Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn và thải vào nguồnthải.- Công nghệ đảm bảo mức an toàn cao trong trường hợp có sự thay đổi lớn về lưu lượng vànồng độ chất ô nhiễm- Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, vốn đầu tư kinh phí tối ưu- Công nghệ xử lý phải mang tính hiện đại và có khả năng sử dụng trong một thời gian- Ngoài ra còn phải chú ý đến:+ Lưu lượng thành phần nước cần xử lý+ Tính chất nước thải sau xử lý+ Điều kiện thực tế vận hành, xây dựng+ Khả năng đầu t
Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức E PHẦN 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ NGÀNH SẢN XUẤT 1.1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KHÍ HẬU VÀ KINH TẾ XÃ HỘI CỦA TỈNH BẮC NINH 1.1.1 Điều kiện tự nhiên, khí hậu Bắc Ninh tỉnh nằm vùng châu thổ Sông Hồng, thuộc khu vực đồng Bắc Bộ Vị trí địa lý nằm phạm vi từ 20 058’ đến 21016’ vĩ độ Bắc 105054’ đến 106019’ kinh độ Đơng Phía Bắc giáp tỉnh Bắc Giang; Phía Đơng Đơng Nam giáp với tỉnh Hải Dương; Phía Nam giáp tỉnh Hưng Yên; Phía Tây giáp thành phố Hà Nội Địa hình Với vị trí nằm vùng đồng Bắc Bộ nên địa hình tỉnh Bắc Ninh phẳng, có hướng dốc chủ yếu từ Bắc xuống Nam từ Tây sang Đơng, thể qua dòng chảy nước mặt đổ sông Cầu, sông Đuống sông Thái Bình Khí hậu Nhiệt độ - độ ẩm: Bắc Ninh nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với bốn mùa rõ rệt, có mùa đơng lạnh, mùa hè nóng nực Trong khoảng 12 năm trở lại đây, nhiệt độ trung bình năm 24,0 oC, nhiệt độ trung bình tháng cao 29,4oC (tháng 7), nhiệt độ trung bình thấp 17,4oC (tháng 1) Sự chênh lệch nhiệt độ tháng cao tháng thấp 12,0oC Độ ẩm tương đối trung bình Bắc Ninh khoảng 81%, độ chênh lệch độ ẩm tháng không lớn, độ ẩm tương đối trung bình thấp từ 72% đến 75% thường xảy từ tháng 10 đến tháng 12 năm Lượng mưa: Lượng mưa trung bình hàng năm Bắc Ninh khoảng 1500mm phân bổ không năm Mùa mưa chủ yếu từ tháng đến tháng 10, chiếm 80% tổng lượng mưa năm Mùa khô từ tháng 11 đến tháng năm sau chiếm 20% tổng lượng mưa năm Khu vực có lượng mưa trung bình lớn thuộc thị xã Từ Sơn, huyện Yên Phong, huyện Tiên Du, khu vực có lượng mưa trung bình nhỏ thuộc huyện Quế Võ 1.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải 1.2 GVHD: Nguyễn Minh Đức TỔNG QUAN NGÀNH SẢN XUẤT BIA 1.2.1 Thị trường bia Việt Nam Quá trình hội nhập Việt Nam giới không mang lại chuyển biền tích cực kinh tế mà mặt đời sống tinh thần văn hóa tiêu dung, bên cạnh xuất phá từ nâng cao nhận thức sức khỏe có chuyển dịch từ thức uống có nồng độ cao sang thức uống có nồng độ cồn thấp Thị trường bia Việt Nam tiếp tục tăng trưởng với tốc độ cao tăng trưởng GDP Theo thống kế tốc độ tăng trưởng khối lượng thức uống có cồn năm 2006 9% bia nhóm chủ đạo chiếm 97% Hơn 50% thị phần sản xuất bia Việt Nam chịu chi phối sabeco cơng ty liên doanh bia Việt Nam 1.2.2 Quy trình công nghệ ngành sản xuất bia 1.2.2.1 Nguyên liệu sản xuất bia a) Nước: Do thành phần bia nước nên nguồn nước đặc trưng có ảnh hưởng quan trọng tới đặc trưng bia Nhiều loại bia chịu ảnh hưởng chí xác định theo đặc trưng nước khu vực sản xuất bia Mặc dù ảnh hưởng tác động tương hỗ loại khống chất hòa tan nước sử dụng sản xuất bia phức tạp, theo quy tắc chung nước mềm phù hợp cho sản xuất loại bia sang màu Do đó, để đảm bảo ổn định chất lượng mùi vị sản phẩm, nước cần xử lý trước tham gia vào trình sản xuất bia nhằm đạt tiêu chất lượng định b) Malt: Bằng cách ngâm hạt lúa mạch vào nước, cho phép chúng nảy mầm đến giai đoạn định sau làm khơ hạt nảy mầm lò sấy để thu hạt ngũ cốc mạch nha hóa Mục tiêu chủ yếu quy trình giúp hoạt hóa, tích lũy khối lượng hoạt lực hệ enzim đại mạch Hệ enzim giúp chuyển hóa tinh bột hạt thành đường hòa tan bền vững vào nước tham gia vào trình lên men Thời gian nhiệt độ sấy khác áp dụng để tạo màu malt khác từ loại ngũ cốc Các loại mạch nha sẫm màu sản xuất bia sẫm màu c) Hoa houblon: Hoa houblon người biết đến sử dụng vào khoảng 3000 năm trước CN Đây thành phần quan trọng thay quy trỉnh sản xuất bia, giúp mang lại hương thơm đặc trưng, làm tăng khả tạo giữ bọt, làm tăng độ bền keo ổn định thành phần sinh học sản phẩm Cây hoa bia trồng nông dân khắp giới với nhiều giống khác SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức nhau, sử dụng sản xuất bia chủ yếu Hoa houblon đem dung dạng tươi, để bảo quản lâu dễ vận chuyển hoa houblon phải sấy khô chế biến để gia tăng thời gian bảo quản sử dụng d) Gạo: Đây loại hạt có hàm lượng tinh bột cao sử dụng sản xuất loại bia có chất lượng hảo hạng Gạo đưa vào chế biến dạng bột nghiền mịn để dễ tan trình hồ hóa, sau phối trộn bột malt sau đường hóa Cần ý, hạt trắng khác hạt trắng đục hàm lượng protein Do đó, sản xuất bia, nhà sản xuất thường chọn loại hạt gạo có độ trắng đục cao e) Men: Men bia vi sinh vật có tác dụng lên men đường Các giống men bia cụ thể lựa chọn để sản xuất loại bia khác nhau, men bia chuyển hóa đường thu từ hạt ngũ cốc tạo cồn cacbon đioxit 1.2.2.2 Quy trình sản xuất bia Bia sản phẩm thực phẩm thuộc loại đồ uống có độ cồn thấp, thu cách lên men bia nhiệt độ thấp dịch đường với nước hoa houblon Tất loại bia chứa lượng cồn từ 1,8-7% so với thể tích khoảng 0,3-0,5% khí CO tính theo trọng lượng hai sản phẩm q trình lên men bia từ loại dịch đường houblon hóa, tiến hành số chủng đặc hiệu nấm men saccharomyces Ngồi bia chứa hợp chất khác, số sản phẩm phụ trình lên men, số sản phẩm trình tương tác hóa học, phần lại cấu tử, hợp phần dịch đường không bị biến đổi trực tiếp tham gia vào việc định hình hương vị nhiều chi tiêu chất lượng bia thành phần Với hương thơm đặc trưng vị đắng dịu hoa houblon, chất khoáng, chất tạo hương… tỷ lệ cân đối tạo cho bia có hương vị đậm đà mà không thấy sản phẩm khác Nhân tố tạo tính độc đáo bia trước hết đặc tính nguyên liệu sau tính chất q trình cơng nghệ Cơng nghệ sản xuất bia q trình phức tạp dù thực thủ công hay tự động hóa phải trải qua giai đoạn: Chế biến dịch đường, houblon hóa Lên men để chuyển hóa dịch đường thành bia non, lên men phụ tang trữ bia non thành bia tiêu chuẩn - Loc bia, đóng bao bì, hồn thiện sản phẩm… a) Sản xuất dịch đường houblon hóa: - Sơ đồ cơng nghệ sản xuất dịch đường houblon hóa bao gồm: • • Làm đánh bóng malt Nghiền malt: SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Đập nhỏ hạt thành nhiều mảnh để tăng bề mặt tiếp xúc với nước, thúc đẩy q trình đường hóa q trình thủy phân nhanh triệt để - Có cách tiến hành nghiền malt: nghiền khô, nghiền ẩm, nghiền nước • Đường hóa ngun liệu: - Ngun liệu sau nghiền nhỏ hòa trộn với nước thiết bị đường hóa Lượng nước phối trộn với bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia đặc tính kỹ thuật hệ thống thiết bị - Trong môi trường giàu nước hợp chất thấp phân tử hòa tan vào nước trở thành chất chiết dịch đường sau này, hợp chất cao phân tử tinh bột, protein bị tác động nhóm enzim tương ứng nhiệt độ khối dịch nâng đến điểm thích hợp xúc tác hệ enzim thủy phân hợp chất cao phân tử bị cắt thành sản phẩm thấp phân tử hòa tan vào nước trở thành chất chiết dịch đường - Ở phân đoạn sản xuất dịch đường bố trí loại thiết bị sau: thiết bị phối trộn, thiết bị đường hóa, thiết bị lọc, thiết bị đun dịch đường với hoa houblon, thiết bị tách bã hoa… • Lọc bã malt sau đường hóa kết thúc bao gồm hợp phần: pha rắn pha lỏng - Thành phần pha rắn bao gồm cấu tử khơng hòa tan bột nghiền pha lỏng bao gồm nước hợp chất thấp phân tử trích ly từ malt hòa tan Pha rắn gọi bã malt pha lỏng gọi dịch đường - Mục đích q trình tách pha lỏng khỏi hỗn hợp để tiếp tục bước q trình pha rắn loại bỏ - Thiết bị lọc bã malt: thùng lọc đáy bằng, máy ép khung bản… • Nấu dịch đường với hoa houblon: - Trích ly chất đắng, tinh dầu thơm, polyphenol thành phần khác hoa houblon vào dịch đường để làm có vị đắng hương thơm dịu hoa – đặc trưng bia - Polyphenol hòa tan vào dịch đường nhiệt độ cao tác dụng với hợp chất protein tạo thành phức chất màng nhầy dễ kết lắng kéo theo phần tử cặn lắng theo - Trường độ đun sôi với hoa phụ thuộc chất lượng chất lượng nguyên liệu, cường độ đun, nồng độ chất hòa tan… nằm khoảng từ 1,5 – 2,5h • Làm lạnh tách cặn dịch đường b) Lên men lên men phụ tang trữ bia: - Lên men giai đoạn định để chuyển hóa dịch đường houblon hóa thành bia tác động nấm men thông qua hoạt động chúng • • Lên men chính: lượng lớn chất dịch đường bị nấm men hấp thụ tạo thành rượu etylic, khí CO2 , hợp chất dễ bay hơi… phần nhỏ bị kết lắng phải loại bỏ Lên men phụ tang trữ bia: giai đoạn trình sinh hóa lý xảy hồn tồn giống q trình lên men với tốc độ chậm nhiệt độ thấp lượng nấm men hơn, q trình nhằm chuyển hóa hết phần đường có khả lên men tồn bia non SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải • • GVHD: Nguyễn Minh Đức Làm bia: diện hạt dạng keo, nấm men, nhựa đắng… góp phần làm giảm độ bền bia làm giúp tăng thời gian bảo quản lưu hành thị trường Chiết bia vào chai: chai đựng bia phải làm từ thủy tinh chất lượng cao có màu caphe xanh nhạt Quy trình sản xuất bia Malt khơ Xay Ngâm, nấu đường hóa Phế liệu Xử lý Nước Lọc Hơi nước Dịch đường Hoa houblon Đun sơi Lắng Khơng khí Làm nguội Nén Xử lý Lên men Lên men phụ, tàng trữ SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Lọc Xuất Chai, lon xưởng CO2 Bia tươi Rửa khử Chiết chai, Thanh Dán trùng PHẦN 2: CÁC NGUỒN THẢI VÀ TÍNH CHẤT lon trùngNƯỚC THẢI nhãn 2.1 CÁC NGUỒN THẢI TỪ NHÀ MÁY BIA Hiện nhu cầu thị trường thời gian ngắn ngành sản xuất bia có bước phát triển mạnh mẽ thơng qua việc mở rộng nhà máy bia có từ trước xây dựng nhà máy bia mới… Hiện nước có 400 nhà máy sở bia sản xuất 800 triệu lit/năm tạo nên lượng lớn nước thải xả vào môi trường Hiện tiêu chuẩn nước thải tạo thành trình sản xuất bia – 14 lit nước thải/ lit bia phụ thuộc vào công nghệ loại bia sản xuất, loại nước thải chứa hàm lượng lớn chất lơ lửng, COD, BOD dễ gây ô nhiềm môi trường Nước thải từ nhà máy bia chia làm hai loại: • • - - Nước thải có BOD thấp: Nước rửa chai công đoạn cuối Nước xả từ hệ thống xử lý nước cấp Nước làm mát máy nước rửa sàn vệ sinh cơng nghiệp Nước thải có BOD cao: Nước thải rừ công đoạn nấu, chủ yếu nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa, sàn nhà, bồn lên men… có chứa nhiều cặn malt, tinh bột, bã hoa Nước thải từ công đoạn lên men lọc bia Nước rửa chai ban đầu, nước thải từ trình có độ pH cao nguyên lý rửa chai tiến hành qua bước: rửa với nước nóng, rửa dung dịch kiềm lỗng nóng, tiếp rửa bẩn nhãn bên chai cuối phun kiềm nóng rửa bên bên ngồi chai, sau rửa nước nóng Nước thải từ công đoạn chiết chai Nước thải từ công đoạn rửa thiết bị Nước thải từ nhà máy sản xuất bia chứa nồng độ cao chất hữu chất tẩy rửa thừa Các chất hữu tồn dạng lơ lửng lẫn dạng không tan Lượng chất gây ô nhiễm chủ yếu tạo q trình vệ sinh thiết bị đóng chai rửa chai lọ Ngoài việc phát thải vào nước việc sản xuất bia gây mùi, tiếng ồn, chất thải rắn… 2.2 THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI Đặc trưng nước thải bia: có hàm lượng chất hữu cacbonat cao • Nước thải lọc dịch đường: SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải • • GVHD: Nguyễn Minh Đức Hàm lượng chất hữu cao, lượng đường tồn nước cao môi trường thuận lợi cho phát triển VSV, độ đục độ màu cao Nước thải thiết bị giải nhiệt: Có nhiệt độ cao khoảng 500C, coi Nước thải lọc bã hèm: ô nhiễm hữu nặng v.v… tải lượng ô nhiễm nước thải bia – kg BOD5, – 30 kg COD, – kg cặn lơ lửng… cho 1000 lit bia Các nghiên cứu thành phần, tính chất nước thải sản xuất bia cho thấy hàm lượng chất ô nhiễm nước thải sở sản xuất bia lớn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Kết phân tích nước thải số nhà máy bia: PHẦN 3: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ – LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1.1 Xử lý học: Phương pháp xử lý học dung để tách chất không tan phần chất dạng keo khỏi nước thải • Song chắn rác, lưới lọc Song chắn rác, lưới lọc dùng để giữ cặn bẩn có kích thước lớn dạng sợi giấy, rau cỏ, rác… gọi chung rác Rác thường chuyển tới máy nghiền rác, sau nghiền nhỏ Cho đổ trở lại trước song chắn rác chuyền tới bể phân hủy cặn Trong năm gần đây, người ta sử dụng phổ biến loại song chắn rác liên hợp vừa chắn giữ vừa nghiền rác trạm công suất xử lý vừa nhỏ • Bể lắng cát Bể lắng cát tách khỏi nước thải chất bẩn vô có trọng lượng riêng lớn Chúng khơng có lợi q trình làm trong, xử lý sinh hóa nước thải xử lý cặn bã lợi q trình thiết bị cơng nghệ trạm xử lý Cát từ bể lắng đưa phơi khơ sân phơi sau thường sử dụng lại cho mục đích xây dựng • Bể lắng Bể lắng cát tách chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng nước thải Chất lơ lửng nặng từ từ lắng xuống đáy, chất lơ lửng nhẹ lên bề mặt Cặn lắng bọt nhờ thiết bị học thu gom vận chuyển lên cơng trình xử lý cặn • Bể vớt dầu mỡ Bể vớt dầu mỡ thường áp dụng xử lý nước thải có chứa dầu mỡ Đối với nước thải sinh hoạt hàm lượng dầu mỡ khơng cao việc vớt dầu mỡ thường thực bể lắng nhờ thiết bị gạt SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải • GVHD: Nguyễn Minh Đức Bể lọc Bể lọc có tác dụng tách chất trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ cách cho nước thải qua lớp vật liệu lọc, cơng trình sử dụng chủ yếu cho số loại nước thải công nghiệp Hiệu xử lý phương pháp học: Phương pháp xử lý nước thải học loại bỏ khỏi nước thải 60% tạp chất khơng hòa tan 20% BOD Hiệu xử lý đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng 30% theo BOD biện pháp làm thoáng sơ hay đơng tụ sinh học 3.1.2 Xử lý hóa học: Thực chất phương pháp xử lý hóa học đưa vào nước thải chất phản ứng để gây tác động với tạp chất bẩn, biến đổi hóa học tạo cặn lắng tạo dạng chất hòa tan không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường Theo giai đoạn mức độ xử lý, phương pháp hóa học có tác động tăng cường trình xử lý học sinh học Những phản ứng diễn phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng tạo chất kết tủa phản ứng phân hủy chất độc hại Phương pháp xử lý hóa học thường áp dụng để xử lý nước thải công nghiệp Tùy thuộc vào điều kiện địa phương điều kiện vệ sinh cho phép, phương pháp xử lý hóa học hồn tất giai đoạn cuối giai đoạn sơ ban đầu việc xử lý nước thải • Phương pháp trung hòa Dùng để đưa mơi trường nước thải có chứa axit vơ kiềm trạng thái trung tính pH = 6,5 – 8,5 Phương pháp thực nhiều cách: trộn lẫn nước thải chứa axit nước thải chứa kiềm với nhau, bổ sung them tác nhân hóa học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hòa, hấp phụ khí chứa axit nước thải chứa kiềm… • Phương pháp keo tụ Dùng để làm khử mài nước thải cách dùng chất keo tụ chất trợ keo tụ chất trợ keo tụ để liên kết chất rắn dạng lơ lửng keo có nước thải thành bơng có kích thước lớn • Phương pháp ozon hóa Là phương pháp xử lý nước thải có chứa chất hữu dạng hòa tan dạng keo ozon Ozon dễ dàng nhường oxy nguyên tử cho tạp chất hữu • Phương pháp điện hóa học Thực chất phá hủy tạp chất độc hại có nước thải cách oxy hóa điện hóa cực anot dùng để phục hồi chất quý Thông thường nhiệm vụ phân hủy chất độc hại thu hồi chất quý giải đồng thời SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức 3.1.3 Xử lý hóa lý • Chưng cất Là q trình chưng nước thải để chất hòa tan bay lên theo nước Khi ngưng tụ, nước chất bẩn dễ bay hình thành lớp riêng biệt dễ dàng tách chất bẩn • Tuyển Là phương pháp dùng để loại bỏ tạp chất khỏi nguồn nước cách tạo cho chúng khả dễ lên mặt nước bám theo bọt khí • Trao đổi ion Là phương pháp thu hồi cation anion chất trao đổi ion Các chất trao đổi ion chất rắn tự nhiên vật liệu nhựa nhân tạo Chúng khơng hòa tan nước dung mơi hữu cơ, có khả trao đổi ion • Tách màng Là phương pháp tách chất khỏi hạt keo cách dùng màng bán thấm Đó màng xốp đặc biệt không cho hạt keo qua 3.1.4 Xử lý sinh học Thực chất phương pháp dựa vào khả sống hoạt động vi sinh để phân hủy – oxy hóa chất hữu dạng keo hòa tan có nước thải Những cơng trình xử lý sinh học chia thành nhóm: • • Những cơng trình q trình xử lý thực điều kiện tự nhiên: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học… thường trình xử lý diễn chậm Những cơng trình q trình xử lý thực điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh học, bề làm thoáng sinh học… Do điều kiện tạo nên nhân tạo mà trình xử lý diễn nhanh hơn, cường độ mạnh Quá trình xử lý sinh học đạt hiệu suất khử trùng 99,9%, theo BOD tới 90 – 95% Thông thường giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý học Bể lắng đặt sau giai đoạn xử lý học gọi bể lắng Bể lắng dùng để tách màng sinh học tách bùn hoạt tính gọi bể lắng Trong trường hợp xử lý sinh học nước thải bùn hoạt tính thường đưa phần bùn hoạt tính quay trở lại để tạo điều kiện cho trình sinh học hiệu Phần bùn lại gọi bùn dư, thường đưa tới bể nén bùn để làm giảm thể tích trước đưa tới cơng trình xử lý cặn bã phương pháp sinh học Quá trình xử lý điều kiện nhân tạo khơng loại trừ triệt để loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnh truyền nhiễm Bởi vậy, sau giai đoạn xử lý sinh học điều kiện nhân tạo cần thực khử trùng nước thải trước xả vào mơi trường Trong q trình xử lý SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức nước thải phương pháp tạo nên lượng cặn bã đáng kể Nói chung loại cặn giữ lại cơng trình xử lý nước thải có mùi thối khó chịu nguy hiểm mặt vệ sinh Do vậy, thiết phải xử lý cặn bã thích hợp Để giảm hàm lượng chất hữu cặn bã để đạt tiêu vệ sinh thường sử dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí hố bùn, sân phơi bùn, thiết bị sấy khô học, lọc chân không, lọc ép… Khi lượng cặn lớn sử dụng thiết bị sấy nhiệt 3.2 Lựa chọn quy trình cơng nghệ xử lý nước thải: 3.2.1 Yêu cầu thiết kế Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia với cơng suất thành phần tính chất nước thải sản xuất bia với thông số tính tốn sau: Lưu lượng pH (m3/ngđ) BOD5 (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l) Tổng nito (mg/l) 3500 1200 2000 500 30 6-8 Tổng Photpho (mg/l) 25 Yêu cầu đầu đạt QCVN 40 - 2011 ( Quy chuẩn quốc gia nước thải công nghiệp) với nước thải đầu đạt loại B 3.2.2 Một số phương án công nghệ thực tế a) Nhà máy bia Đông Nam Á (SEAB) Với sản lượng 55 triệu lit/năm SEAB có lượng nước thải công nghiệp 600 m3/ngđ Các thông số nước thải trước sau xử lý Thông số Đơn vị BOD5 mg/l COD mg/l TSS mg/l Tổng P mg/l ( Đầu đạt TCVN 5945-2005 loại B) Trước xử lý 2000 2857 714 60 Sau xử lý 50 100 100 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải: SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 10 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức BOD5(3) = BOD5(2) × (100 − 20) = 1094 × (100 − 20) = 875, (mg/l) Lượng bùn thu bể lắng là: Wb = 3500 456.10−3 = 798 (kg/ngày) Trong đó: - SSo: Hàm lượng SS nước thải vào bể lắng đợt I; η SS : Hiệu xử lý SS Bảng thông số bể lắng đợt Thơng số Chiều cao Đường kính Số đơn ngun Đơn vị m m Cái Giá trị 6,8 4.2.7 Bể UASB Khi qua cơng trình xử lý trước hàm lượng COD giảm từ 20-40%, chọn hiệu xử lý COD cơng trình trước 30% Tóm tắt thơng số đầu vào UASB với Qtb = 3500 (m3/ngđ) Thông số BOD5 COD SS Tổng nito Tổng photpho Nhiệt độ Đơn vị mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l C Giá trị 875,2 1400 136,8 30 25 25-30 Chia bể UASB thành đơn nguyên, thể tích bể UASB là: V= G 3185 = = 531 q 3× (m3) Trong đó: G: lượng COD cần khử ngày (kg/ngđ) SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 31 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức q: tải trọng tính tốn bể UASB Chọn q = (kgCOD/m3.ngđ) Lượng COD cần khử ngày: G = Q × COD = 3500 × 910 = 3185 (kg/ngđ) Trong đó: Q: lưu lượng nước thải cần xử lý, m3 COD: lượng COD cần khử, chọn hiệu suất khử COD 65% COD = CODvao × (100 − E %) = 1400 × (100 − 35) = 910 • (mg/l) Diện tích cần thiết bể UASB là: F= Q 72,9 = = 121 v 0, (m2) Trong đó: Q: lưu lượng nước cần xử lý, m3/h v : vận tốc nước dâng bể khoảng 0,6 - 0,9 m/h Chọn v = 0,6 m/h Chọn chiều dài chiều rộng bể UASB là: 11 x 11 (m) • Tổng chiều cao bể: H = H1 + H + H = 4, + 1,8 + 0,3 = 6,5 (m) Trong đó: H1: chiều cao phần lắng thường lớn (m), chọn H1 = 1,8 m H2: chiều cao phần xử lý yếm khí H2 = V 531 = = 4, F 121 (m) H3: chiều cao bảo vệ, chọn H3 = 0,3 m Hàm lượng COD nước thải sau xử lý kỵ khí: CODra = ( − ECOD ) × CODvao = ( − 0, 65 ) ×1400 = 490 SVTH: Nguyễn Mạnh Cường (mgCOD/lít) 32 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Hàm lượng BOD5 nước thải sau xử lý kỵ khí là: BODra = ( − EBOD ) × BODvao = ( − 0, 75) × 875, = 218,8 (mgBOD5/lít) Lượng sinh khối hình thành ngày: Px = Y × ( S0 − S ) × Q + kd θ c = 0, 04 × ( 1400 − 490 ) × 3500 1 + ( 0, 015 × 90 ) ×1000 = 54, 21 (kgVS/ngày) Lượng bùn dư bơm ngày: QW = Px 54, 21 = = 2, 0, 75 × Css 0, 75 × 30 (m3/ngày) Lượng chất rắn từ bùn dư M ss = Qw × Css = 2, × 30 = 72 (kgSS/ngày) Bảng tóm tắt thơng số thiết kế bể UASB Thơng số Số đơn nguyên Chiều rộng Chiều dài Chiều sâu xây dựng Đơn vị Bể m m m Kích thước 11 11 6,5 4.2.8 Tính tốn Aerotank Tóm tắt số liệu tính tốn: - Qtb = 3500 (m3/ngđ) BOD5 = 218,8 (mg/l) COD = 490 (mg/l) Giả sử hàm lượng N, P chất dinh dưỡng vi lượng đủ cho vi sinh vật phát triển Giả sử chất lơ lửng nước thải đầu chất rắn sinh học(bùn hoạt tính), có 70% chất dễ bay 70% chất phân hủy sinh học Các thông số Aerotank xáo trộn hồn tồn (XLNT thị cơng nghiệp-Lâm Minh Triết) - Nồng độ VSS BHT bể Aerotank: X = 3000 mg/l BOD > 200 mg/l X = 2500-4000 mg/l MLVSS: MLSS = 0,7 SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 33 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức θc = − 15 - Thời gian lưu bùn: - Tỷ số F/M: - Tải trọng thể tích: kgBOD5/m3.ngày BOD5 : BOD20 = 0,68 Nồng độ VSS bùn hoạt tính tuần hồn: 7000 mg/l 0, − 0, ngày kg/kg.ngày 0,8 − 1, 92 a) Xác định BOD5 đầu vào đầu Aerotank - BOD5 (vào) = 218,8 (mg/l) BOD5 (ra) = 40 (mg/l) b)Tính BOD5 hòa tan nước thải đầu ra: BOD5 = BOD5 hòa tan từ bể Aerotank + BOD5 chứa cặn lơ lửng đầu • Phần có khả phân hủy sinh học chất rắn sinh học đầu ra: 0, × 40 = 24 • (mg/l) BOD hồn tồn chất rắn có khả phân hủy sinh học đầu là: 0, ì 40 ì1, 42 = 34, 08 BOD5 chất rắn lơ lửng đầu ra: 34, 08 × 0, 68 = 23,17 • (mg/l) (mg/l) BOD5 hòa tan nước đầu ra: BOD5 = BOD5 – BOD5 chứa cặn lơ lửng = 40 − 23,17 = 16,83 (mg/l) c)Xác định hiệu xử lý E • Hiệu xử lý theo BOD5 hòa tan: E= • S0 − S 218,8 − 16,83 ×100 = × 100 ≈ 93% S0 218,8 Hiệu xử lý tổng cộng: SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 34 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Etc = 218,8 − 40 ×100 = 82% 218,8 d)Xác định thể tích bể Aerotank V= QYθ c ( S − S ) X (1 + k d θ c ) Trong : - V: Thể tích bể Aerotank , m3 - Q: Lưu lượng nước đầu vào Q = 3500 m3/ngày - Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,5 S0 – S = 218,8 – 16,83 = 202 (mg/L) - X: Nồng độ chất rắn bay trì bể Aerotank , X= 3.000 mg/L kd: Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,06 ngày-1 θc: Thời gian lưu bùn hệ thống, θc = 10 ngy V= 3500 ì 0,5 ì10 ì 202 = 736,5 3000 × (1 + 0,06 ×10) (m3) Chọn V = 740 (m3) Thời gian lưu nước bể θ= V Q = 740 × 24 = 5.1 3500 (giờ) Chọn chiều cao công tác bể chọn h = 4,5 m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m • Chiều cao bể: Htc = h + hbv = 4,5 + 0,5 = (m) • Diện tích bề mặt bể : F= V 740 = = 164, H 4,5 (m2) Lấy F = 165 (m2) Tỷ số rộng : sâu = 2,2 : SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 35 Đồ Án Xử Lý Nước Thải Chiều rộng bể: GVHD: Nguyễn Minh Đức b = 2, × 4, = 9, (m) Lấy b = 10 (m) Tổng chiều dài hành lang Aerotank: L= F 150 = = 15 b 10 (m) Chọn Aerotank gồm đơn nguyên, đơn nguyên gồm hành lang Như chiều dài hành lang là: l= L 15 = = 1,9 N × n 2× (m) Trong - N: số đơn ngun, N = n: Số hành lang đơn nguyên, n = Chia làm hai đơn nguyên nên diện tích bể là: F1 = F2 = L= Chiều dài bể L: F1,2 b = 75 = 7,5 10 150 = 75 (m2) (m) Lấy (m) e)Tính tốn lưu lượng bùn dư thải bỏ ngày Tốc độ tăng trưởng bùn: Tính theo phương trình : Yobs = Y 0.5 = = 0.3125 + K d Oc + 0.06 ì10 Lượng bùn sinh ngày: PX (VSS ) = Yobs × Q(S0 − S ) ×10−3 SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 36 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức PX (VSS ) = 0.3125 × 3500 ( 218,8 16,83) ì103 = 220, Tng cn lơ lửng sinh ngày: Ta biết Pxl (SS) = • (kgSS/ngày) MLVSS MLSS = 0,7 ⇒ MLSS = Px (VSS ) 0,7 = 220,6 = 315 0, MLVSS 0,7 (kgSS/ngày) Lượng cặn dư ngày phải xả đi: Pxả = Pxl – Lượng SS trôi khỏi lắng Pxả = Pxl – (Q × 40× 10-3) = 315 − ( 3500 × 40 × 10−3 ) = 175 (kgSS/ngày) f)Xác định tỷ số tuần hoàn bùn: Phương trình cân vật chất bể Aerotank QX + Qth X th = ( Q + Qth ) X Trong - Q: lưu lượng nước thải, m3/ngày Qth: lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn, m3/ngày X0: nồng độ VSS nước thải dẫn vào Aerotank, mg/l X: nồng độ VSS bể Aerotank, X = 3000 mg/l Xth: nồng độ VSS bùn tuần hoàn, Xth = 7000 mg/l Do X0 thường nhỏ so với X Xth, phương trình cân vật chất bỏ qua Khi phương trình cân vật chất có dạng Qth X th = ( Q + Qth ) X SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 37 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Chia hai vế phương trình cho Q đặt tỷ số Qth =α Q ( α : gọi tỷ số tuần hoàn) ta được: α X th = X + α X X 3000 = = 0,75 X th − X 7000 − 3000 α= Hay Trong - X: nồng độ VSS bể Aerotank, X = 3000 mg/l Xth: nồng độ VSS bùn tuần hoàn, Xth = 7000 mg/l Lưu lượng bùn tuần hoàn Qth = α Q = 0,75 × 3500 = 2625 (m3/ngày) g)Kiểm tra tiêu làm việc bể Aerotank Tỷ số F/M: F /M= S0 218,8 = = 0, 43 θ × X 0,17 × 3000 (ngày-1) Giá trị nằm khoảng cho phép thiết kế bể khuấy trộn hoàn chỉnh 0,2-1 Tốc độ sử dụng chất 1g bùn hoạt tính ngày ρ= S0 − S 218,8 − 16,83 = = 0, θ X 0,17 × 3000 (mg/mg.ngày) Tải trọng thể tích bể S0 Q 218,8 × 3500 ×10 −3 L= = = 1,03 V 740 (kgBOD5/m3.ngđ) h)Xác định lượng khơng khí cấp cho Aerotank, số lượng thiết bị khuếch tán khí, ống dẫn khí Xác định lượng khơng khí cấp cho Aerotank Khối lượng BOD cần xử lý ngày SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 38 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức 218,8 − 16,83 G = ( BODvao − BODhoa tan ) × Q = × 3500 × 10−3 = 1039, ÷ 0, 68 (kg/ngày) Tính lượng oxy yêu cầu lý thuyết M oxi = G − ( 1, 42 × PX (VSS ) ) = 1039, − ( 1, 42 × 220, ) = 726,3 (kg/ngày) Giả sử hiệu vận chuyển oxi thiết bị thổi khí 8%, hệ số an toàn sử dụng thực tế khơng khí chứa 23,2% O2 theo trọng lượng trọng lượng riêng khơng khí 20 0C 0,0118 KN/m3 = 1,18 (kg/m3) Lượng khơng khí lý thuyết cho trình M kk = M oxi 726,3 = = 2653,1 ρ kk × %O2 1,18 × 0, 232 (m3/ngày) Lượng khơng khí u cầu với hiệu vận chuyển E = 8% M kk ( E ) = M kk 2653,1 = = 33163,8 E 0,08 (m3/ngày) Kiểm tra lượng khơng khí cần thiết cho xáo trộn hồn tồn q= M kk ( E ) V = 33163,8 = 44,82 740 (l/phút.m3) Lưu lượng khơng khí thiết kế để chọn máy thổi khí Qkk = f × M kkE = × 57647 = 115294 l/phút = 1,92 m3/s Số lượng thiết bị khuếch tán khí: Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng đĩa xốp, đường kính 170mm, diện tích bề mặt F = 0,0225 m 2, cường độ thổi khí I = 200l/phút.đĩa Số đĩa cần phân phối bể: n= SVTH: Nguyễn Mạnh Cường Qkk 115294 = = 580 I 200 đĩa 39 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo cơng thức: H ct = hd + hc + h f + H = 0, + 0,4 + 0,5 + = 6,3m Trong : - hd : tổn thất áp lực ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, 0,4 m hc : tổn thất cục bộ, 0,4 m hf : tổn thất qua thiết bị phân phối, 0,5 m H : chiều cao hữu ích bể, H = 4,5 m Tổn thất hd hc thường không vượt 0,4m, hf không 0,5m Áp lực khơng khí: P= 10,33 + H ct 10,33 + 6,3 = = 1,6atm 10,33 10,33 Cơng suất máy nén khí : N= 34400 × ( P 0,29 − 1) × 102 × η Qkk 1,9 34400 × (1,60,29 − 1) × = = 30 KW 102 × 0,8 Mỗi đơn nguyên sử dụng máy cấp khí, máy làm việc máy dự phòng Trong đó: - Qkk : lưu lượng khơng khí, m3/s - : hiệu suất máy nén khí, η η = 0,7 – 0,9 Chọn η = 0,8 Tính tốn đường ống cấp khí Đường kính ống phân phối khí chính: D= Chọn ống sắt tráng kẽm Qkk 1,9 4× = = 0,2 m vk × π 15 × π × φ = 200 mm Trong đó: - vk : vận tốc khí ống dẫn khí chính, chọn vk= 15 m/s Qkk: lưu lượng khí cần cung cấp, Qkk = 1,9 m3/s SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 40 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Từ ống ta phân làm 29 ống nhánh cung cấp khí cho bể, nhánh đặt 10 đầu phân phối khí Bảng thông số thiết kế bể Aerotank Thông số Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao xây dựng Đơn vị Giá trị 10 5,5 4.2.9 Bể lắng Bùn hoạt tính nước thải từ bể Aerotank chảy vào bể lắng đứng đợt Nhiệm vụ bể lắng bùn hoạt tính, phần nước chảy tiếp sang hồ hoàn thiện, phần tuần hoàn lại bể Aerotank phần đưa sang bể thu bùn nén bùn • Kích thước bể lắng: Chọn tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình cho bùn hoạt tính 25 m3/m2.ngày Diện tích bề mặt bể lắng ứng vơi lưu lượng trung bình: AL = Qtb 3500 = = 140 LA 25 (m2) Trong - Qtb: lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày LA: tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình, m3/m2.ngày Chọn tải chất rắn LS = kg/m2.h Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng bùn là: As = ( Qtb + Qt ) × S = ( 3500 + 2625 ) × 4286.10−3 × 24 Ls = 218,8 (m2) Trong - Qtb: lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày Ls: tải trọng bùn, kgSS/m2.ngày S: nồng độ cặn Aerotank (tính theo SS) S= SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 3000 = 4286 0, (mgSS/l) 41 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Do As > AL, diện tích bề mặt theo tải trọng bùn diện tích tính tốn Diện tích tiết diện ướt ống trung tâm xác định theo công thức: f = Qtb 0, 04 = =2 Vtt 20 ×10−3 (m2) Trong - Qtb : lưu lượng tính tốn, = 0,04 (m3/s) Vtt : tốc độ chuyển động nước ống trung tâm, lấy không lớn 30 (mm/s) Chọn Vtt = 30 (mm/s) Diện tích tiết diện ướt bể lắng đứng mặt bằng: F= Qtb 0, 04 = = 80 V 0, × 10−3 (m2) Chia làm bể lắng đứng diện tích bể mặt là: F1 = F + f 80 + 1, 33 = = 40, 67 n (m2) Trong đó: - n: số bể lắng Đường kính bể lắng đứng D= × F1 × 40, 67 = = 7, π π (m) Đường kính ống trung tâm: d= 4× f 4×2 = = 1,12 2×π 2×π (m) Chiều cao tính tốn vủa vùng lắng bể tính tốn theo cơng thức: hct = v × t = 0, ×10−3 ×1× 3600 = 1,8 (m) Trong SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 42 Đồ Án Xử Lý Nước Thải - GVHD: Nguyễn Minh Đức v: vận tốc lắng, v = 0,0005 (m/s) t: thời gian lắng, bể lắng sau Aerotank thời gian lắng t = 1(h) Chiều cao phần hình nón bể lắng đứng xác định theo công thức: D − dn 7, − 1, 0 hn = h2 + h3 = ữì tg 50 = 3, ÷× tg 50 = (m) Trong đó: - h2: chiều cao lớp trung hòa, m h3: chiều cao giả định lớp cặn bể, m D: đường kính bể lắng, m dn: đường kính nhỏ hình nón cụt, lấy dn = 0,7 m - : góc nghiêng đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ 50 Chọn α = 500 α Chiều cao ống trung tâm lấy chiều cao tính tốn vùng lắng 1,8 m Đường kính miệng loe ống trung tâm lấy chiều cao phần ống loe 1,35 đường kính ống trung tâm: d1 = h1 = 1,35 × d = 1,35 × 1, = 1, 62 (m) Đường kính hắt lấy 1,3 đường kính miệng loe = bề mặt hắt so với mặt phẳng ngang lấy 170 1,3 ×1, 62 = 2,1 (m) Góc nghiêng Khoảng cách mép miệng loe đến mép bề mặt hắt theo mặt phẳng qua trục tính theo cơng thức: I= 4×Q × 0, 04 = = 0,3 vk × π ( D + d n ) 0, 02 × π ( 7, + 1, ) (m) Trong đó: - Vk: tốc độ dòng chảy qua khe hở miệng loe ống trung tâm bề mặt hắt, v k mm/s Chọn Vk = 20 mm/s ≤ 20 Chiều cao tổng cộng bể lắng: H = hct + hn + hbv = 1,8 + 3, + 0,5 = SVTH: Nguyễn Mạnh Cường (m) 43 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Với hbv = 0,5 m chiều cao bảo vệ • Tính tốn máng tràn: Máng thu nước đặt vòng tròn có đường kính 0,8 đường kính bể Trên máng thu nước lắp thêm mắng cưa dùng để thu nước Đường kính máng thu nước: Dmang = 0,8 × Dbe = 0,8 × 7, = 5, 76 (m) Chọn Dmáng = 5,8 (m) Chiều dài máng thu nước: L = π × Dmang = π × 5,8 = 18, 22 (m) Tải trọng thu nước mét chiều dài máng: aL = Q 3500 = = 192 L 18, 22 (m3/m.ngay) 4.2.10 Bể chứa bùn: Bể chứa bùn dùng để chứa bùn thải từ bể lắng Bể chứa bùn chia làm ngăn, ngăn chứa bùn tuần hoàn ngăn chứa bùn dư • Xác định ngăn thứ nhất: Tổng thể tích bùn chuyển qua ngăn thứ ngày: Qbun = Qb + Qt = 798 + 2625 = 3423 (m3/ngđ) Chọn thời gian lưu bùn ngăn thứ t1 = 20 phút, thể tích ngăn thứ là: V1 = Qt × t1 = 2625 × 20 = 36, 46 1440 (m3) Kích thước ngăn thứ nhất: Dài x rộng x cao = x x (m) • Xác định kích thước ngăn thứ hai Chọn thời gian lưu bùn ngăn thứ hai t2 = 12 giờ, thể tích ngăn thứ hai là: V2 = Qw × t = SVTH: Nguyễn Mạnh Cường 798 × 12 = 399 24 (m3) 44 Đồ Án Xử Lý Nước Thải GVHD: Nguyễn Minh Đức Kích thước ngăn thứ hai là: Dài x rộng x cao = 10 x 10 x (m) 4.2.11 Bể nén bùn Lượng bùn dư: Qbd = 798 m3/ngày Vận tốc lắng: VL = 0,1 mm/s Vận tốc bùn ống trung tâm Vtt = 20 mm/s Thời gian lắng bùn T = 8h Diện tích hữu ích bể lắng bùn: A1 = Qbd 798 ×1000 = = 92,36 VL 0,1× 3600 × 24 (m2) Diện tích ống trung tâm bể nén bùn: A2 = Qbd 798 ×1000 = = 0, 46 Vtt 20 × 3600 × 24 (m2) Diện tích tổng cộng bể: A = A1 + A2 = 92,36 + 0, 46 = 93 (m2) Đường kính bể nén bùn: D= A1 × 92,36 = = 10,8 π π (m) Đường kính ống trung tâm: d= SVTH: Nguyễn Mạnh Cường A2 × 0, 46 = = 0, 77 π π (m) 45 ... 9% bia nhóm chủ đạo chiếm 97% Hơn 50% thị phần sản xuất bia Việt Nam chịu chi phối sabeco cơng ty liên doanh bia Việt Nam 1.2.2 Quy trình công nghệ ngành sản xuất bia 1.2.2.1 Nguyên liệu sản xuất. .. Do đó, sản xuất bia, nhà sản xuất thường chọn loại hạt gạo có độ trắng đục cao e) Men: Men bia vi sinh vật có tác dụng lên men đường Các giống men bia cụ thể lựa chọn để sản xuất loại bia khác... dịch đường thành bia non, lên men phụ tang trữ bia non thành bia tiêu chuẩn - Loc bia, đóng bao bì, hồn thiện sản phẩm… a) Sản xuất dịch đường houblon hóa: - Sơ đồ cơng nghệ sản xuất dịch đường