Luận văn Nghiên cứu công nghệ và mô hình hoá quá trình xử lý nước thải công ty TNHH Hải Long

lơ lửng trong nước hoặc bám trên bề mặt của vật liệu mang (còn gọi là vật liệu đệm). Ở dạng tồn tại lơ lửng thường được sử dụng trong kỹ thuật bể sục khí aerotank, bể kị khí dòng ngược UASB sử dụng bùn hoạt tính. Ở dạng bám trên vật liệu đệm thường được sử dụng trong kỹ thuật lọc sinh học nhỏ giọt hoặc lọc sinh học với vật liệu đệm ngập trong nước (còn gọi là lọc sinh học cao tải). Tập hợp VSV lơ lửng thường không bền và có tuổi thọ ngắn, hình thành, tan rồi lại hình thành tập hợp mới rất nhanh không có tính chất đặc trưng. Ngược lại với tập hợp VSV trên bề mặt vật liệu đệm có quá trình hình thành và phát triển rất phức tạp và có tuổi thọ lớn hơn. Kỹ thuật sử dụng vật liệu mang để tạo màng VSV thường là đi kèm thông khí tự nhiên hoặc cưỡng bức. Ban đầu hình thành các cá thể VSV đơn lẻ tại các vùng lõm của bề mặt đệm tại đây ảnh hưởng của dòng lỏng và dòng khí rất ít tạo điều kiện cho VSV hiếu khí phát triển sinh khối. Lớp sinh khối ban đầu này phát triển ngày càng mạnh nhờ chất dinh dưỡng có trong nước thải và ôxi của không khí (đây là quá trình tiếp xúc 3 pha rắn- lỏng- khí). Khối VSV trong quá trình phát triển sinh ra lớp màng nhầy bao bọc. Lớp màng này có vai trò chống lại tác động của dòng chảy vì vậy chúng có tác dụng bảo vệ rất tốt, ngoài ra lớp màng nhầy này còn có tác dụng hấp phụ các chất dinh dưỡng và ôxi nuôi VSV. Nhờ được bảo vệ chắc chắn tập hợp VSV này phát triển ngày càng mạnh và lan rộng khắp bề mặt đệm gọi là màng sinh học. Khi lớp màng phát triển đầy đủ nó sẽ có một cấu trúc hoàn chỉnh đi từ ngoài vào gồm: lớp màng nhầy, lớp VSV hiếu khí, lớp VSV kị khí (do ôxi không thể khuếch tán sâu vào trong). (xem hình I.3) Lớp màng nhầy Bề mặt Lớp VSV Lớp VSV chất mang yếm khí Hiếu khí Chất hữu cơ O2 trong môi trường Lớp sinh học Màng chất lỏng môi trường Hình I. 3: Cấu trúc của màng sinh học khi phát triển đầy đủ Khi màng sinh học phát triển đầy đủ, quá trình phân huỷ ở vùng kỵ khí xảy ra mạnh làm giảm khả năng bám dính của màng lên bề mặt vật liệu mang. Quá trình này kéo dài sẽ làm bong màng khỏi vật liệu và chu kỳ hình thành lớp màng mới lại bắt đầu. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của màng: - Độ pH của môi trường có ảnh hưởng lớn đến quá trình ức chế hay kích thích sự phát triển của màng sinh học. Độ pH ảnh hưởng quyết định đến năng suất làm việc của màng thậm chí còn làm thay đổi chủng loại VSV tạo màng hoặc huỷ hoại màng. - Cấu trúc, bản chất của vật liệu được sử dụng làm đệm có ảnh hưởng lớn đến quá trình hình thành và phát triển của màng. Sự bám dính của màng sinh học lên vật liệu đệm chủ yếu nhờ lực liên kết tĩnh điện giữa các nhóm phân cực của thành tế bào VSV và các nhóm phân cực hoặc ion của bề mặt vật liệu hoặc lỗ mao quản tự nhiên, bên cạnh đó còn có lực Van-dec-van, trọng lực, tính thấm ướt trong dung môi nước của vật liệu. Thông thường độ rỗng xốp, độ nhám, độ phân cực của vật liệu có ảnh hưởng quyết định đến thời gian hình thành, độ dầy, độ rộng và tuổi thọ của màng. Ngoài ra các yếu tố khác cũng tác động đến quá trình tạo màng như sức mài mòn của dòng chảy, nhiệt độ, tỉ lệ dinh dưỡng (C, N, P), chế độ cấp dưỡng khí,... I.3- Công ty TNHH Hải Long và các vấn đề cần được giải quyết Để phát triển công nghệ xử lý nước thải của ngành chế biến NLTS, luận văn đã lựa chọn nước thải của Công ty TNHH Hải long (gọi tắt là Công ty) làm đối tượng nghiên cứu. Đây là một trong các công ty điển hình vể sản xuất chế biến rong câu, sản xuất bia với quy mô khá lớn tại Hải Phòng. Nước thải của Công ty được coi là đối tượng khó trong xử lý. Dưới đây là một vài nét sơ lược về hoạt động sản xuất và chất thải của Công ty. I.3.1- Các hoạt động sản xuất của Công ty Công ty TNHH Hải Long hoạt động trong ngành sản xuất bia và chế biến nông lâm thuỷ sản. Nằm cạnh bờ sông Lạch Tray (hạ lưu của hệ thống sông Thái bình), địa chỉ của Công ty: 109 đường Trường Chinh, Kiến An, TP. Hải Phòng. Ngày đầu khởi nghiệp, Công ty sản xuất bia hơi và các loại bánh từ bột gạo, từ năm 2001 Công ty bắt đầu sản xuất agar từ nguyên liệu rong câu chỉ vàng và rong sụn. Hiện nay, công ty có xưởng sản xuất agar, xưởng sản xuất bia, xưởng sản xuất thử nghiệm thạch rong câu, xưởng sản xuất bánh rế. Vì vậy, sản phẩm của Công ty khá phong phú. Bảng I. 5: Các sản phẩm của công ty TNHH Hải Long Stt Tên gọi Đơn vị Số lượng 1 Agar Kg/ tháng 4.000 2 Bia Lít/ tháng 15.000 3 Bánh rế Cái/ tháng 30.000 “Nguồn: Báo cáo quan trắc nước thải công nghiệp – Công ty TNHH Hải Long– Trung tâm Quan trắc môi trường Hải Phòng [9]” Mỗi sản phẩm của công ty có một dây truyền công nghệ sản xuất riêng. Ở đây luận văn chỉ đề cập đến các dây chuyền công nghệ sản xuât ra các sản phẩm chính. 1- Xưởng sản xuất agar Công suất: trung bình 50 tấn/năm pH ³ 10 TSS, chất hữu cơ pH £ 6 Chất hữu cơ Rong câu Ngâm xút Giặt, rửa Thủy phân Lọc Ép khô, sấy Agar Xút Nước sạch Nước Axit citric Kiểm tra Nước thải Bã thải Công nghệ: thuỷ phân bằng axit citric. Đầu vào Sơ đồ dòng Chất thải Hình I. 4: Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất agar 2- Xưởng xản suất bia Công suất: 180.000 lit/năm Nấu - đường hoá Nấu hoa Nên men chính, phụ Lọc dịch đường Tách bã Lọc bia Nước thải Nén CO2 Làm lạnh Bão hoà CO2 Chiết chai Hơi nước Nước sạch Chai sạch Nguyên liệu Đầu vào Sơ đồ dòng Chất thải Hình I. 5: Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất bia hơi Chai đã sử dụng Rửa chai Khử trùng Chai sạch Nước thải Nước sạch Từ hai sơ đồ công nghệ cho thấy nguyên liệu chính của Công ty là rong câu, nước, malt đại mạch, hoa hublong, gạo, đường, nấm men,… ngoài ra, còn sử dụng các hoá chất như xút, axít citric, javen. Hình I. 6: Sơ đồ dòng công đoạn rửa chai Bảng I. 6: Nguyên liệu và hoá chất sử dụng của Công ty TNHH Hải Long Stt Tên gọi Đơn vị Số lượng/tháng 1 Rong câu Tấn 45 2 Malt Tấn 4,3 3 Gạo Tấn 2,0 4 Hoa Hublon Kg 15 5 Đường Kg 300 6 Xút Tấn 4,5 7 Javel Tấn 4,0 8 Axit citric Kg 250 I.3.2- Các vấn đề về chất thải của Công ty Các nguyên phụ liệu đi vào sản phẩm phần còn lại tồn tại ở dạng chất thải rắn và chất hoà tan cùng với hoá chất dư vào nước thải. I.3.2.1- Chất thải rắn Chất thải rắn hàng tháng của Công ty bao gồm khoảng 20.000 kg bã rong câu, 1.000 kg bã bia, bã hoa bia và một lượng lớn xỉ than. Lượng chất thải rắn này được Công ty thuê Công ty Môi trường đô thị Hải Phòng thu gom, vận chuyển và xử lý chôn lấp tại bãi rác tập trung của Thành phố Hải Phòng. I.3.2.2- Nước thải Nước thải của Công ty phát sinh từ hai nguồn với các đặc tính khác nhau: Nước thải từ xưởng sản xuất bia hơi: đây là nguồn nước thải chứa nhiều chất hữu cơ với thành phần chính là tinh bột đã nấu chín, đường gluco, chất đạm hữu cơ, phốt pho hữu cơ và một lượng lớn vi khuẩn, nấm men. Nước thải này thuộc loại dễ phân huỷ ngoài ra trong nước thải còn chứa một lượng lớn chất rắn lơ lửng có nguồn gốc hữu cơ như bã bia, bột nguyên liệu,… Tuy nhiên với sản lượng bia thấp lượng nước thải sinh ra cũng không nhiều nước tính trong ngày sản xuất cao điểm lượng nước thải khoảng 30 – 40m3/ngày. Nước thải từ xưởng sản xuất agar: đây là nguồn nước thải chứa nhiều chất hữu cơ hoà tan có thành phần chính là tinh bột, sắc tố của rong câu (có mầu xanh đen), đạm hữu cơ, phốt pho hữu cơ, chất rắn lơ lửng có nguồn gốc chất hữu cơ như bã rong câu và chất vô cơ như bùn đất, phù sa lẫn trong nguyên liệu. Ngoài ra, trong nước thải còn có một lượng lớn xút dư từ công đoạn tẩy trắng nguyên liệu. Xưởng sản xuất này mang lại nguồn lợi chính cho Công ty với sản lượng vào khoảng 4 tấn/tháng nên lượng nước thải sinh ra vào loại lớn đạt 700m3/ngày. Cả hai loại nước thải này được chảy chung vào một hệ thống cống trước khi thải ra môi trường. Bảng I. 7: Kết quả phân tích mẫu nước thải của công ty TNHH Hải Long Stt Ngày Mầu BOD5 (mg/l) COD (mg/l) TSS (mg/l) N.T (mg/l) Phc (mg/l) P.T (mg/l) 1 12/01/2005 263 454,7 992 361,3 123,5 4,56 15,9 2 13/01/2005 271 591,2 1650 747,3 190,7 7,03 21,0 3 14/01/2005 250 560,5 1773 1443,3 213,0 9,00 24,5 TCVN 5945-1995 cột B 50 100 100 60 4 6 Bảng I.7 cho thấy nước thải của Công ty có hàm lượng chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng cao, so với tiêu chuẩn cho phép TCVN 5945-1995 hầu hết các chỉ tiêu đề vượt từ 5 đến 15 lần. Điều đó khẳng định nước thải của Công ty gây ô nhiễm nghiêm trọng và cần được xử lý đảm bảo đạt dưới tiêu chuẩn cho phép trước khi thải ra môi trường Tóm lại: Chất thải rắn là chất hữu cơ và xỉ than lượng chất thải này cơ bản không phải chất thải nguy hại dễ xử lý. Nước thải có hàm lượng hữu cơ, chất dinh dưỡng, mầu sắc và lưu lượng lớn cần được nghiên cứu xử lý đạt tiêu chuẩn thải. Đề tài luận văn là xử lý nước thải của Công ty và tập trung vào giải quyết các vấn đề sau: Xử lý triệt để các chất ô nhiễm hữu cơ, chất dinh dưỡng N, P, K ở nồng độ cao. Tiết kiệm diện tích, chi phí đầu tư xây dựng, chi phí vận hành hệ thống. Đơn giản hoá quá trình vận hành hệ thống. Chương II: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM II.1- Phương pháp xác định các chỉ số của nước thải Trong quá trình làm thí nghiệm các chỉ số pH, DO, COD, BOD5 được tiến hành kiểm soát. Các thông số chất lượng nước thải đưa vào xử lý và nước đã xử lý cuối cùng được phân tích tại phòng thí nghiệm của Viện Tài nguyên và Môi trường biển. Vì vậy, sau đây chỉ trình bầy phương pháp đo nhanh các thông số pH, DO, và phương pháp phân tích COD, BOD5. II.1.1- Phương pháp đo pH pH được xác định bằng phương pháp điện cực chọn lọc với thiết bị đo nhanh hiện số EC10 (USA) và điện cực thuỷ tinh (USA). Được hiệu chuẩn với dung dịch đệm pH có các giá trị pH=7 và pH=10. II.1.2- Phương pháp đo DO Chỉ số DO được xác định bằng phương pháp điện cực chọn lọc với máy đo độ ôxi hoà tan YSI 52 (USA). Phương pháp này được hiệu chỉnh thường xuyên mỗi lần đo bằng không khí ẩm. II.1.3- Phương pháp xác định COD Phương pháp xác định COD được sử dụng là phương pháp so mầu với máy trắc quang DR/4000 (USA). Nguyên tắc của phương pháp: Sử dụng tác nhân ôxi hoá là dikalicromat với xúc tác là bạc sunfat trong môi trường axit mạnh và đun hồi lưu kín ở nhiệt độ 1500C liên tục 2 giờ. Ion Cr3+ sinh ra sau quá trình ôxi hoá được đo bằng máy trắc quang ở bước sóng 600 nm. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của phương pháp là sự có mặt của ion Cl-, NO3-. Các chất này bị loại bỏ khả năng ảnh hưởng bằng thuỷ ngân (II) sunfat và axit sunfamic dạng tinh thể tinh khiết. Dụng cụ và hoá chất: Máy trắc quang DR/4000, Lò phá huỷ mẫu COD đạt nhiệt độ 1500C, Ống thuỷ tinh Bore có nắp TFP, kích thước f = 16 mm, H = 100 mm, Hoá chất : K2Cr2O7 , Ag2SO4, H2SO4, Hg2SO4 , axit sunfamic và kali hydrophtalat, nước cất 2 lần. Dung dịch K2Cr2O7. 0,5N hoạt hoá bằng 120ml H2SO4 đặc/1000ml, Axit H2SO4 đặc có hoà tan 20g Ag2SO4/1000ml Dung dịch sunfamic 20%. Cách tiến hành: Dựng đường chuẩn: chuẩn bị dãy chuẩn bằng dung dịch gốc muối kali hidrophtalat có nồng độ chính xác được pha như sau: sấy muối kali hidrophtalat tinh khiết ở nhiệt độ 1230C đến khối lượng không đổi sau đó cân chính xác 430mg và pha loãng đến 500ml, được dung dịch gốc tương ứng với COD bằng 1000mgO2/lít để lạnh dùng được 3 tháng. Dãy chuẩn được pha theo thứ tự từ trái sang phải và lượng các chất như bảng II.1 với ống thuỷ tinh Bore đã rửa sạch và sấy khô: Bảng II. 1: Pha dãy chuẩn phân tích COD Stt H2SO4 tinh thể (mg) K2Cr2O7. 0,5N (ml) Dung dịch chuẩn (ml) H2SO4 đặc có Ag2SO4. (ml) COD được pha (mgO2/l) 1 40 3 2 3 0 2 40 3 2 3 50 3 40 3 2 3 100 4 40 3 2 3 200 5 40 3 2 3 400 6 40 3 2 3 600 7 40 3 2 3 1000 Trộn đều và đem công pháp ở nhiệt độ 1500C trong 2 giờ bằng máy phá huỷ mẫu COD chuyên dùng. Để nguội đến nhiệt độ phòng và đo ở bước sóng 600nm. Dựng đường chuẩn quan hệ giữa COD biết trước và độ hấp phụ ánh sáng bằng phần mềm cài đặt sẵn trong máy DR/4000. Phân tích mẫu: Mẫu được pha loãng (nếu cần thiết) để đưa về trong khoảng 0 – 1000 mg/l. Thao tác tương tự như khi dựng đường chuẩn. Khi đo bằng máy DR/4000 có nhớ sẵn đường chuẩn vừa dựng, chỉ cần gọi lại chương trình đã cài đặt và đo độ hấp thụ quang, số hiển thị là mgO2/l. Độ chính xác của phương pháp: theo tài liệu Standard method –USA thì độ chính xác của phương pháp này đạt 93 – 95 %. II.1.4- Phương pháp xác định BOD5 BOD là lượng ôxi đã tiêu hao do các hoạt động ôxi hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Nguyên tắc phương pháp: Xác định BOD là xác định sự sai khác DO của mẫu song song: mẫu thứ nhất trước khi có sự hoạt động của vi sinh vật và mẫu thứ hai sau khi có sự hoạt động của vi sinh vật. Thường quy ước xác định ủ 5 ngày ở nhiệt độ 200C trong phòng tối (tránh quang hợp), kí hiệu là BOD5. Dụng cụ hoá chất: Tủ ủ ấm BOD – HACH (USA), Máy đo độ ô xi hoà tan YSI 52 (USA), Máy sục khí bão hoà ôxi, Chai chuyên dùng cho mẫu BOD 250ml có cổ, nút nhám, Nước cất 2 lần, Dung dịch đệm phốt phát: cân 8,5g KH2PO4, 21,75gK2HPO4, 33,4g Na2HPO4 . 7H2O và 1,7g NH4Cl pha thành 1 lít dd với nước cất, Dung dịch MgSO4: 22,5 g MgSO4 .7H2O pha thành 1 lít dd với nước cất, Dung dịch CaCl2: 27,1 g CaCl2 khan pha thành 1 lít dd với nước cất, Dung dịch FeCl3: 0,25g FeCl3. 6H2O pha thành 1 lít dd với nước cất, Dung dịch HCl. 1N, NaOH. 1N, Dung dịch Na2SO3 0,025N, Dung dịch nước cấy mầm vi khuẩn (từ nước thải sinh hoạt), Cách tiến hành: Chuẩn bị dung dịch pha loãng: Nước cất bão hoà ôxi: sử dụng nước cất 2 lần và sục khí kết hợp lắc liên tục trong 30 giờ ở 200C. Thêm các chất môi trường: Thêm 1ml mỗi loại các dung dịch hoá chất gồm đệm phốt phát, magiê sunfat, canxi clorua, sắt III clorua vào nước cất bão hoà ôxi rồi định mức đến 1 lít. Bổ sung vi sinh vật bằng 1 – 2ml nước thải sinh hoạt chưa xử lý cho 1 lít nước dung dịch pha loãng. Pha loãng nước mẫu: Sử dụng dịch pha loãng để pha loãng mẫu sao cho BOD trong mẫu đem phân tích vào khoảng 20–25 mgO2/l. Bằng cách ước lượng BOD bằng khoảng 50% COD. Cho V ml mẫu vào dung dịch pha loãng và định mức đến 1 lít. rót nước mẫu đã pha loãng vào 2 chai BOD dung tích 250 ml (rửa sạch bằng nước cất) sau khi đã sử dụng chính dung dịch này tráng ít nhất 2 lần. Một chai được đo DO sau khi để ổn định 15 phút và một chai được do DO sau 5 ngày ủ trong tủ BOD ở nhiệt độ 200C. Tính toán kết quả: BOD5 được tính theo công thức: BOD5 = (mgO2/l) (2.1.1) Trong đó: D1: DO của mẫu pha loãng sau 15 phút (mg/l), D2: DO của mẫu pha loãng sau khi ủ 5 ngày (mg/l), V: thể tích mẫu đem pha loãng (ml), B1: DO của nước pha loãng sau 15 phút (mg/l), B2: DO của nước pha loãng sau khi ủ 5 ngày (mg/l), V1: thể tích chất lỏng bổ sung vi khuẩn cho D1, V2: thể tích chất lỏng bổ sung vi khuẩn cho B1, II.2- Phương pháp tính II.2.1- Xác định hiệu suất và năng suất xử lý COD Hiệu suất xử lý COD của quá trình lắng đông keo tụ: (2.2.1) Trong đó: H Là hiệu suất ( %) CODv nhu cầu ô xi hoá hoá học của dòng vào - mg/l CODr nhu cầu ô xi hoá hoá học của dòng ra - mg/l Năng suất xử lý COD của tháp lọc sinh học cùng chiều: Mxl = 103.Q(CODv - CODr)/Vd (kgO2/m3.h) (2.2.2) Trong đó: Q lưu lượng dòng vào - m3/h CODv: nhu cầu ô xi hoá hoá học của dòng vào - mg/l CODr: nhu cầu ô xi hoá hoá học của dòng ra - mg/l Vd: Thể tích toàn phần của lớp đệm - m3 Vd = 3,14 . (D/2)2 . H D: đường kính tháp lọc - m H: chiều cao lớp đệm - m Do thể tích của mô hình tháp lọc nghiên cứu nhỏ (khoảng 15 lít) chỉ tiến hành phản ứng gián đoạn theo mẻ. Tuy nhiên, muốn duy trì chế độ thuỷ lực chúng tôi đã áp dụng biện pháp bơm tuần hoàn mẫu và coi toàn bộ thể tích của mô hình (gồm cả thể tích đường ống, máy bơm và tháp lọc) là thể tích làm việc của tháp. Khi đó Q không còn ý nghĩa trong công thức (2.2.2). năng suất của quá trình được tính bằng công thức sau: Mxl = 10-3.VMH(CODtr – CODs)/Td.Vd (kgO2/m3.h) (2.2.3) Trong đó: VMH: Tổng thể tích của mô hình - m3 CODtr: Nhu cầu ô xi hoá hoá học trước phản ứng - mg/l CODs: Nhu cầu ô xi hoá hoá học sau phản ứng - mg/l Td: Thời gian lưu (thời gian phản ứng) - h II.2.2- Xác định tốc độ phát triển của màng vi sinh vật Lớp màng vi sinh phát triển trên bề mặt vật liệu lọc theo thời gian được tính theo công thức: (2.2.4) Trong đó: Vvsv : tốc độ phát triển của màng vi sinh vật, Avsv2 : mật độ VSV trên bề mặt đệm VSV/cm2 tại thời điểm sau, Avsv1 : mật độ VSV trên bề mặt đệm VSV/cm2 tại thời điểm trước, Dt : khoảng thời gian giữa các lần xác định mật độ VSV. II.3- Đặc tính nước thải của công ty TNHH Hải Long Theo tài liệu quan trắc của Trung tâm Quan trắc môi trường tháng 12 năm 2004, nước thải của công ty TNHH Hải Long có các đặc tính sau: II.3.1- Lưu lượng của nước thải - Mức độ thải vào loại lớn ở mức sản xuất ổn định mùa đông là 1000 m3/ngày còn vào mùa hè còn lớn hơn vì sản lượng bia hơi tăng gần gấp 2 lần. - Mức độ dao động trong ngày lớn, cao nhất đến 47 m3/h thấp nhất là 15m3/h và trung bình là 25-30 m3/h. II.3.2- Tính chất của nước thải Nước thải của Công ty được cấu thành từ 2 nguồn đó là nguồn từ xưởng sản xuất bia hơi tính chất của nguồn thải này là pH thấp cỡ 6, nhiều chất hữu cơ và giàu vi sinh vật; nguồn thải thứ 2 là nguồn từ xưởng sản xuất agar tính chất của nguồn thải này là có pH thay đổi rộng thấp nhất cỡ 4, cao nhất cỡ 13 đặc biệt là nước ngâm- tẩy trắng nguyên liệu; nhiều chất hữu cơ hoà tan và nghèo vi sinh vật. Tuy nhiên, hai nguồn thải này đi chung trong một hệ thống cống thải lên đã trung hoà bớt kiềm tính của nguồn thứ hai pH cao nhất là 10,3 thấp nhất là 5,5. Trong dây chuyền công nghệ sản xuất agar có công đoạn tẩy trắng bằng dung dịch xút đậm đặc. Trong môi trường này tinh bột bị biến tính và có tính chất hoạt động bề mặt, do đó khi sục khí nước thải sẽ có khả năng tạo bọt tốt. II.4- Phương pháp mô tả thống kê, tối ưu hoá thực nghiệm Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố độc lập đến hàm mục tiêu chúng tôi sử dụng phương pháp mô hình thống kê. Lập mô hình thống kê nghiên cứu quá trình công nghệ hoá học ta cần thực hiện theo các bước sau: xác định hệ; xác định cấu trúc hệ; xác định các thông số của mô hình mô tả hệ; kiểm tra tính tương hợp các mô tả đó và cải tiến nếu cần. II.4.1- Xác định hệ Xác định các yếu tố tố độc lập ảnh hưởng đến hệ. Số yếu tố ảnh hưởng là F: F = FĐK + FH (2.4.1) Trong đó: FĐK - bậc tự do điều khiển; FH - bậc tự do hình học. Trong thực tế, tuỳ theo yêu cầu của người nghiên cứu chỉ cần chọn k (k£F) yếu tố ảnh hưởng lên một hàm mục tiêu y. Hàm mục tiêu y thường là chỉ tiêu công nghệ hoặc chỉ tiêu kinh tế. II.4.2- Xác định cấu trúc hệ Hệ công nghệ hoá học được xem là hộp đen với k các yếu tố đầu vào (bao gồm các tác nhân, nguyên liệu, xúc tác, điều kiện môi trường) và n các yếu tố đầu ra đó là các hàm mục tiêu. II.4.3- Xác định các hàm toán mô tả hệ Hàm toán mô tả hệ là hàm hồi quy thực nghiệm còn gọi là mô hình thống kê: (2.4.2) trong đó: là hàm mục tiêu, bj, bju, bjj là hệ số hồi quy thực nghiệm, xj, xu là các biến mã hoá, k là số biến khảo sát. Phương trình này là dạng tông quát của mô hình thống kê mô tả đối tượng nghiên cứu. II.4.4- Xác định các thông số của mô hình thống kê Các thông số của mô hình thống kê cần xác định chính là các hệ số hồi quy thực nghiệm b từ N thực nghiệm theo công thức: (2.4.3) (2.4.4) Kiểm tra tính có nghĩa của các hệ số bj theo công thức: tbj ³ tp,f2 Trong đó: tp,f2 là giá trị tra bảng của chuẩn số Student ở mức có nghĩa p và bậc tự do lặp f2 = m - 1 (xem phụ lục ). tbj là chuẩn số Student của hệ số bj được xác định theo công thức: vậy, tbj ³ tp,f2 trong đó: (2.4.5) trong đó: (2.4.6) yoa là giá trị của hàm mục tiêu ở thực nghiệm thứ a tại tâm, là giá trị trung bình của m thực nghiệm tại tâm kế hoạch: . (2.4.7) Chỉ có các b có nghĩa (khác 0) mới xuất hiện trong phương trình hồi quy, các hệ số không có nghĩa (bằng 0) sẽ bị loại bỏ. Các hệ số b có nghĩa không phải tính toán lại bởi vì kế hoạch bậc một có tính trực giao. II.4.5- Kiểm tra tính tương hợp của mô hình Sử dụng chuẩn số Fisher để kiểm tra tính tương hợp của mô hình Nến Ftính < Ftra bảng mô hình tương hơp với bức tranh thực nghiệm nhưng cần cải tiến tìm vùng hầu như ổn định để có điểm tối ưu. Nếu Ftính > Ftra bảng mô hình không tương hợp cần phải tiến hành thực nghiệm ở bậc cao hơn. II.5- Phương pháp xác lập mô hình vật lý Việc xây dựng mô hình vật lý mô tả quá trình công nghệ hoá học dựa trên định lý p của Buckingham và phương pháp phân tích thứ nguyên hiện đại. Định lý p được phát biểu như sau: Nếu có n (n £ F+1) các đại lượng đặc trưng có thứ nguyên và không thứ nguyên tuân theo phương trình toàn phần (là phương trình có dạng không đổi khi đơn vị đo của các đại lượng thay đổi): j (x1, x2, ...,x3, ..., xn) = 0 (2.5.1) thì luôn luôn có thể đưa phương trình này về dạng. F (p1, p2, ..., pj, ... pp’) = 0 (2.5.2) trong đó p1, p2, ..., pp’ (p’= n – r) - đại lượng đặc trưng không thứ nguyên chuẩn số được xác định theo công thức pj = , (2.5.3) Các bước tiến hành xây dựng mô hình vật lý mô tả hệ. II.5.1- Xác định các đại lượng công nghệ độc lập Khi nghiên cứu quá trình công nghệ hoá học bao giờ cũng đặt ra một hoặc hai yếu tố là mục tiêu nghiên cứu của hệ và các yếu tố ảnh hưởng độc lập khác. Về số lượng các yếu tố công nghệ độc lập được xác định nhờ bậc tự do theo công thức F = FĐK + FNT + FH Trong đó FĐK là bậc tự do điều khiển hay số lượng các yếu tố công nghệ độc lập điều khiển hệ: đây là các đại lượng đặc trưng cho đầu vào của hệ như lưu lượng, nhiệt độ, khối lượng riêng, hàm lượng chất tan,... của các dòng vật chất tham gia vào hệ FNT là bậc tự do nội tại hay số lượng các yếu tố công nghệ độc lập đặc trưng cho nội tại của hệ. FH là bậc tư do hình học số lượng các yếu tố công nghệ đặc trưng cho các thông số kích thước hệ. II.5.2- Xác định các chuẩn số Các chuẩn số đơn giản: được thiết lập từ các đại lượng không thứ nguyên, các đại lượng có cùng thứ nguyên, và các đại lượng có thứ nguyên dễ dàng biểu diễn bởi sự kết hợp của một vài thứ nguyên của đại lượng khác có trong mô tả hệ. Các chuẩn số phức hợp còn lại được xác định bằng cách lập ma trận thứ nguyên (air) từ các đại lượng còn lại và giải hệ phương trình. (aip)(kij) = 0 (2.5.4) II.5.3- Xác lập mô tả quan hệ chuẩn số và các thông số mô hình Mô tả quan hệ giữa các đại lượng độc lập đến mục tiêu nghiên cứu bằng thiết lập hàm quan hệ chuẩn số có dạng pj = C (2.5.5) Trong đó: pj là chuẩn số của đại lượng mục tiêu pu là chuẩn số của các đại lượng ảnh hưởng độc lập C và au là các tham số của mô hình cần xác định Bằng thực nghiệm theo kế hoạch 2k với các mức trên và mức dưới của pu ta sẽ xác định được C và au thông qua giải hệ phương trình tuyến tính logarit dạng lg(pj) = lgC + (2.5.6) Số ẩn số là u+1 vì vậy muốn giải được phương trình cần ít nhất u+1 thí nghiệm để có u+1 phương trình. II.6- Sơ đồ thí nghiệm Theo bảng phân tích số liệu chất lượng nước thải của Công ty và cơ sở lý thuyết của công nghệ xử lý nước thải đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu. Nước thải của Công ty cần được kết hợp các phương pháp khác nhau để xử lý đạt hiệu quả trên cơ sở thoả mãn: Công nghệ xử lý hiện đại; Chi phí đầu tư thấp, hiệu quả xử lý cao; Giá thành xử lý thấp; Diện tích xây dựng vừa phải; Quy trình vận hành đơn giản; Nước sau xử lý đạt dưới TCVN 5945-1995 cột B. Để đáp ứng được các yêu cầu đó chúng tôi chọn phương án Công nghệ như sau: Thuỷ lực – Hoá lý – sinh học Thuỷ lực: được áp dụng ngay ban đầu nhằm loại bỏ các phần cặn thô, rác lẫn trong nước kết hợp giữa bể lắng nghiêng và song chắn rác. Hoá lý: được áp dụng tách các hạt lơ lửng khó tồn tại dưới dạng hệ keo chủ yếu là xenlulo sinh ra từ quá trình thuỷ phân rong câu, đây là loại chất hữu cơ khó phân huỷ bằng sinh học. Phương pháp hoá lý được áp dụng là đông keo tụ có sử dụng chất trợ lắng Poliacryamit. Sinh học: được áp dụng để loại bỏ hầu hết các chất hữu cơ hoà tan trong nước. Phương pháp này dựa trên quá trình ôxi hoá các chất hữu cơ bằng quá trình ôxi hoá sinh học với sự hoạt động của các vi sinh vật. Quy trình công nghệ: Bể lắng, song chắn rác Thiết bị - lọc sinh học, sục khí Thiết bị - lắng thứ cấp Thiết bị - lắng đông keo tụ Nước thải Nước đã xử lý CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1- Giai đoạn xử lý sơ cấp đông keo tụ: III.1.1- Tiến hành thực nghiệm Dụng cụ: Thùng khuấy bằng nhựa PVC f 110 dung tích 2 l, với dung tích làm việc 1 l, tỉ số H/D = 2 Máy khuấy tốc độ vòng tối đa 200 vòng/phút Cánh khuấy dạng bản nghiêng 450, d =35 mm; h =10 mm Ống đong 1000ml Pipet: 2ml, 10ml Máy đo pH EC 30 Hach (USA) Đồng hồ Hoá chất: Chất đông tụ PAC, phèn Al2(SO4)3 thương phẩm 97%, FeCl3 ; Chất trợ keo tụ A 101, N 106; Axit H2SO4 đặc; NaOH. 5N. Các bước tiến hành Chuẩn bị dụng cụ, hoá chất; Đồng nhất mẫu: Để đảm bảo cùng điều kiện tiến hành thí nghiệm giữa các lần lấy mẫu khác nhau, mẫu nước thải trước khi xử lý được đưa về chất lượng mẫu trung bình trên cơ sở kết quả phân tích đã được Trạm quan trắc thực hiện (tháng 12 năm 2004), bằng cách pha loãng hoặc cô mẫu trong phòng hút ẩm. Thông số được lựa chọn đánh giá hiệu suất thí nghiệm là COD và TSS; Điều c