IV.1. Nguồn phát sinh và lưu lượng nước thải
IV.1.1. Nguồn phát sinh
Nước dùng trong quá trình vo gạo được thải ra ngoài tương đương với lượng nước dùng . Lượng nước này chiếm khoảng 25% lượng nước thải tổng cộng. Trong quá trình vo gạo này cũng thải ra một lượng chất thải rắn (hạt gạo).
Lượng nước dùng trong quá trình ngâm gạo vẫn giữ nguyên trong giai đoạn xay gạo. Lượng nước này sẽ được thải ra ngoài trong quá trình làm đặc bột bằng rây vải. Lượng nước thải trong quá trình này chiếm khoảng 25%.
chiếm khoảơc10% lưu lượng tổng. Trong nước thải này chứa rất nhiều tinh bột gạo còn lại trong cối xay. Công đoạn xay gạo và vệ sinh cối xay là nguồn phát sinh lượng tinh bột trong nước thải.
Trong quá trình ép bột ủ thành sợi là công đoạn tạo ra tiếng ồn trong dây chuyền sản xuất này. Lượng bột còn sót lại trong máy ép sợi sẽ được vệ sinh bằng nước. Nước thải trong công đoạn này thường có pH biểu thị axit nhẹ do bột đã ủ lên men. Lượng nước thải này chiếm khoảng 10%.
Công đoạn luộc sợi bún và bánh canh gây ra lượng nhiệt lớn vì nước trong nồi luộc phải đảm bảo 1000C để sợi bánh không bị nát. Nước thải này cũng chứa một lượng tinh bột và chiếm khoảng 10% lượng nớc thải.
Công đoạn vớt bún từ nồi luộc sang xả với nước lạnh. Lượng nước dùng để xả lạnh sẽ được thải ra ngoài với lượng tương đương. Lượng nước thải này chiếm khoảng 20% tổng lượng nước thải.
Sau khi vo gạo, ngâm gạo ngập trong nước 10h Xay gạo Bột gạo tươi Làm đặc bột qua ray Bột đa õđược làm đặc Muối Nhồi bột thành khối dẽo, mịn Bột dẽo, mịn Ủ bột Bột đã được ủ
Sợi bún Sợi bánh canh
Máy ép thành
sợi bún Máy ép thành sợi bánh canh Nước thải Nước thải Nồi luộc bún Nồi luộc bánh canh Bún Bánh canh
Nước thải Nước thải
Nước thải Nhiệt thải Tiếng ồn Sản phẩm Xả với nước lạnh Nước thải
IV.1.2. Lưu lượng nước thải
Lưu lượng nước thải được xác định dựa trên nguồn nước cấp cho cơ sở sản xuất:
Tổng lưu lượng nước cấp: Qcấp: 18m3/ngđ
Lưu lượng nước cấp sinh hoạt: Qshcấp
• Cơ sở có 15 người (N = 15)
• Lấy tiêu chuẩn dùng nước q = 100l/người/ngđ
Vậy Qsh = q x N = 100 x 15 = 1500l/ngày = 1,5 m3/ngđ
Lưu lượng nước cấp cho sản xuất: Qsx cấp
Qsx
cấp = Qcấp - Qshcấp = 18 – 1,5 = 16,5 m3/ngđ
Lưu lượng nước thải sản xuất QTBng
Phân tích sơ đồ dòng thải ở trên, ta thấy lượng nước cung cấp cho việc sản xuất chỉ giữ lại một lượng ít trong hạt gạo và bột, còn lại được thải ra ngoài theo dòng sản xuất. Nên:
QTBng = 95% Qsx cấp
= 95% * 16,5 = 15,675 m3/ngđ
Lưu lượng nước thải sản xuất trung bình trong một giờ: QTBh
QTBh = 10
Q
= 1,6 m3/h (Do cơ sở hoạt động 10h mỗi ngày)
Lưu lượng nước thải sinh hoạt: Qsh
Qsh = 70% Qshcấp
= 70% * 1,5 = 1,05 m3/ngđ
Tổng lưu lượng nước thải: Q
IV.2. Thành phần tính chất nước thải
IV.2.1 Thành phần tính chất nước thải sản xuất
Thành phần của nước thải chủ yếu là tinh bột gạo chiếm 80%, protein chiếm 6%, còn lại là cellulose, lipid và một số chất khác.
Nhìn chung nước thải sản xuất có các tính chất như sau: •Hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải lớn.
•Trong nước thải thường chứa lượng tinh bột và một số ít hạt gạo… các loại này dễ lắng.
•Ngoài ra trong nước thải của ngành tinh bột có chứa các thành phần hữu cơ khi bị phân hủy lên men chua nồng tạo ra mùi khó chịu và đặc trưng, làm ô nhiễm về mặt cảm quan và không tránh khỏi sự ảnh hưởng đến sức khỏe của người trực tiếp làm việc và người dân xung quanh.
Một số chỉ tiêu ô nhiễm được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1: Nồng độ ô nhiễm của nước thải sản xuất Chỉ tiêu Nồng độ(mg/l) SS 10640 BOD5 3735 COD 9751 N_NH3 0.07 Ptổng 2.39
(Phòng Công nghệ hoá môi trường – Viện Công nghệ hoá học)
IV.2.1 Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất bẩn hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùnh gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40 ÷ 50%); hygro carbon (40 ÷ 50%) gồm tinh bột, đường và xenlulô; và các chất béo (5 ÷ 10%).
Không lấy mẫu nước thải sinh hoạt tại cơ sở để phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm. Nhưng do tính chất của nước thải sinh hoạt không thay đổi nhiều nên có thể lấy giá trị điển hình như sau:
Bảng 2: Nồng độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt
Chỉ tiêu Nồng độ(mg/l)
COD 500
BOD5 250
SS 220
(Trang 32 – Giáo trình Công nghệ Xử lý nước thải – Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga)
IV.3. Nguồn tiếp nhận và yêu cầu xử lý
IV.3.1. Nguồn tiếp nhận
Nguồn tiếp nhận nước thải là ao nước sau nhà. Ao nước có thể tích khoảng 200 m3, không có dòng chảy ra vào, tự thấm.
IV.3.2. Yêu cầu xử lý
Nước thải sau khi xử lý phải đạt theo TCVN 6985: 2001, cột F1 (xem phụ lục). Giới hạn một số chỉ tiêu ô nhiễm quan trọng được quy định trong tiêu chuẩn này:
SS: 70 mg/l COD: 50 mg/l BOD5: 30 mg/l Ptổng: 4 mg/l
IV.4. Đề xuất phương án xử lý
IV.4.1. Cơ sở đề xuất
Hệ thống xử lý nước thải được đề xuất dựa trên các cơ sở sau: •Thành phần và tính chất nước thải đầu vào
Trong nước thải thường chứa lượng tinh bột, một số ít hạt gạo và các chất hòa tan… các loại này dễ lắng. Để giảm bớt thành phần này trong nước thải ta
dùng phương pháp lắng tĩnh, sau đó thu hồi lượng tinh bột cho mục đích tái sử dụng.
Nước thải có chứa các thành phần hữu cơ cao khi bị phân hủy lên men chua nồng tạo ra mùi khó chịu và đặc trưng. Vì vậy mà ta có áp dụng phương pháp lỵ khí để xử lý loại chất thải này.
•Lưu lượng nước thải đầu vào
Với quy mô hộ gia đình, lưu lượng nước thải đầu vào ít (Q = 18 m3/ngđ). •Tiêu chuẩn xả nước ra nguồn tiếp nhận
Theo phân tích ở trên (IV.3.1) nguồn tiếp nhận là ao nước sau nhà, không có dòng chảy. Tiêu chuẩn xả nước được chọn là TCVN 6985-2001 cột F1.
•Chi phí đầu tư ban đầu, chi phí quản lý và vận hành
Cơ sở sản xuất với quy mô hộ gia đình nên chi phí xây dựng và chi phí vận hành phải phù hợp để cơ sở có thể áp dụng. Các công trình xử lý phải có nguyên tắc vận hành đơn giản và có thể sử dụng lâu dài.
•Diện tích mặt bằng trạm xử lý.
Diện tích mặt bằng của cơ sở có thể sử dụng để xử lý hiện tại là khoảng 100m2. Các công trình thiết kế tốt nhất nên chiếm diện tích ít để có thể nhân rộng quy trình xử lý nước thải cho các cơ sở khác. Nên các công trình có thể được hộp khối nhằm giảm diện tích.
Từ những yếu tố trên, sơ đồ công nghệ xử lý nước thải cho cơ sở xay bột được trình bày như sau:
Sơ đồ 6: Sơ đồ công nghệ xử lý áp dụng cho cơ sở xay bột
Ta có thể kiểm tra, ước tính hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống xử lý đề xuất ở trên cơ sở lý thuyết.
Nước thải Bể chứa kết hợp với lắng bột Ngăn lọc kị khí 1 Ngăn lọc kị khí 2 Bể tự hoại
Ngăn trung gian
Ngăn hiếu khí
Nguồn tiếp nhận Ngăn lắng bùn
Bảng 3: Ước tính khả năng xử lý của các công trình đơn vị Công trình đơn vị COD (mg/l) BOD (mg/l) SS (mg/l) Đầu vào Hiệu suất Đầu ra Đầu vào Hiệu suất Đầu ra Đầu vào Hiệu suất Đầu ra Bể chứa kết hợp lắng bột 9751 2294 3735 350 10640 565 Bể tự hoại 500 30% 350 250 30% 175 220 45% 121 Ngăn lọc kị khí 1 2644 80% 528,8 525 80% 105 686 80% 137,2 Ngăn lọc kị khí 2 528,8 80% 105,76 105 80% 21 137,2 80% 27,44 Ngăn hiếu khí và ngăn lắng 105,76 70% 31,728 21 70% 6,3 27,44 70% 8,232
(Nguồn: từ kết quả phân tích; giáo trình Xử lý nước đô thị và công nghiệp của Lâm Minh Triết; giáo trình Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải của TS. Trịnh Xuân Lai và giáo trình Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa của Trần Đức Hạ )
Theo bảng 3, ta thấy sơ đồ công nghệ xử lý có khả năng xử lý nước thải đạt tới tiêu chuẩn quy định.
IV.4.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ xử lý
Nước thải trong quá trình sản xuất của cơ sở được thu gom dẫn vào bể chứa, ở đây ta kết hợp với quá trình lắng bột để giảm bớt nồng độ ô nhiễm; có 2 bể chứa làm việc theo mẻ luân phiên nhau. Sau khi lắng nước thải từ bể chứa được bơm vào ngăn trung gian cùng với nước thải sinh hoạt đã được xử lý từ hầm tự hoại. Nước thải từ ngăn trung gian qua máng dẫn tự chảy vào ngăn kị khí 1 (được thiết kế theo nguyên tắc hoạt động của bể lọc kị khí UAF). Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong bể diễn ra nhờ hệ vi sinh vật kị khí. Từ ngăn kị khí 1 nước thải tiếp tục qua ngăn kị khí 2 (được thiết kế theo nguyên tắc hoạt động của bể lọc kị khí UAF) nhằm tăng hiệu quả xử lý.
Nước thải từ ngăn lọc kị khí 2 sẽ tự chảy tràn vào ngăn hiếu khí. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong ngăn hiếu khí được thực hiện nhờ hệ vi sinh vật hiếu
huỷ các chất hữu cơ. Oxy được cấp vào từ hệ thống sục khí nhân tạo. Nước thải từ ngăn hiếu khí được dẫn vào ngăn lắng bùn, ở đây diễn ra quá trình lắng bùn do ngăn hiếu khí sinh ra. Nước thải sau khi đã xử lý trong ngăn lắng bùn sẽ được xả ra nguồn tiếp nhận.
Lượng bột lắng được từ bể chứa sẽ được lấy ra bảo quản và tái sử dụng.
IV.4.3. Chức năng của các công trình đơn vị
IV.4.3.1 Bể chứa kết hợp lắng bột
Được xây dựïng nhằm chứa nước thải trong quá trình sản xuất, kết hợp với lắng bột nhằm tái sử dụng lại lượng bột trong nước thải và làm giảm nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ.
IV.4.3.2. Hầm tự hoại
Hầm tự hoại là công trình xử lý nước thải đồng thời thực hiện hai chức năng: lắng nước thải và lên men cặn lắng.
Công trình được xây dựng nhằm xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt trước khi di vào ngăn trung gian kết hợp với nước thải sản xuất.
Được xây dựng bằng gạch theo hình chữ nhật với hai ngăn: ngăn lắng và ngăn chứa cặn.
IV.4.3.3. Ngăn trung gian
Ngăn trung gian là ngăn dùng để chứa nước thải sản xuất với nước thải sinh hoạt trước khi đi vào công trình xử lý sinh học.
IV.4.3.4. Ngăn kị khí 1 và 2
Nước thải được dẫn vào hệ thống từ dưới đáy bể lên đi qua lớp vật liệu lọc (xơ dừa). Lớp giá thể xơ dừa trong bể hấp thụ chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 70 -80% là metan, 20 -30% là cacbonic)
Lớp giá thể xơ dừa trong bể là sinh khối đóng vai trò quyết định trong việc phân hủy và chuyển hóa chất hữu cơ. Quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ với sự tham gia của hệ vi khuẩn kị khí. Các sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí là axit hữu cơ, H2S và chủ yếu là CH4, vì vậy mà quá trình này còn gọi là quá trình lên men kị khí sinh mêtan hay lên men mêtan.
IV. 4.3.5. Ngăn hiếu khí
Ngăn hiếu khí có cấu tạo gần giống như ngăn lọc sinh học nhưng được cung cấp thêm không khí cho các vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ. Ngăn lọc hiếu khí này hoạt động theo nguyên tắc lọc dính bám. Khí được cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều với nước thải đi từ dưới đáy bể lên. Khi nước thải qua khối vật liệu lọc, BOD bị khử và NH4+ bị chuyển hoá thành NO3- trong lớp màng vi sinh vật. Nước đi từ dưới lên, chảy tràn qua ngăn lắng bùn.
IV.4.3.5. Ngăn lắng bùn
Ngăn lắng bùn là ngăn cuối cùng trong công đoạn xử lý nước thải. Có nhiệm vụ lắng bùn từ ngăn hiếu khí đưa sang.
IV.5. Tính toán thiết kế
IV.5.1 Thông số thiết kế
Lưu lượng nước thải sản xuất QTBng = 16 m3/ngđ
Lưu lượng nước thải sản xuất trung bình trong một giờ: QTBh = 1,6 m3/h
Lưu lượng nước thải sinh hoạt: Qsh = 1,05 m3/ngđ
Tổng lưu lượng nước thải: Q = 17,05 m3/ngđ (Chọn Q = 18 m3/ngđ)
Tổng lưu lượng nước thải trung bình trong 1h, Qh
Qh = 10Q = 1018 = 1,8 m3/h (Cơ sở hoạt động trong 10h)
IV.5.2. Bể tự hoại
Bảng 4: Thông số đầu vào của bể tự hoại Chỉ tiêu Nồng độ (mg/l)
SS 220
BOD5 250
COD 500
(Trang 32 – Giáo trình Công nghệ Xử lý nước thải – Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga)
Chọn bể tự hoại có 2 ngăn
Thể tích tính toán chung của bể tự hoại lấy không nhỏ hơn lưu lượng nước thải trung bình trong 1÷2 ngày đêm (Điều 7.3.2 – TCXD – 51 – 84), chọn 2 ngày đêm để tính toán, khi đó:
W = 1,05ngđ * 2 ngày = 2,1 m3
Thể tích ngăn thứ nhất lấy bằng 75% thể tích tổng cộng: W1 = 0,75 * 2,1 = 1,575 m3
Thể tích ngăn thứ hai bằng 25% thể tích tổng cộng: W2 = 0,25 * 2,1 = 0,525 m3
Chiều sâu công tác ở các ngăn bể tự hoại lấy bằng 1,4 m.
Chọn kích thước H * B *L (chiều sâu, chiều rộng, chiều dài) của các ngăn như sau:
• Ngăn thứ nhất: H1 * B1 * L1 = 1,4 * 1,0 * 1,2 • Ngăn thứ hai: H2 * B2 * L2 = 1,4 * 1,0 * 0,5
Bảng 5: Các thông số thiết kế bể tự hoại
Thông số Ngăn thứ nhất Ngăn thứ 2
Chiều sâu H, m 1,4 1,4
Chiều rộng B, m 1,0 1,0
Chiều dài L, m 1,2 0,5
Nồng độ chất bẩn của nước thải sinh hoạt sau khi qua bể tự hoại theo bảng sau: Bảng 6: Nồng độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt đầu ra
SS 45% 121
BOD5 30% 175
COD 30% 350
IV.5.2. Bể chứa kết hợp với lắng bột (lắng tĩnh)
Do nước thải có lượng SS (chủ yếu là tinh bột gạo) nên dùng bể chứa kết hợp với lắng tĩnh để thu hồi lượng tinh bột cho mục đích tái sử dụng. Được thiết kế với hai bể hoạt động luân phiên nhau.
Thể tích của một bể sẽ tương ứng với lượng nước thải được dẫn tới trong thời gian bể kia diễn ra những giai đoạn sau: thời gian lắng bột, thời gian bơm nước sau lắng qua ngăn trung gian và thời gian lấy bột ra khỏi bể.
Chọn:
•Thời gian lắng bột trong bể là 1h
•Thời gian bơm nước qua ngăn trung gian là 10 phút •Thời gian lấy bột ra khỏi bể là 20 phút
Vậy thời gian tổng cộng là t = 1,5h
Như vậy thể tích bể V = Q x t = 1,6m3/h x 1,5h = 2,4 m3
Chọn chiều cao chứa nước của bể h = 1m Chiều cao phần bảo vệ là hbv = 0,5m Vậy tổng chiều cao của bể là H = 1,5m
Bể có hình dạng chữ nhật, chọn kích thước mỗi bể như sau: H * B * L = 1,5 * 1,2 * 2
Các thông số thiết kế của mỗi bể chứa kết hợp lắng bột theo bảng sau:
Bảng 7: Các thông số thiết kế của mỗi bể chứa kết hợp với lắng bột Thông số Bể chứa kết hợp lắng bột
Chiều dài L, m 2
Bảng 8: Thông số đầu ra của bể chứa kết hợp lắng bột Chỉ tiêu Nồng độ (mg/l)
SS 565
BOD5 350
COD 500
(Nguồn: Phòng Công nghệ hoá môi trường – Viện Công nghệ hoá học)