CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XƯ- 123docz.net

NƢỚC THẢI

1. Thờ i gian lƣu nƣớc trong các thiết bi ̣ của hê ̣ thống

Thờ i gian lưu nước trong thiết bi ̣ của hê ̣ thống xử lý chính là thời gian cần thiết để các phản ứng sinh hóa xảy ra nhờ vi sinh vâ ̣t.

Thờ i gian lưu nước trong bể tính theo công thức : 1 𝜃𝑐 = Y * 𝑆0−𝑆 𝜃∗𝑋 – kd, ngay-1 [ 2 – 74 ] θ = 𝑌∗( 𝑆𝑜– 𝑆 ) 𝑋∗( 1 𝜃 𝑐+ 𝑘𝑑 ) , ngày Trong đó :

𝜃𝑐: thờ i gian lưu bùn trong bể, ngày

𝜃: Thờ i gian lưu nước trong bể, ngày X: Nồng độ bùn hoa ̣t tính trong bể, mg/l Y : Hệ số tăng sinh khối, mgVSS/ mgBOD kd: Hệ số phân hủy nô ̣i bào, ngày-1

So: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l S: Nồng độ BOD đầu ra, mg/l

Mỗi thiết bị xử lý có thời gian lưu nước khác nhau tùy vào quá trình xảy ra trong các thiết bi ̣ đó, ví dụ: thời gian lưu nước trong bể ky ̣ khí thường là 4 – 12 giờ, thời gian lưu nước trong bể hiếu khí (aeroten) là 4 – 10 giờ….

Nếu thờ i gian lưu nước quá ngắn sẽ không đủ thời gian để vi sinh vâ ̣t oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải do đó hiệu quả xử lý kém . Nếu thờ i gian lưu nước quá dài mă ̣c dù hiê ̣u quả xử lý cao nhưng cần mô ̣t thể tích lớn để chứa nước thải do đó tốn kém mặt bằng diện tích.

2. Thờ i gian lƣu bùn trong các thiết bi ̣ của hê ̣ thống

Thờ i gian lưu bùn chính là thời gian cần thiết để đổi mới hoàn toàn lượng bùn hoạt tính trong các bể bùn hoạt tính.

Thờ i gian lưu bùn đươ ̣c tính theo công thức: 1

𝜃𝑐𝑀 = Y 𝐾 ∗ 𝑆0

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 28

Trong đó :

𝜃𝑐𝑀: Thờ i gian lưu bùn tối thiểu, ngày 𝐾: Hằng số thực nghiê ̣m, ngày-1

Ks: Hằng số bán tốc đô ̣,mgBOD/l So: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l kd: Hệ số phân hủy nô ̣i bào, ngày-1

Nếu thời gian lưu bùn quá dài thì hiê ̣u quả xử lý kém bởi lúc đó vi sinh vâ ̣t đã già và hoạt lực oxy hóa của chúng đã giảm . Nếu thờ i gian lưu bùn quá ngắn thì lươ ̣ng bùn lấy ra nhiều tốn công và chi phí cao.

3. Nồng độ bùn hoa ̣t tính

Nồng độ bùn hoa ̣t tính quá cao sẽ gây khó khăn cho quá trình lắng và tiêu tốn năng lươ ̣ng kh uấy trộn để giữ bùn lơ lửng với nồng độ đều khắp trong bể . Nồng đô ̣ bùn hoạt tính thấp không đủ để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải.

Vì vậy, việc lựa cho ̣n nồng đô ̣ bùn hoa ̣t tính có ý nghĩa rất quan tro ̣ng bởi nó ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống xử lý.

Nồng độ bùn hoa ̣t tính trong bể aer oten giới ha ̣n ở mức 500 – 5000 mg/l. Viê ̣c lựa cho ̣n nồng đô ̣ bùn còn phu ̣ thuô ̣c vào nồng đô ̣ chất nền có trong nước thải. Nồng độ bùn hoa ̣t tính trong bể kỵ khí giới hạn ở mức 500 – 5000 mg/l

4. Tải trọng thể tích của bể

Tải trọng thể tích của bể chính là khả năng khử các hợp chất hữu cơ có trong nước thải trên mô ̣t đơn vi ̣ thể tích.

Tải trọng thể tích được tính theo công thức: L = 𝑆𝑜∗𝑄

𝑉 , kgBOD/m3ngày

5. Tỷ lệ tuần hoàn bùn

Tuần hoàn bùn là để duy trì nồng đô ̣ bùn hoa ̣t tính trong bể Aeroten đáp ứng yêu cầu của xử lý.

Lưu lượng tuần hoàn bùn xác đi ̣nh theo phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạt tính đi vào và đi ra khỏi bể.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 29

Trong thực tế nồng đô ̣ bùn hoa ̣t tính trong nước thải đi vào bể X o là không đáng kể, ta có: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

α = QvQt = 𝑋𝑡−𝑋𝑋 [ 2 – 93 ] Trong đó:

α: Tỷ lệ tuần hoàn bùn

Qv: Lưu lượng nước thải đi vào bể, m3

/h Qt: Lưu lượng bùn tuần hoàn la ̣i, m3

X: Nồng độ bùn hoa ̣t tính duy trì trong bể, mg/l

Xt: Nồng độ bùn hoa ̣t tính trong hỗn hợp tuần hoàn, mg/l

Nếu tỷ lê ̣ tuần hoàn bùn quá thấp thì sẽ không đủ nồng đô ̣ bùn hoa ̣t tính tr ong bể dẫn đến hiê ̣u quả xử lý kém. Nếu tỷ lê ̣ tuần hoàn cao sẽ dẫn đến diê ̣n tích bể lớn , tốn kém cơ sở mă ̣t bằng . Do đó cần tối ưu tỷ lê ̣ tuần hoàn bùn và tỷ lê ̣ đó được tính theo công thức ở trên.

6. Tỷ lệ chất dinh dƣỡng và vi sinh vâ ̣t (F/M)

Tỷ lệ biểu thị mối quan hệ của tải trọng và trạng thái trao đổi chất vi sinh vật . Được điều chỉnh bằng tỷ lệ bùn hoạt tính lấy ra.

𝐹

𝑀 = 𝜃∗𝑋𝑆𝑜 , mgBOD/ngày/mgMLVSS [ 2 – 66 ] Trong đó:

X: Hàm lượng bùn hoạt tính có trong bể, mg/l

𝑆𝑜: Hàm lượng chất hữu cơ đầu vào, mg/l θ: thờ i gian lưu nước trong bể, ngày

Tỷ lệ F/ M < 1, thông thườ ng 0.2 – 0.6 mgBOD5/ngày/mgMLSS

7. Chỉ số SVI

Chỉ số SVI là số ml nước thải đang xử lý lắng được 1 gram bù n trong 30 phút. Chỉ số này đánh giá khả năng lắng của bùn.

SVI = 𝑉∗1000

𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 , ml/g [ 2 – 95 ] Trong đó:

SVI: Chỉ số thể tích bùn, ml/g

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 30

MLVSS: Hàm lượng chất rắn huyền phù trong bể aeroten, mg/l 1000: Hệ số quy đổi mg ra g

Giá trị điển hình ra của SVI đối với hệ thống bùn hoạt tính làm việc với nồng đô ̣ MLSS từ 2000 đến 3500 mg, thường nằm trong khoảng 80 – 150 ml/g. Nếu SVI < 50 ml/g thì bùn đă ̣c lắng nhanh, hoạt lực oxy hóa BOD của bùn loại bùn này cao . SVI > 200 ml/g thì bùn có cấu trúc da ̣ng sơ ̣i, khó lắng.

8. Lƣợng bùn hoa ̣t tính sinh ra

Pb = 𝑄∗𝑌∗𝐻∗𝑆𝑜

1+𝐾𝑑∗ 𝜃𝑐 , kg/ngày Trong đó :

Q: Lưu lượng nước thải, m3

/ngày

Y: Hệ số tăng sinh khối, mgVSS/mgBOD H: Hiệu suất xử lý, %

kd: Hệ số phân hủy nô ̣i bào, ngay-1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

𝜃𝑐 : Thờ i gian lưu bùn, ngày 𝑆𝑜: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l

Nếu lượng bùn hoa ̣t tính sinh ra nhiều thì hiê ̣u quả xử lý không cao bởi chúng ta còn phải xử lý lượng bùn dư sinh ra . Nếu lượng bùn hoa ̣t tính sinh ra quá ít thì thời gian lưu bùn dài cũng ảnh hưởng đến khả năng xử lý nước thải.

9. Các yếu tố ảnh hƣởng đến thông số khi hệ thống làm việc

 Nhiê ̣t đô ̣

Nhiệt đô ̣ ảnh hưởng rất lớn đến tốc đô ̣ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải, không những vâ ̣y nhiê ̣t đô ̣ còn tác đô ̣ng đến khả năng hấp thu ̣ oxy vào nước thải và quá trình lắng các bông că ̣n vi sinh vâ ̣t ở bể lắng thứ cấp.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng s inh hóa trong quá trình xử lý nước thải được biểu diễn bằng công thức:

rT = r20 * ∆( 𝑇−20 ) [ 2 – 63 ] Trong đó:

rT: Tốc độ phản ứng ở T0

C r20: Tốc độ phản ứng ở 200

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 31

T: Nhiệt đô ̣ nước thải đo bằng 0

 Chất khƣ̉ trùng

Trong công nghệ sản xuất bia , các chất khử trùng dùng để vô trùng các dụng cụ, thiết bi ̣ nhằm đảm bảo vê ̣ sinh . Những chất khử trùng này có ảnh hưởng không tốt đến hoa ̣t đô ̣ng của vi sinh vâ ̣t do đó ảnh hưởng đến hiê ̣u suất xử lý . Nồng đô ̣ các chất này cao làm cho các vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải bị ức chế hoàn toàn, thối rữa ta ̣o thành da ̣ng keo trong nước làm cho COD và SS tăng . Vì vậy trước khi xử lý sinh ho ̣c phải loa ̣i bỏ các chất khử trùng này ra khỏi nước thải.

 Nồng đô ̣ chất hƣ̃u cơ

Nếu nồng độ quá cao sẽ ảnh hưởng quá trình thông khí trong bể hiếu khí , làm kiệt oxy dẫn đến ảnh hưởng quá trình trao đổi chất của vi sinh vật , hiê ̣u quả xử lý kém.

 Nồng đô ̣ các ion kim loại

Nồng độ các ion kim loa ̣i làm mất cân bằng trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vâ ̣t. Vì vậy khi vận hành hệ thống phải kiểm tra nồng độ cá ion kim loại có trong nước thải, nếu chúng quá cao thì phải xử lý trước khi đưa vào quá trình xử lý sinh ho ̣c. Giới ha ̣n nồng đô ̣ cho phép của mô ̣t số kim loa ̣i là : Cr < 690 mg/l, Cu < 500 mg/l, Zn < 690 mg/l, Ni < 73 mg/l.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 32

V. MỘT SỐ HỆ THỐNG XƢ̉ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 1. Hệ thống xƣ̉ lý nƣớc thải nhà máy bia Kim Bài

Hình 9. Sơ đồ hê ̣ thống xử lý nước thải nhà máy bia Kim Bài Đặc tính nước thải của nhà máy:

BOD5 : 1800 mg/l COD : 2500 mg/l Ntổng số : 52 mg/l Ptổng số : 10 mg/l pH: 4.5 - 6.5

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 33

2. Hệ thống xƣ̉ lý nƣớc thải nhà máy bia Will Brau GmbH ( CHLB ĐƢ́C )

Hình 10. Sơ đồ hê ̣ thống xử lý nước thải nhà máy bia Will Brau GmbH Đặc tính nước thải của nhà máy:

BOD5 : 1100 – 1500 mg/l COD : 1800 – 3000 mg/l Ntổng số : 30 – 100 mg/l Ptổng số : 10 – 30 mg/l

Trong hệ thống trên , bể aeroten sử d ụng là bể aeroten cao tải (vì hàm lượng BOD5 > 1000 mg/l), do đó tiết kiê ̣m đươ ̣c diê ̣n tích mă ̣t bằng và không cần xây dựng bể ky ̣ khí nhưng năng lượng sục khí lớn . Do đă ̣c tính của nước thải bia giàu chất dinh dưỡng , hàm lượng chất hữu cơ cao ở trạng thái hòa tan và lơ lửng, chủ yếu là hydratcacbon, protein, các acid hữu cơ nên không cần bể loại dầu như ở hê ̣ thống của nhà máy.

Do trên sơ đồ làm viê ̣c không có bể điều hòa nên hê ̣ thống xử lý có thể gă ̣p quá tải nếu lượng nước thải dao động lớn.

Loại dầu và lắng sơ cấp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Xử lý hiếu khí (Aeroten) Bể lắng thứ cấp Lọc bùn Bể chứa bùn Nước ra Chắn rác Nước Tuần hoàn bùn Nước thải Sấy khô Bùn thải Bùn thừa

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 34

3. Hệ thống xƣ̉ lý nƣớc thải nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội

Hình 11. Sơ đồ hê ̣ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gòn – Hà Nội Đặc tính nước thải của nhà máy:

Q = 1500 m3/ngày COD = 2800 mg/l BOD5 = 1600 mg/l

Máy ép bùn

Chất keo tụ Bể xử lý kỵ khí

(UASB)

Bể trung gian (xử lý H2S)

Bể xử lý hiếu khí – SBR

Bể nén bùn

Hệ thống thoát nước của khu công nghiệp Bể khử trùng Sục khí Sục khí Nước Bùn Sục khí Chắn rác thô

Bể gom nước thải

Thiết bị tách rác tinh (bã malt)

Bể điều hòa

Bể tách pha Tuần hoàn bùn NaOH Khuấy Khuấy H2SO4 Bể chứa bùn yếm khí

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 35

pH = 6.6 – 7.5

Hệ thống xử lý hiếu khí của nhà máy sử du ̣ng bể SBR , so với bể aeroten bể SBR có:

Ƣu điểm:

 Không cần xây dựng bể lắng 1, lắng 2.

 Giảm được chi phí do giảm thiểu nhiều loại thiết bị so với quy trình cổ điển.

 Chế đô ̣ hoa ̣t đô ̣ng có thể thay đổi theo nước đầu vào nên rất linh đô ̣ng.

Nhƣợc điểm:

 Kiểm soát quá trình khó , đòi hỏi hê ̣ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh vi, hiện đa ̣i.

 Có khả năng nước đầu ra ở giai đoa ̣n xả ra cuốn theo bùn khó lắng , váng nổi.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 36

VI. HỆ THỐNG XƢ̉ LÝ NƢỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY BIA KIM BÀI 1. Công nghê ̣ sản xuất bia 1. Công nghê ̣ sản xuất bia

Hình 12. Sơ đồ công nghê ̣ sản xuất bia Kim Bài

Các công đoạn chính của công nghệ sản xuất bia được miêu tả ở hình, bao gồm: Chuẩn bi ̣ nguyên liê ̣u : Malt đại ma ̣ch và nguyên liê ̣u thay thế (gạo, lúa mì, ngô) được làm sa ̣ch rồi đưa vào xay, nghiền để tăng bề mă ̣t hoa ̣t đô ̣ng của enzym và giảm thời gian nấu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Quá trình nấu và đƣờng hoá: Nguyên liệu malt và thế liệu được dịch hoá và đường hoá. Bột gạo được hồ hoá và dịch hoá trong nồi nấu cháo. Để tránh khê khét, 10% enzym được bổ sung vào công đo ạn này. Quá trình hồ hoá malt và hồ tinh bột

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 37

có bổ sung enzym được thực hiện trong nồi đường hoá ở nhiệt độ 750C trong 2h. Sản phẩm của quá trình này là dịch đường.

Lọc dịch đƣờng, nấu hoa, lắng cặn, làm lạnh: Dịch đường được bổ sung hoa houblon và nâng nhiệt độ lên 1000C. Bã lọc được rửa bằng nước nóng ở nhiệt độ 75 – 800

C. Sau nấu hoa, dịch đường được bơm sang thùng xoáy lốc để tách bã hoa và cặn lắng. Sau đó được làm lạnh nhanh để hạ nhiệt độ xuống 8 – 100C và được bổ sung oxy với lượng 30 – 35ml khí/lit dịch (tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển) rồi chuyển vào thiết bị lên men.

Quá trình lên men: Đây là quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia, gồm 2 quá trình:

 Lên men chính: Thường 6 – 10 ngày, nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men chính từ 8 – 100C. Khi lên men, nhiệt độ của dịch đường trong thùng tăng cho phép lên đến 14 – 160

C với áp suất khống chế ở mức 1.3 – 1.5 bar.

 Lên men phụ: Sau khi quá trình lên men chính kết thúc, nhiệt độ hạ xuống 40C, giữ tiếp trong một ngày nữa rồi tiếp tục làm lạnh bia trong thùng xuống -10C. Khi làm lạnh men lắng xuống phía dưới đáy thùng và sẽ được lấy ra và chuyển vào thùng chứa men. Lượng men thu hồi được có thể sử dụng lại nhiều lần và theo tỷ lệ do bộ phận kỹ thuật công nghệ quyết định. Khi nhiệt độ trong thùng hạ xuống tới -10C giữ thêm 1 – 3 ngày nữa sau đó đem đi lọc.

Lọc bia: Nhằm tách các h ạt cặn, tạp chất còn sót lại trong bia, làm tăng độ trong của bia và làm tăng thời gian bảo quản. Thiết bị lọc có thể là lọc khung bản với chất trợ lọc là diatomit.

Bão hoà CO2 và chiết bia: Từ thùng chứa bia trong, bia có thể được bão hoà thêm CO2 để tăng nồng độ CO2 trong bia rồi đưa đi chiết chai, chiết bom hoặc đóng lon.

2. Nƣớ c thải của nhà máy bia Kim Bài

Nước thải của nhà máy chủ yếu là nước thải sản xuất:

Nướ c làm la ̣nh , nước ngưng, đây là nguồn nước ít bi ̣ ô nhiễm có thể tái sử dụng lại.

Chử Văn Sơn – CNSH 2 – K50 38

Nướ c từ bô ̣ phâ ̣n nấu – đường hóa , chủ yếu là nước vệ sinh thùng nấu , bể chứa, sàn nhà, … nên chứa bã malt, tinh bô ̣t, bã hoa, các chất hữu cơ…

Nướ c thải từ vê ̣ sinh các thiết thiết bi ̣ lên men ,thùng chứa , đườ ng ống …có chứa bã men và các chất hữu cơ.

Nướ c rửa chai, chiết chai là mô ̣t trong dòng thải có ô nhiễm lớn của nhà máy.

Bảng 3. Thành phần nƣớc thải nhà máy bia Kim Bài

STT Thông số Đầu vào Đầu ra

1 pH 5 7.2 2 COD (mg/l) 2500 100 3 BOD5(mg/l) 1800 50 4 SS(mg/l) 350 100

CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC

Mục lục