AN TỒN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG TRONG NHÀ MÁY CƠNG NGHIỆP VI SINH
16.3. BẢO VỆ MƠI TRƯỜNG XUNG QUANH
Bảo vệ thiên nhiên và sử dụng hợp lý các nguồn dự trữ của chúng trong điều kiện khai thác triệt để là một trong những nhiệm vụ mang tính xã hội, kinh tế quan trọng nhất của mỗi quốc gia.
Việc thu nhận các chế phẩm hoạt hố sinh học cĩ liên quan với sử dụng các vi sinh vật khác nhau trong sản xuất. Phân tích các phế thải của nhiều xí nghiệp vi sinh đã khẳng định rằng: khơng khí và nước thải vào mơi trường xung quanh cần phải tiến hành vơ trùng.
Hệ thống bảo vệ mơi trường xung quanh bao gồm các thiết bị làm sạch khơng khí thải, nước rửa và nước thải.
Làm sạch khơng khí thải. Trong nhiều xí nghiệp thuộc cơng nghiệp vi sinh,
phẩm protein và các sản phẩm khác của tổng hợp vi sinh, được tạo ra trong các giai đoạn lên men, tuyển nổi, sấy, tạo hạt, tiêu chuẩn hố, gĩi, tải sản phẩm trên các phương tiện vận chuyển, cũng như bị nhiễm bụi của các muối dinh dưỡng và nguyên liệu (các thiết bị lên men, thiết bị tuyển nổi, máy sấy...), cũng như sử dụng các xyclon khác nhau, xyclon thuỷ lực, phịng lắng bụi, các bộ lọc bằng vải, bằng điện, các bộ lọc khí.
Để giảm độ bụi của khí thải cơng nghệp, thường sử dụng máy lọc khí venturi (hình 16.1) sau khi sấy, gĩi và nạp sản phẩm lên máy vận chuyển. Máy lọc khí venturi gồm ống venturi 3 dùng để kết tủa các tiểu phần rắn nhỏ, bộ quán tính 4 và các bộ lọc khí kiểu ly tâm 3, nhằm thực hiện quá trình tách khí khỏi các chất lỏng và các hạt được lớn lên.
Hình 16.1. Máy lọc khí venturi
Khơng khí ra khỏi thiết bị được quạt 1 đẩy vào ống venturi 3 để khuấy trộn với nước. Các hạt bụi cùng với các giọt nước và khí vào bộ quán tính 4 để tách khí khỏi chất lỏng. Hỗn hợp khí, nước và các hạt sản phẩm được lớn lên từ bộ quán tính vào các bộ lọc khí kiểu ly tâm 2 để tách khí khỏi nước và các hạt sản phẩm. Khí hướng lên trên, nước cùng với các hạt rắn của sản phẩm chảy xuống dưới vào thùng chứa 5, sau đĩ đưa vào sản xuất để tận dụng các hạt thu gom được.
Hơi Hơi Nước Nước Nước Khơng khí
344
Trong cơng nghiệp người ta sử dụng rộng rãi các thiết bị hấp phụ, hấp thụ, để làm sạch các chất thải cơng nghệ và các khí thải khỏi các khí và hơi độc. Trong các máy hấp phụ, dịng khí hay chất qua lớp hấp phụ dạng hạt cĩ bề mặt lớn (than hoạt tính, silicagen, oxyt nhơm...). Sự lắng và kết hợp các chất xảy ra trên bề mặt các hạt hấp phụ. Trong các máy hấp phụ để làm sạch các khí, thường sử dụng các chất lỏng (nước, dung dịch các muối), tồn bộ thể tích của các chất độc (khí, hơi nước) bị hút rất mạnh. Khí cơng nghệ được loại bỏ cĩ thể bị đốt cháy thành ngọn lửa.
Trong các xí nghiệp thuộc cơng nghiệp lên men, quá trình nuơi cấy các chủng nấm mốc và vi khuẩn được tiến hành trong các khay trên mơi trường rắn xốp. Khơng khí trong phịng nuơi cấy sẽ bị nhiễm bẩn bởi bào tử được tạo thành từ các cấu tử của mơi trường dinh dưỡng, của bán thành phẩm và thành phẩm. Điều đĩ sẽ ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của cơng nhân, gây nên những loại bệnh truyền nhiễm. Ngồi ra khi nồng độ bụi hữu cơ cao hơn 8 ÷ 10 g/m3 thì sẽ gây nguy hiểm dẫn đến hiện tượng nổ.
Chính vì vậy các thiết bị để nuơi cấy canh trường cần phải làm kín và cơ khí hố.
Làm sạch nước thải. Quá trình cơng nghệ thu nhận các sản phẩm vi sinh tổng hợp
địi hỏi phải sử dụng một lượng lớn nước, chính lượng nước này bị nhiễm bẩn bởi các sinh vật độc hại, bởi các muối khống và các cấu tử hữu cơ. Các chất cĩ thể ở trạng thái hồ tan hay khơng hồ tan. Chọn lựa các phương pháp làm sạch nước thải cơng nghiệp được xuất phát từ thành phần của các dịng nước rất phức tạp và hiện nay cũng chưa được nghiên cứu đầy đủ.
Độ nhiễm bẩn của dịng nước thải thường được đánh giá theo hai chỉ số: COD và BOD (COD - lượng oxy (mg) để oxy hố hồn tồn tất cả các chất nhiễm bẩn hố học cĩ trong 1 lít nước thải và BOD - lượng oxy (mg), mà các vi sinh vật sử dụng để oxy hố các chất hữu cơ cĩ trong 1 lít nước thải).
Trong điều kiện cơng nghiệp thường dùng một số các phương pháp làm sạch nước thải.
Làm sạch bằng phương pháp cơ học. Phương pháp này dùng để các chất bẩn ở
dạng khơng hồ tan và dạng phân tán thơ. Việc tách rác rưởi loại lớn, đá sỏi, các mẫu gỗ, cũng như các hạt cát, đất...thường sử dụng sàng, lưới, bể lắng cát và các bộ xốy thuỷ lực. Tách các hạt nhỏ được tiến hành trong các bể lắng. Để làm sạch nước thải ở mức độ cao hơn thường cho qua các bộ lọc kiểu lưới hay lọc bằng cát.
Bộ xốy thuỷ lực. Trong cơng nghiệp vi sinh để làm trong các muối dinh dưỡng, các mơi trường, các chất trung hồ cũng như để làm sạch nước thải bằng phương pháp cơ học người ta thường sử dụng các bộ xốy thuỷ lực. Bộ xốy thuỷ lực (hình16.2) đơn giản về cấu tạo, chúng chiếm diện tích sản xuất nhỏ hơn so với các bộ lọc và các bể
lắng, thuận tiện trong thao tác. Nhưng các bộ xốy thuỷ lực cĩ nhược điểm là tường của thiết bị nhanh chĩng bị bào mịn và tiêu hao năng lượng cao hơn.
Vỏ của bộ xốy thủy lực gồm các phần hình trụ 4 và hình nĩn 2. Dưới áp suất 0,2 MPa huyền phù được tách ra qua đoạn 5 vào phần hình trụ của thiết bị. Tại cửa vào, huyền phù cĩ chuyển động xoắn, làm xuất hiện lực ly tâm cĩ cường độ đáng kể. Do sự khác nhau về trọng lực giữa các pha rắn và lỏng và do sự tác động của lực ly tâm, các hạt rắn bị bắn vào tường của bộ xốy thuỷ lực và khi chuyển động theo quỹ đạo xoắn ốc trong phần hình nĩn, chúng rơi xuống dưới rồi qua cửa tháo ở phía dưới 1 để vào thùng chứa. Một phần lớn pha lỏng đã được làm trong chuyển động theo đường xoắn ốc gần với trục của bộ xốy thuỷ lực phía trên, và khi dẫn đến đoạn ống rĩt 3 sẽ chảy
vào đoạn ống 6 để đưa ra khỏi thiết bị. Hiệu suất phân chia của bộ xốy thuỷ lực phụ thuộc vào kích thước của các hạt rắn, vào áp suất của huyền phù ở cửa vào, vào tỷ số giữa đường kính đoạn ống để tháo cặn và đường kính ống để rĩt chất lỏng đã được làm trong (thường tỷ số này bằng 0,37 ÷ 0,4), vào chiều cao của hình trụ, vào các tính chất cơ - lý của huyền phù ban đầu, vào hàm lượng của pha rắn ...
Năng suất của bộ xốy thuỷ lực (m3/s):
p kDd Q = d ∆
trong đĩ: k - hệ số tiêu hao chung (khi đường kính bộ xốy thuỷ lực 125 ÷ 600 mm và độ nĩn 380, k = 2,8⋅10−4);
D - đường kính bộ xốy thuỷ lực, m;
dd = (0,16 ÷ 0,2)D - đường kính đoạn ống dưới ở cửa tháo, m;
∆p - giảm áp, bằng hiệu các áp suất trong đoạn ống nạp liệu và trong đoạn ống tháo ở trên, m.
Cơng suất (kW) tiêu thụ của bộ xốy thuỷ lực: η ρ 1000 h t p Q N ∆ = trong đĩ: Q - năng suất của bộ thuỷ lực, m3/s;
ρh - tỷ trọng của huyền phù ban đầu, kg/m3; ∆pt - giảm áp trong bộ xốy thuỷ lực, Pa; η - hiệu suất của bộ thuỷ lực.
Hình 16.2. Sơ đồ bộ xốy thuỷ lực
346
Làm sạch bằng phương pháp hố học. Làm sạch bằng phương pháp hố học
thuộc phương pháp tách các chất bẩn bằng con đường liên kết hố học bởi các chất phản ứng, khi chuyển thành các hợp chất mới thì các chất bẩn bị kết tủa hoặc bị tách ra ở dạng khí.
Làm sạch bằng phương pháp hố - lý. Các quá trình kết tủa, kết bơng, hút nước,
tuyển nổi... đều thuộc các quá trình hố - lý. Kết tủa được sử dụng khi lắng chất cĩ dạng phân tán mịn. Thường sử dụng sunfit nhơm để làm chất đơng tụ. Sử dụng kết bơng để tăng cường quá trình kết tủa và để làm lắng các tiểu phần lơ lửng do sự tác động của các chất phản ứng hữu cơ và tổng hợp (ví dụ như benzen). Để tiến hành kết tủa sinh học và kết bơng các chất hữu cơ ở dạng lơ lửng trong nước thải, thường sử dụng thiết bị cĩ quá trình kết tủa sinh học và kết bơng do nạp bùn hoạt tính và khơng khí. Thiết bị là một cái bể hình chữ nhật, sức chứa của nĩ phụ thuộc vào lượng nước thải chảy vào và thời gian cĩ mặt của nĩ. Thời gian cĩ mặt của nước thải trong thiết bị khi nạp mạnh khơng khí dao động từ 10 đến 20 phút. Sử dụng loại thiết bị này làm giảm lượng các chất hữu cơ trong nước thải dến 15%.
Trong quá trình hút nước, các bụi kết tụ trên bề mặt của các chất hút nước (ví dụ như than hoạt tính). Cơ sở của quá trình tuyển nổi ở chỗ: khả năng các hạt phân tán bị nhiễm bẩn cùng với các bọt khơng khí bảo hồ nổi lên trên bề mặt cĩ dạng váng.
Làm sạch bằng phương pháp sinh học. Làm sạch bằng phương pháp sinh học
dựa trên khả năng của các vi sinh vật tận dụng các chất hữu cơ cĩ trong nước thải, thực chất là nguồn cacbon. Ngồi nguồn cacbon cho hoạt động sống của vi sinh vật cần cĩ những nguồn khác như nitơ, phospho, kali. Chúng thường được bổ sung ở dạng muối khống. Tiến hành làm sạch bằng phương pháp sinh hố hoặc là ở trong các điều kiện tự nhiên hoặc là trong các điều kiện nhân tạo. Các bể lọc sinh học đã được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp để làm sạch nước thải bằng phương pháp sinh học. Bể lọc sinh học (hình 16.3) là bể chứa 1 cĩ hai lơ và ba phịng hình
chữ nhật với bề sâu 3 ÷ 6 m và các vách ngăn dọc cách đáy để chuyển đảo liên tục trong các khoang 6, 7, 8. Bên trong bể sinh học cĩ các ống dẫn giĩ 2 với các bộ thơng giĩ ở cuối ống 5. Cửa nước thải vào 3 được đặt ở phần bên trên của lơ đầu, cịn cửa ra 4 ở phần trên của lơ thứ hai. Chiều dài của bể lớn hơn 10 lần chiều rộng và vào khoảng 50 ÷ 150 m, thể tích hoạt động của lơ từ 1500 đến 30000 m3, thời gian nước thải cĩ mặt trong bể từ 8 đến 20 h. Khi nạp
1
5
Hình 16.3. Bể lọc sinh học ba phịng
khơng khí 5 m3/(m2⋅h) BOD của nước thải cĩ thể giảm từ 300 đến 15 mg O2/l.
Các bể sinh học về cơng nghệ cĩ liên quan với bể lắng đợt hai, được dùng để tách bùn hoạt tính khỏi nước thải đã được làm sạch. Các bể lắng đợt hai là những loại bể tiếp xúc, trong đĩ cĩ bổ sung dung dịch chứa clo để khử trùng. Thời gian tiếp xúc của clo với nước khơng nhỏ hơn 30 phút.
Để làm sạch nước sản xuất khỏi các sản phẩm dầu thường dùng các bộ thu hồi đặc biệt.
Các bể lắng. Để tách các mơi trường khơng đồng nhất, các huyền phù và nhũ
tương trong trường hấp dẫn, thường sử dụng các thiết bị lắng. Trong cơng nghiệp vi sinh sử dụng các bể lắng để thực hiện quá trình làm trong các dung dịch muối, mơi trường dinh dưỡng, để tách các tiểu phần thạch cao khỏi các chất trung hồ trong sản xuất bằng phương pháp thuỷ phân, cũng như được sử dụng trong các hệ thống chuẩn bị nước và làm sạch nước thải cơng nghiệp.
Theo hướng chuyển động của chất lỏng trong bể, cĩ thể chia ra các loại bể sau đây: hướng tâm, nằm ngang, đứng và những lớp mỏng. Trong các bể hướng tâm thì sự chuyển động của chất lỏng được thực hiện theo hướng từ tâm đến tường bên ngồi hay ngược lại. Trong các bể đứng thì sự chuyển động của chất lỏng xảy ra từ phần dưới lên phần trên hay ngược lại. Trong các bể lắng cĩ nhiều lớp mỏng xảy ra làm lắng lớp nhũ tương và huyền phù.
Hình 16.4 mơ tả bể lắng trong dạng xilanh đứng.
Nguyên tắc hoạt động của bể như sau: nước được nạp vào xilanh theo hướng tiếp tuyến để bảo đảm khuấy trộn mạnh với chất phản ứng. Tấm chắn hướng phun 1 được lắp ở cửa vào phần hình nĩn nhằm ổn định chuyển động quay của nước. Các tiểu phần lớn được kết tụ trong phần xilanh và được thải ra khỏi thiết bị theo định kỳ. Các tiểu phần nhỏ khi nổi lên trên phần nĩn của bể, được tập trung ở tâm bể và được lắng trong hộp hình nĩn 3 rồi cùng với một phần nước vào ống 2 và vào thùng chứa kết tủa. Nhờ cơ cấu ống lồng 4 mà hộp hình nĩn 3 cĩ thể chuyển dịch lên xuống, cho nên chất lượng làm sạch nước được điều chỉnh. Tốc độ nạp nước cĩ ảnh hưởng tới chất lượng làm sạch. Tốc độ nước trong phần xilanh được điều chỉnh trong giới hạn từ 3 đến 1,2 m/s, khi đĩ tốc độ chuyển động đứng của nước 0,013 m/s. Ở phần trên của nĩn, tốc độ chuyển động ngang bằng 0,005 ÷ 0,02 m/s, cịn chuyển động đứng - 0,0007 m/s.
Bể lắng trong cĩ đường kính phần nĩn 4,8 m, năng suất tính theo nước 21,6 ÷ 90 m3/h.
Hình 16.4b mơ tả bể hình cơn đứng. Nước cho vào làm sạch qua van 3 vào máng hở để khuấy trộn với các chất poly- điện phân cao phân tử. Sau đĩ đẩy hỗn hợp vào
348
vịng chắn trung tâm bình trụ 2. Tại đây các tiểu phần rắn tạo thành aglomerat, to dần và bắt đầu lắng vào phần dưới của cơn. Nhờ bộ khuấy 1 quay với số vịng 0,2 ÷ 0,6 vịng/ phút làm cho các phần tử rắn được nén chặt thêm. Khi chất cặn đạt đựơc tỷ trọng đã cho thì cảm biến 4 sẽ truyền tín hiệu đến bộ điều chỉnh 5 để mở cơ cấu tháo. Trong thiết bị cịn được theo dõi quá trình nạp tự động chất kết bơng. Mức độ khử nước của chất lắng khoảng từ 95 ÷ 96 đến 55 ÷ 65%.
Hình 16.4. Các bể lắng dạng đứng:
a- Bể làm trong dạng xilanh nĩn; b- Bể cơ hình cơn; c- Bể lắng dạng đứng để làm sạch huyền phù và tách cặn keo
Trên hình 16.4c mơ tả bể lắng hình trụ cơn đứng để làm sạch các chất lỏng chứa các hạt cĩ khả năng dính bám, tạo ra lớp dày bám trên thành của thiết bị và tạo ra váng. Bể lắng được chế tạo cĩ dạng bể hình trụ với đáy cơn và ống cơn trung tâm 2 cĩ loa phía dưới 1. Vịng chắn 6 và thùng chứa váng 4 được lắp theo chu vi của bể. Huyền phù nạp vào bể lắng theo phương tiếp tuyến ở phần trên của ống trung tâm. Dưới tác dụng của trọng lực, các hạt cứng rơi xuống bể tạo thành chất lắng ở phần cơn của bể , cịn váng cùng với chất lỏng đã được làm trong được nổi lên trên, vào khơng gian giũa ống trung tâm và vịng chắn. Một phần váng cùng với chất lỏng đã được làm trong, khi chuyển động trong khơng gian giữa vịng đệm và thành bể, được thải ra qua đoạn ống 5.
Nhờ các cánh quay 7 và 9 mà váng nổi lên, được hướng vào thùng chứa váng 4. Cánh 8 dùng để xả nhanh váng khi nạp một lượng nước nhất định. Các cánh được chế tạo bằng caosu lá, cĩ bề dày 4 ÷ 8 mm. Dùng các xích quay 3 để đẩy cặn dính bám trên thành bể. Các xích quay được gắn ở phần cơn để thu gom cặn và tháo ra ngồi qua cửa dưới của bể. b) a) c) Nước đã được làm trong Chất phản ứng Các hạt lớn Nước đưa vào để gia cơng Chất kết bơng