Luận văn : Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất đường tiêu chuẩn loại B

Chia sẻ: Trần Thị Thanh Hằng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

366
lượt xem 143
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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. ..

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn : Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất đường 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 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 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% Sucrose : 8-16% Đường khử : 0,5-2,0% Chất hữu cơ : 0,5-1,0% (ngọai trừ đường) Chất vô cơ : 0,2-0,6% Hợp chất Nitơ : 0,5-1% 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% Sucrose : 10-21% Đường khử : 0,3-3,0% Chất hữu cơ : 0,5-1,0% (ngọai trừ đường) Chất vô cơ : 0,2-0,6% Hợp chất Nitơ : 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
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: Bột giấy, tấm xơ ép từ bã mía. Nhựa, bê tông từ bã mía. 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: 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. Nhóm B: nước thải có nhiều chất hữu cơ cần được tách riêng để xử lý. 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: Rửa và hòa tan. Làm sạch. Kết tinh và hoàn tất. a.Rửa và hòa tan: Rửa:làm sạch lớp phim mạch bên ngoài hạt đường thô để nâng cao tinh độ của đường. 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
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. 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: 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 Nước Nhà Năng suất Ghi mức tiêu thải Địa máy KCN tấn/ngày chú thụ/tấn CN Nguyên liệu m3/giờ phương đường Quảng -Mía 11,5 tấn Quảng Đường:135 Sunfit Ngãi + -Vôi tôi 22 kg 350 Ngãi Mía: 1.500 hóa (a) -Lưu hùynh 6 kg Xả ra -Mía 11,5 tấn Bình Bình Đường:135 Sunfit rạch + -Vôi tôi 22 kg 350 Dương Dương Mía: 1.500 hóa Bà -Lưu hùynh 6 kg Lụa Xả ra -Mía 11,5 tấn Hiệp Đường:125 Sunfit sông Long An + -Vôi tôi 22 kg 350 Hòa Mía: 1.500 hóa Vàm -Lưu hùynh 6 kg Cỏ Đồng Đường:180 -Mía 12 tấn La Ngà + Vôi 500 Đường Nai Mía: 2.000 -Vôi 7 kg Khánh Tp.HCM + Đường:100 Hội Biên Đồng + Đường:200 Hòa 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 20-30 Nước ngưng tụ 30-40 4-21 Nước bùn lọc 2.900-11.000 730 Chất thải than - 750-1.200 Nước rửa xe các loại - 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 Đơn vị Giá trị Tiêu chuẩn (lọai B) 1 pH mg/l 7,5-8 5,5 -9 2 SS mg/l 1250 100 3 BOD mg/l 5000 50 4 COD mg/l 7000 100 5 N mg/l 16,4 60 6 P mg/l 7,5 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. Đường có trong nước thải chủ yếu là đường sucroza và các loại đường khử như glocose và fructoze, trong đó: 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. Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt. o Giữ lại tất cả các tạp vật lớn. o Nhược điểm: Không xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật lớn. o Làm tăng trở lực hệ thống theo thời gian. o Phải xử lý rác thứ cấp o 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 COD/SO42- < = 5). Bản thân sunphate không gây độc nhưng do vi khuẩn khử sunphate dễ dàng chuyển hóa SO42- thành H2S. Khi hàm lượng SO42- không quá cao (hoặc tỉ số COD/SO42- 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: Các thông số đầu vào: 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. Các thông số đầu ra 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 / m 3 .ngd [1] Thể tích phần xử lý yếm khí cần thiết: G 2640 V= = = 293,3m 3 L 9 → 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: 800 Q F= = = 47,62m 2 v 24 × 0,7 Chọn F=48m2 Chiều cao phần xử lý yếm khí: V 293,5 = 6,1m → chọn H1=6m. H1 = = F 48 Tổng chiều cao của bể: H = H1 + H 2 + H 3 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 chọn a=5m 2 Chiều cao H=7,5m Thể tích thực của bể: Vt = 2 × a × a × H = 2 × 5m × 5m × 7,6m = 380 m 3 Thời gian lưu nước trong bể: V T= × 24 Q Trong đó: V = ( H − 0,5) × F = (7,6 − 0,5) × 42 = 298m 3 Q = 800m3/ngđ 298 ⇒T = × 24 = 8,94h 800 Nằm trong khỏang cho phép [4-10h][1] Tính 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
(H ) + H3 tg 60 0 = nglaéng a 2 a × tg 60 0 5 × tg 60 0 ⇒ H nglaéng+ H 3 = = = 4,4m 2 2 ⇒ H nglaéng= 4 − H 3 = 4,4 − 0,5 = 3,9m Kiểm tra lại: (H ) × 100% = 4,4 × 100% = 57,89% >30% + H3 nglaéng 7,6 H beå Vậy chiều cao xác định được là thích hợp. Thời gian lưu nước trong ngăn lắng, thời gian này phải lớn hơn 1h: 1 ×a×a×H 1 × 5 × 5 × 3,9 Vnglaéng 2 × 24 = 2 × 2 nglaéng t= × 24 = 2 × × 24 = 2,9h Q Q 800 >1h. mặt khác Vvùnglắng /tổng thể tích UASB=H2 /Hbể =1,1/7,5≈15% thỏa 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 taá chaé 2 m n b2 x2 Hnglaég n r x1 h1 y1 b1 taá chaé 1 m n Hình 4.1: tấm chắn khí và hướng dòng bể UASB Trong mỗi đơn nguyên có 4 khe hở, diện tích của mỗi khe: 0,15 × (5) 0,15 × S dng 2 S khe = = = 0,94m 2 4 4 Bề rộng của khe hở: S khe 0,94 rkhe = = = 0,188m = 188mm a 5 Tính toán các tấm chắn Tấm chắn 1: Chiều dài: l1 = a = 5000mm 18
Chiều rộng: b1 = ( H nglang − H 2 ) / sin 60 = (3,9 − 1,1) / sin 60 = 3233mm chọn 3240 Chiều cao: y1 = b1 × sin60 0 = 3233 × sin60 0 = 2800mm Tấm chắn 2: Chiều dài: l 2 = a = 5000mm Chiều rộng: b2 = x1 + x2 ( ) h1 = rkhe × sin 90 0 − 60 0 = 188 × sin 30 0 = 94 mm x1 = 400mm (H ) + H 3 − (h1 + y1 ) (3900 + 500) − (94 + 2800) x2 = = = 1739mm nglaéng 0 sin60 0 sin60 b2 = 400 + 1739 = 2139mm chọn 2140 Tính 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. Tính 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 F 2 = 2 =8 Số vị trí phân phối nước trong mỗi đơn nguyên: n = 3 3 Tính máng thu nước: 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 d×r r R= = = λ d + 2×r 2 1 1 C= ×R 6 n 19