Ưu điểm:
- Cơng nhân vận hành ít, 1 ca trực gồm 2 nhân viên vận hành và nhân viên làm ở phịng thí nghiệm.
- Cơng nghệ xử lý lựa chọn bể UASB phù hợp với tính chất nước thải tinh bột sắn, Sử dụng được CH4 làm nguyên liệu đốt, nhà máy hoạt động liên tục cĩ thể sinh ra 700 m3 khí CH4/ngày.
- Nhân viên phịng thí nghiệm làm việc liên tục cĩ hiệu quả, phịng thí nghiệm cĩ đầy đủ cơ sở vật chất.
Khuyết điểm:
- Hiệu suất xử lý thấp, chưa ổn định, chưa vận hành hết cơng suất.
- Hiệu quả khử CN, N, P, COD, BOD5 chưa cao, đầu ra vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
- Bể điều hịa khơng được xây kín nắp bằng bê tơng mà làm bằng vải bạt nên mùi hơi khĩ kiểm sốt, bốc mùi khĩ chịu.
- Hiệu quả khử CN thấp, khơng đạt chuẩn yêu cầu đầu ra theo tiêu chuẩn nước thải loại B QCVN 40:2011/BTNMT. [11].
- Lắp đặt thừa hệ thống chắn rác tinh hầu như khơng dùng tới gây tốn kém về kinh tế.
- Sản phẩm, cơng suất sản xuất của nhà máy ngày càng tăng cao, nhất là vào mùa vụ sắn chính, hệ thống cĩ hiện tượng bị quá tải.
40
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu.
Căn cứ vào đặc điểm nước thải đầu vào tại nhà máy tinh bột sắn Yên Thành
để thiết kế hệ thống xử lý nước thải.
Nước thải đầu sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT. Lưu lượng nước thải: 1500 m3/ ngày, nhiệt độ nước thải trung bình: 200C.
2.1.1 Các thơng số đầu vào: (Căn cứ theo kết quả thí nghiệm ở trang 40).
Bảng 2.1: Các thơng số của nước thải tại nhà máy tinh bột sắn Yên Thành.
Thơng số Đơn vị Giá trị
pH 4 BOD5 mg/l 3800 COD mg/l 5000 SS mg/l 1200 Tổng nitơ mg/l 120 Tổng photpho mg/l 25 Xianua mg/l 10
2.1.2 Thơng số đầu ra (theo tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT [11])
Bảng 2.2: Các thơng số đầu ra của nước thải sau khi đã xử lý theo QCVN 40:2011/BTNMT.
Thơng số Đơn vị Giá trị tới hạn
pH 5,5 đến 9 BOD5 ( 20 C) mg/l 50 COD mg/l 150 SS mg/l 100 Tổng nitơ mg/l 40 Tổng photpho mg/l 6 Xianua mg/l 0,1
41
2.2 Cơ sở xây dựng các phương pháp đề xuất.
- Từ đặc điểm của nước thải sản xuất tinh bột sắn ta nhận thấy phải qua xử lý bằng phương pháp cơ học và sinh học Điều kiện đầu tiên và vơ cùng quan trọng để xử lý bằng phương pháp sinh học là nước thải phải là mơi trường sống của quần thể sinh vật phân hủy các chất hữu cơ cĩ trong nước thải. Thứ nhất, khơng cĩ chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn tồn hệ sinh vật trong nước thải. Nước thải đưa vào xử lý sinh học cĩ 2 thơng số đặc trưng là BOD và COD. Tính chất của nước thải nhà máy tinh bột sắn đáp ứng tỉ số của 2 thơng số này đạt điều kiện đưa vào xử lý sinh học đĩ là BOD/COD = 0,76. COD, BOD lớn hơn nhiều lần trong đĩ gồm cĩ xeluuloz, protein, tinh bột chưa tan nên phải qua xử lý sinh học kị khí.
- Dưới đây là những phương pháp được để xuất phù hợp với tính chất nước thải nhà máy sản xuất tinh bột sắn.
2.2.1 Cơ sở lý thuyết khi sử dụng phương pháp xử lý cặn lơ lửng.
- Phương pháp lắng trọng lực:
Quá trình lắng là quá trình tách các chất lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực
lên hạt lơ lửng cĩ tỉ trọng nặng hơn tỉ trọng của nước. Quá trình lắng được ứng dụng trong lắng cát, loại bỏ cặn hữu cơ trong bể lắng đợt 1, loại bỏ cặn sinh học (bùn hoạt tính màng sinh vật) ở bể lắng đợt 2, loại bỏ bơng cặn trong quá trình keo tụ tạo bơng, nèn bùn trọng lực trong cơng đoạn xử lý bùn.
- Keo tụ tạo bơng để lắng bơng cặn.
Phương pháp keo tụ bằng hệ keo ngược dấu (keo tụ bằng phương pháp hĩa lý). Quá trình keo tụ được thực hiện bằng cách tạo ra trong nước một hệ keo mới tích điện ngược dấu với keo cặn bẩn trong nước thiên nhiên và các hạt keo tích điện trái dấu sẽ trung hịa lẫn nhau .
Trong thực tế, lượng phèn tối ưu sử dụng cho mỗi nguồn nước được xác định cụ thể bằng thực nghiệm tại nguồn nước, cĩ thể sử dụng theo bảng sau:
42
Bảng 2.3: Lượng phèn cần thiết theo hàm lượng cặn của nước nguồn: [8,tr 23].
Hàm lượng cặn của nước nguồn (mg/l) Lượng phèn Al2(SO4)3 (mg/l) 200 – 400 400 – 600 600 – 800 800 – 1000 1000 – 1400 1400 – 1800 1800 – 2200 40 – 60 45 – 70 55 – 80 60 – 90 65 – 105 75 – 115 80 – 130
“nguồn: Cơ Nguyễn Thị Ngọc Thanh, Bài giảng xử lý nước thải”
2.2.2 Cơ sở lựa chọn bể axit hĩa để xử lý CN.
Trong nước thải tinh bột sắn, CN tồn tại dưới dạng linamarin, dưới tác dụng của enzim trong mơi trường axit, linamarin bị phân hủy tạo thành glucose, aceton và axit cyanhydric.
Trong điều kiện tự nhiên, linamarin dưới tác dụng của enzim sẽ chuyển hố theo cơ chế: CN- + ½ O2 + enzyme CNO-
CNO- + H2O NH3 + CO2
Hoặc: HCN + 2H2O NH4COOH.
CN là độc đối với sinh vật, nếu nồng độ CN trong nước thải cao sẽ ảnh hưởng tiêu cực tới hiệu quả xử lý của các cơng trình xử lý sinh học do đĩ trước khi đi vào cơng trình xử lý, nước thải phải khử CN. Giá trị cho phép của nồng độ CN cĩ trong nước thải trước khi xử lý bằng phương pháp sinh học là 0,1 – 5 mg/l. [4].
Kết quả thí nghiệm xử lý tại phịng thí nghiệm Khoa Mơi Trường – ĐH Bách Khoa Tp.HCM [1] cho thấy: Trong điều kiện tự nhiên, ở PH thấp, CN cũng cĩ thể tự phân hủy nhưng khơng triệt để và đỏi hỏi thời gian phân hủy khá dài, điển hình là sau 5-7 ngày chỉ 30% CN bị phân hủy. Tại bể axit hĩa, hàm lượng CN được khử nhanh hơn so với tồn trử tự nhiên đồng thời tốc độ khử CN phụ thuộc vào hàm
43
lượng CN ban đầu trong nước thải. Đặc điểm nước thải tổng hợp nhà máy cĩ giá trị pH thấp việc khử CN hoàn tồn cĩ thể khả thi trong bể axit hĩa. Khi hàm lượng CN nhỏ hơn 12 mg/l chỉ cần 2 ngày khoảng 90 -100 % CN đã được xử lý.
Tại bể axit hĩa hàm lượng CN được khử nhanh hơn tự nhiên rất nhiều, phần lớn các hợp chất hữu cơ khĩ phân hủy trong nước thải tinh bột dưới dạng đường tinh bột protein, lipid, limarin... bị thủy phân thành các hợp chất đơn giản, HCN, các axit béo, các hợp chất acetate…
Tại bể axit, dưới điều kiện kỵ khí sẽ diễn ra các phản ứng sau: CN- + H2S = HSCN +H+
HSCN + 2H20 = NH3 + H2S + CO2
Tại bể axit hĩa hàm lượng COD, BOD5 được xử lý khá cao (10 – 30% COD được xử lý). Khả năng phân hủy CN tại bể axit được biểu diễn trong hình sau :
0 5 10 15 20 25
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Thời gian, ngày
C N -, m g /l
“Nguồn: Trường đại học Bách Khoa TP.HCM, 2004” Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn khả năng phân hủy CN tại bể axit hĩa [1].
2.2.3 Cơ sở lựa chọn xử lý kỵ khí UASB.
Nghiên cứu xử lý kỵ khí cho nước thải tinh bột sắn đã được quan tâm từ rất lâu và đã được nhiều nước áp dụng, đem lại hiệu quả cao. Đặc tính của nước thải tinh bột sắn cĩ nồng độ chất hữu cơ dễ phân hủy rất cao nên cơng đoạn xử lý kỵ khí
44
là khơng thể thiếu. Xử lý sinh học kị khí là quá trình phân hủy các chất hữu cơ, vơ cơ cĩ trong nước thải khi khơng oxy bởi các vi sinh vật kị khí. Phương pháp này được sử dụng như một giai đoạn tiền xử lý cho các quá trình xử lý hiếu khí tiếp theo. Các phản ứng biểu thị quá trình xảy ra trong hệ kị khí:
- Quá trình phân hủy (dị hĩa):
(C, H, O, N, S) CO2 + H2S + CH4 + NH3+...+ Năng lượng. - Quá trình tổng hợp tế bào (đồng hĩa):
(C, H, O, N, S) + O2 C5H7NO2 (tế bào vi khuẩn mới) - Quá trình phân hủy nội sinh:
(C5H7NO2) + 5O2 CO2 + H2O + NH3+ Năng lượng.
So sánh giữa UASB và các cơng nghệ xử lý kỵ khí khác.
Trong phương pháp xử lý kỵ khí cĩ các cơng nghệ như: hồ sinh học kỵ khí, lọc sinh học kỵ khí, bể với lớp vật liệu trương nở, bể với lớp bùn lơ lửng dịng hướng lên UASB... đều đạt hiệu quả khá cao. Mỗi thiết bị cĩ những ưu - nhược riêng của nĩ.
Bảng 2.4: So sánh giữa các phương pháp xử lý kỵ khí.
Quá trình Thuận lợi Bất lợi
Hồ kỵ khí. Xây dựng rẻ.
Hầu như khơng địi hỏi quản lý thường xuyên, bảo trì, vận hành đơn giản.
Cần cĩ một diện tích rất lớn. Gây mùi thối rất khĩ chịu. Khơng thu hồi được khí sinh học sinh ra. Phân hủy kỵ khí xáo trộn hồn tồn. Thích hợp nước thải cĩ hàm lượng SS cao.
Đảm bảo tính chất nước thải (vật chất, pH, nhiệt độ) đồng đều.
Tải trọng thấp. Thể tích lớn.
Sự xáo trộn trở nên khĩ khi hàm lượng SS quá lớn.
45
khí. lượng SS từ trung bình đến cao. Vận hành tương đối phức tạp. Lọc kỵ khí. Vận hành tương đối đơn giản.
Phù hợp cho các loại nước thải cĩ hàm lượng COD từ thấp đến cao.
Khơng phù hợp với loại nước thải cĩ hàm lượng SS cao. Dễ bị bít kín.
UASB. Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp. Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích.
Phù hợp cho các loại nước thải cĩ hàm lượng COD từ thấp đến cao. Cĩ thể đạt được tải trọng rất cao. Thu được khí CH4 để sử dụng.
Khĩ kiểm sốt quá trình xử lý.
Mặt khác UASB được quan tâm hơn cả là vì đối với nước thải tinh bột sắn. - Giai đoạn axit hĩa khơng chỉ chuyển hĩa các protein, glucose,… thành axit mà cịn cĩ tác dụng khử CN. Khi thời gian lưu ở bể axit khơng khử triệt để CN thì CN sẽ tiếp tục được xử lý tại bể UASB, thu hồi được khí CH4 làm năng lượng.
- UASB cĩ khả năng xử lý nước thải hữu cơ với tải trọng cao, nhưng ít tốn năng lượng. Hiệu quả xử lý cao từ 60 – 90% theo COD.
- Hàm lượng cặn lơ lửng trong thành phần nước thải tinh bột sắn chủ yếu là các chất hữu cơ cĩ khả năng phân hủy sinh học nên khơng ảnh hưởng đến UASB.
2.2.4 Cơ sở lựa chọn hiếu khí.
Sau xử lý kỵ khí, nước thải được tiếp tục xử lý sinh học hiếu khí để tiếp tục xử lý triệt để các chất ơ nhiễm. Tại bể hiếu khí, các chất hữu cơ cịn lại sẽ được tiếp tục phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí. Trong điều kiện hiếu khí, xảy ra 3 quá trình chuyển hĩa nội bào:
- Quá trình oxy hĩa (dị hĩa): (C, H, O, N) CO2 + H2O + NH3+...+ Năng lượng. - Quá trình tổng hợp tế bào (đồng hĩa):
46
- Quá trình hơ hấp nội sinh: (C5H7NO2) + 5O2 CO2 + H2O + NH3+ Năng lượng Trong xử lý hiếu khí cĩ rất nhiều cơng trình khác nhau. Tuy nhiên qua phân tích các yêu cầu xử lý của nhà máy bao gồm:
- Khả năng tương lai nhà máy sẽ mở rộng sản xuất. - Điều kiện tự nhiên, khí tượng, thủy văn của nhà máy. - Quỹ đất cĩ hạn của cơng ty.
Đối chiếu với các yêu cầu cơng trình xử lý hiếu khí thích hợp của nhà máy là quá trình xử lý sục khí trong bể aerotank hoặc quá trình xử lý hiếu khí trong bể lọc sinh học. Cĩ ưu điểm đạt được mức độ xử lý triệt để, thời gian khởi động ngắn, ít tạo mùi hơi, cĩ tính ổn định cao trong quá trình xử lý.
2.2.5 Cơ chế xử lý nitơ, phot pho.
- Cơ sở lý thuyết xử lý N, P theo phương pháp sinh học:
Cơ sở lý thuyết của các quá trình xử lý loại N là các quá trình chuyển hĩa sinh học trong chu trình nitơ tự nhiên. nitơ trong nước thải thường ở dạng nitơ hữu cơ, amoni (NH4+), hoặc nitrit (NO2-), hay nitrat (NO3-). Mục tiêu của xử lý loại N là chuyển hĩa các dạng N này thành N2, giải phĩng vào khơng khí. Ngồi ra, trong chuyển hĩa sinh học, một phần N cũng sẽ bị loại dưới dạng sinh khối của vi sinh vật. Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, nitơ amon sẽ được chuyển hĩa thành nitrit và nitrat nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter. Cĩ thể tổng hợp các quá trình trên bằng phản ứng sau:
NH4 + +1,731O2+1,962HCO3 - 0,038C5H7O2N+0,963NO3 - +1,077H2O +1,769HCO3 - Vi khuẩn thu năng lượng để chuyển hĩa NO3
-
thành khí N2.
- Cơ sở lý thuyết khử phospho bằng phương pháp sinh học:
Phospho trong nước thải ở dưới dạng: - PO4 3-
, polyphosphate, phosphate hữu cơ. Khử phospho được thực hiện bằng cách lắng thành cặn để loại bỏ các tế bào chứa lượng phospho trong quá trình sinh sản và hoạt động:
47
trong tế bào của chúng. Liên quan đến các vi khuẩn acinettobacter với khả năng đặc biệt nhả - hấp thụ phospho.
- Trong điều kiện kị khí, các vi khuẩn này đồng hĩa các hợp chất hữu cơ hịa tan, một số sản phẩm lên men đơn giản được sinh ra trong điều kiện kị khí như là axit béo bay hơi... được các vi khuẩn đồng hĩa thành các sản phẩm chứa trong tế bào đồng thời với việc giải phĩng phospho.
- Khi chuyển tiếp sang điều kiện hiếu khí, các vi khuẩn này sẽ hấp thụ P trở lại để dự trữ năng lượng vào dạng liên kết phosphate. Lượng P hấp thụ lần này sẽ cao hơn mức bình thường, gọi là sự hấp thụ xa xỉ phospho hấp thụ thêm P từ nước thải. (Bình thường tế bào vi khuẩn chứa 2 - 4% P, lúc này cĩ thể 5 - 7 %P).
- Bùn chứa lượng dư P được thải bỏ.
2.3 Phương pháp tính tốn các cơng trình xử lý nước thải.
Cơ sở lựa chọn cơng trình xử lý nước thải, 3 nhân tố quan trọng được nĩi
đến là mơi trường (Environment), kỹ thuật (Enrgineering), kinh tế (Economic) hay cịn được gọi là 3E. Khi thiết kế hệ thống xử lý cần căn cứ vào:
Cơng suất của hệ thống xử lý nước thải: thời hạn thiết kế, tiêu chuẩn thốt nước, sự phát triển tương lai của nhà máy.
Điều kiện tự nhiên: khí hậu, địa hình, địa chất cơng trình, thủy văn.
Căn cứ thơng số đặc điểm tính chất nước thải đầu vào tại nhà máy (BOD, COD, TN, TP, pH, SS) và căn cứ vào mức độ xử lý nước thải cần thiết theo tiêu chuẩn xả thải của nhà nước để đề xuất cơng nghệ. Dùng các cơng thức và số liệu thực nghiệm ở các tài liệu tính tốn xử lý nước thải để tính tốn kích thước các cơng trình theo từng phương án đề xuất. Từ đĩ tính tốn kinh tế, tổng diện tích rồi so sánh giữa các phương án đề ra để lựa chọn phương án phù hợp nhất với nhà máy.
2.4 Thể hiện các cơng trình trên bản vẽ.
48
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TỐN CÁC PHƯƠNG
ÁN XỬ LÝ VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ
3.1 Các phương án đề xuất:
3.1.1 Phương án 1.
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải theo phương án đề xuất 1.
Hầm bơm tiếp nhận Song chắn rác Bể axit Bể lắng 1 Bể UASB Bể lắng 2 Bể hịa trộn Bể aerotank Bể nén bùn Bùn tuần hoàn Xả ra mơi trường Hồ sinh học Bể chứa NaOH Máy thổi khí Chất thải rắn Bãi rác Thu khí CH4 sử Bùn đã phân hủy Nước thải
49
Đường đi của nước thải Đường đi của bùn Đường đi của hĩa chất.` Đường đi của rác, cát, mủ
Đường đi của khí
Đường nước thải sau tách bùn. Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ phương án 1:
Nước thải từ nhà máy tinh bột sắn theo mương dẫn tập trung ở hẩm bơm tiếp