Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty Cổ phần bia Sài Gòn - Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm

này. Nồng độ muối vô cơ cần khống chế sao cho < 10 g/l. - Hàm lượng các chất rắn lơ lửng (SS ) ở dạng huyền phù Nếu nồng độ chất lơ lửng không quá 100mg/l thì loại hình xử lý thích hợp là bể lọc sinh học và nồng độ không quá 150mg/l là xử lý bằng aeroten sẽ cho hiệu quả phân huỷ các chất hữu cơ nhiễm bẩn là cao nhất. [8] Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý. Vì vậy, cần phải qua lắng trong giai đoạn xử lý sơ bộ một cách đầy đủ để loại bỏ các cặn lớn và một phần các chất rắn lơ lửng. - Nồng độ chất bẩn hữu cơ trong nước thải Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinh vật. Vi sinh vật sẽ bị ức chế và bị kìm hãm quá trình hoạt động sống trong trường hợp nồng độ chất bẩn hữu cơ cao hơn nồng độ cho phép. Đối với Aeroten thông thường thì hàm lượng BOD = 500mg/l; đối với Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh thì BOD < 1000mg/l. Nếu BOD cao quá thì cần pha loãng nước thải hoặc qua xử lý kị khí trước rồi qua xử lý hiếu khí sau. - Hàm lượng sinh khối (MLSS ) và tỉ lệ F/M Hàm lượng sinh khối trong bể sinh học hiếu khí thường dao động từ 500 – 3000mg/l. Tuỳ theo hàm lượng và bản chất của chất ô nhiễm trong nước thải cũng như hoạt lực của bùn hoạt tính mà hàm lượng sinh khối sẽ khác nhau: + Các hệ thống cao tải có thể sử dụng hàm lượng sinh khối cao từ 1500 – 3000mg/l. + Với hệ thống Aeroten thông thường thì hàm lượng sinh khối dao động trong khoảng từ 500 – 1500mg/l. Tỷ lệ F/M (Food/ microorganism = chất thải/ vi sinh vật): là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật hiếu khí. + Nếu F/M << 1: Thiếu dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động. + Nếu F/M >1 : Vi sinh vật phát triển sinh khối, không tạo nha bào nên không kết dính với nhau lại thành bông, kích thước bông bùn giảm, bùn khó lắng làm nước ra sau xử lý không đạt độ trong yêu cầu. + Tỷ lệ F/M = 0,2 ÷ 0,6 : Tạo độ ổn định trong quá trình xử lý hiếu khí. Các dạng thiết bị thường gặp - Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh vật – lọc sinh học. + Xử lý nước thải bằng lọc sinh học Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hoá các chất bẩn hữu cơ trong nước. Các màng sinh học là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ khí và tuỳ tiện. Các vi khuẩn hiếu khí tập trung ở lớp ngoài của màng sinh học, ở đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng dính bám). Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã làm sạch được thu gom xả vào bể lắng bậc 2. Nước thải vào bể lắng bậc 2 có thể kéo theo những mãnh vở của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc. Trong thực tế, một phần nước đã qua bể lắng được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc. Các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bỡi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học. Màng này thường dày khoảng 0,1 – 0,4mm. Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bỡi vi sinh vật hiếu khí, sau đó thấm sâu vào màng, nước hết oxi hòa tan và sẽ chuyển sang phân hủy bỡi vi sinh vật kị khí. Khi các chất hữu cơ có trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng dính kết cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là tróc màng. Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện. Vật liệu lọc khá phong phú : từ đá dăm, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mãnh, chất dẻo tấm uốn lượn... CHC cacbon Vùng hiếu khí Vùng yếm khí Vật liệu đệm DO Không khí Sản phẩm cuối Dòng nước thải Màng chất lỏng Màng sinh học Hình 2.2. Các quá trình trong bể lọc sinh học [8]. Lọc sinh học đang được dùng hiện nay chia làm 2 loại: + Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước, + Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước. Phương pháp lọc có ưu điểm là: đơn giản, tải lượng chất gây ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng trong ngày, thiết bị cơ khí đơn giản và tiêu hao ít năng lượng nhưng cũng có nhược điểm là hiệu suất quá trình phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ không khí, chiều dày màng sinh học, tốc độ oxi hóa, cường độ hô hấp của vi sinh vật, bản chất các chất hữu cơ, đặc tính bể lọc, độ thấm ướt của màng… - Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật – kỹ thuật bùn hoạt tính. Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù. Quá trình làm sạch Aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. Việc sục khí nhằm đảm bảo hai quá trình là nước được bão hoà O2 và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nước thải sau khi đã được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hoà tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aeroten. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là một số chất hữu cơ chưa phải là dạng hoà tan. Các chất lơ lửng là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải, hình thành những bông cặn có khả năng hấp thụ và phân huỷ các chất hữu cơ khi có mặt của O2. + Bể Aeroten thường (truyền thống) Nước thải sau khi được tách cặn trong bể lắng sơ cấp sẽ được dẫn vào và trộn với bùn hoạt tính tuần hoàn ở đầu bể aeroten. Tiếp đó xảy ra các phản ứng khoáng hóa các chất hữu cơ, tổng hợp sinh khối và nitrat hóa bỡi các enzym của vi sinh vật trong điều kiện có đủ oxi. Sau khi ra khỏi bể, nước thải đã được làm sạch. Nhược điểm của bể này là chỉ áp dụng để xử lý nước thải có BODv < 400mg/l. + Bể Aeroten làm thoáng kéo dài Bể này được thiết kế với tải trọng chất hữu cơ thấp, chỉ số F/M thấp, thời gian làm thoáng thường 20 – 30h. Bể này sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp có công suất < 3500 m3/ngày. Trong bể này, do vi sinh vật bị bỏ đói nên thực hiện quá trình oxy hóa tế bào tăng dẫn tới nước thải ra được xử lý triệt để, lượng bùn thải ít. + Mương oxy hóa Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của bể aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh, làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính chuyển động tuần hoàn và liên tục ở trong mương (trạng thái lơ lửng). Khi hoạt động, trong mương oxy hóa sẽ hình thành 2 vùng cơ bản : Vùng oxic : quá trình oxy hóa cacbon và nitrat hóa xảy ra khi có đủ oxy. Vùng anoxic : là vùng thiếu khí, xảy ra quá trình denitrat hóa. + Aeroten tải trọng cao Bể này được áp dụng khi yêu cầu nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cột B hoặc cột C. Khi đó nước thải vào aeroten sẽ được trộn với 10 – 15% bùn tuần hoàn và hỗn hợp này sẽ được đưa vào bể để làm thoáng trong thời gian 1 – 3h. + Bể Aeroten kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR -Sequencing Batch Reactor) [6] Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể (hình 2.3) bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư. Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước. Sau đấy, hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổi khí đúng như thời gian yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ được oxy hoá trong giai đoạn này. Bước thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh. Tiếp đến, nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể. Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể, các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục. Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ. Các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn... diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao. BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 50 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 10 đến 45 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l. Bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai. Trong nhiều trường hợp, người ta cũng bỏ qua bể điều hoà và bể lắng đợt một. [6] Hình 2.3. Các bước của bể aeroten hoạt động gián đoạn [6]. Hệ thống aeroten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử được nitơ và phốt pho sinh hoá do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp ôxy. Các ngăn bể được sục khí bằng máy nén khí, máy sục khí dạng Jet hoặc thiết bị khuấy trộn cơ học. Chu kỳ hoạt động của ngăn bể được điều khiển bằng rơle thời gian. Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt váng, thiết bị đo mức bùn... Bể aeroten hệ SBR có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành. Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Nhược điểm chính của bể là công suất xử lý nước thải nhỏ. Để bể hoạt động có hiệu quả người vận hành phải có trình độ và theo dõi thường xuyên các bước xử lý nước thải. Ứng dụng cho nước thải ngành bia Do đặc thù nước thải ngành bia có sự dao động lớn về lưu lượng cũng như nồng độ giữa đầu và cuối ca sản xuất, đặc biệt ba tháng giáp tết lượng nước thải tăng cao do công suất sản xuất tăng 20 – 30% công suất trung bình. Do đó, việc sử dụng bể SBR này chủ động hoàn toàn được trong việc xử lý nước thải khi lưu lượng thải ra trong ngày giảm đi so với công suất thiết kế hoặc có sự thay đổi lớn về thành phần của nước thải. Ưu, nhược điểm khi sử dụng phương pháp hiếu khí [4, 8] - Ưu điểm: + Thời gian xử lý nhanh, thời gian lưu bùn và nước nhỏ thích hợp với các nhà máy có lưu lượng dòng thải lớn và hàm lượng BOD không cao lắm hoặc có thể kết hợp xử lý lần 2 sau bể yếm khí nếu còn hàm lượng BOD cao. + Hiệu suất xử lý khá cao, chịu được sự dao động lớn của lưu lượng và chất lượng nước thải. + Bùn sau xử lý có thể tận dụng làm phân vi sinh. + Hệ thống được cấp khí liên tục nên nước sau xử lý đảm bảo được lượng oxy hoà tan. + Hạn chế sinh ra khí độc, mùi thối. + Phương pháp này có thể loại bỏ BOD trong thời gian ngắn, có thể khử được N, P. Hiệu suất khử BOD có thể lên tới 99%. + Bùn dễ lắng. - Nhược điểm: + Tốn năng lượng cho quá trình sục khí. + Lượng bùn sinh ra nhiều hơn so với yếm khí. + Thích hợp đối với nước thải có BOD < 1000mg/l và hàm lượng chất độc thấp. + Khó phân huỷ được một số chất béo và các chất hữu cơ mạch vòng. Phương pháp xử lý sinh học yếm khí, hiếu khí (điều kiện nhân tạo) rất thích hợp cho nước thải các ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành bia nói riêng. Việc ứng dụng và lựa chọn công nghệ cũng như thiết bị của phương pháp này trong xử lý nước thải ngành bia (Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung), xin được trình bày cụ thể trong Chương III. CHƯƠNG III ĐẶC TRƯNG DÒNG THẢI VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO NHÀ MÁY III.1. Đặc trưng dòng thải Tùy theo tính chất, đặc thù và mức độ ô nhiễm của từng nguồn nước thải trong công nghệ sản xuất bia (sơ đồ hình 1.3), ta có thể phân thành 3 nhóm sau đây: Nhóm 1: Nước thải coi như sạch. Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không gây ô nhiễm nên có khả năng tuần hoàn sử dụng lại. 2. Nhóm 2: Nước thải sinh hoạt. Lượng nước dùng cho nhu cầu sinh hoạt của nhân viên điều hành và tham gia sản xuất trong công ty khoảng 250 người. Tiêu chuẩn nước dùng cho sinh hoạt của công nhân được tính theo quy định 20 TCN-33-85 Bộ Xây Dựng như sau: Bảng 3.1. Tiêu chuẩn nước dùng cho sinh hoạt của công nhân [20 TCN-33-85] Loại phân xưởng Tiêu chuẩn dùng nước (lít/người/ca) Hệ số không điều hòa (K giờ) Phân xưởng nóng Q tỏa nhiệt >20 kcal/m3.h 45 2,5 Phân xưởng khác Q tỏa nhiệt <20 kcal/m3.h 25 3,0 Tính toán sơ bộ ta được lượng nước thải vào khoảng 12m3/ngày đêm. Lượng nước thải này có lưu lượng nhỏ và có bể phốt xử lý riêng nên coi như không có ảnh hưởng tới hệ thống xử lý mà ta thiết kế. Nhóm 3: Nước thải trong quá trình sản xuất. Công nghiệp sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu tốn một lượng nước lớn cho mục đích sản xuất và vì thế sẽ thải ra môi trường một lượng nước thải lớn. Cụ thể như sau: - Nước thải từ công đoạn nấu - đường hóa: bao gồm + Nước thải trong quá trình rửa bã sau nấu + Nước thải do vệ sinh nồi nấu gạo, malt, hoa; vệ sinh thiết bị lọc dịch đường và thiết bị tách bã. Đặc tính của nước thải này có mức độ ô nhiễm rất cao, có chứa bã malt, bã hoa, tinh bột, các chất hữu cơ, một ít tanin, chất đắng, chất màu… - Nước thải từ công đoạn lên men: Nước vệ sinh các tank lên men, thùng chứa, đường ống, sàn nhà… có chứa bã men, bia cặn và các chất hữu cơ. - Nước thải từ công đoạn hoàn tất sản phẩm: Lọc, bão hòa CO2, chiết chai, đóng nắp, thanh trùng. Nước thải chủ yếu từ công đoạn này là nước vệ sinh thiết bị lọc, nước rửa chai và téc chứa. Đây cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong sản xuất bia. Nước thải từ công đoạn này có chứa bột trợ lọc, một ít bã men, bia còn lại từ bao bì tái sử dụng, bia rơi vãi trong quá trình chiết, pH cao… - Nước rửa sàn các phân xưởng, nước thải từ nồi hơi, nước từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lượng chlorit cao. - Xút và axit thải ra từ hệ thống CIP, xút từ thiết bị rửa chai. Dòng thải này có lưu lượng nhỏ và cần thu hồi riêng để xử lý cục bộ, tuần hoàn tái sử dụng cho các mục đích khác. Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau có thể chỉ là sử dụng phưong pháp lên men chìm hay nổi. Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị, sàn nhà… Điều đó dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của các nhà máy bia rất khác nhau. Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nước và công nghệ rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp. Hiện nay tiêu chuẩn nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8 – 14 lít nước thải/lít bia [6]; đồng thời lượng nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia của Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – Miền Trung (công suất 50 triệu lít bia/năm) ước tính khoảng 8 lít nước thải/lít bia. Do đó, nếu nâng công suất nhà máy lên 100 triệu lít bia/năm thì tổng lượng nước thải ô nhiễm trong quá trình sản xuất từ các nguồn nêu trên ước tính trong khoảng 2600 – 3200 m3/ngày. Tuy nhiên, do đặc thù của ngành bia, vào ba tháng giáp tết thì công suất có thể tăng từ 20 – 30% công suất trung bình (tức công suất nhà máy ba tháng giáp tết đạt 120 – 130 triệu lít bia/năm). Do đó, tổng lượng nước thải lớn nhất ước tính có thể lên tới 4000 m3/ngày đêm. Đây cũng chính là lưu lượng thiết kế hệ thống xử lý nước thải. Căn cứ vào kết quả phân tích nước thải thực tế hiện nay của nhà máy Bia Sài Gòn – Miền Trung (công suất 50 triệu lít bia/năm) và tham khảo một số kết quả phân tích nước thải của các nhà máy bia trong nước và các tài liệu có liên quan thì thành phần chủ yếu nước thải của nhà máy bia có đặc tính trung bình như sau: - BOD5 (mg/l) : 1300-1700 - COD (mg/l) : 2000-3000 - TSS (mg/l) : 400-800 - pH : 8,5 – 11 - Tổng Nitơ (mg/l) : 100 - Tổng Phốtpho (mg/l) : 8 - Tải trọng nước thải (kg BOD5/m3 bia): 3,5 – 4,5 III.2. Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy Các thông số đầu vào và tiêu chuẩn dòng ra của nước thải nhà máy bia Sài Gòn – Miền Trung công suất 100 triệu lít bia/năm: Bảng 3.2. Các thông số đầu vào và tiêu chuẩn dòng ra của nước thải nhà máy Thông số Nước thải đầu vào Nước thải sau xử lý (QCVN 24 – 2009) cột B Lưu lượng (m3/ngày.đêm) 4000 4000 COD (mg/l) 2500 100 BOD (mg/l) 1500 50 SS (mg/l) 600 100 pH 8,5 – 11 5,5 – 9 Tổng Nitơ (mg/l) 100 30 Tổng photpho (mg/l) 8 6 Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải cho các nhà máy công nghiệp thực phẩm nói chung và nhà máy bia nói riêng là một bài toán kinh tế, kỹ thuật phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Lưu lượng và đặc trưng của nước thải. Yêu cầu nước thải sau xử lý . Diện tích và vị trí đất đai sử dụng để xây dựng trạm xử lý nước thải. Điều kiện kinh tế và kỹ thuật. Như vậy, từ sự phân tích đặc tính nước thải của nhà máy ta thấy nguồn nước thải phát sinh từ nhà máy có nguồn gốc, thành phần và tính chất khác nhau, được phát sinh từ nước làm mát, nước ngưng, nước vệ sinh các thiết bị nấu, lọc, lên men, nước rửa sàn, nhà xưởng, nước rửa chai, téc chứa… Nước thải của nhà máy bia nói chung chứa hàm lượng chất hữư cơ cao ở trạng thái hoà tan và trạng thái lơ lửng, chủ yếu là các hiđratcacbon, protêin, các axit hữu cơ, là các chất có khả năng phân huỷ sinh học gây mùi hôi thối, lắng cặn, giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước nguồn khi tiếp nhận chúng. Mặt khác, các muối nitơ, phốtpho trong nước thải bia dễ gây hiện tượng phú dưỡng cho các thuỷ vực; tỷ lệ BOD5/COD = 0,5 – 0,7 thích hợp với xử lý bằng biện pháp sinh học. Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học gồm xử lý sinh học hiếu khí và xử lý sinh học yếm khí. Xử lý sinh học bằng vi sinh hiếu khí (phương pháp sử dụng bùn hoạt tính) thường chỉ thích hợp cho xử lý nước thải có nồng độ COD, BOD5 thấp (BOD5<500 mg/l). [7] Xử lý sinh học bằng vi sinh yếm khí là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước thải khi không có oxi, quá trình này dùng để ổn định cặn và xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ COD, BOD cao (thường COD > 2000 mg/l). Với nước thải của nhà máy bia Sài Gòn – Miền Trung có thành phần ô nhiễm như trên đã phân tích thì không thể xử lý trực tiếp bằng phương pháp sinh học hiếu khí được. Tuy nhiên, nếu chỉ xử lý bằng phương pháp sinh học yếm khí thì nước thải sau xử lý không đạt tiêu chuẩn thải (QCVN 24 – 2009 cột A, cột B) do quá trình phân huỷ yếm khí không triệt để vì hiệu suất xử lý yếm khí cao nhất cũng chỉ đạt 70 – 85% [13]. Vì vậy, sau phân huỷ yếm khí thường có hệ thống phân huỷ hiếu khí để xử lý triệt để các chất ô nhiễm còn lại. Do đó, trong đồ án này chọn phương pháp xử lý sinh học yếm khí kết hợp hiếu khí để xử lý nước thải nhà máy bia. Việc lựa chọn xử lý yếm khí kết hợp hiếu khí là vì: Nước thải của nhà máy bia Sài Gòn – Miền Trung theo phân tích có mức độ ô nhiễm lớn do đó xử lý yếm khí nhằm giảm mức độ ô nhiễm trước khi đưa vào xử lý hiếu khí, vừa giảm được thể tích bể hiếu khí vừa giảm được thể tích bùn sinh ra, thu hồi năng lượng dưới dạng biogas, giảm tiêu thụ điện năng cho việc cấp khí… III.3. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải đã được lựa chọn (hình 3.1) Thuyết minh 1. Tách rác thô, gom nước thải Nước thải sản xuất từ các phân xưởng sản xuất và nước rửa chai, theo đường mương dẫn chảy về khu xử lý. Phần nước xút rửa chai sẽ được thải từ từ vào hệ thống, không làm cho pH nước thải tăng. Bể thu gom được xây dựng trong cùng mặt bằng của khu xử lý. Nước thải trước khi đi vào bể thu gom, phần rác thô có kích thước lớn sẽ được giữ lại tại song chắn rác thô đặt nghiêng 600 ở ngăn tách rác. Rác tách ra sẽ được công nhân vận hành gom vào thùng chứa và mang đi đổ nơi qui định của nhà máy. Nước thải từ hố gom được bơm lên bể cân bằng nhờ 2 bơm chìm (1 bơm dự phòng hoặc hoạt động đồng thời). Các bơm vận hành hoàn toàn tự động nhờ hệ thống điều khiển. Nước thải trong quá trình sản xuất THIẾT BỊ TÁCH RÁC THÔ BỂ YẾM KHÍ UASB HỐ GOM THIẾT BỊ TÁCH RÁC TINH BỂ ĐIỀU HÒA BỂ HIẾU KHÍ SBR BỂ KHỬ TRÙNG Nước đã xử lý, ra cống thoát Thùng rác Máy ép bùn Bể nén bùn Bể chứa bùn Đóng bao bùn khô Bơm Sục khí Hóa chất Bơm Dinh dưỡng Đo lưu lượng Bơm Tách nước dư Decanter Điều chỉnh pH Nước xút rửa chai Thu khí sinh học Điều chỉnh thải từ từ BỂ LẮNG Sục khí Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải đề xuất tại Công ty Bia Sài Gòn-Miền Trung. Ghi chú: đường nước thải đường rác Đường bùn đường khí 2. Tách rác tinh và điều hòa cân bằng Nước thải từ hố gom trước khi bơm vào bể cân bằng, được đi qua 1 thiết bị tách rác tinh dạng trống quay (RDS) có kích thước khe chắn 1mm. Tại đây, toàn bộ rác có kích thước >1mm sẽ được giữ lại trên bề mặt trống và được dao gạt đưa ra ngoài và đổ vào thùng chứa rác, phần nước đi vào bể điều hòa. Nước thải sau khi qua thiết bị tách rác tinh tiếp tục chảy qua bể cân bằng. Bể cân bằng phải có thể tích đủ lớn để đảm bảo điều hòa nồng độ thành phần các chất ổn định cho quá trình xử lý, cũng như điều hòa lưu lượng. Để vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tốt, quá trình xử lý sinh học yếm khí đòi hỏi pH = 6,5 – 7,5. Vì thế, cần phải duy trì độ kiềm, không cho pH giảm xuống dưới 6,2 và nồng độ các chất dinh dưỡng đảm bảo tỷ lệ COD : N : P = 350 : 5 : 1. Do đó, tại bể điều hòa, nước được điều chỉnh pH về giá trị thích hợp nhờ bộ pH-controler. Tùy theo giá trị pH trong nước thải mà bơm định lượng xút và axit cho phù hợp. Ngoài ra, để chống lại hiện tượng sinh bọt trong bể yếm khí, bể hiếu khí, nước thải được châm thêm một lượng chất chống tạo bọt nhờ bơm định lượng. Để tạo khả năng đồng đều các chất trong nước thải và tránh phân hủy yếm khí gây mùi khó chịu, bể điều hòa được sục khí nén từ ngoài vào. 3. Bể lắng Nước thải từ bể điều hòa được bơm lên bể lắng. Tại đây, hàm lượng chất rắn lơ lửng SS, BOD, COD giảm xuống nhằm giảm tải và đảm bảo điều kiện đầu vào cho các công trình xử lý sinh học phía sau. Nước thải sau khi qua bể lắng được bơm sang bể xử lý yếm khí UASB. Bùn lắng ở đáy bể được đưa sang bể chứa bùn. 4. Xử lý sinh học yếm khí (UASB) Tại bể UASB nước thải sẽ được phân phối đều trên diện tích đáy bể qua hệ thống ống phân phối có đục lỗ. Nhờ hỗn hợp bùn yếm khí trong bể mà các chất hữu cơ hoà tan trong nước được hấp thụ, phân huỷ và chuyển hoá thành khí (khoảng 70-80 % là CH4, 20-30% là CO2). Bọt khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Khi hạt cặn nổi lên gặp tấm chắn khí, khí sẽ được thoát lên trên và được thu vào hệ thống thu khí mêtan ở phía trên thành bể còn cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách khí đi vào ngăn lắng. Tại đây bùn lắng xuống dưới đáy qua cửa phân phối tuần hoàn lại vùng phản ứng yếm khí, phần bùn dư sẽ được đưa sang bể chứa bùn. Nước thải ra khỏi bể UASB có hàm lượng chất hữu cơ tương đối thấp được chảy tràn qua bể Aeroten SBR thông qua máng thu nước. 5. Bể xử lý sinh học hiếu khí theo mẻ (SBR) Từ bể UASB, nước thải chảy từng mẻ vào bể SBR qua tuyến ống có lắp van điện để điều khiển tự động. Giai đoạn xử lý sinh học hiếu khí chính xảy ra tại đây. Quá trình oxy hóa chất bẩn thực hiện nhờ bùn hoạt tính hiếu khí. Bùn hoạt tính hiếu khí là tập hợp các vi sinh vật có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải thành CO2, nước và các chất vô cơ khác. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để cung cấp đủ oxy cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ, dưới đáy mỗi bể có lắp hệ thống phân phối khí. Để vi sinh vật phân hủy hết các chất hữu cơ có trong nước thải thì thể tích bể sinh học phải lớn và thời gian lưu lại trong bể đủ dài. Hiệu quả xử lý tại bể SBR phụ thuộc vào các yếu tố sau: Thành phần các chất trong nước thải, pH, hàm lượng oxy, lượng bùn, trạng thái hoạt tính của bùn… Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật hiếu khí, nhu cầu không thể thiếu được là oxy. Để vi sinh vật hoạt động tốt, lượng oxy hòa tan trong nước ở bể sinh học ít nhất phải đạt 2 – 4 mg/l. Tùy theo nhiệt độ của môi trường mà lượng oxy trong nước có khác nhau. Lượng oxy được cung cấp ở đây là nguồn oxy không khí thông qua thiết bị cấp khí và ở đáy bể có lắp một dàn ống khuếch tán khí. Nước thải lưu lại trong bể SBR và hầu hết các chất hữu cơ đều được phân hủy; hàm lượng BOD giảm và hàm lượng các thông số khác đạt tiêu chuẩn yêu cầu của nước thải sau xử lý (QCVN 24 – 2009 loại B). Tuy nhiên, trong nước thải vẫn còn chứa một lượng lớn bùn hoạt tính cần được tách ra khỏi nước thải trước khi thải ra môi trường. Vì vậy, nước thải sau chu kỳ sục khí sẽ được để yên nhằm lắng tách bùn. Phần nước trong sẽ được gạn ra khỏi nhờ thiết bị gạn nước bề mặt Decanter sau đó đi vào bể khử trùng. Phần bùn lắng sẽ tham gia vào chu trình xử lý mới, lượng bùn dư sẽ được bơm qua bể nén bùn và tiếp tục xử lý. Quá trình hoạt động của hệ thống từ lúc nước thải vào đến khi ra khỏi bể SBR được điều khiển hoàn toàn tự động từ trung tâm điều khiển. (quá trình này cũng có thể vận hàng bằng tay). 6. Khử trùng Nước thải sau khi qua bể SBR và được lắng gạn trong đã đạt một số tiêu chuẩn của nước thải nhưng trong nước thải vẫn còn chứa vi sinh vật và mầm bệnh. Vì vậy, để đảm bảo an toàn, nước thải cần được khử trùng trước khi thải vào môi trường. Để đảm bảo thời gian tiếp xúc giữa nước thải với clo hoạt tính, thể tích của bể khử trùng phải đủ lớn để nước thải lưu lại trong bể khử trùng tối thiểu là 30 – 45 phút. Hiệu quả và kinh tế nhất là khử trùng bằng dung dịch hypoclorit. Nồng độ clo hoạt tính sử dụng để khử trùng nước thải sau xử lý thông thường là 4 – 5ppm. Quá trình cung cấp clo được thực hiện nhờ 2 bơm định lượng (1 dự phòng) và 1 mixer hòa trộn. Bơm định lượng hypoclorit được điều khiển bằng tín hiệu của thiết bị decanter lấy nước ra từ bể SBR. 7. Bể chứa bùn yếm khí và bể nén bùn hiếu khí