Sơ đồ hoạt động của bể aeroten được trỡnh bày như sau:
QR, XR Cấp khí Bùn tuần hoàn Bùn thải QW, XT QT, XT QV, XV Q A, XA VA, XA
Q – Lưu lượng, m3/ngày
X – Hàm lượng sinh khối, mg/l V – Thể tớch, m3
Cỏc chỉ số: V, R, T, W tương ứng với dũng vào, ra, tuần hoàn và dũng thải QR = QV (Coi lượng nước theo bựn khụng đỏng kể).
Cỏc thụng số ban đầu:
Dựa theo kết quả nghiờn cứu thực nghiệm cú: Hàm lượng COD trong dũng vào So = 640 mg/l. Hàm lượng COD trong dũng ra S = 92,5 mg/l.
Hàm lượng sinh khối MLSS trong bể aeroten XA = 791,5 mg/l. Thời gian lưu nước trong bể aeroten τ = 8 giờ
V.2.1. Xỏc định dung tớch của bể aeroten
Dung tớch hoạt động bể aeroten được xỏc định bằng cụng thức:
24 . Q V V A τ = [15] Trong đú: VA - Thể tớch bể aeroten, m3
QV - Lưu lượng dũng vào bể, Q = 21 m3/ngày
τ - Thời gian lưu nước trong bể aeroten, τ = 8 giờ
Thay cỏc số liệu trờn vào cụng thức ta cú 7 24 21.8
VA = = (m3)
Dung tớch xõy dựng của bể aeroten: VXD = VA + VA/10 = 7 + 0,7 = 7,7 (m3)
Như vậy, quy chuẩn dung tớch xõy dựng cần thiết của bể aeroten là 7,8 m3, bể chia làm 2 đơn nguyờn chồng lờn nhau, mỗi đơn nguyờn cú dung tớch 3,9 m3. Kớch thước mỗi đơn nguyờn:
Chiều dài: 2 m Chiều rộng: 1,3 m Chiều cao: 1,5 m
V.2.2. Xỏc định lượng bựn sinh ra trong quỏ trỡnh xử lý
Theo nghiờn cứu thực nghiệm, hiệu quả tạo sinh khối (lượng sinh khối tạo thành trờn một đơn vị COD được xử lý) là 0,3.
Ta cú lượng sinh khối tạo thành trong bể aeroten: ma = a. Q. (So – S).10-3 (kg/ngày) [15] = 0,3. 21. (640 – 92,5) .10–3 = 3,45 (kg/ngày)
V.2.3. Xỏc định lượng bựn tuần hoàn và lượng bựn xả ra khỏi hệ thống
QV. XV + QT. XT = QA. XA
Coi hàm lượng sinh khối ở dũng vào là XV = 0 , nờn QT. XT = QA. XA
Tỷ số hồi lưu: V T Q Q R= , chọn R = 0,5 ta cú QT = QV.R = 21.0,5 = 10,5 (m3/ngày) Mà QA = QV + QT = QV.(1+R) = 21.(1+0,5) = 31,5 (m3/ngày) Suy ra X QQ.X 31,5.791,510,5 T A A T = = = 2374,5 (mg/l)
Để tớnh lưu lượng bựn xả ra khỏi hệ thống, cú thể suy ra từ cụng thức:
R R T W A C Q .X Q .X V.X θ + = [15]
Trong đú θC - tuổi của bựn, chọn θC = 4 ngày. Rỳt ra: C T C R R A W .θ X .θ .X Q V.X Q = − = 7,8.791,52374,5.4−21.30.4 = 0,385 (m3/ngày)
V.2.4. Kiểm tra chỉ tiờu làm việc của bể aeroten
- Tỷ số F/M 5 , 791 640 X S M F = o = A
= 0,8 < 1 nờn hàm lượng sinh khối tạo thành ớt, kớch thước bụng bựn tối ưu, bựn lắng nhanh, bể aeroten hoạt động hiệu quả.
- Tải trọng riờng 7,8.791,5 ).21 5 , 92 (640 V.X S).Q (S T o V R − = −
= = 1,86 (kg BOD5/kg bựn hoạt tớnh/ngày)
V.2.5. Xỏc định lượng khụng khớ cần thiết cho quỏ trỡnh xử lý
Hệ số oxy húa đối với COD là 0,68. Nghĩa là cứ oxy húa 1 mg COD núi chung thỡ cần o,68 mg oxy hũa tan. Do vậy lượng oxy cần thiết cho quỏ trỡnh xử lý là:
moxy = (640 – 92,5). 21.10-3 .0,68 = 7,82 (kg O2/ngày)
Khi đú lượng khụng khớ cần thiết cho quỏ trỡnh xử lý được tớnh theo cụng thức: WKK = 2 2 O O .Y . W ρ c
Trong đú: WKK - Nhu cầu khụng khớ cần thiết cấp cho bể aeroten WO2- Nhu cầu oxy cần thiết cấp cho bể aeroten c - Khối lượng của oxy trong khụng khớ, c = 0,232
ρ - Tỷ khối của khụng khớ ở 30oC, độ ẩm 85%, ρ = 1,225 kg/m3
YO2- Hiệu quả sử dụng khớ (Y = 7-12%), chọn YO2= 10%
Thay cỏc thụng số trờn vào cụng thức ta cú lượng khụng khớ cần thiết cho quỏ trỡnh xử
lý là: WKK = .W.Y 0,2327.1,82,225.0,1 2 2 O O = ρ c = 275,16 (m3 khụng khớ/ngày)
Chọn thiết bị phõn phối khớ với những vũi cấp khớ làm bằng chất dẻo, cú cụng suất 1 m3/h, thỡ số vũi cấp khớ trong bể aeroten là:
n = 275,1624.1 ≈ 12 (vũi)
Bể aeroten chia làm 2 đơn nguyờn, do đú mỗi đơn nguyờn cú 6 vũi cấp khớ, phõn bố đều trờn toàn diện tớch đỏy của bể.
Kiểm tra chỉ tiờu cấp khớ:
+ Lưu lượng khớ cấp cho 1m3 nước thải:
C = 275,1621 = 13,1 (m3 khụng khớ /m3 nước thải) + Lưu lượng khớ cần để khử 1 kg COD:
qkCOD = 3 3 0 V KK 10 ). 5 , 92 640 .( 21 16 , 275 10 ). .( Q W − − = − −S S = 23,93 (m3 khụng khớ/ 1kg COD khử) V.2.6. Tớnh toỏn bể lắng thứ cấp
+ Diện tớch mặt bằng của bể lắng được tớnh theo cụng thức: S = L T A R V X X R Q . ). 1 .( + , m2 [13]
Trong đú: QR – Lưu lượng nước ra khỏi bể lắng, QR = 21 (m3/ngày) = 0,875 (m3/h)
XT – hàm lượng sinh khối trong dũng tuần hoàn, XT = 2374,5 (mg/l) XA – hàm lượng sinh khối trong bể aeroten, XA = 791,5 (mg/l) R – tỷ số tuần hoàn bựn, R = 0,5
VL - vận tốc lắng của bựn theo trọng lực, ứng với nồng độ XL (m/h)
với . .10 6
MAX. − −
= K XT
L V e
V (cụng thức thực nghiệm của Lee-1982 và Wilson-1996) [13]
XL = 0,5.XT = 0,5. 2374,5 = 1187,25 (mg/l) hay (g/m3) Vmax = 7 (m/h) K = 600 [13] Suy ra: 600.1187,25.10 6 . 7 − − = e VL = 3,43 (m/h) Diện tớch phần lắng của bể: S = 0,8752374.(1+,50.,35,).43791,5 = 0,13 (m2) Nếu kể cả diện tớch ống phõn phối trung tõm
S = 1,1. 0,13 = 0,143 (m2)
+ Do đú đường kớnh bể là D = 0,43 (m). Chọn D = 0,5 (m) + Đường kớnh ống phõn phối trung tõm:
d = 0,25.D = 0,125 (m) + Diện tớch ống phõn phối trung tõm: f = π.d2/4 = 0,012 (m2) + Tải trọng thủy lực: a = S QR = 021,13 = 161,5 (m3/m ngày)
+ Mỏng thu nước được đặt ở vũng trũn cú đường kớnh bằng 0,8 đường kớnh bể: [13] dmỏng = 0,8. 0,5 = 0,4 (m)
+ Chu vi mỏng thu nước:
L = π.dmỏng = 3,14. 0,4 = 1,25 (m) + Tải trọng thu nước trờn 1m chiều dài của mỏng: aL = L QR = 1,2125 = 16,7 (m3/m ngày) + Tải trọng bựn: b = .S 24 . A A X Q = 31,5.24791.0,,513.10−3 = 8 (kg/m2.h) + Xỏc định chiều cao bể Chọn chiều cao bể: H = 3 m
Chiều cao dự trữ trờn mặt thoỏng h1 = 0,3 m Chiều cao cột nước trong bể: 2,7 m, gồm:
Chiều cao phần nước trong h2 =1,5 m
Chiều cao phần chúp đỏy bể cú độ dốc 30% về tõm h3 = 0,3.Rbể = 0,3. 0,25 = 0,075 (m)
Chiều cao phần chứa bựn cặn hỡnh trụ
h4 = H - h1 - h2 - h3 = 3 – 0,3 – 1,5 – 0,075 = 1,125 (m) + Thể tớch phần chứa bựn
Vb = S. h4 = 0,143. 1,125 = 0,16 (m3) + Hàm lượng bựn trung bỡnh trong bể
Xtb = 2 T L X X + = 2 . 5 , 1 XT = 2 5 , 2374 . 5 , 1 = 1780,9 (mg/l) hay (g/m3) + Lượng bựn chứa trong bể lắng:
Gb= Vb. Xtb = 0,16. 1780,9. 10-3 = 0,285 (kg) + Thời gian lưu nước trong bể lắng:
Dung tớch bể lắng:
V = H . S = 2,7. 0,143 = 0,386 (m3) Lưu lượng nước đi vào bể lắng:
QA = QV.(1+R) = 21.1,5 = 31,5 (m3/ngày) Thời gian lưu nước trong bể lắng: τ =
A
Q V
= 031,386,5 = 0,012 (ngày) = 0,3 (h)
KẾT LUẬN
Sản xuất bia là một trong những ngành cụng nghiệp cú tốc độ phỏt triển nhanh về sản lượng cũng như về số lượng cỏc cơ sở sản xuất. Tải lượng ụ nhiễm do sản xuất bia khỏ lớn, đặc biệt là nước thải. Định mức tiờu hao nước ở hầu hết cỏc cơ sở cũn khỏ cao (10 – 20 m3/ 1000 lớt bia), trong số này chỉ cú 30% lượng nước sản xuất được tuần hoàn trở lại, cũn lại là lượng nước ụ nhiễm bị thải vào mụi trường. Đa số cỏc cơ sở sản xuất bia lại nằm trong thành phố, nơi cú mật độ dõn cư cao. Do đú việc ỏp dụng cỏc kỹ
thuật giảm thiểu và xử lý ụ nhiễm là những biện phỏp tớch cực bảo vệ mụi trường cụng nghiệp.
Đối với sản xuất bia, dũng nước thải cần xử lý chứa hàm lượng chất hữu cơ cao nờn một trong cỏc biện phỏp hữu hiệu để xử lý nước thải là ỏp dụng phương phỏp oxy húa hiếu khớ bằng bựn hoạt tớnh. Nghiờn cứu được tiến hành tại phũng thớ nghiệm Viện Khoa học và Cụng nghệ Mụi trường - Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội.
Nghiờn cứu được tiến hành trờn hệ thống pilot cú dung tớch 66 lớt thực hiện 2 chức năng: bể liờn hợp khối khi cú lớp đệm và bể aeroten thụng thường khi khụng cú lớp đệm, khớ được cấp bằng bơm thổi khớ cụng suất 65 lớt/phỳt. Nước thải để tiến hành nghiờn cứu gồm 2 loại: nước thải mụi trường chuẩn (nguồn cacbon là tinh bột thủy phõn) với COD dũng vào dao động trong khoảng 800 mg/l và nước thải từ quỏ trỡnh sản xuất bia được lấy từ xưởng bia Bắc Âu, phố Tạ Quang Bửu, Hà Nội với COD dũng vào dao động trong khoảng 640 mg/l. Cỏc thớ nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phũng, nước cú nhiệt độ 20 – 25oC, pH = 7-8.
Từ kết quả nghiờn cứu cú thể đưa ra một số kết luận sau:
- So sỏnh giữa bể liờn hợp khối và bể aeroten thụng thường thỡ thiết bị phự hợp để xử lý nước thải là bể aeroten thụng thường.
- Để đảm bảo tiờu chuẩn dũng thải loại B theo TCVN 5945-1995, lưu lượng dũng vào phự hợp để xử lý nước thải là 8 lớt/giờ, ứng với thời gian lưu 8,25 giờ. - Để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khớ hoạt động, cần cấp đủ khụng khớ cho
bể oxy húa, nồng độ oxy hũa tan cần duy trỡ ở giỏ trị ≥ 4 mg/l.
- Đối với nước thải sản xuất bia với COD dũng vào dao động trong khoảng 640 mg/l, BOD5 dũng vào dao động trong khoảng 400 mg/l, sau 8 giờ lưu trong thiết bị xử lý ở nhiệt độ 20 – 25oC, độ oxy hũa tan ≥ 4 mg/l, nước thải dũng ra cú:
COD < 100 mg/l BOD5 < 50 mg/l pH = 7-8
đạt tiờu chuẩn dũng thải loại B theo TCVN 5945-1995. Hiệu suất xử lý đạt 85,6 %.
Dựa trờn những kết quả nghiờn cứu thu được trờn quy mụ pilot, cú thể thiết kế một hệ thống hiếu khớ aeroten để ỏp dụng xử lý nước thải tại xưởng sản xuất bia Bắc Âu với lưu lượng nước thải cần xử lý 21 m3/ngày. Cỏc thụng số chớnh để thiết kế bao gồm:
- Dung tớch xõy dựng cần thiết cho bể aeroten: 7,8 m3. Bể bao gồm 2 đơn nguyờn chồng lờn nhau để tiết kiệm diện tớch, kớch thước của mỗi đơn nguyờn: dung tớch: 3,9 m3, chiều dài: 2 m, chiều rộng: 1,3 m, chiều cao: 1,5 m. Thiết bị cấp khớ bao gồm 6 vũi phõn phối khớ cho mỗi đơn nguyờn, được phõn bố đều trờn diện tớch đỏy.
- Cỏc kớch thước của bể lắng thứ cấp: chiều cao: 3 m, đường kớnh: 0,5 m, đường kớnh ống phõn phối trung tõm: 0,125 m, đường kớnh mỏng thu nước: 0,4 m. Một hệ thống xử lý nước thải quy mụ nhỏ ở một xưởng sản xuất nhỏ là một khả năng cú thể thực hiện được trờn thực tế. Nước ta đang trờn con đường cụng nghiệp húa, hiện đại húa, sự hội nhập và phỏt triển đang là một thỏch thức đối với nước ta trong vấn đề bảo vệ mụi trường. Vỡ vậy, mỗi một cơ sở sản xuất dự nhỏ cũng nờn cú một hệ thống xử lý chất thải riờng, gúp phần bảo vệ mụi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng, cựng nhau tạo nờn một Việt Nam xanh, sạch, đẹp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt
1. Trung tõm Khoa học và Cụng nghệ Mụi trường - Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội – Bỏo cỏo đỏnh giỏ tỏc động mụi trường Cơ sở sản xuất bia 254 Minh Khai - Cụng ty bia Việt Hà, tr.6-56 – Hà Nội thỏng 11/1996.
2. Bộ Tài nguyờn và Mụi trường - Cục bảo vệ mụi trường - Viện Khoa học và Cụng nghệ Mụi trường - Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội – Bỏo cỏo chuyờn đề: Hiện trạng sản xuất và mụi trường ngành bia, tr.1-16 – Hà Nội thỏng 12/2003.
3. Bộ cụng nghiệp - Tổng cụng ty Rượu-Bia-Nước giải khỏt Việt Nam – Xõy dựng quy chế bảo vệ mụi trường ngành Rượu-Bia-Nước giải khỏt, tr.3-7 – Hà Nội 2003.
4. Hồ Sưởng – Cụng nghệ sản xuất bia, tr.8-30 – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 1992.
5. Hoàng Đỡnh Hũa – Cụng nghệ sản xuất malt và bia, tr.25-33 – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 1998.
6. Hoàng Văn Huệ - Thoỏt nước và xử lý nước thải, tập 2, tr.59-174 – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 2002.
7. Tăng Thị Hồng Loan – Luận văn thạc sỹ : Một số trở ngại và cơ hội trong việc cải thiện cụng tỏc quản lý mụi trường cụng nghiệp nghiờn cứu điển hỡnh tại Cụng ty bia Hà Nội và nhà mỏy bia Đụng Nam Á, tr.23-38 – Hà Nội 1998. 8. Trần Văn Nhõn-Ngụ Thị Nga – Giỏo trỡnh cụng nghệ xử lý nước thải, tr.67-
317 – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 2002.
9. Trần Hiếu Nhuệ-Trần Đức Hạ-Lờ Hiền Thảo – Quỏ trỡnh vi sinh vật trong cụng trỡnh cấp thoỏt nước, tr.156-197 – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 1996.
10.Trần Hiếu Nhuệ-Trần Đức Hạ-Đỗ Hải-Ứng Quốc Dũng-Nguyễn Văn Tớn – Cấp thoỏt nước, tr.152-167 – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật – Hà Nội 1996.
11.Trung tõm đào tạo ngành nước và mụi trường dịch và giới thiệu - Sổ tay xử lý nước, tập 1, tr.326-354 – Nhà xuất bản xõy dựng – Hà Nội 1999.
12.Trung tõm đào tạo ngành nước và mụi trường dịch và giới thiệu - Sổ tay xử lý nước, tập 2, tr.749-805 – Nhà xuất bản xõy dựng – Hà Nội 1999.
13.Trịnh Xuõn Lai – Tớnh toỏn thiết kế cỏc cụng trỡnh xử lý nước thải, tr.89-159
– Nhà xuất bản xõy dựng – Hà Nội 2000.
Tài liệu tiếng Anh và website
14.Gabriel Bitton – Waste water microbiology, p.169-386 – Second Edition, Willey-Liss, Inc, Pulication – 1999.
15.Mecalf and Eddy, Inc – Waste water engineering-Treatment,Disposal, and
16.W. Wesley Eckenfelder, Jr – Industrial water pollution control, p.313-393 – Third Edition, McGraw Hill, Boston – 2000.
17.www.vba.com.vn - website của Hiệp hội Rượu-Bia-Nước giải khỏt Việt Nam – 2001.
18.www.marketresearch.com - Beer-Global beer report - 2003.
19.www.xs4all.nt/~patto1ro/gerstats.htm - German Beer Statistics - 2003. 20.www.brewers.or.jp/english - Beer consumption around the world - 2000.
PHỤ LỤC
Một số hỡnh ảnh về quỏ trỡnh nghiờn cứu trờn hệ thống Aeroten tại phũng thớ nghiệm Viện Khoa học và Cụng nghệ Mụi trường - Trường Đại học Bỏch khoa