hệ thống xử lý nước thải công ty sản xuất kem

Các khuôn sau khi được tháo kem sẽ được vệ sinh lần lượt bằng chất tẩy rữa công nghiệp, nước nóng và nước lạnh rồi theo băng tải quay về vị trí gót kem bán thành phẩm để chuẩn bị cho một

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất kem và nguồn nước thải

cần xử lý

1 Giới thiệu chung

Ngày nay, kem đã trở thành sản phẩm quen thuộc với người tiêu dùng và được yêu thích bởi các lứa tuổi khác nhau Có nhiều loại kem Bylund Gosta (1995) đề

nghị phân loại kem bốn nhóm như sau:

- Kem được sản xuất từ sữa

- Kem được sản xuất từ chất khô không béo của sữa và dầu thực vật

- Kem được sản xuất từ nước ép trái cây có bổ sung thêm thành phần chất béo và chất khô không béo của sữa

- Kem được sản xuất từ nước ép trái cây và đường

Hai nhóm sản xuất đầu tiên là phổ biến nhất và chiếm khoảng 80÷90%

tổng sản lượng kem trên toàn thế giới

2 Nguyên liệu trong sản xuất kem

 Sữa và các sản phẩm từ sữa

Trong sản xuất kem người ta có thể sử dụng các dạng nguyên liệu như sữa tươi, sữa cô đặc, sữa bột nguyên cream, sữa bột gầy, chất béo từ sữa như cream,

bơ hay chất béo khan…Việc lựa chọn dạng nguyên liệu thích hợp cho sản xuất sẽ

phụ thuộc vào dạng sản phẩm kem, giá thành nguyên liệu và nguồn cung ứng

Mỗi loại nguyên liệu sẽ dược bảo quản trong những điều kiện thích hợp tương

ứng

 Dầu thực vật

Người ta có thể sử dụng dầu đậu nành, dầu dừa, dầu hướng dương hoặc dầu cải làm nguyên liệu sản xuất một số loại kem Các chỉ tiêu hóa lý quan trọng

của dầu thực vật: chỉ số acid, chỉ số peroxude, chỉ số iod Hàm lượng dầu thực vật

có thể chiếm từ 6 – 10% khối lượng kem thành phẩm Dầu thực vật cũng cần

được bảo quản trong các điều kiện thích hợp

 Đường

Đường được dùng để hiệu chỉnh hàm lượng chất khô và vị ngọt của sản phẩm, một số loại đường được sử dụng như đường latose, đường saccharose,

đường nghịch đảo, glucose và siro glucose-fructose Chỉ tiêu hóa lý quan trọng

của đường là độ ẩm, hàm lượng saccharose, độ tro và độ màu

 Chất nhũ hóa

Các chất nhũ hóa thường là những phân tử có nhóm ahức ưa nước và ưa

béo Trong sữa có chứa một số chất nhũ hóa (lecithine, protein, phasphate…)

nhưng với hàm lượng thấp Trong sản xuất kem, lòng đỏ trứng là một chất nhũ

hóa thông dụng nhưng có giá thành khá cao

 Chất ổn định

Trong sản xuất kem, chất ổn định là những hợp chất ưa nước Nhờ vậy rong quá trình lạnh đông hỗn hợp nguyên liệu sản xuất kem, các tinh thể đá xuất

hiện sẽ có kích thước nhỏ và kem trở nên đồng nhất Chất ổn định thường có bản

chất là protein hoặc carbohydrate

 Chất tạo hương

Người ta sử dụng các chất mùi khác nhau như vanilla, mùi cam, sầu riêng, dâu, mùi chocolate…hoặc các loại trái cây, một số loại hạt (đậu phộng,

điều…),dịch chocolate, bột ca cao

3 Quy trình công nghệ sản xuất kem

Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất kem

U chín Thanh trùng

L nh ông (giai ạ đ

o n trung gian)

đ ạ

t que Đặ vào khuôn

L nh ông ạ đ

k t thúc ế Que

Tháo khuôn

T o màng bao ạ chocolate

Bao gói

X p vào thùng ế Bao bì

Thùng

Thuyết minh quy trình sản xuất

 Chuẩn bị nguyên liệu

Các nguyên liệu được định lượng theo đúng công thức phối trộn cho mỗi loại kem Các chất béo như cream, bơ, dầu thực vật…phải được gia nhiệt lên 35-

50oC

 Phối trộn

Các nguyên liệu sẽ được lần lượt cho vào thiết bị khuấy trộn theo một trật

tự nhất định Mục đích là làm cho hỗn hợp nguyên liệu trở nên đồng nhất Nhiệt

độ ở 50-65oC

 Đồng hóa

Do hỗn hợp nguyên liệu có chứa chất béo với hàm lượng cao, quá trình đồng hóa sẽ làm giảm kích thước các hạt béo và phân bố đều chúng trong hỗn hợp Ap lực ở giai đoạn đầu thường chọn 200bar Hỗn hợp được gia nhiệt lên 65-

75oC trước khi vào thiết bị đồng hóa

 Thanh trùng

Quá trình thanh trùng nhằm tiêu diệt hoặc ức chế hệ vi sinh vật và enzym trong nguyên liệu Nhiệt độ 83-85oC trong thời gian 15 giây

Trong thực tế sản xuất, quá trình đồng và thanh trùng được tiến hành xen

kẽ nhau Đầu tiên hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt để hiệu chỉnh nhiệt độ, sau đó được dẫn vào thiết bị đồng hóa Tiếp theo, hỗn hợp nguyên liệu được quay trở về thiết bị trao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội

 U chín

Các biến đổi quan trọng diễn ra trong quá trình ủ chín bao gồm:

- Các chất ổn định protein sẽ được hydrate hóa hoàn toàn

- Một phần chất béo sẽ kết tinh

- Một số phân tử protein sẽ hấp thụ lên bề mặt tiếp xúc giữa các hạt béo

và pha liên tục trong hỗn hợp

Kết quả là kem thu được sau quá trình lạnh đông sẽ có cấu trúc mịn và đồng nhất

Nhiệt độ từ 2-4oC thời gian từ 4-24 giờ Hỗn hợp nguyên liệu phải được làm lạnh về 2-4oC trước khi đưa vào thiết bị ủ chín

 Lạnh đông sơ bộ

Quá trình lạnh đông sơ bộ có 2 mục đích quan trọng sau đây:

- Thổi một lượng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thể tích của chúng

- Lạnh đông một phần nước trong hỗn hợp tạo các tinh thể đá với kích thước thật nhỏ và đồng nhất, đồng thời phân bố đều các tinh thể đá này trong hỗn hợp

Sau quá trình lạnh đông sơ bộ ta thu được kem bán thành phẩm với cấu trúc rất mềm và xốp Tiếp theo, tùy thuộc vào dạng sản phẩm mà quá trình tạo hình sẽ được thực hiện theo những phương pháp khác nhau

Sản xuất kem que

Kem bán thành phẩm với nhiệt độ từ -2oC đến -4oC được đem đi đổ khuôn Trong giai đoạn này, các que kem sẽ được cho vào khuôn Kem có thể được đem nhúng trong dung dịch chocolate (40oC), rồi đưa vào thiết bị bao gói Kem que bao gói được xếp vào thùng carton rồi đem bảo quản, nhiệt độ -28oC

Các khuôn sau khi được tháo kem sẽ được vệ sinh lần lượt bằng chất tẩy rữa công nghiệp, nước nóng và nước lạnh rồi theo băng tải quay về vị trí gót kem bán thành phẩm để chuẩn bị cho một chu trình mới

Sản xuất kem hộp

Kem bán thành phẩm sẽ được một thiết bị định lượng theo phương pháp thể tích cho vào hộp chứa Tiếp theo các hộp kem sẽ được đóng nắp rồi đưa vào thiết bị lạnh đông Ngoài phương pháp lạnh đông bằng cách nhúng các hộp kem trong bồn chứa tác nhân lạnh, người ta có thể thực thiện quá trình trong phòng lạnh đông hoặc sử dụng phương pháp lạnh đông tiếp xúc

4 Các nguồn phát sinh nước thải

Các nguồn gây ô nhiễm gồm nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt trộn lẫn vào nhau

Lưu lượng nước thải: 500 m3/ngày đêm

Bảng I.1: Tính chất và thành phần nước thải

5 Sự cần thiết phải xử lý nước thải

Nước thải sản xuất kem ô nhiễm hữu cơ cao (BOD và COD cao) Hàm lượng

N và P trong nước thải gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn tiếp nhận nước thải, làm thiếu oxy trong nước, ảnh hưởng đến đời sống các thủy sinh vật, xảy ra quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ trong nước, gây mùi hôi thối

Các chất béo tạo lớp váng trên mặt nước, gây thiếu oxy trong nước gây mùi khó chịu

Ngoài ra nước thải còn chứa một số chất tẩy rữa từ quá trình vệ sinh nhà, máy móc, thiết bị…

Vì vậy cần có biện pháp kiễm soát ô nhiễm nước thải, trong đó xử lý nước thải là một trong những yêu cầu hết sức cần thiết

Chương 2: Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải

Để xử lý nước thải thường ứng dụng các phương pháp xử lý như sau: xử

lý cơ học, hóa học, hóa – lý và sinh học Nếu việc xả nước thải vào nguồn nước với yêu cầu xử lý cao thì tiến hành bước xử lý bổ sung sau khi đã xử lý sinh học

Trong quá trình xử nước thải ở các công 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 gây ảnh hưởng xấu đến môi trường

1 Xử lý nước thải bằng các phương pháp cơ học

Xử lý cơ học là nhằm loại bỏ các tạp chất không hòa tan chứa trong nước thải Xử lý cơ họa nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo Các công trình xử lý: song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, bể lọc các loại

 Song chắn rác, lưới chắn rác làm nhiệm vụ giữ lại các chất bẩn kích thước lớn có nguồn gốc hữu cơ

 Bể lắng cát nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ, chủ yếu là cát có trong nước thải

 Bể lắng làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi chứa trong nước thải Để xử lý nước thải của một vài dạng công nghiệp, sử dụng một số công trình đặc biệt như: bể vớt mỡ, bể vớt dầu,… Khi cần xử lý nước thải

Phương pháp này được ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp Các phương pháp xử lý hóa học và hóa – lý bao gồm: trung hòa – kết tủa cặn, oxy hóa khử, keo tụ bằng phèn nhôm, phèn sắt, tuyển nổi và hấp phụ…

3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Cơ sở của phương sinh học nước thải là dựa vào khả năng oxy hóa các liên kết hữu cơ dạng hòa tan và không hòa tan của vi sinh vật -chúng sử dụng các liên kết đó như là nguồn thức ăn

Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên gồm có: Hồ sinh vật; hệ thống xử lý bằng thực vật nước (lục bình, lau, rong tảo…); cánh đồng tưới; cánh đồng lọc; đất ngập nước

Các công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo gồm có: Bể lọc sinh học các loại; quá trình bùn hoạt tính (aerotank); lọc sinh học tiếp xúc dạng trống quay (RBC); hồ sinh học thổi khí; mương oxy hóa,…

4 Xử lý nước thải mức độ cao (xử lý bổ sung)

Xử lý nước thải ở mức độ cao được ứng dụng trong các trường hợp yêu cầu giảm thấp nồng độ bẩn (theo chất lơ lững, BOD, COD, nitơ, photpho, và các chất khác…) sau khi đã xử lý sinh học, trước khi xả vào nguồn nước Nước thải sau khi xử lý ở mức độ cao có thể ứng dụng lại trong các quá trình công nghệ của nhà máy và do đó giảm được lượng nước thải xả vào nguồn nước, giảm nhu cầu

sử dụng nước cho sản xuất

Các phương pháp xử lý gồm có: Lọc, tuyển nổi, keo tụ, hấp phụ bằng than hoạt tính, phương pháp sinh học (quá trình nitrat hóa và khử nitrat), trao đổi ion, phương pháp hóa học (dùng vôi, sunfat nhôm, sufat sắt)

6 Xử lý cặn của nước thải

Nhiệm vụ của xử lý cặn là: Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn; ổn định cặn; khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau

Tất cả các loại cặn có thể có ở các công trình xử lý gần như được dẫn đến

bể mêtan Cặn ra khỏi bể mêtan có độ ẩm 96% đến 97% Để giảm thể tích cặn và làm ráo nước có thể ứng dụng các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên như: sân phơi bùn, hồ chứa bùn, hoặc trong điều kiện nhân tạo: thiết bị lọc chân không, thiết bị lọc ép, thiết bị ly tâm cặn… Độ ẩm của cặn sau xử lý đạt 55% đến 75%

Để tiếp tục làm giảm thể tích cặn có thể thực hiện sấy bằng nhiệt với nhiều dạng thiết bị khác nhau: thiết bị sấy dạng khí nén, băng tải… Sau khi sấy, độ ẩm còn 25% đến 30% và cặn ở dạng hạt dễ dàng vận chuyển

Đối với các trạm xử lý nước thải công suất nhỏ, việc xử lý cặn có thể tiến hành đơn giản hơn: nén và sau đó làm ráo nước ở sân phơi cặn trên nền cát

Chương 3: Lựa chọn quá trình công nghệ xử lý nước t hải

I Cơ sở lựa chọn các phương án xử lý

1 Cơ sở lựa chọn bể tuyển nổi:

Trong nước thải ngành sản xuất kem, các hạt cặn lơ lững và các hạt chất lỏng (dầu, mỡ) có hàm lượng cao Nếu không được xử lý, ngoài ảnh hưởng đến

nguồn tiếp nhận, thì lượng dầu mỡ trong nước thải sẽ gây ức chế các quá trình

hoạt động của vi sinh vật, làm giảm hiệu quả quá trình xử lý ở bể sinh học

Thiết bị tuyển nổi dùng để tách cặn hoặc dầu mỡ ra khỏi nước Đặc điễm nước thải sản xuất kem có nhiều cặn nhẹ (hữu cơ) khó lắng; và ưu điểm của

phương pháp tuyển nổi so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhẹ, lắng chậm đồng thời giảm thời gian lắng và dung tích bể

Theo kết quả thực nghiệm cho mô hình tuyển nổi không tuần hoàn (theo tài liệu XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ CÔNG NGHIỆP – TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH – LÂM MINH TRIẾT, NGUYỄN THANH HÙNG, NGUYỄN PHƯỚC DÂN) thì:

Hiệu quả khử cặn lơ lững là 90%

2 Cơ sở lựa chọn xử lý kỵ khí UASB

Đặc điểm của nước thải sản xuất kem có nồng độ chất hữu cơ dễ phân hủy rất cao

Nguyên lý của phương pháp xử lý kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ

có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo sản phẩm cuối cùng là khí

CH4 và CO2 (trường hợp nước thải không chứa NO3- và SO42-)

So sánh giữa UASB và các công nghệ xử lý kỵ khí khác

Trong phương pháp xử lý kỵ khí có các công nghệ như: hồ sinh họa kỵ khí, lọc sinh học kỵ khí, bể với lớp vật liệu trương nở, bể với lớp bùn lơ lững

dòng hướng lên UASB… đều đạt hiệu quả khá cao Mỗi thiết bị có những ưu

nhược điểm riêng của nó

Bảng III.1: So sánh giữa các phương pháp xử lý kỵ khí

- Hầu như không đòi hỏi quản

lý thường xuyên, bảo trì, vận hành đơn giản

- Cần có một diện tích rất lớn

- Gây mùi thối rất khó chịu

- Không thu hồi được khí sinh học sinh ra

Phân hủy kỵ khí

xáo trộn hoàn

toàn

- Thích hợp nước thải có hàm lượng SS cao

- Đảm bảo tính chất nước thải

-Tải trọng thấp -Thể tích thiết bị lớn để đạt SRT cần thiết

(vật chất, PH, nhiệt độ) đồng đều trong thiết bị -Sự xáo trộn trở nên khó khi hàm lượng SS quá lớn

Tiếp xúc kỵ khí Thích hợp với nước thải có

hàm lượng SS từ trung bình đến cao

-Tải trọng trung bình -Vận hành tương đối phức tạp

Lọc kỵ khí - Vận hành tương đối đơn giản

- Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao

-Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS cao -Dễ bị bít kín

UASB - Vốn đầu tư và chi phí vận

- Có thể đạt được tải trọng rất cao

-Không phù hợp với loại nước thải có hàm lương SS cao

Những năm gần đây UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ khác do nguyên lý quá trình được xem là thuận tiện và đơn giản nhất Mặt khác

UASB được quan tâm hơn cả là vì đối với nước thải khoai mì:

- UASB có khả năng xử lý nước thải hữu cơ với tải trọng cao, nhưng

ít tốn năng lượng Hiệu quả xử lý cao từ 60 – 90 % theo COD

- Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích

3 Cơ sở lựa chọn xử lý hiếu khí aerotank

Sau khi xử lý kỵ khí, nước thải được tiếp tục xử lý sinh học hiếu khí (nồng

độ BOD/COD = 0,87) Trong xử lý hiếu khí có nhiều công trình khác nhau Chọn quá trình xử lý sục khí trong bể Aerotank hoặc quá trình xử lý hiếu khí trong bể

Biophin

So sánh về mặt kỹ thuật bể Aerotank và bể Biophin

Bể Aerotank (phương án 1) Bể Biophin (phương án 2)

- Quản lý đơn giản

- Khó khống chế các thông số vận hành

- Cần có thời gian nuôi cấy vi sinh vật, hình thành màng vi sinh vật

- Cấu tạo phức tạp hơn

- Cấu tạo đơn giản hơn

- Không tốn vật liệu lọc

- Cần phải cấp không khí thường

xuyên cho vi sinh vật hoạt động

- Phải hoàn lưu bùn ngược lại bể

- Không cần hoàn lưu bùn ngược lại

bể Biophin

- Đối với vùng khí hậu nóng ẩm, về mùa hè nhiều loại ấu trùng nhỏ có thể xâm nhập và phá hoại trong bể Ruồi, muỗi sinh sôi gây ảnh hưởng đến công trình và môi trường sống xung quanh

- Hiệu quả xử lý COD, BOD , SS không bằng bể Aerotank

Một cách tổng quát, thì cả hai phương án trên đều là những mô hình xử lý nước thải đang được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam Hai phương án đều có thể quản lý và vận hành dễ dàng trong điều kiện của nước ta Đối với dây chuyền xử

lý nước thải sử dụng bể Aerotank thì ta chú ý đến liều lượng bùn, lưu lượng khí

….Còn đối với dây chuyền xử lý nước thải sử dụng bể Biophin thì ta chú ý đến khả năng xử lý của lớp vật liệu lọc, vê sinh và thay thế lớp vật liệu lọc

So sánh về diện tích xây dựng: diện tích xây dựng bể Aerotank tương đối

nhỏ hơn diện tích xây dựng bể Biophin Thi công dễ

Điều kiện quản lý, vận hành và sửa chữa bể Aerotank dễ hơn bể lọc sinh học

Phương án 1 dễ dàng nâng công suất của trạm xử lý nước thải khi cần thiết

Như vậy: Sau khi phân tích và so sánh, thì ta chọn phương án 1

II Quy trình xử lý nước thải

1 Phương án 1:

Hình III.1: Qui trình xử lý nước thải 1

Bùn dư

Bùn tu n ầ hoàn

B nén ể bùn

Máy ép bùn

Hình III.2: Qui trình xử lý nước thải 2

Bùn dư

B nén ể bùn

Máy ép bùn

3 Thuyết minh qui trình công nghệ 1 và giới thiệu các công trình xử lý

Toàn bộ nước thải từ các công đoạn sản xuất, khu sinh hoạt của công nhân, nhà vệ sinh sẽ được tập trung đến trạm xử lý

Nước thải qua song chắn rác để loại bỏ các tạp chất thô có kích thước to

như bao nilong, giấy, vải vụn…vào ngăn tiếp nhận Các tạp chất này có thể gây ra

sự cố trong quá rình vận hành hệ thống như làm hư hỏng bơm tắc nghẽn đường ống mương dẫn Công nhân thường xuyên lấy rác bằng kẹp gắp hay cào tay

Từ ngăn tiếp nhận nước thải được bơm vào bể tuyển nổi khí hòa tan

- Tại bể tuyển nổi cặn nhẹ khó lắng,dầu, mỡ được tách ra khỏi nước Quá trình tách cặn, dầu, mỡ xảy ra khi hòa tan vào nước những bọt khí nhỏ, các bọt này bám vào các hạt cặn làm cho tỷ trọng của tổ hợp cặn khí giảm, và lực đẩy nổi đủ lớn đẩy hỗn hợp cặn, khí nổi lên mặt nước

và được gạt ra ngoài

- Quá trình tuyển nổi phụ thuộc rất nhiều vào loại hạt bề mặt lơ lững, vì vậy thí nghiệm qui mô phòng thí nhiệm và qui mô vừa (pilot scale) cần được xây dựng để tìm các thông số thiết kế hợp lý Yếu tố cần quan tâm trong thiết kế công trình tuyển nỗi bao gồm: hàm lượng chất lơ lững, lượng khí sử dụng, vận tốc nổi của hạt và tải trọng chất rắn

- Trong tuyển nổi khí hòa tan, không khí hòa tan trong nước thải ở

áp suất vài atmosphere (275 – 350 kPa), sau đó áp suất giảm xuống áp suất khí quyển, khí hòa tan tách ra khỏi nước thành những bọt khí mịn Hiệu quả của quá trình tuyển nổi này phụ thuộc vào tỉ số thể tích khí trên khối lượng chất rắn (A/S) Tỉ số này phụ thuộc nhiều vào loại chất

lơ lững, và phải được xác định bằng thực nghiệm

Nước thải từ bể tuyển nổi chảy sang bể điều hòa

- Lưu lượng và chất lượng nước thải thường xuyên dao động theo các giờ trong ngày Khi hệ số không điều hòa K ≥ 1,4 thì xây dựng bể điều hòa để các công trình xử lý làm việc với lưu lượng đều trong ngày

sẽ kinh tế hơn Có 2 loại bể điều hòa:

+ Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng nằm trực tiếp trên đường chuyển động của dòng chảy

+ Bể điều hòa lưu lượng là chủ yếu, có thể nằm trực tiếp trên đường vận chuyển của dòng chảy hoặc nằm ngoài đường đi của dòng chảy

- Tùy theo điều kiện đất đai và chất lượng nước thải, khi mạng cống thu gom là mạng cống chung thì ta thường áp dụng bể điều hòa lưu lượng để tích trữ được lượng nước sau cơn mưa Ơ các mạng thu gom

là hệ thống cống riêng và ở những nơi có chất lượng nước thay đổi nhiều, ta thường áp dụng bể điều hòa cả lưu lượng và chất lượng Bể điều hòa thường đặt trước bể lắng đợt I

- Để đảm bảo chức năng điều hòa lưu lượng và chất lượng nước thải, ta cần bố trí trong bể hệ thống thiết bị khuấy trộn để điều hòa nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ thể tích nước thải có trong bể, ngăn ngừa cặn lắng, pha loãng nồng độ các chất độc hại nếu có, tạo điều kiện thuận lợi cho các công trình xử lý sinh học kế tiếp Trong bể cũng

có thể bố trí thêm các thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi

- Khi có yêu cầu về điều chỉnh độ PH của nước thải, ta có thể bố trí thêm một khoang trung hòa ở trong bể điều hòa hoặc xây thành một bể trung hòa riêng nằm ngay phía sau bể điều hòa

Bể UASB

Nhờ vào sự hoạt dộng phân hủy của các vi sinh vật kị khí biến đổi chất hữu cơ thành các dạng khí sinh học Chính các chất hữu cơ tồn tại trong nước thải là các chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật

Sự phát triển của vi sinh vật trong bể thường qua 3 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Nhóm vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải thủy phân các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như Monosacarit, amino axit để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động

- Giai đoạn 2 : Nhóm vi khuẩn tạo men axít biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các axít hữu cơ thường là axít acetic, nhóm vi khuẩn yếm khí tạo axít là nhóm vi khuẩn axit focmo

- Giai đoạn 3: Nhóm vi khuẩn tạo mêtan chuyển hóa hydro và axit acetic thành khí mêtan và cacbonic Nhóm vi khuẩn này gọi là Mêtan Focmo Vai trò quan trọng của nhóm vi khuẩn mêtanfocmo là tiêu thụ hydro và axit acetic, chúng tăng trưởng rấtchậm và quá trình xử lý yếm khí chất thải được thực hiện khi khí mêtan và cacbonic thoát ra khỏi hỗn hợp

Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ pH… Các yếu tố sinh vật như : số lượng và khả năng hoạt động phân hủy của quần thể vi sinh vật có trong bể Hiệu quả xử lý theo COD từ 60 ÷ 80 %

Bể Aerotank

Tại bể AEROTANK ,các chất hữu cơ còn lại sẽ được tiếp tục phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí Trong điều kiện hiếu khí ,phản ứng oxi hóa có thể biểu diễn như sau :

CXHYOZN + (x +

4

y

- 3

z

- 4

3 )O2 VSV→ x CO2 +

Nếu quá trình oxi hóa kéo dài thì sau khi sử dụng heat những chất hữu cơ sẵn có là quá trình oxi hóa các tế bào vi sinh

Quá trình oxi hóa trong bể AEROTANK xảy ra qua 3 giai đoạn :Giai đoạn 1: Tốc độ oxy hóa xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxi

Giai đoạn 2 : Bùn họat tính khôi phục khả năng oxi hóa ,đồng thời oxi hóa những chất hữu cơ còn lại Ở giai đoạn này , tốc độ oxy hóa cũng xác định bằng tốc độ tiêu thụ oxi nhưng nhỏ hơn giai đoạn 1 ( tốc độ oxy hóa giai đoạn 2 bằng 1/3 tốc độ oxy hóa giai đoạn 1 ).

Giai đoạn 3 : giai đoạn nitrô hóa các amon Xảy ra sau một thời gian dài , tốc độ oxy hóa cầm chừng

Bùn hoạt tính là loại bùn xốp có chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và đảm bảo cho oxi dùng cho các quá trình oxi hóa các chất hữu

cơ thì phải luôn luôn duy trì việc cung cấp khí Số lượng quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần chất thải ,hàm lượng các chất thải,lượng oxy hòa tan,chế độ thủy động học của bể.Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tíhh dao động trong khoảng 108 : 10 12 khuẩn lạc/mg

MLSS Phần lớn ,chúng thuộc các chủng sau :Pseudomonas ,Achromobacteria ,Alkligches ,Bacillus ,Micrococcus ,Flavobacrerium.Trong bùn hoạt tính luôn có mặt của các vi khuẩn nitrit :Nitrosomonas và nitrobacter Vi khuẩn nitrat

Sphacrotilus và cladothric

Hiệu quả xử lý của bể tốc độ AEROTANK đạt từ 75% : 95% và phụ thuộc các yếu tố như nhiệt độ ,pH ,nồng độ oxy ,lượng bùn… nước thể sau khi qua bể AEROTANK các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học bị loại hoàn toàn

Bể lắng ly tâm

Sau khi qua bể Aerotank, hầu hết các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải

bị loại hoàn toàn Tuy nhiên, nồng độ bùn hoạt tính có trong nước thải là rất lớn,

do vậy bùn hoạt tính và các chất rắn lơ lửng sẽ được tách ở bể lắng đợt II

Bể chứa bùn

Bùn từ đáy bể lắng li tâm được đưa vào hố thu bùn có hai ngăn, một phần bùn trong bể sẽ được bơm tuần hoàn lại bể Aerotank nhằm duy trì nồng độ bùn hoạt tính trong bể, phần bùn dư được đưa vào máy ép bùn băng tải

Bể nén bùn

Tại đây bùn dư từ bể thu bùn được nén bằng trọng lực nhằm để giảm thể tích bùn Bùn hoạt tính ở bể lắng II có độ ẩm cao 99 ÷99.3%, vì vậy cần thực hiện nén bùn ở bể nén bùn để giảm độ ẩm còn khoảng 95÷97%

Bể thu nước dư

Thu gom nuớc xả rứa từ máy ép bùn

Máy ép bùn băng tải

Cặn sau khi qua bể nén bùn có nồng độ từ 3 ÷ 8% cần đưa qua thiết bị làm khô cặn để giảm độ ẩm xuống 70 ÷ 80% tức là tăng nồng độ cặn khô từ 20 ÷ 30% với mục đích:

- Giảm khối lượng vận chuyển ra bãi thải

- Cặn khô dễ đưa đi chôn lấp hay cải tạo đất có hiệu quả cao hơn cặn ướt

- Giảm thể tích nước có thể ngấm vào nước ngầm ở bãi chôn lấp…

Chương 4: Tính toán các công trình đơn vị xử lý nước thải

1 Bể tuyển nổi khí hòa tan

Khi vào bể tuyển nổi nước thải có nồng độ các thành phần SS, COD, BOD, dầu mỡ như sau:

Thông số thiết kế cho bể tuyển nổi khí hòa tan (mô hình tuyển nổi không tuần

hoàn ) (theo tài liệu Xử Lý Nước Thải Đô Thị và Công Nghiệp – Tính Toán Thiết

Kế Công Trình của Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân)

• Tỉ số khí /chất rắn : A/S = 0,03 mg khí/mg chất rắn đạt hiệu quả tối ưu

- Ap suất yêu cầu cho cột áp lực tính theo công thức sau

a

a

S

P f s S

A = 1 , 3 ( − 1 )

450

)1.5,0.(

4,16.3,103,

P = 3,27 atm = 320,5 kPa = 32,7 mH2O

Trong đó:

A/S: tỉ số khí /chất rắn, mL khí/mg chất rắn (cho phép 0,03 – 0,05) f: phần khí hòa tan ở áp suất P, thông thường f = 0,5

P: áp suất tuyệt đối khi nước được bão hòa không khí, at (cho phép

694,0.4

.4

500

m L

Q A

A

tb y

Giả sử chiều dài vùng phân phối vào lvào = 0,8 mGiả sử vùng thu nước lthu = 0,8 m

- Giả sử thời gian lưu nước cần thiết để điều hòa lưu lượng là t = 6 giờ

- Lưu lượng giờ trung bình, Qhtb = 20,83 m3/h

- Thể tích hữu ích, V = Q.t = 20,83 x 6 = 125 m3

- Chọn chiều sâu hữu ích, h’ = 4,0 m

Chọn chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m

- Chiều cao tổng cộng H = h’ + hbv = 4,5 m

- Mặt bằng hình chữ nhật

Dài, B = 6 mRộng, L = V/D.H = 125/4,5 x 6,0 = 4,7 m

- Khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí

Lượng khí nén cần cho khuấy trộn, Lk = Qhtb x a

Qhtb = 20,83 m3/h

a: lưu lượng không khí cấp cho bể điều hòa,

a = 3,74 m3khí/m3nước thải (theo tài liệu Xử Lý Nước Thải Đô Thị và Công Nghiệp – Tính Toán Thiết Kế Công Trình của Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân)

Lk = 20,83 x 3,74 = 78 m3/h

- Chọn hệ thống cấp khí bằng nhựa PVC có đục lỗ

- Đặt 4 ống dọc theo bề rộng của bể, các ống cách nhau 1,4m

- Lưu lượng khí trong mỗi ống là:

)/(5,194

784

3600

15,1944

ng o

ng o ng

Chọn ống φ = 25 mm

- Đường kính các lổ 2 – 5 mm

Chọn d lỗ = 3 mm Vận tốc khí qua lỗ, chọn v lỗ =15 m/s (cho phép từ 5 – 20 m/s)

Lưu lượng khí qua 1 lỗ

38151,036004

003,0154

2 2

~ˆ

~ ˆ

~

o l o l

d v

Số lỗ trên 1 ống

o l q

q N

o l

ng

ˆ5138151,0

5,19

517,

= N

3 Bể UASB

Khi đi qua các công trình xử lý trước thì hàm lượng COD giảm từ 20 ÷ 40

% Chọn hiệu quả xử lý của các công trình phía trước là 30 % thì hàm lượng COD đầu vào của bể UASB là:

CODv= 4400 × (1 – 0,3 )=1032 (mgCOD/l)

Trong bể UASB để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý yếm khí phải duy trì được tình trạng cân bằng thì giá trị pH của hỗn hợp nước thải từ 6,6 ÷ 7,6

(phải duy trì độ kiềm đủ khoảng 1000 ÷ 1500 mg/l để ngăn cản pH xuống dưới mức 6,2) và phải có tỉ lệ chất dinh dưỡng Nitơ, Photpho theo COD là COD : N :

P = 350 : 5 : 1

Lượng N, P cần thiết phải cho vào nước thải trước khi vào bể UASB:Trước khi nước thải vào bể UASB ta có thể không thêm vào các chất dinh dưỡng N, P trên đường ống Để tạo điều kiện tốt cho hoạt động phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí mêtan giá trị pH trong bể xử lý phải thích hợp: 6,8 ÷ 7,5

Do đó trước khi nước thải vào bể UASB ta tiến hành bổ sung NaOH để duy trì giá trị pH = 7

Yêu cầu nước thải trước khi vào công trình xử lý yếm khí tiếp theo chỉ tiêu COD cần đạt là 350 mg/l

a Kích thước bể

Hiệu suất xử lý của UASB:

%66

%1001032

Chọn L = 3 kg COD/m3.ngàyThể tích xử lý yếm khí cần thiết:

3

.COD/mkg

3

COD/ngkg

341

m ng

2

3

042,26h/ng24m/h 0,8

/ngm500

m v

Vậy kích thước tiết diện bể: L × B = 7 m × 4 m

Chiều cao phần xử lý yếm khí:

m m

m F

V

)47(

Chọn chiều cao bảo vệ H3 = 0,3 m

⇒Chiều cao tổng thể của bể Hbể