Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất đường đạt tiêu chuẩn loại B
LUẬN VĂN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT
ĐƯỜNG ĐẠT TIÊU CHUẨN LOẠI B
MỤC LỤC
CHƯƠNG I. PHẦN MỞ ĐẦU................................................................. 1
I.1. Đặt vấn đề............................................................................... 1
I.2. Mục tiêu và nội dung thực hiện.............................................. 1
CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP
MÍA ĐƯỜNG VÀ HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM CỦA NGÀNH NÀY ... 2
II.1. Tổng quát quy trình công nghệ sản xuất .............................. 2
II.1.1.Thành phần của mía và nước mía ................................ 2
II.1.2.Hóa chất làm trong và tẩy màu...................................... 3
II.1.3.Công nghệ sản xuất đường thô...................................... 4
II.1.4.Công nghệ sản xuất đường tinh luyện.......................... 7
II.2.Sơ lược hiện trang ngành sản xuất đường ở việt nam............ 7
II.3.Nước thải ngành công nghịêp sản xuất đường ..................... 8
II.3.1.Nước thải từ khu ép mía................................................ 8
II.3.2.Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và rửa sàn....... 9
II.3.3. Nước thải khu lò hơi..................................................... 9
II.3.4.Đặc trưng của nước thải nhà máy đường ..................... 9
II.4. Khả năng gây ô nhiễm nguồn nước của nước thải ngành
công nghiệp đường ..................................................................... 10
CHƯƠNG III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY ĐƯỜNG .............................................................................. 12
III.1.Lựa chọn quy trình công nghệ ............................................ 15
III.2.Thuyết minh quy trình công nghệ....................................... 15
III.3.Mô tả các công trình đơn vị ................................................ 16
III.3.1. Song chắn rác ........................................................... 16
III.3.2. Hố thu gom ............................................................... 16
III.3.3. Bể lắng cát ................................................................ 16
III.3.4. Bể điều hòa .............................................................. 16
III.3.5. Bể lắng I.................................................................... 17
III.3.6. Bể UASB .................................................................. 17
III.3.7. Bể Aerotank .............................................................. 18
III.3.8. Bể lắng II................................................................... 18
III.3.9. Bể nén bùn ............................................................... 19
CHƯƠNG IV. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ.............. 20
IV.1. Tính bể UASB ................................................................... 20
IV.2. Tính bể Aerotank ............................................................... 24
IV.3. Tính hố thu......................................................................... 40
IV.4. Tính bể điều hòa ............................................................... 41
IV.5. Tính bể lắng I..................................................................... 41
1
CHƯƠNG V. TÍNH TOÁN CHI PHÍ VÀ KẾT LUẬN ..................... 42
V.1. Tính toán chi phí ................................................................. 42
V.1.1. Chi phí xây dựng........................................................ 42
V.1.2. Chi phí thiết bị............................................................ 42
V.1.3. Chi phí phát sinh ........................................................ 42
V.1.4. Chi phí tổng cộng....................................................... 42
V.2. Kết luận .............................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................... 44
MỤC LỤC................................................................................................ 45
2
CHƯƠNG I. PHẦN MỞ ĐẦU
I.1.ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành công nghiệp mía đường là một trong những ngành công nghiệp
chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Trong năm 1998, cả nước đã
sản xuất được 700.000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước.
Trước năm 1990, hầu hết trang thiết bị, máy móc, dây chuyền công nghệ
trong các nhà máy đường đều cũ kỷ, lạc hậu, trình độ và chất lượng sản phẩm
còn thấp. Trong những năm gần đây, do sự đầu tư công nghệ và thiết bị hiện
đại, các nhà máy đường đã không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm.
Tuy nhiên nước thải của ngành công nghiệp mía đường luôn chứa một
lương lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon, nitơ, phốtpho.
Các chất này dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi thối làm ô nhiễm
nguồn nước tiếp nhận.
Phần lớn chất rắn lơ lửng có trong nước thải ngành công nghiệp đường ở
dạng vô cơ. Khi thải ra môi trường tự nhiên, các chất này có khả năng lắng và
tạo thành một lớp dày ở đáy nguồn nước, phá hủy hệ sinh vật làm thức ăn cho
cá. Lớp bùn lắng này còn chứa các chất hữu cơ có thể làm cạn kiệt oxy trong
nước và tạo ra các lọai khí như H2S, CO2, CH4. ngoài ra, trong nước thải còn
chứa một lượng đường khá lớn gây ô nhiễm nguồn nước.
Chính vì tầm quan trọng của công tác bảo vệ môi trường, đề tài về xử lý
nước thải ngành công nghiệp mía đường mang tính thực tế. Đề tài sẽ góp phần
đưa ra các quy trình xử lý chung cho loại nước thải này, giúp các nhà máy có
thể tự xử lý trước khi xả ra cống thóat chung, nhằm thực hiện tốt những quy
định về môi trường của nhà nước.
I.2.MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG THỰC HIỆN
9
Mục tiêu của đề tài là thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy
sản xuất đường đạt tiêu chuẩn loại B
Nội dung của đề tài
9
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết.
Thu thập các phương án xử lý nước thải ngành công nghiệp mía đường.
Phân tích lựa chọn phương án công nghệ khả thi xử lý nước thải nhà
máy đường.
3
CHƯƠNG II.TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP MÍA
ĐƯỜNG VÀ HIỆN TRANG Ô NHIỄM CỦA NGÀNH NÀY
II.1.TỔNG QUÁT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
Nguyên liệu để sản xuất là mía.
Mía được trồng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Việc chế biến đường
phải thực hiện nhanh, ngay trong mùa thu họach để tránh thất thóat sản lượng
và chất lượng đường. Công nghiệp chế biến đường họat động theo mùa vụ do
đó lượng chất thải cũng phụ thuộc vào mùa thu họach. Quy trình cộng nghệ sản
xuất đường gồm hai giai đọan:sản xuất đường thô và sản xuất đường tinh
luyện.
II.1.1. Thành phần của mía và nước mía
Thành phần của mía thay đổi theo vùng , nhưng dao động trong khỏang
sau
Nước
:
:
:
:
69-75%
8-16%
Sucrose
Đường khử
Chất hữu cơ
(ngọai trừ đường)
Chất vô cơ
0,5-2,0%
0,5-1,0%
:
:
:
0,2-0,6%
0,5-1%
Hợp chất Nitơ
Tro(phần lớn là K)
0,3-0,8%
Nước mía có tính axit (pH = 4,9-5,5), đục(do sự hiện diện của các chất
keo như sáp protein, nhựa, tinh bột và silic) và có màu xanh lục. Thành phần
của mía như sau:
Nước
:
:
:
:
75-88%
10-21%
Sucrose
Đường khử
Chất hữu cơ
(ngọai trừ đường)
Chất vô cơ
Hợp chất Nitơ
0,3-3,0%
0,5-1,0%
:
:
0,2-0,6%
0,5-1%
Nước mía có màu do các nguyên nhân sau
Từ thân cây mía : màu do chlorophyll, anthocyanin, saccharetin và tanin
gây ra.
Do các phản ứng phân hủy hóa học:
Khi cho vào nước mía lượng nước vôi, hoặc dưới tác dụng của nhiệt độ,
nước mía bị đổi màu.
Do sự phản ứng của các chất không đường với những chất khác.
Chlorophyll thường có trong cây mía, nó làm cho nước mía có màu xanh
lục. Trong nước mía, chlorophyll ở trạng thái keo, nó dễ dàng bị lọai bỏ bằng
phương pháp lọc.
4
Anthocyanin chỉ có trong lọai mía có màu sẫm, nó ở dạng hòa tan trong
nước. Khi thêm nước vôi, màu đỏ tía của anthocyanin bị chuyển sang màu xanh
lục thẫm. Màu này khó bị lọai bỏ bằng cách kết tủa với vôi( vì lượng vôi dùng
trong công nghệ sản xuất đường không đủ lớn ) hay với H2 SO4.
Saccharetin thướng có trong vỏ cây mía. Khi thêm vôi, chất này sẽ trở
thành màu vàng được trích ly. Tuy nhiên lọai màu này không gây độc, ở môi
trường pH <7,0 màu biến mất.
Tanin hòa tan trong nước mía , có màu xanh, khi phản ứng với muối sắt
sẽ biến thành sẫm màu. Dưới tác dụng của nhiệt độ tanin bị phân hủy thành
catehol, kết hợp với kiềm thành protocatechuic. Khi đun trong môi trường axit
phân hủy thành các hợp chất giống saccharetin.
Ơ nhiệt độ cao hơn 200o C, đường sucrose và hai lọai đường khử
(glucose và fructose) bị caramen hóa và tạo màu đen. Ơ nhiệt độ cao hơn 55o C,
đường khử đã bị phân hủy thành các hợp chất có màu rất bền.
Để lọai bỏ các tạp chất trong nước mía có thể áp dụng trong các biện
pháp sau:
Độ đục :được lọai bằng phương pháp nhiệt và lọc.
Nhựa và pectin, muối của các axít hữu cơ, vô cơ, chất tạo màu: được
lọai bỏ bằng phương pháp xử lý với vôi.
II.1.2. Hóa chất làm trong và tẩy màu
9
Vôi CaCO2 :
Có tác dụng trung hòa các axit hữu cơ có trong nước mía.
Phản ứng với axit phốtphoric tạo Ca3(PO4)2.
Kết hợp với hợp chất nitơ và pectin tạo kết tủa.
Làm kết tủa các hợp chất tạo màu gốc chlorophyll và anthocyanin.
Tác dụng với sucrose tạo saccharates, glucosates.
9
Khí SO2:
Trung hòa lượng vôi thừa:
CA(OH)2 + H2SO3 = CaSO3 + H2O
Tẩy màu nước mía.
9
Khí CO2:
Hấp phụ chất tạo màu.
H3PO4:
Kết hợp với vôi để làm trong nước mía.
Hóa chất tẩy màu:
9
9
Dùng Na2S2O4:
II.1.3. Công nghệ sản xuất đường thô:
Quy trình công nghệ sản xuất đường thô từ mía được trình bày trên hình
1. đầu tiên người ta ép mía cây dưới các trục ép áp lực. Để tận dụng hết đường
có trong cây mía, người ta dùng nước hoặc nước mía phun vào bả mía để mía
5
nhả đường. bã mía ở máy ép cuối còn chứa một lượng nhỏ đường chưa lấy hết,
xơ gỗ và khỏang 40-50% nước.
Nước mía có tính axit (pH =4,9-5,5), đục, có màu xanh lục (chứa 13-
15%chất tan, trong chất khô chứa 82-85% đường saccarosa). Nước mía được
xử lý bằng các chất hóa học như vôi, CO2, SO2, phốt phát rồi được đun nóng để
làm trong. Quá trình xử lý này có tác dụng làm kết tủa các chất rắn, huyền phù
và lắng các chất bẩn. Dung dịch trong được lọc qua máy lọc chân không. Bã
lọc được lọai bỏ, đem thải hoặc dùng làm phân bón. Nước mía sau khi lọc còn
chứa khỏang 88% nước, sau đó được bốc hơi trong lò nấu chân không. Hỗn
hợp tinh thể và mật được thu vào máy ly tâm để tách đường ra khỏi mật rỉ. Rỉ
đường là dung dịch óc độ nhớt cao, chứa khỏang 1/3 đường khử. Sản phẩm phụ
của quá trình sản xuất đường gồm có:
9
9
Bột giấy, tấm xơ ép từ bã mía.
Nhựa, bê tông từ bã mía.
9
Phân bón, thức ăn gia súc, alcohol, dấm, axeton, axit citric,…và
từ mật mía.
Lượng nước thải trong công nghiệp sản xuất đường thô rất lớn bao gồm
nước rửa mía cây và ngưng tụ hơi, nước rửa than, nước xả đáy lò hơi, nước rửa
cột trao đổi ion, nước làm mát, nước rửa sàn và thiết bị, nước bùn bã lọc dung
dịch đường rơi vãi trong sản xuất…
Ngoài bã bùn được dùng để sản xuất phân hữu cơ, nước thải từ các công
đọan trong nhà máy được phân thành các nhóm sau đây:
9
Nhóm A: nước thải có độ nhiễm bẩn không cao, chủ yếu có nhiều
chất lơ lửng ở dạng vô cơ nên chỉ cần lọc sơ bộ qua song chắn rác và lắng tiếp
xúc để lọai bỏ chất lơ lửng, sau đó trộn với nước thải đã xử lý và nước ngưng
tụ rồi xả ra nguồn tiếp nhận.
9
Nhóm B: nước thải có nhiều chất hữu cơ cần được tách riêng để
xử lý.
9
Nhóm C: nước ngưng tụ từ lò hơi, không bị nhiễm bẩn nên dùng
để pha loãng vơi nước thải (A+B) đã qua xử lý và thái ra nguồn tiếp nhận.
II.1.4. Công nghệ sản xuất đường tinh luyện
Quy trình công nghệ tinh luyện đường gồm 3 giai đọan chính:
9
9
9
Rửa và hòa tan.
Làm sạch.
Kết tinh và hoàn tất.
a.Rửa và hòa tan:
9
Rửa:làm sạch lớp phim mạch bên ngoài hạt đường thô để nâng
cao tinh độ của đường.
9
Hòa tan:Đường sau khi ly tâm được hòa tan vào nước thành dung
dịch nước đường nguyên chất để đến khâu hóa chế.
b.Làm trong và làm sạch:
6
9
Làm trong: Nước đường nguyên chất được xử lý bằng các chất
hóa học như vôi, H3PO4 để làm trong. Quá trình xử lý này có tác dụng làm kết
tủa các chất rắn, huyền phù và làm lắng các chất bẩn.
9
Làm sạch:Nước đường sau khi lắng trong được cho thêm than
hoạt tính và bột trợ lọc để khử màu và tăng cường khả năng làm trong. Nước
đường sau lọc gọi là sirô tinh lọc.
c.Kết tinh và hoàn tất:
Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ sirô tinh lọc và đưa dung dịch
đến trạng thái bão hòa, sản phẩm nhận được sau khi nấu đường là đường non
gồm tinh thể đường và mật cái.
Quá trình kết tinh đường gồm có:
9
9
9
9
Cô đặc sirô.
Tạo mầm tinh thể.
Nuôi tinh thể.
Cô đặc cuối cùng.
II.2.SƠ LƯỢC HIỆN TRẠNG NGÀNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG Ở
VIỆT NAM
Ngành đường của Việt Nam nhìn chung khá lạc hậu so với thế giới.
Trước 1954, toàn bộ miền Bắc không có nhà máy đường nào. Sau 1975, ở miền
Nam đã phục hồi lại các nhà máy đường Bình Dương, Hiệp Hòa, Phan Rang,
Khánh Hội, Biên Hòa; xây dựng mới các nhà máy đường La Ngà, Lam Sơn,
Tây Ninh. Ngoài các nhà máy lớn còn có nhiều cơ sở sản xuất đường mía thủ
công, thô sơ, năng suất thấp ở các vùng trồng mía.
Thiết bị sản xuất hầu hết là cũ kỹ, chắp vá, hay gặp sự cố kỹ thuật và bị
rò rĩ, nên khối lượng nước thải rất lớn. Hiện nay, chủ yếu có 3 phương pháp
làm trong :bằng vôi, sunfit và cacbonat. Phương pháp dùng vôi hầu hết còn
dùng trong các cơ sở sản xuất nhỏ, trình độ kém, chủ yếu sản xuất mật vàng và
mật trầm.
Công nghiệp sản xuất mía đường ở Việt Nam là ngành gây ô nhiễm khá
lớn do công nghệ lạc hậu, thiết bị rò rỉ nhiều lại không có bất cứ thiết bị xử lý
nào, trong số các chất ô nhiễm có bụi khói lò hơi, bùn lọc, nước thải, khí thoát
ra từ các tháp phản ứng sunfit hóa và cacbonat hóa. Riêng bã mía được dùng
làm nhiên liệu hoặc để sản xuất giấy bìa, còn mật rỉ được lên men để chế biến
cồn.
Bảng dưới đây thống kê một số nhà máy đường lớn và khối lượng nước
thải của chúng:
7
Bảng Các nhà máy lớn thuộc ngành công nghiệp đường ở miền Nam
Địa chỉ
Trình độ công nghệ
Định
mức tiêu
thụ/tấn
đường
11,5 tấn
22 kg
Nước
thải
Nhà
máy
Năng suất
tấn/ngày
Ghi
chú
Địa
phương
KCN
+
CN
Nguyên liệu
m3/giờ
Quảng
Ngãi
(a)
-Mía
-Vôi tôi
-Lưu hùynh
Quảng
Ngãi
Đường:135 Sunfit
Mía: 1.500 hóa
350
350
6 kg
Xả ra
rạch
Bà
-Mía
-Vôi tôi
-Lưu hùynh
11,5 tấn
22 kg
6 kg
Bình
Bình
Dương Dương
Đường:135 Sunfit
Mía: 1.500 hóa
+
+
Lụa
Xả ra
sông
Vàm
Cỏ
-Mía
-Vôi tôi
-Lưu hùynh
11,5 tấn
22 kg
6 kg
Hiệp
Đường:125 Sunfit
Mía: 1.500 hóa
Long An
Hòa
350
500
Đồng
La Ngà
Đường:180
Vôi
-Mía
-Vôi
12 tấn
7 kg
+
+
+
Đường
Nai
Mía: 2.000
Khánh
Tp.HCM
Hội
Đường:100
Đường:200
Biên
Hòa
Đồng
Nai
II.3.NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT ĐƯỜNG
Do đặc điểm của công nghệ sản xuất đường, ngoài các bã lắng, bã bùn,
bã lọc được tách riêng, nước thải được phân thành các nhóm sau:
II.3.1. Nước thải từ khu ép mía
Ở đây, nước dùng để ngâm ép đường trong mía và làm mát các ổ trục
của máy ép. Lọai nước thải này có BOD cao(do có đường thất thoát) và có
chứa dầu mỡ.
II.3.2. Nước thải rửa lọc, làm mát, rửa thiết bị và rửa sàn
Nước thải rửa lọc tuy có lưu lượng nhỏ nhưng giá trị BOD và chất lơ
lửng cao.
Nước làm mát được dùng với lượng lớn và thường được tuần hoàn hầu
hết hoặc một phần trong quy trình sản xuất. Nước làm mát thường nhiễm bẩn
một số chất hữu cơ bay hơi từ nước đường đun sôi trong nồi nấu hoặc nồi chân
không. Nước chảy tràn từ các tháp làm mát thường có giá trị BOD thấp. Tuy
nhiên, do chế độ bảo dưỡng kém và điều kiện vận hành không tốt nên có lượng
đường đáng kể thất thoát trong nước làm mát. Lượng nước này sẽ được thải đi.
Nước rò rỉ và nước rửa sàn, rửa thiết bị tuy có lưu lượng thấp và được xả
định kỳ nhưng có hàm lượng BOD rất cao.
II.3.3. Nước thải khu lò hơi
8
Nước thải khu lò hơi được xả định kỳ, với đặc điểm là chất rắn lơ lửng
cao và giá trị BOD thấp, nước thải mang tính kiềm.
II.3.4. Đặc trưng của nước thải nhà máy đường
Đặc trưng lớn nhất của nước thải nhà máy đường là có giá trị BOD cao
và dao động nhiều
Bảng BOD5 trong nước thải ngành công nghiệp đường
NM đường thô
NM tinh chế đường
Các loại nước thải
(mg/L)
(mg/L)
Nước rửa mía cây
Nước ngưng tụ
Nước bùn lọc
20-30
30-40
2.900-11.000
4-21
730
Chất thải than
Nước rửa xe các loại
-
-
750-1.200
15.000-18.000
Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vô cơ. Nước rửa mía cây chủ yếu chứa
các hợp chất vô cơ. Trong điều kiện công nghệ bình thường, nước làm nguội,
rửa than và nước thải từ các quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng không đáng
kể. Chỉ có một phần than hoạt tính bị thất thoát theo nước, một ít bột trợ lọc,
vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơ lửng trong nước. Nhưng trong điều
kiện các thiết bị lạc hậu, bị rò rỉ thì hàm lượng các chất rắn huyền phù trong
nước thải có thể tăng cao.
Các chất thải của nhà máy đường làm cho nước thải có tính axit. Trong
trường hợp ngoại lệ, độ pH có thể tăng cao do có trộn lẫn CaCO3 hoặc nước xả
rửa cột resin.
Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất
thoát lượng đường khá lớn, gây thiệt hại đáng kể cho nhà máy. Ngoài ra còn có
các chất màu anion và cation (chất màu của các axit hữu cơ, muối kim loại tạo
thành) do việc xả rửa liên tục các cột tẩy màu resin và các chất không đường
dạng hữu cơ (các axit hữu cơ), dạng vô cơ (Na2O, SiO2, P2O5, Ca, Mg và K2O).
Trong nước thải xả rửa các cột resin thường có nhiều ion H+, OH-.
Dựa vào đặc tính của nước thải, và yêu cầu mức độ xử lý đặt ra : nước
thải phải đạt tiêu chuẩn xả thải loại B (TCVN 5945-1995) trong đó quy định
giới hạn xả thải của các chất như sau:
Bảng tổng kết chất lượng nước thải nhà máy đường
STT
Chỉ tiêu
pH
Đơn vị Giá trị Tiêu chuẩn (lọai B)
1
2
3
4
5
6
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
7,5-8
1250
5000
7000
16,4
7,5
5,5 -9
100
50
SS
BOD
COD
N
100
60
P
6
Việc quản lý tốt quy trình sản xuất , bảo dưỡng thiết bị, chống rò rỉ hoặc
thay đổi quy trình công nghệ, sử dụng các công nghệ sạch là biện pháp tốt nhất
9
để giải quyết các chất ô nhiễm ngay trong khâu sản xuất. Ngoài ra, cấn phải áp
dụng quy trình xử lý nước thải, nhằm làm giảm việc thải các chất ô nhiễm vào
nguồn nước hay vào hệ thống thoát nước chung của thành phố.
Theo tin trên báo Tuổi Trẻ, số ra ngày 23/2/1999, Nhà máy đường Sóc
Trăng phối hợp với Trung Tâm Công Nghệ Khoa Học và Môi Trường Quốc
Gia vừa thử nghiệm thành công và đưa vào sản xuất loại phân hữu cơ vi sinh từ
bã bùn. Đây cũng là một biện pháp giải quyết chất thải ô nhiễm của Nhà máy
đường rất hiệu quả, với giá thành phân bón lót là 1.000đ/kg, và phân bón thúc
là 1.300đ/kg.
II.4. KHẢ NĂNG GÂY Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC CỦA NƯỚC
THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP ĐƯỜNG
Hiện nay, phần lớn các nhà máy đường và nhiều tổ hợp sản xuất tư nhân
chưa có hệ thống xử lý nước thải. Với lưu lượng lớn, hàm lượng chất hữu cơ và
chất dinh dưỡng cao, nước thải nhà máy đường đã và đang làm ô nhiễm các
nguồn tiếp nhận.
9
Đường có trong nước thải chủ yếu là đường sucroza và các loại
đường khử như glocose và fructoze, trong đó:
9
9
Fructoze, C6H12O6 tan trong nước
Sucroze, C12H22O11 là sản phẩm thủy phân của Fructose và
Glucose, tan trong nước .
Các loại đường này dễ phân hủy trong nước. Chúng có khả năng gây
kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởng đến hoạt động của quần thể vi sinh vật
nước.
Trong quá trình công nghệ sản xuất đường, ở nhiệt độ cao hơn 550C các
loại đường glucose và fructoze bị phân hủy thành các hợp chất có màu rất bền.
Ơ nhiệt độ cao hơn 2000C, chúng chuyển thành caramen(C12H18O9)n. Đây là
dạng bột chảy hoặc tan vào nước, có màu nâu sẫm, vị đắng. Phần lớn các sản
phẩm phân hủy của đường khử có phân tử lượng lớn nên khó thấm qua màng vi
sinh. Để chuyển hóa chúng, vi sinh phải phân rã chúng thành nhiều mảnh nhỏ
để có thể thấm vào tế bào. Quá trình phân hủy các sản phẩm đường khử đòi hỏi
thời gian phân hủy dài hơn, nên sẽ ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch trong
nguồn tiếp nhận. Các chất lơ lửng có trong nước thải còn có khả năng lắng
xuống đáy nguồn nước. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất này sẽ làm cho
nước có màu đen và có mùi H2S.
Ngoài ra, nước thải nhà máy đường còn có nhiệt độ cao, làm ức chế hoạt
động của vi sinh vật nước. Trong nước thải có chứa các sản phẩm của lưu
huỳnh và đôi khi có lẫn dầu mỡ của khu ép mía. Ngày 26/11/1998, Chương
trình công nghệ và môi trường Đài truyền hình tỉnh Bình Dương có báo động
về tình hình ô nhiễm nước thải do nhà máy đường Bình Dương gây ra trên
Rạch Bà Lụa, thuộc phường Phú Thọ, thị xã Thủ Dầu Một. Với khối lượng lớn
nước thải chưa xử lý được thải ra hàng ngày, Rạch Bà Lụa không đủ khả năng
tự làm sạch và hậu quả là trong khu vực lân cận điểm xả, thực vật nước không
phát triển được, một số loài thủy sinh bị chết. Biện pháp hữu hiệu nhất là quản
lý tốt quy trình sản xuất nhằm hạn chế tải lượng các chất ô nhiễm được đưa vào
10
nước. Ngoài ra, cần phải xử lý nước thải nhà máy đường để góp phần bảo vệ
môi trường.
11
CHƯƠNG III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY ĐƯỜNG
Theo các tài liệu nghiên cứu, chất lượng và lưu lượng nước thải tổng
hợp của nhà máy đường thay đổi nhiều trong ngày. Trong đó chất ô nhiễm hữu
cơ đóng vai trò chủ yếu. Do thành phần nước thải của nhiều công đọan trong
nhà máy đường rất khác nhau nên dây chuyền công nghệ xử lý được đề nghị
trong các tài liệu tham khảo là:
III.1.Lựa chọn quy trình công nghệ
Một cách tổng quát, thì cả 2 phương án trên đều là những mô hình xử lý
nước thải đang được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam. Hai phương án đều có thể
vận hành dễ dàng trong điều kiện nước ta. Đối với dây chuyền xử lý nước thải
sử dụng bể aerotank thì ta chú ý đến liều lượng bùn, lưu lượng khí … phải điều
chỉnh ngay khi cần thiết. Còn đối với dây chuyền xử lý sử dụng biofil thì ta chú
ý đến khả năng xử lý của lớp vật kiệu lọc, việc quản lý phải bao gồm cả vịêc vệ
sinh và thay thế lớp vật liệu lọc nếu cần.
Trong phương án 1 vịêc xây dựng sân phơi bùn đòi hỏi phải cần diện
tích lớn hơn là đầu tư máy nén bùn.
Diện tích xây dựng của aerotank cũng tương đối nhỏ hơn diện tích xây
dựng biofil của phương án 1
Vì vậy, nếu xét về phương diện mặt bằng cần thiết để xây dựng hệ thống
xử lý nước thải thì phương án 2 khả thi hơn so với phương án 1.
III.2.Thuyết minh quy trình công nghệ:
Nước thải sản xuất được dẫn theo đường thoát nước riêng ra hệ thống xử
lí nước thải. Dòng thải sau khi qua song chắn rác (SCR) ở đầu mỗi cống thu
chảy qua bể lắng cát được đặt âm sâu dưới đất, ở đây sẽ giữ lại cát và các chất
rắn lơ lửng có kích thước lớn. Phần rác thải thu được có thể dùng để sản xuất
giấy, phân bón…
Nước thải sau khi lắng cát sẽ tự chảy qua hầm tiếp nhận. Tiếp theo, nước
thải được bơm qua bể điều hòa, trước khi qua bể điều hòa nước thải được bơm
qua trống lọc, lưu lượng nước thải ra sẽ được điều hòa ổn định. Tại đây nước
thải được thổi khí để làm thoáng sơ bộ và phân bố chất bẩn đồng đều khắp bể.
Sau đó tiếp tục bơm nước thải qua bể lắng 1 để loại bỏ 1 phần BOD5,
COD và SS. Tiếp tục, nước thải tự chảy qua bể kị khí kiểu đệm bùn chảy
ngược UASB để xử lí sơ bộ nhờ áp lực thủy tĩnh, vì nước thải mía đường có
đặc trưng là COD đầu vào rất lớn 7.000 mg/l. Sau khi xử lí yếm khí, đầu ra bể
UASB là khí sinh học được thu giữ lại làm biogas, phần nước đã được giảm bớt
tải lượng chất hữu cơ tự chảy qua aerotank để xử lí hiếu khí. Tại đây xảy ra quá
trình xử lí sinh học, khí được thổi vào bể bằng các đĩa phân phối khí nhằm tăng
cường sự xáo trộn chất bẩn và oxi trong không khí đồng thời giữ cho bùn ở
trạng thái lơ lửng .
Sau thời gian lưu, nước từ aerotank tự chảy qua bể lắng 2 để lắng bùn
.Tiếp theo, nước trong từ máng thu nước aerotank tự chảy qua bể tiếp xúc, khử
trùng bằng Clo với dư lượng là 0,5 mg/l, sau 30 phút chảy ra cống thu nước và
chảy vào mạng lưới thoát nước chung của thành phố .
12
Bùn từ bể lắng được đưa vào bể chứa bùn sau khi ổn định bùn được bơm
tuần hoàn 1 phần vào bể aerotank, phần còn lại bơm qua bể nén bùn trọng lực
sau đó bơm qua máy ép bùn băng tải, bùn sau khi ra khỏi máy ép bùn băng tải
tạo thành banh bùn được bón ruộng, trồng cây hoặc chôn lắp hợp vệ sinh .
III.3.Mô tả các công trình đơn vị:
III.3.1.Song chắn rác
Để tách bã mía trong nước thải người ta dùng song chắn rác. Hiệu suất
của quá trình tách chất rắn bằng phương pháp này phụ thuộc vào các yếu tố
sau:
Đặc tính cơ học của song, lưới: kích thước mắt sàn, khoảng cách giữa
các thanh chắn, lưu lượng dòng chảy và điều kiện dòng chảy.
Tính chất nước thải :nồng độ chất rắn, kích thước của bã mía cần
tách,…
Đối với nước thải nhà máy đường, có thể dùng song chắn rác với các
thanh đan xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước trước hầm bơm và cào rác thủ
công. Rác thu được có thể thu hồi cùng với bã mía tại khu ép mía để chế biến
thàng các sản phẩm phụ như làm bột giấy, làm chất độn trong sản xuất vật liệu
xây dựng.
9Ưu điểm:
o
o
Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt.
Giữ lại tất cả các tạp vật lớn.
9Nhược điểm:
o
o
o
Không xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật lớn.
Làm tăng trở lực hệ thống theo thời gian.
Phải xử lý rác thứ cấp
III.3.2.Hố thu gom
Thu gom nước thải từ các dây chuyền sản xuất và nước thải sinh hoạt
của nhà máy. Giúp cho hệ thống xử lý nước hoạt động ổn định và hiệu qua
III.3.3.Bể lắng cát
Loại bỏ cát và những mảnh vụn vô cơ khó phân hủy trong nước thải. Cát
sau đó được đem qua sân phơi cát.
III.3.4.Bể điều hòa (điều hòa lưu lượng và chất lượng)
Đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng 1.
Do lưu lượng, thành phần, tính chất nước thải của nhà máy đường tùy
thuộc vào dây chuyền sản xuất nên thường dao động nhiều trong một ngày
đêm. Để ổn định chế độ dòng chảy cũng như chất lượng nước đầu vào cho các
công trình xử lý phía sau, cần thiết phải có một bể điều hòa lưu lượng và nồng
độ. Dung tích bể được chọn theo thời gian điều hòa, dựa vào biểu đồ thay đổi
lưu lượng, nồng độ nước thải và yêu cầu mức độ điều hòa nồng độ nước thải.
Trong bể phải có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san
đều nồng độ các chất bẩn trong tòan thể tích (để loại trừ các cú sốc về chất
13
lượng cho các công trình xử lý sinh học phía sau và không cho cặn lắng trong
bể.
III.3.5.Bể lắng 1
Loại bỏ 1 phần SS và chất hữu cơ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý
sinh học ở công trình sau.
III.3.6.Bể UASB
- UASB là bể xử lý sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn, phát
triển mạnh ở Hà Lan. Xử lý bằng phương pháp kị khí là phương pháp được ứng
dụng để xử lý các loại chất thải có hàm lượng hữu cơ tương đối cao, khả năng
phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản sinh năng lượng mới.
- Vì quá trình phân hủy kị khí dưới tác dụng của bùn hoạt tính là quá
trình sinh học phức tạp trong môi trường không có oxi, nên bùn nuôi cấy ban
đầu phải có độ hoạt tính methane. Độ hoạt tính methane càng cao thì thời gian
khởi động (thời gian vận hành ban đầu đạt đến tải trọng thiết kế) càng ngắn.
Bùn hoạt tính dùng cho bể UASB nên lấy bùn hạt hoặc bùn lấy từ một bể xử lý
kị khí là tốt nhất, có thể sử dụng bùn chứa nhiều chất hữu cơ như bùn từ bể tự
hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng.
- Nồng độ bùn nuôi cấy ban đầu cho bể UASB tối thiểu là 10Kg VSS/
m3. Lượng bùn cho vào bể không nên nhiều hơn 60% thể tích bể.
- Trước khi vận hành bể UASB cần phải xem xét thành phần tính chất
nước thải cần xử lý cụ thể như hàm lượng chất hữu cơ, khả năng phân hủy sinh
học của nước thải, tính đệm, hàm lượng chất dinh dưỡng, hàm lượng cặn lơ
lửng, các hợp chất độc, nhiệt độ nước thải …
- Khi COD nhỏ hơn 100 mg/L, xử lý nước thải bằng UASB không thích
hợp. Khi COD lớn hơn 50.000 mg/L, cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn
nước đầu ra.
- UASB không thích hợp đối với nước thải có hàm lượng SS lớn. Khi
nồng độ cặn lơ lửng lớn hơn 3.000 mg/L, cặn này khó có thể phân hủy sinh học
được trong thời gian lưu nước ngắn và sẽ tích lũy dần trong bể, gây trở ngại
cho quá trình phân hủy nước thải. Tuy nhiên, nếu lượng cặn này bị cuốn trôi ra
khỏi bể thì không có trở ngại gì. Cặn lơ lửng sẽ lưu lại trong bể hay không tùy
thuộc vào kích thước hạt cặn và hạt bùn nuôi cấy. Khi kích thước của hai loại
cặn này gần như nhau, cặn lơ lửng sẽ tích lại trong bể. Khi sử dụng bùn hạt, cặn
lơ lửng sẽ dễ dàng bị cuốn trôi ra khỏi bể. Đôi khi, lượng cặn lơ lửng này có thể
bị phân hủy trong bể. Lúc đó, cần biết tốc độ phân hủy của chúng để tính thời
gian lưu cặn trong bể.
- UASB không thích hợp với nước thải có hàm lượng amonia lớn hơn
2.000 mg/L hoặc nước thải có hàm lượng sunphate vượt quá 500 mg/L ( tỉ số
2-
COD/SO4 < = 5). Bản thân sunphate không gây độc nhưng do vi khuẩn khử
2-
2-
sunphate dễ dàng chuyển hóa SO4 thành H2S. Khi hàm lượng SO4 không quá
2-
cao (hoặc tỉ số COD/SO4 không vượt quá 10), sẽ không ảnh hưởng đến quá
trình phân hủy kị khí.
- Dựa vào các yếu tố trên có thể khẳng định sử dụng UASB cho công
nghệ sử lý nước thải mía đường là hợp lý.
14
III.3.7.Bể aerotank
Tùy thuộc vào loại chất ô nhiễm có thể sử dụng bể aerotank với các vi
sinh vật được nuôi cấy trong bùn hoạt tính để oxy hóa chất hữu cơ trong điều
kiện nhân tạo. Mô hình này được thực hiện bằng cách cung cấp oxy cho vi sinh
vật sinh trưởng và phát triển qua việc tiêu thụ chất hữu cơ .
Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy
hóa và khoáng hóa chất hữu cơ chứa trong nước thải. Để giữ cho bùn hoạt tính
ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình
phân hủy chất hữu cơ phải luôn cung cấp đầy đủ không khí cho bể aerotank
hoạt động. Sau bể aerotank nước thải vào bể lắng đợt 2 để tách bùn hoạt tính. Ơ
đây, một phần bùn lắng được đưa trở lại bể aerotank để tạo mầm vi sinh vật
trong bể, phần khác đưa tới bể nén bùn.
Khối lượng bùn tuần hoàn và lượng không khí cần cung cấp phụ thuộc
vào mức độ yêu cầu xử lý của nước thải.
Hiệu quả xử lý BOD5 =90-95%.
Việc lựa chọn công nghệ xử lý tùy theo thành phần tính chất nước thải,
chi phí đầu tư quản lý và diện tích mặt bằng khu xử lý .
III.3.8.Bể lắng II
Đặt sau aerotank , nhiệm vụ làm trong nước ở phần trên để xả ra nguồn
tiếp nhận , cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể để
tuần hoàn lại aerotank.
Thường có dạng tròn ( bể lắng đứng ,bể radial ) , dạng hình chữ nhật (
bể lắng ngang ).Bể lắng ngang , chữ nhật thường có hiệu quả lắng thấp hơn bể
lắng tròn vì cặn lắng tích lũy ở các góc bể thường bị máy gạt cặn khuấy động
trôi theo dòng nước vào máng thu nước ra .
III.3.9.Bể nén bùn
Thu gom cặn chưa ổn định từ bể lắng 1, bể lắng 2 và cặn đã ổn định từ
aerotank nhằm làm giảm bớt độ ẩm .
15
CHƯƠNG IV.TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH DƠN VỊ:
Giả sử sau khi qua các công trình: song chắn rác, bể lắng cát, bể
điều hòa, bể lắng 1 hàm lượng các chất ô nhiễm giảm như sau:
BOD5 giảm 45%(ban đầu là 5.000mg/l)
COD giảm 43% (ban đầu là7.000mg/l)
SS
giảm 80% (ban đầu là 1.250mg/l)
Do đó các thông số để tính toán các công trình như trình bày sau
đây
IV.1.Tính bể UASB
Tính toán:
¾Các thông số đầu vào:
9
9
9
9
9
9
pH= 6,6÷7,6
Lưu lượng Q=800m3/ngđ
BOD5=2.750mg/l
COD=4.000mg/l
SS= 250mg/l
Trong nước thải có đầy đủ các nguyên tố vi lượng cần thiết cho
sự phát triển của VSV.
¾Các thông số đầu ra
9
9
9
9
pH = 6,5÷7,6
BOD5=500mg/l
COD=700mg/l
SS=100mg/l
Nước thải khi ra khỏi bể sẽ có hàm lượng COD nhỏ hơn hay bằng
700mg/l để đưa sang bể Aerotank .
Hiệu quả xử lý của bể UASB:
CODv − CODr
4000 − 700
E =
×100 =
×100 = 82,5%
CODv
4000
Lượng COD cần khử:
COD = CODv − CODr = 4000 − 700 = 3300mg / l
Lượng COD cần khử trong ngày:
G = Q ×COD = 800×3300×10−3 = 2640kg / ngd
Chọn tải trọng xử lý trong bể UASB: L = 9kgCOD / m3.ngd [1]
Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết:
G
L
2640
9
V =
=
= 293,3m3
→ Chọn V=293,5m3
Để giữ cho lớp bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng
trong bể phải giữ trong khoảng 0,6÷0,9m/h . Chọn v=0,7m/h
16
Diện tích bề mặt cần thiết của bể:
Q
800
F =
=
= 47,62m2
v
24× 0,7
Chọn F=48m2
Chiều cao phần xử lý yếm khí:
V
F
293,5
H1 =
=
= 6,1m → chọn H1=6m.
48
Tổng chiều cao của bể:
H = H1 + H2 + H3
Trong đó:
H1: chiều cao phần xử lý yếm khí.
H2: chiều cao vùng lắng. Để đảm bảo không gian an toàn cho bùn lắng
xuống phía dưới thì chiều cao vùng lắng phải lớn hơn 1,0m [1]. Chọn H2=1,1m
H3: chiều cao dự trữ, chọn H3=0,5m
H=6+1,1+0,5=7,6m
Chọn 2 đơn nguyên hình vuông, vậy cạnh mỗi đơn nguyên là:
48
a =
= 4,89m Æchọn a=5m
2
Chiều cao H=7,5m
Thể tích thực của bể:
Vt = 2× a × a × H = 2×5m×5m× 7,6m = 380m3
Thời gian lưu nước trong bể:
V
T = × 24
Q
Trong đó:
V = (H − 0,5)× F =
Q = 800m3/ngđ
(
7,6 − 0,5
× 42 = 298m3
)
298
⇒ T =
× 24 = 8,94h
800
Nằm trong khỏang cho phép [4-10h][1]
¾Tính ngăn lắng:
Trong mỗi đơn nguyên, bố trí 4 tấm chắn khí và hai tấm hướng dòng.
Nước thải khi đi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm tách khí
đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc 450÷600. Chọn góc nghiêng giữa tấm
chắn khí với phương ngang là 600. Các tấm này đặt song song nhau.
Tổng chiều cao của toàn bộ ngăn lắng Hnglắng (kể cả chiều cao vùng
lắng) và chiều cao dự trữ chiếm trên 30% tổng chiều cao bể.
Ta có:
17
Hnglaé ng+ H3
tg600 =
a
2
a ×tg600 5×tg600
⇒ Hnglaé ng+ H3 =
=
= 4,4m
2
2
⇒ Hnglaé ng= 4 − H3 = 4,4 − 0,5 = 3,9m
Kiểm tra lại:
Hnglaé ng+ H3
4,4
7,6
×100% =
×100% = 57,89%>30%
Hbeå
Vậy chiều cao xác định được là thích hợp.
Thời gian lưu nước trong ngăn lắng, thời gian này phải lớn hơn 1h:
1
1
× a × a × H
×5×5×3,9
V
t = nglaé ng× 24 = 2×
nglaé ng× 24 = 2×
× 24 = 2,9h
2
2
Q
Q
800
>1h. mặt khác Vvùnglắng /tổng thể tích UASB=H2 /Hbể =1,1/7,5≈15% Æthỏa
Tính toán tấm chắn khí:
Chọn khe hở giữa các tấm chắn khí và giữa tấm chắn khí với tấm hướng
dòng là như nhau.
Tổng diện tích giữa các khe hở này chiếm 15÷20% tổng diện tích đơn
nguyên. Chọn Skhe=0,15Sdng
taám chaén 2
taám chaén 1
Hình 4.1: tấm chắn khí và hướng dòng bể UASB
Trong mỗi đơn nguyên có 4 khe hở, diện tích của mỗi khe:
2
0,15× Sdng
0,15×
5
)
Skhe
=
=
= 0,94m2
4
4
Bề rộng của khe hở:
Skhe
a
0,94
rkhe
=
=
= 0,188m = 188mm
5
¾Tính toán các tấm chắn
Tấm chắn 1:
Chiều dài: l1 = a = 5000mm
18
Chiều rộng:b1 = (Hnglang − H2 )/ sin60 = (3,9 −1,1)/ sin60 = 3233mm
chọn 3240
Chiều cao: y1 = b1 ×sin600 = 3233×sin600 = 2800mm
Tấm chắn 2:
Chiều dài:l2 = a = 5000mm
Chiều rộng: b = x + x2
2
1
h1 = rkhe × sin
900 − 600 = 188× sin300 = 94mm
x = 400mm
1
Hnglaé ng+ H3
−
(
h1 + y1
)
(3900 + 500) − (94 + 2800)
sin600
x2 =
=
= 1739mm
sin600
b2 = 400 +1739 = 2139mm
chọn 2140
¾Tính toán tấm hướng dòng:
Tấm hướng dòng cũng được đặt nghiêng 1 góc 60o so với phương ngang
cách tấm chắn khí 188mm như hình vẽ.
¾Tính hệ thống phân phối nước:
Đối với bể UASB có tải trọng chất bẩn hữu cơ L>4kgCOD/m3.ngđ [1]
thì từ 2m2 diện tích bể trở lên sẽ được bố trí một vị trí phân phối nước.
→ Chọn 3m2 cho một vị trí phân phối nước.
48
3
F
2
2
Số vị trí phân phối nước trong mỗi đơn nguyên: n =
¾Tính máng thu nước:
=
= 8
3
Bố trí máng thu nước kết hợp với máng răng cưa đặt ở tâm bể và dọc
theo chiều rộng bể. Máng thu nước được tạo độ dốc để dẫn nước thải về cuối
bể rồi theo ống dẫn theo cơ chế tự chảy, chảy sang aerotank .
Máng thu nước tiết diện hình chữ nhật: d x r với d=2r.
Độ dốc máng: i=1/200.
Lưu lượng vào máng: Qmáng = 800m3/ngđ.
Ta có:
Qmaùng= ω ×C× R×i (4.8)
Trong đó:
ω = d×r
λ = d + 2×r
ω
λ
1
d×r
d + 2×r
r
R=
=
=
2
1
6
C = × R
n
19
Qmaùng× n
⇒ r16
=
=
800×0,014
6
1
1
2
2
2
2
3
1
3
2
(
0,5
)
×i
24×3600× 2×
(
0,5
)
×
(
)
200
⇒ r = 0,086m = 86mm
Chọn kích thước máng: r =90mm
d=180mm
Thanh răng cưa
Chiều cao răng cưa :50mm
Dài đoạn vát đỉnh răng cưa:40mm
Chiều cao cả thanh :200mm
Khe dịch chuyển
Cách nhau: 450mm
Bề rộng khe:12mm
Chiều cao:150mm
40
60
50
450
khe dòch chuyeån
450
50
Hình 4.2: máng răng cưa
¾Tính lượng khí và bùn sinh ra:
Tính lượng khí sinh ra trong bể:
Thể tích khí sinh ra đối với 1kgCOD bị khử là 0,5m3 [3]
Tổng thể tích khí sinh ra trong một ngày:
m3
Vkhí = 0,5×G = 0,5×800 = 1400
ngñ
Tính lượng khí CH4 sinh ra:
Thể tích khí CH4 sinh ra khi 1kg COD được loại bỏ là 0,35 m3(CH4
chiếm 70% tổng lượng khí sinh ra) [3]. Thể tích khí CH4 sinh ra là:
VCH = 0,7×Vkhí = 0,7×1400 = 980m3 / ngñ
4
Tính lượng bùn sinh ra:
Lượng bùn do VSV sinh ra từ 0,1÷0,5kg/kgCOD được loại bỏ.
→ Chọn Mbùn=0,1kg/kgCOD bị loại bỏ.
Khối lượng bùn sinh ra trong một ngày:
20
kgbuøn
M buøn= 0,1× 2800 = 280
ngaø
¾Tính ống phân phối nước vào bể UASB:
Đường kính các ống được chọn theo bảng sau:
Tn
Kích thuớc
danh nghĩa
110
Đường kính
ngồi (mm)
110
p suất
Độ dày (mm)
thơng dụng
Ống 110
Ống 140
Ống 160
Ống 225
Ống 250
Ống 280
Ống 315
Ống 400
Ống 110
Ống 140
Ống 160
Ống 225
Ống 250
Ống 280
Ống 315
Ống 400
danh nghĩa(1) (bar)
5,3
6,7
7,7
10,8
11,9
13,4
15,0
19,1
3,2
4,1
4,7
6,6
7,3
10
10
10
10
10
10
10
10
6
6
6
6
6
140
160
225
250
280
315
400
110
140
160
225
250
280
315
400
140
160
225
250
280
315
400
110
140
160
225
250
280
315
400
8,2
9,2
11,7
6
6
6
Tn
Kích thước Đường kính
Bề dy thnh ống (mm)(*)
thơng dụng danh nghĩa
ngồi
PN 3,2bar PN 6bar PN 10bar PN 12,5bar PN 16bar
20
25
20
25
20
-
-
2,3
2,3
2,3
2,8
2,8
3,5
25
32
-
2,3
2,3
2,3
2,9
3,6
4,3
5,1
6,3
7,1
8,0
9,1
32
32
-
2,9
3,6
4,4
40
40
40
-
3,7
4,5
5,5
50
50
50
-
4,6
5,6
6,9
63
63
63
2,3
2,3
2,8
3,4
3,9
4,3
4,9
5,8
7,1
8,6
75
75
75
6,8
8,4
10,3
12,3
15,1
17,1
19,2
21,9
90
90
90
8,2
10,1
12,3
14,0
15,7
17,9
110
125
140
160
110
125
140
160
110
125
140
160
10,0
11,4
12,7
14,6
Vận tốc nước chảy trong ống chính v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s.
4×Q
v×π
4×800
1×π × 24×3600
D =
=
= 0,11m
→ chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ110mm
21
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
4×Q
4×800
0,11 2
× 24×3600
v =
=
= 1m/ s
2
π ×
(
D
)
π ×
(
)
Từ ống chính chia làm 2 ống nhánh vào 2 đơn nguyên.
Đường kính ống nhánh:
Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s.
9
Q
800
4×
4×
1×π × 24×3600
2
2
D =
=
= 0,077m
v×π
→ chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ75mm.
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
Q
800
4×
4×
0,075
2
)
2
v =
=
= 1,05m/ s
2
π ×
(
D
π ×
(
)
2 × 24×3600
Trên mỗi ống nhánh chia làm 2 nhánh nhỏ dẫn vào mỗi đơn nguyên.
Đường kính ống nhánh:
Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v=0,8÷2m/s [2], chọn v=1m/s.
9
Q
800
4×
4×
1×π × 24×3600
4
4
D =
=
= 0,054m
v×π
→ chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ50mm.
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
Q
800
4×
4×
0,050
4
)
4
v =
=
= 1,18m/ s → thỏa điều kiện.
2
π ×
(
D
π ×
(
)
2 × 24×3600
Hệ thống ống phân phối nước vào được đặt cách đáy bể 0,5m
¾Ống dẫn nước thải sang aerotank :
Vận tốc nước chảy trong ống v=0,1÷0,5m/s [2], chọn v=0,5m/s.
4×Q
v×π
4×800
0,5×π × 24×3600
D =
=
= 0,154m
→ chọn ống nhựa PVC có đường kính Φ160mm.
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
4×Q
4×800
0,160
2 × 24×3600
v =
=
= 0,461m/ s → thỏa điều kiện.
2
π ×
(
D
)
π ×
(
)
¾Tính toán đường ống thu khí:
Chọn vận tốc khí chạy trong ống v=10m/s.
4 ×Vkhí
v ×π
4 ×1400
10×π × 24 × 3600
D =
=
= 0,045m
→ chọn ống sắt tráng kẽm có đường kính Φ40mm.
22
Kiểm tra vận tốc khí trong ống
4×Vkhí
4×1400
v =
=
= 13m/s Æ thỏa điều kiện
π ×(D)2 3,14×(0,04)2 × 24×3600
¾Tính ống thu bùn:
Chọn ống thu bùn có đường kính Φ90mm có đục lỗ, dlỗ=20mm. Ở mỗi
vị trí ta đục lỗ 3 mặt, mỗi lỗ cách nhau 20mm, mỗi vị trí cách nhau 400mm.
Bùn được xả định kỳ từ 1÷6 tháng nhờ áp lực thủy tĩnh của nước trong
bể. Ống thu bùn được đặt dọc theo chiều dài bể và cách đáy 1m.
¾Lấy mẫu:
Để biết được sự hoạt động bên trong bể, dọc theo chiều cao bể ta đặt các
van lấy mẫu. Với các mẫu thu được ở cùng một van, ta có thể ước đoán lượng
bùn ở độ cao đặt van đó. Sự ước đoán này rất cần thiết khi muốn biết tải trọng
thực sự của bùn và thời gian lưu bùn hiện trong bể là bao nhiêu, từ đó mà có sự
điều chỉnh thích hợp.
Trong điều kiện ổn định, tải trọng của bùn gần như không đổi, do đó mật
độ bùn tăng lên đều đặn. Nhưng ngay trong những trường hợp đó, việc lấy mẫu
vẫn được đề nghị thực hiện đều đặn.
Khi mở van, cần điều chỉnh sao cho bùn ra từ từ để đảm bảo thu được
bùn gần giống trong bể vì nếu mở lớn quá thì nước sẽ thoát ra nhiều hơn.
Thông thường lấy 50÷150 ml mẫu vào 2 lần cách nhau ít nhất 1h.
Bể cao 7,6m, do đó dọc theo chiều cao bể đặt 5 van lấy mẫu, các van đặt
cách nhau 1,m. Van dưới cùng đặt cách đáy 0,5m.
Chọn ống và van lấy mẫu bằng nhựa PVC cứng Φ25.
CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ UASB LÀ:
STT Tên thông số
Đơn vị
Số liệu thiết kế
1
2
3
4
5
Số lượng
Công trình
m
m
2
5
5
Chiều dài bể
Chiều rộng bể
Chiều cao bể
Thể tích
m
7,5
187,5
m3
¾Tính bơm từ bể lắng I đến UASB :
Lưu lượng cần bơm Q = 33,34 m3/h.
Cột áp của bơm: H =ΔZ + h (m H2O)
∑
ΔZ: khoảng cách từ mặt nước bể điều hoà đến mặt nước bể UASB.
∑h: tổng tổn thất của bơm, bao gồm tổn thất cục bộ, tổn thất dọc đường
ống, tổn thất qua lớp bùn lơ lửng trong bể UASB.
Một cách gần đúng, chọn :
oΔZ = 4 m H2O
o∑h = 7 m H2O
⇒ H = 4 + 7 = 11 m H2O
23
Công suất yêu cầu trên trục bơm:
Q.ρ.g.H
1000.η
N=
(33,34/ 3600)m3 / s ×1000kg / m3 ×9,81m/ s2 ×11m
1000× 0,8
= 1,25 kW
=
Vậy chọn bơm có công suất 1,25 kW (2 HP)
IV.2.TÍNH TOÁN BỂ AEROTANK:
Tính toán:
Các thông số thiết kế
¾Các thông số đầu vào:
9
9
9
9
Lưu lượng nước thải Q= 800m3/ngày
BOD5 = 500 mg/L
COD = 700 mg/L
Nhiệt độ duy trì trong bể 26-280C
¾Các thông số đầu ra:
Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn loại B:
9
9
9
BOD ở đầu ra ≤ 50 mg/L
COD = 100 mg/L
Cặn lơ lửng ở đầu ra SSra ≤ 40 mg/L (thấp hơn tiêu chuẩn nguồn
loại B) gồm có 65% là cặn có thể phân huỷ sinh học
Nước thải khi vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (
nồng độ vi sinh vật ban đầu) X0 = 0
9
9
Nước thải được điều chỉnh sao cho BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1
Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng
chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,8
MLVSS
= 0,8 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,2)
MLSS
9
Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn ( tính theo chất rắn lơ lửng ) Xr
= 8500 mg/L
9
Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính (MLVSS)
được duy trì trong bể Aerotank là : X = 3100 mg/L
9
9
9
9
Thời gian lưu bùn trong hệ thống, θc = 4 ngày
Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68
Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,05 ngày-1
Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số giữa tế bào được tạo thành với
lượng chất nền được tiêu thụ ), Y = 0,6 Kg VSS/Kg BOD5
24
9
Loại và chức năng bể : Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh . Ưu
điểm: không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp
dụng thích hợp cho xử lý nước thải mía đường .
¾Xác định nồng độ BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra
-
Sơ đồ làm việc của hệ thống:
Q,X0, S0
Qe, S,Xe
Bể lắng
Bể Aerotank
II
Qr , Xr , S
Qw , Xr
Trong đó:
•Q , Qr, Qw , Qe : lưu lượng nước đầu vào , lưu lượng bùn tuần hoàn ,
lưu lượng bùn xã và lưu lượng nước đầu ra , m3/ngày
•S0 , S : nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất
nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng II , mg/L
•X , Xr , Xe : nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank , nồng độ bùn
tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng II , mg/L
- Phương trình cân bằng vật chất:
BOD5 ở đầu ra = BOD5 hoà tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5 chứa
trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra
Trong đó :
•BOD5 ở đầu ra : 50 mg/L
•BOD5 hoà tan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/L
•BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác định như sau :
¾Lượng cặn có thể phân huỷ sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra :
0,65 × 40 = 26 mg/L
¾Lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá hết lượng cặn có thể phân huỷ
sinh học là : 26 × 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 36,92 mg/L . Lượng oxy cần cung
cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng . Quá trình tính toán dựa theo
phương trình phản ứng:
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng
113 mg/L 160 mg/L
1 mg/L
1,42 mg/L
¾Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5
BOD5 = BOD20 × 0,68 = 36,92 × 0,68 = 25,11 mg/L
Vậy :
25
50 (mg/L) = S + 25,11 (mg/L)
⇒ S = 24,89 mg/L
¾Tính hiệu quả xử lý
- Tính hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hoà tan:
S0 − S
S0
500−24,89
E =
× 100 =
× 100 = 95%
500
- Hiệu quả xử lý của toàn bộ sơ đồ
500 − 50
E0 =
× 100 = 90%
500
- Thể tích bể Aerotank
QYθc (S0 − S)
V =
X (1+ kdθc )
Trong đó :
•V: Thể tích bể Aerotank , m3
•Q: Lưu lượng nước đầu vào Q = 800 m3/ngày
•Y: Hệ số sản lượng cực đại Y= 0,6
•S0 – S = 500 – 24,89 = 475,11 mg/L
•X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank,
X= 3100 mg/L
•kd: Hệ số phân huỷ nội bào, kd = 0,05 ngày-1
•θc: Thời gian lưu bùn trong hệ thống, θc = 4 ngày
800× 0,6× 475,11× 4
V =
= 245,2 m3
3100×(1+ 0,05× 4)
Chọn V = 245 m3
¾Thời gian lưu nước trong bể
V
245
800
θ =
=
x24= 7,35h
Q
Nằm trong khoảng cho phép [4-8h] [1]
Lượng bùn phải xã ra mỗi ngày
- Tính hệ số tạo bùn từ BOD5
0,6
Y
Yobs
=
=
= 0,5
1+θc Kd
1+ 4× 0,05
Trong đó:
+ Y : hệ số sản lượng, Y= 0,6 kg VSS/ kg BOD5
+ kd: hệ số phân huỷ nội bào, kd= 0,05 ngày-1
+ θ c: thời gian lưu bùn, θ c = 4 ngày.
26
- Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 (tính theo VSS)
Px (VSS) = Yobs × Q × (S0 – S )
= 0,5 × 800 × 475,11 × 10-3= 190 kgVSS/ngày
- Tổng cặn lơ lửng sinh ra trong 1 ngày
MLVSS
MLVSS
MLSS
Ta biết
= 0,8⇒ MLSS =
0,8
P
(
VSS
)
190
x
Px (SS) =
=
= 237,5 kgSS/ngày
0,8
0,8
- Lượng cặn dư hằng ngày phải xã đi
Pxả = Px (SS) – Q × SSra = 237,5 – 800 x 40 x 10-3 =205,5 kg/ngày
- Tính lượng bùn xả ra hằng ngày (Qw) từ đáy bể lắng theo đường tuần
hoàn bùn
θc =
VX
Qw X r + Qe X e
VX − Qe Xeθ
⇒ Qw =
Xrθc
Trong đó
•V: Thể tích bể Aerotank V= 646 m3
•X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank X = 3100 mg/L
• θc : Thời gian lưu bùn θc = 4 ngày
•Qe : Lưu lượng nước đưa ra ngoài từ bể lắng đợt II ( lượng nước thải ra
khỏi hệ thống ). Xem như lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là không
đáng kể nên Qe = Q = 800 m3/ngày
•Xe: Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống Xe=0,8× SSra = 0,8
× 40 = 32 mg/L
•Xr :nồng độ chất rắn lơ lửng có trong bùn tuần hoàn.
Xr =8500 x 0,8=6.8 kg/m3
245×3,1− 800×32×10−3 × 4
⇒ Qw =
= 24,16 m3/ngày
6,8× 4
¾Tính hệ số tuần hoàn (α) từ phương trình cân bằng vật chất viết
cho bể lắng II ( xem như lượng chất hữu cơ bay hơi ở đầu ra của hệ thống
là không đáng kể)
Ta có:
X(Q+Qr) = X0Q + XrQr
Trong đó:
•+ Q: Lưu lượng nước thải, Q = 800 m3/ngày
•+ X: Nồng độ VSS trong bể Aerotank, X = 3100mg/l
•+ Qr : Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn
•+ X0 : Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể Aerotank,
27
•Xo = 0
•+ Xr : Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xr = 6800 mg/L
⇒ X(Q + Qr) = XrQr
Vậy ta có:
Qr
Q
X
3100
α =
=
=
= 0,84
Xr − X
6800 − 3100
Lưu lượng bùn tuần hoàn:
Q r = Qα = 800 x 0,84 = 672 m3/ngày = 28 m3/giờ
¾Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD20
- Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn
Q(S0 − S)
OC0 =
- 1,42Px(VSS)
f
Với f là hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 , f= 0,68
800×(475,11)
OC0 =
- 1,42 × 190
= 558,68 kgO2/ngày
0,68×1000
- Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể
Cs20
1
1
OCt = OC0
(t−20)
βC − Cd
α
1.024
sh
Trong đó
•Cs20 : Nồng độ bão hoà oxy trong nước ở nhiệt độ làm việc Cs20 = 9,08
mg/L
•Cd : Lượng oxy hoà tan cần duy trì trong bể Cd = 2 mg/L
•Csh :nồng độ oxy hòa tan trong nước sạch ở 26oC , Csh=8,09mg/l
•β:hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối. Đối với nước
thải lấy β=1.
•α: hệ số điều chỉnh lưựng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng c hàm
lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thóang, hình dáng và kích
thước bể, có giá trị từ 0,6-0,94. chọn α =0,7.
9,08
1
1
OCt =558,68x
= 1032,13 kgO2/ngày
1×8,09 − 2 1,024(26−20) 0,7
Ælượng không khí/m3 nước thải =1032,13/800=1,29kg O2/ m3 nước thải
¾Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể :
Chỉ số F/M
S0
F
=
M
θ × X
Trong đó:
+ S0: BOD5 đầu vào, S0 =500 mg/L
+ X: Hàm lượng SS trong bể, X = 3100
28
+ θ : Thời gian lưu nước, θ = 0,3063 ngày
500
F
=
= 0,53 mgBOD5/mg bùn.ngày
M
0,3063×3100
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của thông số thiết kế bể (0,2-0,6
kg/kg. ngày).[1]
- Tốc độ oxy hoá của 1 g bùn hoạt tính
s − S
0
500 − 24,89
0,3063×3100
ρ =
=
= 0,5 ( mg BOD5/mgbùn.ngày)
θX
- Tải trọng thể tích của bể Aerotank
500×10−3 ×800
S0 ×Q
L=
=
= 1,63 (kgBOD5/m3ngày)
V
245
Giá trị này trong khoảng thông số cho phép khi thiết kế bể (0,8 -1,92
kgBOD5/m3. ngày)[1]
- Tính lượng không khí cần thiết để cung cấp vào bể
OCt
Qkk =
× f
OU
Trong đó
•OCt : Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể : OCt =1032,13kgO2/ngày
•OU : Công suất hoà tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối
•Chọn dạng đĩa xốp , đường kính 170 mm , diện tích bề mặt F=0,02 m2
•Cường độ thổi khí 200 L/phút đĩa = 12 m3/giờ
•Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối h = 4,4m ( lấy gần đúng bằng
chiều sâu bể)
Tra bảng 7.1 trang [1]ta có Ou = 7 gO2/ m3.m
OU = Ou × h = 7× 4,4 = 30,8 g O2/m3
Ou: Công suất hoà tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo
g O2/m3 không khí
•f: hệ số an toàn , chọn f = 1,5(f nằm trong khoảng 1,5-2,0)[1]
1032,13
Qkk =
× 1,5 = 50266,1(m3/ngày) =0,582(m3/s)
30,8×10−3
- Số đĩa cần phân phối trong bể
Qkk (L / phut)
34907
200
N =
=
≈174 đĩaÆ chọn 180 đĩa.
200(L / phut.dia)
¾Kích thước bể Aerotank
•Thể tích bể Vb = 245 m3
•Chiều sâu chứa nước của bể h = 4 m
V
245
•Diện tích bể F =
=
=61,25 m2
h
4
29
Tải về để xem bản đầy đủ
37 trang
13/11/2024
360
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất đường đạt tiêu chuẩn loại B", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_thiet_ke_he_thong_xu_ly_nuoc_thai_nha_may_san_xuat.pdf
