Tài liệu Thiết kế hệ thống xử lí nước thải nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh với năng suất tấn 13 sản phẩm-ngày

Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông MỤC LỤC MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................................5 1.1. Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến thủy sản ở nước ta.............................5 1.2. Một số quy trình chế biến thủy sản........................................................................ 7 1.2.1. Quy trình chế biến thủy sản chung................................................................... 7 1.2.2. Quy trình chế biến thủy sản đông lạnh.............................................................8 1.3. Đặc điểm nước thải ngành chế biến thủy sản và những tác động đến môi trường.............................................................................................................................8 1.3.1. Đặc điểm nước thải ngành chế biến thủy sản...................................................8 1.3.2. Tác động của nước thải đến môi trường...........................................................9 1.4. Các phương pháp xử lý nước thải thủy sản......................................................... 11 1.4.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học.................................................................... 11 1.4.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học...................................................13 1.4.3. Xử lý bằng phương pháp sinh học..................................................................14 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ............... 15 2.1. Chọn phương án xử lý.......................................................................................... 15 2.2. Quy trình công nghệ............................................................................................. 16 2.3. Thuyết minh quy trình công nghệ........................................................................ 17 2.4. Các đơn vị công trình trong quy trình công nghệ............................................... 18 2.4.1. Song chắn rác.....................................................................................................18 2.4.2. Bể thu gom.........................................................................................................19 2.4.3. Bể lắng cát......................................................................................................... 19 2.4.4. Bể điều hòa........................................................................................................ 19 2.4.5. Bể lắng đợt 1......................................................................................................20 2.4.6. Bể lọc sinh học kỵ khí (UASB).........................................................................20 2.4.7. Bể Aerotank.......................................................................................................21 2.4.8. Bể lắng đợt 2......................................................................................................22 2.4.9. Bể khử trùng...................................................................................................... 22 SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 1 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông 2.4.10. Bể nén bùn...................................................................................................... 23 2.4.11. Máy ép bùn...................................................................................................... 23 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC ĐƠN VỊ CÔNG TRÌNH TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ......................................................................................................................... 23 3.1. Các thông số ban đầu............................................................................................23 3.2. Xác định lưu lượng nước thải...............................................................................24 3.3. Tính toán kích thước song chắn rác..................................................................... 25 3.4. Tính toán kích thước bể thu gom......................................................................... 29 3.5. Tính toán bể lắng cát............................................................................................ 29 3.6. Tính toán bể điều hòa........................................................................................... 31 3.7. Tính toán bể lắng đợt 1.........................................................................................34 3.8. Tính toán bể UASB.............................................................................................. 37 3.9. Tính toán bể Aerotank..........................................................................................44 3.10. Tính toán bể lắng đợt 2...................................................................................... 51 3.11. Tính toán bể khử trùng....................................................................................... 53 3.12. Tính toán bể chứa bùn........................................................................................ 54 3.13. Tính toán bể nén bùn..........................................................................................56 3.14. Tính toán máy ép bùn.........................................................................................57 CHƯƠNG 4: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ UASB...... 58 4.1. Tổng quan và cấu tạo của bể UASB.................................................................... 58 4.1.1. Tổng quan về bể UASB.................................................................................... 58 4.1.2. Cấu tạo của bể UASB........................................................................................61 4.2. Nguyên lý hoạt động của bể UASB..................................................................... 61 KẾT LUẬN................................................................................................................. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................63 SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 2 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông MỞ ĐẦU Trong vài thập niên gần đây, nền kinh tế Việt Nam tăng trưởng mạnh mẽ và ổn định. Điều này góp phần nâng cao thu nhập và cải thiện đời sống người dân, làm thay đổi cơ bản diện mạo đất nước. Từ chỗ một nước đói nghèo sau chiến tranh, hiện nay nước ta trở thành một nước có thu nhập trung bình, với thu nhập bình quân theo đầu người năm 2011 là 1200 USD/người. Bước vào thời kì hội nhập và phát triển, đặc biệt là để tiến hành sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa để đưa đất nước cơ bản trở thành một nước công nghiệp vào năm 2020, ngành công nghiệp nước ta được đã đầu tư, phát triển không ngừng và đem lại nhiều thành tựu to lớn. Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích đem lại như tăng trưởng GDP, góp phần phát triển đất nước, giảm đói nghèo…thì nó cũng để lại những bất cập và hậu quả nhất định đối với môi trường xung quanh. Sự phát triển của ngành công nghiệp chế biến thủy sản cũng nằm trong xu thế chung đó. Để đảm bảo môi trường sống an toàn, trong lành cho người dân và đảm bảo quá trình sản xuất bền vững, lâu dài, nhất là tuân thủ các quy định ký kết sau khi nước ta gia nhập WTO, mỗi doanh nghiệp, mỗi đơn vị sản xuất kinh doanh cần có hệ thống xử lý nước thải để giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh. Xuất phát từ những đòi hỏi cấp bách đó, em đã thực hiện đồ án này với đề tài: “ Thiết kế hệ thống xử lí nước thải nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh với năng suất tấn 13 sản phẩm / ngày. Chất lượng nước thải đạt loại A”. SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 3 Đồ án công nghệ 2 CHƯƠNG 1: 1.1. GVHD: TS.Bùi Xuân Đông TỔNG QUAN Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến thủy sản ở nước ta Nước ta có một bờ biển dài hơn 3200 km với một vùng biển rộng lớn, trên 1 triệu km2 và một hệ thống sông ngòi dày đặc phân bố khắp các vùng miền, cùng với đó là một diện tích không nhỏ bề mặt ao, hồ, đập, đầm lầy, ruộng trũng… Đó là điều kiện rất thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển ngành nuôi trồng, đánh bắt thủy hải sản nói chung và ngành chế biến thủy sản nói riêng. Theo Bộ Thủy sản, Việt Nam có trên 2000 loài cá, trong đó có khoảng 100 loài có giá trị kinh tế cao. Bước đầu đánh giá trữ lượng cá biển trong vùng thềm lục địa khoảng trên 4 triệu tấn. Khả năng khai thác hàng năm khoảng 1,67 triệu tấn/năm. Như vậy tiềm năng khai thác vẫn còn rất lớn. Xuất phát từ tiềm năng thiên nhiên to lớn, vai trò quan trọng của ngành thủy sản trong sự phát triển kinh tế- xã hội, nhất là trong 20 năm qua, với tốc độ phát triển kinh tế nhanh chóng về sản lượng và giá trị xuất khẩu. Ngành kinh tế thủy sản ngày càng được xác định là ngành kinh tế mũi nhọn và là một trong những hướng ưu tiên của sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay. Công nghiệp chế biến thủy sản mà chủ yếu là công nghiệp đông lạnh thủy sản, với hơn 300 cơ sở chế biến thủy sản và khoảng 220 nhà máy chuyên sản xuất các sản phẩm đông lạnh phục vụ xuất khẩu, có tổng công suất 200 tấn/ngày đã đóng vai trò to lớn hàng đầu về công nghiệp chế biến thực phẩm trong cả nước và thu hút nguyên liệu để sản xuất hàng hóa xuất khẩu. Quy trình công nghệ chế biến hàng đông lạnh ở nước ta hiện nay chủ yếu dừng ở mức độ sơ chế và bảo quản đông lạnh, chủ yếu là đưa tôm, cá từ nơi đánh bắt về sơ chế, đóng gói, cấp đông, bảo quản lạnh…và xuất khẩu. Mặt hàng thủy sản có giá trị xuất khẩu cao hiện nay chủ yếu là tôm, cá tra, cá ngừ, mực nang, mực đông… Theo số liệu của Tổng cục Thủy sản cho biết, trong năm 2011 tổng sản lượng thủy sản đạt trên 5,2 triệu tấn, xuất khẩu đến khoảng 164 quốc gia, vùng lãnh thổ SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 4 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông trên thế giới, kim ngạch xuất khẩu đạt trên 6,11 tỉ USD, chiếm 3,92 % GDP cả nước. Hình 1.1. Chế biến thủy sản xuất khẩu Tuy nhiên, đi kèm với sự gia tăng sản phẩm, góp phần phát triển kinh tế, vấn đề ô nhiễm môi trường sinh ra từ quá trình chế biến của ngành cũng thực sự cần xem xét. Do đặc điểm công nghệ của mình, ngành chế biến thủy sản đã sử dụng một lượng nước khá lớn trong quá trình chế biến, trung bình khoảng 30 ÷ 80 tấn nước/tấn sản phẩm. Vì vậy ngành đã thải ra một lượng nước thải khá lớn cùng với các chất thải rắn rất khó phân hủy. Do đó, việc nghiên cứu xử lý nước thải ngành chế biến thủy sản là một yêu cầu cấp thiết đặt ra, trước hết là trực tiếp đối với các cơ sở, nhà máy chế biến thủy sản, nhằm góp phần giảm thiểu tác động ô nhiễm môi trường và đảm bảo phát triển bền vững, lâu dài. 1.2. Một số quy trình chế biến thủy sản 1.2.1. Quy trình chế biến thủy sản chung Tùy thuộc vào các loại nguyên liệu như tôm, cá, sò, mực, cua… mà công nghệ sẽ có nhiều điểm riêng biệt. Nguồn vào Quy trình chế biến SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 5 Nguồn nước thải Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông Nguyên liệu Nước Phân loại và cân nặng Loại bỏ sản phẩm dư thừa Chuẩn bị Làm cá, đánh vảy, lấy thịt phile, bỏ da và làm sạch ruột Loại bỏ da, xương, máu, đầu, ruột, thịt cá ươn Nước chloride Làm sạch và kiểm tra lại Các hợp chất khác Ví dụ : nước mắm Giai đoạn thành phẩm Nước sốt cá, nước mắm… Giai đoạn đóng hộp Đông lạnh, vô lon, đóng chai. Nguyên liệu dùng để đóng gói Đóng gói và gởi đi Nước mắm, nước sốt cá, dầu, thịt cá ươn, bao bì không dùng… Sản phẩm cụ thể. Loại bỏ thịt ươn, tỉa sạch Đồ phế thải, quá hạn sử dụng, sản phẩm bị trả lại Hình 1.2. Giản đồ dây chuyền chế biến thủy sản thông dụng 1.2.2. Quy trình chế biến thủy sản đông lạnh Nguyên liệu tươi ướp đá Rửa Sơ chế Phân cỡ, loại SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 6 Nước thải Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông Rửa Nước thải Xếp khuôn Đông lạnh Đóng gói Bảo quản lạnh ( -250C ÷ - 180C ) Hình 1.3. Quy trình công nghệ sản xuất một số sản phẩm thủy sản đông lạnh. 1.3. Đặc điểm nước thải ngành chế biến thủy sản và những tác động đến môi trường 1.3.1. Đặc điểm nước thải ngành chế biến thủy sản `Nước thải trong các nhà máy chế biến đông lạnh phần lớn là nước thải trong quá trình sản xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh và nhà xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến, nước vệ sinh cho công nhân. Thành phần của nước thải chế biến thủy sản chủ yếu là chất hữu cơ, chất vô cơ và các vi sinh vật gây bệnh. Số liệu điều tra năm 2002 cho thấy, cứ sản xuất 1 tấn tôm nõn đông lạnh xuất xưởng sẽ thải ra môi trường 0,75 tấn phế thải (đầu, vỏ, nội tạng), cá filet đông lạnh 0,6 tấn, nhuyễn thể chân đầu 0,45 tấn, nhuyễn thể 2 mảnh vỏ đông lạnh >4 tấn, riêng đối với chế biến nước mắm bã chượp ước tính khoảng 0,3 tấn/1 tấn sản phẩm. Tỷ lệ chất thải trung bình cho 1 tấn sản phẩm ở các nhà máy rất khác nhau, dao động từ 0,07 – 1,05 tấn cho sản phẩm vì nó phụ thuộc vào mặt hàng chính của mỗi xí nghiệp. Nước thải từ các nhà máy chế biến thuỷ sản có các chỉ số ô nhiễm cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B dùng cho nuôi trồng SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 7 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông thuỷ hải sản (TCVN 5945-1995) như BOD5 vượt từ 10 –30 lần, COD từ 9-19 lần. Nitơ tổng số cao hơn tiêu chuẩn xấp xỉ đến 9 lần. Tuy nhiên, mức ô nhiễm trong các công đoạn chế biến thuỷ sản cũng vẫn chỉ ở mức ô nhiễm trung bình so với các loại nước thải từ các ngành công nghiệp khác như dệt, nhuộm, da giày... Mức ô nhiễm của nước thải chế biến thuỷ sản về mặt vi sinh hiện vẫn chưa có số liệu thống kê, nhưng có thể khẳng định là chỉ số vi sinh vật như Clorom sẽ vượt qua tiêu chuẩn cho phép bởi vì các chất thải từ chế biến thuỷ sản phần lớn có hàm lượng protein, lipitd cao là môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển đặc biệt là trong điều kiện nóng ẩm như ở Việt Nam. 1.3.2. Tác động của nước thải đến môi trường Nước thải chế biến thủy sản có hàm lượng các chất ô nhiễm cao nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm các nguồn nước mặt và nước ngầm trong khu vực.  Gây ô nhiễm nguồn nước ngầm: Đối với nước ngầm tầng nông, nước thải chế biến thủy sản có thể thấm xuống đất và gây ô nhiễm nước ngầm. Các nguồn nước ngầm nhiễm các chất hữu cơ, dinh dưỡng và vi trùng rất khó xử lý thành nước sạch cung cấp cho sinh hoạt.  Gây ô nhiễm nguồn nước mặt và môi trường không khí xung quanh: Các chất hữu cơ: Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thủy sản có nguồn gốc động vật nên dễ bị phân hủy. Trong nước thải chứa các chất như cacbonhydrat, protein, chất béo… khi xả vào nguồn nước sẽ làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy 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. Chất dầu mỡ: Các chất dầu mỡ nếu không được xử lý sẽ tồn tại như một màng nổi ngăn cản sự khuếch tán của oxy vào nước, giảm khả năng quang hợp SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 8 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông của tảo và vi sinh, tạo môi trường phân hủy kỵ khí ảnh hưởng đến quá trình phân hủy chất, gây mất cảm quan… Chất rắn lơ lửng: Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu. Nó hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sang chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu… Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lòng sông, cản trở sự lưu thông nước và tàu bè… Chất dinh dưỡng (N, P): Nồng độ các chất nitơ, photpho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo, đến mức giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxy. Nếu nồng độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chất lượng nước của thủy vực. Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dưới không có ánh sáng.Quá trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ. Tất cả các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thủy sinh, nghề nuôi trồng thủy sản, du lịch và cấp nước. Amoniac: Rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ. Nồng độ làm chết tôm, cá từ 1,2 ÷ 3 mg/l. Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản của nhiều quốc gia yêu cầu nồng độ Amonia không vượt quá 1 mg/l. Các vi sinh vật: Các vi sinh vật đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước là nguồn ô nhiễm đặc biệt. Trong nước thải có thể có nhiều loại virut (như virut đường ruột, virut viêm gan A…) và các loại giun sán (như sán lá gan, sán dây…). Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay qua các nhân tố lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính… SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 9 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông Gây ô nhiễm đất: Đối với các vùng đất xung quanh nhà máy, nếu như nước thải không được xử lý thì khi xâm nhập vào đất nó sẽ phân hủy yếm khí các chất hữu cơ tạo nên các loại chất độc như: H2S, CH4, NH3… Trong các nhà máy chế biến thuỷ sản đông lạnh còn có một lượng nhỏ Clorine dùng để làm vệ sinh nhà xưởng khi sử dụng sẽ sinh ra Cl2 tán phát vào không khí có thể gây hại về đường hô hấp cho người lao động, tuy nhiên lượng sử dụng không nhiều, khoảng 60 tấn/năm. 1.4. Các phương pháp xử lý nước thải thủy sản Nước thải chứa nhiều tạp chất khác nhau, mục đích của quá trình xử lý nước thải là khử các tạp chất đó sao cho sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng ở mức chấp nhận được theo các chỉ tiêu đã đặt ra. Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý nước thải khác nhau. tuỳ thuộc vào đặc tính, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch mà người ta chọn phương pháp cơ học, hoá lí, hoá học, sinh học hay tổng hợp các phương pháp này để xử lý. 1.4.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học Phương pháp này dùng để xử lý sơ bộ, giúp loại bỏ các tạp chất rắn kích cỡ khác nhau có trong nước thải như: rơm cỏ, gỗ, bao bì chất dẻo, giấy, dầu mỡ nổi, cát sỏi, các vụn gạch ngói… và các hạt lơ lửng huyền phù khó lắng. Các phương pháp xử lý cơ học thường dùng: 1.4.1.1. Phương pháp lọc  Lọc qua song chắn, lưới chắn: Mục đích của quá trình này là loại bỏ những tạp chất, vật thô và các chất lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải để tránh gây ra sự cố trong quá trình vận hành xử lý nước thải. Song chắn, lưới chắn hoặc lưới lọc có thể đặt cố định hay di động, cũng có thể là tổ hợp cùng với máy nghiền nhỏ. Thông dụng hơn là các song chắn cố định. SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 10 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông  Lọc qua vách ngăn xốp: Cách này được sử dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các bể lắng không thể loại được chúng. Phương pháp cho phép chất lỏng đi qua và giữ pha phân tán lại, quá trình có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, áp suất cao trước vách ngăn hoặc áp suất chân không sau vách ngăn. 1.4.1.2. Phương pháp lắng  Lắng dưới tác dụng của trọng lực: Phương pháp này nhằm loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước. Để tiến hành quá trình người ta thường dùng các loại bể lắng khác nhau: bể lắng cát, bể lắng cấp 1, bể lắng cấp 2. Ở bể lắng cát, dưới tác dụng của trọng lực thì cát nặng sẽ lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đông tụ. Bể lắng cấp 1 có nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn khác. Bể lắng cấp 2 có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải.  Lắng dưới tác dụng của lực ly tâm và lực nén: Những hạt lơ lửng còn được tách bằng quá trình lắng dưới tác dụng của lực ly tâm trong các xyclon thuỷ lực hoặc máy ly tâm. Ngoài ra, trong nước thải sản xuất có các tạp chất nổi (dầu mỡ bôi trơn, nhựa nhẹ…) cũng được xử lý bằng phương pháp lắng. 1.4.2. Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học 1.4.2.1. Phương pháp trung hoà Nước thải sản xuất của nhiều lĩnh vực có chứa axit hoặc kiềm. Để nước thải được xử lý tốt ở giai đoạn xử lý sinh học cần phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về vùng 6,6 ÷ 7,6. Trung hòa còn có mục đích làm cho một số kim loại nặng lắng xuống và tách khỏi nước thải. Dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hoà nước thải. SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 11 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông 1.4.2.2. Phương pháp keo tụ Để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo, thậm chí cả nhựa nhũ tương polyme và các tạp chất khác, người ta dùng phương pháp đông tụ để làm tăng kích cở các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào tập hợp hạt để có thể lắng được. Khi lắng chúng sẽ kéo theo một số chất không tan lắng theo nên làm cho nước trong hơn. Việc chọn loại hóa chất, liều lượng tối ưu của chúng, thứ tự cho vào nước… phải được thực hiện bằng thực nghiệm. Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua… 1.4.2.3. Phương pháp oxy hoá - khử Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như: clo ở dạng khí và lỏng trong môi trường kiềm, vôi clorua (CaOCl2), hipoclorit, ozon…và các chất khử như: natri sunfua (Na2S), natri sunfit (Na2SO3), sắt sunfit (FeSO4)… Trong phương pháp này, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước bằng lắng hoặc lọc.Tuy nhiên quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học nên phương pháp này chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thải có tính chất độc hại và không thể tách bằng những phương pháp khác. 1.4.2.4. Phương pháp hấp phụ Dùng để loại bỏ các chất bẩn hoà tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu. Các chất hấp phụ thường dùng: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm…Trong đó than hoạt tính được dùng phổ biến nhất. 1.4.2.5. Phương pháp tuyển nổi Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 12 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông mặt nước sau đó người ta tách bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Thực chất đây là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt. Khi tuyển nổi người ta thường thổi không khí thành bọt khí nhỏ li ti, phân tán và bão hòa trong nước. 1.4.2.6. Phương pháp trao đổi ion Thực chất đây là quá trình trong đó các ion trên bề mặt các chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là ionit, chúng hoàn toàn không tan trong nước. Phương pháp này loại ra khỏi nước nhiều ion kim loại như: Zn, Cu, Hg, Cr, Ni…cũng như các hợp chất chứa asen, xianua, photpho và cả chất phóng xạ. Ngoài ra còn dùng phương pháp này để làm mềm nước, loại ion Ca+2 và Mg+2 ra khỏi nước cứng. Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp như: zeolit, silicagen, đất sét, nhựa anionit và cationit… 1.4.3. Xử lý bằng phương pháp sinh học Cơ sở của phương pháp là dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, những chất đơn giản hơn, các chất khí và nước. Mức độ và thời gian phân hủy phụ thuộc vào cấu tạo của chất hữu cơ đó, độ hoà tan trong nước và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác. Vi sinh vật trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Do đó trong xử lý nước thải người ta phải loại bỏ các tạp chất phân tán thô hoặc các chất có hại đến sự hoạt động của vi sinh vật ra khỏi nước thải ở giai đoạn xử lý sơ bộ. SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 13 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1. Chọn phương án xử lý Dựa vào thành phần và tính chất nước thải đầu vào, yêu cầu về chất lượng nước thải sau xử lý, quy mô công suất và điều kiện giới hạn về diện tích mặt bằng, vốn đầu tư… ta sẽ đưa ra phương án xử lý tối ưu nhằm đạt hiệu quả xử lý theo yêu cầu. Căn cứ vào thành phần, tính chất nước thải đầu vào của nhà máy và căn cứ vào yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra đạt loại A (theo số liệu bảng 2.1), ta lựa chọn hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học kết hợp với phương pháp xử lý bằng sinh học và khử trùng, trong đó phương pháp sinh học đóng vai trò quan trọng. Bảng 2.1. Tính chất, thành phần nước thải của nhà máy thủy sản đông lạnh [5, tr 407 – 410 và 20, tr 408] STT THÔNG SỐ 1 pH 2 COD 3 ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ ĐẦU VÀO GIÁ TRỊ CỘT A (*) 6,3 ÷ 7,2 6÷9 mg/l 1000 ÷ 1200 75 BOD5 (200C) mg/l 600 ÷ 950 30 4 Tổng Nitơ mg/l 70 ÷ 110 20 5 Chất rắn lơ lửng SS mg/l 100 ÷ 300 50 6 Tổng Photpho mg/l 6 ÷ 10 4 (*) Giá trị của thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp sau xử lý, quy định tại Bảng 1 QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp, có hiệu lực từ ngày 15 - 2 – 2012. SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 14 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông 2.2. Quy trình công nghệ Nước thải đầu vào Song chắn rác Thùng chứa rác Bể thu gom Bể lắng cát Sân phơi cát Nước Cấp khí Cấp khí Hóa chất Bể điều hòa Bể lắng đợt 1 Bùn Bể UASB Bùn Bể Aerotank Bùn tuần hoàn Bể lắng đợt 2 Bùn dư Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 15 Bể chứa bùn Bể nén bùn Máy ép bùn Chôn lấp, Phân vi sinh Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông 2.3. Thuyết minh quy trình công nghệ Nước thải chế biến thủy sản từ các nguồn của nhà máy theo hệ thống thoát nước đến song chắn rác để tách các chất rắn thô rồi vào bể thu gom. Sau đó nước thải được đưa qua bể lắng cát để tiếp tục tách scác tạp chất rắn không tan có kích thước nhỏ (cát, sỏi…), rồi được bơm lên ngăn tiếp nhận của bể điều hòa. Nước thải vào bể điều hòa và nhờ các dòng khí nén sục dưới đáy mà nó được hòa trộn đều để có tính chất đồng nhất. Tiếp đó, nước từ bể điều hòa chảy vào bể lắng đợt 1 thực hiện quá trình lắng, một số cặn sẽ lắng xuống đáy, phần nước trên sẽ được đưa qua bể UASB để thực hiện quá trình phân hủy sinh học kỵ khí. Nước vào bể UASB theo kiểu đi từ dưới lên xuyên qua lớp bùn lơ lửng và các chất hữu cơ bị phân hủy trong điều kiện kỵ khí. Sau khi ra khỏi bể UASB, nước đã giảm một lượng COD đáng kể và được đưa qua công trình xử lý hiếu khí bể Aerotank để tiếp tục phân hủy phần chất hữu cơ còn lại. Tại đây nước thải được trộn đều với bùn hoạt tính và nhờ oxy không khí do máy thổi khí cung cấp, vi sinh vật hiếu khí có trong bùn phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải. Nước thải có chứa bùn hoạt tính được dẫn sang bể lắng đợt 2 để tách bùn. Phần nước trong cho vào bể khử trùng có cung cấp Clorua vôi để khử trùng nước thải. Nước thải sau khi ra khỏi hệ thống đạt tiêu chuẩn xả thải và xả ra nguồn tiếp nhận. Một phần bùn hoạt tính từ bể lắng đợt 2 được tuần hoàn trở lại bể Aerotank. Phần còn lại cùng với bùn từ bể lắng đợt 1 và phần bùn trong bể UASB (định kỳ 2 tháng xả một lần) được đưa vào bể chứa bùn, sau đó cho vào bể nén bùn (nước tách bùn được đưa trở lại ngăn tiếp nhận của bể điều hòa). Lượng bùn đặc, ổn định đưa đến máy ép bùn, ép thành bánh. Sau đó bùn có thể được xử lý bằng cách chôn lấp hoặc tận dụng làm phân bón… SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 16 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông 2.4. Các đơn vị công trình trong quy trình công nghệ 2.4.1. Song chắn rác Chức năng: Song chắn rác được sử dụng để tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải như vỏ tôm, vây cá, đuôi cá…trước khi đưa nước thải vào các công trình xử lý phía sau. Việc sử dụng song chắn rác vào trong các công trình xử lý nước thải tránh được các hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn hay gây hư hỏng bơm. Sau đó, lượng rác này được gom bằng thủ công và tập trung vào thùng chứa rác có nắp đậy. Rác được tập trung lại, đưa đến bãi rác hoặc làm thức ăn gia súc. Song chắn rác gồm các thanh đan xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước. Thanh đan có thể là tiết diện tròn hay hình chữ nhật, thường là hình chữ nhật. Song chắn rác thường dễ dàng trượt lên xuống dọc theo 2 khe ở thành mương dẫn và đặt nghiêng so với mặt phẳng ngang một góc 60° ÷ 75° để tăng hiệu quả và tiện lợi khi làm vệ sinh. 2.4.2. Bể thu gom Chức năng: Bể thu gom nước thải tập trung toàn bộ nước thải từ các phân xưởng sản xuất của nhà máy bao gồm cả nước thải sinh hoạt và để đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho bơm hoạt động an toàn. Bể thu gom được đặt chìm dưới mặt đất. Nước thải từ bể thu gom được chuyển tiếp vào bể lắng cát nhờ bơm. Trong bể thu gom, sử dụng 2 bơm chìm hoạt động luân phiên. 2.4.3. Bể lắng cát Chức năng: Bể lắng cát thường được thiết kế để tách các tạp chất rắn vô cơ không tan có kích thước từ 0,2 ÷ 2 mm ra khỏi nước thải. Điều đó đảm bảo cho các thiết bị cơ khí (như các loại bơm) không bị cát, sỏi bào mòn; tránh tắc các đường ống dẫn và các ảnh hưởng xấu cùng việc tăng tải lượng vô ích cho các thiết bị xử lý sinh học. Ta chọn bể lắng cát có sục khí. SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 17 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông Bể lắng cát có sục khí được phát triển dựa trên cơ sở các hạt cát tích tụ lại với nhau trong dòng chuyển động xoáy ốc tạo bởi dòng khí, bằng cách sục khí vào một phía của bể tạo cho dòng chảy nước thải chuyển động theo quỹ đạo tròn và xoắn ốc quanh trục theo hướng dòng chảy. Cát, sỏi sau khi được tách ra sẽ được đưa lên sân phơi cát để làm ráo nước. Phần nước chảy ra từ sân phơi sẽ được dẫn vào bể điều hòa để trộn chung và tiếp tục xử lý. 2.4.4. Bể điều hòa Chức năng: Điều hòa lưu lượng, nồng độ, tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình phía sau. Nhờ đó mà giảm kích thước thiết bị và khắc phục được những vấn để vận hành do sự dao động lưu lượng hay quá tải, nâng cao hiệu suất của các quá trình sau. Bên trong bể điều hòa thường được bố trí các thiết bị khuấy trộn hoặc cấp khí nhằm tạo sự xáo trộn đều các chất ô nhiễm trong toàn bộ thể tích nước thải , tránh việc bị lắng cặn trong bể. Chính nhờ quá trình khuấy trộn khí từ máy thổi khí, nước thải được điều hoà về lưu lượng và thành phần các chất ô nhiễm như: COD, BOD, SS, pH… Tại đây pH của nước thải được điều chỉnh về nồng độ thích hợp cho quá trình xử lý sinh học (6,5 ÷ 8,5). Đồng thời máy thổi khí cung cấp oxy vào nước thải làm giảm sự phát sinh mùi hôi và làm giảm khoảng 20 ÷ 30% hàm lượng COD, BOD có trong nước thải. 2.4.5. Bể lắng đợt 1 Chức năng: Bể lắng đợt 1 dùng để loại bỏ bớt các tạp chất lơ lửng có khả năng lắng trong nước thải dưới tác dụng của trọng lực trước khi xử lý sinh học. Nước thải từ bể điều hòa được máy bơm bơm vào bể lắng đợt 1. Nước thải chảy vào ống trung tâm qua múi phân phối và vào bể. Sau khi ra khỏi ống trung tâm, nước thải va vào tấm chắn hướng dòng và thay đổi hướng đi xuống, sau đó sang ngang và dâng lên thân bể. Nước đã lắng trong tràn qua máng thu đặt xung quanh thành bể và được dẫn ra ngoài. Khi nước thải dâng lên thân bể và đi ra SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 18 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông ngoài thì cặn thực hiện chu trình ngược lại. Cặn được hệ thống thanh gạt cặn gom lại và đưa xuống giếng cặn. Bể lắng ly tâm đợt 1 có thể loại bỏ được 50 ÷ 70% chất rắn lơ lửng và 25 ÷ 50% BOD5. 2.4.6. Bể lọc sinh học kỵ khí (UASB) Chức năng: Bể lọc sinh học kị khí có tác dụng loại bỏ phần lớn các thành phần gây ô nhiễm có trong nước thải ( BOD, COD, SS,…). Bể lọc sinh học kị khí, với vật liệu lọc là nhựa polystyren dạng sợi, dạng bảng có diện tích tiếp xúc bề mặt lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh kị khí bám dính, phát triển tốt. Mầm bùn vi sinh đưa vào ban đầu là bùn tự hoại, phân chuồng và vi sinh hoạt hoá đặc thù. Bùn chết từ bể lọc sinh học kị khí sẽ được rút dẫn vào bể chứa bùn bằng hệ thống bơm bùn. Một số ưu điểm nổi bật của bể UASB sau: - Ba quá trình: phân hủy - lắng bùn - tách khí diễn ra trong cùng một công trình. - Tiết kiệm diện tích sử dụng; - Hiệu suất lắng cao do các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao; - Thiết bị sử dụng ít, năng lượng vận hành hệ thống thấp; - Lượng bùn sau quá trình xử lý thấp, nên chi phí xử lý bùn giảm; - Bùn sinh ra dễ tách nước; - Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật thấp nên chi phí bổ sung chất dinh dưỡng cho hệ thống giảm; - Khí CH4 có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng xanh; - Vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không hoạt động nên bể có khả năng hoạt động theo mùa. Tại bể UASB, các vi sinh vật kỵ khí sẽ phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và khí biogas theo phản ứng sau: Chất hữu cơ + Vi sinh kỵ khí → CH4 + H2S + Sinh khối mới +… SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 19 Đồ án công nghệ 2 GVHD: TS.Bùi Xuân Đông Trong bể phản ứng UASB có bộ phận tách 3 pha: khí biogas, nước thải và bùn kỵ khí. Khí biogas được thu gom và phát tán vào môi trường qua ống khói. Bùn kỵ khí được tách ra và quay trở lại bể phản ứng, nước thải sau khi được tách bùn và khí được dẫn sang bể xử lý hiếu khí (Arotank). Hiệu suất xử lý của bể UASB tính theo COD, BOD đạt khoảng 60 ÷ 72%. 2.4.7. Bể Aerotank Chức năng: Nước thải sau khi qua quá trình xử lý sinh học kỵ khí trong bể UASB đã giảm hàm lượng lớn các chất hữu cơ được dẫn đến bể Aerotank. Tại bể Aerotank diễn ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì nhờ không khí cấp từ máy thổi khí. Tại đây, các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân huỷ các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở đơn giản như: CO2, H2O…theo phản ứng sau: Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí → H2O + CO2 + Sinh khối mới +… Hiệu quả xử lý của bể Aerotank đạt từ 75 ÷ 90% và phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, pH, nồng độ oxy, lượng bùn…Nước thải sau khi qua bể Aerotank các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học bị loại bỏ hoàn toàn. Chất hữu cơ còn lại là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Trong nguồn nước các chất này cũng bị phân hủy rất chậm nên có thể xả ra nguồn mà không gây tác hại. 2.4.8. Bể lắng đợt 2 Chức năng: Lắng hỗn hợp nước – bùn từ bể Aerotank dẫn đến và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải, phần nước trong đưa qua máng trộn. Lượng bùn lắng một phần tuần hoàn trở lại bể Aerotank, phần còn lại đưa vào bể phân hủy kỵ khí. 2.4.9. Bể khử trùng Chức năng: Nước thải sau bể lắng bùn vẫn chứa một lượng lớn vi sinh vật. Do đó, khử trùng là giai đoạn cuối cùng trong giai đoạn xử lý trước khi ra khỏi nguồn tiếp nhận. Bể khử trùng có tác dụng xáo trộn, khuếch tán đều hóa chất khử trùng vào trong nước thải, làm cho nước thải và hóa chất có đủ thời gian tiếp xúc SVTH: Nguyễn Văn Lãnh – 08SHTrang 20