CHƯƠNG 3 : ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƯỜNG MÍA
3.3. xuất sơ đồ công nghệ phù hợp cho việc xử lý nước thải ngành mía đường
52
Phương án 1 Phương án 2
Nước thải đầu vào
Song chắn rác Bể lắng cát Hố thu gom Bể trung hòa Bể điều hòa Bể UASB Bể aerotank Bể lắng 2 Bể khử trùng Sông Ayun Pa
Nước thải đầu vào
Song chắn rác Bể lắng cát Hố thu gom Bể trung hòa Bể điều hòa Bể UASB Bể SBR Bể khử trùng Sông Ayun Pa
53 3.3.1. Thuyết minh sơ đồ công nghệ phương án 1
Nước thải từ các quá trình sản xuất, sẽ được thu gom dẫn về bể lắng cát, trước khi đến bể lắng, nước thải sẽ đi qua song chắn rác thô để loại bỏ các cặn, rác thải có kích thước lớn tồn tại trong nguồn nước, đảm bảo an tồn cho các cơng trình, thiết bị ở các công đoạn sau. Trong bể lắng cát, cặn có trong nước thải phát sinh từ nguyên liệu sẽ lắng xuống đáy, nước thải chảy trên bề mặt nhằm loại bỏ các cặn thô nặng như: cát, sỏi, tro, than vụn,...
Từ bể lắng cát, nước thải chảy tiếp qua bể trung hịa. Mục đích của việc trung hịa chính là làm cho độ pH ổn định bằng cách them lượng NaOH vào để nâng pH lên trung hịa để các cơng tác xử lý sau đó tiến hành theo đúng tiến độ. Q trình trung hịa sẽ diễn ra trong bể trung hòa với kiểu liên tục gián đoạn theo chu kỳ. Sau đó sẽ đến bể điều hịa, nhằm mục đích điều hịa lưu lượng và đặc biệt điều hòa chất lượng để đảm bảo cho cơng trình xừ lý sinh học phía sau. Trong bể được lắp đặt hệ thống thổi khí dưới đáy, nhằm trộn đều nước thải, xứ lý một phần các chất hữu ngồi ra ta cịn châm các hóa chất vào bể này để đảm bảo độ pH tối ưu của nước cho q trình xứ lý sinh học phía sau.
Từ bể điều hòa nước thải sẽ được bơm sang bể sinh học kỵ khí UASB. Trong điều kiện kỵ khí và dịng chảy ngược, sẽ tạo điều kiện các vi sinh vật thực hiện quá trình sinh học kỵ khí, sử dụng các chất hữu cơ làm thức ăn, sinh ra các khí như metan, CO2, các chất hữu cơ đơn giản. Theo ước tính bể UASB có thể xử lý khồng từ 60 – 80% lượng BOD, COD.
Phần nước trong sau xử lý sẽ được bơm tiếp tục qua bể sinh học hiếu khí; lượng bùn phát sinh dư trong quá trình sẽ được thu gom và đưa đi xử lý. Phần nước còn lại sẽ được đưa qua bể hiếu khí (Aerotank) để xử lý COD và những chất hữu cơ cịn lại trong nước.
54
Hình 3. 4: Sơ đồ công nghệ phương án 1
Nước thải đầu vào
Song chắn rác Bể lắng cát Hố thu gom Bể trung hòa Bể điều hòa Bể UASB Bể aerotank Bể Lắng 2 Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận (Sông Ayun Pa)
rác Chơn lấp NaOH, H2SO4 Máy thổi khí Thu khí Đốt Bể nén bùn cát San lấp chlorine Máy ép bùn polimer Bánh bùn Máy khuấy chìm
55 Sau khi đã được xử lý sinh học hiếu khí, hỗn hợp nước và bùn được dẫn sang bể lắng để lắng để tách riêng nước và bùn, nước nổi lên trên, bùn lắng xuống đáy bể và được dẫn ra bể chứa bùn, đễ nén bùn, giảm lượng nước trong bùn. Phần bùn cặn lắng phát sinh hàng ngày cũng sẽ được bơm về bể nén bùn.
Nước thải sau bể lắng sẽ được dẫn sang bể khử trùng để loại bỏ các vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh trong nước thải đảm bảo vệ sinh. Sau khi khử trùng, nước thải đầu ra đạt quy chuẩn môi trường QCVN 40/2011BTNMT cột B, xả thải vào nguồn tiếp nhận.
3.3.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ phương án 2
Nước thải sẽ đi qua song chắn rác thô để loại bỏ các cặn có kích thước lớn, đảm bảo an tồn cho các cơng trình, thiết bị ở các cơng đoạn sau. Sau đó sẽ được dẫn sang bể lắng cát, giữ lại các chất không tan, trong đó 80% dạng vơ cơ, 20% dạng hữu cơ. Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ >0.2mm ra khỏi nước thải. Trong nước thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các cơng trình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòn các thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này. Vì vậy trong các trạm xử lý nhất thiết phải có bể lắng cát.
Từ bể lắng cát, nước sẽ đến bể trung hòa điều chỉnh pH lên ổn định và sẽ giúp ổn định lại độ axit và bazơ có trong nước thải nhằm ngăn ngừa hiện tượng xâm thực ở các cơng trình thốt nước và tránh cho các q trình sinh hóa ở các cơng trình xử lý khơng bị phá hoại. Quá trình trung hịa cịn có vai trị tách một số muối kim loại nặng lắng xuống đáy bể, giúp các khâu xử lý sau đó tiến hành dễ dàng, đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra.
Nước thải chảy tiếp qua bể điều hịa nhằm mục đích điều hịa lưu lượng và đặc biệt điều hòa chất lượng để đảm bảo cho cơng trình xừ lý sinh học phía sau. Trong bể được lắp đặt hệ thống thổi khí dưới đáy, nhằm trộn đều nước thải, xứ lý một phần các
56 chất hữu ngồi ra ta cịn châm các hóa chất vào bể này để đảm bảo độ pH tối ưu của nước cho q trình xứ lý sinh học phía sau.
57
Từ bể điều hòa nước thải sẽ được bơm sang bể sinh học kỵ khí UASB. Trong điều kiện kỵ khí và dịng chảy ngược, sẽ tạo điều kiện các vi sinh vật thực hiện quá trình sinh học kỵ khí, sử dụng các chất hữu cơ làm thức ăn, sinh ra các khí như metan,
rác Chơn lấp NaOH, H2SO4 Máy thổi khí Thu khí Đốt Bể nén bùn cát San lấp
chlorine Máy ép bùn polimer
Bánh bùn Nước thải đầu vào
Song chắn rác Bể lắng cắt Hố thu gom Bể trung hòa Bể điều hòa Bể UASB Bể SBR Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận (Sơng Ayun Pa)
Hình 3. 5: Sơ đồ công nghệ phương án 2
Máy khuấy chìm
58 CO2, các chất hữu cơ đơn giản. Theo ước tínhbể UASB có thể xử hồng từ 60 – 80% lượng BOD, COD và photpho sẽ được hệ vi sinh trong đây xử lý.
Sau khi đã được xử lý, hỗn hợp nước và bùn được dẫn sang bể SBR (Bể phản ứng làm việc theo mẻ bằng bùn hoạt tính..) để loại một phầm nito cịn xót lại và xử xý chủ yếu lượng photpho tồn tại trong nước.
Nước thải sau bể SBR sẽ được dẫn sang bể khử trùng để loại bỏ các vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh trong nước thải đảm bảo vệ sinh. Sau khi khử trùng, nước thải đầu ra đạt quy chuẩn môi trường QCVN 40/2011BTNMT cột B, xả thải vào nguồn tiếp nhận.
3.4. Lựa chọn cơng nghệ xử lí nước thải cho cơng ty TNHH BOURBON
3.4.1. Cơ sở lựa chọn UASB
Đặc tính của nước thải mía đường có nồng độ chất hữu cơ dễ phân hủy cao nên công đoạn xử lý kị khí rất cần thiết
3.4.1.1. Nguyên lý phương pháp xử lý kị khí.
Q trình phân hủy kị khí là q trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong điều kiện khơng có O2 để tạo ra sản phẩm là CH4 và CO2.
59
Bảng 3. 2: So sánh giữa các phương pháp kị khí
Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm
Hồ kị khí
- Rẻ
- Quản lý, bảo trì, vận hành đơn giản
- Cần diện tích lớn - Gây mùi hơi
- Khơng thu được khí sinh ra
Phân hủy khí xáo trộn hồn tồn
- Thích hợp nước thải có hàm lượng SS cao
- Đảm bảo tính chất nước thải đồng đều trong thiết bị - Tải trọng thấp - Thể tích thiết bị lớn - Sự xáo trộn trở nên khó khi nồng độ SS quá lớn Tiếp xúc kị khí - Thích hợp với nước thải có hàm lượng SS từ trung bình đến cao - Tải trọng trung bình - Vận hành phức tạp Lọc kị khí - Vận hành đơn giản - Phù hợp với các loại nước có COD từ thấp đến cao - Không phù hợp với nước thải có hàm lượng SS cao
- Dễ bị tắt nghẽn
UASB
- Vốn đầu tư, chi phí vận hành thấp
- Thiết bị đơn giản chiếm ít diện tích - Phù hợp với nước thải có nồng độ COD từ thấp đến cao - Có thể đạt được tải trọng rất cao - Khơng phù hợp với nước thải có hàm lượng SS cao
Những năm gần đây, UASB được sử dụng rộng rải hơn các công nghệ khác do nguyên lý quá trình được xem là đơn giản,thuận tiện; những hạn chế trong q trình
60 vận hành có thể khắc phục bằng các phương pháp xử lý sơ bộ. Ngồi ra, tính kinh tế và hiệu quả xử lý cũng là ưu điểm của nó .
3.4.2. Cơ sở lựa chọn xử lý hiếu khí.
Sau khi xử lý kị khí, nước thải tiếp tục được xử lý sinh học hiếu khí. Trong xử lý hiếu khí có rất nhiều cơng trình khác nhau. Tuy nhiên, xét về điều kiện công ty trước mắt và lâu dài:
- Khả năng công ty sẽ mở rộng sản xuất. - Điều kiện tự nhiên, khí hậu, thủy văn.
- Chi phí đầu tư xây dựng, bảo trì, vận hành hợp lý. - Quỹ đất có hạn của cơng ty.
Đối với các u cầu trên và thơng số nước thải thì cơng trình xử lý hiếu khí thích hợp là q trình xử lý hiếu khí trong bể Aerotank và bể SBR.
61
Bảng 3. 3: So sánh giữa bể SBR và Aerotank
Ưu điểm Nhược điểm
SBR - Xử lý các chất hữu cơ triệt để.
- Hiệu quả xử lý chất ô nhiễm cao.
- Khả năng khử N và P cao. - Phù hợp với mọi hệ thống, mọi công suất.
- Tiết kiệm được diện tích. - Linh hoạt trong quá trình hoạt động. - Khơng cần sử dụng bể lắng riêng biệt - Dễ dàng kiểm soát các sự cố. - Vận hành phúc tạp
- Yêu cầu người vận hành phải có trình độ.
- Lập trình hệ thống điều khiển
tự động khó khăn.
Hệ thống thổi khí dễ bị tắc do bùn
Aerotank - Xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải triệt để
- Có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành - Hiệu quả xử lý chất ơ nhiễm cao - Chi phí vận hành tốn kém. - Cần có thêm bể lắng đợt 2. - Sục khí liên tục trong q trình vận hành.
- Diện tích thi cơng – xây dựng lớn.
Dựa vào những điểm đã phân tích trên, cùng với việc xem xét hiệu quả xử lý của các bể, ta thấy lựa chọn bể SBR là phù hợp nhất. Phương án tối ưu cho công ty TNHH Bourbon tỉnh Gia Lai là phương án 2.
62
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH XỬ LÝ
Bảng 4. 1: Lưu lượng đầu vào
Qdtb Qhtb Qstb Qhmax Qsmax Qhmin Qsmin 3500m3 145.8m3 0.041m3 252m3 0.07m3 82.8m3 0.023m3
Bảng 4. 2: Hiệu quả xử lý cụm bể cơ học
Cơng trình Chỉ tiêu Đầu
vào Hiệu xuất Đầu ra
Cụm xử lý cơ học Song chắn rác + hố thu gom + bể lắng cát + bể tách dầu+ bể điều hòa BOD5 3182 20% 2199.2 COD 5682 20% 4545.6 SS 155 50% 108.5 TỔNG NITO 14.5 0 14.5 TỔNG PHOSPHO 18.6 0 18.6 4.1. Song chắn rác 4.1.1. Vị trí 4.1.2. Nhiệm vụ:
Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại những loại rác thải dạng rắn, thơ xuất hiện trong q trình sản xuất hoặc các loại túi nylon, giấy, cỏ cây, bao bì, hộp đựng…rơi vào dòng chảy nước thải tránh sự tắc nghẽn đường ống dẫn nước, làm hư hỏng máy bơm, gây khó khăn cho các q trình xử lý kế tiếp.
Nguồn nước
63 4.1.3. Cấu tạo và chức năng
Cấu tạo Chức năng
Bao gồm: khung và các thanh dài hình trụ nối nhau tới hết diện tích bên trong khn hình.
Song chắn rác có thể làm bằng các chất liệu như gang, composite, inox, sắt, thép, bê tơng,...
Có khả năng che chắn, giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn.
4.1.4. Tính tốn
Tính lưu lượng
Lưu lượng trung bình ngày:
𝑄𝑛𝑔à𝑦𝑡𝑏 = 3500m3/ngày.đêm Lưu lượng trung bình giờ:
𝑄ℎ𝑡𝑏 = 3500
24 = 145.8 m3/h Lưu lượng trung bình giây:
𝑄𝑠𝑡𝑏 = 3500
24 ×3600 × 1000 = 41 l/s Chọn 2 song chắn rác ( 1 cơng tác 1 dự phịng )
Bảng 4. 3: Thơng số tính tốn cho song chắn rác làm sạch bằng cơ giới
Thơng số tính tốn Song chắn rác làm sạch bằng cơ giới Kích thước song chắn
64 - Bề dày(mm)
Khe hở giữa các thanh(mm) Độ dốc theo phương đứng Tốc độ dòng chảy trong mương(m/s)
Tổn thất áp lực cho phép( mm ) 25.4 ÷38.1 15.24÷76.2 0 ÷ 300 0.6096 ÷ 0.9906 152.4
(Nguồn: Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp-trang 118)
Số lượng khe hở song chắn rác
Chọn :
- Đường kính ống dẫn nước thải vào trạm xử lý B = 500mm - Chọn tiết diện song chắn rác có tiết diện hình chữ nhật - Song chắn rác đặt nghiêng một góc 600
so với mặt đất - Số khe hở của song chắn rác:
𝑛 = 𝑄𝑚𝑎𝑥
𝑠
(𝑏 × ℎ × 𝑣) × 𝐾 Trong đó:
𝑄𝑠𝑚𝑎𝑥 : Lưu lượng giây lớn nhất của dòng thải v: Tốc độ nước chảy qua song chắn rác, v= 0.6m/s K: Hệ số tính đến mức độ thu hẹp dịng chảy, K = 1.05
b: Khoảng cách khe hở của song chắn rác, lấy từ 16 – 20mm, b=16mm[1] h: Độ sâu nước ở chân song chắn rác, h= 0.3m
65 Vậy: 𝑛 = 0.07 𝑚 3/𝑠 0.016𝑚 × 0.3𝑚 × 0.6𝑚/𝑠 × 1.05 = 25.5 𝑘ℎ𝑒 Chọn n = 26 khe Chiều rộng song chắn 𝐵𝑠 = 𝑆 × ( 𝑛 – 1) + 𝑏 × 𝑛 = 0.008 × ( 26 – 1 ) + 0.016 × 26 = 0.616 𝑚 Chọn Bs = 0.7m
S: Chiều dày của thanh chắn rác, S = 0.008m[1]
Kiểm tra vận tốc dòng chảy của phần mở rộng của mương trước song chắn rác:
𝑉𝑘𝑡 = 𝑞 𝐵𝑠× ℎ = 0.07 0.7 × 0.3 = 0.03 𝑚/𝑠 < 0.4𝑚/𝑠 Tính tổn thất áp lực Tổn thất áp lực qua song chắn rác: ℎ𝑠 = 𝜁 × 𝑣 2 2𝑔 × 𝐾 Trong đó:
v: Tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn rác, v = 0.8m/s [1] K: Hệ số tính đến sự tang tổn thất do song chắn rác, K= 2 – 3 chọn K= 2 β: Hệ số sức cản cục bộ của song chắn 𝜁 = 𝛽 × (𝑠 𝑏) 4 3 ⁄ × 𝑠𝑖𝑛𝛼 = 2.42 × (0.008𝑚 0.016𝑚) 4 3 ⁄ × 𝑠𝑖𝑛600 = 0.832
66 Trong đó:
β: Hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh. Đối với thanh có tiết diện hình chữ nhật thì β = 2.42
𝛼: Góc nghiêng của song chắn so với phương ngang, 𝛼 = 600
Do đó: ℎ𝑠 = 0.832 × 0,8 2 2 × 9,81 × 2 = 0.054 𝑚 Tính mương đặt song chắn rác Chọn góc mở rộng đặt song chắn rác là 200
. Chiều dài của ngăn mở rộng trước song chắn rác là : 𝑙1 = 𝐵𝑠− 𝐵𝑘 2 × 𝑡𝑔 200 = 0.7 − 0.05 2 × 𝑡𝑔 200 = 0.893𝑚 Trong đó: Bs: Chiều rộng song chắn Bk: Bề rộng mương dẫn, chọn Bk = 0.05m
𝛼: Góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy 𝛼 = 200
Chiều dài ngăn đoạn thu hẹp sau song chắn:
𝑙2 = 𝑙1 2 =
0.893
2 = 0.447𝑚
Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác
𝐿 = 𝑙1 + 𝑙2 + 1.085 = 0.893 + 0.447 + 1.085 = 2.43𝑚
Chọn L = 2.5m Trong đó:
67 Chiều dài phần mương đặt song chắn rác là 1.085m
Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác
𝐻 = ℎ𝑚𝑎𝑥 + ℎ𝑠 + 0.5 = 0.3 + 0.054 + 0.5 = 0.854𝑚
Chọn H = 0.9m Trong đó:
hmax = hl: Độ dày ứng với Qmax hs: Tổn thất áp lực qua song chắn
0.5 là khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất
Như vậy chiều cao của song chắn:
𝐻𝑠𝑐 = 𝐻
𝑠𝑖𝑛 600 = 0.9
𝑠𝑖𝑛 600 = 1.04 𝑚
Chọn Hsc = 1.1m
Bảng 4. 4: Thông số thiết kế song chắn rác
Thông số Đơn vị Thông số thiết kế