Tài liệu Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa

2010 ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHO NHÀ MÁY CHẾ BIẾN SỮA VÀ CÁC SẢN PHẨM TỪ SỮA  GVHD: ThS. DƢ MỸ LỆ SVTH: NGUYỄN KIM THIỆN MSSV: 90602325 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Khoa môi trƣờng 1/1/2010 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ CHẤT THẢI (MSMH: 610080) Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa với công suất Qtbngày = 500 m3 /ngày để chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải loại B TCVN 5945 Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 2 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Mục lục CHƢƠNG 1 Mở đầu…………………………………………………………................5 1.1 Tổng quan về ngành sữa…………………………………………………………...5 1.2 Các nguyên liệu sản xuất sữa và sản phẩm từ sữa…………………………………6 CHƢƠNG 2 Qui trình sản xuất…………………………………………………………7 2.1 Qui trình sản xuất của các sản phẩm từ sữa………………………………………..7 2.1.1 Sữa tƣơi uống………………………………………………………………...7 2.1.2 Sữa hộp……………………………………………………………………….7 2.1.3 Sữa chua……………………………………………………………………...9 2.1.4 Phô mai và bơ……………………………………………………………….11 2.2 Thuyết minh các qui trình………………………………………………………....12 2.2.1 Tiêu chuẩn hóa……………………………………………………………...12 2.2.2 Đồng hóa……………………………………………………………………12 2.2.3 Phối trộn…………………………………………………………………….12 2.2.4 Tiệt trùng UHT……………………………………………………………...12 2.2.5 Ủ chín……………………………………………………………………….12 2.2.6 Lạnh đông …………………………………………………………………..12 CHƢƠNG 3 Đặc trƣng nƣớc thải …………………………………………………….13 3.1 Các khâu sản xuất gây ô nhiễm…………………………………………………….13 3.2 Đặc tính nƣớc thải…………………………………………………………………13 CHƢƠNG 4 Sơ bộ nƣớc thải nhà máy………………………………………………...17 4.1 Yêu cầu thiết kế…………………………………………………………………….17 4.2 Đề xuất công nghệ………………………………………………………………….17 4.3 Tiểu chuẩn nƣớc thải loại B………………………………………………………..18 4.4 Thuyết minh công nghệ…………………………………………………………….18 4.5 Chất lƣợng nƣớc đầu vào của nhà máy…………………………………………….19 CHƢƠNG 5 Tính toán…………………………………………………………...........20 5.1 Bể tuyển nổi………………………………………………………………………...20 5.2 Bể UASB…………………………………………………………………………...23 Phục lục, catalogue Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 3 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Chương 1: Mở đầu 1. Tổng quan về ngành sữa Chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa đã trải qua nhiều thời kì cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật. Các quốc gia ở khu vực châu Âu và châu Mỹ là những nhân tố quan trọng góp phần tác động đến sự thay đổi trong công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa. Những loại sữa từ động vật đang đƣợc sử dụng trên thế giới gồm có: sữa dê, sữa bò, sữa cừu. Mỗi loài động vật sẽ cho sữa với tính chất khác nhau, trong đó, phổ biến nhất ở Việt Nam là sữa bò. Do vậy, trong suốt phần trình bày này chỉ đề cập tới nguyên liệu là sữa bò. Công nghiệp sản xuất và chế biến sữa đang phát triển không chỉ ở các nƣớc châu Âu, châu Mỹ mà đang phát triển với tốc độ rất nhanh ở Việt Nam. Do đó, việc xử lý nƣớc thải ngành sữa phải đƣợc quan tâm từ giai đoạn thiết kế nhà máy. Sữa và các sản phẩm từ sữa đã gần gũi hơn với ngƣời dân, nếu trƣớc những năm 90 chỉ có 1-2 nhà sản xuất, phân phối sữa, chủ yếu là sữa đặc và sữa bột ( nhập ngoại), hiện nay thị trƣờng sữa Việt Nam đã có gần 20 hãng nội địa và rất nhiều doanh nghiệp phân phối sữa chia nhau một thị trƣờng tiềm năng với 80 triệu dân. Về mức tiêu thụ sữa trung bình của Việt Nam hiện nay khoảng 7,8 kg/ngƣời/năm tức là đã tăng gấp 12 lần so với những năm đầu thập niên 90. Theo dự báo trong thời gian sắp tới mức tiêu thụ sữa sẽ tăng từ 15-20% ( tăng theo thu nhập bình quân). Sản phẩm sữa là sản phẩm dinh dƣỡng bổ sung ngoài các bữa ăn hàng ngày, với trẻ em, thanh thiếu niên và những ngƣời trung tuổi – sữa có tác dụng lớn hỗ trợ sức khỏe. Trên thị trƣờng có rất nhiều loại bột ngũ cốc, đồ uống tăng cƣờng sức khỏe… nhƣng các sản phẩm này về chất lƣợng và độ dinh dƣỡng không hoàn toàn thay thế đƣợc sữa. Một dây chuyền sản xuất sữa có giá trị trung bình khoảng vài chục tỷ, đó là một khoản đầu tƣ không nhỏ chƣa tính đến các chi phí xây dựng nhà máy. Công đoạn quản trị chất lƣợng (KSC) nguyên liệu đầu vào và đầu ra là hết sức quan trọng vì nó ảnh hƣớng đến chất lƣợng của ngƣời tiêu dùng, sữa đầu vào nguyên liệu đã ít nhƣng chất lƣợng không đảm bảo nên có nhiều nhà máy khi thu mua sữa tƣơi về phải bỏ đi vì chất lƣợng kém, không qua đƣợc KCS đầu vào gây thất thu. Trong khi sản xuất, việc pha chế các sản phẩm từ sữa cũng còn nhiều bất cập vì các tỉ lệ vitamin, chất dinh dƣỡng đƣợc pha trộn theo hàm lƣợng, có thông tin đầy đủ trên bao bì Nguồn cung nguyên liệu không ổn định, chất lƣợng chƣa đƣợc đảm bảo nên hầu hết nguồn sữa này đƣợc tiêu thụ trực tiếp qua các cửa hàng sữa tại các thành phố lớn, còn các công ty sữa sử dụng nguồn sữa nhập ngoại để chế biến những sản phẩm của mình, trên thị trƣờng hiện tại có các sản phẩm chính nhƣ sau:  Sữa lỏng (Liquid Milk)-bao gồm sữa tƣơi, sữa đặc  Sữa bột (Powder Milk)  Sữa chua (Drink Yoghurt) Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 4 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM  Sữa có đƣờng giành cho trẻ em(Sweetened Children Milk) Khi sữa thành phẩm đã xong, các doanh nghiệp sữa phải sử dụng vỏ hộp đạt tiêu chuẩn để dễ dàng vận chuyển và bảo quản, hiện nay thị trƣờng chỉ có hai nhà cung cấp độc quyền là Tetra Park-Thụy Điển và Combiblock-Đức, hai doanh nghiệp này còn là hai nhà cung cấp phần lớn dây chuyển sữa ở Việt Nam. 2. Các nguyên liệu sản xuất sữa và sản phẩm từ sữa Đường: Đƣờng đƣợc dùng để hiệu chỉnh chất khô và vị ngọt của sản phẩm. Một số loại đƣờng thƣờng đƣợc sử dụng, nhƣ đƣờng latose, đƣờng saccaroze, đƣờng glucose, fructo… Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của đƣờng là độ ẩm, hàm lƣợng saccaroze, độ tro, độ màu… Sữa và các sản phẩm từ sữa: Trong sản xuất kem, các loại sữa có thể đƣợc sử dụng nhƣ sữa tƣơi, sữa đặc, sữa bột nguyên cream…chất béo từ sữa nhƣ cream, bơ, chất béo khan… Dầu thực vật: Ngƣời ta có thể dùng dầu đậu nành, dầu dừa, dầu hƣớng dƣơng hoặc dầu cải để làm nguyên liệu sản xuất một số loại kem. Chỉ tiêu hóa lý quan trọng của dầu thực vật: chỉ số acid, chỉ số peroxyc…Hàm lƣợng dầu thực vật có thể chiếm từ 6 – 10% khối lƣợng kem thành phẩm. Dầu thực vật cũng đƣợc bảo quản trong những điều kiện phù hợp. Các chất ổn định: Các chất ổn định trong sản xuất kem là những hợp chất ƣa nƣớc, thƣờng có chứa protein hoặc carbonhydrate. Mục đích là để quá trình lạnh đông nguyên liệu sản xuất kem, các tinh thể đá xuất hiện sẽ có kích thƣớc nhỏ, nên kem đƣợc đồng nhất. Các chất nhũ hóa: Chất nhũ hóa thƣờng là những hợp chất có tính ƣa nƣớc và ƣa béo. Trong sữa có chƣa một số chất nhũ hóa, nhƣ lecithine, protein, phosphate… nhƣng với hàm lƣợng thấp. Lòng đỏ trứng gà cũng là một chất nhũ hóa thông dụng trong ngành sản xuất kem, nhƣng giá thành cao. Các chất tạo hương: Ngƣời ta sẽ dùng các chất có hƣơng khác nhau nhƣ các loại hoa quả tự nhiên, hạt khô (đậu phộng, hạt điều, nho khô, hạt socola…), mức quả, nƣớc quả…vanilla, dâu, sầu riêng, socola… Chất màu: Mục đích của chất màu là làm tăng màu sắc và vẻ hấp dẫn cho kem.Có 2 loại chất màu chính: chất màu tự nhiên và chất màu tổng hợp. Các chất khác: Để bảo quản chất lƣợng kem, ngƣời ta bổ sung thêm một số loại acid hữu cơ nhƣ acid citric, acid tatric… để tạo độ chua cần thiết cho kem và ức chế sự phát triển của một số loại vi sinh có trong kem thành phẩm. Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 5 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Chương 2: Quá trình sản xuất 2.1 Qui trình 2.1.1Sữa tƣơi uống -Sữa tƣơi thanh trùng -Sữa tƣơi tiệt trùng -Sữa hoàn nguyên Qui trình sản xuất chung Nhận sữa Kiểm tra chất lƣợng Làm lạnh bảo quản Gia nhiệt Li tâm làm sạch Tiêu chuẩn hóa Đồng hóa Thanh trùng Làm lạnh Rót chai Bảo quản 2.1.2 Sữa hộp Khái niệm sữa hộp xuất phát từ việc bảo quản sữa vì sữa là sản phẩm giàu dinh dƣỡng nên cũng là môi trƣờng thuận lợi cho vi sinh vật phát triển Theo qui trình sản xuất, ngƣời ta chia sữa hộp thành 2 nhóm: sữa cô đặc và sữa bột. Công đoạn chung chuẩn bị nguyên liệu cho sữa hộp Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 6 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Nhận sữa Lọc Làm lạnh Tạm chứa Tiêu chuẩn hóa Đồng hóa Thanh trùng Cô đặc a. Sữa cô đặc Sau công đoạn xử lý chung nhƣ trên, sữa cô đặc đƣợc đƣa qua bộ phận rót hộp và tiệt trùng. b. Sữa bột Sau công đoạn xứ lý chung nhƣ trên, sữa cô đặc đƣợc đƣa qua máy sấy. Sữa đƣợc làm nguội sau sấy, rồi đóng gói và bảo quản Qui trình sản xuất Phối trộn nguyên liệu Đồng hóa Thanh trùng Ủ chín Bổ sung hƣơng liệu Làm lạnh đông,thổi khí Rót và khuôn, que Làm lạnh sâu, tôi kem Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 7 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM 2.1.3Sữa chua a. Sữa chua yoghurt - Yoghurt dạng tĩnh - Yoghurt dạng động - Sữa chua uống Sơ đồ công nghệ sữa chua uống Lên men Phối trộn Đồng hóa Thanh trùng Làm lạnh Đồng hóa Rót Rót vô trùng Bảo quản 2 tuần Bảo quản 1 tháng Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 Chất ổn định đƣờng mứt quả Đồng hóa UHT Rót vô trùng Bảo quản vài tháng 8 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Sơ đồ công nghệ sữa chua tĩnh và động Chuẩn bị sữa để lên men Cấy men Sữa chua dạng tĩnh Sữa chua dạng động Rót Lên men Lên men Làm lạnh, Làm lạnh, ủ chín Trộn hƣơng Mứt hoa quả Rót Làm lạnh, ủ chín b. Sữa chua kefir Qui trình sản xuất sữa chua kefir cơ bản giống sữa chua yoghurt, nhƣng nó đƣợc bổ sung chủng vi sinh vật kefir Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 9 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM 2.1.4 Phô mai và bơ Qui trình sản xuất phomat Nhận sữa Qui trình sản xuất bơ Nhận cream Làm sạch Thanh trùng cream Tiêu chuẩn hóa Làm lạnh và ủ chín vật lý cream Thanh trùng Đảo trộn Làm nguội Rửa hạt bơ Cấy men Lên men giai đoạn 2 Cắt quện sữa, tách nƣớc Trộn muối( nếu là bơ mặn) Xử lý hạt bơ Đóng gói Ép thành bánh Bảo quản Xử lý muối Ngâm chín Bao gói Bảo quản Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 10 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM 2.2 Thuyết minh qui trình 2.2.1 Tiêu chuẩn hóa Mục đích: Trong phạm vi ở đây,khi nói đến tiêu chuẩn hóa sữa ngƣời ta chỉ đề cập tới 1 chỉ tiêu đó là chất béo. Cần điều chỉnh sao cho thành phẩm có hàm lƣợng béo nhƣ đã định (ví dụ nhƣ 3.2% hay 3.6% ) Có thể tiến hành tiêu chuẩn hóa sữa bằng 2 phƣơng pháp: bằng máy ly tâm tiêu chuẩn hóa tự động hoặc bằng phối trộn. Tốt nhất là làm bằng máy ly tâm-điều chỉnh tự động làm đồng thời 2 nhiệm vụ là tiêu chuẩn hóa sữa và ly tâm làm sạch 2.2.2 Đồng hóa Mục đích: Làm giảm kích thƣớc các cầu mỡ, làm cho chúng phân bố đều chất béo trong sữa, làm cho sữa đƣợc đồng nhất. Đồng hóa có thể làm tăng độ nhớt của sữa lên chút ít nhƣng làm giảm đáng kể quá trình oxi hóa, làm tăng chất lƣợng của sữa và các sản phẩm từ sữa Các sản phẩm sữa sau khi đồng nhất sẽ đƣợc cơ thể hấp thụ dễ dàng 2.2.3 Phối trộn Mục đích: Phối trộn đều các nguyên liệu sữa bột, nƣớc, đƣờng RE, chất ổn định, chất nhũ hóa,…nhằm tạo ra sữa hoàn nguyên có thành phần các chất, tỷ trọng, độ nhớt nhƣ yêu cầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đồng hóa 2.2.4 Tiệt trùng UHT (Ultra High Temperature) Mục đích: Quá trình tiệt trùng ở 138 -140 nhằm tiêu diệt toàn bộ các vi sinh vật có mặt trong sữa, đồng thời góp phần loại bỏ những chất gây mùi khó chịu còn sót lại trong sữa. Nhờ vậy thời gian bảo quản đƣợc kéo dài, chất lƣợng sản phẩm ổn định. 2.2.5 Ủ chín (ageing) Mục đích: Hydrate hóa các chất ổn định protein và kết tinh chất béo. Ủ ở 2-5 trong khoảng 4 giờ 2.2.6 Lạnh đông Mục đích: Thổi một lƣợng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thế tích của chúng. Lạnh đông một phần nƣớc trong hỗn hợp tạo các tinh thể với kích thƣớc rất nhỏ, đồn nhất và phân bố đều trong hỗn hợp. Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 11 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Chương 3: Công nghệ xử lý 3.1 Các khâu sản xuất gây ra ô nhiễm nguồn nước Dựa vào qui trình công nghệ sản xuất,ta thấy nƣớc thải của nhà máy chủ yếu bao gồm  Nƣớc thải sản xuất: - Nƣớc rửa bồn, nƣớc rửa chai, đóng chai… - Nƣớc súc rửa các sản phẩm dƣ bên trong hoặc trên bề mặt của tất cả các đƣờng ống, bơm, bồn chứa, thiết bị công nghiệp… - Nƣớc thải từ nồi hơi, từ máy lạnh - Dầu mỡ rò rỉ từ thiết bị và động cơ - Khâu tiệt trùng và đóng hộp sữa: nƣớc rửa có chứa sữa do hao hụt - Nhà máy chế biến các sản phẩm từ sữa: dịch khử protein có chứa nhiều latose - Nƣớc thải từ nhà máy sản xuất phomai: loại nƣớc này chứa lactose và protein  Nƣớc thải sinh hoạt - Đặc tính nƣớc thải trong nhà máy là hàm lƣợng hữu cơ cao, chủ yếu là đƣờng,protein, acid béo và các chất có khả năng phân hủy sinh học Tùy theo công nghệ sản xuất ra từng chủng loại sản phẩm sữa hay tùy theo công suất nhà máy, xí nghiệp mà tính chất hóa lý của nƣớc thải cũng rất khác nhau. 3.2 Đặc trưng Một số tính chất quan trọng của loại nƣớc thải này nhƣ sau: -Tỉ lệ COD/BOD5 trong sữa là 1.4 và trong huyết thanh là 1.9 -Lƣợng thải theo tổng nito Kjeldahl ( TKN ) từ 1-20g trong 100ml sữa -BOD5 trong nƣớc thải nói chung khoảng từ 700 -1600mg/L -pH sau khi đồng nhất khoảng 7.5-8.8 3.3 Công nghệ xử lý Theo phân tích thành phần nguồn thải nhƣ trên, thì nƣớc thải sản xuất sữa và sản phẩm từ sữa chủ yếu chịu ảnh hƣởng chủ yếu bởi các yếu tố nhƣ ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, rác, cát bụi, dầu mỡ… Vì thế các phƣơng pháp đƣợc đề xuất để nghiên cứu khả năng xử lý phù hợp với nguồn thải này là: - Xử lý bằng phƣơng pháp cơ học. - Xử lý bằng phƣơng pháp hóa lý. - Xử lý bằng phƣơng pháp sinh học. 3.3.1 Xử lý bằng phƣơng pháp cơ học. Xử lý cơ học đƣợc đặt ở đầu hệ thống xử lý, nhằm loại bỏ các chất rắn, vô cơ và hữu cơ, dầu mỡ, nhựa, tạp chất nổi, rác… Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 12 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Tùy theo đặc điểm các loại cặn trong rác thải, các công trình xử lý cơ học thƣờng đƣợc sử dụng là: - Song chắn rác ( thô, mịn, tinh..) - Bể lắng cát - Các loại bể lắng : lắng đứng, lắng ngang, lắng ly tâm… - Bể điều hòa lƣu lƣợng - Bể trung hòa (acid hoặc kiềm) - Bể tách dầu mỡ Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý phụ thuộc vào kích thƣớc rác, hạt lơ lửng, tính chất hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lƣu lƣợng nƣớc thải và độ sạch cần thiết phải đạt đƣợc theo yêu cầu của nơi tiếp nhận. 3.3.2 Xử lý bằng phƣơng pháp hóa lý Bản chất của quá trình xử lí nƣớc thải bằng phƣơng pháp hoá lí là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nƣớc thải. Phƣơng pháp hóa lý là một phƣơng pháp cơ bản để xử lý nƣớc thải. Các công trình thích hợp đƣợc đề xuất nhƣ: - Tuyển nổi - Keo tụ - Tạo bông… Các phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng để loại bỏ các hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng), khí tan, chất vô cơ và hữu cơ hòa tan trong nƣớc thải. Ƣu điểm của phƣơng pháp hóa lý so với các phƣơng pháp khác hiện nay đang áp dụng là: - Có khả năng loại bỏ các chất độc hữu cơ không oxi hóa sinh học. - Hiệu quả xủ lý cao và ổn định hơn - Kích thƣớc hệ thống xử lý nhỏ hơn - Độ nhạy đối với sự thay đổi tải trọng thấp hơn. - Có thể tự động hóa hoàn toàn. - Động học của quá trình hóa lý đã đƣợc nghiên cứu kĩ hơn. - Phƣơng pháp hóa lý không cần phải theo dõi các hoạt động của sinh vật. - Có thể thu hồi các chất có giá trị. 3.3.3 Xử lý bằng phƣơng pháp hóa sinh Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 13 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Bản chất của phƣơng pháp này là ứng dụng vi sinh vật (VSV) có trong nƣớc thải, chủ yếu là vi khuẩn dị dƣỡng. Chúng sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn, chuyển hóa chất hữu cơ, chất độc hại thành chất vô cơ, khí đơn giản và nƣớc. Vì thế, phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng và đạt hiêu quả cao khi xử lý nƣớc thải có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ nhƣ H2S, NH3, sunfua, nitrit… Một số chất hữu cơ có khả năng đƣợc oxi hóa dễ dàng, còn một số chất khác hoàn toàn không bị oxi hóa hoặc oxi hóa rất chậm. Dựa vào đó ngƣời ta có thể chia ra làm 2 loại: chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Để xác định khả năng xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học, ta thiết lập tỉ lệ BOD và COD. Nếu BODtp /COD > 0.5 , nƣớc thải có khả năng đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp sinh học. Tuy nhiên, nƣớc thải này không đƣợc chứa các chất độc hại và các tạp chất muối kim loại nặng. Đối với các chất vô cơ, ngƣời ta vẫn phải thiết lập ngƣỡng giá trị tối đa để không gây độc cho vi sinh. Có 2 phƣơng pháp chính để xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học là hiếu khí và yếm khí. - Hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh hiếu khí, VSV đƣợc gieo cấy trong bùn hoạt tính hoặc màng sinh học. - Yếm khí: là phƣơng pháp xử lý không cần oxi. Chúng còn đƣợc áp dụng chủ yếu để phân hủy cặn. Các quá trình sinh học còn có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên hay các công trình nhân tạo. a. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên: Trong điều kiện tự nhiên, các quá trình sinh học diễn ra trên: o Các cánh đồng tƣới o Cánh đồng lọc o Ao sinh học Tuy nhiên, vì diện tích đất xây dựng cho các công trình này thƣờng lớn, mà nhà máy thì không đáp ứng đủ, nên các công trình tự nhiên này ít đƣợc áp dụng. b. Xử lý nước thải trong các công trình nhân tạo. Các công trình nhân tạo đƣợc tiến hành trong điều kiện hiếu khí hoặc kị khí, có thể là các bể sục khí hoặc các thiết bị lọc sinh học. o Hiếu khí: Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 14 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM  bể Aerotank: nƣớc thải đƣợc sục khí và hòa trộn với bùn hoạt tính. Có rất nhiều dạng bể Aerotank nhƣ: 1 bậc không tái sinh và có tái sinh bùn, 2 bậc không tái sinh và có tái sinh bùn…  thiết bị lọc sinh học (nhỏ giọt, cao tải, hoặc lọc với vật liệu lọc ngập trong nƣớc): nƣớc thải đƣợc lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi màng vi sinh vật. VSV sẽ oxi hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn năng lƣợng cho sự phát triển. o Kị khí (yếm khí): đƣợc ứng dụng để lên men cặn tạo thành trong xử lý hóa sinh nƣớc thải sản xuất, cũng nhƣ để xử lý bậc 1 nƣớc thải rất đậm đặc (BOC = 4– 5 g/l), chứa các chất hữu cơ có thể bị phân hủy bởi các vi sinh yếm khí.  bể UASB  bể lọc sinh học kị khí: thƣờng là bƣớc xử lý trƣớc xử lý hiếu khí. Trong các công trình xử lý, kiểu công trình xử lý đƣợc chọn phụ thuộc vị trí nhà máy, điều kiện khí hậu, nguồn cấp nƣớc, lƣu lƣợng thành phần nồng độ ô nhiễm của nƣớc thải. Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 15 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Chương 4: Đề xuất công nghệ 4.1 Yêu cầu thiết kế Lƣu lƣơng nƣớc thải của nhà máy 500m3/h Nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN5945-2005) Diện tích đất xây dựng không hạn chế Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN_5945:2005 Nƣớc thải công nghiệp-Tiêu chuẩn thải, quy định giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong sản xuất công nghiệp. Trong tiêu chuẩn quy định 3 mức thải A, B, C ứng với từng mục đích xả thải vào thủy vực khác nhau:  Nƣớc thải đạt tiêu chuẩn thải loại A: có thể đổ vào thủy vực dùng làm nguồn nƣớc cho mục đích sinh hoạt.  Nƣớc thải đạt tiêu chuẩn thải loại B: có thể đổ vào thủy vực nhận thải khác, trừ các thủy vực quy định nhận nƣớc thải loại A.  Nƣớc thải đạt tiêu chuẩn thải loại C: chỉ đƣợc phép thải vào các nơi quy định nhƣ hồ chứa nƣớc thải xây riêng, hoặc ống dẫn đến khu xử lý nƣớc thải tập trung… Dƣới đây là các giá trị giới hạn mà công nghệ xử lý phải đạt đƣợc, trƣớc khi xả vảo thủy vực cho phép. 4.2 Tiêu chuẩn nước thải loại B :TCVN 5945-2005 STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 CHỈ TIÊU pH SS BOD COD Dầu mỡ TKN P Chloride ĐƠN VỊ mg/L GIÁ TRỊ 5.5-9 100 50 80 20 60 6 600 16 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Nước đầu vào Hố thu gom và chắn rác Bể điều hòa Rác Thổi khí Bể trung hòa Tuyển nổi UASB Nén khí Khí biogas Mƣơng AEROTANK oxi hóa Bể chứa bùn Bể lắng II Máy ép bùn Bánh bùn Hệ thống thoát nước Sơ đồ qui trình xử l Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 17 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM 4.3 Thuyết minh công nghệ - Nƣớc thải của nhà máy đƣợc tập trung tại hố thu gom - Đầu tiên nƣớc thải đƣợc qua hố thu gom và song chắn rác để loại bỏ các tạp chất lớn nhƣ cát sỏi bao ni lon.. - Sau đó nƣớc thải đƣợc bơm tới bể điều hòa để ổn định lƣu lƣợng và xử lý. Tại đây có hệ thống sục khí để cung cấp O2 vào nƣớc cho vi sinh vật trong bùn tồn tại và tăng sinh khối chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học. Kết hợp châm hóa chất để điều chỉnh pH trong khoảng từ 6.5-7.5. Ở đây có đầu dò pH nhằm điểu chỉnh lƣợng NaOH và H2SO4 cho vào - Nƣớc từ bể điều hòa đƣợc dẫn qua bể tuyển nổi để loại bớt dầu mỡ, váng nổi, tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học phía sau. Váng nổi thu lại làm thức ăn cho gia súc - Nƣớc thải sau khi trung hòa sẽ đƣợc bơm vào bể UASB để thực hiện xử lý sinh học kị khí. Nƣớc thải đƣợc đƣa vào từ đáy bể thông qua hệ thống phân phối dòng vào. Nƣớc thải chuyển động từ dƣới lên và đi qua một tầng bùn ( lớp vi sinh vật kị khí lơ lửng ). Trong điều kiện kị khí các hợp chất hữu cơ đƣợc phân hủy thành các chất đơn giản hơn, có khối lƣợng phân tử nhỏ hơn. Khí tạo ra sẽ bám vào các hạt bùn, nổi lên bề mặt, va chạm với tấm hƣớng dòng. Nhiệm vụ của tấm hƣớng dòng là tách riêng khí, bùn và nƣớc. Bùn đã tách khí sẽ rơi xuống lại tầng bùn lơ lửng. Khí sinh học sẽ đƣợc thu bằng hệ thống thu khí - Nƣớc thải sẽ theo tấm chảy tràn chảy qua mƣơng oxi hóa nhằm xử lý triệt để Phospho - Nƣớc sau xử lý sẽ đƣợc chảy tràn qua bể lắng 2, bể lắng đƣợc hoạt động theo phƣơng pháp lắng trọng lực. Tạp chất sẽ đƣợc lắng xuống, nƣớc sẽ đƣợc chảy tràn qua bể khử trùng để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh rồi đƣợc thải ra nguồn tiếp nhận. Tại đây có sự tuần hoàn bùn lại bể hiếu khí - Bùn trong bể lắng II, ,bể UASB nếu nhiều quá sẽ đƣợc bơm ra bể chứa bùn. Bùn dƣ sẽ đƣợc qua máy ép bùn, sau đó đem đóng bánh làm thức ăn gia súc 4.4 Chất lượng nước thải đầu vào của nhà máy STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ 1 pH 2 SS mg/L 3 BOD 4 COD 5 Dầu mỡ 6 TKN 7 P 8 Chloride Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 GIÁ TRỊ 4.4-9.4 850 2500 4900 228 27 49 480 18 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM Chương 5 : Tính toán 5.1 Tính toán lưu lượng thiết kế Lƣu lƣợng trung bình ngày : Qngày = 500m3/ngày Lƣu lƣợng trung bình giời : Qh = = 20.83 m3/h 5.2 Tính toán bể tuyển nổi Các thông số tính toán Thông số Giá trị Trong khoảng 170 475 0.03 0.05 1 3 20 325 Đặc trƣng Áp suất,kN/m2 270 340 Tỉ số khí: rắn Chiều cao lớp nƣớc,m Tải trọng bề mặt,m3/m2 ngày Thời gian lƣu nƣớc, phút - Cột áp lực 0.5 3 Mức độ tuần hoàn,% 5 120 (Nguồn:Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp-Tính toán thiết kế công trình-Lâm Minh Triết) 5.2.1 Tính toán kích thước bể Với bể tuyển nổi không có tuần hoàn nƣớc,áp suất yêu cầu cho cột áp lực đƣợc tính theo công thức sau: = (Nguồn:Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp-Tính toán thiết kế công trình-Lâm Minh Triết) Trong đó:     A/S : tỉ số khí/ chất rắn,mL khí /mg chất rắn f :phần khí hòa tan ở áp suất P, thông thường f= 0.05 sA : độ hòa tan của khí,mL/L Sa : hàm lượng bùn,mg/L  p : áp suất,atm, được xác đinh bởi P= , , ( kPa) Chọn A/S = 0.03 Sa = SS = 850 x ( 1 0 1 =765 mg/L sau khi đi qua song chắn rác ) sA= 16.4 mL/L Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 19 Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải ngành sữa Khoa Môi Trƣờng, ĐHBK TPHCM 0.03 = Vậy P = 4.392 atm = 455 kPa Lƣợng khí cần cung cấp A/S= 0.03 => A = 0.03S Với S là lƣợng cặn đƣợc tách ra trong 1 đơn vị thờigian S = Q Sa = 765 = 266 g/ph Dƣới áp suất 4.392 atm thì lƣợng khí dùng để bão hòa là 70% = 11.4 g/ph  A= Khối lƣợng riêng không khí = 1.293 kg/m3 =  Lƣợng không khí cần là = 8.8 10-3 m3/ph = 8.8 (l/ph) Chọn  Bể tuyển nổi hình chữ nhật  Tải trọng bề mặt LA = 50m3/m2 ngày Diện tích bề mặt tuyển nổi A= = à 10 m2 à Chọn  Chiều dài L = 4m  Chiều rộng B = 2.5m  Chiều cao H = 2.5m Thể tích bể tuyển nổi V= L B H=4 2.5 2.5 = 25 m3 Thời gian lƣu nƣớc của bể tuyển nổi t= = / = 1.2h = 72 phút  Hiệu suất xử lý COD = 50%  Hàm lƣợng COD sau tuyển nổi Nguyễn Kim Thiện MSSV : 90602325 20