Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất đường Nông Cống – Thanh Hoá, công suất 1500 tấn mía/ngày

loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải. Dựa trên quá trình hô hấp của các vi sinh vật sử dụng trong quá trình xử lý, có thể chia phương pháp xử lý này thành hai loại như sau: Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí (sử dụng vi sinh vật hô hấp hiếu khí hoặc hô hấp tuỳ tiện). Phương pháp xử lý sinh học yếm khí (sử dụng vi sinh vật hô hấp yếm khí hoặc hô hấp tuỳ tiện). I.3.1. Nguyên lý chung của quá trình oxy hoá sinh hoá Quá trình oxy hoá sinh hoá thực hiện được khi các chất hữu cơ hoà tan, các chất keo va phân tán nho trong nước thải được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật. Quá trình xử lý nước thải hoặc còn gọi là quá trình thu hồi các chất bẩn từ nước thải và việc vi sinh vật hấp thụ các chất bẩn đó bao gồm ba giai đoạn sau: Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử. Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào. Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng. 3 giai đoạn này quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hoá các chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải. Phương trình tổng quát các phản ứng tổng của quá trình oxy hoá sinh hoá ở điều khiện hiếu khí có dạng như sau: (1) (2) CxHyOzN : là các chất hữu cơ trong nước thải C5H7NO2 : là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh vật. ∆H : là năng lượng Phản ứng (1) là phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào, còn phản ứng (2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào. Lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nước thải. Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá thì khi không đủ chất dinh dưỡng, quá trình chuyển hoá các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hoá chất liệu tế bào (tự oxy hoá): Tổng lượng oxy tiêu tốn cho bốn phản ứng trên gần gấp hai lần lượng oxy tiêu tốn của hai phản ứng đầu. Từ các phản ứng này có thể thấy rõ sự chuyển hoá hoá học là nguồn năng lượng cần thiết cho các vi sinh vật. I.3.2. Cơ sở lý thuyết quá trình phân huỷ yếm khí Phương pháp này được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng BOD và hàm lượng cặn lơ lửng lớn (BOD > 1800 mg/l , SS ≥ 300 – 400 mg/l), dựa vào các quá trình chuyển hoá các chất hữu cơ của vi sinh vật hô hấp yếm khí hoặc tuỳ tiện. Xử lý yếm khí nước thải có nhiều ưu điểm như sau: Có thể xử lý được nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao và có khả năng phân huỷ được các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn, phức tạp mà phương pháp hiếu khí không xử lý được. Lượng bùn dư sinh ra ít. Giá thành rẻ. Sản phẩm của quá trình xử lý này là khí sinh học (Biogas) thành phần chủ yếu là CH4 và CO2 có thể dung làm nhiên liệu. Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm đó cũng có các nhược điểm: Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị lâu, nên chi phí ban đầu cho xây dựng cơ bản khá cao. Thời gian ổn định công nghệ dài. Hiệu quả xử lý chỉ đạt 80 đến 90%. Quy trình vận hành tương đối phức tạp. Nếu thiết bị hở khí thoát ra gây ô nhiễm môi trường không khí. I.3.2.1. Cơ chế phân huỷ yếm khí : Về cơ bản có thể chia quá trình phân huỷ yếm khí các chất ô nhiễm hữu cơ thành 3 giai đoạn chính: 1. Giai đoạn thủy phân Trong công đoạn này các thành phần chất hữu cơ không tan hoặc tan ít (có phân tử lượng lớn như protein, lipit, polysacarit, pectin ... ) được chuyển hoá thành các sản phẩm có phân tử lượng nhỏ hơn và phần lớn đều tan. Các chất hữu cơ này sẽ được sử dụng làm cơ chất trong các hoạt động của VSV trong các công đoạn sau. 2. Giai đoạn lên men các axit hữu cơ Các hợp chất hữu cơ đơn giản sản phẩm của quá trình thuỷ phân, các chất béo, polysacarit, protein ... sẽ được lên men thành các ãit hữu cơ như: acetic, lactic, propionic, butyric, ... và các chất khí như: H2 , H2S, NH3 và một lượng nhỏ CH4. Thành phần và tính chất của các sản phẩm phụ thuộc nhiều vào bản chất, thành phần của các chất ô nhiễm có trong nước thải, phụ thuộc vào khu hệ VSV cũng như vào điều kiện môi trường của quá trình hoạt động (pH, nhiệt độ, ... ). Cơ chế của quá trình tạo axits trong phân huỷ yếm khí được chia làm hai dạng chính. Theo Gunnerson và Stucke (1986): Chuyển hoá trực tiếp cơ chất đến axit acetic: + Lên men tạo axit acetic: (Glucoza) + Phân cắt axit béo phân tử lượng lớn bằng phản ứng oxy hoá khử kèm thuỷ phân: Lên men các axit hữu cơ và các chất trung tính khác như etanol, propanol, aceton, ... Trong quá trình lên men các axit hữu cơ, các axit amin sẽ được khử amin bằng quá trình khử hoặc thuỷ phân để tạo NH3 và NH4-, một phần sẽ được VSV sử dụng để tạo sinh khối, phần còn lại thường tồn tại dưới dạng NH4- có thể gây ức chế quá trình phân giải yếm khí. 3. Giai đoạn tạo khí CH4 Các sản phẩm hữu cơ thu được từ giai đoạn lên men sẽ được khí hoá nhờ các vi khuẩn methan hoá được gọi chung là vi khuân Methanogens. Các vi sinh vật này có đặc tính chung là chỉ hoạt động trong môi trường yếm khí nghiêm ngặt. Tốc độ sinh trưởng và phát triển của chúng chậm hơn nhiều so với tốc độ sinh trưởng của các vi sinh vật khác. Khí methan được hình thành chủ yếu theo hai cơ chế: Decacboxyl hoá và khử CO2. Phương trình tổng quát quá trình phân huỷ yếm khí tạo CH4 được biểu diễn thông qua biểu thức: Nhưng trong thực tế cơ chất không được chuyển hoá trực tiếp đến CH4 và CO2 mà phải qua giai đoạn axit hoá. Tạo khí Methan bằng decacboxyl hoá: Không chỉ axit acetic được decacboxyl hoá tạo Methan mà cả các axit bay hơi khác cuãng như các chất trung tính đều có thể được decacboxyl. Từ acetat CH3-COOH CH4 + CO2 + E Từ propionat 4CH3-CH2-CÔH 7CH4 + 5CO2 + E Từ Butyrat 2CH3-(CH2)2-COOH 5CH4 + 3CO2 + E Từ Etanol CH3-CH2OH 3CH4 + 3CO2 + E Từ Aceton CH3-CO-CH3 2CH4 + CO2 + E 70% khí Methan được hình thành theo cơ chế này Tạo khí Methan bằng khử CO2 : có thể theo các cơ chế sau: Khử CO2 bằng H2 theo cơ chế: CO2 + 4H3 CH4 + 2H2O Khử CO2 bằng phản ứng oxy hoá khử: 8NADH+ 8NAD CO2 CH4 + 2H2O 30% khí Methan được hình thành theo cơ chế này. Các vi sinh vật trong phân huỷ yếm khí thường dùng để phân huỷ yếm khí tạo khí Methan là nhưng vi sinh vật sau: (Bảng I.7 ) Bảng I.7. Vi sinh vật phân huỷ yếm khí tạo khí Methan Giai đoạn thuỷ phân Giai đoạn axit hoá Giai đoạn Methan hoá Bacillus Clostridium Lactobacillen Pseudomonas Bacteroides Enderobacterie Syntrophotacter Wolonii Syntrophomonas Wolfei Syntrophus Methanobacterium (que dài) Methanobrevibacter(que ngắn) Methanococcus (dạng hình cầu) Methanópỉillum (dạng sợi) Methanosarcina (dạng hình cầu) Methanobacillú Methanobacthrix I.3.2.2. Các dạng xử lý yếm khí thường được sử dụng 1). Hồ yếm khí: Hồ yếm khí sử dụng các vi sinh vật hô hấp yếm khí hoặc tuỳ tiện để làm sạch nước thải. Hồ được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp có độ ô nhiễm lớn (BOD5 > 180mg/l) [19]. Tuy nhiên hiệu xất xử lý của hồ không lớn lắm (khoảng 70%). Trong các hồ yếm khí thông thường, để đạt yêu cầu về dòng ra của nước thải, thời gian lưu thường phải lớn từ 20 đến 80 ngày do các điều kiện bên ngoài tác động đến như nhiệt độ, pH, tải trọng BOD5, ... khó đạt tối ưu. Khi thiết kế một hồ yếm khí cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Hồ cần có độ sâu lớn (>2,5m) để giữ nhiệt vào mùa đông và đảm bảo yêu cầu yếm khí cao. - Hồ phải quy hoạch xa khu dân cư (1500-2000m) để không gây ảnh hưởng đến nước mặt và nước ngầm trong khu vực. - Cửa tiếp nhận nước thải vào hồ nên đặt chìm ở vị trí thích hợp để đảm bảo phân bố đều nước thải vào hồ. - Dung tích hồ phụ thuộc vào hàm lượng các chất ô nhiễm, thời gian lưu của nước và nhiệt độ xử lý. 2). Các dạng thiết bị xử lý yếm khí a). Thiết bị yếm khí tiếp xúc Thiết bị gồm hai bộ phận: thiết bị lên men yếm khí và thiết bị lắng. Thiét bị lên men được trang bị môtơ khuấy vận hành liên tục. Nước thải sau xử lý được đưa qua thiết bị lắng để tách bùn và bùn lại được tuan hoàn trở lại thiết bị yếm khí. Thiết bị có nhược điếm là dung tích thiết bị lớn, cần thiết có thiết bị lắng và nhu câu năng lượng cao. b). Bể UASB (Upflow Anearobic Sludge Blanket) Nước thải được đưa vào bể từ dưới lên. Ở đáy bể có một lớp đệm có chứa các vi sinh vật, chúng thuỷ phân các chất hữu cơ phân tử lượng lớn. Quá trình thuỷ phân và lên men axit hữu cơ xảy ra ở vùng đệm này. Sự lên men tạo khí sinh học xảy ra ở lớp nước phía trên. Phía trên của bể có kết cấu để tách 3 pha: rắng-lỏng-khí. - Khí thoát ra ở phễu thu khí - Bùn được lắng lại nhờ vách ngăn bùn - Nước sau xử lý chảy tràn sau khi được tách pha rắn (bùn) Do khí biogas thu được là hỗn hoẹp khí dễ cháy nên khi thiết kế xây dựng phải cách xa khu dân cư và các công trình quan trọng ít nhất 40m về cuối hướng gió[18]. Nhìn chung, bể UASB có kết cấu đơn giản, hoạt động ổn định và không tốn năng lượng. Tuy nhiên với nước thải có tải trọng BOD cao (>15g/l) thời gian lưu sẽ lớn[19]. I.3.3. Cơ sở lý thuyết quá trình hiếu khí Phương pháp xử lý hiếu khí sử dụng các vi sinh vật hô hấp hiếu khí hoặc tuỳ tiện để phân giải các hợp chất hữu cơ có trong nước thải. Phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp (BOD ≤ 1000 mg/l). I.3.3.1. Cơ chế quá trình, tác nhân và các yếu tố ảnh hưởng a). Cơ chế quá trình: Quá trình oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải xảy ra bên trong tế bào vi sinh vật, dưới tác dụng của các enzyme nội bào các chất hữu cơ được chuyển hoá phục vụ cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Cơ chế của quá trình oxy hoá các chất hữu cơ bao gồm các giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Giai đoạn khuếch tán, các chất ô nhiễm trong nước thải di chuyển tới bề mặt tế bào vi sinh vật do sự khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử. Tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào quá trình tải khuếch tán và trạng thái thuỷ động của môi trường. Giai đoạn 2: Do có sự chênh lệch nồng độ của các chất trong và ngoài tế bào, nên các chất ô nhiễm trên bề mặt tế bào vi sinh vật sẽ di chuyển qua màng bán thấm nhờ quá trình khuếch tán của các chất. Giai đoạn này có thể có một số chất không khuyếch tán qua màng tế bào được do kích thước phân tử lớn hoặc tồn tại dưới dạng dễ tan, có phân tử lượng nhỏ hơn dễ khuếch tán hơn có thể đi vào tế bào vi sinh vật được. Giai đoạn 3: Giai đoạn này xảy ra quá trình chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật đồng thời sản sinh ra năng lượng phục vụ quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Các giai đoạn trên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hoá trong tế bào vi sinh vật đóng vai trò quyết định đến mức độ và hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí. Dưới tác dụng của vi sinh vật hô hấp hiếu khí hoặc tuỳ tiện, các chất ô nhiễm sẽ được chuyển hoá: Các quá trình bao gồm: - Phản ứng oxy hoá các hợp chất không chứa Nitơ: - Phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ chứa Nitơ: - Các phản ứng tổng hợp nên tế bào: Phản ứng tự oxy hoá Quá trình tự oxy hoá luôn đi kèm theo sự tạo thành tế bào (sinh khối). Sự chuyển hoá hoá học là nguồn cung cấp năng lượng cho các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển. Trong các phản ứng trên: CxHyOzN : là công thức tổng quát của các chất hữu cơ trong nước thải C5H7NO2 : là công thức biểu thị thành phần hoá học chính của tế bào vi sinh vật trong giai đoạn hô hấp nội bào. ∆H : là năng lượng giải phóng hoặc thu vào. Khi vi sinh vật tự oxy hoá sẽ dẫn đến sự giảm số lượng tế bào vi sinh vật có trong môi trường. Đồ thị I.8 biểu diễn sự phụ thuộc này: Thời gian, t A Hàm lượng sinh khối (mg/l) B C D E BOD5 Đường cong biến thiên nồng độ của sinh khối Hình I.8 Quy luật sinh trưởng của vi sinh vật b). Tác nhân sinh học Tác nhân sinh học của phương pháp xử lý sinh học hiếu khí có nhiều chủng loại trong đó chủ yếu là vi khuẩn và một số nguyên sinh động vật. Vi khuẩn hô hấp hiếu khí: Aerobacter, Bacillus, Pseudomonas, Citrobacter, Vi khuẩn hô hấp tuỳ tiện: Cellulomonas biazoteza, Nitrosomonas spec Vi khuẩn dạng sợi: Thiothrix, Microthrix, Aphoerotolus, Nguyên sinh động vật chủ yếu là trùng roi: Ciliate và trùng tơ: Flagellatre. c). Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý hiếu khí - Tác nhân sinh học: các vi sinh vật, tuỳ thuộc vào từng loại nước thải, BOD đầu vào mà vi sinh vật có các chủng loại khác nhau, chủ yếu là các loại vi sinh vật hô hấp hiếu khí, hô hấp tuỳ tiện và các nghuyên sinh động vật. Vi sinh vật tồn tại va phát triển dưới dạng huyền phù. Kích thước lý tưởng của bong bùn 50 – 200 µm (kích thướcquá lớn các vi sinh vật khó tiếp xúc với chất hữu cơ và chuyển hoá chúng, kích thước bong bùn quá nhỏ gây khó lắng). Chế độ cấp khí đảm bảo lượng DO, thành phần dinh dưỡng đảm bảo lượng N, P. Khống chế bong bùn không để các vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh quá. Chỉ số SVI lý tưởng là 80 – 150 ml/g. - pH môi trường: khoảng pH tối ưu: 6,5 – 8,5. Hệ thông Aeroten pHopt = 7,5. pH không chỉ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của vi sinh vật mà nó còn tác động đến quá trình trao đổi chất. - Nhiệt độ: Tốc độ phản ứng sinh học cực đại tại nhiệt độ tối ưu (khoảng 309C), khi nhiệt độ tăng làm tăng hoạt lực xúc tác của các enzyme nhưng độ hoà tan Oxy giảm. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng sinh học được xác định qua biểu thức sau: ҐT = Ґ20θ(T-20) Trong đó: ҐT và Ґ20 là tốc độ phản ứng tại nhiệt độ T và tại 200C. θ là hệ số nhiệt độ (θ = 1,04), T: nhiệt độ nước thải. - MLSS: nồng độ sinh khối Cần duy trì để đảm bảo quá trình trao đổi chất ổn định (300 – 3000 mg/l) Cao tải : MLSS : 1500 – 3000 mg/l. Aeroten : MLSS : 500 – 1500 mg/l. Thấp tải : MLSS : 300 – 500 mg/l. - F/M (Food/Microorganisms). ( g BOD/g MLSS ) Trong đó: Q : tổng lượng nước thải Sv , Sr : BOD dòng vào và dòng ra V : thể tích bể Aeroten X : hàm lượng sinh khối F/M phụ thuộc vào khả năng oxy hoá của bùn F/M > 1 : BOD tăng, khả năng oxy hoá sinh khối giảm, lượng bùn dư tăng lên và chỉ số SVI không ổn định. F/M ≤ 1 : quá trình oxy hoá BOD tương ứng với quá trình oxy hoá sinh khối, quá trình oxy hoá sinh khối tăng, lượng bùn dư ít và chỉ số SVI ổn định. Trong vận hành hệ thống Aeroten mong muốn duy trì tỷ lệ F/M ≤ 1. - Nguồn dinh dưỡng N, P: Dinh dưỡng làm tăng tốc độ oxy hoá và duy trì tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật. Thiếu dinh dưỡng là nguyên nhân làm thay đổi tương tác trong bể Aeroten, khi đó các vi sinh vật dạng sợi phát triển làm tăng kích thứoc bong bùn (> 200 µm) - hiện tượng phông lên của bùn. Bùn xốp dễ bị cuốn theo nước ra khỏi hệ thống (chỉ số SVI tăng). Thông thường tỷ lệ C:N:P = 100:5:1. Bên cạnh đó phốtpho vừa là nguồn dinh dưỡng vừa có tác dụng đệm ổn định pH nước thải. - Lượng oxy hoá tan (DO) Lượng oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá dưới dạng oxy hoà tan bằng các máy sục khí lien tục. Để đảm bảo tốc độ oxy hoá độ hoà tan oxy (DO) cân đạt mức tối thiểu 4 mg/l. Nhu cầu oxy phụ thuộc vào bản chất của nước thải cần xử lý và tải trọng của hệ thống. Thiếu oxy cũng là nguyên nhân làm cho bùn phồng lên do các vi khuẩn dạng sợi phát trine, làm tăng chỉ số SVI ảnh hưởng xấu đến toàn bộ quá trình. Việc cung cấp oxy đầy đủ tạo sự đồng nhất trong thiết bị, nâng cao hiệu quả làm sạch, rút ngắn thời gian lưu nước thải trong bể - Hàm lượng các chất độc: Các chất độc vô cơ hay hữu cơ, các kim loại nặng, có tác dụng vô hoạt enzyme, biến tính Protein, ức chế quá trình trao đổi chất, vì vậy cần khống chế chúng dưới mức độ cho phép: - kim loại nặng < 2 mg/l - Phenol < 140 mg/l - Xianua < 60 mg/l I.3.3.2. Các dạng xử lý hiếu khí thường sử dụng 1). Oxy hoá bằng cấp khí tự nhiên: a). Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc Cánh đồng tưới là những khoảng đất canh tác có thể tiếp nhận và xử lý nước thải. Các chất ô nhiễm có trong nước thải được hấp thụ và giữ lại trong đất. Sau đó nhờ khu hệ vi sinh vật trong đất sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản giúp cây trồng dễ hấp thụ. Nước thải sau khi ng và đất, một phần được cây trồng sử dụng, phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hồ hoặc bổ xung cho nước ngầm. Cánh đồng lọc được sử dụng khi có khoảng đất trống hiệu quả canh tác nông nghiệp thấp. Trên khoảng đất này người ta phân ra các ô và bố trí hệ thống mương máng, đường ống phân phối và thu, tiêu nước. Số ô thường không bé hơn hài và có diện tích từ 5 đến 8 ha. Độ dốc tự nhiên của cánh đồng lọc không quá 0,02o. Khả năng lọc và làm sạch nước thải phụ thuộc vào loại đất. Người ta thường chọn những vùng đất cát hoặc á cát để làm cánh đồng lọc. Phương pháp này giá thành xây dựng thấp, quản lý đơn giản, hiệu quả làm sạch cao. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi mặt bằng khá lớn, chế độ làm việc không ổn định, phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu, thời tiết, ... b). Hồ sinh học: Xử lý nước thải bằng hồ sinh học thực chất là sử dụng khu hệ vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, nguyên sinh vật, ...) tự nhiên có trong nước mặt để làm sạch nước thải. Hồ sinh học là dạng xử lý trogn điều kiện tự nhiên được áp dụng rộng rãi hơn cả vì ngoài chức năng xử lý nước thải, hồ còn đem lại những tiện ích khác như: Kết hợp nuôi trồng thuỷ sản Tạo nguồn nước cho tưới tiêu và điều hoà dòng thải Điều hoà vi khí hậu trong khu vực Nếu biết kết hợp tốt các hô cũng sẽ là những cảnh quan thiên nhiên quý giá. Ở Việt Nam hồ sinh học chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong xử lý nước thải do: -Hầu hết các đô thị hoặc các vùng công nghiệp đều có nhiều ao hồ hoặc khu đất trống có thể sử dụng. - Không yêu cầu vốn đầu tư lớn - Bảo trì, vận hành và quản lý đơn giản. Theo nguyên tắc hoạt động của hồ và cơ chế phân giải các chất ô nhiễm mà người ta phân biệt 3 loại hồ đó là: Hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tuỳ tiện. Bảng I.9 Một số thông số của hồ sinh học [18] Các thông só Hồ hiếu khí Hồ tuỳ tiện Hồ kỵ khí BOD đầu vào (g/m3) <300 ≤300 >1800 Độ sâu (m) 0,6 -1 1,5 – 2 0 2,5 – 4,5 Thời gian lưu, ngày 2 – 6 7 – 15 5 – 50 Tải trọng BOD,kg/ha.ngày 110 – 220 22 – 55 280 – 1500 Hiệu suất xử lý, % 80 – 95 70 – 95 50 – 80 Hàm lượng tảo, mg/l - 50 - 80 - 2). Oxy hoá bằng cấp khí cưỡng bức Oxy hoá bằng cấp khí cưỡng bức thường được sử dụng là: hệ thống bể Aeroten, Lọc sinh học, ... I.4. Các công nghệ xử lý nước thải đã được áp dụng để xử lý nước thải nhà máy đường I.4.1. Các phương án xử lý nước thải sản xuất đường mía trên thế giới Trên thế giới nhất là các nước phát triển, sự quan tâm đến việc xử lý chất thải nói chung và nước thải nói riêng được quan tâm sớm, được nghiên cứu và áp dụng sớm hơn. Dưới đây là một số hệ thống xửy lý nước thải nhà máy đường đã được sử dụng ở một số nước: Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy đường củ cải: Nước ra Bùn NT vào 2 3 4 5b 5a 6 1 1- Sóng chắn rác, rây vớt bọt vẩn 2- Lắng cát có thể dùng loại bể kiểu tiếp tuyến hay xoáy 3- Tuyển nổi và kết bông với chất đa điện li amoni và vôi 4- Lắng trong(lắng1) 5a- Bể lên men metan ANALEFT 5b- Lọc kỵ khí với kỹ thuật màng vi khuẩn ANAFIZ-ANAFLUX 6- Bể Aeroten với kỹ thuật bùn hoạt tính Bảng I.10 Sơ đồ xử lý nước thải ở nhà máy đường củ cai [7] Nhà máy đường Mauritius của Trung Quốc vào năm 1993 đã chọn phương án xử lý nước thải bằng hệ thống xử lý sinh học kỵ khí (yếm khí): Hình I.11. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất đường mía Mauritius – Trung Quốc Song chắn rác Bể tách dầu Hồ điều hoà Hồ yếm khí Hồ hiếu khí Bể bổ xung tảo Hình Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy đường Golago Karannath (Ấn Độ) 1 2 Nước từ phân xưởng ép Nước thải khác 3 4 4 5 5 Nước thải sau xử lý Nước ngưng tụ, nước làm mát 6 I.4.2. Các phương án xử lý nước thải nhà máy đường mía ở Việt Nam Nhà máy đường mía liên doanh VINA-BOUBON SUGAR đã chọn phương án 1 trong 3 phương án đã đề xuất. Phương an 1 là hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp sinh học kết hợp yếm khí và hiếu khí: Hình I.12. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy đường liên doanh VINA-BOUBON SUGAR CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG NÔNG CỐNG-THANH HOÁ II.1. Lịch sử phát triển của nhà máy đường Nông Cống – Thanh Hoá Với mục tiêu chuyển đổi cơ cấu kinh tế trong nông nghiệp, nâng cao hiệu quả sử dụng đất, khai thác triệt để tiềm năng đất đai, cơ sở vật chất kỹ thuật tại vùng mía Tây Nam tỉnh Thanh Hoá và đưa Thanh Hoá thành trung tâm mía đường của cả nước Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, UBND tỉnh Thanh Hoá đã phê duyệt dự án xây dựng Nhà máy Đường Nông Cống. Dự án được triển khai từ năm 1997 đến tháng 10 năm 1999 và vận hành chạy thử trong vụ ép 1999/2000. Công suất thiết kế của Công ty la 1.500 tấn mía/ngày. Thị trường chủ yếu tiêu thụ sản phẩm của công ty là thị trường miền Bắc Việt Nam và cũng có một phần sản phẩm được tiêu thụ tại thị trường miền Trung. Công ty đường Nông Cống được xây dựng tại nông trường Lê Đình Chinh, xã Thăng Long, huyện Nông Cống, tỉnh Thanh Hoá, cách quốc lộ 45 là 15 km. Đây là vị trí giáp ranh với vùng mía nguyên liệu ở phía Tây Nam của tỉnh. Diện tích quy hoạch vùng nguyên liệu là 7.000 ha thuộc 25 xã và 6 đơn vị quốc doanh thuộc 4 huyện: Như Thanh, Như Xuân, Nông Cống và Tinh Gia được phân bố cụ thể như sau: Huyện Nông Cống: 2.276 ha phân bố ở 5 xã và 2 nông trường: Yên Mỹ và Lê Đinh Chinh. Huyện Tinh Gia: 1.122 ha phân bố ở 7 xã Huyện Như Thanh: 2.464 ha phân bố ở 11 xã và 3 đơn vị quốc doanh: lâm trường Thanh Kỳ, kho 826 và trại Thnh Lâm. Huyện Như Xuân: 1.138 ha phân bố ở 2 xã và nông trường Bãi Trành. Sự ra đời của nhà máy đã tạo việc làm cho gần 700 lao động trực tiếp, hang ngàn lao động gián tiếp là nông dân trồng mía cùng các hoạt động dịch vụ khác. Số cán bộ, công nhân viên trong nhà máy là 677 người, trong đó 524 lao động dài hạn và 153 lao động thời vụ. Bộ phận trực tiếp sản xuất: 604 người, bộ phận hành chính 73 người. Thời gian làm việc của Nhà máy: 160ngày/vụ (từ giữa tháng 11 năm trước tới cuối tháng 1 năm sau). Số giờ làm việc trong một ngày là: 22 giờ (3 Ca). GIÁM ĐỐC Phòng nguyên liệu Phân xưởng chế luyện Phân xưởng sản xuất phân bón Phân xưởng sản xuát nước thiên nhiên tich khiết PHÓ GIÁM ĐỐC Phụ trách nguyên liệu PHÓ GIÁM ĐỐC Phụ trách kinh doanh PHÓ GIÁM ĐỐC Phụ trách kỹ thuật và sản xuất Phòng tài vụ Phòng kế hoạch vàvật tư Phòng kỹ thuật, KCS Phân xưởng động lực Phòng tổ chức hành chính Hình II.1. Sơ đồ cơ cấu tổ chức hành chính công ty đường Nông Cống – Thanh Hoá II.2. Công nghệ sản xuất đường của nhà máy đường Nông Cống II.2.1. Nguyên liệu cho sản xuất đường Nguyên liệu cho sản xuất đường là mía cây. Các giống mía đang được sử dụng khá đa dạng, trong đó nhiều giống mới được nhập ngoại có năng suất cao (từ 50 - 100 tấn/ha) và độ đường cao (từ 11 – 15%). Trên 20 giống mía được trồng phổ biến ở Việt Nam thuộc 3 nhóm có thời điểm thu hoạch khác nhau: chín sớm, chín trung bình và chín muộn, việc phân bố tỷ lệ hợp lý giữa các giống mía có thời điểm thu hoạch khác nhau tạo điều kiện bảo đảm nguồn nguyên liệu ổn định cho các nhà máy hoạt động trong một thời gian tương đối dài. Thành phần của cây mía phụ thuộc vào giống, chế độ chăm sóc, thời tiết khí hậu, thời điểm thu hoạch. Thông thường mía cây chứa 9 – 13,5% đường Sacaroza, 2% các chất tan khác và 12,5 – 14,2% chất xơ. Tổng hợp thành phần cây mía từ các vùng khác nhau được thể hiện trong bảng II.2. Bảng II.2. Thành phần mía cây STT Thành phần % khối lượng 1 Các loại đường 9,9 – 13,4 2 Các chất xơ 12,5 – 14,2 3 Hợp chất chứa Nitơ 0,14 – 0,5 4 Axit hữu cơ và sáp 0,4 – 0,5 5 Tro 0,5 – 0,6 6 Nước 70,8 – 78,79 Mía được trồng ở Thanh Hoá thuộc nhóm chín trung bình (từ tháng 11 đến hết tháng 4 năm sau). Vùng mía của công ty đường Nông Cống chủ yếu là chác huyện phía Tây Nam tỉnh Thanh Hoá. Hiện tại do tình hình khó khăn về nguyên liệu, công ty mua mía tươi tại ruộng với yêu cầu chất lượng trung bình (bảng II.3). Bảng II.3. Yêu cầu chất lượng mía nguyên liệu Thành phần (tính trung bình) % Hàm lượng đường Sacaro trung bình 12,00 Hàm lượng xơ trung bình 12,50 Hàm lượng phi đường trung bình 2,50 Hàm lượng nước 73,00 II.2.2 Sơ đồ dây chuyên sản xuất và thuyết minh Công nghệ sản xuất đường bao gồm 3 công đoạn chính như sau: Công đoạn ép nước mía Công đoạn làm sạch nước mía (hoá chế) Công đoạn kết tinh, ly tâm, phân loại và đóng bao. ChuÈn bÞ nguyªn liÖu Ðp Lµm s¹ch C« ®Æc NÊu ®­êng KÕt tinh Ly t©m SÊy §­êng s¶n phÈm Hình II.4. S¬ ®å d©y chuyÒn c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng kÌm dßng th¶i MÝa Bôi, CTR N­íc N­íc H¬i SO2 H¬i N­íc lµm l¹nh H¬i N­íc lµm l¹nh N­íc lµm l¹nh H¬i N­íc N­íc th¶i B· mÝa Bïn th¶i KhÝ th¶i N­íc N­íc nãng N­íc ng­ng N­íc nãng N­íc vÖ sinh N­íc th¶i RØ ®­êng Bôi ®­êng Tinh thÓ ­ít H¬i Công đoạn ép mía Để tách nước mía ra khỏi cây mía, trong công nghiệp thường sử dụng hai phương pháp chính: phương pháp ép và phương pháp khuếch tán. Phương pháp ép là phương pháp hiện đang được sử dụng rộng rãi tại phần lớn các nhà máy đường của Việt Nam do mía của Việt Nam có độ sạch cao và độ xơ thấp cho phép tách bằng ép hiệu quả hơn. Kinh phí đầu tư cho thiết bị ép (của Trung Quốc hoặc của Ấn Độ) thấp hơn. Phương pháp này được ưa d