Thông số Đơn vị Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3
Thể tích làm việc lít 8 8 8
Tải lượng gCOD/lít.ngày 2,47 4,8 7,37
Lưu lượng đầu
vào (ra) lít/ngày 8 16 24
COD đầu vào mg/l 2320 2402 2375
COD đầu ra mg/l 433 345 1000
Hiệu suất xử lý % 81,5 88,9 58,5
pHđầu ra - 6,8 7 6,5
Lưu lượng biogas lít/ngày 5,2 12,2 8,9
CH4 % 54,4 60,7 41,5
Hiệu suất sinh
Biogas lít/gCODchuyển hóa 0,34 0,36 0,28
Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở tải trọng hữu cơ 4,8 gCOD/lít.ngày với thời gian lưu thủy lực 12 giờ hệ UASB đạt hiệu suất xử lý nước thải mía đường cao nhất, với hiệu suất xử lý COD đạt 88,9%, thể tích khí biogas là 12,2 lít/ngày, tỷ lệ khí metan là 60,7% và hiệu suất sinh khí đạt 0,36 lít/gCODchuyển hóa.
Như vậy, các kết quả thu được cũng khá phù hợp với kết quả của các nghiên cứu trước đây khi sử dụng hệ UASB để xử lý nước thải mía đường [Alllison, 1990; Chang, 1999, Mehrdad, 2007]. Tuy nhiên, giá trị COD đầu ra của hệ UASB vẫn còn khá cao, trung bình 283 mg/lít gấp 1,9 lần tiêu chuẩn xả thải theo QCVN
40:2011/BTNMT cột B, do đó cần phải xử lý tiếp theo bằng công nghệ xử lý hiếu khí hoặc hồ sinh học tùy nghi.
3.3. Kết quả tiềm năng thu hồi khí metan khí xử lý nước thải mía đường cơng ty đường Hịa Bình
a) Tính theo lý thuyết
Tính tốn tiềm năng thu hồi khí metan từ q trình tự phân hủy chất hữu cơ là xenlulozơ. Vì nếu khơng kể đến nước, đường thì xenlulozơ là thành phần chính trong nước thải mía đường.
Áp dụng phản ứng (3) và phương trình (5) ở trên (mục 1.3.3) cho xenlulozơ với cơng thức hóa học chung là (C6H10O5)n để tính lượng khí metan sinh ra như sau:
(C6H10O5)n + nH2O → 3nCH4 + 3nCO2 (6) Tỷ lệ CH4/COD:
B = (3 x 16) : (16 x 32) = 0,25 (gCH4/gCOD) (7)
Chọn giá trị COD của nước thải mía đường 2580 mg/L [11]. Với lượng mía sản xuất 60000 tấn mía/vụ [5] và là lượng nước thải ra trung bình khi sản xuất 1 tấn
mía là 14 m3 [11]. Tổng lượng nước thải của cơng ty đường Hịa Bình là 840000
m3/vụ.
Ta có giá trị COD trong nước thải là:
COD = 84 x 104 x 2580 x 10-6 = 2167,2 (tấn COD/vụ)
Lượng CH4 sinh ra:
mCH4 = 2167,2 x 0,25 = 541,8 (tấn CH4/vụ)
b) Tính theo hệ số thực nghiệm
Từ kết quả quá trình thực nghiệm xử lý nước thải bằng hệ UASB ta có hiệu suất sinh Biogas của q trình tối ưu là 0,36 lít Biogas/gCODchuyển hóa, trong đó khí
CH4 chiếm 60,7%. Vậy ta có hiệu suất sinh khí metan là:
0,36 x 60,7% = 0,21852 (lít CH4/gCODchuyển hóa)
Mặt khác, từ kết quả bảng 3.1 đặc tính nguồn và ơ nhiễm nước thải sản xuất mía đường cơng ty đường Hịa Bình ta có tổng tải lượng COD của nguồn 3 và nguồn 4 phù hợp qua xử lý kỵ khí bằng hệ UASB là:
2002 + 564 = 2566 (kgCOD/ngày)
Vậy, tiềm năng thu hồi khí metan từ nước thải mía đường cơng ty đường Hịa Bình bằng việc tách dịng và xử lý kỵ khí qua hệ UASB là:
VCH4 = 2566 x 0,21852 = 560,7 (m3CH4/ngày)
Theo lý thuyết 1m3 biogas (75% CH4) tương đương với 1,4kWh điện do vậy
ước tính tiềm năng năng lượng do thu hồi khí metan của cơng ty là khoảng: 1000kWh/ngày.
3.4. Đề xuất quy trình cơng nghệ phù hợp để xử lý nước thải mía đường theo
định hướng thu hồi năng lượng
Qua quá trình nghiên cứu thực tế hiện trạng sản xuất đặc tính nước thải, công nghệ xử lý nước thải cơng ty mía đường Hịa Bình ; cũng như tìm hiểu, nghiên cứu thực nghiệm công nghệ UASB để xử lý nước thải, đặc biệt là xử lý nước thải nghành mía đường. Tơi xin đề xuất giải pháp để xử lý nước thải mía đường như sau:
Hình 3.13. Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải mía đường
Song chắn rác: Để hạn chế hiện tượng tắc đường ống do rác thải có kích
thước lớn, tại đầu các đường ống thu gom nước thải có bố trí các song chắn rác bằng kim loại. để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn. Phần rác thải thu được có thể để sản xuất giấy, phân bón. Nước thải nên được tiếp tục lắng để loại bỏ cát và chất rắn lơ lửng dễ lắng, tránh ảnh hưởng tới máy bơm và các công đoạn xử lý tiếp theo.
Bể lắng đợt 1: Tại bể lắng này, một lượng lớn chất rắn lơ lửng (SS) được loại
bỏ qua quá trình lắng, dầu mỡ và các chất nổi khác cũng được tách ra khỏi nước thải, giảm tải trọng hữu cơ cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Bùn lắng được thu định kỳ và chuyển đến sân phơi bùn.
Bể thu – bơm nước thải: Nước thải sau khi qua song chắn rác được gom vào
bể thu và bơm đến các cơng trình phía sau.
Bể điều hịa: Sự thay đổi về lưu lượng và hàm lượng chất hữu cơ trong nước
thải ở các thời điểm sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của các vi sinh vật trong hệ UASB. Bể điều hịa có tác dụng làm ổn định lưu lượng và hàm lượng nước thải, tăng hiệu quả xử lý nước thải. Đây là bước rất quan trọng đối với quá trình phân hủy kị khí bởi vi sinh vật kị khí có tốc độ sinh trưởng chậm hơn so với vi sinh vật hiếu khí, độ nhạy cảm cao hơn, và dễ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường phản ứng, đặc biệt là đối với nhóm vi sinh vật lên men metan. Tiếp theo nước thải
trung hòa độ pH bằng dung dịch NaHCO3 để tăng độ pH lên khoảng từ 7-7,5. Các
thiết bị đo pH được lắp đặt và kết nối với các bơm định lượng tự động để đảm bảo độ pH ổn định.
Bể UASB: Nước thải được bơm từ bể điều hòa vào bể UASB, nước thải được
nạp từ đáy bể đi qua tầng bùn kỵ khí, q trình phản ứng xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với hệ vi sinh vật kỵ khí có trong tầng bùn. Các q trình thủy phân, axit hóa metan hóa chất hữu cơ được diễn ra, sản phẩm tạo thành là khí Biogas (70 - 80% là metan, 20 – 30% là CO2 và các khí khác) và một lượng nhỏ sinh khối. Sau khi xử lý kỵ khí tại bể UASB, khoảng 80 – 90% COD được loại bỏ trong giai đoạn này. Khí Biogas được thu hồi qua tháp khử H2S bằng phoi sắt và sục
qua dung dịch NaOH để loại bỏ CO2 sau đó được sử dụng thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch phục vụ đốt lị hơi, phát điện…
Bể aeroten: Nước thải giảm phần lớn tải trọng chất hữu cơ sau khi qua bể
UASB tự chảy vào bể aerotank để xử lý hiếu khí . Tại đây, khí được thổi vào bể bằng các đĩa phân phân phối khí nhằm tăng cường sự xáo trộn với bùn hoạt tính và cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí, đồng thời giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng. Giai đoạn này sẽ xử lý tiếp phần COD, BOD còn lại. Lượng vi sinh vật hiếu khí sẽ được bổ sung bằng cách tuần hoàn bùn từ bể lắng.
Bể lắng đợt 2: Là bể lắng li tâm. Nước thải sau khi được xử lý hiếu khí từ
aerotank được dẫn vào bể lắng. Bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể dưới tác dụng của trọng lực, một phần bùn được tuần hồn lại bể aerotank, phần cịn lại sẽ được bơm vào bể nén bùn và đem đi xử lý.
Bể nén bùn đứng: Bùn từ bể lắng đợt 2 được dưa tới bể nén bùn nhằm làm
giảm độ ẩm xuống còn khoảng 60%
Sân phơi bùn: Bùn tươi từ bể lắng đợt I và bùn từ bể nén được dẫn vào sân
phơi bùn để làm ráo nước. Khoảng 20 - 30 ngày xả bùn 1 lần, bùn khô được thu gom bằng gàu hoặc máy, lượng bùn này có thể kết hợp vơi bã bùn sinh ra từ khâu sản xuất đường để làm phân vi sinh. Nước tách từ bể ép bùn và sân phơi bùn được bơm trở lại bể điều hòa để xử lý.
Hồ hiếu khí: Nước thải từ bể lắng 2 tiếp tục chảy qua hồ hiếu khí nơi có
trồng các loại thực vật thủy sinh nhằm ổn định nước thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột B trước khi xả ra môi trường tiếp nhận
Tính tốn thiết kế sơ bộ hệ thống xử lý nước thải cơng ty mía đường
Hịa Bình.
Từ kết quả đặc tính dịng và ơ nhiễm nước thải cơng ty mía đường Hịa Bình (Bảng 3.1) ta có:
- Dịng thải 1 qua bể tuyển nổi và tái sử dụng - Dòng thải 2 tái sử dụng
Kết hợp với các thông số tối ưu của giai đoạn 2 quá trình sử lý thực nghiệm, ta có thiết kế sơ bộ hệ thống xử lý nước thải mía đường cơng ty đường Hịa Bình như sau.