L ỜI NÓI ĐẦU
I.4. 2.Yêu cầu chất lượng nước thải sau khi được xửlý qua hệ thống
1.Hệ thống xử lý nước thải có khả năng xử lý được nhiều loại nước thải khác nhau của các quá trình sản xuất chitin khác nhau ( nồng độ hóa chất xử dụng trong khi sản xuất chitin ).
2.Qua bảng số liệu trên chúng ta thấy các chỉ số đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường mà trong nước thải xả ra đều vượt gấp nhiều lần do đó khi xử lý nước thải qua hệ thống này phải đảm bảo các chỉ số COD , BOD5 , TSS … ở mức cho phép xả nước thải vào nguồn loại B.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam : TCVN5945-1995 ta có các chỉ số ô nhiễm của nước thải như trong bảng sau :
3.Trong dung dịch nước thải sau quá trình xử lý phải đảm bảo không còn tác nhân gây bệnh nữa như các loại vi sinh vật gây bệnh.
STT Chỉ tiêu Đơn vị TCVN5945 1 pH - 5,5-9 2 COD mg/l 100 3 BOD5 mg/l 50 4 TSS mg/l 100
CHƯƠNG II : HOÀN CHỈNH THIẾT KẾ.
II.1.XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ.
Từ sơ đồ dây truyền công nghệ xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin và cùng những phân tích trên em đưa ra sơ đồ thiết bị trong hệ thống như sau:
II.1.1.Sơ đồ bố trí hệ thống thiết bị:
Như hình vẽ sau:
II.1.2.Hệ thống xử lý nước thải bao gồm những thiết bị sau :
1: Bể chứa dịch thải NaOH. 2: Bể chứa dịnh thải HCl . 3: Bể lắng .
4: Bể chứa protein được thu hồi . 5: Bể trung hòa . 6: Bể xử lý hiếu khí . 7: Bể xử lý kỵ khí . 8: Máng dẫn chất thải rắn . 9: Máy bơm 1 . 10: Máy bơm 2.
II.1.3.Nguyên tắc hoạt động của hệ thống thiết bị:
Nước thải sau quá trình xử lý acid được dẫn vào bể chứa dịch thải HCl và sau quá trình xử lý bazơ nước thải được đưa vào bể chứa dịch thải NaOH. Mục đích của việc để riêng hai loại nước thải khác nhau là vì để tránh hiện tượng kết tủa protein ở ngay bể chứa này, mục đích của chúng ta khống chế sự kết tủa ở bể chứa vì chúng dẫn đến không tốt cho bể lắng ở phía sau. Nếu chúng kết tủa ở bể chứa này thì sau khi máy bơm1 hút chúng bị vỡ ra do vậy hiệu quả của việc thu hồi protein sẽ thấp.
Máy bơm1 sẽ hút các dịch thải từ các bể chứa này tới bể lắng với thể tích V1 vàV2 phù hợp để pH trong bể lắng đạt 4-4.5, đây cũng chính là độ pH thích hợp để protein đông tụ tốt nhất vì vậy mà hiệu quả thu hồi protein sẽ cao, dẫn đến chất lượng xử lý nước thải sẽ tốt.
Để cho quá trinh đông tụ protein trong bể lắng được nhanh hơn và hiệu quả hơn chúng ta dùng một vài háo chất trợ lắng ở đây chúng ta nên chọn chất keo tụ chitosan với nồng độ 100 ppm.
Sau khi đưa chất keo tụ vào ta tiến hành khuấy trộn cho dung dịch nước thải cho nó đều bằng cơ cấu khuấy, và sau đó để lắng trong khoảng thời gian thích hợp dể protein đông tụ tạo thành mảng lớn tách ra. Sau đó chúng ta dùng bơm1 hút phần nước trong bên trên sang bể trung hòa, còn phần protein lắng ở phía dưới ta mở van để dẫn tới bể chứa protein thu hồi.
Nước trong được đưa từ bể lắng sang bể trung hòa, mục đích của bể trung hòa là sau khi nước trong được tách ra thì pH của nó không phù hợp với môi trường pH hoạt động của các vi sinh vật trong bể xử lý kỵ khí và hiếu khí.
pH của phần nước trong đó có pH=4-4.5 do vậy để thích hợp với môi trường hoạt động của sinh vật ta phải đưa pH của dịch thải lúc này lên 6.5-7.5. Để có được pH này thí chúng ta cần phải pha trộn phần nước trong với phần acid HCl công nghiệp hay có thể tận dụng ngay phần nước thải HCl có ở bể chứa ban đầu.
Sau khi ở bể trung hòa có pH thích hợp cúng ta tiến hành bơm dịch thải này sang bể xử lý hiếu khí ngay phía sau đó bằng bơm2. Để cho các vi sinh vật hoạt động tốt ngoài pH của dịch thải còn phải kể đến các chất dinh dưỡng có trong nước thải để cho chúng sinh sống cùng với một lượng oxy thích hợp. Nếu lượng chất dinh dưỡng nhiều quá hay ít quá sẽ không tốt cho việc xử lý nước thải, ít quá thì các vi sinh vật hoạt động kém còn nhiều quá có thể dẫn tới các vi sinh vật sẽ bị chết do vậy hiệu quả xử lý nước thải sẽ kém, mà
lượng chất dinh dưỡng có trong nước thải của nghành chế biến thủy sản nói chung và quá trình xử lý vỏ tôm nói riêng thì rất giầu các chất dinh dưỡng do vậy để đảm bảo được yêu cầu thì cần quá trình xử lý protein trước đó phải tốt.
Ở bể xử lý hiếu khí các vi sinh vật sẽ ăn hết các chất hữu cơ lơ lửng và làm giảm hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước thải.
Sau khi sử lý xong ở bể hiếu khí ta tiến hành xử lý ở bể kỵ khí ở bể này cũng giống như ở bể hiếu khí cần độ pH thích hợp để các vi sinh vật hiếu khí tồn tại và phất triển. Ở bể này trái ngược lại so với bể xử lý hiếu khí, ở bể xử lý hiếu khí cần một oxy thích hợp để cho vi khuẩn phát triển còn ở bể kỵ khí thì càng giảm lượng oxy tới mức tối thiểu càng tốt . Ở Bệ xử lý kỵ khí thì cơ bản các chỉ số COD, BOD TSS …này đạt được yêu cầu.
Trong hệ thống xử lý các bể này này có phần đáy của thùng được làm dốc với độ dốc thích hợp để cho bùn lắng dễ dàng đưa tới máng dẫn ra công đoạn xử lý tiếp theo.
Nước thải sau khi được xử lý qua hệ thống sinh học thì trong nước thải còn chứa các vi khuẩn gây bệnh, để xử lý triệt để nước thải trước khi đưa vào nguồn xả thì chúng ta tiến hành khử trùng nước thải bằng dung dịch hóa chất như: CLo, ozon …
Bùn sau khi được tách ra khỏi nước thải được ổn định bằng vôi và phơi khô trước khi xả ra môi trường, để tránh mùi hôi và vi khuẩn gây bệnh.
Như vậy nước thải sau quá trình sản xuất chitin đã được xử lý triệt để.
d. Ưu điểm của hệ thống xử lý nước thải
+Thiết bị xử lý đơn giản, thiết kế và chế tạo dễ dàng, vận hành đơn giản không yêu cầu trình độ của công nhân cao.
+Diện tích mặt bằng cần dùng trong hệ thống ít hơn.
+Với công nghệ xử lý nước thải này chúng ta có thể áp dụng vào nhiều xí nghiệp sản xuất có quy mô khác nhau mà vẫn đạt được hiệu quả tốt.
+Yêu cầu của quy trình không ngặt ngèo bằng phương pháp xử lý theo công nghệ lắng xoáy.
+Hệ thống bơm ít bị ảnh hưởng của dung dịch hóa chất.
e, Nhược điểm.
+Hệ thống vận hành luôn cần công nhân trực thường xuyên để dóng mở các van cho phù hợp với quy trình.
II.2. XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ
PHỤ TRỢ TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI.
Khi máy bơm 1 hút các dịch thải NaOH và dịch thải HCL với 1 lượng nhất định để pha trộn có pH sau khi pha trộn đạt 4-4.5. Để tăng tốc cho phản ứng tạo bông thì ngay sau khi bơm dịch thải vào bể lắng thì chúng ta đưa thêm một lượng vừa đủ dung dịch trợ lắng vào bể ở đây là dung dịch chitozan 100 ppm.
Và chúng ta khuấy trộn để tạo ra hệ đồng nhất các thể tích lỏng giúp cho quá trình đông tụ protein được nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Khuấy trộn có các phương pháp như sau:
a. Phương pháp thủy khí:
Đây là phương pháp dùng dòng khí để pha trộn hỗn hợp cho phân tán đều nhau. Phương pháp thủy khí có thể khuấy trộn trong các đường ống dẫn, thiết bị đơn giản nhất là nối hai ống dạng chữ V, trong mỗi ống đều có chất lỏng chảy.
Hoặc có thể dùng những vòi phun, trong đó sản phẩm được khuấy trộn nhờ các dòng tia chất lỏng hút từ vòi phun ra.
Có thể tiến hành khuấy trộn chất lỏng nhiều lần trong bình chứa nhờ tạo ra sự chảy rối bằng bơm và vòi phun chẳng hạn.
Ngoài ra ta có thể dùng khí nén để khuấy trộn khí nén được dẫn vào ống có lỗ đặt ở trụ bình đựng hay tạo thành mạng lưới ở vị trí thẳng đứng hay vị trí nằm ngang.
Ưu điểm của phương pháp khuấy trộn này thiết bị khuấy trộn đơn giản.
Nhược điểm của nó khi hỗn hợp cần pha trộn có yêu cầu nghiêm ngặt lượng oxy hòa tan trong hỗn hợp dung dịch thì phương pháp này không dùng được.
Khi khuấy trộn bằng khí nén là khả năng của nó chỉ dùng để trộn các chất lỏng có độ nhớt động lực nhỏ ( µ đến 0.2 N.S/m)
b. Phương pháp xung lực.
Cơ sở của phương pháp xung lực là cho khối chất lỏng cần khuấy trộn rung động với một tần số nhất định và biên độ trong một khoảng thời gian thích hợp. Dưới ảnh hưởng của xung lực tác động vào khối chất lỏng làm cho khối chất lỏng đồng nhất. Do phương pháp này phức tạp nên ít dùng.
c. Phương pháp cơ học.
Quá trình khuấy trộn chất lỏng được khuấy trộn bởi các cơ cấu khuấy cơ khí.
Dùng cánh khuấy mái chèo: dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt nhỏ thường dùng để hòa tan chất rắn có khối lượng riêng không lớn lắm.
Cánh khuấy chân vịt: dùng để điều chế huyền phù, nhũ tương. Loại cánh khuấy này dùng thích hợp đối với chất lỏng có độ nhớt động lực học cao hoặc khuấy trộn chất lỏng trong thời gian ngắn.
Cánh khuấy tuabin: loại này dùng để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt động lực học cao ( 4 2 / . 10 . 5 N s m
). Để điều chế huyền phù mịn, để hòa tan nhanh chất rắn, hoặc để khuấy trộn chất lỏng đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 80%.
Hình vẽ: Cánh khuấy kiểu chân vịt Hình vẽ: Kết cấu cánh khuấy mái chèo
Cánh khuấy đặc biệt: dùng cho trường hợp không thể dùng cho các loại cánh khuấy trên, loại này chỉ dùng để khuấy trộn các loại bùn nhão hoặc chất lỏng có độ nhớt động lực học cao.
Phương pháp khuấy trộn cơ học có hiệu quả tương đố cao với thiết bị đơn giản có thể khuấy trộn nhiều hỗn hợp khác nhau với độ nhớt từ nhỏ đến lớn chỉ bằng cách thay đổi dạng cánh khuấy là được.
→ Từ các phương pháp khuấy trộn trên chúng ta chọn máy khuấy bằng phương pháp cơ học với cánh khuấy dạng chân vịt.
II.2.2. Thiết bị sục khí
Phương pháp sục khí có hai phương pháp cơ bản: là dùng khí đã được nén bằng máy nén khí từ trước hay sử dụng thiết bị đảo nước.
Phương pháp sục khí bằng khí nén có những ưu điểm và nhựơc điểm sau:
Thiết bị đơn giản
Khả năng cơ động rất cao
Chi phí đầu tư ít
Rất thích hợp với quy mô nhỏ.
Nhược điểm của nó là khả năng hòa trộn oxy không đồng đều
Nồng độ oxy hòa tan vào nước không cao. Phương pháp đảo nước.
Phương pháp này tuy chi phí đầu tư ban đầu có đắt hơn so với phương pháp dùng khí nén nhưng khả năng hòa trộn oxy vào nước cao và thích hợp với quy mô xử lý nước vừa và nhỏ đáp ứng được các yêu cầu đặt ra.
Do đó từ những đặc điểm trên nên trong đề tài xử lý nước thải của tôi sử dụng thiết bị đão nước-xục khí bằng vật liệu phi kim loại theo dạng bơm hướng trục đặt đứng có cải tiến.
Đã được thầy Phạm Hùng Thắng đã chế tạo và chạy thử nghiệm thành công tại trạm nuôi thủy sản tại Vạn Dã.
II.3. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN .
II.3.1.Các thông số đầu vào của hệ thống xử lý nước thải. * Sơ đồ quy trình : Vỏ tôm tươi HCl 4 % ,2h,tỷ lệ 1/1.5 (W/v) Tách khoáng Rửa sạch NaOH 4 % ,2 h tỷ lệ 1/1.5 ( W/v) Khử protein Rửa sạch Phơi sấy Chitin
+ Theo quy trình sản xuất chitin thì tỷ lệ dung dịch hó chất HCl 4% với vguyên liệu theo tỷ lệ 2/1
+ Tính cho máy sản xuất chitin 500 kg/ mẻ thì khối lượng dung dịch HCl 4% cần dùng là 500*1.5 = 750 ( kg )
+ Theo quy trình sản xuất chitin thì tỷ lệ dung dịch hóa chất NaOH 4% với nguyên liệu theo tỷ lệ 4/1 thì khối lượng dung dịch NaOH 4% cần dùng là 500*1.5 = 750 ( kg ).
Vậy thể tích của dung dịch thải HCl và NaOH cho một ngày sản xuất mà xí nghiệp thải ra là (750+7500)*2= 3 ( m3/ ngày ) .
+ Do vậy chúng ta cần phảo thiết kế hệ thống xử lý nước thải có công xuất xử lý 3 m3/ ngày .
+ Để đáp ứng nhu cầu hệ thống thì trong quá trình làm việc của hệ thống cần phải pha trộn các dung dịch NaOH và dung dịch HCl với nhau theo một tỷ lệ nhất định để cho hệ thống làm việc tốt.
+ Để có được pH = 4,5.
Theo số liệu phân tích nước thải thì khồi lượng axit HCl 4% giảm đi 25 % và khối lượng bazơ NaOH 4% giảm đi 40%.
Từ công thức: C% =
dd ct
m m *100
Đối với dung dịch HCl 4% thì khối lượng HCl có trong 1000 Kg dung dịch là:
4% = dd ct m m *100 mct = 0.3Kg 100 750 * % 4
khối lượng HCl còn lại là : 0,3*75% = 0.225Kg. Suy ra nồng độ phần trăm của dung dịch là HCl sau khi khử khoáng là:
Cdd% = dd ct m m *100 = 0.4 750 100 * 225 . 0 Kg. Tương tự đối với dung dịch bazơ:
4% = dd ct m m *100 mct = 0.3Kg 100 750 * % 4
Suy ra khối lượng NaOH sau khi khử protein là: mNaOH = 60% *0,3= 0,18 Kg.
Vậy nồng độ molM cho mỗi dung dịch sau khi khử khoáng và khử protein là:
CM HCl= 0.016 750 * 18 1000 * 225 . 0 * ddHCl HCl ct V m m M. CMNaOH = 0.006 750 * 40 1000 * 18 . 0 * ddNaOHl NaOH ct V m m M.
* Phản ứng xảy ra khi trộn hai dung dịch HCl và NaOH sau quá trình khử khoáng và khử protein là :
HCl dư + NaOH dư = NaCl + H2O V1*0.016 V2 *6*103
Để dung dịch sau khi pha trộn dd HCl và dd NaOH có pH = 4.5 CM hỗn hợp = 104.5M. Gọi V1 là thể tích HCl cần dùng. Gọi V2 là thể tích NaOH cần dùng. Theo phương trình phản ứng ta có: V1*0,016 – V2*6*103= (V1+V2 )*104,5 V1(0.016-104,5)=V2(104,5+6*103). V1*0,015=V2*6,03*103. 5 2 5 , 2 1 015 , 0 10 * 03 , 6 2 1 3 V V
Để có dung dịch sau khi pha trộn có pH = 7. CMhỗn hợp =107M.
Khi đó trong bể trung hòa thì dung dịch nước trong sau khi tách protein có pH = 4,5. chúng ta cần phải hòa trộn thêm dd NaOH 6.103M
Ta có phương trình phản ứng sau:
HCl + NaOH = NaCl + H2O V1*104.5 V2 *6*103
Để dung dịch sau khi pha trộn có pH = 7. Gọi V1 là thể tích HCl (pH= 4.5 )cần dùng. Gọi V2 là thể tích NaOH6.103 cần dùng . Theo phương trình phản ứng ta có: V1.104,5 - V2*6*103= ( V1+V2 )*107 1 190 10 . 15 , 3 10 . 6 2 1 5 3 V V
II.3.2.Các thông số kỹ thuật của thùng trong hệ thống xử lý nước thải.
II.3.2.1.Thể tích các bể trong hệ thống.
Thể tích bể chứa dịch thải HCl và thể tích bể chứa dịch thải NaOH .
Qua các tính toán sơ bộ phần trước đó ta thấy rằng để chứa toàn bộ lượng chất thải trong một công đoạn xử lý bằng axit hay bằng kiềm thì bể phải có dung tích tối thiểu bằng