DỤNG TRÊN THỰC TẾ
Ta cĩ thể tham khảo cơng nghệ xử lý nƣớc thải chế biến cà phê tại nhà máy chế biến cà phê Tâm Châu tại huyện Đức Trọng cĩ cơng nghệ, cơng suất và thành phần tính chất nƣớc thải tƣơng tự.
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung
Sơ đồ quy trình cơng nghệ
Hình 2.16. Quy trình cơng nghê ̣ xử lý nước thải chế biến cà phê của Cơng ty Tâm Châu Nguồn tiếp nhận QCVN 24:009/BTNMT Bùn khơ Nƣớc thải Tuần hồn nước Bể gom Bể điều hịa Bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm Bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính Máy thổi khí Bể lọc màng MBR Bể chứa bùn Máy ép bùn Dinh dưỡng Bùn dư Bể chứa sau xử lý Máy thổi khí Tách rác tinh Hồ sinh học Comment [S5]: Chỉ cĩ một cơng nghệ đã áp dụng thực tế thì quá ít, trong khi cĩ rất nhiều nhà máy chế biến café ở VN, cần thu thập thêm
Thuyết minh quy trình cơng nghệ
Nƣớc thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy theo hệ thống thu gom vào các hố gom trƣớc khi bơm vào hệ thống xử lý nƣớc thải
Nƣớc thải (NT) từ các xƣởng sản xuất theo mạng lƣới thốt nƣớc riêng đƣợc dẫn đến bể gom cĩ đặt tách rác tinh dạng trống quay. Trống tách rác với kích thƣớc khe hở 1 - 2mm cĩ nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ cĩ kích thƣớc lớn nhƣ bao bì, vỏ cà phê các loại..… nhằm tránh gây hƣ hại bơm hoặc tắc nghẽn các cơng trình phía sau. Nƣớc thải từ bể gom đƣợc bơm lên bể điều hịa sau khi qua tách rác tinh.
Các lợi ích cơ bản của việc điều hịa lƣu lƣợng là: (1) quá trình xử lý sinh học đƣợc nâng cao do giảm đến mức thấp nhất hiện tƣợng “shock” tải trọng, các chất ảnh hƣởng đến quá trình xử lý cĩ thể đƣợc pha lỗng, pH cĩ thể đƣợc trung hịa và ổn định; (2) chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý đƣợc cải thiện do tải trọng chất thải lên các cơng trình ổn định. Bể điều hịa cĩ thể đặt trên tuyến (on-line) hoặc ngồi tuyến (off- line). Với trình độ kỹ thuật tự động hĩa nhƣ hiện nay, thể tích bể điều hịa và chi phí điện năng tại nhà máy xử lý giảm đáng kể. Dung tích chứa nƣớc càng lớn thì độ an tồn về nhiều mặt càng cao.
Từ bể điều hịa, nƣớc thải đƣợc bơm đều và liên tục vào bể sinh học kỳ khí cĩ vật liệu đệm cố định. Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp cĩ cấu trúc thống, độ rỗng cao (95%) vi sinh dể bám dính. Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thơng thƣờng dao động trong khoảng 100-220m2
/m3. Trong bể sinh học tiếp xúc áp dụng quá trình sinh trƣởng sinh học bám dính (Attached Growth). Bể sinh học kỵ khí vật liệu tiếp xúc, giá thể cho vi sinh vật sống bám, vật liệu thƣịng là nhựa cĩ hình dạng khác nhau,.. Bể cĩ chiều cao từ 4-12m, nƣớc thải đƣợc phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vịi phun. Quần thể vi sinh sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học cĩ khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nƣớc thải. Quần thể vi sinh này cĩ thể bao gồm vi khuẩn kị khí và tùy tiện, nấm, tảo và các động vật nguyên sinh. Tại bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm, nƣớc thải đƣợc phân phối đều từ dƣới đáy qua lớp đệm bùn và sau đĩ là lớp bùn dính bám trên giá thể, khi qua lớp bùn này, chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nƣớc và khí biogas bay lên. Bể này thích hợp để xử lý nƣớc thải cĩ nồng độ COD cao và biến động (Metcalf & Eddy, 1995 & 2003). Bùn hoạt tính (vi sinh vật – vi khuẩn) kị khí đƣợc xáo trộn đều với nƣớc thải và chuyển hĩa ở tốc độ cao nhất các chất hữu cơ thành khí methan (CH4), nƣớc (H2O), ammonia (NH3).
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Áp dụng quá trình kị khí phía trƣớc là điều kiện đầu tiên để đạt hiệu quả xử lý phốtphot trong nƣớc thải. Nƣớc thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí đƣợc dẫn sang bể
sinh học hiếu khí bùn hoạt tính.
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí cĩ thể chia thành hai loại chính (1) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng lơ lửng (suspended growth biological treatment processes), và (2) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng dinh bám (attached growth biological treatment processes). Mỗi loại quá trình cĩ nhiều cơng trình ứng dụng khác nhau, nhƣ quá trình (1) cĩ các loại cơng trình (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục SBR (sequencing batch reactor), (c) bể bùn hoạt tính từng bậc SASR (staged activated-sludge reactor,.., quá trình (2) cĩ các loại cơng trình (d) bể lọc sinh học (trickling filter), (e) thiết bị sinh học quay RBC (rotating biological contactor, ... Sau khi đánh giá các quá trình và cơng trình xử lý về nhiều yếu tố, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống với các chức năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitrate hĩa đƣợc lựa chọn vì các ƣu điểm sau: (1) cĩ khả năng kết hợp các quá trình chuyển hĩa các chất hữu cơ, nitrate hĩa và khử nitơ, (2) dễ vận hành, (3) các thiết bị dễ chọn lựa và thay thế, (4) trình độ cơng nhân vận hành khơng địi hỏi cao, và (5) Việt Nam cĩ nhiều kinh nghiệm với quá trình này.
Tại bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, các tạp chất hữu cơ hịa tan và khơng hịa tan cịn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí tiếp tục đƣợc xử lý và chuyển hĩa thành bơng bùn sinh học. Hai máy thổi khí (Air Blower) hoạt động luân phiên và hệ thống phân phối dạng đĩa cĩ hiệu quả cao với kích thƣớc bọt khí nhỏ hơn 10m sẽ cung cấp oxi cho bể sinh học. Lƣợng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hĩa chất hữu cơ thành nƣớc và carbonic, chuyển hĩa nitơ hữu cơ và amonia thành nitrat NO3-. Mặt khác, hệ thống phân phối khí cịn cĩ chức năng xáo trộn đều nƣớc thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý. Tải trọng chất hữu cơ của bể thổi khí thƣờng dao dộng từ 0,32-0,64 kg BOD/m3.ngày đêm và thời gian lƣu nƣớc dao động từ 4-12h.
Oxy hĩa và tổng hợp
CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dƣỡng + vi khuẩn hiếu khí CO2 + H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác
Hơ hấp nội bào
C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn 5CO2 + 2H2O + NH3 + E
Sau khi qua bể bùn hoạt tính, nƣớc sẽ chảy thủy lực qua bể lọc màng MBR. MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio-Reactor (Bể lọc sinh học bằng màng), cĩ thể định nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nƣớc thải bằng cơng nghệ lọc màng.
MBR là kỹ thuật mới xử lý nƣớc thải kết hợp quá trình dùng màng với hệ thống bể sinh học thể động bằng quy trình vận hành SBR sục khí 3 ngăn và cơng nghệ dịng chảy gián đoạn. MBR là sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính, trong đĩ việc tách cặn đƣợc thực hiện khơng cần đến bể lắng bậc 2. Nhờ sử dụng màng, các thể cặn đƣợc giữ lại trong bể lọc, giúp cho nƣớc sau xử lý cĩ thể đƣa sang cơng đoạn tiếp theo hoặc xả bỏ / tái sử dụng đƣợc ngay.
Ưu điểm của việc ứng dụng bể lọc màng MBR là
Khơng cần bể lắng và giảm kích thƣớc bể nén bùn. Khơng cần tiệt trùng nhờ đã khử triệt để coliform
Cơng trình đƣợc tinh giản nhờ sử dụng chỉ một bể phản ứng để khử N & P mà khơng cần bể lắng, bể lọc và tiệt trùng.
Trong điều kiện thay đổi đột ngột, hệ thống đƣợc điều chỉnh cho ổn định bằng kỹ thuật khơng sục khí – sục khí – khơng sục khí.
Khắc phục đƣợc các yếu điểm (nén bùn và tạo bọt) trong phƣơng pháp bùn hoạt tính (dùng màng khử hiệu quả Nutrient và E.coli)
Dễ kiểm sốt và bảo trì bằng hệ thống tự động.
Nƣớc thải sau khi qua bể lọc màng MBR đạt tiêu chuẩn xả thải nên đƣợc dẫn vào
hồ sinh học và xả ra nguồn tiếp nhận trong khu vực. Hồ sinh học đĩng vai trị đảm bảo an tồn về tiêu chuẩn xả thải trong trƣờng hợp hệ thống gặp sự cố và cũng là nơi xả nƣớc thải sau xử lý của trạm xử lý trƣớc khi nƣớc thải sau xử lý chảy theo hệ thống đƣờng ống thốt nƣớc thải sau xử lý chảy ra hồ Trị An. Hồ sinh học cịn cung cấp, dự trữ nƣớc cứu hỏa bổ sung cho nhà máy. Ngồi ra, hồ sinh học cịn cĩ nhiệm vụ điều hồ khơng khí, tạo cảnh quan mơi trƣờng cho nhà máy và khu vực xung quanh. Nƣớc thải xả vào nguồn tiếp nhận đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 24: 2009/BTNMT.
Quá trìnhxử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lƣợng bùn vi sinh trong bể đồng thời lƣợng bùn ban đầu sau thời gian sinh trƣởng phát triễn sẽ giảm khả năng xử lý chất ơ nhiễm trong nƣớc thải và chết đi. Lƣợng bùn này cịn gọi là bùn dƣ và đƣợc đƣa về bề chứa bùn. Sau khi chứa một thời gian, bùn sẽ đƣợc đƣa vào máy ép bùn để làm giảm độ ẩm và thể tích của bùn, giúp cho việc thu gom - vân chuyển đƣợc dễ dàng.
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung
Hình 2.17. Quy trình cơng nghê ̣ xử lý nước thải chế biến cà phê của Cơng ty Ngọc Trang Nguồn tiếp nhận QCVN 24:009/BTNMT Nƣớc thải Bùn khơ Tuần hồn nước Bể gom Bể điều hịa Bể UASB Bể Aerotank Máy thổi khí
Bể lọc sinh ho ̣c Bể chứa bùn
Máy ép bùn
Dinh dưỡng
Bùn dư
Keo tụ ta ̣o bơng
Máy thổi khí
Tách rác tinh
Bể lắng hóa lý
Hình 2.18. Quy trình cơng nghê ̣ xử lý nước thải chế biến cà phê của Cơng ty Minh Nhật Nƣớc thải Bùn khơ Bể gom Bể điều hịa Bể SBR Bể Aerotank
Bể lọc sinh ho ̣c Bể chứa bùn
Máy ép bùn
Bùn dư
Keo tụ ta ̣o bơng Tách rác tinh
Bể lắng hóa lý
Bể khƣ̉ trùng
Nguồn tiếp nhận QCVN 24:009/BTNMT
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung
CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT CƠNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1.LƢU LƢỢNG, THÀNH PHẦN NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ. 3.1.1.Lƣu lƣợng nƣớc thải chế biến cà phê
Lƣu lƣợng trung bình: Qtb = 400 m3/ngày.đêm
Trong đĩ chủ yếu là nƣớc thải ở 2 cơng đoạn chính: cơng đoạn rửa thơ, xay cà phê và cơng đoạn đánh nhớt, rửa sạch
Lƣu lƣợng nƣớc thải ở cơng đoạn rửa thơ, xay cà phê Q1 = 160 m3/ngày.đêm
Lƣu lƣợng nƣớc thải ở cơng đoạn đánh nhớt, rửa sạch Q2 = 240 m3/ngày.đêm
3.1.2.Thành phần, tính chất nƣớc thải chế biến cà phê
Bảng 3.1: Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hạt tươi tại Cơng ty Hồ Phượng
STT Thơng số Đơn vị Giá trị đầu vào QCVN 24: 2009 Loại B 1. pH 4,1 5.5 - 9 2. COD mg/l 19.426 100 3. BOD5 mg/l 12.480 50 4. Chất rắn lơ lửng mg/l 2.752 100 5. Phốt pho tổng mg/l 10 6 6. Nitơ tổng mg/l 209 30
(Nguồn: Kết quả phân tích tại Phịng Thí Nghiệm Cơng Nghệ Mơi Trường – Viện Mơi Trường và Tài Nguyên 3/2011).
Từ kết quả phân tích các mẫu nƣớc thải nĩi trên, cĩ thể nhận thấy
Nƣớc thải ở cơng đoạn rửa thơ và xay cà phê: cĩ nồng độ chất ơ nhiễm rất cao, cụ thể COD = 32.894 mg/l, BOD = 19.463 mg/l, SS = 1.720 mg/l, pH ở mức thấp. COD vƣợt gấp 411 lần so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24: 2009, loại B), BOD vƣợt gấp 389 lần so với tiêu chuẩn cho phép, SS vƣợt gấp 17 lần so với tiêu chuẩn. Nồng độ ơ nhiễm của nƣớc thải cao là do nƣớc thải chứa nhiều chất bẩn bám dính hạt cà phê (cát, đất, bụi, ...), các hạt cà phê xanh cịn sĩt lại, xác vỏ cà phê, hạt cà phê bị nát trong quá trình xay.
Nƣớc thải ở cơng đoạn đánh nhớt, rửa sạch: cĩ nồng độ chất ơ nhiễm khá cao, cụ thể COD = 10.447 mg/l, BOD = 7.825 mg/l, SS = 2.753, pH ở mức thấp. COD vƣợt gấp 130 lần so với tiêu chuẩn cho phép (QCVN 24:2009, loại B), BOD vƣợt gấp 157 lần so với tiêu chuẩn cho phép, SS vƣợt gấp 28 lần so với tiêu chuẩn. Nồng độ ơ nhiễm
của nƣớc thải cao là do nƣớc thải chứa nhiều thịt quả cà phê bị tan rã từ quá trình ngâm enzym.
Do nƣớc thải từ Nhà máy chế biến cà phê cĩ các đặc trƣng chính nhƣ sau:
Chế độ thải khơng đều trong năm, thời gian cĩ nƣớc thải nhiều và cĩ cƣờng độ ơ nhiễm cao chỉ cĩ khoảng 4 –5 tháng/năm.
Cƣờng độ ơ nhiễm của nƣớc thải khơng đồng đều. Lƣu lƣợng nƣớc thải cĩ cƣờng độ ơ nhiễm nhẹ rất cao.
Do vậy, phƣơng án cơng nghệ lựa chọn cần đảm bảo các yêu cầu sau: Luơn đảm bảo nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải.
Thời gian cần thiết để phục hồi hiệu suất xử lý sau một thời gian dài hầu nhƣ khơng cĩ nƣớc thải (6 tháng) phải nhanh.
Phƣơng án cơng nghệ đƣợc lựa chọn để đảm bảo các yêu cầu trên là phƣơng án: Tách triệt để lƣợng cặn, vỏ cà phê từ quá trình sơ chế, rửa cà, xay cà.
Áp dụng phƣơng pháp phân hủy sinh học kỵ khí cĩ khả năng phục hồi nhanh Kết hợp xử lý hiếu khí và hồ sinh học (hồ giải nhiệt) để đảm bảo nƣớc thải đầu ra
đạt tiêu chuẩn thải.
Với tính chất nƣớc thải và yêu cầu xử lý đã nêu trên, cơng nghệ xử lý đƣợc đề xuất cho Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy nhƣ sau:
Tiền xử lý (xử lý cơ học): giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học và hĩa lý tiếp theo.
Loại bỏ rác, cặn thơ, tạp chất khơng tan cĩ kích thƣớc lớn hơn 20 mm: nylon, giẻ rách, nhánh cây, ống,…
Loại bỏ cặn rác tinh cĩ kích thƣớc lớn hơn 1,5mm: cát, sỏi, nhựa, nylon, cặn lơ lững…
Loại bỏ các tạp chất nổi, dầu mỡ.
Điều hồ lƣu lƣợng và nồng độ các chất ơ nhiễm trong nƣớc thải. Các thiết bị kiểm sốt trong khâu này đƣợc điều khiển tự động.
Xử lý bậc 2 (Xử lý sinh học yếm khí dính bám)
Sử dụng cơng nghệ kỵ khí dính bám trên giá thể cố định để khử, chuyển hố các chất hữu cơ cĩ cấu trúc phức tạp thành các chất hữu cơ cĩ cấu trúc đơn giản, dễ phân hũy sinh học hoặc khí CH4 và H2O, làm giảm nồng độ BOD, COD… của nƣớc thải.
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung Ƣu điểm nổi bật của cơng nghệ kỵ khí là lƣợng bùn sản sinh ra rất thấp vì thế chi
phí cho việc xử lý bùn giảm đáng kể so với các quá trình xử lý hiếu khí. Đối với nƣớc thải cơng nghiệp chế biến đƣờng, hiệu quả khử COD cĩ thể đạt 80% ở tải trọng 10kg COD/m3.ngày đêm.
Xử lý bậc 3 (Xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng)
Chuyển hĩa các hợp chất hữu cơ khĩ phân hủy sinh học và dễ phân hủy sinh học (COD, BOD) thành các hợp chất vơ cơ (CO2, H2O,…);
Xử lý phốt pho: diễn ra trong 02 quá trình kị khí - hiếu khí nối tiếp nhau nhờ vi khuẩn tích lũy phốtpho;
Xử lý nitơ: Nitrat hĩa và khử nitrat thành Nitơ trong 02 quá trình hiếu khí – thiếu khí nhờ vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter;
Xử lý bậc 4 (xử lý hĩa lí)
Tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lững phân tán nhỏ, keo, nhũ tƣơng vá các tạp chất khác.
Keo tụ chất rắn lơ lững, độ màu, độ đục, thậm chí cả mùi trong nƣớc thải; Sử dụng hĩa chất keo tụ: PAC, chất trợ keo tụ…cho quá trình keo tụ.
Khử trùng
Khử trùng tiêu diệt các loại vi khuẩn gây hại trƣớc khi xả vào nguồn tiếp nhận trong khu vực. Xử lý hồn thiện nƣớc thải sau xử bằng các quá trình tự nhiên trong hồ thủy sinh
Xử lý bùn hoạt tính dƣ và bùn hĩa lý
Bùn hoạt tính dƣ và bùn hĩa lý cĩ độ ẩm cao (99 – 99,3%) đƣợc dẫn vào bể chứa bùn và định kỳ lƣợng bùn này sẽ đƣợc thu gom và mang đi xử lý theo tiêu chuẩn Việt nam về xử lý chất thải rắn.
Nƣớc thải nhà máy chế biến cà phê Hồ Phƣợng cĩ lƣu lƣợng khơng ổn định. Nhà máy sản xuất 2 ca; từ 12 giờ chiều – 17 giờ tối chủ yếu là thu mua nguyên liệu, 17 – 6 giờ sáng là cơng đoạn phân loại, rửa, xay vỏ; cơng đoạn ngâm enzym, đánh nhớt đƣợc