CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ Hiệu quả xử lý (%)
BOD COD SS PTOT Orga-N NH3-N Xử lý sơ bộ Bể lắng cát 0 - 5 0 – 5 0 – 10 0 0 0 Xử lý bậc một (lắng cặn) Với hố chất 30 – 40 30 – 40 50 – 65 10 – 20 10 – 20 0 Xử lý bậc 2 Bùn hoạt tính thơng thƣờng 80 – 95 80 – 85 80 – 90 10 – 25 15 – 50 8 – 15 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 65 – 80 60 – 80 60 – 85 8 – 12 15 – 50 8 – 15 Bể lọc sinh học cao tải 65 – 85 65 – 85 65 – 85 8 – 12 15 – 50 8 – 15 Bể bùn hoạt tính từng mẻ 80 – 85 80 – 85 80 – 85 10 – 25 15 – 50 8 – 15
(Nguồn: Wasterwater Engineering – Treatment, Disposal and Reuse, 3rd edition, Metcalf & Eddy, Inc., 1993)
Bảng 3.3: Các quá trình điển hình và số liệu về hiệu quả của q trình kị khí xử lý nước thải cơng nghiệp.
Q trình CODvào(mg/l) HRT (giờ) L(kgCOD/m3.ngày) E(%)
Q trình kị khí tiếp
xúc 1.500-5.000 2-10 0,48-2,40 75-90 UASB 5.000-15.000 4-12 4,00-12,01 75-85 FB 10.000-20.000 24-48 0,96-4,80 75-85 EB 5.000-10.000 5-10 4,80-9,60 80-85
(Nguồn: Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering, 1991)
Tiêu chuẩn đầu ra QCVN 24:2009, loại B; vì thế phải áp dụng phƣơng pháp xử lý hĩa lý liền kề để đạt yêu cầu và cũng giảm đáng kể độ màu trong nƣớc thải mà phƣơng pháp sinh học khơng xử lý triệt để.
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung
3.2. ĐỀ XUẤT CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CHO CƠNG TY TNHH HỒ PHƢỢNG CƠNG TY TNHH HỒ PHƢỢNG
3.2.1.Cở sở đề xuất cơng nghệ xử lý
Thành phần và lƣu lƣợng nƣớc thải phát sinh từ quá trình sản xuất
Kinh nghiệm xử lý nƣớc thải của các nhà máy chế biến cà phê cĩ cơng nghệ sản xuất và quy mơ cơng trình tƣơng đƣơng
Điều kiện địa chất, khí hậu
Nguồn tiếp nhận nƣớc thải của Trạm xử lý nƣớc thải (lƣu lƣợng dịng chảy của sơng, nguồn tiếp nhận phục vụ cho mục đích sinh hoạt hay nơng nghiệp…) Khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận;
Tiêu chuẩn xả nƣớc thải QCVN 24: 2009/BTNMT- Cột B Mức độ cần thiết phải xử lý
Trình độ kỹ thuật và cơng nghệ của nhà máy
Phƣơng pháp xử lý cục bộ nƣớc thải sinh hoạt của cơng nhân viên trong nhà máy Giới hạn diện tích xây hệ thống
Hình 3.1: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải ( phương án 1) HCl khử trùng Thu gom định kỳ Máy thổi khí Al2(SO4)3 Polyme Nƣớc thải Xả ra nguồn tiếp nhận (QCVN 24-2009, Loại B) Bể gom nƣớc thải Tách rác tinh Rác thơ Hồ điều hịa Bể kỳ khí vật liệu đệm Bể Aerotank Bể lắng bùn sinh học Bể keo tụ Bể tạo bơng Bể lắng bùn keo tụ Bể khử trùng Sân phơi bùn Bùn tuần hồn Bùn dư
Comment [S7]: BỂ KEO TỤ VÀ TẠO BƠNG
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung
Thuyết minh quy trình cơng nghệ
Nƣớc thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy theo hệ thống thu gom vào
các hố gom trƣớc khi bơm vào hệ thống xử lý nƣớc thải;
Nƣớc thải (NT) từ các xƣởng sản xuất theo mạng lƣới thốt nƣớc riêng đƣợc dẫn đến bể gom cĩ đặt song chắn rác. Song chắn rác tinh dạng trống quay với kích thƣớc khe hở 1 - 2mm cĩ nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ cĩ kích thƣớc nhƣ bao bì, vỏ cà phê… nhằm tránh gây hƣ hại bơm hoặc tắc nghẽn các cơng trình phía sau. Nƣớc thải từ bể gom đƣợc bơm lên bể điều hịa sau khi qua thiết bị tách rác tinh.
Các lợi ích cơ bản của việc điều hịa lƣu lƣợng là: (1) quá trình xử lý sinh học đƣợc nâng cao do giảm đến mức thấp nhất hiện tƣợng “shock” tải trọng, các chất ảnh hƣởng đến quá trình xử lý cĩ thể đƣợc pha lỗng, pH cĩ thể đƣợc trung hịa và ổn định; (2) chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý đƣợc cải thiện do tải trọng chất thải lên các cơng trình ổn định. Với trình độ kỹ thuật tự động hĩa nhƣ hiện nay, thể tích bể điều hịa và chi phí điện năng tại nhà máy xử lý giảm đáng kể. Dung tích chứa nƣớc càng lớn thì độ an tồn về nhiều mặt càng cao.
Từ bể điều hịa, nƣớc thải đƣợc bơm đều và liên tục vào bể sinh học kỳ khí cĩ vật
liệu đệm cố định. Giá thể là vật liệu nhựa tổng hợp cĩ cấu trúc thống, độ rỗng cao
(95%) vi sinh dể bám dính. Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thơng thƣờng dao động trong khoảng 100-220m2
/m3. Trong bể sinh học tiếp xúc áp dụng quá trình sinh trƣởng sinh học bám dính (Attached Growth). Bể sinh học kỵ khí vật liệu tiếp xúc, giá thể cho vi sinh vật sống bám, vật liệu thƣịng là nhựa cĩ hình dạng khác nhau,.. Bể cĩ chiều cao từ 4-12m, nƣớc thải đƣợc phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vịi phun. Quần thể vi sinh sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học cĩ khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nƣớc thải. Quần thể vi sinh này cĩ thể bao gồm vi khuẩn kị khí và tùy tiện, nấm, tảo và các động vật nguyên sinh. Tại bể sinh học kỵ khí vật liệu đệm, nƣớc thải đƣợc phân phối đều từ dƣới đáy qua lớp đệm bùn và sau đĩ là lớp bùn dính bám trên giá thể, khi qua lớp bùn này, chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nƣớc và khí biogas bay lên. Bể này thích hợp để xử lý nƣớc thải cĩ nồng độ COD cao và biến động (Metcalf & Eddy, 1995 & 2003). Bùn hoạt tính (vi sinh vật – vi khuẩn) kị khí đƣợc xáo trộn đều với nƣớc thải và chuyển hĩa ở tốc độ cao nhất các chất hữu cơ thành khí methan (CH4), nƣớc (H2O), ammonia (NH3)
CHC + VSV kị khí CH4 + CO2 + H2O + NH3 + VSV kị khí mới
Áp dụng q trình kị khí phía trƣớc là điều kiện đầu tiên để đạt hiệu quả xử lý phốtphot trong nƣớc thải. Nƣớc thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí đƣợc dẫn sang bể
Q trình xử lý sinh học hiếu khí cĩ thể chia thành hai loại chính (1) q trình xử lý sinh học tăng trƣởng lơ lửng (suspended growth biological treatment processes), và (2) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng dinh bám (attached growth biological treatment processes). Mỗi loại quá trình cĩ nhiều cơng trình ứng dụng khác nhau, nhƣ quá trình (1) cĩ các loại cơng trình (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục SBR (sequencing batch reactor), (c) bể bùn hoạt tính từng bậc SASR (staged activated-sludge reactor,.., quá trình (2) cĩ các loại cơng trình (d) bể lọc sinh học (trickling filter), (e) thiết bị sinh học quay RBC (rotating biological contactor, ... Sau khi đánh giá các quá trình và cơng trình xử lý về nhiều yếu tố, q trình bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống với các chức năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitrate hĩa đƣợc lựa chọn vì các ƣu điểm sau: (1) cĩ khả năng kết hợp các quá trình chuyển hĩa các chất hữu cơ, nitrate hĩa và khử nitơ, (2) dễ vận hành, (3) các thiết bị dễ chọn lựa và thay thế, (4) trình độ cơng nhân vận hành khơng địi hỏi cao, và (5) Việt Nam cĩ nhiều kinh nghiệm với q trình này.
Tại bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, các tạp chất hữu cơ hịa tan và khơng hịa tan cịn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí tiếp tục đƣợc xử lý và chuyển hĩa thành bơng bùn sinh học. Hai máy thổi khí (Air Blower) hoạt động luân phiên và hệ thống phân phối dạng đĩa cĩ hiệu quả cao với kích thƣớc bọt khí nhỏ hơn 10m sẽ cung cấp oxi cho bể sinh học. Lƣợng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hĩa chất hữu cơ thành nƣớc và carbonic, chuyển hĩa nitơ hữu cơ và amonia thành nitrat NO3-
. Mặt khác, hệ thống phân phối khí cịn cĩ chức năng xáo trộn đều nƣớc thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý. Tải trọng chất hữu cơ của bể thổi khí thƣờng dao dộng từ 0,32 - 0,64 kg BOD/m3.ngày đêm và thời gian lƣu nƣớc dao động từ 4-12h.
Oxy hĩa và tổng hợp
CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dƣỡng + vi khuẩn hiếu khí CO2 + H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác
Hơ hấp nội bào
C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn 5CO2 + 2H2O + NH3 + E
Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lƣợng bùn vi sinh trong bể đồng thời lƣợng bùn ban đầu sau thời gian sinh trƣởng phát triễn sẽ giảm khả năng xử lý chất ơ nhiễm trong nƣớc thải và chết đi. Do đĩ, bể lắng 1 (hay cịn gọi là bể lắng bùn sinh học) đƣợc thiết kế để thu gom lƣợng bùn này và giữ lại lƣợng bùn cĩ khả năng xử lý tốt.
Bể lắng bùn đƣợc thiết kế đặc biệt tạo mơi trƣờng tĩnh cho bơng bùn lắng xuống đáy bể và đƣợc gom vào tâm nhờ hệ thống gom bùn lắp đặt dƣới đáy bể. Bùn sau khi
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung lắng cĩ hàm lƣợng SS = 8.000 mg/L, một phần sẽ tuần hồn trở lại bể sinh học (25- 75% lƣu lƣợng) để giử ổn định mật độ cao vi khuẩn tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, đồng thời ổn định nồng độ MLSS = 3000 mg/L. Độ ẩm bùn dao động trong khoảng 98.5 - 99.5%. Phần nƣớc trong sau lắng đƣợc thu lại bằng hệ máng thu nƣớc đƣợc bố trí trên bề mặt bể và tiếp tục đƣợc dẫn sang cụm bể keo tụ - tạo bơng.
Nguyên tắc của quá trình keo tụ là khi hố chất keo tụ nào đĩ cho vào nƣớc thơ chứa cặn lắng lắng chậm/khơng lắng đƣợc. Các hạt cặn mịn kết tụ với nhau hình thành các bơng cặn lớn, bơng cặn cĩ thể tách khỏi nƣớc bằng lắng trọng lực. Mục đích của q trình keo tụ là làm giảm độ đục, khử màu, cặn lơ lửng và vi sinh. Nƣớc từ cụm bể Keo tụ - Tạo bơng chảy sang bể lắng hố lý, bể này cĩ nhiệm vụ tách cặn từ quá trình keo tụ - tạo bơng.
Với bể keo tụ, thời gian tiếp xúc tối thiểu là 1 phút ở tốc độ khuấy nhanh; Với bể tạo bơng, thời gian tiếp xúc tối thiểu là 10 phút ở tốc độ khuấy chậm; Cơng đoạn xử lý hĩa lý bao gồm các khâu:
+ Keo tụ bằng PAC, phèn sắt hoặc phèn nhơm.
+ Tạo bơng bằng polymer dạng cationic.
+ Lắng tách cặn bằng bể lắng ly tâm cĩ vách nghiêng hướng dịng.
Sau quá trình keo tụ – tạo bơng, nƣớc thải sẽ tự chảy qua bể lắng 2 (bể lắng bùn hĩa lý). Bể đƣợc thiết kế tƣơng tự nhƣ bể lắng 1, đáy bể đƣợc thiết kế dốc và thiết bị gom bùn giúp bùn trƣợt về phía đáy. Bơng bùn sẽ lắng xuống đáy bể và đƣợc thu gom đƣa về bể nén bùn. Phần nƣớc trong bên trên sẽ đƣợc khử trùng, tiêu diệt các vi khuẩn gây hại nhƣ ecoli, vi khuẩn tả… bằng chlorine tại bể khử trùng trƣớc khi dẫn ra nguồn tiếp nhận trong khu vực.. Nƣớc thải xả vào nguồn tiếp nhận đảm bảo đạt tiêu chuẩn
QCVN 24: 2009/BTNMT.
Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lƣợng bùn vi sinh trong bể đồng thời lƣợng bùn ban đầu sau thời gian sinh trƣởng phát triển sẽ giảm khả năng xử lý chất ơ nhiễm trong nƣớc thải và chết đi. Lƣợng bùn này cịn gọi là bùn dƣ và đƣợc đƣa về Hồ chứa bùn dƣ cùng với bùn phát sinh từ quá trình keo tụ. Định kỳ lƣợng bùn này đƣợc thu gom làm phân bĩn hoặc giao cho đơn vị thu gom.
3.2.3. Đề xuất cơng nghệ cho phƣơng án 2
Quy trình cơng nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải phƣơng án 2 đƣợc trình bày nhƣ hình vẽ sau:
Hình 3.2: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý nước thải ( phương án 2) HCl khƣ̉ trùng Máy thổi khí Al2(SO4)3 Polyme Nƣớc thải Xả ra nguồn tiếp nhận (QCVN 24-2009, Loại B) Bể gom nƣớc thải Tách rác tinh Rác thơ Hồ điều hịa Bể UASB Bể Aerotank Bể lắng bùn sinh học Bể keo tụ Bể tạo bơng Bể lắng bùn keo tụ Bể khử trùng Sân phơi bùn Bùn tuần hồn Bùn dư Thu gom định kỳ
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung
Thuyết minh quy trình cơng nghệ:
Nƣớc thải phát sinh từ hoạt động sản xuất của nhà máy theo hệ thống thu gom vào
các hố gom trƣớc khi bơm vào hệ thống xử lý nƣớc thải;
Nƣớc thải (NT) từ các xƣởng sản xuất theo mạng lƣới thốt nƣớc riêng đƣợc dẫn đến bể gom cĩ đặt song chắn rác. Song chắn rác tinh dạng trống quay với kích thƣớc khe hở 1 - 2mm cĩ nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ cĩ kích thƣớc nhƣ bao bì, vỏ cà phê… nhằm tránh gây hƣ hại bơm hoặc tắc nghẽn các cơng trình phía sau. Nƣớc thải từ bể gom đƣợc bơm lên bể điều hịa sau khi qua thiết bị tách rác tinh.
Các lợi ích cơ bản của việc điều hịa lƣu lƣợng là: (1) quá trình xử lý sinh học đƣợc nâng cao do giảm đến mức thấp nhất hiện tƣợng “shock” tải trọng, các chất ảnh hƣởng đến quá trình xử lý cĩ thể đƣợc pha lỗng, pH cĩ thể đƣợc trung hịa và ổn định; (2) chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý đƣợc cải thiện do tải trọng chất thải lên các cơng trình ổn định. Với trình độ kỹ thuật tự động hĩa nhƣ hiện nay, thể tích bể điều hịa và chi phí điện năng tại nhà máy xử lý giảm đáng kể. Dung tích chứa nƣớc càng lớn thì độ an tồn về nhiều mặt càng cao.
Từ bể điều hịa, nƣớc thải đƣợc bơm đều và liên tục vào bể sinh ho ̣c ky ̣ khí UASB. Tại bể này nƣớc thải đƣợc phân phối từ dƣới đáy đi lên mặt bể, đi qua lớp vi sinh lơ lửng một phần các chất ơ nhiễm đƣợc vi sinh vật hấp thụ và tiêu hĩa.. Nƣớc thải sau khi qua bể sinh học kỵ khí đƣợc dẫn sang bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính.
Q trình xử lý sinh học hiếu khí cĩ thể chia thành hai loại chính (1) q trình xử lý sinh học tăng trƣởng lơ lửng (suspended growth biological treatment processes), và (2) quá trình xử lý sinh học tăng trƣởng dinh bám (attached growth biological treatment processes). Mỗi loại quá trình cĩ nhiều cơng trình ứng dụng khác nhau, nhƣ quá trình (1) cĩ các loại cơng trình (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục SBR (sequencing batch reactor), (c) bể bùn hoạt tính từng bậc SASR (staged activated-sludge reactor,.., quá trình (2) cĩ các loại cơng trình (d) bể lọc sinh học (trickling filter), (e) thiết bị sinh học quay RBC (rotating biological contactor, ... Sau khi đánh giá các quá trình và cơng trình xử lý về nhiều yếu tố, q trình bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống với các chức năng xử lý chất hữu cơ kết hợp với nitrate hĩa đƣợc lựa chọn vì các ƣu điểm sau: (1) cĩ khả năng kết hợp các quá trình chuyển hĩa các chất hữu cơ, nitrate hĩa và khử nitơ, (2) dễ vận hành, (3) các thiết bị dễ chọn lựa và thay thế, (4) trình độ cơng nhân vận hành khơng địi hỏi cao, và (5) Việt Nam cĩ nhiều kinh nghiệm với quá trình này.
Tại bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính, các tạp chất hữu cơ hịa tan và khơng hịa tan cịn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí tiếp tục đƣợc xử lý và chuyển hĩa thành bơng bùn sinh học. Hai máy thổi khí (Air Blower) hoạt động luân phiên và hệ thống phân phối dạng đĩa cĩ hiệu quả cao với kích thƣớc bọt khí nhỏ hơn 10m sẽ cung cấp
oxi cho bể sinh học. Lƣợng khí cung cấp vào bể với mục đích cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí chuyển hĩa chất hữu cơ thành nƣớc và carbonic, chuyển hĩa nitơ hữu cơ và amonia thành nitrat NO3-. Mặt khác, hệ thống phân phối khí cịn cĩ chức năng xáo trộn đều nƣớc thải và bùn hoạt tính, tạo điều kiện để vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý. Tải trọng chất hữu cơ của bể thổi khí thƣờng dao dộng từ 0,32 - 0,64 kg BOD/m3.ngày đêm và thời gian lƣu nƣớc dao động từ 4-12h.
Oxy hĩa và tổng hợp
CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dƣỡng + vi khuẩn hiếu khí CO2 + H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác
Hơ hấp nội bào
C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn 5CO2 + 2H2O + NH3 + E
Quá trình xử lý sinh học sẽ làm gia tăng liên tục lƣợng bùn vi sinh trong bể đồng thời lƣợng bùn ban đầu sau thời gian sinh trƣởng phát triễn sẽ giảm khả năng xử lý