Đồ án Xử lý nước thải ở nhà máy bia Hà Nội bằng phương pháp sinh học

cố định, các song chắn được làm bằng kim loại, thanh song chắn có thể là tiết diện tròn, vuông,hoặc hỗn hợp. Thanh song chắn có tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhưng nhanh bị tắc do các vật bị giữ lại nên song chắn có tiết diện hỗn hợp là thông dụng hơn cả. + Lọc qua lưới: để khử các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị. Kích thước lỗ lưới lọc thường là : 0.5-1 mm. Lọc thường được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các bể lắng không lắng được chúng hoặc lắng được nhưng mất nhiều thời gian. b. Chưng cất Là phương pháp cổ điển, đơn giản. Dùng nhiệt nâng dần nhiệt độ của nước, ở nhiệt độ cao các phân tử nước bay hơi và ngưng tụ lại khi đi qua hệ thống làm lạnh cho ta nước sạch. Phương pháp này tuy đơn giản nhưng giá thành cao do đó ít được sử dụng vì tốn nhiều năng lượng Thiết bị chưng cất thường có các loại sau + Chưng cất một lần, hai lần + Chưng cất chân không và chưng cất áp suất thấp c. Phương pháp tuyển nổi Là quá trình tách các loại tạp chất trong nước dựa vào tính thấm nước khác nhau của các hạt tạp chất, đó là tính ưa nước và kỵ nước (không thấm nước của chúng). Khi thực hiện phương pháp này để loại bỏ các tạp chất bẩn trong nước thải bằng cách: thổi khí nén tạo bong bóng không khí nhỏ qua nước. Các bọt khí này sẽ bám vào các hạt lơ lửng và kéo chúng nổi lên. Nó sẽ có tác dụng tích tụ các loại khí tạp chất (chất hữu cơ dễ bay hơi) lại và đẩy chúng ra khỏi môi trường nước. 2. Phương pháp hoá học Xử lý hoá học nước thải là phương pháp dùng các phản ứng trung hoà, oxi hoá nhằm biến đổi tạp chất độc hại thành chất không độc hại bằng cách cho vào nước thải bẩn một số hoá chất thích hợp làm cho các tạp chất, nhất là các hợp chất hữu cơ bị kết tủa dạng bùn và loại khỏi nước. Việc lựa chọn hoá chất và phương pháp xử lý phụ thuộc vào kết quả kiểm tra đánh giá mức độ nhiễm bẩn và phân loại tạp chất cần xử lý. Các phương pháp xử lý hoá học này đều có sản phẩm là bùn bẩn nên không được thải ra sông ngòi, hồ Loại bùn bẩn cần được làm khô trong không khí, nếu không sử dụng làm phân bón cần phải được đưa ra bãi rác, hoặc để san nền, lấp chỗ trũng. Phương pháp xử lý hoá học thuận lợi đối với viêc biến đổi các chất có hại thành vô hại. Trong xử lý nước thải bia thường dùng các phương pháp sau. a. Phương pháp trung hoà Trung hoà nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau - Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm. - Bổ sung các tác nhân hoá học. - Lọc nước axit qua vật liệu có tác dụng trung hoà. - Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit. Các phương pháp này đều dùng phương pháp hoá học nên đây là phương pháp đắt tiền. Việc lựa chọn phương pháp trung hoà là phụ thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải chế độ của nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của tác nhân hoá học. Lượng bùn cặn trong quá trình trung hoà phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như lượng tác nhân sử dụng cho quá trình. Trung hoà bằng cách trộn lẫn chất thải: phương pháp này được sử dụng khi nước thải của nhà máy là axit còn có nhà máy lân cận gần đó có nước thải kiềm, cả hai loại nước thải này đều không chứa các cầu tử gây ô nhiễm khác. Trung hoà bằng cách cho thêm các tác nhân hoá học: nếu nước thải chứa quá nhiều axit hay kiềm tới mức không thể trung hoà bằng cách trộn lẫn chúng với nhau thì phải cho thêm hoá chất. Phương pháp này thường để trung hoà axit việc lựa chọn hoá chất phải căn cứ vào đặc tính của nước thải, nồng độ của nước thải và xem muối tạo thành khi trung hoà ở dạng hoà tan hay lắng cặn. Nước thải axit được phân thành các loại sau: - Nước chứa axit yếu (H2CO3, CH3COOH) - Nước chứa axit mạnh (HCl, HNO3) - Nước chứa axit sunfuaric ( H2SO4) và axit sunfuarơ (H2SO3) Để trung hoà các axit vô cơ có thể dùng bất cứ loại kiềm nào có chứa hydroxit (OH-) trong dung dịch. Hoá chất rẻ nhất là Ca(OH)2 (ở dạng nhão hay vôi sữa). Để trung hoà các axit hữu cơ thường dùng vôi tôi (dung dịch 5 – 10%). Cho thêm nước amoniac sẽ tạo điều kiện cho quá trình sinh hoá sau đó diễn ra tốt, giảm được lượng cặn. Trung hoà nước thải kiềm người ta sử dụng các axit khác nhau hoặc khí mang tính axit. Thổi khí thải vào nước thải chứa kiềm là biện pháp khá kinh tế để trung hoà khí từ ống khói chứa khoảng 14%CO2, khí CO2 tan trong nước tạo thành H2CO3 (axit cacbonic yếu). Axit này sẽ phản ứng với nước thải chứa kiềm để trung hoà kiềm dư. CO2(khí thải) + H2O =H2CO3 H2CO3 + 2 NaOH (xút trong nước thải) = Na2CO3 (tro xôđa) + 2H2O H2CO3 + Na2CO3 = 2NaHCO3 + H2O Có thể dùng khí thải chứa SO2, NO2, N2O3... Dùng các khí này cho phép trung hoà nước thải và tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải. Nhưng cacbonat tạo thành có nhiều ứng dụng hơn so với sunfat và clorua và các ion CO32- không ăn mòn và độc hại bằng SO42- và Cl-. b. Phương pháp oxi hoá khử. Các chất trong nước thải có thể chia làm hai loại: vô cơ và hữu cơ. Các chất hữu cơ cơ thể bị ohân huỷ bởi vi sinh vật nên phải dùng phương pháp sinh hoá để xử lý. Các chất vô cơ thường là những nguyên tố kim loại nên tách chúng ra khỏi nước thường ở dạng cặn. Trong quá trình oxi hoá, các chất độc hại thường được chuyển thành chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước, quá trình này tiêu tốn một lượng tác nhân hoá học lớn nên chỉ được dùng khi các tạp chất nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách chúng bằng các phương pháp khác ví dụ: xyanua hay hợp chất hoà tan của asen. VD: Oxi hoá bằng piroluzit MnO2. Quá trình được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu này hoặc trong thiết bị khuấy trộn. Piroluzit là vật liệu tự nhiên chủ yếu chứa MnO2 dùng để oxit hoá asen As3+ Š As5+ H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 = H3SO4 + MnSO4 + H2O Phương pháp khử: dùng để xử lý các hợp chất thuỷ ngân, crom, asen... Ví dụ muốn tách Asen trong nước thải dưới dạng phân tử chứa oxy hoặc ở dạng các anion AsS2,. Phương pháp phổ biến là cho chúng lắng dưới dạng các hợp chất khó tan, khi nào Asen lớn (xấp xỉ 110mg/l) thì khử axit asennic bằng SO2, axit này có độ hoà tan nhỏ trong môi trường axit và trung tính và cho chúng lắng dưới dạng dioxit Asen. Để loại các ion kim loại nặng ra khỏi nước thải bằng phương pháp hoá học, bản chất là chuyển các chất tan trong nước thành các chất không tan (cho thêm chất phản ứng) tách chúng ra ở dạng cặn lắng . 3. Phương pháp hoá lý Trong quá trình xử lý nước thải bia phương pháp hoá lý thường được sử dụng: lắng lọc kết hợp, hấp thụ, tuyển nổi, trao đổi ion... a. Phương pháp lắng lọc kết hợp: Phương pháp này hiệu quả khi được sử dụng để tách các hạt keo phân tán có kích thước: 1 - 100mm. Trong xử lý nước thải bia, sự keo tụ diễn ra dưới ảnh hưởng của chất bổ sung gọi là chất keo tụ. Chất keo tụ tạo thành cac bông hydroxit kim loại sẽ lắng nhanh trong trường trọng lực. Các bông này có khả năng hút các hạt keo và các hạt lơ lửng rồi kết hợp chúng lại với nhau. Các hạt keo có điện tích dương yếu, các hạt lơ lửng có điện tích âm yếu nên giữa chúng có sự hút lẫn nhau. Quá trình hình thành bông keo tụ diễn ra các giai đoạn sau: Me3+ + HOH ô Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH ô Me(OH)2+ + H+ Me(OH)2+ + HOH ô Me(OH)3 + H+ Me3+ + 3HOH ô Me(OH)3 + 3 H+ Chất keo tụ thường là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Việc lựa chọn chất keo tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hoá lý, giá thành và nồng độ tạp chất trong nước. Bông hydroxit tạo thành sẽ hấp thụ và dính kết các chất huyền phù, các chất ở dạng keo trong nước thải, ở điều kiện thuỷ động học thuận lợi những bông đó sẽ lắng xuống đáy bể ở dạng cặn. Khi sử dụng chất keo tụ thời gian lắng tương đối lớn. Điều này không thích hợp với xử lý nước thải bia vì lưu lượng nước thải bia lớn. b. Phương pháp tuyển nổi Trong nước các phần tử có bề mặt kỵ nước sẽ có khả năng kết dính vào các bọt khí. Khi cỏc bọt khí và các phần tử phân tán cùng vận động trong nước thì các phần tử đó sẽ tập trung trên bề mặt các bọt khí và nổi lên. Tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch: Bản chất của phương pháp này là tạo dung dịch quá bão hoà không khí. Khi giảm áp suất các bọt khí sẽ tách ra khỏi dung dịch và làm nổi chất bẩn. Có hai loại tuyển nổi chân không và tuyển nổi áp suất. Phương pháp này để làm sạch nước thải chứa hạt ô nhiễm rất mịn. Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ khí: Dùng để xử lý nước thải có nồng độ các hạt lơ lửng cao ( >2g/l) và được thực hiện nhờ bơm turbin kiểu cánh quạt. Trong xử lý nước thải, tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng làm đặc bùn sinh học. Phương pháp này có ưu điểm so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm, trong thời gian ngắn, phương pháp tuyển nổi được xử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải của nhiều nghành công nghiệp: chế tạo máy, thực phẩm và hoá chất c. Phương pháp hấp phụ: Quá trình hấp thụ là quá trình hoá lý hút các chất (khí, lỏng hoặc các chất hoà tan trong chất lỏng) bằng các chất rắn hay chất lỏng khác. Quá trình hấp thụ được chia thành 2 loại: hấp phụ và hấp thụ. Hấp phụ được chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học với chất hấp phụ (không hình thành các liên kết hoá học). Hấp phụ hoá học xảy ra khi chất bị hấp phụ tạo với chất hấp phụ một hợp chất hoá học trên bề mặt pha hấp phụ. Lực hấp phụ hoá học khi đó là lực liên kết hoá học thông thường như liên kết ion, liên kết phối trí, liên kết cộng hoá trị. Sự hấp phụ trên giới hạn bề mặt vật rắn – dung dịch là sự hấp phụ có ứng dụng quan trọng trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý-hấp phụ. Cơ sở lý thuyết của quá trình này là lý thuyết hấp phụ phân tử và lý thuyết hấp phụ chất điện ly của chất hấp phụ chất rắn Các chất hấp phụ thường gặp là: - Chất hấp phụ không phân cực như than hoạt tính, một số nhựa hữu cơ - Chất hấp phụ phân cực như Fe2O3, silicagen Muốn xử lý nước thải theo phương pháp hấp phụ thường phải gắn chất hấp phụ lên trên chất mang theo phương pháp lọc hoặc trao đổi ion. Như vậy nghiên cứu xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ chính là nghiên cứu khả năng hấp phụ của các loại chất hấp phụ dùng để loại bỏ các tạp chất có trong nước thải, ở đây tạp chất được quan tâm nhất là các chất hữu cơ và vi khuẩn. d. Phương pháp trao đổi ion: Đây là phương pháp xử lý dựa trên nguyên lý trao đổi ion. Để khử các tạp chất ở trạng thái ion trong nước cần dùng các chất có khả năng phản ứng trao đổi ion với ion tạp chất trong nước, thường gọi là ionic hay nhựa trao đổi ion. Các ionic chứa nhiều por, khi gặp nước các por cho phép nước thấm vào, do diện tích tiếp xúc bề mặt với nước lớn nên gốc ion trao đổi dễ với các ion tạp chất cùng dấu trong nước. Kết quả là các ion tạp chất trong nước bị giữ lại trờn ionic, còn các ion trong ionic đi vào nước. Như vậy ion tạp chất trong nước đã bị khử và loại bỏ. Muốn xử lý nước bằng phương pháp trao đổi ion cần phải lựa chọn cột nhựa ionic thích hợp để vừa làm sạch được tạp chất, vừa dễ tái sinh lại nhựa. 4. Phương pháp sinh học a. Khái niệm Là phương pháp xử lý nước thải của các nghành công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ có chứa các thành phần có khả năng phân huỷ bằng phương pháp sinh học. Phương pháp sinh học thường là bước xử lý thứ cấp sau khi nước thải được xử lý bằng phương pháp hoá học để tách các chất độc, các phương pháp cơ học để tách các chất huyền phù, thô. Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động sống của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng khai thác năng lượng. Quá trình dinh dưỡng và hô hấp của vi sinh vật thực chất là quá trình chuyển hoá, hoá sinh các chất gây ô nhiễm trong nước thải nhờ đó nước thải được làm sạch. Phương pháp này thường đựơc sử dụng để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, nitơ... Nước thải có thể xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bởi chỉ tiêu BOD hoặc COD. Để có thể xử lý bằng phương pháp này, nước thải sản xuất cần không chứa chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỷ số BOD/COD ³ 0.5. b. Cơ chế của quá trình oxi hoá sinh học: Các chất hữu cơ hoà tan, các chất keo tụ và các chất phân tán nhỏ trong nước thải di chuyển hay khuyếch tán vào bên trong tế bào vi sinh vật. Dưới tác dụng của các enzim, các chất hữu cơ sẽ được chuyển hoá. Có 3 giai đoạn của phương pháp sinh học: - Giai đoạn 1: giai đoạn khuyếch tán, di chuyển chất hữu cơ từ nước thải tới bề mặt các tế bào vi sinh vật. Tốc độ này do quy luật khuyếch tán và trạng thái thuỷ động của môi trường quyết định. - Giai đoạn 2: giai đoạn chuyển các chất hữu cơ đó qua màng thấm bằng khuyếch tán do sự chênh lệch nông độ bên trong và bên ngoài tế bào. - Giai đoạn 3: quá trình chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật thành năng lượng và tổng hợp tế bào mới. Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng nhất, quyết định mức độ và hiệu quả xử lý nước thải. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh hoá hiếm khí qua 3 giai đoạn: enzim Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz + O2-----> CO2 + H2O enzim Tổng hợp chất để xây dựng tế bào: CxHyOz + O2 -----> Tế bào mới + CO2 + H2O enzim Tế bào vi sinh vật bị oxy hoá (phân huỷ) Tế bào VSV + O2 ---> Tế bào mới + CO2 + H2O + NH4+ Tất cả các phản ứng đều xảy ra dưới tác dụng của enzim. Enzim ở đây chính là một chất xúc tác sinh học đặc biệt, có tính chất đặc hiệu cao đối với từng loại cơ chất. Các enzim có thể thu nhận được từ động vật, thực vật và vi sinh vật. Trong nước thải nguồn enzim chủ yếu là do vi sinh vật tổng hợp nên, các enzim sau khi được tổng hợp có thể tiết ra ngoài tế bào gọi là enzim ngoại bào hoặc giữ lại trong tế bào gọi là enzim nội bào. Trong quá trình oxy hoá chất hữu cơ, thứ tự các chất bị phân huỷ là: đường – protein – tinh bột – chất béo – cuối cùng là các chất cao phân tử. Đường và tinh bột được nhiều vi khuẩn và nấm có khả năng phân huỷ theo kiểu thuỷ phân nhờ các enzim amilaza. Trong điều kiện hiếu khí sự phân huỷ các đường đơn giản và xảy ra rất nhanh. Protein bị phân huỷ dưới tác dụng của hệ enzim proteaza. Xenluloza ở điều kiện hiếm khí được phân huỷ bởi các enzim xenluloza có khả năng phân huỷ đến disacrit xenluloza hoặc glucoza. Tóm lại thành phần và hàm lượng chất hữu cơ ảnh hưởng rất mạnh đến quàn thể vi sinh vật và hệ enzim được nó tổng hợp nên. Trong nước thải giàu protein có nhiều vi khuẩn gây thối, còn trong nước thải chứa nhiều xenluloza thì vi khuẩn và nấm phân giải xenluloza phát triển mạnh. c. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. - Nhu cầu dinh dưỡng: Để vi sinh vật phát triển bình thường tỷ lệ chất dinh dưỡng trong nước thải cần thiết là: Quá trình hiếu khí: C : N :P = 100 : 5 : 1 Quá trình yếm khí: C : N :P = 100 : 1.5 : 0.3 Nếu không đủ các chất dinh dưỡng sẽ kìm hãm và ngăn cách quá trình oxy hoá sinh hoá. Nếu thiếu Nitơ sẽ tạo bùn hoặc tính khó lắng, còn thiếu Phôtpho sẽ là quá trình lắng chậm và giảm hiệu suất oxy hoá các chất hữu cơ. - ảnh hưởng của pH: Đối với đa số vi sinh vật, pH tối ưu là từ 6,5 - 8,5. Giá trị pH ảnh hưởng lớn tới quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng vào tế bào vi sinh vật. - ảnh hưởng của các chất độc hại: Các nguyên tố kim loại nặng và muối của nó có tác dụng huỷ hoại hoạt động sống bình thường của vi sinh vật, do đó trong quá trình xử lý nước thải phương pháp sinh học cần phải loại bỏ các chất độc hại này dưới giới hạn cho phép. - ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ trong quá trình xử lý nước thải thường là 60C < t < 370C. Nhận xét: trong các phương pháp xử lý nước thải thì phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học triệt để nhất. d. Các phương pháp làm sạch sinh học Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau, nhưng có thể chia làm hai loại chính: - Phương pháp hiếu khí - Phương pháp yếm khí * Phương pháp hiếu khí: Phương pháp xử lỹ sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí, để đảm bảo hoạt đông sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ từ 200 – 400C Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí có thể trong điều kiện nhân tạo hoặc tự nhiên: tại đó người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hoá để cho quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất xử lý cao hơn. * Phương pháp yếm khí: Sử dụng vi sinh vật yếm khí để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học và nước thải chứa lượng chất hữu cơ cao BOD : 4 – 5g/l. Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn trong đó các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ. Xử lý nước thải, sử dụng quá trình lên men khí Metan gồm 2 pha: pha axit và pha kiềm. Trong pha axit, các vi khuẩn tạo axit ( các vi khuẩn tuỳ tiện, các vi khuẩn yếm khí) hoá lỏng các chất rắn hữu cơ sau đó lên men và tạo ra axit bậc thấp: axit béo, cồn... Trong pha kiềm, các vi khuẩn tạo Metan chỉ gồm các vi khuẩn yếm khí chuyển hoá các sản phẩm trung gian tạo CH4 và CO2. Phương pháp yếm khí dùng để xử lý nước thải có chất hữu cơ ô nhiễm cao ( COD > 200mg/l) càng lớn càng tốt. Phương pháp này có ưu điểm là lượng bùn sinh ra ít, tiêu tốn ít năng lượng (không cần sục khí) và tạo kjhi Metan có giá trị năng lượng. Do yêu cầu của dòng thải ra, nước thải bia cần được xử lý yếm khí trước để giảm tải trọng ô nhiễm trước khi đưa vào xử lý hiếu khí, kết hợp giữa phương pháp hiếu khí và yếm khí. Tất cả các phương pháp sinh học thường cần một mặt bằng xử lý và kinh phí đầu tư lớn. Do đó nó chỉ thích hợp với cơ sở sản xuất bia có quy mô và vốn đầu tư lớn. Trong xử lý nước thải công nghiệp, các phương pháp hiếu khí được sử dụng rộng rãi hơn cả. * Một số phương pháp khác Phương pháp bùn hoạt tính (aeroton): Nguyên lý: đây là một loại bể phản ứng sinh học với dòng cấp liên tục, trong đó sinh khối bùn được khuấy trộn cùng với nước thải. Sau đó bùn được tách ra trong bể lắng đợt hai một phần bùn được trở lại trong bể lắng. Sau khi xử l lý BOD trong nước thải có thể đạt tới 10-30mg/l. Nếu thiếu chất dinh dưỡng nitơ, phốt pho thì quá trình sinh khối bùn dễ tạo ra bùn dạng sợi, khó lắng . Đặc điểm của bể này là sức tải bùn không lớn lắm thì hiệu suất xử lý tương đối cao đến 90%, thời gian làm thoáng là 4 đến 8 giờ. Loại bể này áp dụng để xử lý các loại chất bẩn có nồng độ BOD là dưới 400mg/l và nước thải chứa ít chất độc hại, rất thích hợp cho việc xử lý nước thải bia. Đối với nước thải bia nên hạn chế bã men trong nước thải. Hồ sinh học hiếu khí: có thể nối tiềp hoặc song song nhau được sục khí, sau đó có bể lắng và đáy hồ được chống thấm và diện tích phảI lớn. Loại hồ này có ưu điểm là chi phí vận hành và quản lý thấp. Song nhược điểm lớn nhất của chúng là đòi hỏi diện tích mặt bằng lớn, thời gian nước lưu dài, nếu không đảm bảo điều kiện hiếu khí sẽ gây ra mùi khó chịu,là môi trường thích nghi cho các loại động vật cấp thấp phát triển gây ô nhiễm cho môi trường xung quanh. Phần IV: Thuyết minh và tính toán dây Chuyền công NGHệ Xử Lý nước thải bằng phương pháp sinh học cho nhà máy bia hà nội I. Tình hình nước thải của nhà máy bia Hà Nội Do điều kiện kinh tế ngày càng phát triển dẫn đến đời sống kinh tế ngày càng cao, nhu cầu về đời sống ngày càng được cải thiện, một trong những nhu cầu đó được thể hiện ở năng suất bia của cả nước ngày càng cao, riêng nhà máy bia Hà Nội : - Năm 2004 năng suất đạt 100 triệu lít/năm. - Năm 2005 năng suất đạt 112 triệu lit/năm. * Đặc tính của nước thải bia - Công đoạn nấu: Nước thải chứa nhiều chất hữu cơ: tinh bột, đường (bã), ở đây nước thải có nhiệt độ cao. - Giai đoạn lên men: Nước thải vệ sinh thiết bị có chứa men thải, do dùng xút và HNO3 để vệ sinh nên pH của nước thải có biến động lớn. - Chiết chai: Nước thải của máy rửa chai và máy thanh trùng có pH cao và nhiệt độ cao. * Đặc trưng của nước thải bia - Chứa nhiều chất hữu cơ do đó hàm lượng COD cao - Hàm lượng COD xấp xỉ 2000- 5000mg/l - Hàm lượng BOD xấp xỉ 1500mg/l - Biến động pH lớn 4-14 - Nhiệt độ trung bình 25-40oC Do lưu lượng thải không đều, nước thải có chứa nhiều men nênCOD có lúc lên đến 8000mg/l II. Các tham số công nghệ quan trọng - pH: là một thước đo độ kiềm và độ axit của nước thải. - COD: Nhu cầu oxy hoá học. Đây là một cách tiếp cận hoá học nhằm đo lượng ôxy tương đương với một phần vật chất hữu cơ có thể bị ôxy hoá do dùng một chất ôxy hoá mạnh (đicomatkali và chất xúc tác). - BOD: Nhu cầu oxy sinh hoá. Đây là cách tiếp cận sinh học nhằm đo lượng ôxy mà các vi khuẩn hiếu khí cần để oxy hoá (tức là Ăn) các chất hữu cơ. (Nói cách khác đây là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật sử dụng cho quá trình oxy hoá các chất hữu cơ. - TS,DS: chất rắn tổng, chất rắn khô, tức là tất cả các chất đã hoà tan và không hoà tan được trong nước thải. - TSS: tổng chất rắn thể huyền phù. Đây là một thước đo đối với các vật chất dạng hạt không hoà tan, khi các chất rắn khô được định lượng bằng cách lọc một thể tích mẫu đã biết, trung bình là 300mg/l - DO: Độ oxy hoà tan. Đây là con số ước tính lượng oxy dứt khoát phải có trong nước thải để các vi khuẩn chuyển hoá/phân huỷ các chất hữu cơ hấp thụ được. Nếu trong nước có hàm lượng DO thấp có nghĩa là nước bị ô nhiễm chất hữu cơ Buồng phản ứng metan (MUR) là môi trường kỵ khí nơi sự phân huỷ hoặc phân rã các chất hữu cơ diễn ra. UASB: (Upflow Naerobic Sludge Bed = bể bùn kỵ khí chảy lên) là một kiểu buồng phản ứng metan tại đó nước thải được đưa vào ở đáy bể thông qua một hệ thống phân phối, nước thải dâng lên thông qua lớp bùn giàu vi khuẩn, sinh metan và dòng chất lỏng đã xử lýđược thu gom tại đường ống tràn, sau khi đi qua bể phân ly 3 giai đoạn Bể phân ly 3 giai đoạn: hoặc bể lắng kiểu chảy cắt ngang có trang bị các gợn múi song song đặt ở nóc hầm phản ứng, tại đó chất lỏng hoà trộn được tách thành biogas, bùn vi khuẩn và chất lỏng đã xử lý hoặc đã gạn. - F.O.G: các chất béo,dầu và mỡ. Đây là cách tính gần đúng khối lượng các chất hữu cơ trích xuất từ dung dịch loãng hoặc huyền phù nhờ dùng hexane, khi đo tỷ số giữa khối lượng vật chất khô bị hao đi do đun nóng mẫu tới 1050C với khối lượng ban đầu của mẫu. - VSS: chất rắn thể huyền phù dễ bay hơi. Bảng 3: Thành phần nước thải của nhà máy bia Hà nội Thông số Đơn vị tính Dòng vào Tỉ lệ nước thải/bia Hl/hl bia 7,5 COD/bia Kg/hl bia 1,875 COD (Đicrômát) mg/l 2.000 Kg/ngày 6.000 BOD mg/l 1.333 Kg/ngày 4.000 TSS mg/l 300 F.O.G mg/l <10 PH So 7á13 Nhiệt độ 0C 24á40 - Tiêu chuẩn của dòng ra của nước thải + BOD: 25- 30mg/l + COD: 80-100mg/l + TSS: 50mg/l + pH: 6-9 + Nhiệt độ < 40oC. III. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải ở nhà máy bia Hà Nội 1.Sàng chắn rác 2,5,6,17.Bơm 3.bể trung hoà 4.cánh khuấy 7.van 8.hệ thống phân phối 9.tấm chắn lượn sóng 10.bể uasb 11. Bể trung gian 12.máy nén khí 13,giàn sục khí 14.bể xử lý hiếu khí 15. bể lắng 16. Bộ phận gạt IV. Thuyết minh hệ thống 1. Tiền xử lý Nước thải từ nhà máy bia dược chảy vào hố bơm bằng hệ thống cống. Trước khi xử lý bằng phương pháp sinh học, nước thải được chảy qua sàng chắn rác để loại bỏ những vật có kích thước lớn (chai, nhãn mác) có thể làm ảnh hưởng đến quá trình xử lý và gây hỏng thiết bị. Từ hố bơm nớc thải được bơm vào bể điều hoà, bể điều hoà có tác dụng lưu giữ và hoà trộn nước thải với thời gian lưu khoảng 6 giờ. Bể được lắp bộ điều khiển và đo mức, máy khuấy trộn pH dòng vào được điều chỉnh bằng axit HCl hoặc xút NaOH (phụ thuộc vào độ pH của nước thải nhà máy).Đây là thông số rất quan trọng trong giai đoạn xử lý ban đầu và được kiểm soát liên tục bằng đầu đo pH lắp trên dòng vào bể metan. Trong trường hợp cần thiết NaOH hoặc HCl được bổ sung. HCL được bổ sung vào bể, NaOH bổ sung vào bể bằng hai đường: một đường vào bể và một đường bổ sung trên đường ống đầu vào bể metan. Giá trị pH được đặt trong khoảng trung tính đến axit nhẹ phụ thuộc vào sự tiến triển của quá trình khởi động và hiệu quả xử lý của hệ thống. Chế độ tự động pH được đo và điều chỉnh từng bước biến thiên theo pH của nước ở đầu ra của bể metan (bằng pH dòng tuần hoàn). Hệ thống này cho phép tối thiểu lượng NaOH tiêu thụ và điều chỉnh chính xác giá trị pH nằm trong giá trị an toàn trong mọi thời điểm. Trong trường hợp hệ thống không giữ được pH của bể metan nằm trong khoảng cài đặt, bơm cấp nước cho bể metan ngừng hoạt động. Trong thời gian này, nếu mức nước trong bể điều hoà sẽ tăng lên nước sẽ theo đường ống tràn sang bể sục khí. Trong trường hợp khẩn cấp NaOH và HCl có thể được bổ sung bằng tay từ tăng chứa. Độ pH lý tưởng của bể điều hoà nằm trong khoảng từ 4.5-9. Hàm lượng COD phải được chuyển hoá tới mức cao nhất có thể thành VFA, có nghĩa là tỷ số VFA/COD thấp nhất 0,3 có thể tăng lên 0,4. 2. Xử lý yếm khí Từ bể điều hoà nước thải được bơm vào bể metan (UASB) đây là thiết bị chính trong hệ thống xử lý và là thiết bị tốt nhất cho loại nước thải này. Nước thải được trộn với một phần dòng tuần hoàn và đi vào bể metan với một giá trị lưu lượng ổn định thông