nhỏ khi nổi lên trên phần nón của bể, được tập trung ở tâm bể và được lắng trong hộp hình nón 3 rồi cùng với một phần nước vào ống 2 và vào thùng chứa kết tủa Nhờ cơ cấu ống lồng 4 mà hộp hình nón 3 có thể chuyển dịch lên xuống, cho nên chất lượng làm sạch nước được điều chỉnh Tốc độ nạp nước có ảnh hưởng tới chất lượng làm sạch Tốc độ nước trong phần xilanh được điều chỉnh trong giới hạn từ 3 đến 1,2 m/s, khi đó tốc độ chuyển động đứng của nước 0,013 m/s Ở phần trên của nón, tốc độ chuyển động ngang bằng 0,005 ÷ 0,02 m/s, còn chuyển động đứng - 0,0007 m/s

Bể lắng trong có đường kính phần nón 4,8 m, năng suất tính theo nước 21,6 ÷ 90

m3/h

Hình 16.4b mô tả bể hình côn đứng Nước cho vào làm sạch qua van 3 vào máng hở để khuấy trộn với các chất poly- điện phân cao phân tử Sau đó đẩy hỗn hợp vào

vòng chắn trung tâm bình trụ 2 Tại đây các tiểu phần rắn tạo thành aglomerat, to dần và

bắt đầu lắng vào phần dưới của côn Nhờ bộ khuấy 1 quay với số vòng 0,2 ÷ 0,6 vòng/

phút làm cho các phần tử rắn được nén chặt thêm Khi chất cặn đạt đựơc tỷ trọng đã cho

thì cảm biến 4 sẽ truyền tín hiệu đến bộ điều chỉnh 5 để mở cơ cấu tháo Trong thiết bị

còn được theo dõi quá trình nạp tự động chất kết bông Mức độ khử nước của chất lắng

khoảng từ 95 ÷ 96 đến 55 ÷ 65%

Hình 16.4 Các bể lắng dạng đứng:

a- Bể làm trong dạng xilanh nón; b- Bể cô hình côn;

c- Bể lắng dạng đứng để làm sạch huyền phù và tách cặn keo

Trên hình 16.4c mô tả bể lắng hình trụ côn đứng để làm sạch các chất lỏng chứa

các hạt có khả năng dính bám, tạo ra lớp dày bám trên thành của thiết bị và tạo ra váng

Bể lắng được chế tạo có dạng bể hình trụ với đáy côn và ống côn trung tâm 2 có loa phía

dưới 1 Vòng chắn 6 và thùng chứa váng 4 được lắp theo chu vi của bể Huyền phù nạp

vào bể lắng theo phương tiếp tuyến ở phần trên của ống trung tâm Dưới tác dụng của

trọng lực, các hạt cứng rơi xuống bể tạo thành chất lắng ở phần côn của bể , còn váng

cùng với chất lỏng đã được làm trong được nổi lên trên, vào không gian giũa ống trung

tâm và vòng chắn Một phần váng cùng với chất lỏng đã được làm trong, khi chuyển

động trong không gian giữa vòng đệm và thành bể, được thải ra qua đoạn ống 5

Nhờ các cánh quay 7 và 9 mà váng nổi lên, được hướng vào thùng chứa váng 4

Cánh 8 dùng để xả nhanh váng khi nạp một lượng nước nhất định Các cánh được chế

tạo bằng caosu lá, có bề dày 4 ÷ 8 mm Dùng các xích quay 3 để đẩy cặn dính bám trên

thành bể Các xích quay được gắn ở phần côn để thu gom cặn và tháo ra ngoài qua cửa

dưới của bể

b) a) c)

Nước đã được

làm trong

Chất phản ứng

Các hạt lớn

Nước đưa vào để gia công

Chất kết bông