Đề tài Tính toán thiết kế các thông số cơ bản của một số thiết bị chính trong dây chuyền xử lý nước thải Nhà máy bia Viger

g cùng hệ thống bão hoà, pha chế được sản xuất trong nước. Các thiết bị này làm theo thiết kế của Cộng hoà Liên bang Đức . Phía Cộng hoà Liên bang Đức trang bị các đường ống, van chuyên dụng đồng hồ đảm bảo sự hài hoa và đáp ứng yêu cầu kỹ thật của nhà máy bia hiện đại. Hiện tại chất lượng của trang thiết bị này còn tốt và sử dụng được. I.2. Hiện trạng môi trường Công ty Đường Rượu Bia Việt Trì [11] I.2.1. Khí thải Khí thải tại khu vực sản xuất gồm có các khí độc hại như SO2, NO2, CO, CO2 . - Khí CO2 do thoát ra từ quá trình lên men chính khá sạch thu nhờ thiết bị thu hồi và đóng chai ở áp lực cao để sử dụng. - Chất khí và bụi gây ô nhiễm chủ yếu ở khu vực lò hơi do quá trình đốt dầu gồm SO2, NO2, CO, CO2 … - Khí NH3 , freon… có thể sinh ra khi hệ thống máy lạnh bị rò rỉ. - Bụi nguyên liệu trong quá trình chuẩn bị nguyên liệu lượng nhiên liệu tiêu hao khoảng 0,25% . Với lượng tiêu thụ nhiên liệu trong năm 2002 năm là 610819 kg Malt và 280145 kg thì lượng nhiên liệu tiêu hao ước tính sẽ là 2227,41 kg. Bảng I.3. Chất lượng môi trường không khí xung quanh tại khu vực sản xuất. [7] ( ngày lấy mẫu 4/4/2002) STT Thông số Đơn vị Kết quả TCVN(5937-1995) 1 Bụi lơ lửng mg/m3 0,51 0,3 2 SO2 mg/m3 1,32 0,5 3 CO mg/m3 7,8 40 4 NO2 mg/m3 0,38 0,4 5 H2S mg/m3 0,06 0,5 6 NO mg/m3 0,28 0,4 I.2.2. Các chất thải rắn. Lượng bã thải rắn lớn nhất là bã malt, men bia và vỏ hạt malt: cứ 100Kg nguyên liệu ban đầu có thể thu được 125 Kg bã tươi với hàm lượng chất khô 20- 25%. Lượng chất thải rắn này khoảng 220 - 250kg/ngày. Bã malt được dùng làm thức ăn gia súc...bã ướt rất dễ bị chuyển hoá (đặc biệt trong mùa hè). Men bia có giá trị dinh dưỡng cao, có thể dùng làm thuốc chữa bệnh, thuốc bổ và làm thức ăn cho gia súc rất hiệu quả. Hiện nay Nhà máy bia Viger bã malt đã được tận dụng để bán cho các hộ chăn nuôi gia súc, còn bã men bia đang được nghiên cứu để tận thu bia non. Bã hoa houblon và cặn protein hiện ít được sử dụng cho chăn nuôi vì có vị đắng, thường được xả ra cống làm tăng tải lượng ô nhiễm của nước thải . Cặn protein có thể được dùng làm thức ăn cho cá. Ngoài lượng chất thải rắn là bã bia ra, trong quá trình sản xuất cũng phát sinh 1 lượng chất thải rắn nữa là bùn của công đoạn xử lý nước thải. Lượng bùn thải ở công đoạn này ước tính khoảng 3,5 m3/ tháng. Bùn thải này công ty đã hợp đồng với công ty môi trường đô thị để vận chuyển đến bãi rác thải của thành phố. Các chất thải rắn khác như chất trợ lọc, vỏ chai vỡ thường được thu gom với rác thải sinh hoạt. Và hàng tháng thuê Công ty Môi trường Đô thị thành phố Việt Trì thu gom. I.2.3. Nước thải [11] Nước thải của quá trính sản xuất bia là nguồn thải chính đáng lưu ý. Công nghệ sản xuất bia sử dụng một lượng lớn và thải ra một lượng nước đáng kể. Lượng nước tiêu hao định mức để sản xuất ra 1000 lít bia thành phẩm là 10 m3. Nước của sản xuất bia bao gồm: Nước rửa thiết bị, làm lạnh, nước rửa nhà xưởng, nước rửa bao bì …. Thành phần gây ô nhiễm trong nước thải của sản xuất bia bao gồm protein và aminoaxit từ nguyên liệu và nấm men, hydratcacbon (dextrin và đường) cùng pectin tan hoặc không tan, axit hữu cơ, rượu...từ nguyên liệu và sản phẩm rơi vãi. Với công nghệ sản xuất bia hiện nay đang sử dụng tại nhà máy, dòng thải dự kiến khi sản xuất với công suất bình quân 380-450m3/ngày, nhưng khi cao điểm có thể lên tới 500-600m3/ngày. Bảng I.4. Đặc tính nước thải cống chung công ty Đường Rượu Bia Việt Trì [7] thứ tự Thông số Đơn vị Giá trị trung bình TCVN - B ( 5945 - 1995) 1 pH 6,87 5,5 - 9 2 COD mg/l 950 100 3 BOD5 mg/l 490 50 4 SS mg/l 160 100 5 S N mg/l 19,78 60 6 S P mg/l 2,55 6 1. Đánh giá hệ thống xử lý nước thải hiện có : Sơ đồ công nghệ: Bể điều hoà Bể UASB Bể Aeroten Bể lắng Phơi bùn, ép bùn... Khử trùng nước thải nước sau xử lý Hình I.1 Nhận xét: Hệ thống xử lý cũ do thiết kế kích thước các bể không hợp lý ( nhỏ hơn so với lưu lượng nước thải cần xử lý), mương thải và bố trí mạng ống theo sơ đồ xương cá không phù hợp với dòng chảy trong nội bộ xưởng. Công nghệ xử lý không thích hợp: không cần có công đoạn khử trùng vì nước thải sau khi xử lý đã giảm được một lượng Coliform khá lớn (hơn nữa nguồn tiếp nhận nước thải là sông Lô), nước thải của công ty không được phân luồng nên khó xử lý, với hàm lượng BOD = 490 mg/l thì không cần xử lý yếm khí... Mặt khác công đoạn nuôi cấy vi sinh vật để xử lý bằng phương pháp sinh học cũng không đáp ứng được những yêu cầu. Kết quả chất lượng nước thải sau xử lý chưa đạt yêu cầu. 2/. Hiện trạng. Nhà máy sản xuất theo công nghệ hiện đại, hệ thống thiết bị khép kín. Tuy nhiên hệ thống mương thải nội bộ khu xưởng lại để hở và quá sâu cho nên nước và bã thải có điều kiện tích tụ lâu ngày gây mùi khó chịu, điều này không phù hợp với tiêu chuẩn của một nhà máy thực phẩm, công đoạn này cũng cần phải cải tạo. Nước thải của nhà máy chưa được phân luồng cho lên khó xử lý và lưu lượng nước phải xử lý lớn. Hiện tại lượng nước phải xử lý là 500 m3/ngày. Mặt khác hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia không đạt yêu cầu sau khi qua hệ thống xử lý vẫn còn chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao. Phần II. Một số phương án xử lý nước thải ngành bia[8] II.1. Phương án 1 ( sử dụng hệ thống UASB) Phương pháp yếm khí được sử dụng chủ yếu trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp khi lượng chất hữu cơ cao (BOD=1500-5000mg/l), xử lý bùn, cặn, bã thải rắn nhờ các vi khuẩn phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ. Quá trình phân huỷ yếm khí không triệt để, do đó sau phân huỷ yếm khí thường có hệ thống phân huỷ hiếu khí để xử lý triệt để các chất ô nhiễm còn lại. Phương pháp có ưu điểm là sinh ra ít bùn hơn so với quá trình phân huỷ hiếu khí, không cần thiết bị cung cấp khí. Nhưng phương pháp còn có nhược điểm là thời gian phân huỷ dài, phân huỷ không triệt để. Sơ đồ dây chuyền xử lý nước thải có hệ thống UASB Điều hoà Bể UASB Bể Aeroten Bể lắng thứ cấp Khử trùng nước sau xử lý nước thải Hình II.1 Bùn trong bể là sinh khối đóng vai trò quyết định trong việc phân huỷ và chuyển hoá chất hữu cơ. Nồng độ cao của bùn hoạt tính trong bể cho phép bể làm việc với tải trọng chất hữu cơ cao. Để hình thành khối bùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc có hiệu quả, đòi hỏi thời gian vận hành khởi động từ 3 - 4 tháng. Nếu cấy vi khuẩn tạo axit và vi khuẩn tạo mêtan trước với nồng độ thích hợp thì có thể rút ngắn thời gian khởi động xuống từ 2 - 3 tuần. Sau khi xử lý yếm khí lượng cặn dư xả ra ngoài định kỳ chỉ bằng 0,15 - 0,2 hàm lượng COD, tức bằng nửa cặn sinh ra so với khi xử lý hiếu khí, hiệu quả khử COD khoảng 60%. Do đó nước thải sau khi qua bể UASB phải được tiếp tục đưa qua xử lý hiếu khí. II.2. Dây chuyền xử lý nước thải áp dụng phương pháp xử lý hiếu khí. Phương án này thường được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng BOD trong khoảng từ 500- 1000mg/l Nguyên tắc: Sử dụng các vi sinh vật để ôxy hoá các hợp chất hữu cơ và vô cơ có khả năng chuyển hoá sinh học được đồng thời chính các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình ôxy hoá để tổng hợp nên sinh khối của chúng. II.2.1. Phương án 2 ( sử dụng tháp lọc sinh học) Nguyên tắc làm việc của tháp lọc sinh học là tạo ra bề mặt giá thể trong tháp bằng cách cho các vật liệu đệm (đá, gỗ, các vật liệu đệm bằng nhựa PVC dạng bóng, hoa ,tấm…). Chất lỏng được tưới từ trên xuống chảy thành màng trên bề mặt giá thể, không khí được thổi từ dưới lên sục qua lớp màng tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa pha khí và nước thải (giống như một tháp đệm). Tháp lọc sinh học có thể được cấp khí bằng không khí tự nhiên . Bùn sinh học sẽ tạo ra và bám vào bề mặt trên giá thể. Khi trọng lượng lớp bùn lớn sẽ tự tách rời khỏi bề mặt rồi được dòng nước cuốn xuống bể lắng. Tác nhân của hệ thống là cả vi sinh vật hô hấp yếm khí và hiếu khí. Phương pháp có ưu điểm là đơn giản, thiết bị dạng tháp nên chiếm ít mặt bằng, bề mặt tiếp xúc pha lớn, cấp khí cưỡng bức nên quá trình chuyển hoá nhanh, thiết bị gọn, tốn ít năng lượng cho cung cấp khí, tải lượng theo chất ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng trong ngày. Nhưng cũng còn có nhược điểm là chi phí xây dựng lớn, yêu cầu có khu hệ sinh vật ổn định, nhạy cảm khi tải trọng thay đổi, hiệu suất phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ không khí. Sơ đồ hệ thống xử lý bằng tháp lọc sinh học. (dạng đơn giản) [9] Bể điều hoà Tháp lọc sinh học Lắng thứ cấp Khử trùng Lắng sơ cấp Bể lọc sinh học Lắng thứ cấp Khử trùng Lắng sơ cấp Bể lọc sinh học Lắng thứ cấp Khử trùng nước thải nước thải sau xử lý Hình II.2 Tuỳ theo tính chất của nước thải cần xử lý và theo đặc tính của nguồn tiếp nhận nước sau xử lý, có thể có công đoạn khử trùng hoặc không. Thông thường công đoạn khử trùng không thể thiếu được trong xử lí nước cấp cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp, đặc biệt là nước dùng trong công nghệ chế biến thực phẩm, đồ uống... Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng bể lọc sinh học ( dạng phức tạp) [9] Bể điều hoà Bể lọc sinh học bậc 1 Lắng thứ cấp Bể lọc sinh học bậc 2 Bể lắng thứ cấp nước thải sau xử lý Hình II.3 Thường BOD được chiết ra chủ yếu ở 1,8 m phần trên của lớp đệm. Phần sinh khối vi sinh vật thừa sẽ bị tróc ra theo nước ra ngoài bể lọc và được lắng ở bể lắng thứ cấp. Thông thường xử lý nước thải bằng bể (tháp) lọc sinh học, nước thải có thể đạt chất lượng dòng ra với nồng độ 15 mg/l. II.2.2. Phương án 3 ( sử dụng hệ thống Aeroten) a/. Nguyên tắc Trong hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính, vi sinh vật sinh trưởng và phát triển ở trạng thái lơ lửng trong nước thải. Không khí được cấp liên tục đảm bảo yêu cầu của hai quá trình: bão hoà oxy giúp cho vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hoá các chất hữu cơ và duy trì bùn hoạt tính dạng bông sinh học ở trạng thái lơ lửng trong dịch xử lý, tạo ra hỗn hợp lỏng huyền phù, giúp vi sinh vật tiếp xúc liên tục với các chất hữu cơ hoà tan trong nước, thực hiện quá trình phân huỷ hiếu khí để làm sạch nước. Tạo điều kiện cho các vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ tốt hơn. Do vậy mà phương pháp này vận hành đơn giản, ổn định và an toàn hơn. Phương pháp có ưu điểm là vận hành đơn giản, hiệu suất làm sạch cao hơn so với các quá trình xử lý sinh học khác,chi phí xây dựng thấp. Nhưng cũng có nhược điểm là đòi hỏi diện tích xây dựng lớn và tạo ra nhiều bùn. Bể aeroten có nhiều loại, phạm vi ứng dụng rộng. Có nhiều loại bể aeroten khác nhau tuỳ theo cách phân loại. - Theo nguyên lý làm việc: Bể aeroten không tái sinh bùn, Bể aeroten có tái sinh bùn - Theo chế độ thuỷ động: Aeroten đẩy, Aeroten khuấy trộn, Aeroten trung gian - Theo tải lượng bùn: Aeroten tải trọng cao, Aeroten tải trọng trung bình, Aeroten tải trong thấp. - Theo sơ đồ công nghệ: Aeroten 1, bậc Aeroten 2 bậc, Aeroten nhiều bậc. - Theo chiều dẫn nước thải: xuôi chiều, ngược chiều. b/.Sơ đồ làm việc của hệ thống xử lý nước thải bằng hệ thống Aeroten. [9] Bể điều hoà Bể lắng sơ cấp Bể Aeroten Bể lắng thứ cấp nước thải nước thải sau xử lý Hình II.4 - Bể điều hoà và lắng sơ cấp: có chức năng điều hoà lưu lượng và nồng độ nước vào hệ thống xử lý liên tục và ổn định dòng vào đồng thời cũng lắng một phần cặn vô cơ trước khi nước thải đi vào bể Aeroten. - Bể aeroten: Bể này có tác dụng chủ yếu là oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải, bể được cấp khí liên tục nhằm cung cấp oxy cho các vi sinh vật và duy trì bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng. - Bể lắng thứ cấp: Nhiệm vụ của bể này là tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải, cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể để bơm tuần hoàn lại bể aeroten. Hiệu suất khử BOD của bể Aeroten rất cao, có thể đạt 85 - 95 %, nước thải sau khi qua bể Aeroten, qua bể lắng thứ cấp , xả ra nguồn tiếp nhận và không cần khử trùng. II.3/. Lựa chọn công nghệ cho cơ sở hiện tại ( công suất 15 triệu lít bia/năm)[8] II.3.1. Đặc trưng của nước thải. Do tính chất của nước thải của sản xuất bia có hàm lượng các chất hữu cơ cao và các chất hữu cơ chủ yếu ở dạng hoà tan, tỷ lệ BOD5/COD = 0,5 - 0,7 nên có thể dùng phương pháp xử lý sinh học hiếu khí để xử lý nước thải loại này. Đây là một trong những phương pháp hiện nay được coi là kinh tế nhất và phương pháp còn có ưu điểm là không gây ô nhiễm thứ cấp. Bảng II.1- Các thông số đặc trưng của nước thải Công ty Đường Rượu Bia Việt Trì [11] Thông số Đơn vị Giá trị BOD5 mg/l 310 - 1400 COD mg/l 600 - 2400 Tổng số chất rắn lơ lửng mg/l 70 - 600 Chất rắn lơ lửng bay hơi mg/l 30 - 500 Tống số photpho mg/l 50 Tổng số nitơ mg/l 90 pH 3,4 - 4,0 Nhiệt độ oC 35 - 55 Lượng nước thải của các nhà máy bia thường rất lớn, gấp từ 4 đến 35 lần lượng bia sản xuất ra. Lưu lượng nước thải của công ty Đường Rượu Bia Việt Trì trung bình khoảng Q = 500 - 600 m3/ ngày, hàm lượng BOD của nước thải cống chung công ty là 490 mg/l, COD = 950mg/l, SS = 160 mg/l. Nước thải nhà máy bia có chứa các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học nên có màu đen, nếu không được xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra môi trường bên ngoài sẽ gây ô nhiễm cho môi trường không khí ( mùi khó chịu) và gây ô nhiễm môi trường nước mặt cho khu vực xung quanh, thậm chí cả nước ngầm nếu thời gian lâu sẽ có nguy cơ ngấm xuống nước ngầm và gây ô nhiễm. Mức ô nhiễm phụ thuộc vào lượng nước thải, nồng độ các chất trong nước thải. Nếu ô nhiễm nặng thì nước tại các khu vực nhận nước thải sẽ rơi vào tình trạng yếm khí: Bùn lắng đọng nhiều, nước có màu đen tối, mùi khó chịu ( H2S, CH4, NH3...). Hàm lượng oxy hoà tan trong nước khi đó sẽ giảm xuống. Nước thải từ bộ phận nấu và khử trùng của nhà máy bia có thể làm tăng nhiệt độ của nước ở thuỷ vực nhận nước thải. Nhiệt độ cao cũng còn là yếu tố gây giảm hàm lượng oxy hoà tan trong nước. Ngoài các yếu tố trên, yếu tố pH của nước thải từ các bộ phận khác nhau của nhà máy cũng sẽ trực tiếp gây ảnh hưởng xấu tới nước của thuỷ vực nhận nước thải nếu như nước như nước thải không được xử lý tốt trước khi thải. đây là yếu tố trực tiếp gây ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch nước của thuỷ vực. Tóm lại ảnh hưởng xấu của thuỷ vực nhận nước thải sản xuất bia tới đời sống thuỷ sinh vật như sau: - Gây cản trở quá trình sống của thuỷ sinh vật, kìm hãm quá trình quang hợp của thực vật, quá trình hô hấp của động vật ( do độ màu, độ đục, các chất hữu cơ gây ra). - Thúc đẩy một số hoạt động sống của thuỷn sinh vật ( do nhiệt độ cao gây ra). - Phá huỷ một số hoạt động và chức năng sống của thuỷ sinh vật ( pH kiềm hoặc axit tính). Vì những đặc trưng riêng của nước thải nhà máy bia như vậy nên yêu cầu phải có một dây chuyền công nghệ xử lý nước thải thích hợp ( không cần bể UASB và bể khử trùng). II.3.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ và thuyết minh. Lắng thứ cấp Bể Aeroten Bể điều hoà nước nước sau xử lý thải ép bùn Nén bùn bùn thải Hình II.5 1/. Bể điều hoà kết hợp lắng sơ cấp: Nước thải sau khi qua song chắn rác để loại bỏ rác thải có kích thước lớn, sẽ đi qua bể điều hoà với mục đích điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất hoà tan, đồng thời lắng một phần các chất bẩn có trong nước thải. 2/. Bể Aeroten: Nước thải sau khi qua bể điều hoà có chứa các chất bẩn hữu cơ hoà tan và các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiếu khí ( Aeroten). Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn bám vào, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật khác. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền ( BOD) và chất dinh dưỡng ( N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hoá được thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau. Một số loài vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hoá thải ra các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn, một vài loại vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chất thải cuối cùng không thể làm thức ăn cho bất cứ loại vi sinh vật nào nữa. 3/. Bể lắng thứ cấp: Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian nước thải lưu lại trong bể Aeroten không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng thứ cấp bằng cách tuần hoàn lại bùn ngược trở lại đầu bể Aeroten để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể. Bùn dư ở đáy bể lắng được xả ra khu xử lý bùn. Nước thải sau khi ra khỏi bể phản ứng sẽ tiếp tục được đưa qua bể lắng thứ cấp, tại đây các bông bùn có kích thước lớn sẽ lắng nhanh xuống, và phản ứng oxy hoá sinh học vẫn tiếp tục với tốc độ chậm. Cuối cùng nước sau xử lý ở bể lắng thứ cấp sẽ được xả ra sông Lô, do đó không cần công đoạn khử trùng. Tóm lại quy trình xử lý nước thải của công ty Đường Rượu Bia Việt Trì bằng bùn hoạt tính lơ lửng trong bể phản ứng hiếu khí gồm các công đoạn sau: 1. Khuấy trộn đều nước thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng. 2. Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hoá xảy ra trong bể. 3. Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng thứ cấp. 4. Tuần hoàn lại một lượng bùn cần thiết từ đáy bể lắng thứ cấp vào bể Aeroten để hoà trộn với nước thải đi vào. 5. Xả bùn dư và xử lý bùn. Các phương án xử lý bùn cặn. Xử lý nước thải sẽ tạo ra nhiều bùn cặn, chúng cần được giảm khối lượng để giảm sự nhiễm bẩn môi trường. Vì vậy mà công đoạn cuối cùng của dây chuyền xử lý nước thải là công việc xử lý và thải bã bùn cặn. Công việc này có thể được thực hiện bằng cách xử lý nhiệt: sấy khô sau đó bùn được chế biến thành phân bón NPK, thiêu đốt để lấy nhiệt hoặc chôn lấp các vùng trũng tạo mặt bằng xây dựng các công trình mới. Để xử lý và khử độc bùn cặn có thể sử dụng các phương án xử lý bùn cặn được trình bày trong sơ đồ sau: [9] Sấy khô Đốt Tách nước Nén đặc bằng lắng ủ phân Tách nước Chôn lấp Sấy khô Khử trùng Tiêu huỷ ( ổn định) Làm phân bón Chôn lấp tro Sử dụng làm chất điều hoà đất làm phân bón Hình II.6. Các phương án xử lý bùn cặn Hiện nay công ty có 2 phương án xây dựng bể nén bùn: [11] - Phương án 1: tận dụng lại bể UASB và bể nén bùn cũ ( phương án này tốn đường ống và thiếu đồng bộ). - Phương án 2: tận dụng một bể nén cũ và thêm một bể nén bùn mới đồng dạng. Bộ phận ép bùn cũng có 2 phương án: ă Phương án 1: cải tạo lại sân phơi bùn, làm mái che mưa, có khả năng có mùi trong khu vực làm việc. ă Bố trí 1 máy ép bùn cơ học. Phần lớn lượng bùn thải của công ty sẽ được chuyển sang bộ phân sản xuất phục vụ cho trồng mía của nông dân. Còn lại sẽ được chôn lấp tại bãi rác thành phố. II.3. Một số thông số kiểm soát khi vận hành bể Aeroten [9]. Trong vận hành người ta thường điều chỉnh các tham số sau, tốc độ tuần hoàn của bùn hoạt tính, lượng bùn dư thải, hàm lượng MLSS, F/M. Các phân tích trong phòng thí nghiệm để giám sát quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính bao gồm nồng độ ôxy hoà tan, nồng độ hỗn hợp lỏng và chất rắn lơ lửng (MLSS), chỉ số thể tích bùn SVI, nồng độ BOD và chất rắn huyền phù ở dòng ra. Hàm lượng MLSS trong bể Aeroten thường dao động khoảng từ 1000 mg/l - 10000 mg/l [12]. Nếu hàm lượng MLSS 10000 mg/l, vi sinh vật dư thừa thức ăn nên tốc độ sinh trưởng tăng nhanh, vi khuẩn không kịp tạo nha bào, bùn không lắng được. Chỉ số thể tích bùn SVI: SVI là thể tích bùn (ml) của 1 gam bùn khô. SVI thể hiện trạng thái hoạt động và độ lắng của bùn và được tính theo công thức. SVI = (ml/g) MLSS: Hàm lượng bùn hoạt tính (mg/l). VL (ml): Thể tích lắng trong ống trong thời gian là 30 phút. Khi SVI < 80 (ml/g): Có hiện tượng rã bùn, nước không trong do yếu tố môi trường, hàm lượng chất dinh dưỡng lớn, sinh khối tăng quá nhanh không kịp tạo nha bào. Khi SVI > 150 (ml/g): Nếu sinh khối > 2000 (mg/l) thì còn chấp nhận được. Nếu sinh khối < 2000 (mg/l) phải quan sát ngay có thể bùn đã bị phồng. Trong vận hành, SVI được sử dụng làm chỉ thị về đặc tính lắng của bùn, do đó ảnh hưởng tới tốc độ tuần hoàn MLSS. SVI tối ưu cho quá trình là 80 - 150 ml/g. Tỷ số F/M: là tỷ số biểu hiện mối quan hệ cuả tải trọng với trạng thái trao đổi của hệ thống. * Nếu F/M = 1: sinh khối tạo thành ít, kích thước bông bùn đạt tối ưu do vi khuẩn có đủ thời gian tạo nha bào. * Nếu F/M >1: dư thừa thức ăn, vi khuẩn sinh trưởng rất nhanh, bùn không tạo nha bào, nước sau xử lý không trong * Nếu F/M << 1: vi khuẩn dạng sợi phát triển ( vi khuẩn dạng sợi chịu được môi trường nghèo dinh dưỡng), bùn xốp ( hiện tượng phồng bùn), khả năng lắng bùn kém. Hàm lượng DO: DO tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh học trong bể Aeroten là 4 mg/l. Nếu tăng cường khuấy trộn bề mặt DO > 4 mg/l, vi sinh vật không sử dụng hết lượng oxy có trong nước cho quá trình oxy hoá gây lãng phí năng lượng. Ngược lại, nếu DO < 4 mg/l, vi sinh vật bị thiếu oxy, tốc độ oxy hoá giảm, và có hiện tượng bùn màu đỏ, không lắng được ( do vi khuẩn Rhodopseudomonas phát triển). Hàm lượng phụ thuộc vào bản chất BOD, nhiệt độ, phương thức cấp khí, chiều cao cột nước trong bể Aeroten và tải trọng COD. Tỷ lệ C:N:P ( C/N tối ưu = 20/1) ă Nếu C/N < 20/1 : môi trường thừa dinh dưỡng ( thừa nitơ), vi sinh vật phát triển mạnh, sinh khối tăng nhanh, vi khuẩn không tạo nha bào nên bùn không dính kết với nhau, khả năng lắng kém. Khắc phục hiện tượng này bằng cách đưa vào bể khu hệ vi sinh vật có khả năng phản nitrat hoá. ă Nếu C/N > 20/1: môi trường thiếu dinh dưỡng, vi khuẩn dạng sợi phát triển, bùn bị phồng, nên khả năng lắng kém. Khắc phục bằng cách thêm các chất có chứa nitơ hữu cơ như: muối nitrat, phân hữu cơ... Nhiệt độ, pH: pH tối ưu cho xử lý hiếu khí là: 7,0 - 7,5 Nhiệt độ tối ưu: 20 - 27oC. Nhiệt độ thấp , DO cao thì vận tốc oxy hoá tăng Nhiệt độ cao, DO giảm thì vận tốc oxy hoá cũng tăng. Vì vậy, trong quá trình vận hành bể , cần kiểm soát để cân đối hàm lượng DO Phần III. Tính toán thiết kế các thông số cơ bản của một số thiết bị chính trong dây chuyền công nghệ xử lý. III.1. Bể điều hoà và lắng sơ cấp[9]: III.1.1. Dung tích bể điều hoà. Đặc trưng của nước thải sản xuất bia là không ổn định, có sự biến thiên về nồng độ, lưu lượng vào mỗi thời điểm trong mỗi ca làm việc và trong mỗi ngày. Do đó hệ thống cần có bể điều hoà để điều hoà lưu lượng, ổn định pH và nồng độ cho các quá trình xử lý tiếp theo làm việc có hiệu quả. Do các ca sản xuất của cơ sở hoạt động tương tự nhau nên có thể thiết kế bể điều hoà và lắng sơ cấp cho một ca sản xuất hay một ngày mà vẫn đảm bảo hoạt động của hệ thống, không gây quá tải cho hệ thống xử lý. ở đây ta chọn thể tích bể điều hoà nước thải trong 4 giờ . Thông số đầu vào: Q= 500 (m3/ngày) SS=160 (mg/l) . Đường kính của các hạt lơ lửng chọn dmin= 0,03 (mm) Thể tích bể điều hoà V= =83.33 (m3) Đáy bể thiết kế dốc về phía ống dẫn nước sang bể lắng sơ cấp để tăng khả năng tự chảy của nước chọn độ dốc i = 0,01- 0,02, chọn i = 0,02. Với kích thước như trên thì có thể tận dụng bể điều hoà cũ của nhà máy ( H=2,5m; D =16m; R =3m). III.1.2. Dung tích bể lắng sơ cấp. Do đặc tính của nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng tương đối lớn do đó trước khi vào bể Aeroten phải loại bớt SS để quá trình ôxy hoá trong bể Aeroten hiệu quả hơn. Để loại SS có thể dùng bể lắng ngang. Vận tốc độ lắng của các hạt hình cầu được xác định theo công thức Stockes W1= [5] trong đó: d: đường kính hạt lắng ( mm) ( d = 0,03 mm) W1: vận tốc lắng của hạt lơ lửng ( m/s) : độ nhớt của nước thải =0,97.10-3 : khối lượng riêng trung bình của hạt ( 1500-2000kg/m3), chọn =2000 ( kg/m3) : khối lượng riêng của nước = 1000 kg/m3 g: gia tốc trọng trường g= 9,8 ( m/s2) W1==0,505 ( mm/s) Khi đó thời gian lắng là T=== 1,1 ( h) Dung tích ngăn chứa cặn. ở bể lắng sơ cấp, lượng cặn không lớn nên có thể xác định dung tích ngăn chứa cặn dựa trên lượng cặn lắng sau 1 ngày làm việc ( 24 giờ), hoặc theo ca làm việc. Wb = Wb : Dung tích của ngăn chứa cặn E: hiệu suất lắng cần thiết t : thời gian giữa 2 lần xả cặn p: độ ẩm của cặn, p = 96% : khối lượng riêng của cặn, = 2000 (kg/m3) ã Hiệu suất làm việc của bể E = SS0 : hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào, SS0 =160 (mg/l) SS1 : hàm lượng cặn lơ lửng ra khỏi bể lắng sơ cấp (vào bể Aeroten) chọn SS1 = 80(mg/l) E== 50% Suy ra Wb==12 (m3) Để tăng hiệu suất làm việc của bể, bố trí một số ống thông khí với lượng không khí bằng 2 – 3 % lượng khí cấp vào bể aeroten. Việc thổi khí vào bể tạo các chuyển động hỗn loạn làm tăng khả năng điều hoà của bể. Tổng thể tích của cả bể là Vt = V + Wb = 84 + 12 = 96 ( m3) Chiều cao thực tế của bể điều hoà kết hợp lắng sơ cấp Ht= H + hb + h1 + h2 trong đó hb: chiều cao ngăn chứa bùn ( 0,2 m chọn theo độ nghiêng của ngăn chứa). h1 : chiều cao dự trữ từ mép nước đến thành bể ( 0,3 – 0,5 m) chọn h1 =0,4 ( m) h2 : chiều cao lớp trung hoà phía trên lớp bùn cặn lắng ( 0,1 – 0,3 m) Chọn h2 = 0,2 ( m) Khi đó chiều cao thực tế của bể là Ht = 2 + 0,4 + 0,2 =2,6 (m). Bể điều hòa kết hợp lắng sơ cấp có