1. Dẫn nước thải vào bể; 2. Hệ thống ống phân phối đều nước thải vào bể; 3. Lớp bông bùn hoạt tính kỵ khí; 4. Chụp thu khí; 5. Vùng lắng cặn; 6. Máng thu nước sau lắng; 7. Tấm chắn dịng khí; 8. Ống thu hỗn hợp biogas; 9. Ống xả bùn dư.
Ưu điểm:
- Chi phí đầu tư, vận hành thấp.
- Lượng hóa chất cần bổ sung ít.
- Khơng địi hỏi cấp khí do đó ít tiêu hao năng lượng; có thể thu hồi, tái sử dụng năng lượng từ biogas.
- Lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm diện tích cơng trình.
Nhược điểm:
- Giai đoạn khởi động kéo dài.
- Dễ bị sốc tải khi chất lượng nước biến động.
- Bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại.
- Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động.
b) Bể Anoxic
Trong xử lý nước thải, “Bể Anoxic” là bể quan trọng trong quá trình xử lý amoni và nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học. Công nghệ khử nitơ trong phương pháp sinh học phổ biến nhất hiện nay là nitrat hóa và khử nitrat, diễn biến của quá trình này như sau:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Nitrat hóa là một q trình tự dưỡng (năng lượng cho sự phát triển của vi khuẩn được lấy từ các hợp chất oxy hóa Nitơ, chủ yếu là Amoni. Ngược lại với các vi sinh vật dị dưỡng các vi khuẩn nitrat hóa sử dụng CO2 (dạng vô cơ) hơn là các nguồn cacbon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới. Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hóa tạo thành trên một đơn vị trao đổi chất nhỏ hơn nhiều so với sinh khối tạo thành của q trình dị dưỡng.Q trình nitrat hóa từ Nitơ Amoni được chia làm hai bước và có liên quan tới hai vi sinh vật, đó là vi khuẩn Nitrosomonas và vi khuẩn Nitrobacter. Ở giai đoạn đầu tiên amoni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat:
𝐵ướ𝑐 1: 𝑁𝐻4−+ 1,5𝑂2 → 𝑁𝑂2−+ 2𝐻++ 𝐻2𝑂 𝐵ướ𝑐 2: 𝑁𝑂2−+ 0,5𝑂2 → 𝑁𝑂3−
Các vi khuẩn Nitrosomonas và vi khuẩn Nitrobacter sử dụng năng lượng lấy từ các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp quá trình bằng phương trình sau:
𝑁𝐻4++ 2𝑂2 → 𝑁𝑂3−+ 2𝐻++ 𝐻2𝑂 (∗)
Cùng với quá trình thu năng lượng, một số ion Amoni được đồng hóa vận chuyển vào trong các mơ tế bào. Q trình tổng hợp sinh khối có thể biểu diễn bằng phương trình sau:
4𝐶𝑂2+ 𝐻𝐶𝑂3−+ 𝑁𝐻4++ 𝐻2𝑂 → 𝐶5𝐻7𝑁𝑂2+ 5𝑂2
C5H7NO2 tạo thành sinh khối. Tồn bộ q trình oxy hóa và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau:
𝑁𝐻4++ 1,83𝑂2+ 1,98𝐻𝐶𝑂3−
→ 0,021𝐶5𝐻7𝑁𝑂2+ 0,98𝑁𝑂3−+ 1,041𝐻2𝑂 + 1,88𝐻2𝐶𝑂3
Lượng oxy cần thiết để oxy hóa amoni thành nitrat cần 4,3 mgO2/1mg NH4+. Giá trị này gần bằng với giá trị 4,57 thường được sử dụng trong các cơng thức tính tốn thiết kế. Giá trị 4,57 được xác định từ phản ứng (*) khi mà quá trình tổng hợp sinh khối tế bào không được xét đến.
Khử nitrit và nitrat:
Trong môi trường thiếu oxy các loại vi khuẩn khử nitrat và nitrat Denitrificans (dạng kỵ khí tùy tiện) sẽ tách oxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ phân tử tạo thành trong q trình này sẽ thốt ra khỏi nước.
Khử nitrat:
𝑁𝑂3−+ 1,08𝐶𝐻3𝑂𝐻 + 𝐻+ → 0,065𝐶5𝐻7𝑁𝑂2+ 0,47𝑁2+ 0,76𝐶𝑂2 + 2,44𝐻2𝑂
Khử nitrit:
𝑁𝑂2−+ 0,67𝐶𝐻3𝑂𝐻 + 𝐻+ → 0,04𝐶5𝐻7𝑁𝑂2+ 0,48𝑁2+ 0,47𝐶𝑂2 + 1,7𝐻2𝑂
Như vậy để khử nitơ cơng trình xử lý nước thải cần:
- Điều kiện thiếu khí (thiếu oxy tự do)
- Có nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-)
- Có vi khuẩn kỵ khí tùy tiện khử nitrat
- Có nguồn cacbon hữu cơ Nhiệt độ nước thải không thấp.
2.4. Khử trùng nước thải
Mục đích nhằm loại bỏ các vi sinh vật (có nhiều trong nước thải chăn ni) có khả năng gây ảnh hưởng đến môi trường tiếp nhận và sức khỏe con người.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Một số phương pháp và hóa chất khử trùng thường gặp:
- Phương pháp Chlor hóa: là phương pháp được áp dụng phổ biến hiện nay, Chlor cho vào nước thải dưới dạng hơi hoặc Chlorua vơi. Lượng Chlor hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nước thải là 10 g/m3 đối với nước thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hoàn toàn. Chlor phải được trộn đều với nước và để đảm bảo hiệu quả khử trùng, thời gian tiếp xúc giữa nước và hóa chất là 30 phút trước khi nước thải ra nguồn. Hệ thống Chlor hóa nước thải Chlor hơi bao gồm các thiết bị Chlorator, máng trộn và bể tiếp xúc. Chlorator phục vụ cho mục đích chuyển Chlor hơi thành dung dịch Chlor trước khi hòa trộn với nước thải và được chia thành 2 nhóm: nhóm chân khơng và nhóm áp lực. Cholor hơi được vận chuyển về trạm xử lý nước thải dưới dạng hơi nén trong banlon chịu áp. Trong trạm xử lý cần phải có kho cất giữ các banlon này. Phương pháp dùng Chlor hơi ít được dùng phổ biến.
- Phương pháp Ozon hóa: ozon tác động mạnh mẽ đối với các chất khống và chất hữu cơ, oxy hóa bằng ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nước. Bằng ozon hóa có thể xử lý phenol, sản phẩm dầu mỏ, H2S, các hợp chất Asen, thuốc nhuộm,… Sau quá trình ozon cịn oxy hóa các hợp chất Nitơ, Photpho,… Nhược điểm của phương pháp này là giá thành cao và thường được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước cấp.
2.5. Phương pháp xử lý bùn cặn [6]
Cặn lắng ở công đoạn xử lý sơ bộ và công đoạn xử lý bậc hai cịn chứa nhiều nước, (thường có độ ẩm đến 99%) và chứa nhiều cặn hữu cơ cịn khả năng thối rửa vì thế cần phải áp dụng một số biện pháp để xử lý tiếp cặn lắng, làm cho cặn ổn định (khơng cịn khả năng thối rửa) và loại bớt nước ra khỏi cặn để làm giảm nhẹ trọng lượng và khối tích của cặn, trước khi thải cặn ra nguồn tiếp nhận. Thường áp dụng đồng thời hai hoặc nhiều thiết bị sau để xử lý cặn.
- Thiết bị hoặc bể cô đặc bùn.
- Bể ổn định cặn hiếu khí.
- Bể ổn định cặn yếm khí.
- Hồ cơ đặc và ổn định yếm khí.
- Sân phơi bùn làm khô cặn.
- Làm khô cặn bằng thiết bị lọc chân không, máy nén ly tâm, máy lọc ép trên băng tải,…
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gòn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
2.6. Một số sơ đồ công nghệ xử lý nước thải thực tế Nhà máy bia Huế (HUDA)
Hình 2.15: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Huế
Nước thải từ nhà máy Cống Bể ngầm Bể cân bằng Bể Metan Bể hiếu khí Bể gạn lọc Nguồn tiếp nhận ( nước thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT Thu khí (CO2,CH4) Điều chỉnh pH
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Cơng nghệ xử lý nước thải nhà máy bia từ đơn vị tư vấn Mơi trường
ETC
Hình 2.16: Cơng nghệ xử lý nước thải nhà máy bia từ đơn vị tư vấn Môi trường ETC
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
CHƯƠNG III: ĐỀ XUẤT 2 PHƯƠNG ÁN 3.1. Đề xuất 2 phương án 3.1. Đề xuất 2 phương án
3.1.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ
Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải (QCVN 40:2011/BTNMT). Công nghệ đảm bảo mức an tồn cao trong trường hợp có thay đổi về lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm giữa mùa mưa và mùa khô. Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, vốn đầu tư, kinh phí tối ưu. Cơng nghệ xử lý phải mang tính hiện đại và có khả năng sử dụng trong một thời gian dài.
Ngoài ra cần chú ý một số yếu tố sau:
- Tính chất của nước thải đầu vào.
- Điều kiện thực tế vận hành, xây dựng hệ thống.
- Khả năng về vốn đầu tư.
Đặc điểm của nước thải biacó sự ơ nhiễm hữu cơ cao với các chỉ tiêu đặc trưng cho sự ô nhiễm hữu cơ như COD, BOD khá cao và các chỉ tiêu nước thải khác đều vượt quá quy chuẩn cho phép xả thải vào môi trường.
Dựa vào tính chất nước thải đầu vào (bảng 3.1), ta thấy tỉ lệ COD/BOD > 0,5 nên công nghệ xử lý phù hợp sẽ là công nghệ xử lý sinh học.
Bảng 3.1: Thành phần nước thải nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng S S
T T
Thơng số Đơn vị Giá trị QCVN
40:2011/BTNMT Cột B Ghi chú 1 pH 6,9 5,5 – 9,0 2 BOD5 mg/l 1100 50 Xử lý 3 COD mg/l 2000 150 Xử lý 4 SS mg/l 250 100 Xử lý 5 Tổng N mg/l 70 40 Xử lý 6 Tổng P mg/l 10 6 Xử lý 7 Tổng Coliform MPN/100ml 10000 5000 Xử lý 8 Nhiệt độ 0C 36 – 40 50
Vì hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải > 150 mg/l lên cần có cơng trình lắng phía trước để giảm bớt hàm lượng cặn trong nước thải.
Hàm lượng BOD cao nên áp dụng cơng trình xử lý kỵ khí phía trước. Sau đó áp dụng cơng trình xử lý thiếu khí để xử lý Nito, Photpho trong nước thải.
Cần có các cơng trình xử lý cơ học trước để đảm bảo cho các cơng trình sinh học phía sau đạt hiệu quả cao.
3.1.2. Đề xuất công nghệ xử lý nước thải của nhà máy bia
Dựa trên thành phần tính chất của nước thải đầu vào (bảng 3.1) và các cơ sở để lựa chọn công nghệ xử lý. Ta đề xuất 2 phương án xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm. Phương án 1:
Hình 3.1: Sơ đồ cơng nghệ phương án 1
Nước thải đầu vào
Bể lắng II
Khử trùng Bể Aerotank Bể điều hòa khuấy trộn
Bể nén bùn Xe thu gom Máy ép bùn Bể thu gom Bể lắng 1 Song chắn rác QCVN 40:2011/BTNMT NaOCl Thu khí Thổi khí Polymer Tuần hồn bùn Bể UASB Bể Anoxic Tuần hoàn nước
Nước sau nén bùn Nước sau ép bùn
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Thuyết minh phương án 1
Nước thải từ các công đoạn sản xuất bia đươc thu gom và vận chuyển đến hệ thống xử lý. Nước thải được dẫn qua song chắn rác thơ để loại bỏ rác có kích thước lớn. Sau đó nước thải được dẫn qua bể lắng 1 để loại bỏ cặn lơ lửng trong nước. Nước sẽ tiếp tục được dẫn qua bể điều hoà để điều hoà lưu lượng và nồng độ của nước thải trước khi đưa vào cụm xử lý sinh học. Đối với cụm xử lý sinh học, nước thải sẽ được dẫn qua bể UASB tại đây sẽ diễn ra quá trình khử SS, BOD, khử Nitrat và cắt mạch Photpho thành các ortho Photpho nhờ vào vi sinh vật và nguồn cacbon chính của vi sinh vật là chất dinh dưỡng có sẵn trong nước thải. Q trình tiêu thụ chất dinh dưỡng của vi sinh vật theo tỉ lệ BOD5:N:P = 150:5:1, COD:N:P = 350:5:1 (đây là tỉ lệ chất dinh dưỡng cho q trình phân huỷ kỵ khí với COD < 3000 mg/l). Kế đó, nước thải được đưa qua bể Anoxic, nhờ quá trình khử nitrat trong điều kiện thiếu khí mà loại bỏ được N.
Tiếp theo, nước sẽ được dẫn qua bể Aerotank (đây là bể sinh học hiếu khí), tại đây sẽ diễn ra q trình Nitrat hố và tích luỹ các ortho Photpho vào trong cơ thể của vi sinh vật, BOD, COD và SS cũng được khử tại bể Aerotank. Nước sau cụm thể sinh học sẽ được dẫn qua bể lắng 2, tại bể lắng 2 diễn ra quá trình lắng các hạt cặn lơ lửng. Nước sau lắng sẽ được qua bể khử trùng đạt QCVN 40:2011 cột B và được xả ra nguồn tiếp nhận.
Bùn sau bể lắng 2 và bể lắng 1, bể UASB sẽ được dẫn đến bể chứa bùn, qua bể nén bùn và qua máy ép bùn để giảm thể nước có trong bùn. Bùn sau khi được cô đặc sẽ được đem đi xử lý hoặc chôn lấp theo qui định về xử lý chất thải rắn và chất thải nguy hại. Một phần bùn sau bể lắng 2 sẽ được tuần hoàn trở lại bể Anoxic để bổ sung lượng vi sinh vật và để quá trình khử nitrat diễn ra tốt hơn. Nước sau máy ép bùn và bể nén bùn sẽ được tuần hoàn trửo lại hầm tiếp nhận.
Lắp đặt thiết bị thổi khí cho bể điều hồ và bể Aerotank. Đối với bể điều hồ thì tăng khả năng xáo trộn, điều hào được nồng độ các chất trong dòng thải. Đối với bể Aerotank là cung cấp oxi cho q trình hiếu khí của vi sinh vật diễn ra.
Bể UASB sẽ tạo ra khí biogas, có thiết bị thu hồi lượng khí này để tận dụng trong quá trình sản xuất.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm. Phương án 2:
Hình 3.2: Sơ đồ cơng nghệ phương án 2
Nước thải đầu vào
Bể lắng II Bể UASB
Xe thu gom Máy ép bùn Bể thu gom
Bể keo tụ, tạo bông Song chắn rác Bể lắng hóa lý Bể nén bùn Bể khử trùng Thổi khí Thu khí Thổi khí Polymer NaOCl Bể điều hịa sục khí QCVN 40:2011/BTNMT, cột B NaOH, H2SO4, PAC, Polymer Bể sinh học hiếu khí MBBR Nước sau nén bùn Nước sau ép bùn Bể trung gian
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm. Ghi chú: Đường nước Đường khí Đường hóa chất Đường bùn Thuyết minh phương án 2
Nước thải từ các công đoạn sản xuất bia đươc thu gom và vận chuyển đến hệ thống xử lý. Nước thải được dẫn qua song chắn rác thơ để loại bỏ rác có kích thước lớn. Sau đó được đưa vào hầm tiếp nhận. Nước tại hầm tiếp nhận sẽ được bơm lên bể điều hịa bể để điều hồ lưu lượng và nồng độ của nước thải trước khi đưa vào cụm xử lý sinh học. Các thiết bị khuấy trộn được hoạt động liên tục, tránh để xảy ra lắng cặn ở đáy bể, tránh xảy ra hiện tượng yếm khí và đảm bảo lượng pH trong nước thải ổn định.
Sau đó, nước thải từ bể điều hịa được đưa tới bể keo tụ, tạo bông, các bông cặn li ti có trong nước thải di chuyển, va chạm vào nhau, tạo nên các bơng cặn có kích thước lớn hơn giúp cho việc lắng cặn thực hiện dễ dàng hơn.
Sau đó nước thải được dẫn qua bể lắng 1 để loại bỏ cặn lơ lửng trong nước. Đối với cụm xử lý sinh học, nước thải sẽ được dẫn qua bể UASB tại đây sẽ diễn ra quá trình khử SS, BOD, khử Nitrat và cắt mạch Photpho thành các ortho Photpho nhờ vào vi sinh vật và nguồn cacbon chính của vi sinh vật là chất dinh dưỡng có sẵn trong nước thải. Q trình tiêu thụ chất dinh dưỡng của vi sinh vật theo tỉ lệ BOD5:N:P = 150:5:1, COD:N:P = 350:5:1 (đây là tỉ lệ chất dinh dưỡng cho quá trình phân huỷ kị khí với COD<3000 mg/l).
Tiếp theo, nước sẽ được dẫn qua bể MBBR, bể MBBR sử dụng ở đây là bể MBBR hiếu khí – tương tự bể Aerotank nhưng có thêm giá thể vi sinh: dùng đĩa thổi khí duy trì mơi trường hiếu khí cho vi sinh vật và trạng thái lơ lửng của giá thể. Lớp vi sinh bám bên ngoài được tiếp xúc nhiều với oxy sẽ thực hiện q trình hiếu khí (khử BOD, COD, nitrat hóa), lớp vi sinh ở phía trong cùng khơng được tiếp xúc với oxy sẽ thực hiệm quá trình thiếu khí (khử N, khử nitrat), nhờ đó mà bể MBBR hiếu khí có thể xử lý được chất ô nhiễm hữu cơ và Nito. Sau một thời gian, lớp vi sinh già chết đi sẽ bong tróc ra khỏi