a. Cơ sở lựa chọn công nghệ
Việc lựa chọn sơ đồ công nghệ dựa vào các yếu tố cơ bản sau: - Công suất trạm xử lý.
- Thành phần và đặc tính của nước thải.
- Tiêu chuẩn xả nước thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng. - Phương pháp sử dụng cặn.
- Khả năng tận dụng các công trình có sẵn.
- Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng. - Khả năng đáp ứng thiết bị cho hệ thống xử lý.
- Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì.
Tiêu chuẩn nước thải loại A theo QCVN_40_2011_BTNMTđối với một số thông số chính như sau:
o COD: 75 mg/l o 20 5 BOD : 30 mg/l o TSS: 50 mg/l o pH: 6 – 9
b. Phương án xử lý nước thải nhà máy lựa chọn và sử dụng [1]
Nước thải nguồn A Nước thải nguồn B Hóa chất keo
Chú thích:Chất lỏng
Khí Bùn
Nước thải nguồn A và nước thải nguồn B được trình bày ở Bảng 1.7. - Ưu điểm:
o Kết hợp được cả phương pháp hóa lý và sinh học.
o Hiệu quả xử lý cao.
o Đảm bảo nước đầu ra đạt tiêu chuẩn. - Nhược điểm:
Hình 1. 11: Quy trình xử lý nước thải nhà máy
Xử lý hóa lý Bể phản ứng sinh học kỵ khí dạng mẻ UASB Điều hòa Đốt Bể nén bùn Máy ép bùn Bể xử lý sinh học hiếu khí dạng mẻ liên tục kiểu UNITANK Khí biogas
Đem đi phân hủy Nước sau xử lý thải
ra đầm Thủy Triều Dinh dưỡng
Hóa chất
o Chi phí đầu tư ban đầu cao.
o Tốn nhiều diện tích xây dựng.
c. Thuyết minh quy trình công nghệ
Nước thải được chia làm hai nguồn: nước thải nguồn A và nước thải nguồn B (trình bày ởBảng 1.7)
Nước thải nguồn A trước tiên được đưa qua công đoạn tiền xử lý bao gồm các khâu:
- Tách rác thô, tách rác tinh - Keo tụ
- Tạo bông - Lắng
Nước thải nguồn B được đưa thiết bị tách rác thô, rác tinh để loại bỏ rác có trong nước, nước thải sau đó được đưa vào bể điều hòa.
Nước thải nguồn A sau bể lắng đưa vào công đoạn xử lý sinh học kỵ khí chung với nước thải nguồn B. Trước đó nước thải sẽ được chỉnh pH (dùng acid H2SO4 và NaOH) và trích các chất dinh dưỡng để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy dạng mẻ. Nước thải sau công đoạn xử lý sinh học kỵ khí được đưa qua công đoạn xử lý sinh học hiếu khí áp dụng mô hình xử lý dạng mẻ liên tục kiểu Unitank. Việc sử dụng bể phản ứng sinh học hiếu khí kiểu Unitank sẽ không cần sử dụng bể lắng bùn và vẫn có khả năng duy trì hoạt động trong khoảng thời gian Nhà máy ngừng sản xuất (chỉ cần bổ sung một lượng cơ chất và dinh dưỡng tối thiểu để duy trì hoạt động của vi sinh vật có trong bể). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nước thải sau bể phân hủy sinh học hiếu khí sẽ đạt tiêu chuẩn thải loại A và được thải ra ngoài.
Bùn thải từ công đoạn xử lý hóa lý và bùn dư từ công đoạn xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí được đưa qua bể nén bùn và máy ép bùn để loại bớt nước trước khi thải ra.
Khí biogas sinh ra trong công đoạn xử lý sinh học kỵ khí được thu gom và đốt trước khi thải bỏ.
d. Các công trình đơn vị
- Song chắn rác
Để tách bã mía trong nước thải người ta dùng song chắn rác. Hiệu suất của quá trình tách chất rắn bằng phương pháp này phụ thuộc vào các yếu tố sau:
o Đặc tính cơ học của song, lưới: kích thước mắt sàn, khoảng cách giữa các thanh chắn, lưu lượng dòng chảy và điều kiện dòng chảy.
o Tính chất nước thải: nồng độ chất rắn, kích thước của bã mía cần tách. Đối với nước thải nhà máy đường, có thể dùng song chắn rác với các thanh đan xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước trước hầm bơm và cào rác thủ công. Rác thu được có thể thu hồi cùng với bã mía tại khu ép mía để chế biến thành các sản phẩm phụ như làm bột giấy, làm chất độn trong sản xuất vật liệu xây dựng.
- Bể phản ứng tạo bông cơ khí
Hoàn thành quá trình keo tụ, thêm chất trợ lắng để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo với cặn bẩn, các chất gây độ màu cao.
- Bể lắng
Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải.
Bể lắng được đặt trước công trình xử lý sinh học để thực hiện loại bỏ một phần TSS và chất hữu cơ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý sinh học ở công trình sau.
- Bểđiều hòa
Do lưu lượng, thành phần, tính chất nước thải của nhà máy đường tùy thuộc vào dây chuyền sản xuất nên thường dao động nhiều trong một ngày đêm. Để ổn định chế độ dòng chảy cũng như chất lượng nước đầu vào cho các công trình xử lý phía sau, cần thiết phải có một bể điều hòa lưu lượng và nồng độ.
Dung tích bể được chọn theo thời gian điều hòa, dựa vào biểu đồ thay đổi lưu lượng, nồng độ nước thải và yêu cầu mức độ điều hòa nồng độ nước thải.
Trong bể phải có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích (để loại trừ gánh nặng về chất lượng cho các công trình xử lý sinh học phía sau và không cho cặn lắng trong bể).
- Bể UASB
UASB là bể sinh học kỵ khí dòng chảy ngược qua lớp bùn. Xử lý bằng phương pháp kỵ khí là phương pháp được ứng dụng để xử lý các loại chất thải có hàm lượng hữu cơ tương đối cao, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản sinh năng lượng mới.
Vì quá trình phân hủy kỵ khí dưới tác dụng của bùn hoạt tính là quá trình sinh học phức tạp trong môi trường không có oxi, nên bùn nuôi cấy ban đầu phải có độ hoạt tính methane. Độ hoạt tính methane càng cao thì thời gian khởi động (thời gian vận hành ban đầu đạt đến tải trọng thiết kế) càng ngắn. Bùn hoạt tính dùng cho bể UASB nên lấy bùn hạt hoặc lấy từ một bể xử lý kỵ khí là tốt nhất, có thể sử dụng bùn chứa nhiều chất hữu cơ như bùn từ bể tự hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng.
Nồng độ bùn nuôi cấy ban đầu cho bể UASB tối thiểu là 10 kgVSS/m3. Lượng bùn cho vào bể không nên nhiều hơn 60% thể tích bể.
Trước khi vận hành bể UASB cần phải xem xét thành phần tính chất nước thải cần xử lý cụ thể như hàm lượng chất hữu cơ, khả năng phân hủy sinh học của nước thải, tính đệm, hàm lượng chất dinh dưỡng, hàm lượng cặn lơ lửng, các hợp chất độc, nhiệt độ nước thải …
Khi COD nhỏ hơn 100 mg/l, xử lý nước thải bằng UASB không thích hợp. Khi COD lớn hơn 50.000 mg/l, cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn nước đầu ra. [4]
UASB không thích hợp với nước thải có hàm lượng TSS lớn. Khi nồng độ cặn lơ lửng lớn hơn 3000 mg/l, cặn này khó có thể phân hủy sinh học được trong thời gian lưu nước ngắn và sẽ tích lũy dần trong bể, gây trở ngại cho quá trình phân hủy nước thải. Tuy nhiên, nếu lượng cặn này bị cuốn trôi ra khỏi bể thì không có trở ngại gì. Cặn lơ lửng sẽ lưu lại trong bể hay không tùy thuộc vào kích thước hạt cặn
và hạt bùn nuôi cấy. Khi kích thước của hai loại cặn này gần như nhau, cặn lơ lửng sẽ tích lại trong bể. Khi sử dụng bùn hạt, cặn lơ lửng sẽ dể dàng bị cuốn trôi ra khỏi bể. Đôi khi, lượng cặn lơ lửng này có thể bị phân hủy trong bể. Lúc đó, cần biết tốc độ phân hủy của chúng để tính thời gian lưu cặn trong bể.
UASB không thích hợp với nước thải có hàm lượng amonia lớn hơn 2.000mg/l hoặc nước thảicó hàm lượng sunphate vượt quá 500 mg/l (tỉ số / 42 5
SO
COD ). Bản
thân sunphate không gây độc nhưng do vi khuẩn khử sunphate dễ dàngchuyển hóa
2 4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
SO thành H2S. Khi hàm lượng 2
4
SO không quá cao (hoặc tỷ số 2
4 /SO
COD không
vượt quá 10), sẽ không ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí). [8]
Dựa vào các yếu tố trên có thể khẳng định sử dụng UASB cho công nghệ xử lý nước thải mía đường là hợp lý.
o Các yếu tốảnh hưởng:[6]
Nhiệt độ
Vùng nhiệt độ để quá trình phân hủy kị khí xảy ralà khá rộng và mỗi vùng sẽ thích hợp cho từngnhómVSV.
Vùng nhiệt độ ấmtrung bình: 20-450C Vùng nhiệt độ cao – nóng: 45-650C Vùng nhiệt độ thấp - lạnh: 10-150C Nhiệt độ tối ưu các VSV metan: 35-450C
Thời gian lưu
Qua Hình 1.13 cho thấy thời gian lưu ảnh hưởng rất lớn đến hiêu suất xử lý của bể UASB.
Thời gian lưu bùn (SRT) là thông số được chọnlàm thông số thiết kế bể phân hủy.
Nếu thời gian lưu bùn trong bể quá ngắn(<10ngày), sẽ có hiện tượng cạn kiệtvi sinh vật lênmen methane.
Thời gian lưu nước(HRT) cũng là một thông sốkhá quan trọng. Khi thời gian lưu nước quá ngắn,áp suất riêng phần của khí H2 tăng lên, gây ức chếVSV sinh methane và ảnh hưởng đến chất lượng khísinh học.
pH
pH thích hợp cho bể kỵ khí làm việc hiệu quả là 6,8 – 7,4 và tối ưu là 7,0 – 7,2.
Qua kết quả phân tích ta thấy khi pH < 7 thì hiệu quả xử lý giảm.
Hình 1. 13: Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu suất phân hủy kỵ khí
Hình 1. 14: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất phân hủy kỵ khí
o Ưu điểm
Sử dụng CO2 làm chất nhận điện tử, không cần Oxy. Nhu cầu năng lượng cho quá trình được giảm thiểu. Sản sinh khí có ích là Mêtan.
Thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng.
Bể phản ứng kỵ khí có thể hoạt động ở chế độ trọng tải cao.
Hệ thống kỵ khí có thể phân hủy sinh học các hợp chất tổng hợp như hydrocacbon béo có Clo và một số hợp chất thiên nhiên khó phân hủy.
o Nhược điểm
Quá trình kỵ khí diễn ra chậm.
Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc. Quá trình khởi động cần nhiều thời gian
- Bể Unitank [5] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nước thải sau khi qua bể UASB được bơm vào bể Unitank. Tại đây, quá trình xử lí sinh học hiếu khí lơ lửng được thực hiện. Trong bể Unitank diễn ra quá trình
oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ hoà tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí. Vi sinh vật sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ trong nước thải để sinh trưởng. Vi sinh vật phát triển thành quần thể dạng bông bùn dễ lắng và được lắng ngay trong bể. Khi vi sinh vật phát triển mạnh sinh khối tăng tạo thành bùn dư, bùn dư này được bơm ra bể tự hoại.
o Cấu tạo
Hệ thống Unitank là một khối bể hình chữ nhật được chia làm ba ngăn, ba ngăn này thông với nhau bằng cửa mở ở phần tường chung. Kích thước mỗi ngăn là 20.5m x 20.5m x 5m; chiều cao 5m nhưng mực nước được giữ ở mức 4.5m. Trong mỗi ngăn có một máy sục khí bề mặt và cánh khuấy.
Hai ngăn có thêm hệ thống máng tràn nhằm thực hiện cả hai chức năng: vừa là bể Aerotank (sục khí) và bể lắng.
o Nguyên lý hoạt động
Nước thải được đưa vào từng ngăn. Nước sau xử lý theo máng tràn ra ngoài; bùn sinh học dư cũng được đưa ra khỏi bể từ hai ngăn ngoài. Hoạt động của bể gồmhaipha chính và hai pha trung gian. Quá trình được mô tả nhưhình 1.15:
Hình 1. 15: Nguyên lý hoạt động của bể Unitank Pha chính thứ nhất:
Nước thải được nạp vào ngăn 1, lúc này ngăn A đang sục khí. Nước thải vào sẽ được hòa trộn với bùn hoạt tính. Các hợp chất hữu cơ được hấp thụ và phân hủy
một phần, quá trình này gọi là sự tích lũy. Từ ngăn A, hỗn hợp bùn lỏng (nước + bùn) chảy qua ngăn B và tiếp tục được sục khí, bùn sẽ phân hủy nốt các chất hữu cơ đã được hấp thụ ở ngăn A, quá trình này gọi là sự tái sinh. Cuối cùng hỗn hợp bùn lỏng tới ngăn C, ở đây không sục khí và không khuấy trộn. Trong điều kiện tĩnh lặng, các hạt bùn lắng xuống do trọng lực, còn nước được thu ra bằng máng tràn. Bùn sinh học dư được loại bỏ tại ngăn C, để tránh sự lôi cuốn bùn từ A, B và tích lũy ở C, hướng dòng chảy sẽ được thay đổi sau 120 -180 phút (sự chuyển pha).
Pha trung gian thứ nhất:
Mỗi pha chính được tiếp nối bằng một pha trung gian. Chức năng của pha này là chuyển đổi ngăn sục khí thành ngăn lắng. Nước thải được nạp vào ngăn B và cả hai ngăn A và C đều đang trong quá trình lắng. Trong thời gian này, pha chính tiếp theo (với hướng dòng chảy ngược lại) được chuẩn bị, đảm bảo cho sự phân tách tốt, dòng ra sạch.
Pha chính thứ hai:
Pha này tương tự như pha chính thứ nhất nhưng với dòng chảy ngược lại. Nước thải được nạp vào ngăn C, chảy qua B tới A. Ngăn A bây giờ đóng vai trò là ngăn lắng (không sục khí, không khuấy trộn).
Pha trung gian thứ hai:
Pha này đối nghịch với pha trung gian thứ nhất, ngăn sục khí C bây giờ sẽ chuyển thành ngăn lắng trong khi ngăn A đang ở phần cuối của quá trình lắng và ngăn B sục khí. Pha này chuẩn bị cho hệ thống bước vào pha chính thứ nhất và bắt đầu chu trình mới.
o Ưu điểm
Công nghệ này tích hợp được các công đoạn Anoxic,hiếu khí và lắng vào trong 1 công trình xử lý nhằm tiết kiệm diện tích xây dựng và khối lượng bê tông.
Không cần hệ thống bơm bùn hồi lưu với mục đích tiết kiệm điện năng, giảm chi phí vận hành.
Cùng tạo ra các điều kiện hiếu khí/ thiếu khí/ yếm khí trong cùng một chu kỳ cho phép xử lý tốt nhất các hợp chất Nitơ trong nước thải. Quá trình xử lý linh hoạt theo chương trình và có thể điều chỉnh nên
rất phù hợp với các loại nước thải có tính chất đầu vào hay thay đổi. Vận hành hoàn toàn tự động, đảm bảo chất lượng ổn định của nước
thải đã xử lý, dẫn đến chi phí vận hành thấp.
o Nhược điểm
Cần nhu cầu lớn về năng lượng. - Bể nén bùn
Làm giảm thể tích của hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách một lớp nước đưa trở lại hầm tiếp nhận. Bùn cặn giảm được thể tích sẽ giảm được kích thước thiết bị vận chuyển, xử lý phía sau.
- Bể chứa bùn
Tiếp nhận bùn sau khi đã nén ở bể nén bùn trọng lực, từ đây bùn được bơm qua máy ép bùn dây đai.
- Lọc ép dây đai
Giảm thể tích bùn, tách nước ra khỏi bùn để dễ dàng vận chuyển, chôn lấp. Có hệ thống trích polymer để đông tụ và tách nước ra khỏi bùn (bùn được bơm vào ngăn khuấy trộn cùng polymer rồi đi qua băng tải ép bùn loại nước).
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1Đối tượng nghiên cứu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống xử lý nước thải và chú trọng vào hai hợp phần là bể xử lý hiếu khí và bể xử lý kỵ khí. Mẫu nước thải được thu nhận vào từng chai riêng biệt, sau đó được phân tích và đánh giá tại phòng thí nghiệm.
2.2 Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Khảo sát quy trình sản xuất đường
- Số liệu thu thập từ thực tế qua quá tình sản xuất đường tại nhà máy đường