Công nghệ này hiện nay bắt đầu được áp dụng tại Việt nam cho một số loại hình xử lý chất thải công nghiệp thực phẩm như: chế biến sắn, bột m chính, sản xuất rượu….Với quy mô công trình khá lớn từ 1000- 50.000m3/hồ.
Thuyết minh: Theo công nghệ này, hồ phủ bạt HDPE thường có 02 ngăn, ngăn phản ứng và ngăn lắng. Nước thải từ chuồng trại được đưa vào hồ tlợn phương ngang hoặc từ đáy tùy tlợn thiết kế của từng trang trại. Đáy hồ được rải một lớp bạt chống thấm sau đó phủ một lớp đất sét và đầm nén để tránh bạt bị xô và rách do lực kéo. Phần bạt phía trên để thu biogas thường có độ dầy 1mm để đảm bảo độ bền lâu dài cũng như dễ dàng hàn kín khi có rò rỉ. Nước thải được phân hủy tại ngăn 1 tạo khí biogas làm lớp bạt HDPE phồng lên tạo khoang chứa khí lớn. Khí được lưu trữ tại bể mặt của hồ và dẫn đi sử dụng hoặc thải bỏ. Phần nước sau khi đã phân hủy tại ngăn số một được chảy sang ngăn thứ 2 có tác dụng lắng bùn trước khi được đưa sang các hạng mục xử lý khác. Sơ đồ công nghệ: Nước thải vào Hồ phủ bạt Hồ lắng phủ bạt Aeroten, Hồ Nước ra Thu cặn Thu khí SH
27
Hình 2.10. Công trình tlợn công nghệ hồ phủ bạt-trang trại Hòa hội 1
28 Thời gian thi công nhanh
Giá thành đầu tư thấp
Hiệu quả thu khí cao, khả năng tích trữ khí tốt do tận dụng được độ co dãn của vải phủ.
Khả năng quan sát và kiểm soát được hoạt động của công trình tốt (thông qua độ phồng lên của lớp phủ)
Vận hành đơn giản ít tắc ngẽn đường ống
+ Các vấn đề tồn tại:
Khó kiểm soát lượng bùn cặn trong hồ, khả năng thu bùn khó khăn. Khó phát hiện các vị trí rò rỉ khí, khả năng tạo váng trên bề mặt hồ cao.
Bảng 2.1. Đặc trƣng nƣớc thải trƣớc và sau công trình KSH của các trang trại[7]
STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN 24:2009
Đầu vào Đầu ra A B
1 pH - 6,9 – 7,8 4,7 – 7,27 6 – 9 5,5 – 9 2 DO mg/l 0,3 – 1,7 0 – 0,6 - - 3 COD mg/l 2500 – 12.120 207 – 4010 50 100 4 BOD mg/l 1100 – 8350 192 – 1880 30 50 5 Tổng Nitơ mg/l 185 – 4539 45 – 1462 15 30 6 Tổng P mg/l 28 – 831 22,3 – 481 4 6 7 SS mg/l 190 – 5830 64,8 – 327 50 100 8 NH4+ mg/l 85 – 865 25 – 865 5 10 9 Coliform MNP/100ml 4.104 – 108 4,3.10 6 – 108 3000 5000
29
Kết quả phân tích mẫu chất thải lỏng sau hệ thống khí sinh học so với trước khi được xử lý cho thấy hàm lượng các chỉ tiêu giảm đáng kể. Tuy nhiên, đối chiếu với giới hạn mà tiêu chuẩn QCVN 24:2009 quy định, chỉ có chỉ tiêu pH đạt tiêu chuẩn mức B, các chỉ tiêu còn lại đều vượt, thậm chí vượt gấp nhiều lần tại miền Bắc: COD (5,8-33,6 lần), BOD (3,6 – 47,5 lần), SS (1,4-6,8 lần), T-N (7,4 – 48,7 lần), T-P (20 – 80,1 lần), Colifrom (6 – 1000 lần), chỉ có tại trang trại nhà Bà Trần Thị Mai và Bà Nguyễn Thị Sửu là hàm lượng SS đạt tiêu chuẩn nước thải đầu ra. Tại miền Trung COD (3,4 – 14,6 lần), BOD (3,2 – 10,8 lần), SS (1,2 – 3,2 lần), T-N (6,06 – 13,7 lần), T-P (3,5 – 7,8 lần), Colifrom (100 - 800 lần). Tại miền Nam COD (32,4 - 49 lần), BOD (21 – 28,4 lần), SS (1,45 – 3,15 lần), T-N (1,5 – 6,5 lần), T-P (6,8 – 12,5 lần), Colifrom (20 - 2000 lần). (Dự án KSH – Hà Lan năm 2009)
2.3. Lựa chọn công nghệ xử lý nƣớc thải trang trại
Căn cứ vào các ưu nhược điểm đã phân tích đối với từng loại công trình dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật, hiệu quả thực tế, qua quá trình điều tra, khảo sát thực tế dựa vào đặc tính thành phần nước thải, lưu lượng và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý chúng tôi đưa ra giải pháp công nghệ xử lý nước thải như sau: Để đảm bảo tiêu chuẩn thải hoặc tuần hoàn tái sử dụng cho mục đích rửa chuồng, làm mát chuồng trại vào mùa hè, tưới cây thì cần thiết phải kết hợp biện pháp xử lý yếm khí – hiếu khí để xử lý toàn bộ phân và nước thải của trang trại.
Các hạng mục xử lý chính thi t k nhƣ sau:
Hồ Cigas (hồ phủ bạt HDPE) để xử lý phân và nước thải thu biogas Hệ thống xử lý nước thải sau hồ Cigas đến đạt tiêu chuẩn
30
Phân, nước rửa chuồng trại từ các khu chăn nuôi lợn được hệ thống mương dẫn đưa vào bể nạp liệu. Tại ngăn xử lý của bể nạp liệu chất thải được khuấy trộn để đánh tơi phân và nước. Phần nước và phân sau sau đó sẽ tự chảy qua hồ yếm khí phủ bạt 3 ngăn. Tại đây xảy ra quá trình phân hủy yếm khí các chất hưu cơ nhờ tác dụng của các vi sinh vật yếm khí. Khí CH4 sinh ra từ quá trình được thu để tái sử dụng làm chất đốt hoặc chạy máy phát điện. Tại hồ phủ bạt HDPE các mạch vòng cacbon sẽ bị phân cắt thành những mạch nhỏ sẽ thuận tiện cho việc xử lý về sau.
Nước thải sau khi qua hồ yếm khí sẽ tự chảy qua bể điều hòa nhằm ổn định và điều hòa lưu lượng nước thải. Tiếp đó chảy qua bể xử lý hóa lý, tại đây, bổ sung sữa vôi để trung hòa pH và các hóa chất keo tụ (khi cần thiết) và lắng các chất hữu cơ lơ lửng có trong nước thải. Nước thải sẽ được bơm sang bể lọc sinh học kiểu nhỏ giọt. Tại bể lọc sinh học, các vi sinh vật có hoạt lực cao được bổ sung nhằm xử lý triệt để các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải. Hệ thống phân phối khí cung cấp không khí cho vi sinh vật hoạt động (được đặt dưới đáy bể) nhờ các đĩa phân phối khí. Tại đây lượng BOC và COD trong nước thải được giảm đi đáng kể nhờ các VSV hoạt lực cao. Nước thải sau bể lọc sinh học tiếp tục được xử lý và ổn định
Phân, nước rửa Ngăn nạp liệu Hồ phủ bạt
Hóa Xử lý hóa lý
Bể điều hòa
Nước tái sử dụng rửa chuồng Bể lắng Bãi lọc ngầm Khử trùng Cấp Bùn tuần Bể lọc sinh học nhỏ giọt Hình 2.11. Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải
31
thành phần tại Bể lắng sinh học. Nước thải taih bể lắng để loại bỏ phần cặn lơ lửng còn lại trong nước. Bùn từ bể lắng một phần được tuần hoàn lại bể xử lý hiếu khí để ổn định lượng vi sinh vật, một phần bùn dư được thu hồi đem đi xử lý chung với phân lợn. Sau đó nước thải được chảy vào Bãi lọc ngầm trồng cây được xử lý triệt để lượng BOD và COD còn tồn đọng lại và lượng N và P trước khi nước thải đi ra môi trường sẽ được bơm hóa chất khử trùng để khử trùng và tiêu diệt vi khuẩn. Nước thải sau đó sẽ được thu về hồ chứa. Nước trong hồ chứa để tái sử dụng vào việc rửa chuồng trại.
32 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI TRANG TRẠI CHĂN NUÔI
3.1. T nh to n lƣu lƣợng [4,5,6]
Với quy trình chăn nuôi heo và đặc tính nước thải đã phân tích ở phần trước, ta thấy thành phần nước thải bao gồm những thành phần chủ yếu sau:
- Nước vệ sinh chuồng trại, nước tắm rửa cho heo - Nước tiểu thải ra
- Lượng phân thải ra, nước phân chuồng
- Ngoài ra còn 1 phần nhỏ từ nước thải sinh hoạt của công nhân tại trang trại Việc tính toán lưu lượng khi không có điều kiền quan trắc dòng thải, ta có thể tính toán dựa vào số đầu heo trong trang trại. Kết hợp với mục tiêu của đề tài là hướng đến trang trại quy mô nhỏ, ta có thể giả định số đầu heo tại trang trại như sau:
Quy mô trang trại: 4000 con heo thịt, nuôi từ 15 kg cho tới khi xuất chuồng là
90 kg. trong đó có 900 con từ 15 – 45 kg, 3100 con từ 45 – 90 kg, trang trại có 2 công nhân làm việc.
- Tính toán lượng nước tiểu thải ra hàng ngày:
V1 = 900.1,35 + 3100.3 = 10515 l/ngày (theo bảng I.5) - Tính toán lượng phân thải ra hàng ngày:
Q1 = 900.2 + 3100.4 = 14200 kg/ngày, quy ra thể tích 14200 l/ngày (theo bảng I.3) - Tính toán lượng nước vệ sinh chuồng trại hàng ngày:
V2 = 5.Q1 = 5.14200 = 71000 l/ngày
Thực chất đây là lượng nước dùng để pha loãng phân với tỷ lệ tối ưu là 5:1. Nước này dùng để tắm rửa cho lợn, vệ sinh chuồng trại.
- Tính toán lượng nước thải sinh hoạt cho công nhân:
Tính toán lượng nước cấp cho việc sinh hoạt hàng ngày [4]:
Tiêu chuẩn cấp nước cho nông thôn: a = 60 l/người.ngày Nước dịch vụ: b = 10%.a = 10 l/ngày
33
Nước thất thoát: c < 20%(a + b),chọn c = 10%.(a+b) = 7 l/ngày Nước cho yêu cầu riêng của nhà máy xử lý nước:
d = 10%.(a + b + c) = 7,7 l/ngày Lượng nước sinh hoạt hàng ngày: V3’ = a + b + c + d = 84,7 l/ngày
Lượng nước sinh hoạt hàng ngày lớn nhất: V3’’ = 84,7*1,3 = 110 l/ngày
Lượng nước thải sinh hoạt hàng ngày:
Lấy bằng 90% lượng nước sinh hoạt hàng ngày lớn nhất. Lượng nước thải sinh hoạt hàng ngày là:
V3 = 90%V3’ = 76,23 l/ngày, gần đúng 77 l/ngày
Vậy lƣu lƣợng nƣớc thải ra hàng ngày:
Q = V1 + Q1 + V2 + V3 = 10515 + 14200 + 71000 + 77 = 95792 l/ngày. Chọn Q = 100 m3/ngày.
Lưu lượng lớn nhất Qmax cũng được tính toán như trên với những thành phần thải ra
V1, Q1, V2, V3 ứng với giá trị lớn nhất. Ta được Qmax = 150 m3/ngày.
3.2. Tính toán hồ phủ bạt HDPE [4,5,6,8,13] 3.2.1. Thông số đầu vào. 3.2.1. Thông số đầu vào.
- Lưu lượng:
Lưu lượng trung bình: 100 m3/ngày Lưu lượng tại giờ lớn nhất: 150 m3/ngày (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.1. Nồng độ đầu vào hồ phủ bạt
Đặc tính Đơn vị Giá trị Trung bình
pH - 6-7 6,5
BOD5 mg/l 7000-11000 9000
COD mg/l 10000-14000 12000
34
SS mg/l 4000-8000 6000
VSS mg/l 4000-5000 4500
Tổng P mg/l 48-72 60
Tổng N mg/l 200-480 340
3.2.2. Tính toán thi t k hồ phủ bạt HPDE
Nước thải đầu vào có khoảng 50% COD dạng hạt và 90% VSS có khả năng phân hủy bằng sinh học(COD, VSS). VSS đầu ra là 750 mg/l.
Tính toán thiết kế hồ phủ bạt, cần xác định: (1): kích thước và diện tích của bể
(2): thời gian lưu, T h
(3): thời gian lưu bùn trong bể, SRT h (4): VSS trung bình trong tầng bùn lơ lửng
(5): sản lượng khí, năng lượng có thể sinh ra từ khí biogas Thông số thiết kế: Từ bảng 3.2, ta chọn: Y = 0,08 gVSS/gCOD kd = 0,03 gVSS/gVSS.d µ m = 0,25gVSS/gVSS.d fd = 0,15 gVSS/ gVSS
Sản lượng metan tại 350C: 0,4 lCH4/gCOD Thể tích hoạt động: 90%.
35
Bảng 3.2. Chi ti t thi t k các thông số với thi t bị sinh trƣởng lơ lửng hòa trộn hoàn chỉnh đ xử lý COD hòa tan. [6]
Thông số Đơn vị Giá trị
Khoảng thay đổi Trung bình Hệ số tạo sinh khối, Y: -Lên men -Tạo khí -Kết hợp toàn bộ gVSS/gCOD gVSS/gCOD gVSS/gCOD 0,06 – 0,12 0,02 – 0,06 0,05 – 0,10 0,10 0,04 0,08 Hệ số phân hủy, kd - Lên men - Tạo khí - Kết hợp toàn bộ g/g.d g/g.d g/g.d 0,02 – 0,06 0,01 – 0,04 0,02 – 0,04 0,04 0,02 0,03 Tốc độ tăng trưởng riêng cực đại, µ m - 350C - 300C - 250C g/g.d g/g.d g/g.d 0,30 – 0,38 0,22 – 0,28 0,18 – 0,24 0,35 0,25 0,20 Hằng số bán vận tốc, KS - 350C - 300C - 250C mg/l mg/l mg/l 60 – 200 300 – 500 800 – 1100 160 360 900
36
Thông số Đơn vị Giá trị
Khoảng thay đổi Trung bình
Metan -Sản lượng tại 350C -Mật độ tại 350C -Phần trăm khí -Thành phần năng lượng m3CH4/kgCOD kg/m3 % kJ/g 0,4 0,6346 60 – 70 50,1 0,4 0,6346 65 50,1 Xác định thể tích hồ dựa vào tải trọng hữu cơ. Chọn Lorg = 2kgCOD/m3.d.
= 450 (m3)
V: thể tích chứa nước của hồ, m3. Q: lưu lượng dòng vào, m3/d. S: nồng độ COD hòa tan vào bể, kgCOD/m3.
Kích thước hồ:
Chọn chiều dài hồ phủ bạt HDPE: L= 20 m Chiều rộng của hồ phủ bạt HDPE: B= 5 m Chiều cao
Xác định chiều cao chất lỏng : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tổng chiều cao của hồ:
H = H’ + H1 + H2 = 4,5 + 1,5 + 0,7 = 6,7 m Với:
H1: chiều cao vùng lắng, H1 > 1m [7], chọn H1 = 1,5 m H2: chiều cao bảo vệ, chọn H2 = 0,7 m
37 Xác định thời gian lưu thủy lực HRT:
Xác định thời gian lưu bùn SRT: Ta có quan hệ sau:
Q.Xe = PX,VSS = lương chất rắn có khả năng bay hơi thải ra mỗi ngày. Với: Q: lưu lượng trung bình, m3/d. Q = 100 m3/ngày.
Xe: nồng độ VSS đầu ra, g/m3. Xe = 700 mg/l = 700 g/m3. PX,VSS: lượng chất rắn thải mỗi ngày, g/ngày
Cả Q, Xe đều đã biết. Giá trị PX,VSS được tính theo: ( )
( )
A B C (A): Phần sinh khối do vi sinh vật dị dưỡng.
(B): Phần tế bào chết.
(C): Phần không bị thối rữa trong dòng thải.
- COD hòa tan đầu ra với hiệu suất 65% loại trừ là: S = (1 – 0,75).COD =(1 - 0,75) .9000 g/m3 = 2250 g/m3 - Nồng độ VSS đầu vào với 90% VSS có thể bị phân hủy: VSS = (1 – 0,9).4500 = 450 g/m3
- Nồng độ pCOD có thể giảm: 0,5.(12000 - 9000) = 1500 g/m3 - Tổng COD đầu vào có khả năng bị loại trừ:
S’ = 9000 + 1500 = 10500 g/m3 Thay vào phương trình trên ta có:
( ) ( )
( )( )
38
e. Kiểm tra sCOD đầu ra tại SRT = 40 ngày ở 300C sử dụng phương trình sau: ( ( )) Ở 300C có ks = 360 mg/l (bảng 3.6) ( ) ( ) ( )
Phân số của sCOD đầu ra so với sCOD đầu vào:
Nên thời gian lưu là phù hợp
f. Xác định XTSS trung bình trong vùng sinh khối của thiết bị. - XTSS có thể được ước lượng như sau:
( )
V: tương đương với thể tích hoạt động Vn của bể, m3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Q: lưu lượng trung bình vào bể, m3/d. Qw: lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/d. Xe: nồng độ sinh khối ra khỏi bể, gVSS/m3.
XR: nồng độ sinh khối trong dòng tuần hoàn, gVSS/m3. Vì giả sử mọi chất rắn đã xử lý đều ở đầu ra, Qw = 0 nên:
(
) g. Xác định lượng khí metan tạo ra và năng lượng:
- Lượng COD giảm trong bể:
COD = S0 - S = ( 10500 - 2250) (g/m3) = 8250 (g/m3) - Xác định tỷ lệ metan tạo ra:
39
Từ bảng 2.1 thì sản lượng methan ở 35 độ C là 0,4 m3/ kg COD. Thể tích H4 tạo ra từ 1g COD ở 30 độ C là: ( ) ( ) ( ) - Tổng thể tích CH4 tạo ra: ( ) ( )
- Tổng thể tích khí gas tạo ra: ( ) Tại 300C, thể tích 1 mol khí là: ( ) ( )
Tổng số mol khí CH4 được tạo ra
( ) (molCH4/ngày)
- Khối lượng khí metan tạo
( ) ( ) (
)
Năng lượng tạo ra:
( ) (
)
Thông số kỹ thuật của hồ phủ bạt HDPE:
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật hồ phủ bạt HDPE
1 Số lượng hồ phủ bạt 1 Bể 2 Công suất bể 2,5 m3/h 3 Chiều dài bể 20 m 4 Chiều rộng bể 5 m 5 Chiều cao phần xử lý yếm khí 4,5 m 6 Chiều cao bảo vệ 0,7 m 7 Chiều cao vùng lắng 1,5 m
40
8 Chiều cao xây dựng 6,7 m 9 Thể tích phân hủy yếm khí 450 m3 10 Thời gian lưu nước 4,5 ngày
Trên thực tế trang trại có rất nhiều đất để thực hiện triển khai công trình nên chúng tôi lựa chọn kích thước hố thực tế không như tính toán và như sau:
Hồ số 1: LxRxH = 140x9x3m (Khu nuôi lợn thịt)
Hồ số 2: LxRxH = 120x9x3(m) (khu nuôi lợn nái và lợn sữa)