Đồ án môn học thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa NHÀ máy sữa THỐNG NHẤT q THỦ đức – TP hồ CHÍ MINH

Bên cạnh đó, các nhà máy chế biến sữa thường nằm gần hoặc trong khu vực dân cư,chưa có hệ thống xử lý nước thải sản xuất do đó nước thải sản xuất chưa qua xử lý đượctrộn lẫn với nước thả

VIỆN KHCN & QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬLÝ NƯỚC THẢI CHO NHÀ MÁY CHẾ BIẾN SỮA VÀCÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA - NHÀ MÁY

SỮA THỐNG NHẤT- Q.THỦ ĐỨC – TP.HỒ CHÍ MINH

GVHD : Th.s Trần Thị Ngọc Diệu SVTH : Hoàng Thị Tình Triệu Thị Mai Thục.

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2013

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC VIẾT TẮT I CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 8

1 Đặt vấn đề 8

2 Mục tiêu 9

3 Nội dung của đồ án 9

4 Phương pháp thực hiện 10

II CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SỮA 11

1 Tổng quan về ngành sữa 11

2 Các nguyên liệu sản xuất sữa và sản phẩm từ sữa 12

3 Qui trình sản xuất của các sản phẩm từ sữa 13

4 Thuyết minh các qui trình 18

5 Đặc trưng nguồn nước thải của nhà máy sữa 19

6 Đặc tính nước thải 20

III CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SỮA 21

1 Phương pháp xử lý cơ học 21

2 Phương pháp hóa lý 25

3 Phương pháp hoá học 28

4 Phương pháp sinh học 29

5 Các phương pháp xử lý bùn cặn 34

IV CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 36

1 Các thông số của nước thải : 36

2 Các phương án đề xuất 37

3 Thuyết minh công nghệ 39

V CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN 42

1 Phương án 1: 42

2 Phương án 2: 80

VI CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN KINH TẾ 89

1 Phương án 1 89

2 Phương án 2 91

VII TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 Các thông số đầu vào của nước thải nhà máy Sữa Thống Nhất 35

Bảng 5.1: Thông số thiết kế mương và song chắn rác 43

Bảng 5.2:Các thông số của bể tuyển nổi 46

Bảng 5.3 Các thông số thiết kế của bể điều hòa 47

Bảng 5.4:Các thông số của lưu lượng trung bình 47

Bảng 5.5: Các thông số thiết kế bể lắng I 50

Bảng 5.6: Các thông số thiết kế bể UASB 55

Bảng 5.7: Các thông số đầu vào và đầu ra của bể aerotank 55

Bảng 5.8: các thông số bể aerotank 56

Bảng 5.9 Công suất hoà tan khí oxy vào nước của thiết bị bọt khí mịn 61

Bảng 5.10: Tổng hợp tính toán bể Aerotank 65

Bảng 5.11 Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng li tâm 67

Bảng 5.12: Tổng hợp tính toán bể lắng II 73

Bảng 5.13 Tính chất của bùn dư 74

Bảng 5.14 Các thông số thiết kế bể nén bùn 76

Hình 5.15 Các thông số thiết kế bể tiếp xúc 78

Hình 5.16 Các thông số thiết kế bể SBR 84

Hình 5.17 Các thông số thiết kế bể nén bùn 87

Hình 6.1 Chi phí xây dựng các công trình (phương án 1) 88

Hình 6.2 Chi phí thiết bị (phương án 1) 88

Hình 6.3 Chí phí xây dựng các công trình (phương án 2) 90

Hình 6.4 Chi phí thiết bị (phương án 2) 91

DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ chung sản xuất sữa 12

Hình 2.2 Công đoạn chung chuẩn bị 13

Hình 2.3 Quy trình sản xuất chung 14

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ sữa chua uống 15

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ sữ chua tĩnh và động 16

Hình 2.6 Quy trình sản xuất phomat và bơ 17

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo song chắn rác 21

Hình 3.2: Bể lắng cát nước chảy thẳng 22

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bể lắng ngang 23

Hình 3.4: Sơ đồ bể lắng đứng 23

Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo bể lắng ly tâm 24

Hình 3.6: Hệ thống tuyển nổi bằng khí hòa tan 28

Hình 3.7: Bể khử trùng bằng ozon 27

Hình 3.8 Bể Aerotank 32

Hình 3.9: Bể UASB 34

Hình 4.1 Phương án đề xuất 1 36

Hình 4.2 Phương án đề xuất 2 37

Hình 5.1: Cấu tạo song chắn rác 41

Hình 5.2: Hệ thống tuyển nổi bằng khí hịa tan 44

Hình 5.3: Sơ đồ cấu tạo bể lắng ly tâm 67

Hình 5.4 Sơ đồ máy ép bùn 77

DANH MỤC VIẾT TẮT

COD: Chemical Oxygen Demand BOD: Biological Oxygen Demand

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor SBR: Sludge Blanket Reactor

KCS: quản lý chất lượng nguyên liệu đầu vào

I CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

 Sữa là nguồn dinh dưỡng có giá trị, phù hợp với mọi lứa tuổi, đặc biệt là trẻ em,người lớn tuổi và phụ nữ mang thai Sữa cung cấp nhiều chất bổ dưỡng và năng lượngcần thiết cho quá trình hoạt động của cơ thể Ngày nay, khi mức sống ngày được nângcao thì các sản phẩm sữa càng được sử dụng rộng rãi

 Chương trình phát triển sữa còn gắn với các chương trình dinh dưỡng học đường,chương trình chống suy dinh dưỡng, cải thiện chiều cao của người Việt Nam.Như một

hệ quả tất yếu, khi có điều kiện khai thác nguyên liệu tại chỗ, ngành công nghiệp chếbiến sữa của Việt Nam sẽ có đủ các điều kiện thuận lợi để phát triển Tuy nhiên, bêncạnh những đóng góp về mặt kinh tế, những sản phẩm dinh dưỡng cần thiết cho cuộcsống của con người, công nghiệp chế biến sữa cũng tạo ra nhiều chất thải góp phần làm

ô nhiễm môi trường tự nhiên Nhiều nhà máy không chú trọng và đầu tư cho hệ thống xử

lý nước thải đã gây ra ô nhiễm môi trường trầm trọng cho những khu vực xung quanh

 Sữa nguyên chất có thành phần dinh dưỡng cao Nó chứa nhiều nước và giàu muốikhoáng, protein (chủ yếu là cazein), mỡ bơ, đường (đặc biệt là lactoza) và các vitamin

 Do thiếu nguồn nguyên liệu tại chỗ nên các nhà máy chế biến sữa ở nước ta chủ yếuxuất phát với nguồn nguyên liệu là dạng sữa thành phẩm nhập ngoại, không sản xuất cácloại sản phẩm có nước thải ô nhiễm cao như: phó-mát, bơ, dịch sữa, ….Vì vậy hàm

lượng COD, BOD5 trong nước thải chế biến sữa ở nước ta nói chung tương đối thấp, lưulượng và thành phần nước thải ít thay đổi theo mùa.

Tuy nhiên do trang thiết bị công nghệ, trình độ sản xuất còn kém nên mức độ tiêu haonguyên liệu cao làm gia tăng ô nhiễm bởi các sản phẩm hỏng hoặc thất thoát nguyên liệutrong quá trình sản xuất

Bên cạnh đó, các nhà máy chế biến sữa thường nằm gần hoặc trong khu vực dân cư,chưa có hệ thống xử lý nước thải sản xuất do đó nước thải sản xuất chưa qua xử lý đượctrộn lẫn với nước thải sinh hoạt trước khi đi vào hệ thống cống thoát chung Điều nàygây ô nhiễm môi trường cho các khu vực xung quanh

2 Mục tiêu

Trước tình hình ngành sữa nước ta đang phát triển mạnh dẫn đến nước thải sữa ngàycàng gia tăng nhanh chóng, có khả năng gây nhiều tác hại đến con người và môi trườngtrong một tương lai gần Trên cơ sở thu thập số liệu, kết hợp với các tài liệu có sẵn, đồ

án nghiên cứu tính toán thiết kế hệ hệ thống xử lý nước thải sữa công suất 900 m3/ngàynhằm góp phần bảo vệ môi trường

3 Nội dung của đồ án

 Thu thập những số liệu sẵn về sơ đồ chế biến sữa cùng với quy trình xử lýnước thải sữa, thành phần nguy hại của nước thải sữa, tình hình ngành sữa trong vàngoài nước

 Trình bày các phương pháp xử lí nước thải sữa và một số quy trình công nghệ

xử lí nước thải sữa

 Đề xuất và lựa chọn quy trình công nghệ

 Tính toán các công trình đơn vị

 Bản vẽ các công trình đơn vị

4 Phương pháp thực hiện

a) Phương pháp nghiên cứu luận

Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằmứng dụng vào thực tiễn dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học Theo định nghĩa

này, cần phải có những nguyên tắc và phương pháp cụ thể, mà dựa theo đó các vấn đềđược giải quyết.

Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sữa là tính toán dựa trên nghiên cứu mốiquan hệ từ nguồn phát sinh nước thải sữa đến khâu xử lý cuối cùng.Từ đó đưa ra đượcquy trình công nghệ hiệu quả nhất phù hợp với lưu lượng, tính chất của nước thải sữacũng như vị trí địa lí và nguồn vốn đầu tư, vận hành

b) Phương pháp nghiên cứu cụ thể

(1) Phương pháp thu thập dữ liệu

Thu thập dữ liệu từthư viện trường Đại học Công Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh vàsách của các bạn trong nhóm, các luận văn, đồ án liên quan để có cách nhìn nhận kháchquan, toàn diện hơn

Do giới hạn về thời gian và phạm vi tìm hiểu, một phần nội dung của đồ án đượcthực hiện bằng cách thu thập số liệu trong các tài liệu nghiên cứu có liên quan đến việctính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nói chung và nước thải sữa nói riêng

(2) Phương pháp phân tích, đánh giá, tính toán thiết kế

Từ những dữ liệu thu thập được, cùng với tài liệu đọc trên sách, internet … chúng em

đã tìm hiểu các nguồn phát sinh nước thải từ nhà máy sữa và phân tích, đánh giá các quytrình xử lý để lựa chọn quy trình công nghệ thích hợp nhất, tính toán thiết kế các côngtrình đơn vị, dự tính chi phí cho hệ thống xử lý

(3) Phương pháp tổng hợp

Khi đã thu thập được những số liệu dựa trên phương pháp phân tích, đánh giá và kếthợp với những kiến thức chuyên ngành của mình, chúng em đã tổng hợp và đưa ranhững nhận xét, đánh giá khách quan, đề xuất và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nướcthải nhà máy sữa công suất 900m3/ngày thích hợp

II.CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SỮA

1 Tổng quan về ngành sữa

Chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa đã trải qua nhiều thời kì cùng với sự phát triểncủa khoa học kĩ thuật Các quốc gia ở khu vực châu Âu và châu Mỹ là những nhân tốquan trọng góp phần tác động đến sự thay đổi trong công nghệ chế biến sữa và các sảnphẩm từ sữa

Những loại sữa từ động vật đang được sử dụng trên thế giới gồm có: sữa dê, sữa bò,sữa cừu Mỗi loài động vật sẽ cho sữa với tính chất khác nhau, trong đó, phổ biến nhất ởViệt Nam là sữa bò Do vậy, trong suốt phần trình bày này chỉ đề cập tới nguyên liệu làsữa bò

Công nghiệp sản xuất và chế biến sữa đang phát triển không chỉ ở các nước châu Âu,châu Mỹ mà đang phát triển với tốc độ rất nhanh ở Việt Nam Do đó, việc xử lý nướcthải ngành sữa phải được quan tâm từ giai đoạn thiết kế nhà máy

Sữa và các sản phẩm từ sữa đã gần gũi hơn với người dân, nếu trước những năm 90chỉ có 1-2 nhà sản xuất, phân phối sữa, chủ yếu là sữa đặc và sữa bột (nhập ngoại), hiệnnay thị trường sữa Việt Nam đã có gần 20 hãng nội địa và rất nhiều doanh nghiệp phânphối sữa chia nhau một thị trường tiềm năng với 80 triệu dân

Về mức tiêu thụ sữa trung bình của Việt Nam hiện nay khoảng 7,8 kg/người/nămtức là đã tăng gấp 12 lần so với những năm đầu thập niên 90 Theo dự báo trong thờigian sắp tới mức tiêu thụ sữa sẽ tăng từ 15-20% ( tăng theo thu nhập bình quân) Sảnphẩm sữa là sản phẩm dinh dưỡng bổ sung ngoài các bữa ăn hàng ngày, với trẻ em,thanh thiếu niên và những người trung tuổi – sữa có tác dụng lớn hỗ trợ sức khỏe Trên

thị trường có rất nhiều loại bột ngũ cốc, đồ uống tăng cường sức khỏe… nhưng cácsản phẩm này về chất lượng và độ dinh dưỡng không hoàn toàn thay thế được sữa.

Nhà máy sữa Thống Nhất thuộc Tổng công ty Vinamilknằm trên đường Đặng Văn

Bi, thuộc Phường Trường Thọ, Quận Thủ Đức, Tp.HCM chuyên sản xuất sữa đặc cóđường, sữa tươi tiệt trùng, kem, sữa chua, sữa chua uống

2 Các nguyên liệu sản xuất sữa và sản phẩm từ sữa

Đường: Đường được dùng để hiệu chỉnh chất khô và vị ngọt của sản phẩm Một số loại

đường thường được sử dụng, như đường latose, đường saccaroze, đườngglucose,fructo… Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của đường là độ ẩm, hàm lượng saccaroze,

độ tro, độ màu…

Sữa và các sản phẩm từ sữa: Trong sản xuất kem, các loại sữa có thể được sử dụng

nhưsữa tươi, sữa đặc, sữa bột nguyên cream…chất béo từ sữa như cream, bơ, chấtbéokhan…

Dầu thực vật: Người ta có thể dùng dầu đậu nành, dầu dừa, dầu hướng dương hoặc dầu

cải để làm nguyên liệu sản xuất một số loại kem

Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của dầu thực vật: chỉ số acid, chỉ số peroxyc…Hàm lượng dầuthực vật có thể chiếm từ 6 – 10% khối lượng kem thành phẩm Dầu thực vật cũng đượcbảo quản trong những điều kiện phù hợp

Các chất ổn định: Các chất ổn định trong sản xuất kem là những hợp chất ưa

nước, thường có chứa protein hoặc carbonhydrate Mục đích là để quá trình lạnhđông nguyên liệu sản xuất kem, các tinh thể đá xuất hiện sẽ có kích thước nhỏ, nên kemđược đồng nhất

Các chất nhũ hóa: Chất nhũ hóa thường là những hợp chất có tính ưa nước và ưa béo

Trong sữa có chưa một số chất nhũ hóa, nhưlecithine, protein, phosphate… nhưng vớihàm lượng thấp

Lòng đỏ trứng gà cũng là một chất nhũ hóa thông dụng trong ngành sản xuất kem, nhưnggiá thành cao

Các chất tạo hương: Người ta sẽ dùng các chất có hương khác nhau như các loại hoa

quảtự nhiên, hạt khô (đậu phộng, hạt điều, nho khô, hạt socola…), mức quả,nước quả…vanilla, dâu, sầu riêng, socola…

Chất màu: Mục đích của chất màu là làm tăng màu sắc và vẻ hấp dẫn cho kem.Có 2

loại chất màu chính: chất màu tự nhiên và chất màu tổng hợp

Các chất khác: Để bảo quản chất lượng kem, người ta bổ sung thêm một số loại acid

hữu cơ như acid citric, acid tatric… để tạo độ chua cần thiết cho kem và ức chế sự pháttriển của một số loại vi sinh có trong kem thành phẩm

3 Qui trình sản xuất của các sản phẩm từ sữa

a) Sữa tươi uống

-Sữa tươi thanh trùng

-Sữa tươi tiệt trùng

-Sữa hoàn nguyên

Qui trình sản xuất chung

Nhận sữaKiểm tra chất lượngLàm lạnh bảo quảnGia nhiệt

Li tâm làm sạchTiêu chuẩn hóaĐồng hóaThanh trùngLàm lạnhRót chaiBảo quản

Hình 2.1 Sơ đồ chung sản xuất sữa

b) Sữa hộp

Khái niệm sữa hộp xuất phát từ việc bảo quản sữa vì sữa là sản phẩm giàu dinhdưỡng

nên cũng là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển

Theo qui trình sản xuất, người ta chia sữa hộp thành 2 nhóm: sữa cô đặc và sữa bột Công đoạn chung chuẩn bị nguyên liệu cho sữa hộp

Hình 2.2 Công đoạn chung chuẩn bị

Hình 2.3 Quy trình sản xuất chung

c) Sữa chua

Sữa chua yoghurt

- Yoghurt dạng tĩnh

- Yoghurt dạng động

- Sữa chua uống

Sơ đồ công nghệ sữa chua uống

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ sữa chua uống

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ sữ chua tĩnh và động

Hình 2.6 Quy trình sản xuất phomat và bơ

4 Thuyết minh các qui trình

 Tiêu chuẩn hóa

Mục đích: Trong phạm vi ở đây,khi nói đến tiêu chuẩn hóa sữa người ta chỉ đề cập tới 1

chỉtiêu đó là chất béo Cần điều chỉnh sao cho thành phẩm có hàm lượng béo như đãđịnh (ví dụnhư 3.2% hay 3.6% )

Có thể tiến hành tiêu chuẩn hóa sữa bằng 2 phương pháp: bằng máy ly tâm tiêu chuẩnhóa tựđộng hoặc bằng phối trộn Tốt nhất là làm bằng máy ly tâm-điều chỉnh tự độnglàm đồng thời 2 nhiệm vụ là tiêu chuẩn hóa sữa và ly tâm làm sạch

 Đồng hóa

Mục đích: Làm giảm kích thước các cầu mỡ, làm cho chúng phân bố đều chất béo trong

sữa, làm cho sữa được đồng nhất Đồng hóa có thể làm tăng độ nhớt của sữa lên chút ít

nhưng làm giảm đáng kể quá trình oxi hóa, làm tăng chất lượng của sữa và các sản phẩm

từ sữa Các sản phẩm sữa sau khi đồng nhất sẽ được cơ thể hấp thụ dễ dàng

 Phối trộn

Mục đích: Phối trộn đều các nguyên liệu sữa bột, nước, đường RE, chất ổn định,

chất nhũ hóa,…nhằm tạo ra sữa hoàn nguyên có thành phần các chất, tỷ trọng, độ nhớtnhư yêu cầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đồng hóa

 Tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature)

Mục đích: Quá trình tiệt trùng ở 138 -140 nhằm tiêu diệt toàn bộ các vi sinh vật có

mặt trong sữa, đồng thời góp phần loại bỏ những chất gây mùi khó chịu còn sót lại trongsữa Nhờvậy thời gian bảo quản được kéo dài, chất lượng sản phẩm ổn định

 Ủ chín (ageing)

Mục đích: Hydrate hóa các chất ổn định protein và kết tinh chất béo Ủ ở 2-5 trong

khoảng 4 giờ

 Lạnh đông

Mục đích: Thổi một lượng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thế tích của

chúng Lạnh đông một phần nước trong hỗn hợp tạo các tinh thể với kích thước rất nhỏ,đồn nhất và phân bố đều trong hỗn hợp

5 Đặc trưng nguồn nước thải của nhà máy sữa

Dựa vào qui trình công nghệ sản xuất,ta thấy nước thải của nhà máy chủ yếu bao gồm

a) Nước thải sản xuất:

 Nước rửa bồn, nước rửa chai, đóng chai…

 Nước súc rửa các sản phẩm dư bên trong hoặc trên bề mặt của tất cả các

 đường ống, bơm, bồn chứa, thiết bị công nghiệp…

 Nước thải từ nồi hơi, từ máy lạnh

 Dầu mỡ rò rỉ từ thiết bị và động cơ

 Khâu tiệt trùng và đóng hộp sữa: nước rửa có chứa sữa do hao hụt

 Nhà máy chế biến các sản phẩm từ sữa: dịch khử protein có chứa nhiều latose

 Nước thải từ nhà máy sản xuất phomai: loại nước này chứa lactose và protein

b) Nước thải sinh hoạt

Đặc tính nước thải trong nhà máy là hàm lượng hữu cơ cao, chủ yếu làđường,protein, acid béo và các chất có khả năng phân hủy sinh học

Tùy theo công nghệ sản xuất ra từng chủng loại sản phẩm sữa hay tùy theo công suất nhàmáy, xí nghiệp mà tính chất hóa lý của nước thải cũng rất khác nhau

6 Đặc tính nước thải

Một số tính chất quan trọng của loại nước thải này như sau:

 Tỉ lệ COD/BOD5trong sữa là 1.4 và trong huyết thanh là 1.9

 Lượng thải theo tổng nitơ Kjeldahl ( TKN ) từ 1-20g trong 100ml sữa

 BOD5 trong nước thải nói chung khoảng từ 700 -1600mg/L

 pH sau khi đồng nhất khoảng 7.5-8.8

LÝ NƯỚC THẢI SỮA

1 Phương pháp xử lý cơ học

a) Song chắn rác, lưới lọc

Song chắn rác làm bằng sắt tròn hoặc vuông đặt nghiêng theo dòng chảy 1 góc

60-75o nhằm giữ lại các vật thô Vận tốc dòng nước chảy qua thường lấy 0,8-1m/s để tránhlắng cát

Lưới lọc giữ lại các chất rắn nhỏ, mịn hơn đặt sau song chắn rác.Phải thường xuyêncào rác trên mặt lọc để tránh tắc dòng chảy

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo song chắn rác.

a: Theo mặt cắt đứng; b, c: Theo mặt bằng.

b) Lắng cát

Bể lắng cát có dạng là các loại bể, hố, giếng cho nước chảy vào theo nhiều cách khácnhau: theo tiếp tuyến, theo dòng ngang, theo dòng từ trên xuống và toả ra xung quanhdưới tác dụng của trọng lực cát nặng sẽ lắng xuống đáy

Hình 3.2: Bể lắng cát nước chảy thẳng

a Cào cát bằng thủ công; 1 Rãnh tháo cặn; 2 Giếng chứa nước tháo cặn

b Cào các bằng cơ giới; 1 Bằng cào; 2 Máy nâng

c) Các loại bể lắng

Dùng để xử lý các loại hạt lơ lửng Nguyên lý làm việc dựa trên cơ sở trọng lực Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn bể lắng là nồng độ chất lơ lửng và tính chấtvật lý của chúng, kích thước hạt, động học quá trình nén cặn, độ ẩm của cặn sau lắng vàtrọng lượng riêng của cặn khô

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng: lưu lượng nước thải, thời gian lắng ( khốilượng riêng và tải trọng tính theo chất rắn lơ lửng), tải trọng thủy lực, sự keo tụ các chấtrắn, vận tốc, dòng chảy trong bể, sự nén bùn đặc, nhiệt độ nước thải và kích thước bểlắng

Các dạng bể lắng:

Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo bể lắng ly tâm

1 Ống dẫn nước vào; 2 Ống dẫn nước ra; 3.Ống xả cặn; 4 Ống xả chất nổi; 5 Tấmchắn hướng dòng; 6 Hành lang công tác; 7 Lan can sắt; 8 Bộ phận truyền động;9 Hệthống gạt bùn; 10.Hố tạp trung cặn; 11 Thanh lien kết truyền động; 12 Tấm gạt chấtnổi; 13 Máng thu chất nổi; 14 Máng vòng thu nuớc sau lắng

Vật liệu lọc dạng hạt là cát, thạch anh, than gầy, than cốc, sỏi, đá nghiền .Đặc tínhquan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặt riêng.Quá trình lọc có thể xảy ra dưới tácdụng của áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách vật liệu lọchoặc chân không sau lớp lọc.

Các loại thiết bị lọc: Lọc chậm, lọc nhanh, lọc kín, lọc hở Ngoài ra còn có lọc épkhung bản, lọc quay chân không, các máy vi lọc hiện đại

2 Phương pháp hóa lý

Dùng để xử lý nước thải có nhiều chất lơ lửng, chất độc hại, độ màu cao và là tiền đềcho xử lý sinh học phía sau

Ưu điểm:

 Có thể áp dụng khi nước nguồn dao động;

 Hiệu quả cao hơn lắng sơ bộ;

- Keo háo nước (Hidrophilic): Kết hợp với các phân tử nước tạo thành vỏ bọchydrat các hạt keo riêng biệt mang điện tích bé và dưới tác dụng của các chất điện phânkhông bị keo tụ

 Quá trình keo tụ xảy ra theo hai giai đoạn

- Chất keo tụ thủy phân khi cho vào nước, hình thành dung dịch keo và ngưngtụ

- Trung hoà, hấp phụ, lọc, các tạp chất trong nước

 Kết quả là hình thành các hạt lớn và lắng xuống.

 Các loại hoá chất keo tụ

- Phèn nhôm Al2( SO4)3

Cần có độ kiềm trong nước để tạo bông hydroride

Al2( SO4)3.14H2O + 3 Ca(HCO3)2 2 Al(OH)3 +3 CaSO4 + 14 H2O + 6 CO2

Al3+ + 3 H2O = Al(OH)3 + 3 H+

pH tối ưu từ 4,5 đến 8 Một số thí nghiệm cho thấy từ 5,5 6,5

Nếu nồng độ kiềm trong nước thải quá thấp sẽ không đủ khử H+ sinh ra Có thể dùngNaOH, KOH, Na2CO3 , Ca(OH)2

- Phèn sắt ( Fe2SO4) Ferrous sulfate

- Phèn sắt Ferric chloride – FeCl3

2 FeCl3 + 3 Ca(HCO3)2 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

pH tối ưu từ 4 ÷12 Bông cặn tạo thành dày, ổn định nhanh

 Hoá chất trợ keo tụ

Dùng để tạo bông căn lớn, ổn định nhanh bảo đảm quá trình keo tụ đạt hiệu quả cao.Bản chất trợ keo tụ là liên kết các bông cặn được tạo thành trong quá trình keo tụ

 Các phương pháp keo tụ

- Làm giảm thế năng Zeta của hạt

- Keo tụ do chuyển động nhiệt

- Dùng để hấp phụ: Chất tẩy rửa, thuốc nhuộm, hợp chất chlorinated, dẫn xuấtphenol hoặc hydroxyl, hợp chất sinh mùi và vị, chất ô nhiễm vi lượng, kim loại nặng.

Trong xử lý nước thải người ta phân biệt các phương pháp tuyển nổi như sau:

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học

- Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén (qua các vòi phun, quacác tấm xốp)

- Tuyển nổi với tách không khí từ nước (tuyeển nổi chân không, tuyển nổikhông áp, tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí nước)

- Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa học

Hình 3.6: Hệ thống tuyển nổi bằng khí hòa tan

3 Phương pháp hoá học

 Trung hòa nước thải

Axit và bazơ cũng như nước thải có độ axit cao hay độ kiềm cao không được thải vào

hệ thống thoát và nguồn nước Trong các nhà máy cao su, nước thải từ sản suất mủ lytâm có độ pH dao động từ 5,5 – 6,5 nên cần thiết phải trung hoà để tạo pH tối ưu cho quátrình xử lý sinh học

Hoá chất dùng để trung hoà nước thải chứa axit là xút hoặc vôi

 Khử trùng nước thải

Sau xử lý sinh học, phần lớn các vi khuẩn trong nước thải đều bị tiêu diệt Khi xử lýcác công trình sinh học nhân tạo, số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5%, trong hồ sinhhọc còn 1 -2% Nhưng để tiêu diệt toàn bộ các vi khuẩn gây bệnh, ra cần dùng thêmnhững biện pháp khử trùng: Clo hóa, Ozon hóa, điện phân, tia cực tím,…

Phương pháp sinh học chia làm hai nhóm: Trong điều kiện tự nhiên và trong điềukiện nhân tạo

a) Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

Xử lý nước thải trong các ao hồ ổn định là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đãđược áp dụng từ thời xa xưa Cơ sở khoa học của phương pháp là dựa vào khả năng tựlàm sạch của nước, chủ yếu là vi sinh vật và các thủy sinh khác, các chất nhiễm bẩn bịphân hủy thành các chất khí và nước Như vậy, quá trình làm sạch không phải thuần nhất

là quá trình hiêu khí, mà còn có cả quá trình tùy tiện và kị khí

Phân loại hồ sinh học:

o Hồ hiếu khí

o Hồ kị khí

o Hồ tùy tiện

 Có khả năng loại được các chất hữu cơ, vô cơ tan trong nước.

 Hệ vi sinh vật chịu được nồng độ các chất kim lọai nặng tương đối cao (>30 mg/l)

 Nước sau xử lý thích hợp cho tưới tiêu phục vụ nông nghiệp

Yêu cầu khi xử lý bằng hồ thực vật:

 Đủ ánh sáng

 Đủ dinh dưỡng

 Nước thải không độc hại

 Thời gian lưu đủ dài

 Tải trọng hữu cơ không quá cao

 Không gian đủ lớn

b) Phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo

 Các phương pháp hiếu khí

 Bể phản ứng sinh học hiếu khí-aerotank: Quá trình chuyển hoá vật chất có

trong aerotank khi cho nước ô nhiễm hay nước thải vào hoàn toàn do hoạt động sống củanhiều loài vi sinh vật khác nhau Các vi sinh vật trong bể aerotank tồn tại ở dạng huyềnphù Các vi sinh vật trong bể aerotank có xu hướng lắng đọng xuống đáy, do đó việckhuấy trộn các dung dịch trong aerotank là điều rất cần thiết

Để cung cấp oxy cho aerotank người ta sử dụng những cách sau:

 Làm thoáng cơ học

 Thổi, nén khí với hệ thống cơ học

Một số bể aerotank tiêu biểu:

 Aerotank tải trọng thấp

 Aerotank tải trọng cao bậc một

 Aerotank tải trọng cao nhiều bậc

 Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn

 Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh

 Aerotank với hệ thống nhỏ giọt ( bể sinh học )

Hình 3.8 Bể Aerotank

 Mương oxi hóa: Là một dạng cải tiến củan Aerotank khuấy trộn hòan chỉnh

làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn họat tính chuyển động tuần hòan trongmương Nước thải có độ nhiễm bẩn BOD20 = 1000 – 3000 mg/l có thể đưa vào xử lý ởmương oxi hóa Mương có thể áp dụng để xử lý nước thải cao su sau giai đọan xử lý kịkhí

Ưu điểm:

 Hiệu quả xử lý BOD, nitơ, photpho cao

 Quản lý, vận hành đơn giản

Nhược điểm:

 Đòi hỏi diện tích lớn,

 Thời gian lưu nước dài,

 Lượng oxy cung cấp cho mương lớn, chi phí cao

 Các phương pháp kỵ khí

Dựa trên sự chuyển hoá vật chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy nhờ rất nhiềuloài vi sinh vật yếm khí tồn tại trong nước thải Sản phẩm của quá trình là CH4, CO2, N2,

H2S, NH3 trong đó CH4 chiếm nhiều nhất

 Phân hủy kị khí có thể chia làm 6 quá trình

o Thủy phân polyme: Thủy phân các protein, thủy phân polysaccorit,thủy phân chất béo

o Lên men các đường và aminoacid

o Phân hủy kị khí các axit béo mạch dài và rượu

o Phân hủy kị khí các axit béo dễ bay hơi ( ngoại trừ acidacetic)

o Hình thành khí metan và acidacetic

o Hình thành khí methane từ hy drogen và CO2

Các quá trình này có thể hợp thành 4 giai đoạn xảy ra đồng thời:

Dưới tác dụng của enzim do vi khuẩn tiết ra các phức chất và chất không tan chuyểnhoá thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hoà tan (như các aminoacid, acid béo)

Quá trình này xảy ra chậm.Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặctính dễ phân hủy của cơ chất.

 Acid hoá

Các vi khuẩn lên men chuyển hoá các chất hoà tan thành chất đơn giản như acid béo

dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2 , H2 , NH3 , H2S và sinh khối mới

 Acetic hoá

Vi khuẩn acetic chuyển hoá các sản phẩm của giai đoạn acid hoá thành acetat, H2,

CO2 và sinh khối mới

 Methanol hoá

Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kị khí acid acetic, H2, CO2, acid formic

và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

Bể UASB ( Upflow anaerobic sludge blanket)

Ưu điểm:

 Chi phí đầu tư, vận hành thấp

 Lượng hóa chất cần bổ sung ít

 Không đòi hỏi cấp khí, đỡ tốn năng lương

 Có thể thu hồi, tái sử dụng năng lượng tử biogas

 Lượng bùn sinh ra ít

 Cho phép vận hành với tải lương hữu cơ cao, giảm diện tích công trình

Nhược điểm:

 Giai đoạn khởi động kéo dài

 Dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động

 Bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại

 Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động hay bị sốc tải

Hình 3.9: Bể UASB

5 Các phương pháp xử lý bùn cặn

Rác từ những song chắn rác, lưới chắn rác có thể xử lý bằng hai cách:

 Thu gom hằng ngày và vận chuyển đến nơi chôn lấp hoặc của khu xử lý ráccủa thành phố

 Trong trường hợp xa khu xử lý của thành phố thì xí nghiệp nên có bãi xử lýriêng

Bùn cặn từ bể lắng một và hai: dùng để làm phân bón đất trồng và dùng để san lấp mặtbằng Khi sử dụng làm phân bón cần xử lý kim loại nặng đến mức cho phép

 Phương pháp trọng lực:

Dung dịch bùn được đưa vào tâm bể, cặn sẽ lắng theo trọng lực và người ta lấy cặn ra

từ đáy bể

Nước được lấy ra bằng máng xung quanh bể và đưa về khu xử lý

 Phương pháp tuyển nổi:

Thổi khí vào hỗn hợp bùn cặn ở áp suất cao sau đó giảm áp suất này xuống đến ápsuất bình thường của không khí, khí sẽ tạo ra những bọng nhỏ li ti dính bám vào các hạtbông cặn làm tỷ trọng của chúng nhỏ đi và chuyển động lên phía trên, nổi lên mặt nước

o Làm giảm hoặc loại trừ khả năng thối rữa

o Dễ làm khô bùn cặn

Dùng clo, vôi hoặc hiếu khí để ổn định bùn

 Phương pháp làm khô bùn cặn:

Mục đích:

o Làm giảm khối lượng vận chuyển

o Cặn khô dễ đưa đi chôn lấp hoặc đem đi sử dụng

o Giảm lượng nước ô nhiiễm có thể gây ô nhiễm nước ngầm

Sử dụng các phương pháp sau:

o Phương pháp phơi bùn;

o Máy lọc bùn chân không;

o Máy lọc lọc ép băng tải;

o Phương pháp ép bùn ly tâm

NƯỚC THẢI

1 Các thông số của nước thải :

Bảng 4.1 Các thông số đầu vào của nước thải nhà máy Sữa Thống Nhất

ST

Đầu ra QCVN40/2011/BTNMT

3/(ngày.đêm)

 Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại A: có thể đổ vào thủy vực dùng làm nguồn nướccho mục đích sinh hoạt.

 Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại B: có thể đổ vào thủy vực nhận thải khác, trừ cácthủy vực quy định nhận nước thải loại A

 Nước thải đạt tiêu chuẩn thải loại C: chỉ được phép thải vào các nơi quy định như hồ chứa nước thải xây riêng, hoặc ống dẫn đến khu xử lý nước thải tập trung…

2 Các phương án đề xuất

Phương án 1:

Xử lý dầu mỡ

Khí đốt

Hình 4.2 Phương án đề xuất 2

Chú thích:

Đường nướcĐường bùnĐường khíĐường hóa chất

3 Thuyết minh công nghệ

a) Phương án 1:

 Nước thải của nhà máy được tập trung tại hố thu gom

 Đầu tiên nước thải được qua hố thu gom và song chắn rác để loại bỏ các tạpchất

lớn như cát, sỏi, bao ni lon

 Nước thải được dẫn qua bể tuyển nổi để loại bớt dầu mỡ, váng nổi, tạo điều kiện choquá trình xử lý sinh học phía sau Váng nổi thu lại làm thức ăn cho gia súc Tại đây có hệthống sục khí để tăng hiệu suất tuyển nổi

 Sau đó nước thải được bơm tới bể điều hòa để ổn định lưu lượng và xử lý Tại đây có

thống sục khí để cung cấp O2 vào nước cho vi sinh vật trong bùn tồn tại và tăng sinhkhối chuẩn

bị cho quá trình xử lý sinh học Kết hợp châm hóa chất để điều chỉnh pH trong khoảng

từ

6.5-7.5 Ở đây có đầu dò pH nhằm điểu chỉnh lượng NaOH và H2SO4 cho vào

 Sau đó nước thải từ bể điều hòa được dẫn qua bể lắng I để lắng cát và các tạp chấtcòn lại

 Nước thải sẽ được bơm vào bể UASB để thực hiện xử lý sinh học kị khí Nước thảiđược đưa vào từ đáy bể thông qua hệ thống phân phối dòng vào Nước thải chuyểnđộng từ dưới lên và đi qua một tầng bùn ( lớp vi sinh vật kị khí lơ lửng) Trong điềukiện kị khí các hợp chất hữu cơ được phân hủy thành các chất đơn giản hơn, có khốilượng phân tử nhỏ hơn Khí tạo ra sẽ bám vào các hạt bùn, nổi lên bề mặt, va chạmvới tấm hướng dòng Nhiệm vụ của tấm hướng dòng là tách riêng khí, bùn và nước.Bùn đã tách khí sẽ rơi xuống lại tầng bùn lơ lửng Khí sinh học sẽ được đưa qua khu sảnxuất để phục vụ mục đích đốt

 Nước thải sau khi ra khỏi bể UASB được đưa vào bể aerotank để xử lý sinh học hiếukhí, tại bể aerotank có hệ thống cung cấp khí để đưa khí vào bể giúp cho các vi sinh vậthiếu khí phân hủy những hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy khi có oxy

 Lượng nước sau khi xử lý ở bể aerotank cho chảy qua bể lắng II, một phần bùn hoạttính sinh ra trong bể aerotank sẽ được tuần hoàn trở lại bể, phần còn lại được đưa vào bểnén bùn

 Nước thải sau lắng được bơm qua bể khử trùng, NaOCl cũng được cho vào bể mộtlượng nhất định để khử trùng nước thải Sau khi khử trùng đạt tiêu chuẩn loại B theoQCVN-40/2011-BTNMT thì nước được xả thải vào các kênh rạch để dẫn ra sông SàiGòn

 Lượng bùn sinh ra ở bể UASB và bể aerotank được bơm qua bể nén bùn, sau đóđược cho vào máy ép bùn để ép thành bánh bùn trước khi thải bỏ

b) Phương án 2:

 Nước thải của nhà máy được tập trung tại hố thu gom

 Đầu tiên nước thải được qua hố thu gom và song chắn rác để loại bỏ các tạpchất

lớn như cát, sỏi, bao ni lon

 Nước thải được dẫn qua bể tuyển nổi để loại bớt dầu mỡ, váng nổi, tạo điều kiện choquá trình xử lý sinh học phía sau Váng nổi thu lại làm thức ăn cho gia súc Tại đây có hệthống sục khí để tăng hiệu suất tuyển nổi

 Sau đó nước thải được bơm tới bể điều hòa để ổn định lưu lượng và xử lý Tại

đây có hệ thống sục khí để cung cấp O2 vào nước cho vi sinh vật trong bùn tồn tại vàtăng sinh

khối chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học Kết hợp châm hóa chất và điều chỉnh pHtrong

khoảng từ 6.5-7.5 Ở đây có đầu dò pH nhằm điều chỉnh lượng NaOH và H2SO4 cho vào

 Nước thải sẽ được bơm vào bể UASB để thực hiện xử lý sinh học kị khí Nước thảiđược đưa vào từ đáy bể thông qua hệ thống phân phối dòng vào Nước thải chuyểnđộng từ dưới lên và đi qua một tầng bùn ( lớp vi sinh vật kị khí lơ lửng) Trong điềukiện kị khí các hợp chất hữu cơ được phân hủy thành các chất đơn giản hơn, có khốilượng phân tử nhỏ hơn Khí tạo ra sẽ bám vào các hạt bùn, nổi lên bề mặt, va chạmvới tấm hướng dòng Nhiệm vụ của tấm hướng dòng là tách riêng khí, bùn và nước.Bùn đã tách khí sẽ rơi xuống lại tầng bùn lơ lửng Khí sinh học sẽ được đưa qua khu sảnxuất để phục vụ mục đích đốt

 Nước thải tiếp tục được bơm qua bể SBR, tại đây diễn ra 2 quá trình: phân hủy hiếukhí và lắng kết hợp Lượng không khí thích hợp được đưa vào bể thông qua máy sục khí

 Sau đó nước thải được bơm qua bể khử trùng, NaOCl cũng được cho vào bể mộtlượng nhất định để khử trùng nước thải Sau khi khử trùng đạt tiêu chuẩn loại B theoQCVN-40/2011-BTNMT thì nước được xả thải vào các kênh rạch để dẫn ra sông SàiGòn

h1

Bs Bk

Ls

0,5m

 Lượng bùn sinh ra từ bể UASBvà SBR được bơm qua bể nén bùn, sau đó được máy

Với kh là hệ số vượt tải theo giờ lớn nhất (k = 1,5 – 3,5), chọn k=2,5

- Chọn loại song chắn có kích thước khe hở b =16 mm

- Tiết diện song chắn hình chữ nhật có kích thước: s x l = 8 x 50 mm