a. Thiết bị lọc dạng trống quay [1]:
Thiết bị lọc dạng trống quay đƣợc đề xuất để thay thế thiết bị lọc rác tinh thơng thƣờng và bể lắng cấp I, nguyên nhân:
Chất thải rắn trong nƣớc thải CBTS thƣờng là các loại vây cá, xƣơng cá, vụn thịt, các chất thải từ dạ dày, ruột cá. Chúng cĩ khối lƣợng riêng khác nhau, cĩ tính bám dính nên các loại lƣới chắn rác thơng thƣờng ít hiệu quả.
Các chất rắn này cĩ tốc độ lắng nhanh, tuy nhiên lại khĩ tách phần cặn ra khỏi bể lắng. Các thiết bị hút bùn, xả bùn tỏ ra khơng hiệu quả. Các chất rắn hữu cơ này tiếp tục phân hủy khi bị ngâm trong nƣớc gây ơ nhiễm thêm cho dịng thải.
Thiết bị lọc dạng trống quay hoạt động theo nguyên tắc: nƣớc thải chứa chất rắn đƣợc dẫn vào trong lịng trống, chảy qua thành trống ra ngồi. Thành trống đƣợc gắn với lƣới lọc cĩ kích thƣớc tùy chọn (ví dụ 0,1 – 1,0 mm). Trống quay đƣợc quay kiên tục theo trục xuyên tâm, mắt lƣới đƣợc rửa bằng các tia nƣớc nhỏ, mạnh theo chu kỳ (5 – 10 phút/lần). Các chất rắn đƣợc lƣới vớt, đẩy vào máng gắn dọc theo trống vừa đi theo nƣớc ra ngồi. Loại thiết bị này cĩ những ƣu điểm:
Hiệu quả tách chất rắn chỉ phụ thuộc vào kích thƣớc của mắt lƣới lọc. Vật rắn cĩ kích thƣớc lớn hơn mắt lƣới đều đƣợc vớt triệt để.
Chất rắn đƣợc tách khỏi dịng thải hầu nhƣ tức thời, tránh đƣợc quá trình tiết thêm chất ơ nhiễm từ chất rắn vào nƣớc thải. Vật rắn đƣợc vớt ra tức thời giữ đƣợc chất lƣợng khi sử dụng để sản xuất phụ phẩm (thức ăn gia súc, thức ăn tổng hợp nuơi cá, tơm).
Do thiết bị quay và đƣợc xối rửa liên tục nên khơng xảy ra hiện tƣợng tắc.
b. Cụm bể UASB –Anoxic – Aerotank
Cụm bể đƣợc thiết kế với quá trình xử lý thiếu khí đặt trƣớc xử lý hiếu khí cĩ tác dụng: nitrat hĩa, khử nitrat hĩa, và khử photpho trong nƣớc thải. Nét đặc thù của hệ là cĩ 2 dịng bùn hồi lƣu:
Hồi lƣu bùn từ bể lắng về bể UASB cĩ tác dụng phân hủy photphat trùng ngƣng trong tế bào vi sinh vật trong điều kiện yếm khí và thải ra mơi trƣờng photphat đơn (các phƣơng trình đƣợc thành lập dựa trên cơ sở chất hữu cơ là axit axetic) [1].
C2H4O2 + (HPO3) + H2O (C2H4O2)2 + PO43- + 3 H+
Trƣớc đĩ dƣới điều kiện hiếu khí (O2) vi sinh bio-P tích lũy photphat trùng ngƣng trong cơ thể chúng từ photphat đơn tồn tại trong nƣớc.
C2H4O2 + 0,16 NH4+ + 1,2 O2 + 0,2 PO43- 0,16 C5H7NO2 + 1,2 CO2 + 0,2 (HPO3) + 0,44 OH- + 1,44 H2O
Trong điều kiện thiếu khí (khơng cĩ oxy, chỉ cĩ mặt nitrat) quá trình tích lũy photpho xảy ra theo phƣơng trình:
C2H4O2 + 0,16 NH4+ + 0,2 PO43- + 0,96 NO3- 0,16 C5H7NO2 + 1,2 CO2 + 0,2 (HPO3) + 1,4 OH- + 0,48N2 + 0,96 H2O
Dịng hồi lƣu hỗn hợp bùn – nƣớc (chƣa tách sinh khối) từ giai đoạn xử lý hiếu khí trộn với dịng thải từ bể UASB. Dịng hồi lƣu này cĩ lƣu lƣợng lớn (200 – 400%) so với dịng vào, chọn 300% để thiết kế.
Trong giai đoạn hiếu khí xảy ra các phản ứng oxy hĩa amoni thành nitrit, nitrat [6]:
NH4+ + 1,5 O2 NO2- + H+ +H20 (chủng VS Nitrosomonas) NO2- + O2 NO3- (chúng VS Nitrobacter ) Phƣơng trình tổng hợp:
NH4+ + 2 O2 NO3- + 2H+ + H2O
Trong giai đoạn thiếu khí xảy ra quá trình khử nitrit, nitrat với chất hữu cơ là metanol: 6 NO3- + 2 CH3OH 6 NO2- + 2 CO2 + 4 H2O (chủng VS Nitrosomonas) 6 NO2- + 3 CH3OH 3 N2 + 3 CO2 + 3 H2O + 6 OH- (chủng VS Nitrobacter ) Phƣơng trình tổng hợp: 6 NO3- + 5 CH3OH 3 N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH-
Hệ xử lý khử nitrat đặt trƣớc cĩ ƣu điểm so với hệ xử lý nitrat đặt sau:
Tốc độ khƣ nitrat nhanh, thể tích phản ứng nhỏ.
Nguồn chất hữu cơ để khử nitrat đƣợc lấy từ nƣớc thải và một phần từ phân hủy nội sinh, tiết kiệm đƣợc nguồn chất hữu cơ đƣa từ ngồi vào.
Tiết kiệm lƣợng oxy cho giai đoạn xử lý hiếu khí sau đĩ, vì một lƣợng lớn hợp chất hữu cơ đầu vào đƣợc tiêu thụ cho phản ứng khử nitrat.
Tiết kiệm chi phí vận hành hệ thống.
3.3.2 Tính tốn thiết kế
Để đảm bảo yêu cầu xả thải của KCN hiện nay, việc áp dụng các cơng thức vào quá trình tính tốn phải bảo đảm nồng độ chất ơ nhiễm đầu ra đạt quy chuẩn loại B, theo QCVN 40:2011/BTNMT. Cụ thể tham khảo Bảng 3.12.
Bảng 3. 12: Thơng số ơ nhiễm đầu ra áp dụng cho tính tốn
Thơng số TSS COD BOD5 TN TP
3.3.2.1 Tính tốn bể UASB [3] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3. 13: Số liệu kỹ thuật từ kết quả vận hành bể UASB và bể lọc yếm khí
Thơng số Đơn vị Giới hạn
Thời gian lƣu nƣớc trong bể giờ 5 ÷ 10 Tải trọng COD kgCOD/m3ngày 8 ÷ 10 Hiệu quả khử COD % 75 ÷ 80 Tốc độ nƣớc đi lên m/h 0,6 ÷0,9
Giả sử sau thiết bị lọc dạng trống quay, nồng độ COD giảm 20%.
Lƣợng COD đầu vào bể UASB:
Yêu cầu sau bể UASB hàm lƣợng COD cịn lại 300 mg/l để đƣa sang xử lý tiếp theo quy trình hiếu khí – thiếu khí kết hợp.
Hiệu quả làm sạch:
Lƣợng COD cần khử 1 ngày:
Tải trọng khử COD của bể lấy theo Bảng 3.13:a=8 kg COD/m3.ngày
Dung tích xử lý yếm khí cần thiết:
Diện tích bể cần thiết:
Chiều cao phần xử lý yếm khí:
Chọn chiều cao vùng lắng H2 = 1,7 m > 1 m, chiều cao dự trữ H2 =0,3 m (H2 + H3 = 2m)
Tổng chiều cao của bể:
Kiểm tra thời gian lƣu nƣớc:
Để thuận lợi cho quá trình xây dựng lấy VUASB = 50 m3. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3.2.2 Tính tốn hệ Anoxic – Aerotank kết hợp [1]
Giả sử nồng độ amoni vào hệ là 80 mg/l, sau bể UASB nồng độ BOD5 cịn lại là 250 mg/l. Ta thành lập bảng thơng số tính tốn.
Bảng 3. 14: Thơng số áp dụng để tính tốn cụm bể Anoxic – Aerotank Dịng vào Hỗn hợp bùn – nƣớc Q = 250 m3/d DO = 2 mg/l pH = 7,2 Mật độ bùn tổng (SK) = 2000 mg/l T = 250C Mật độ bùn hữu hiệu (SKHH) = 0,75 bùn tổng = 1500 mg/l Kiềm = 250 mg CaCO3/l BOD5 = 250 mg/l KDO = 1 mg O2/l
Chất rắn trơ = 200 mg/l Mật độ vi sinh sau lắng Xe = 150 mg/l Nồng độ vi sinh hữu hiệu = 0,75 của tổng.
Nồng độ amoni = 80 mg/l
Bảng 3. 15: Hằng số động học của hệ vi sinh tự dưỡng và dị dưỡng
Hằng số động học vi sinh dị dƣỡng tại 200C
Ys = 0,6 gSKHH/gBOD
ks = 5 d-1 ks(T) = ks(200C).1,09T – 20 kp,s = 0,06 d-1 kp,s(T) = kp,s(200C).1,04T – 20 KS = 60 mg/l BOD KS(T) = KS(200C).1,09T – 20
Hằng số động học của vi sinh tự dƣỡng tại 200C
YN = 0,15 gSKHH/gNH4+-N
kN = 3 d-1 kN(T) = kN(200C).1,09T – 20 kp,N = 0,05 d-1 kp,N(T) = kp,N (200C).1,04T – 20 KN = 100,051T – 1,148 = 0,74 mg/l KN(T) = 100,051T – 1,148
Tính tốc độ phát triển cực đại của vi sinh Nitrosomonas:
[
] [ ]
Tính hằng số động học tại 250C: Vi sinh tự dƣỡng Vi sinh dị dƣỡng
Tính thời gian lƣu tối thiểu cho quá trình oxy hĩa (hiếu khí):
Xác định thời gian lƣu tế bào thiết kế với hệ số an tồn A = 2 (A thƣờng cĩ giá trị trong khoảng 1,2 đến 2), hệ số dao động P =1,2 (P cĩ giá trị từ 1,1 đến 1,2)
Tính thời gian lƣu tế bào của cả hệ (hiếu khí + thiếu khí).
Giả thiết là thể tích bể thiếu khí chiến 40% của thể tích phản ứng:
Vậy thời gian lƣu:
Tính nồng độ BOD tan sau khi xử lý:
[ ]
( )
[ ] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tính nồng độ amoni sau xử lý với giả thiết tồn bộ TNK của nƣớc thải đầu vào cĩ khả năng đƣợc oxy hĩa thành nitrat:
[ ]
( )
[ ]
Tính nồng độ amoni do vi sinh (dị dƣỡng) tiêu thụ để tổng hợp tế bào, giả thiết hàm lƣợng nitơ trong tế bào chiếm 12%:
Xe là mật độ vi sinh sau khi lắng (chọn 150 mg/l). Nồng độ vi sinh hữu hiệu chiến 75% của tổng.
Xác định nồng độ amoni cần oxy hĩa thành nitrat:
NO = 80 – 26,4 – 1,63 = 51,97 mg/l
Tính tốn thể tích bể xử lý hiếu khí đáp ứng nhu cầu oxy hĩa amoni:
[ ] [ ]
Tính nồng độ nitrat quay về bể thiếu khí từ các dịng hồi lƣu: hỗn hợp bùn – nƣớc ( chọn Qbùn-nƣớc = 3Q) và bùn (Qbùn = 0, khơng hồi lƣu bùn vể bể Anoxic)
Tính lƣợng oxy tƣơng đƣơng với nitrat từ dịng quay vịng hỗn hợp bùn nƣớc với giả thiết là nồng độ oxy hịa tan là 2 mg/l, nồng độ oxy từ vịng quay bùn bỏ qua:
Tính lƣợng nitrat từ dịng hồi lƣu bùn – nƣớc về bể xử lý thiếu khí:
[ ]
Nồng độ nitrat sau xử lý chính bằng nồng độ nitrat quay vịng về bể hiếu khí (13 mg/l).
Lƣợng nitrat cần xử lý chính là tổng của lƣợng nitrat và oxy tƣơng đƣơng nitrat: Tính thể tích bể xử lý thiếu khí: Tính lƣợng bùn sinh ra cần thải: [ ] [ ]
Kiểm tra lại thời gian lƣu tế bào của cả hệ, θs,t từ lƣợng bùn thải hàng ngày:
Nhận xét: giá trị θs,t = 5,62 tính đƣợc từ tuổi bùn cao hơn giá trị giả thiết θs = 5,21 chỉ 7,86% độ chênh lệch khơng vƣợt quá 10%, kết quả tính tốn phù hợp với giả thiết.
Tính tốn nhu cầu oxy cho quá trình hiếu khí
[ ] [ ] [ ] [ ] Vậy O2 = 30,07 + 59,38 – 27,86 = 61,59 kgO2/d-1
Tính tốn cơng suất máy thồi khí [7]
Giả xử hiệu suất chuyển hĩa oxy là E=9%; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khơng khí cĩ 23,2% trọng lƣợng O2;
Khối lƣợng riêng của khơng khí là 1,20 kg/m3;
Chọn hệ số an tồn f = 2;
Vậy lƣợng khơng khí cần thiết cho quá trình:
Sau khi tính tốn Bảng 3.16 đƣợc thành lập thể để thuận lợi cho quá trình xây dựng: Bảng 3. 16: Thơng số tính tốn tổng hợp để xây dựng Cơng trình xử lý Thơng số tính tốn Giá trị Bể UASB Tổng thể tích 50 m3 Chiều cao 4,5 m Đƣờng kính 11 m Bể Aerotank Tổng thể tích 141 m3 Chiều cao 4,5 m (chọn Hbv = 0,5 m) Chiều dài 7 m Chiều rộng 5 m Bể Anoxic Tổng thể tích 100 m3 Chiều cao 4,5 m (chọn Hbv = 0,5 m) Chiều dài 6 m Chiều rộng 4,5 m
3.3.3 Tính tốn chi phí
3.3.3.1 Chi phí thiết bị
Bảng 3. 17: Bảng giá thành thiết bị
STT Thiết bị Đơn vị Số lƣợng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Lọc rác tinh kiểu trống quay Bộ 1 60.000.000 60.000.000 2 Bơm tuần hồn bùn – nƣớc Bộ 2 50.000.000 100.000.000 3 Bơm tuần hồn bùn Bộ 2 30.000.000 60.000.000 4 Đầu dị điều chỉnh pH Bộ 1 18.000.000 18.000.000 4 Hệ thống đƣờng ống cơng nghệ Bộ 1 30.000.000 30.000.000 5 Hệ thống an tồn Bộ 1 15.000.000 15.000.000 Tổng chi phí 283.000.000 (Số liệu thị trường, tháng 06/2013) 3.3.3.2 Chi phí xây dựng Bảng 3. 18: Bảng giá thành xây dựng STT Cơng trình Vật liệu Thể tích (m3) Đơn giá (VND/m3) Thành tiền (VNĐ) 1 Bể UASB BTCT 50 2.000.000 100.000.000 2 Bể Aerotank BTCT 141 2.000.000 282.000.000 3 Bể Anoxic BTCT 100 2.000.000 200.000.000 Tổng chi phí 482.000.000 (Số liệu thị trường, tháng 06/2013)
3.3.3.3 Tính tốn thời gian hồn vốn
Chi phí đầu tƣ ban đầu = chi phí thiết bị + chi phí xây dựng = 283.000.000 + 482.000.000 = 765.000.000 VNĐ
Chi phí tiết kiệm trong 1 năm
= (10.500 – 5.500) VNĐ × 7.500 m3/tháng × 12 tháng = 450.000.000 VNĐ
(Ở đây là chi phí XLNT phải trả cho KCN, với giá thành XLNT giảm từ mức B2 (10.500 VNĐ) xuống mức B (5.500 VNĐ)
Với chiết khấu 12%
Hiện giá tiết kiệm năm thứ nhất = 450.000.000/(1 + 0,12) = 401.784.714 VNĐ Hiện giá tiết kiệm năm thứ hai = 450.000.000/(1 + 0,12)2 = 358.737.245 VNĐ Hiện giá tiết kiệm năm thứ ba = 450.000.000/(1 + 0,12)3 = 320.301.112 VNĐ Tổng hiện giá tiết kiệm sau 2 năm = 760.521.959 VNĐ
Tổng hiện giá tiết kiệm sau 3 năm = 1.080.823.071 VNĐ Vậy thời gian hồn vốn chiết khấu hơn 2 năm.
Nhận thấy với chi phí đầu tƣ và thời gian hồn vốn tính tốn nhƣ trên thì hệ thống XLNT sơ bộ này về mặt kinh tế cĩ thể chấp nhận đƣợc.
4
5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Với những kết quả bƣớc đầu đạt đƣợc trong quá trình nghiên cứu, đã đƣa đến kết luận rằng:
Nƣớc thải từ các nhà máy CBTS đƣợc thải ra từ nhiều nguồn: sinh hoạt của cơng nhân, vệ sinh máy mĩc – nhà xƣởng, hoạt động chế biến sản xuất…trong đĩ lƣợng nƣớc thải từ quá trình chế biến sản xuất là chủ yếu.
Nƣớc thải CBTS cĩ nồng độ các chất ơ nhiễm: COD, BOD5, TSS, TN, TP tƣơng đối cao. Nồng độ các chất ơ nhiễm trong dịng thải biến động rất mạnh, tuy nhiên khơng phụ thuộc vào lƣu lƣợng sản xuất cũng nhƣ quy mơ sản xuất của các doanh nghiệp, mà phụ thuộc đối tƣợng sản xuất, trình độ cơng nghệ sản xuất, các biện pháp phịng ngừa, giảm thiểu ơ nhiễm mơi trƣờng.
Từ kết quả khảo sát, phân tích số liệu trong phịng thí nghiệm nhận thấy hệ thống XLNT sơ bộ của các doanh nghiệp CBTS tại KCN Suối Dầu cĩ những ƣu điểm và nhƣợc điểm sau:
Ƣu điểm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Về tổ chức: tất cả các doanh nghiệp CBTS trong KCN đều cĩ đầu tƣ, xây dựng hệ thống XLNT sơ bộ riêng biệt.
- Về kỹ thuật: hệ thống XLNT sơ bộ dựa trên nền tảng quá trình A/O cĩ những ƣu điểm:
Chi phí đầu tƣ vận hành thấp.
Thời gian nuơi cấy vi sinh ngắn, đơn giản.
Khơng địi hỏi ngƣời vận hành cĩ chuyên mơn cao.
Nhƣợc điểm:
Vể tổ chức: vẫn cịn hiện tƣợng các doanh nghiệp xả lén nƣớc thải chƣa qua xử lý, bùn thải vào hệ thống XLNT tập trung của KCN.
Về kỹ thuật:
Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu khác TSS, TN, TP cịn rất thấp.
Nếu chỉ áp dụng quá trình xử lý yếm khí và hiếu khí mà khơng cĩ sự hồi lƣu các dịng thải trong quá trình xử thì khả năng xử lý TN của hệ thống rất thấp khơng đáp ứng yêu cầu xả thải.
Thiếu các thiết bị kiểm sốt pH, nhiệt độ, DO tự động trong các quá trình xử lý bằng vi sinh.
Đối với hệ thống XLNT đề xuất cĩ những ƣu, nhƣợc điểm:
- Ƣu điểm: Hiệu quả xử lý TSS, COD, BOD, TN, TP cao, nƣớc thải đầu ra sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B (theo QCVN 40:2011/BTNMT). Chi phí đầu tƣ phù hợp với khả năng của doanh nghiệp, thời gian hồn vốn ngắn đem lại lợi nhuận cho doanh nghiệp sau 2 năm hoạt động, gĩp phần bảo vệ mơi trƣờng.
- Nhƣợc điểm: Quá trình nuơi cấy vi sinh cho bể thiếu khí phức tạp, quá trình vận hành đồi hỏi nhu cầu các chất dinh dƣỡng ổn định.Ngƣời vận hành cần cĩ trình độ chuyên mơn cao.
Với những ƣu nhƣợc điểm trên, cơng nghệ đề xuất là phù hợp với đặc điểm nƣớc thải CBTS của các doanh nghiệp ở KCN Suối Dầu nĩi riêng, cũng nhƣ nƣớc thải CBTS nĩi chung.
Kiến nghị
Quá trình XLNT sơ bộ của các doanh nghiệp hiện tại cịn nhiều hạn chế, tuy nhiên do thời gian thực hiện và các điều kiện thực tế giới hạn nên quá trình nghiên