Lưu lượng nước thải tại hệ thống xử lý tập trung: Q = 5000 m3/ngày.đêm;
Căn cứ vào kết quả phân tích nước thải tại cơ sở sản xuất cồn có công nghệ tương tự và dự báo nồng độ trung bình của các chất ô nhiễm trong nước thải sản xuất của nhà máy được đưa ra trong Bảng 1.8 và tham khảo các tài liệu có liên quan thì tính chất nước thải trước khi vào HTXLNT được trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1 Tính chất nước thải trước khi vào HTXLNT
STT Thông số Đơn vị Giá trị
trước Cột B QCVN 40:2011/BTNMT 01 pH - 5,6 5,5 - 9 02 TSS mg/l 450 100 03 COD mg/l 4500 150 04 BOD5 mg/l 2700 50 05 Tổng N mg/l 100 40 06 Tổng P mg/l 14 6 07 Coliform MPN/100ml 5.104 5000 3.1.2.Mức độ yêu cầu xử lý
- Phân loại: Nước thải sản xuất cồn (cồn thực phẩm và cồn nhiên liệu), áp dụng QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, ta cần xử lý tất cả các tiêu chí sau: tổng chất rắn lơ lửng, BOD, COD, tổng N, P và coliform.
- Nguồn tiếp nhận: sông Thu Bồn, dựa vào mục 2.3 và 2.4 QCVN 40:2011/BTNMT, ta chọn:
+ Chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cột B quy định giá trị C - các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả thải và các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.
+ Hệ số lưu lượng nguồn thải Kf = 1,0.
+ Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải khi xả ra nguồn tiếp nhận nước thải được tính theo công thức sau:
Cmax =C x Kq x Kf = C x 1,1 x 1,0 = C x 1,1.
+ Áp dụng giá trị tối đa cho phép Cmax = C (không áp dụng với hệ số Kq, Kf) đối với các thông số: pH, coliform.
Bảng 3.2 Tính chất nước thải sau khi vào HTXLNT
STT Thông số Đơn vị Giá trị
trước Giá trị sau Cmax 01 TSS mg/l 450 110 02 COD mg/l 4500 165 03 BOD5 mg/l 2700 55 04 Tổng N mg/l 100 44 05 Tổng P mg/l 14 6,6 06 Coliform MPN/100ml 5.104 5000 3.1.3.Một số yêu cầu khác
Việc lựa chọn phương pháp tối ưu là một vấn đề hết sức quan trọng trong việc giải quyết ô nhiễm. Làm thế nào vừa giảm được nồng độ ô nhiễm xuống mức đạt tiêu chuẩn cho phép, mà lại vừa có hiệu quả kinh tế cao, phù hợp với điều kiện của nhà máy.
Sơ đồ công nghệ và thành phần các công trình đơn vị của hệ thống xử lý nước thải còn phụ thuộc vào:
- Vị trí đặt hệ thống xử lý;
- Đáp ứng được diện tích cho phép của hệ thống xử lý nước thải;
- Các công trình phải được bố trí phù hợp để hạn chế sử dụng các thiết bị (Bơm, đường ống, …)
- Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và an toàn lao động… - Phương án xử lý phải chịu được sốc tải và công suất thay đổi đột ngột; - Để tiết kiệm nhiên liệu.
3.2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
- Theo kết quả phân tích nước thải, tỷ lệ BOD/COD bằng 0,6 nên công nghệ xử lý phù hợp là xử lý sinh học. Do nồng độ chất hữu cơ trong nước thải khá lớn, COD là 4500 mg/l nên công nghệ xử lý sinh học kết hợp 2 quá trình kị khí và hiếu khí. Ngoài ra, cần thêm quá trình thiếu khí để xử lý TN, TP.
- Trước khi đi vào hệ thống xử lý sinh học, nước thải sẽ đi qua xử lý sơ bộ để nâng cao hiệu quả xử lý của các công trình tiếp theo. Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng, nồng độ của nước thải đồng thời giảm kích thước giá thành các công trình đơn vị phía sau, tránh tình trạng quá tải vào các giờ cao điểm. Nước thải sau khi qua bể điều hòa được bơm lên cụm bể hóa lý như: bể tuyển nổi, cụm bể keo tụ - tạo bông kết hợp lắng, … để xử lý TSS và một phần BOD, COD.
Như vậy, dựa vào nội dung đã phân tích, có thể đề xuất 2 phương án cụ thể như sau:
3.2.1.Phương án 1
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ phương án xử lý 1.
Ghi chú :
Đường nước Đường khí
Đường hóa chất Đường bùn
Bể trung gian Bể Aerotank NaOCl Máy thổi khí Bể khử trùng Bể lắng 2 (sinh học) Bể Anoxic Máy ép bùn Xử lý theo quy định IR Bể UASB Bể keo tụ – tạo bông
Bể lắng 1 (hóa lý) PAC, Polymer
Bể chứa bùn Hố thu gom
Bể điều hòa sục khí Máy thổi khí
Nguồn tiếp nhận loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT Thu hồi CH4 đốt
nồi hơi và chạy máy phát điện
Bể nén bùn Nước thải
3.2.1.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước thải được dẫn về hệ thống xử lý nước thải tập trung tại hố thu gom. Hố thu được thiết kế đảm bảo thu gom toàn bộ lượng nước thải phát sinh từ nhà máy. Nước thải tiếp tục được bơm qua bể điều hòa.
Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng, nồng độ của nước thải tránh gây hiện tượng quá tải cho các công trình phía sau. Trong bể điều hòa được lắp đặt hệ thống phân phối khí dưới đáy bể với mục đích xáo trộn nước thải đồng thời ngăn quá trình lắng cặn và quá trình lên men yếm khí xảy ra ở bể điều hòa tránh mùi hôi phát tán xung quanh. Nước thải sau đó sẽ được bơm lên cụm bể keo tụ - tạo bông – lắng hóa lý.
Bể keo tụ có nhiệm vụ trợ keo tụ các chất lơ lửng nhờ vào quá trình tiếp xúc, phản ứng giữa hóa chất điều chỉnh pH, keo tụ PAC với nước thải. Tại bể, được lắp đặt thiết bị đặt thiết bị khuấy trộn nhằm tăng hiệu quả cho phản ứng keo tụ. Tốc độ khuấy trộn của motor khuấy nhằm đảm bảo sự tiếp xúc giữa hóa chất và nước. Sau đó tự chảy vào bể tạo bông qua khe tràn, tại đây dung dịch polymer được châm vào bể để tăng khả năng kết dính bông cặn, nhằm xử lý hiệu quả chất lơ lửng trong nước thải. Tốc độ của motor khuấy trong bể nhằm tạo sự tiếp xúc tốt giữa hóa chất và nước nhưng không làm vỡ bông cặn. Nước thải tiếp tục chảy sang bể lắng hóa lý.Trong bể lắng, nước thải được phân phối vào ống trung tâm. Trong quá trình phân phối nước, các bông cặn sẽ dính bám với nhau tạo thành các bông cặn có kích thước và trọng lượng lớn hơn tạo điều kiện cho quá trình lắng tốt hơn dưới tác dụng của trọng lực. Phần nước sau lắng sẽ được thu bằng máng thu nước và tự chảy qua bể trung gian. Phần bùn hóa lý từ bể lắng sẽ được bơm về bể nén bùn.
Bể trung gian giúp ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải. Nước thải tiếp tục được bơm qua bể UASB – là công trình xử lý sinh học kị khí. Nước thải có nồng độ ô nhiễm cao sẽ tiếp xúc với lớp bùn kị khí và toàn bộ các quá trình sinh hóa sẽ diễn ra trong lớp bùn này, bao gồm quá trình thủy phân, axit hóa, acetate hóa và tạo thành khí methane, và các sản phẩm cuối cùng khác. Số lượng bể sinh khí được tính toán phù hợp với lượng nước thải và nồng độ COD, BOD. Men vi sinh là các vi khuẩn yếm khí được nhập khẩu và nuôi cấy tại nhà máy sẽ thực hiện quá trình phân huỷ nước thải và tạo ra khí CH4 (metan) với hàm lượng đạt 65- 70%. Khí CH4 sau khi được hút ẩm và lọc H2S sẽ dùng làm chất đốt cho nồi hơi và chạy máy phát điện. Bùn thải của bể UASB sẽ được bơm về bể nén bùn định kỳ 2 tháng/lần.
Nước thải sau bể UASB sẽ thu gom qua hệ thống máng tràn chảy sang bể Anoxic. Bể Anoxic có tác dụng giảm nồng độ BOD trong nước đồng thời diễn ra quá trình khử nitrat. Nhờ vào quá trình khuấy trộn trong bể thiếu khí, các vi sinh vật sẽ dễ dàng tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong nước thải nhằm tăng hiệu xuất xử lý. Tại đây nước thải được tuần hoàn để cung cấp nitrat cho quá trình khử nitrat tại bể Anoxic.
Nước sẽ tự động chảy qua bể sinh học hiếu khí - bể Aerotank có nhiệm vụ khử tiếp phần BOD5, COD còn lại, vừa có tác dụng làm giảm mùi hôi trong nước thải. Đồng thời một lượng không khí được cấp vào bể thông qua hệ thống phân phối khí đặt dưới đáy bể, nhằm tăng hiệu quả xử lý.
Nước thải sau bể Aerotank sẽ tự chảy đến bể lắng sinh học. Nhiệm vụ của bể lắng 2 là giữ các màng vi sinh vật lại bể dưới dạng cặn lắng. Tại đây, bùn sinh học sẽ lắng xuống dưới đáy bể, tự chảy về bể chứa bùn, một phần bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn về bể Aerotank để bổ sung lượng sinh khối.
Bùn từ bể chứa sẽ được bơm sang bể nén bùn với thời gian lưu thích hợp sẽ tác làm 02 phần: phần bùn đặt lắng xuống sẽ được bơm sang máy ép bùn, phần nước trong ở trên sẽ đưa về lại hố thu. Bùn khô sau ép bùn sẽ bàn giao cho đơn vị có chức năng vận chuyển - xử lý.
Công đoạn cuối cùng là khử trùng nước thải trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. Nước thải sau khi được tách bùn được châm thêm Chlorine khử trùng. Chlorine là chất oxy hóa mạnh thường được sử dụng rộng rãi trong khử trùng nước thải. Nước thải sau hệ thống xử lý đạt cột B QCVN40:2011/BTMNT, đạt yêu cầu xả thải vào nguồn tiếp nhận là sông Thu Bồn.
3.2.1.3. Tính toán hiệu suất xử lý
Bảng 3.1 Bảng ước tính hiệu suất xử lý của phương án 1
Công trình BOD COD TSS N P Coliform
Hố thu gom Cvào, mg/l 2700 4500 450 100 14 50000 H, % - - - - Bể điều hòa Cvào, mg/l 2700 4500 450 100 14 50000 H, % 5 5 0 0 0 - Bể KTTB + Lắng Cvào, mg/l 1949,4 4061,2 382,5 100 14 50000 H, % 30 40 70 0 0 - Bể UASB Cvào, mg/l 1364,6 2436,7 114,7 100 14 50000
H, % 80 75 0 (*) (*) - Bể Anoxic Cvào, mg/l 272,9 609,2 114,7 73,9 8,8 50000 H, % 15 10 0 70 - - Bể Aerotank + Lắng Cvào, mg/l 231,9 548,3 114,7 22,17 8,8 50000 H, % 85 80 60 (**) (**) - Bể khử trùng Cvào, mg/l 34,8 109,6 45,9 0,2 5,9 50000 H, % 0 0 0 0 0 95 Cống thoát 34,8 109,6 45,9 0,2 5,9 2500 QCVN 40:2011/BTNMT 55 165 110 44 6,6 5000
Tính toán hiệu suất xử lý N, P ở bể UASB (*)
Nồng độ COD dòng vào bể là 2436,7 mg/l, N = 100 mg/l, P = 14 mg/l, H = 75%. Nito Ta có tỷ lệ COD : N : P = 350 : 5 : 1 𝐶𝑂𝐷 × 𝐻 𝑁 = 350 5 → 𝑁 = 𝐶𝑂𝐷 × 𝐻 × 5 350 = 2436,7 × 0,75 × 5 350 = 26,1 𝑚𝑔/𝑙
N đã sử dụng cho tổng hợp tế bào ở bể UASB là 26,1 mg/l N dòng ra bể UASB là 100 – 26,1 = 73,9 mg/l Photpho Ta có tỷ lệ COD : N : P = 350 : 5 : 1 𝐶𝑂𝐷 × 𝐻 𝑃 = 350 1 → 𝑃 = 𝐶𝑂𝐷 × 𝐻 × 1 350 = 2436,7 × 0,75 × 1 350 = 5,2 𝑚𝑔/𝑙
P đã sử dụng cho tổng hợp tế bào ở UASB là 5,2 mg/l P dòng ra bể UASB là 14 – 5,2 = 8,8 mg/l
Tính toán hiệu suất xử lý P ở bể Aerotank (**)
Nito Ta có tỷ lệ BOD : N : P = 100 : 5 : 1. 𝐵𝑂𝐷 × 𝐻 𝑁 = 100 5 → 𝑁 = 𝐵𝑂𝐷 × 𝐻 × 5 100 = 231,9 × 0,8 × 5 100 = 9,3 𝑚𝑔/𝑙 N đã sử dụng cho tổng hợp tế bào ở Aerotank là 9,3 mg/l.
N dòng ra bể Aerotank là 22,17 – 9,3 = 12,9 mg/l Photpho Ta có tỷ lệ BOD : N : P = 100 : 5 : 1. 𝐵𝑂𝐷 × 𝐻 𝑃 = 100 1 → 𝑃 = 𝐵𝑂𝐷 × 𝐻 × 1 100 = 231,9 × 0,8 × 1 100 = 1,9 𝑚𝑔/𝑙 P đã sử dụng cho tổng hợp tế bào ở Aerotank là 2,9 mg/l.
P dòng ra bể Aerotank là 8,8 – 1,9 = 6,9 mg/l
3.2.2.1. Sơ đồ công nghệ
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ phương án xử lý 2.
Ghi chú :
Đường nước Đường khí
Đường hóa chất Đường bùn
Bể trung gian Bể Aerotank NaOCl Máy thổi khí Bể khử trùng Bể lắng đứng 2 (sinh học) Bể Anoxic Máy ép bùn Xử lý theo quy định IR Bể UASB Bể tuyển nổi PAC, Polymer Bể chứa bùn Hố thu gom
Bể điều hòa sục khí Máy thổi khí
Nguồn tiếp nhận loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT Thu hồi CH4 đốt
nồi hơi và chạy máy phát điện
Bể nén bùn Nước thải
3.2.2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước thải được dẫn về hệ thống xử lý nước thải tập trung tại hố thu gom. Hố thu được thiết kế đảm bảo thu gom toàn bộ lượng nước thải phát sinh từ nhà máy. Nước thải tiếp tục được bơm qua bể điều hòa.
Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng, nồng độ của nước thải tránh gây hiện tượng quá tải cho các công trình phía sau. Trong bể điều hòa được lắp đặt hệ thống phân phối khí dưới đáy bể với mục đích xáo trộn nước thải đồng thời ngăn quá trình lắng cặn và quá trình lên men yếm khí xảy ra ở bể điều hòa tránh mùi hôi phát tán xung quanh. Nước thải sau đó sẽ được bơm lên bể tuyển nổi.
Tại bể tuyển nổi, PAC được bơm vào ngăn đầu và được khuấy bằng motor khuấy. Sau đó nước được dẫn qua bể chính, sử dụng Polymer anion để liên kết bông cặn. PAC và polymer anion được bơm vào bể nhờ hệ thống bơm định lượng. Máy nén khí sẽ tạo bọt khí đẩy bông bùn lên mặt nước, thanh gạt bùn sẽ gạt bùn vào máng thu bùn, bơm về bể nén bùn. Nước thải sau tuyển nổi được dẫn đến bể trung gian.
Bể trung gian giúp ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải. Nước thải tiếp tục được bơm qua bể UASB – là công trình xử lý sinh học kị khí. Nước thải có nồng độ ô nhiễm cao sẽ tiếp xúc với lớp bùn kị khí và toàn bộ các quá trình sinh hóa sẽ diễn ra trong lớp bùn này, bao gồm quá trình thủy phân, axit hóa, acetate hóa và tạo thành khí methane, và các sản phẩm cuối cùng khác. Số lượng bể sinh khí được tính toán phù hợp với lượng nước thải và nồng độ COD, BOD. Men vi sinh là các vi khuẩn yếm khí được nhập khẩu và nuôi cấy tại nhà máy sẽ thực hiện quá trình phân huỷ nước thải và tạo ra khí CH4 (metan) với hàm lượng đạt 65- 70%. Khí CH4 sau khi được hút ẩm và lọc H2S sẽ dùng làm chất đốt cho nồi hơi và chạy máy phát điện. Bùn thải của bể UASB sẽ được bơm về bể nén bùn định kỳ 2 tháng/lần.
Nước thải sau bể UASB sẽ thu gom qua hệ thống máng tràn chảy sang bể Anoxic. Bể Anoxic có tác dụng giảm nồng độ BOD trong nước đồng thời diễn ra quá trình khử nitrat. Nhờ vào quá trình khuấy trộn trong bể thiếu khí, các vi sinh vật sẽ dễ dàng tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong nước thải nhằm tăng hiệu xuất xử lý. Tại đây nước thải được tuần hoàn để cung cấp nitrat cho quá trình khử nitrat tại bể Anoxic. Nước sẽ tự động chảy qua bể sinh học hiếu khí kết hợp giá thể di động MBBR.
Tại bể MBBR, chất hữu cơ trong nước thải bị oxy hóa bởi các vi sinh vật có trong nước thải và các vi sinh vật bám dính trên đệm sinh học trong nước thải. Ban đầu, loại đệm này nhẹ hơn nước nên chúng sẽ lơ lửng trên mặt nước nhưng khi co màng bám vi sinh vật xuất hiện trên bề mặt, khối lượng riêng của đệm sẽ tăng lên và chìm xuống dưới. Tuy nhiên, nhờ có chuyển động thủy lực của nước trong bể được cung cấp bởi hệ thống sục khí, các đệm này sẽ chuyển động liên tục trong nước thải,