Tài liệu Hệ thống xử lý nước thải bột mì

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Chương 1 TỔNG QUAN NGÀNH SẢN XUẤT TINH BỘT MÌ 1.1 Giới thiệu về cây khoai mì : Khoai mì (danh pháp khoa học: Manihot esculenta ) là cây lương thực ăn củ có thể sống lâu năm. Cây cao 2-3 m, lá thuộc loại lá phân thuỳ sâu, có gân lá nổi rõ ở mặt sau, thuộc loại lá đơn mọc xen kẽ, xếp trên thân theo chiều xoắn ốc. Cuống lá dài từ 9 đến 20cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím, rễ mọc từ mắt và mô sẹo cuả hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất. Theo thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ, giữa thân có lõi trắng và xốp nên rất yếu, thời gian sinh trưởng 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng, tùy giống, vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng. Dựa theo đặc điểm thực vật của cây (xanh tía, lá 5 cánh, lá 7 cánh).  Khoai mì đắng (M. Utilissima) có hàm lượng HCN hơn 50 mg/kg củ. Giống này thường có lá 7 cánh, cây thấp và nhỏ.  Khoai mì ngọt (M. Dulcis) có hàm lượng HCN dưới 50 mg/kg củ. Giống này thường có 5 lá cánh, mũi mác, cây cao, thân to. Tuỳ theo giống, vỏ củ, lõi củ, thịt củ, điều kiện đất đai, chế độ canh tác, thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau. Tuy nhiên, ngâm, luộc, sơ chế khô, ủ chua là những phương thức cho phép loại bỏ phần lớn độc tố HCN. Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, vuốt hai đầu, kích thước củ tuỳ thuộc vào điều kiện của đất và điều kiện trồng, dài 300 – 400 mm, đường kính từ 210cm. Có cấu tạo gồm 4 phần chính: lớp vỏ gỗ (chiếm khoảng 0,5 – 5% trọng lượng củ), lớp vỏ cùi (chiếm khoảng 5 – 20% trọng lượng củ), phần thịt củ(thành phần chủ yếu trong củ, bao gồm các tế bào nhu mô thành mỏng với thành phần chủ yếu là cellulose, pentosan), phần lõi. Thành phần các chất trong củ khoai mì dao dộng trong khoảng khá lớn tùy thuộc loại giống, loại đất, điều kiện phát triển của cây và thời gian thu hoạch. Thành phần hóa học trung bình của củ khoai mì được trình bày trong bảng sau: SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 1 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Bảng 1.1: Thành phần hoá học trong củ khoai mì Thành phần Tỷ trọng (%trọng lượng) Nước 70,25 Tinh bột 21,45 Chất đạm 1,12 Chất béo 5,13 Chất xơ 5,13 Độc tố (CN ) 0,001 – 0,04 (Nguồn: Đoàn Dụ và các cộng sự, 1983) Đường trong củ khoai mì chủ yếu: glucose và một ít maltosec, sacharose.Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Chất đạm trong khoai mì có hàm lượng rất thấp ít ảnh hưởng đến công nghệ sản xuất. Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm. Vì lượng nước trong khoai mì cao, nên việc bảo quản rất khó khăn, vì vậy cần có chế độ bảo vệ củ hợp lý . Ngoài thành phần dinh dưỡng, trong khoai mì còn có độc tố, tanin, sắc tố và cả hệ enzyme phức tạp.Độc tố trong khoai mì là CN-, nhưng khi chưa đào thì nhóm này ở dạng glucozite gọi là phaseolutanin (C10H17O6N). Dưới tác dụng của enzyme hay môi trường axit thì chất này tạo thành glucose, acetone, và axit cyanhydric. Hiện tại, khoai mì được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người(theo CIAT, 1993). Đó là thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo quản cũng tương đối ổn định nếu được chế biến thành bột hay những thành phẩm sơ chế khác như khoai mì lát, miếng khoai mì… Với nhu cầu của công nghệ, khoai mì là nguồn nguyên liệu trong các ngành kỹ nghệ nhẹ, ngành làm giấy, ngành làm đường dùng hóa chất hay men thực vật để chuyển hoá tinh bột khoai mì thành đường mạch nha hay gluco. 1.2 Tổng quan ngành sản xuất tinh bột mì Việt Nam : Năm 2006 sản lượng khoai mì trên thế giới 211,26 triệu tấn củ tươi, nhưng đến năm 2007 sản lượng đã tăng lên 226,34 triệu tấn. Khoai mì được trồng nhiều nhất ở Châu Phi với 11,82 triệu ha (chiếm 57% diện tích khoai mì trên thế giới ), tiếp theo là Châu Á (25%), châu Mỹ Latinh (18%).Phần lớn củ khoai mì được dùng làm thức ăn cho người và gia súc, chỉ một phần nhỏ sử dụng trong công nghiệp chế biến . SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 2 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Hằng năm,Việt Nam sản xuất 2 triệu tấn củ tươi, đứng thứ 11 thế giới về sản lượng khoai mì, thứ 3 trên thế giới về xuất khẩu tinh bột mì, chỉ sau Thái Lan và Indonexia.Trong chiến lược toàn cầu, cây khoai mì đang được xem là cây lương thực dễ trồng ở những vùng đất khô cằn, là loại cây công nghiệp có khả năng cạnh trạnh với nhiều loại cây trồng khác .Ở nước ta cây khoai mì đang nhanh chóng chuyển đổi từ cây lương thực truyền thống sang cây công nghiệp.Cây khoai mì là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông dân nghèo do khoai mì dễ trồng, ít kén đất, đầu tư ít vốn, phù hợp sinh thái và điều kiện kinh tế nông thộn. Sự hội nhập mở rộng thị trường, tạo cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng EnZim, sản xuất khoai mì lát, dạng viên để xuất khẩu, thức ăn gia súc hoặc làm nguyên liệu một số ngành công nghiệp khác. Góp phần phát triển kinh tế đất nước.Tinh bột mì đã trở thành một trong bảy mặt hàng xuất khẩu có triển vọng được chính phủ và các địa phương quan tâm . Việt Nam hiện sản xuất mỗi năm khoảng 800.000 – 1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong đó trên 70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước.Theo thống kê, năm 2009, sắn là mặt hàng có khối lượng và kim ngạch xuất khẩu tăng đột biến. Bảy tháng đầu năm, cả nước xuất khẩu được 2,66 triệu tấn sắn lát khô và tinh bột sắn, kim ngạch đạt 406 triệu USD, tăng 4,4 lần về sản lượng, 2,8 lần về kim ngạch so với cùng kỳ năm trước. Với kết quả trên, Bộ Công thương đã xếp sắn vào mặt hàng xuất khẩu chủ lực năm 2009. Ở Việt Nam, khoai mì được trồng từ Bắc chí Nam, và phần lớn là ở miền núi trung du. Một số tỉnh thành có diện tích trồng khoai mì lớn như: Sơn La, Thanh Hoá, Nghệ An, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Kon Tum, Bà Rịa – Vũng Tàu… Thông thường, nông dân thường trồng khoai mì chính vụ vào khoảng từ tháng 2 đến tháng 4.Và ở mỗi vùng miền, thời gian thu hoạch khác nhau tùy thuộc điều kiện khí hậu từng vùng.  Ở khu vực phía Bắc, khoai mì vào tháng 3 là thuận lợi nhất, vì thời gian này có mưa xuân ẩm, rất thích hợp cho cây sinh trưởng, hình thành và phát triển củ.  Vùng Bắc Trung Bộ, việc trồng khoai mi tốt nhất bắt đầu vào tháng 1. Vì nếu trồng sớm sẽ gặp mưa lớn làm thối cây, còn trồng muộn, khoai mì còn non, gặp trời rét khô dẫn đến sinh trưởng kém. SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 3 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày  Vùng Nam Trung Bộ, khoai mì trồng trong thời gian từ tháng 1 đến tháng 3 là tốt nhất, trong lúc này điều kiện nhiệt độ tương đối cao và thường có mưa nên đủ ẩm.  Đối với vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, khoai mì tháng 4 hay tháng 5, vì khoảng thời gian nay điều kiện nhiệt độ cao ổn định và có mưa đều. Đối với đồng bằng sông Cửu Long, chủ độngvề nguồn nước, nên trồng nay từ đầu năm, để thu hoạch trước mùa lũ. Ngành sản xuất tinh bột mì ở nước ta có thể phân thành 3 qui mô :  Qui mô nhỏ ( qui mô hộ gia đình ): Công việc sản xuất còn sử dụng dụng cụ thủ công thô sơ. Kỹ thuật sản xuất đơn giản và gián đoạn , nên chất lượng tinh bột không cao và năng suất thấp .  Qui mô vừa: điểm khác biệt của các nhà máy này so với qui mô nhỏ là có thể nâng năng suất lên cao hơn, và có thể cải tiến qui trình, công nghệ sản xuất .Máy móc hiện đại hơn, năng suất cao hơn, sử dụng ít nhân công, nhưng tốn nhiều nước và nhiên liệu .  Qui mô lớn: Cả nước có trên 60 nhà máy chế biến tinh bột sắn ở qui mô lớn, công suất 50 - 200 tấn / ngày.Tổng công suất của các nhà máy chế biến sắn qui mô công nghiệp đã và đang xây dựng có khả năng chế biến được 40% sản lượng sắn cả nước.. Một số dây chuyền sản xuất tinh bột mì : SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 4 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Sơ đồ sản xuất tinh bột khoai mì ở nhà máy Phước Long-tỉnh Bình Phước SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 5 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Tinh boät öôùt Quaäy, pha loaõng Taåy chua, taåy traéng Taùch taïp chaát Quaäy Ly taâm Saáy khoâ Laøm nguoäi Ñoùng goùi Sơ đồ công nghệ chế biến tinh bột khoai mì kiểu Thái Lan SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 6 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Chương 2 TỔNG QUAN NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 2.1 Nguồn gốc phát sinh : Ô nhiễm bởi nước thải tinh bột mì đang là vấn đề nan giải cần tìm ra hướng khắc phục.Tuỳ theo công nghệ sản xuất mà lượng nước thải sinh ra nhiều hay ít. Ở Việt Nam quy trình sản xuất sử dụng 10 – 20 m3/tấn sản phẩm, 95 % lượng nước thải được thải ra ngoài mang theo 1 phần tinh bột không thu hồi. Nước thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạn :  Trong công đoạn rửa, nước được sử dụng cho việc rửa củ mì trước khi lột vỏ để loại bỏ các chất bẩn bám trên bề mặt trước khi đưa vào nghiền. Nếu rửa không đầy đủ, bùn bám trên củ sẽ làm cho tinh bột có màu rất xấu.  Trong công đoạn ly tâm và sàng loại xơ, nước được sử dụng nhằm mục đích rửa và tách tinh bột từ bột xơ củ mì.  Nước sử dụng trong quá trình nghiền củ , nhưng với khối lượng không đáng kể.  Nước thải được sinh ra chủ yếu từ nước rửa củ và tách tinh bột .Thành phần nước thải khoai mì chứa hàm lượng hữu cơ cao, độ đục cao, bốc mùi chua nồng.Hàm lượng cặn lơ lửng cúng khá cao, do xác mì mịn, khó lắng bị cuốn theo khi xả nước thải từ bể ngâm .Đặc biệt trong nước thải có chứa HCN- là một acid có tình chất độc hại. Đây là chất hoá học trong khoai mì gây nên trang thái say, ngộ độc khi ăn phải quá nhiều. Trong nước thải HCN- là yếu tố cản trở hoạt động của vi sinh trong các công trình sinh học . SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 7 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Bảng thành phần tính chất nước thải tinh bột mì Chỉ tiêu Đơn vị kết quả pH 4,2-5,1 COD mg/l 2.500 – 17.000 BOD5 mg/l 2.120 – 14.750 SS mg/l 120-3000 N-NH3 mg/l 136-300 N-NO2 mg/l 0-0,2 N-NO3 mg/l 0,5-0,8 N tổng mg/l 250 – 450 P tổng mg/l 4-70 CN- mg/l 2-75 SO42mg/l 52-65 [Nguồn : Giải pháp xử lý nước thải tinh bột mì cho làng nghề Hoài Hảo, Bình Định – Khoa Môi Trường- Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM]. 2.2 Các tác động: 2.2.1 Độ pH Độ pH của nước thải quá thấp sẽ làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nước tiếp nhận do các loại vi sinh vật có tự nhiên trong nước bị kìm hãm phát triển. Ngoài ra, khi nước thải có tính axít sẽ có tính ăn mòn, làm mất cân bằng trao đổi chất tế bào, ức chế sự phát triển bình thường của quá trình sống. 2.2.2 Hàm lượng chất hữu cơ Nước thải chế biến tinh bột có hàm lượng chất hữu cơ cao, khi xả vào nguồn nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng ôxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hòa tan dưới 50% bão hòa có khả năng gây ảnh hưởng tới sự phát triển của tôm, cá. Oxy hòa tan giảm không chỉ gây suy thoái tài nguyên thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 8 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày 2.2.3 Hàm lượng chất lơ lửng Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, không những làm mất vẻ mỹ quan mà quan trọng nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu... giảm quá trình trao đổi oxy và truyền sáng, dẫn nước đến tình trạng kị khí. Mặt khác một phần cặn lắng xuống đáy gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè đồng thời thực hiện quá trình phân hủy kỵ khí giải phóng ra mùi hôi thối gây ô nhiễm cho khu vực xung quanh. 2.3 Các phương pháp xử lý: Nước thải ngành sản xuất tinh bột mì có hàm lượng chất hữu cơ rất cao , tỉ lệ BOD5/COD lên đến trên 70%, nên định hướng xử lý sinh học là hợp lý.Tuy nhiên, để nâng cao hiệu quả xử lý người ta thường kết hợp với các biện pháp cơ học và hoá lý ..Việc lựa chọn phương pháp cũng như biện pháp, công trình cụ thể áp dụng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải còn phải phụ thuộc đặc điểm tính chất nước thải, mức độ làm sạch, chi phí đầu tư công nghệ, chi phí vận hành, diện tích mặt bằng để xây dựng . 2.3.1 Các phương pháp cơ học và lý học : a.Song chắn rác : là công trình xử lý sơ bộ nước thải để chuẩn bị cho các công trình xử lý tiếp theo.Mục tiêu của song chắn rác: giữ lại xác bã khoai mì, lá cây…Song chắn rác thường đặt trước bảo vệ bơm, van, đường ống, cánh khuấy để trách trường hợp bị ngặt, bít đường ống …Song chắn rác được đặt dưới 1 góc 1200 so với hướng dòng chảy, rác được lấy thủ công hay thiết bị cào cơ khí . b.Bể điều hòa : thường đặt sau bể lắng cát .Mục tiêu: khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động của lưu lượng, nâng cao hiệu suất của các quá trình phía sau , giảm kích thước và chi phí của những xử lý phía sau .Bể điều hoà được tiến hành sục khí hay khuấy trộn cơ khí để ngăn quá trình lắng của hạt rắn vá các chất có khả năng phân huỷ sinh học . c.Bể lắng: dựa trên nguyên tắc tách cặn bằng trọng lực .Mục tiêu : khử SS trong nước thải hay bông cặn trong quá trịnh keo tụ tạo bông , bông bùn hoạt tính . Các loại bể lắng :  Bể lắng ngang: nước chảy theo phương ngang từ đầu đến cuối bể SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 9 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày  Bể lắng đứng: hình trụ tròn hoặc hình vuông có đáy hình nón, chop,nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng , cặn lắng xuống đáy bể .  Bể lắng li tâm : bề mặt hình tròn, nước chảy từ tâm ra thành bể, hạt cặn lắng xuống dưới . Hiệu quả xử lý của các phương pháp xử lý cơ học : các công trình xử lý cơ học có thể loại bỏ 60% tạp chất không hoà tan, giảm BOD 30%. d.Bể acid: CN trong nước thải tinh bột mì là yếu tố chính gây cản trở sư họat đông vủa các vi sinh vật trong các phương pháp xử lý sinh học., tại đây sẽ diễn ra quá trình acid hoá các chất hữu cơ hoà tan, hợp chất cyanua thành các acid hữu cơ . e.Bể trung hoà : Nước thải chứa các acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa về pH = 6,5- 8,5 trước khi đưa vào xử lý sinh học .Có thể trung hoà bằng cách : trộn chung nước thải acid và nước thải kiềm,châm hoá chất, lọc nước acid qua vật liệu lọc có tác dụng trung hoà .Viêc lựa chọn phương pháp trung hoà là phụ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải , khả năng có sẵn và giá thành của hoá chất . f.Bể keo tụ tạo bông : sử dụng tác nhân keo tụ, để tạo bông cặn nhằm xử lý hàm lượng SS .Các bông cặn lớn sẽ lắng xuống ở bể lắng.Việc lựa chọn hoá chất keo tụ phải tính đến mặt kinh tế, và không gây ô nhiễm thứ cấp . 2.3.2 Các phương pháp xử lý sinh học : Mục đích : Chuyển hoá ( oxy hoá) các chất hoà tan và những chất dễ phân huỷ sinh học thành những sản phẩm cuối cùng có thể chấp nhận được. Hấp thụ và kết tụ cặn lơ lửng, chất keo không lắng thành bông sinh học hay màng sinh học, chuyển hoá /khử chất dinh dưỡng ( như nitơ, photpho) và trong một số trường hợp, khử những hợp chất và những thành phần hữu cơ dạng vết . Phương pháp sinh học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí ( có oxy) và trong điều kiện ky khí (không có oxy) . Phương pháp xử lý sinh học có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn các hợp chất hữu cơ hoà tan hoặc phân tán nhỏ .Do vậy, phương pháp này thường ứng dụng sau khi loại bỏ các tạp chất thô ra khỏi nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao . a.Bể Aerotank: Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút, khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Nước thải vào có thể phân bố nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể. Ở chế độ dòng chảy nút, bông bùn có đặc SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 10 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày tính tốt hơn, dễ lắng. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể. Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3 – 0,6 kgBOD5/m3.ngày với hàm lượng MLSS 1.500 – 3.000 mg/l, thời gian lưu nước từ 4–8 giờ, tỷ số F/M = 0,2 – 0,4; thời gian lưu bùn từ 5 – 15 ngày. b.Bể phản ứng theo mẻ SBR: Đây là loại công nghệ mới đang được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới vì hiệu quả xử lý Nitơ, Phospho rất cao nhờ vào các qui trình hiếu khí, thiếu khí, yếm khí. Hoạt động của bể gồm 5 pha:  Pha làm đầy (fill): đưa nước thải vào bể, có thể vận hành theo 3 chế độ: làm đầy_tĩnh, làm đầy_khuấy trộn và làm đầy_sục khí.  Pha phản ứng (react): ngừng đưa nước thải vào bể, tiến hành sục khí đều diện tích bể. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải và yêu cầu mức độ xử lý.  Pha ổn định (settle): các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn. Thời gian lắng thường nhỏ hơn 2h.  Pha tháo nước trong (decant): nước đã lắng trong ở phần trên của bể được tháo ra nguồn tiếp nhận bằng ống khoan lỗ hoặc máng thu nước trên phao nổi.  Pha chờ (idle): thời gian chờ để nạp mẻ mới. Pha này có thể bỏ qua. Ưu điểm: hiệu quả khử Nitơ, Phospho cao; tiết kiệm diện tích đất xây dựng vì không cần xây dựng bể điều hòa, bể lắng I và lắng II; có thể kiểm soát hoạt động và thay đổi thời gian giữa các pha nhờ bộ điều khiển PLC; pha lắng được thực hiện trong điều kiện tĩnh hoàn toàn nên hiệu quả lắng tốt. Khuyết điểm: chi phí của hệ thống cao, người vận hành phải có kỹ năng tốt, đạt được hiệu quả xử lý cao khi lưu lượng nhỏ hơn 500m3/ngày đêm. c.Mương oxy hóa: Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương và vận tốc dòng chảy thường được thiết kế lớn hơn 3 m/s để xáo trộn bùn hoạt tính và tránh cặn lắng. Mương oxy hóa có thể kết hợp xử lý nitơ. METCALF and EDDY (1991) đề nghị tải trọng thiết kế 0,1 – 0,25 kg BOD5/m3.ngày, thời gian lưu nước 8–16 giờ, hàm lượng MLSS khoảng 3.000 – 6.000 mg/l, thời gian lưu bùn từ 10 – 30 ngày là thích hợp. d.Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC): Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC – Rotating Biological Contactors) được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 và hiện nay đã được sử dụng rộng rãi để xử lý BOD và Nitrat hóa. SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 11 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày RBC bao gồm các đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau. Đĩa nhúng chìm khoảng 40% trong nước thải và quay ở tốc độ chậm. Khi đĩa quay, màng sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải và sau đó tiếp xúc với ôxy. Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa ôxy và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí. Đồng thời đĩa quay còn tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh không còn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa qua bể lắng đợt II. e.Bể lọc ngược qua tầng bùn kị khí UASB: Bể UASB không sử dụng vật liệu dính bám mà sử dụng lớp cặn (có chứa rất nhiều VSV kị khí) luôn luôn tồn tại lơ lửng trong dung dịch lên men nhờ hệ thống nước thải chảy từ dưới lên. Sau một thời gian hoạt động, trong hệ thống hình thành 3 lớp; phần bùn đặc ở đáy hệ thống, một lớp thảm bùn ở giữa hệ thống gồm những hạt bùn kết bông và phần chứa biogas ở trên cùng. Nước thải được nạp vào từ dưới đáy hệ thống, đi xuyên qua lớp bùn đặc và thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngoài. Khi tiếp xúc với những hạt bùn kết bông ở thảm bùn, vi khuẩn sẽ xử lý chất hữu cơ và chất rắn sẽ được giữ lại. Các hạt bùn sẽ lắng xuống thảm bùn và định kì được xả ra ngoài. Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao, thời gian lưu nước trong bể ngắn, thu được khí CH4 phục vụ cho nhu cầu về năng lượng, cấu tạo bể đơn giản, dễ vận hành, năng lượng phục vụ vận hành bể ít. Khuyết điểm: khó kiểm soát trạng thái và kích thước hạt bùn, các hạt bùn thường không ổn định và rất dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi môi trường. f.Bể lọc kị khí:Là loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai trò như giá thể của VSV dính bám. Nhờ đó, VSV sẽ bám vào và không bị rửa trôi theo dòng chảy.Vật liệu lọc của bể lọc kị khí là các loại cuội, sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa hình dạng khác nhau. Kích thước và chủng loại vật liệu lọc, được xác định dựa vào công suất của công trình, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực nước cho phép, điều kiện nguyên vật liệu tại chỗ. Nước thải có thể được cung cấp từ trên xuống hoặc từ dưới lên. Bể lọc kị khí có khả năng khử được 70÷90% BOD. Nước thải trước khi vào bể lọc cần được lắng sơ bộ. Ưu điểm: khả năng khử BOD cao, thời gian lọc ngắn, VSV dễ thích nghi với nước thải, vận hành đơn giản, ít tốn năng lượng, thể tích của hệ thống xử lý nhỏ. SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 12 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Khuyết điểm: thường hay bị tắc nghẽn, giá thành của vật liệu lọc khá cao, hàm lượng cặn lơ lửng ra khỏi bể lớn, thời gian đưa công trình vào hoạt động dài. Chương 3 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1 Thông số đầu vào và yêu cầu xử lý : Lưu lượng nước thải : Q = 1000m3/ngày 3.1.1 Các thông số đầu vào: Thông số pH BOD5 COD SS Tổng Nito Tổng photpho CN- Đơn vị Giá trị 5,6 3800 5225 1425 60 10 25 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 3.1.2 Yêu cầu : nước thải sau xử lý đạt loại B ( QCVN 24-2008/BTNMT) Thông số pH BOD5 COD SS N P CN- Đơn vị Giá trị 5,5-9 50 100 100 30 6 0,1 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 3.2 Các cơ sở lựa chọn công trình xử lý: 3.2.1 Cơ sở lựa chọn bể Acid hóa để xử lý CN : CN- là độc đối với sinh vật, nếu nồng độ CN trong nước thải cao sẽ ảnh hưởng tiêu cực tới hiệu quả xử lý của các công trình xử lý sinh học do đó trước khi đi vào công trình xử lý, nước thải phải được khử CN. SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 13 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Trong điều kiện tự nhiên, CN cũng có thể tự phân hủy nhưng không triệt để và đòi hỏi khoảng thời gian phân hủy khá dài (sau 5–7 ngày khoảng 30% CN bị phân hủy).Tại bể acid hóa hàm lượng CN được khử nhanh hơn tự nhiên rất nhiều, phần lớn các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải tinh bột mì tồn tại dưới dạng đường, tinh bột, protein, lipid, limarin…bị thủy phân thành các hợp chất đơn giản, HCN, các acid béo, các hợp chất acetate…CN- trong nước thải tồn tại dưới dạng linamarin . Trong điều kiện tự nhiên, linamarin dưới tác dụng của enzim sẽ chuyển hoá theo cơ chế: CN- + ½ O2 + enzyme  CNOCNO- + H2O  NH3 + CO2 Hoặc: HCN + 2H2O  NH4COOH Tại bể acid hoá , trong điều kiện kị khí sẽ xảy ra : CN + H2S  HSCN + H+ HSCN + 2H2O  NH3 + H2S + CO2 Nhìn chung phản ứng CN đều giải phóng NH3 3.2.2 Cơ sở lựa chọn phương pháp xử lý kị khí : Nước thải khoai mì có nồng độ chất hữu cơ dễ phân huỷ cao ,nên công đoạn xử lý kị khí là cần thiết . Nguyên lý của phương pháp: Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện không có oxy để tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí CH4 và CO2 (trường hợp nước thải không chứa NO3- và SO42-). Ưu điểm của xử lý kị khí : Cấu tạo thiết bị đơn gian, hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao.Lượng bùn sinh ra ít , độ ổn định cao.Có khả năng sản xuất năng lượng Khuyết điểm : Thời gian khởi động dài để tăng lượng tế bào vi sinh vật cần thiết cho thiết bị xử lý.Tạo khí H2S có mùi hôi khó chịu. Không đủ khả năng tạo độ kiềm khi nước thải được pha loãng hoặc chứa thành phần chất hữu cơ chủ yếu là carbonhydrat. SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 14 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Bảng so sánh giữa UASB và các phương pháp xử lý kị khí khác Phương pháp Thuận lợi Bất lợi Hồ kị khí Vốn đầu tư ít Cần có một diện tích rất lớn. Gây mùi thối rất khó chịu. Chi phí hoạt động rẻ, hầu như không đòi hỏi quản lý thường Không thu hồi được khí sinh xuyên, bảo trì, vận hành đơn học sinh ra. giản . Hiệu quả khá cao Lọc kị khí Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS Có thể hoạt động gián đoạn, chịu cao. biên động về nhiệt độ và tải Dễ bị bít kín lượng ô nhiễm Vận hành tương đối đơn giản Phân hủy kỵ Thích hợp nước thải có hàm khí xáo trộn lượng SS cao. hoàn toàn Đảm bảo tính chất nước thải (vật chất, pH, nhiệt độ) đồng đều trong thiết bị. Tải trọng thấp. Thể tích thiết bị lớn để đạt SRT cần thiết. Sự xáo trộn trở nên khó khi hàm lượng SS quá lớn Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp. Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích. Phù hợp cho các loại nước thải có hàm lượng COD từ thấp đến cao. Có thể đạt được tải trọng rất cao Không phù hợp với loại nước thải có hàm lượng SS cao. Nhạy cảm với những cơ chất độc . khả năng sinh mùi và khí gây ăn mòn cao. UASB SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 15 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Những năm gần đây UASB được ứng dụng rộng rãi hơn các công nghệ khác do nguyên lý quá trình được xem là thuận tiện và đơn giản nhất, những hạn chế trong quá trình vận hành UASB có thể dễ dàng khắc phục bằng các phương pháp xử lý sơ bộ. Tính kinh tế cũng là một ưu điểm của UASB. Mặt khác UASB được quan tâm hơn cả là vì đối với nước thải khoai mì:  Giai đoạn acid hóa không chỉ chuyển hóa các protein, glucose,…thành acid mà còn có tác dụng khử CN. Khi thời gian lưu ở bể acid ngắn không khử triệt để CN thì CN- sẽ tiếp tục được xử lý tại bể UASB.  UASB có khả năng xử lý nước thải hữu cơ với tải trọng cao, nhưng ít tốn năng lượng. Hiệu quả xử lý cao từ 60 – 90% theo COD.  Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích.  Có khả năng giữ bùn lâu dài và ít thay đổi hoạt tính khi không hoạt động. Hàm lượng cặn lơ lửng trong thành phần nước thải khoai mì chủ yếu là các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học nên không ảnh hưởng đến UASB. 3.2.3 Cơ sở chọn phương pháp sinh học hiếu khí : Sau xử lý kị khí, nước thải được tiếp tục xử lý sinh học hiếu khí. Trong xử lý hiếu khí có rất nhiều công trình khác nhau, tuỳ vao qui mô :  Điều kiện tự nhiên, khí tượng, thủy văn .  Chi phí đầu tư, xây dựng, vận hành, bảo trì thấp. Ở đây , chọn công trình Aeroten , vì so với những công nghệ khác thì : Ưu điểm: đạt được mức độ xử lý triệt để, thời gian khởi động ngắn, ít tạo mùi hôi, có tính ổn định cao trong quá trình xử lý. Khuyết điểm: tốn nhiều năng lượng. SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 16 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày 3.3 Đề xuất công nghệ công nghệ xử lý : SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 17 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Thuyết minh qui trình công nghệ: SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 18 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Nước thải từ các công đoạn sản xuất đuợc đưa qua song chắn rác, để loại bỏ các tạp chất thô có kích thước lớn: vỏ củ, cát, sạn… Lượng rác này thường xuyên được lấy đi bằng thủ công. Sau đó rác được tập trung lại và được xe gom rác đưa đến bãi rác để xử lý. Qua song chắn rác nước thải chảy vào hố thu gom, ở hố thu gom còn có thêm nhiệm vụ gom nước từ các công trình khác: sân phơi bùn, bể nén bùn. Sử dụng bơm chìm bơm nước từ hố thu gom tới bể điều hoà, tại đây giúp ổn định lưu lượng và nồng độ các chất trước khi được dẫn đến các công trình phía sau. Nước từ bể điều hoà được bơm qua bể acid. Tại bể acid có nhiệm vụ khử CN-, sử dụng NaOH; chuyển hóa các mạch vô cơ phức tạp thành đơn giản..Sau đó, nước thải được đưa đến bể keo tụ tạo bông, tại đây sẽ sử dụng phèn nhôm bổ sung thêm chất trợ keo tụ PVC.Sau khi hỗn hợp được hoà trộn và phản ứng tạo thành bông hình thành ở bể tạo bông, nước thải có chứa cặn được đưa tới bể lắng tách cặn.Cặn lắng được chuyển đến bể nén bùn.Từ bể lắng cặn, nước thải được bơm với một lưu lượng cố định vào bể phản ứng kỵ khí UASB. Giá trị pH thuận lợi cho hoạt động của bể UASB là 6,7-7,5.Bể UASB với hiệu suất xử lý khoảng 70-80%, tại đây các vi sinh vật kị khí sẽ phân huỷ các chất hữu cơ trong nước thải tạo thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và khí Biogas. Một phần CN- tiếp tục bị phân huỷ ở đây. Nước thải từ UASB tiếp tục được bơm qua bể Aerotank, có sục khí, các vi sinh vật hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như: CO2, H2O…Hiệu quả xử lý BOD của bể Aerotank đạt khoảng 90-95%. Từ bể Aerotank, nước thải được dẫn qua bể lắng II, bùn hoạt tính sẽ lắng dưới đáy, nước thải bên trên sẽ bơm qua hồ hoàn thịên . Bùn hoạt tính ở bể lắng 2 sẽ được lấy: một phần đưa tới bể lắng bùn, một phần được tuần hoàn trở lại bể Aerotank nhằm mục đích duy trì hàm lượng vi sinh vật trong bể.Ở hồ hoàn thiện hợp chất hữu cơ sẽ được phân huỷ triệt để nhờ quá trình tự làm sạch của hồ, oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá chủ yếu do sự khếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của tảo, rêu…Thời gian lưu nước trong hồ là 3 ngày. Hồ hoàn thiện có thể kết hợp xử lý nước thải với nuôi cá. Nước từ hồ hoàn thiện được đưa ra nguồn tiếp nhận . Bùn tại bể nén bùn, sau khi được tách bớt 1 phần nước sẽ đưa đến sân phơi bùn, bùn sau khi phơi có thể được dùng sản xuất phân, hoặc đem chôn lấp. Nước từ bể nén bùn, cùng với nước tại sân phơi bùn theo đường ống được đưa về bể điều hoà tiếp tục xử lý . SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 19 GVHD: Phan Xuân Thạnh Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy tinh bột mì công suất 1000 m3/ngày Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Lưu lượng tính toán : Q = 1000m3/ngày đêm 1000 = 41,67m3 / h 24 1000 = 0,0116m3 / s Lưu lượng trung bình giây Q = 24 x3600 Lưu lượng trung bình giờ : Q = = 11,6 l/s Lưu lượng giờ lớn nhất : Qmax = Qtb× Kcb Với Kcb tra theo:TCXD 51-1984 Lưu lượng nước 5 15 30 50 thải trung binh l/s Hệ số không 3 2,5 2 1,8 điều hoà Ko 100 200 500 600 800 1250 1,6 1,4 1,35 1,25 1,2 1,15  Tính được Ko = 2,67 ⇒Lưu lượng giờ lớn nhất: Qmax = Qtb × K 0 = 41,67 × 2,67 = 111,3m 3 / h = 0,0309m 3 / s Bs Bk h 4.1 Song chắn rác: L1 SVTH: Đồng Trong Đạt MSSV:90604090 L3 20 L2 GVHD: Phan Xuân Thạnh