XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
TỔNG QUAN HỆ THỐNG SẢN XUẤT BIA VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Bia, một sản phẩm lên men lâu đời, không chỉ giúp giải khát mà còn mang lại cảm giác thoải mái và tăng cường sức lực cho cơ thể Các quốc gia như Mỹ và CHLB Đức dẫn đầu về sản lượng sản xuất bia, với hơn 10 tỷ lít mỗi năm, bên cạnh nhiều quốc gia khác cũng sản xuất trên 1 tỷ lít mỗi năm.
Thành phần chính của bia bao gồm : 80 - 90 % nước; 3 - 6 % cồn; 0,3 - 0,4
H2CO3 và 5-10% là các chất tan, trong đó 80% là gluxit, 8-10% là các hợp chất chứa nitơ Ngoài ra, còn có axit hữu cơ, chất khoáng và một số vitamin.
Nguyên liệu chính trong sản xuất bia bao gồm malt đại mạch, các nguyên liệu thay thế như gạo, lúa mì và ngô, hoa Houblon, men và nước Trong số đó, nước đóng vai trò quan trọng nhất, cần phải là nước mềm với hàm lượng sắt và mangan thấp, và phải được khử trùng trước khi sử dụng trong quá trình nấu và đường hóa.
I.1.2 Công nghệ sản xuất bia
Các công đoạn chính của Công nghệ sản xuất bia được miêu tả bao gồm:
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất bia
Hình 1.2: Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải của nó
Chuẩn bị nguyên liệu là bước quan trọng trong quy trình sản xuất, bao gồm việc làm sạch malt đại mạch và các nguyên liệu thay thế như gạo, lúa mì, ngô Sau đó, các nguyên liệu này được xay và nghiền ướt nhằm tăng bề mặt hoạt động của enzym, giúp rút ngắn thời gian nấu.
- Lọc dịch đường để thu nước nha và loại bỏ bã malt Quá trình gồm hai bước: Bước 1: Lọc hỗn hợp dịch đường thu nước nha đầu;
Bước 2 : Dùng nước nóng rửa bã thu nước nha cuối và tách bã malt
- Nấu với hoa houblon để tạo ra hương vị cho bia, sau đó nước nha được qua thiết bị tách bã hoa.
Nước nha từ nồi nấu, có nhiệt độ khoảng 100°C, cần được làm lạnh đến mức thích hợp cho quá trình lên men, thường dao động từ 10 đến 16°C Quá trình làm lạnh diễn ra qua hai giai đoạn: giai đoạn đầu tiên sử dụng nước lạnh để hạ nhiệt độ xuống khoảng 30°C.
2 dùng tác nhân lạnh glycol để hạ nhiệt độ xuống còn chừng 14°C.
Lên men chính và lên men phụ là hai quá trình quan trọng trong sản xuất bia, trong đó quá trình lên men chính nhờ tác dụng của men giống giúp chuyển hóa đường thành alcol etylic và khí cacbonic.
Trong giai đoạn lên men chính kéo dài từ 6 đến 10 ngày, nhiệt độ cần duy trì từ 8 đến 10°C Sau đó, tiến hành giai đoạn lên men phụ bằng cách hạ nhiệt độ của bia non xuống 1 đến 3°C và áp suất từ 0,5 đến 1 at, kéo dài trong 14 ngày cho bia hơi và 21 ngày cho bia đóng chai lon.
Quá trình lên men phụ kéo dài giúp cặn lắng và bão hòa CO2, từ đó nâng cao chất lượng và độ bền của bia Nấm men sau khi tách ra sẽ được phục hồi một phần để làm men giống, trong khi phần còn lại có thể được sử dụng làm thức ăn gia súc Để thực hiện giai đoạn lên men phụ, cần hạ nhiệt độ của bia non, có thể sử dụng tác nhân làm lạnh glycol.
Lọc bia là quá trình loại bỏ các tạp chất không tan như nấm men, protein và houblon, giúp bia trở nên trong suốt hơn Quá trình này thường được thực hiện trên máy lọc khung bản, sử dụng chất trợ lọc diatomit để đạt hiệu quả tối ưu.
Trước khi chiết chai, bia được bão hòa CO2 từ khí thu được trong quá trình lên men trong bình áp suất Các dụng cụ chứa bia như chai, lon và két phải được rửa sạch và thanh trùng để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh Quá trình chiết chai diễn ra trong điều kiện chân không nhằm hạn chế sự tiếp xúc của bia với không khí Cuối cùng, bia được đóng nắp và thanh trùng ở các chế độ nhiệt khác nhau để đảm bảo chất lượng trong suốt thời gian bảo hành.
Trong công nghệ sản xuất bia, nước được dùng vào các mục đích:
- Làm nguyên liệu pha trộn theo tỷ lệ nhất định để nghiền ướt malt và gạo (hay lúa mì ) và bổ sung tiếp trong quá trình nấu - đường hóa
- Sản xuất hơi nước dùng cho quá trình nấu - đường hóa, nấu hoa, thanh trùng.
- Một lượng nước lớn dùng cho quá trình rửa chai, lon, thiết bị máy móc và sàn thao tác.
I.1.3 Các nguồn phát sinh nước thải sản xuất bia
Nước thải của Công nghệ sản xuất bia bao gồm :
- Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không bị ô nhiễm, có khả năng tuần hoàn sử dụng lại.
Nước thải từ bộ phận nấu - đường hóa chủ yếu bao gồm nước vệ sinh thùng nấu, bể chứa và sàn nhà, chứa các thành phần như bã malt, tinh bột, bã hoa và các chất hữu cơ.
Nước thải từ hầm lên men là sản phẩm nước vệ sinh các thiết bị lên men, bao gồm thùng chứa, đường ống, sàn nhà và xưởng, và nó thường chứa bã men cùng với các chất hữu cơ.
- Nước thải rửa chai, đây cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong Công nghệ sản xuất bia.
Quy trình rửa chai bia bao gồm nhiều bước quan trọng: đầu tiên, chai được rửa bằng nước nóng, sau đó sử dụng dung dịch kiềm loãng (1 - 3% NaOH) để loại bỏ chất bẩn Tiếp theo, bề mặt bên ngoài của chai cũng được làm sạch, và cuối cùng, chai được phun kiềm nóng cả bên trong lẫn bên ngoài Sau khi hoàn tất, chai được rửa lại bằng nước nóng và nước lạnh Kết quả của quy trình này là dòng thải có độ pH cao, tạo ra dòng thải chung có tính kiềm.
Hình 1.3 Sơ đồ nước sử dụng sản xuất bia và các dòng thải của nó
Kiểm tra nước thải từ các máy rửa chai đối với loại chai 0,5 lít cho thấy mức độ ô nhiễm trong bảng:
Hình 1.4 Ô nhiễm nước thải từ máy rửa chai bia (đối với loại chai
0,5l) I.1.4 Đặc tính dòng nước thải
Trong sản xuất bia, công nghệ chủ yếu không có sự khác biệt lớn giữa các nhà máy, chỉ khác nhau ở phương pháp lên men nổi hoặc chìm Tuy nhiên, yếu tố quan trọng nhất là cách sử dụng nước cho quá trình rửa chai, lon, thiết bị và sàn nhà, dẫn đến sự khác biệt lớn về tải lượng nước thải và hàm lượng ô nhiễm giữa các nhà máy Tại những nhà máy bia áp dụng biện pháp tuần hoàn nước và công nghệ rửa tiết kiệm, như ở CHLB Đức, lượng nước tiêu thụ và nước thải được giảm thiểu đáng kể.
- Định mức nước cấp : 4 - 8 m 3 /1000 lít bia; tải lượng nước thải : 2,5 - 6 m 3 /1000 lít bia;
- Tải trọng BOD 5 : 3 + 6 kg / 1000 lít bia; tỷ lệ BOD 5 : COD = 0,55 - 0,7
- Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải như sau: BOD5 = 1100 đến 1500 mg/l; COD = 1800 đến 3000mg/l ;
- Tổng nitơ : 30 đến 100 mg/l; tổng photpho: 10 đến 30 mg/l
Để tối ưu hóa việc sử dụng nước, định mức nước thải của nhà máy bia không nên thấp hơn 2 đến 3 lít cho mỗi 1000 lít bia sản phẩm Tuy nhiên, thực tế cho thấy lượng nước thải ở nhiều nhà máy bia lớn thường gấp 10 đến 20 lần so với lượng bia sản xuất.
Hình 1.5 Đặc tính nước thải nước thải từ nhà máy bia ở Việt Nam
Hình 1.6 Đặc tính dòng thải nhà máy bia Haniken
CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA
XUẤT BIA Để giảm lượng nước thải và các chất gây ô nhiễm nước thải trong công nghệ sản xuất bia , cần nghiên cứu thăm dò các khả năng sau:
Để tối ưu hóa quá trình sử dụng nước trong sản xuất, cần phân luồng các dòng thải nhằm tái sử dụng các dòng nước ít ô nhiễm như nước làm lạnh và nước ngưng Việc này không chỉ giúp tiết kiệm tài nguyên mà còn nâng cao hiệu quả trong việc rửa thiết bị, sàn và chai, góp phần bảo vệ môi trường.
- Sử dụng các thiết bị rửa cao áp như súng phun tia hoặc rửa khô để giảm lượng nước rửa.
Để giảm thiểu ô nhiễm trong dòng nước rửa sàn, cần hạn chế rơi vãi nguyên liệu như men, hoa houblon, đồng thời thu gom kịp thời bã men, bã malt, bã hoa và bã lọc.
Nước thải từ công nghệ sản xuất bia chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng, chủ yếu là hydratcacbon, protein và axit hữu cơ, có khả năng phân hủy sinh học Tỷ lệ BOD5/COD dao động từ 0,50 đến 0,7, cho thấy tính thích hợp của phương pháp xử lý sinh học Tuy nhiên, cần bổ sung kịp thời các chất dinh dưỡng như nitơ và photpho để hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình xử lý.
Trước khi xử lý sinh học, nước thải cần được sàng lọc để loại bỏ các tạp chất thô như giấy nhãn, nút bấc và hạt rắn khác Đối với dòng thải rửa chai có pH cao, cần trung hòa bằng khí CO2 từ quá trình lên men hoặc khí thải nồi hơi.
I.2.1 Phương pháp bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính, hay còn gọi là bùn vi sinh hoạt tính, là loại bùn thải được sản sinh từ hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Trong bùn hoạt tính chứa nhiều chủng vi sinh vật có lợi như vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm và động vật nguyên sinh Các vi sinh vật này bám vào các chất lơ lửng trong nước thải để cư trú, sinh sản và phát triển, đồng thời sử dụng chất hữu cơ trong nước làm thức ăn, phân hủy chúng để tăng sinh khối và hình thành các hạt bông bùn.
I.2.1.1 Thành phần bên trong bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là một quần thể vi sinh vật đa dạng, bao gồm vi khuẩn, nấm, Protozoa, tích trùng và các động vật không xương sống như giun, dòi, bọ, nhặng Các vi sinh vật này đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, làm cho bùn hoạt tính trở thành tác nhân sinh học chính trong công nghệ này.
Có 5 nhóm vi sinh vật trong bùn hoạt tính, được tìm thấy như sau:
Vai trò chính của vi sinh vật trong xử lý nước thải là loại bỏ chất dinh dưỡng hữu cơ Các loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này bao gồm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí và vi khuẩn tùy nghi.
Vi khuẩn hiếu khí Chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy xử lý mới, trong môi trường hiếu khi.
Vi khuẩn này sử dụng oxy tự do trong nước để phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải, đồng thời chuyển đổi chúng thành năng lượng cần thiết cho sự phát triển và sinh sản của chúng.
Để vi khuẩn hiếu khí phát triển hiệu quả, cần bổ sung oxy một cách cơ học vào hệ thống Điều này giúp vi khuẩn thực hiện chức năng của mình chính xác, đồng thời thúc đẩy sự phát triển và sinh sản của chúng trên nguồn thức ăn sẵn có.
Các chủng vi khuẩn :Bacilus, mycobacterium tuberculosis, nocardia, lactobacillus, pseudomonas Aeruginosa.
Vi khuẩn kỵ khí đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải trong môi trường không có oxy, giúp giảm khối lượng bùn và tạo ra khí metan Khí metan, nếu được xử lý và làm sạch đúng cách, có thể trở thành nguồn năng lượng thay thế hiệu quả Hai lợi ích này góp phần giảm thiểu tiêu thụ điện năng, một yếu tố đáng kể trong quy trình xử lý nước thải.
Vi khuẩn kỵ khí có khả năng lấy oxy từ nguồn thức ăn của chúng, không cần oxy bổ sung để thực hiện chức năng Một lợi ích quan trọng khác của loại vi khuẩn này là khả năng loại bỏ photpho từ nước thải, góp phần nâng cao hiệu quả trong xử lý nước thải.
Hình 1.9.Vi khuẩn kỵ khí
Vi khuẩn linh hoạt và dễ sống này có khả năng chuyển đổi giữa dạng kỵ khí và hiếu khí tùy thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh.
Động vật nguyên sinh là các sinh vật đơn bào có màng tế bào, sống trong hệ thống xử lý nước thải và có khả năng di chuyển trong ít nhất một giai đoạn phát triển Chúng lớn gấp 10 lần vi khuẩn và thực hiện nhiều chức năng có lợi trong quá trình xử lý nước thải.
Động vật nguyên sinh đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải thứ cấp bằng cách loại bỏ vi khuẩn và keo tụ các vật lơ lửng.
Phản ánh sức khỏe của bùn hoạt tính
Chỉ số sinh học phản ánh sức khỏe của bùn trong hệ thống xử lý nước thải Động vật nguyên sinh có khả năng tồn tại lên đến 12 giờ trong điều kiện thiếu oxy, nhưng chúng thường được gọi là vi sinh vật hiếu khí, vì vậy chúng là chỉ số tuyệt vời cho môi trường hiếu khí.
2.4.6: Kết quả so sánh với phương pháp bùn hoạt tính truyền thống
Phương pháp MBR cho thấy hiệu quả vượt trội so với bùn hoạt tính truyền thống, với tỷ lệ xử lý COD, TSS và hợp chất nitơ N-NH4 đạt gần như tuyệt đối: 99%, 99,9% và 99,2% Hiệu quả xử lý photpho cũng cao hơn đáng kể, đạt 88,5% cho CAS và 96,6% cho MBR, tăng 8,1% Mặc dù lượng bùn sinh ra từ MBR cao hơn một chút so với CAS, chỉ tăng 0,05 kg VSS/COD.ngày, nhưng điều này không đáng kể so với lợi ích mang lại.
I.3.1 Tổng quan về hai phương pháp xử lí nước thải hiếu khí và kị khí
Trong công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy bia hiện nay, hai phương pháp chính được áp dụng là hiếu khí và kị khí Bảng tổng quát dưới đây sẽ phân biệt và đánh giá mức độ hiệu quả của hai phương pháp này.
Nội dung Phương pháp hiếu khí Phương pháp kị khí
Vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng
Vi sinh vật kỵ khí phát triển mạnh mẽ trong môi trường không có oxy, và nếu không được cung cấp đủ oxy, chúng sẽ chết hoặc hoạt động kém hiệu quả Điều này cho thấy rằng việc duy trì điều kiện không khí là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả xử lý của vi sinh vật kỵ khí.
Giống nhau Đều sử dụng VSV để phân hủy chất hữu cơ và kim loại nặng trong nguồn nước Khác nhau:
Nguồn oxy được cung cấp liên
Quá trình lên men không cần cung cấp oxy liên tục, do đó diễn ra một cách liên tục và đơn giản hơn so với phương pháp xử lý vi sinh vật hiếu khí.
Oxy hóa chất hữu cơ Thủy phân
Acid hóa Giai đoạn xử lý Tổng hợp tế bào mới
Acetic hóa Phân hủy nội bào
Vi sinh vật hiếu khí được sử dụng để xử lý nước, trong khi vi sinh vật kỵ khí giúp loại bỏ chất độc trong các ngành công nghiệp Quá trình sinh hóa thải chứa nhiều chất hữu cơ, đặc biệt là trong ngành chế biến thực phẩm và sản xuất bia, dưới dạng hữu cơ hòa tan.
Công nghệ xử lý hiếu khí gồm:
Công nghệ xử lý kỵ khí gồm: Sinh trưởng lơ lửng
Phân loại Sinh trưởng dính bám
Hồ sinh học hiếu khí
Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng dính bám
VSV xử lý hiếu khí gồm:
VSV xử lý kỵ khí gồm: Ưu điểm Ít gây ra mùi hôi, tạo ra Giảm hao phí điện năng sử
34 tiêu chuẩn dụng, ít tạo ra bùn Khả năng vận hành đơn Tạo ra khí metan lớn có giản thể dùng để cấp lò hơi
Bùn sau xử lý có thể tái sử Có thể xử lý nguồn nước dụng làm phân bón với tải trọng cao
Chi phí đầu tư thấp
Chi phí vận hành cao
Tốc độ phân hủy lâu Tạo ra lượng bùn thải lớn
Nhược điểm Nồng độ bùn cao
Chỉ áp dụng để xử lý
Tốc độ phản úng diễn ra nguồn thải có nồng độ ô chậm hơn nhiễm thấp
Hình 1.24.Bảng tổng quan đánh giá
Tùy thuộc vào điều kiện, tính chất, quy mô và địa lý, việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phù hợp là rất quan trọng Mỗi phương pháp xử lý nước có những ưu điểm và đặc trưng riêng, do đó cần được áp dụng đúng cách cho từng loại nguồn nước khác nhau Để đạt hiệu quả tối ưu, có thể kết hợp các phương pháp xử lý nhằm loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm trong nguồn nước.
I.3.2 Quy trình xử lí nước thải nhà máy bia
Để đảm bảo nước thải được thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT, việc xử lý nước thải là điều cần thiết Dưới đây là quy trình xử lý nước thải hiệu quả.
Hình 1.25.Công nghệ xử lí nước thải nhà máy bia
Khi lựa chọn các công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia cần quan tâm tới
Lưu lượng nước thải phát sinh, thành phần và tính chất của nước thải cần xử lý.
Diện tích mặt bằng để xây dựng hệ thống, kinh phí dự toán ban đầu.
Vật liệu sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải
Thiết bị sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải
Giới hạn tiếp nhận của nước thải sau xử lý
Chi phí vận hành của hệ thống sau khi hoàn thành
Khả năng xử lý của hệ thống khi nhà máy mở rộng sản xuất, lưu lượng phát sinh nước thải nhiều
Các nhà máy bia có đặc điểm nước thải tương tự nhau do công nghệ sản xuất ít thay đổi, nhưng khác biệt chủ yếu ở quy trình rửa chai, lon và thiết bị Quy trình xử lý nước thải bao gồm hai giai đoạn chính, bắt đầu bằng việc xử lý thô để loại bỏ rác cặn.
Giai đoạn 1 của quá trình xử lý nước thải sử dụng phương pháp kị khí thông qua bể UASB là cần thiết do tải lượng COD và BOD của nước thải từ nhà máy bia rất cao, với COD > 2000 mg/l và tỉ lệ COD:BOD > 0.5 Phương pháp này không chỉ giúp giảm chi phí xử lý mà còn xử lý hiệu quả khối lượng nước thải lớn, đồng thời giảm thiểu lượng bùn thải trong các giai đoạn tiếp theo Sau khi hoàn thành giai đoạn 1, nước thải sẽ được xử lý để loại bỏ từ 65% đến 85% COD, 60% đến 80% SS, 8% đến 12% photpho, và 15% đến 50% nito.
Giai đoạn 2 của quá trình xử lý nước thải sử dụng phương pháp hiếu khí nhằm loại bỏ các chất hữu cơ còn lại Phương pháp này có hiệu suất cao, đạt từ 80% đến 95% Sau khi hoàn thành giai đoạn 2, chất lượng nước thải đầu ra sẽ đạt tiêu chuẩn về các chỉ số COD, BOD và SS.
I.3.3 Hệ thống Scasa nhà máy bia Haniken
Nhà máy bia Heineken xử lý lượng nước thải lên đến 5150m^3 mỗi ngày Hệ thống SCADA hiện đại được áp dụng để kiểm soát chất lượng nước thải ở cả đầu vào và đầu ra, đảm bảo quy trình xử lý diễn ra hiệu quả và bền vững.
Hình 1.26 SCADA nhà máy bia Heniken
Quy trình xử lý nước thải tại nhà máy bia Haniken bắt đầu bằng việc thu gom nước thải vào hầm bơm, nơi có thiết bị lượm rác thô tự động để loại bỏ giác và cặn lớn Hệ thống lấy mẫu tự động thu thập dữ liệu mỗi giờ, sau đó nước thải được chuyển qua thiết bị lọc rác tinh để loại bỏ cặn nhỏ hơn Tiếp theo, nước được dẫn vào bể điều hòa để ổn định nồng độ pH và các chất ô nhiễm axit hóa, chuẩn bị cho quá trình meta hóa trong bể UASB Trước khi vào bể điều hòa, các thông số pH, COD và TSS của nước thải được kiểm soát tự động; nếu vượt quá giá trị cài đặt, nước thải sẽ được chuyển đến bể xử lý sự cố thay vì vào bể điều hòa Quá trình này được điều khiển bởi các cảm biến pH, COD, TSS và van điện Nước thải từ bể sự cố sau đó sẽ được bơm vào bể điều hòa với lưu lượng được điều chỉnh theo các giá trị pH, COD, TSS, đảm bảo hệ thống luôn ổn định.
Nước từ bể điều hòa được chuyển đến bể xử lý sinh học kị khí UASB, nơi vi sinh vật trong bùn hoạt tính chuyển hóa các chất hữu cơ COD và BOD thành nước, biogas, metan và CO2 Van xả khí an toàn được lắp đặt để kiểm soát khí biogas, giúp thu gom và xử lý khí này để vận hành nồi hơi Lượng khí biogas dư sẽ được đốt bằng đầu đốt chuyên dụng, trong khi khí biogas được làm lạnh để loại bỏ hơi và tái sử dụng.
Sau khi xử lý nước thải tại bể UASB, nước thải tiếp tục được xử lý trong bể bùn hoạt tính hiếu khí để loại bỏ hoàn toàn các chất hữu cơ còn lại Oxy được cung cấp liên tục bằng các máy thổi khí, giúp duy trì quá trình phân hủy Bùn hoạt tính sau đó được dẫn vào bể lắng sinh học để tách bùn khỏi nước thải Cuối cùng, nước thải được khử trùng tại bể khử trùng nhằm loại bỏ coliform, E coli và các vi khuẩn có hại khác.
I.3.4 Chi phí xây dựng và vận hành nhà máy bia
Chi phí đầu tư theo khảo sát cho ngành đồ uống với đặc điểm xử lí bằng phương pháp sinh học: dao động từ 8.000.000 – 12.000.000 /m^3.
Chi phí xử lý nước thải phụ thuộc vào hàm lượng COD và BOD Đối với nước thải từ nhà máy Haniken, hàm lượng COD từ 1000 mg/lít trở lên có mức giá là 18.000 VND/m³.
XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG KHU DÂN CƯ VÀ KHU CÔNG NGHIỆP
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU DÂN CƯ
CƯ II.1.1 Nguồn gốc của nước thải khu dân cư
Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hoạt động hàng ngày của con người như nấu ăn, tắm giặt và tưới tiêu Nguồn nước thải này thường được thải ra từ các hộ gia đình, khu dân cư, trường học, chợ, bệnh viện và các công trình công cộng khác.
Lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào mật độ dân số và đặc điểm kinh doanh, sản xuất của khu vực Hiện nay, nước thải thường được xả thẳng vào hệ thống cống thoát nước chung và chảy trực tiếp ra sông, hồ, kênh, rạch mà không qua xử lý Sự tích tụ ngày càng nhiều của nước thải gây ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng đến chất lượng đời sống và sức khỏe của con người cũng như sinh vật.
Tác hại của nước thải sinh hoạt
Mùi hôi thối không chỉ gây khó chịu và ngột ngạt cho người dân xung quanh, mà còn mang theo nhiều mầm bệnh và vi khuẩn trong không khí Điều này tạo ra nguy cơ lớn cho sức khỏe, đặc biệt là các bệnh về da và đường hô hấp.
+ Biểu hiện đầu tiên của một dòng nước bị ô nhiễm đó chính là màu đen sánh đặc, rác nổi lềnh bềnh, gây mất mỹ quan khu vực.
Các vùng nước bẩn lâu ngày tạo ra môi trường thuận lợi cho sự sinh sôi và phát triển của ruồi, nhặng và côn trùng, dẫn đến tình trạng mất vệ sinh nghiêm trọng Những loài này còn đóng vai trò là vật trung gian truyền bệnh, gây ra nhiều loại bệnh truyền nhiễm.
Chất lượng đời sống của người dân đang giảm sút, trong khi cơ sở hạ tầng và kinh tế ngày càng tụt hậu Nguyên nhân chính là do tình trạng ô nhiễm xung quanh, khiến nhà đầu tư không muốn rót vốn vào khu vực này.
Nước sạch bị ô nhiễm ở khu vực nông thôn không chỉ ảnh hưởng đến mùa màng và chất lượng nông sản mà còn tiềm ẩn nguy cơ sức khỏe do hàm lượng kim loại nặng trong nước, đặc biệt khi được sử dụng cho tưới tiêu và vệ sinh chuồng trại.
II.1.2 Đặc tính nước thải đầu vào Đặc trưng nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều tạp chất khác nhau.
52% là các chất hữu cơ
48% là các chất vô cơ
Một số lớn vi sinh vật gồm:
Virut và vi khuẩn gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn,…
Các vi khuẩn không có hại có tác dụng phân hủy các chất thải
Hình 2.1 Bảng một số chỉ tiêu
II.1.3 Xử lý nước thải khu dân cư
II.1.3.1 Tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý nước thải
Việc xây dựng hệ thống ứng dụng công nghệ xử lý nước thải là rất quan trọng.
Vì vậy, trước khi tiến hành lựa chọn và lắp đặt, cần kiểm tra một số tiêu chí:
Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt là gì? Hiệu suất xử lý có tốt không?
Chi phí đầu tư có tương xứng với kết quả nhận được hay không? Thời gian hoàn thiện thiết kế và lắp đặt.
Cách vận hành hệ thống ra sao?
Tuổi thọ của công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt có đáp ứng nhu cầu hay không?
Công nghệ xử lý có đáp ứng đúng QCVN 14:2008/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường hay không?
II.1.3.2 Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt tiêu chuẩn
Bể tiếp nhận tập trung nước thải từ các nơi trong tòa nhà chảy về trạm xử lý.
Nước cần được lưu trữ trong thời gian ngắn từ 30 đến 60 phút để ngăn chặn hiện tượng kị khí gây mùi hôi Sau đó, nước thải từ bể tiếp nhận sẽ được bơm lên bể tách dầu bằng bơm nhúng chìm.
Bể tách dầu có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ dầu mỡ từ khu vực nhà ăn trước khi nước thải chảy vào bể điều hòa Nếu không được xử lý, dầu mỡ có thể gây nghẹt ống dẫn, ảnh hưởng đến hiệu suất của bơm và giảm hiệu quả xử lý của các công trình sinh học sau đó Trước khi vào bể tách dầu, nước thải cần được loại bỏ các tạp chất và rác có kích thước nhỏ khoảng 2mm bằng thiết bị tách rác tinh, vì những loại rác nhỏ này có thể gây hại cho bơm, màng lọc MBR và hệ vi sinh vật phía sau Sau khi tách dầu, nước thải sẽ tiếp tục tự chảy sang bể điều hòa.
Hình 2.2 Sơ đồ xử lý tiêu chuẩn
Bể điều hòa có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lưu lượng và nồng độ hữu cơ của nước thải, giúp tránh quá tải cho vi sinh vật trong các bể xử lý phía sau Bằng cách giảm kích thước và duy trì chế độ làm việc ổn định, bể điều hòa ngăn chặn hiện tượng quá tải Hệ thống phân phối khí thô được lắp đặt dưới đáy bể giúp xáo trộn nước thải đều đặn, ngăn ngừa lắng cặn và hiện tượng phân hủy kỵ khí gây mùi hôi Nước thải từ bể điều hòa sau đó sẽ được bơm đến bể sinh học hiếu khí tiếp xúc để xử lý các hợp chất hữu cơ như COD và BOD5.
Bể sinh học tiếp xúc thiếu khí kết hợp với hiếu khí (AO-MBBR-ASBR) là hệ thống quan trọng trong việc phân huỷ hợp chất hữu cơ và thực hiện quá trình Nitrat hoá Quá trình này diễn ra dưới điều kiện cấp khí nhân tạo bằng máy thổi khí, trong đó Ammonia được oxy hóa thành Nitrite và sau đó tiếp tục chuyển hóa thành Nitrate.
Phương pháp sử dụng vi sinh vật thiếu khí và hiếu khí để phân giải các hợp chất hữu cơ có trong nước thải.
Công nghệ này đem lại giải pháp xử lý phù hợp cho nguồn nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ
Hình 2.3.Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải ao Từ bể điều hòa, nước được bơm qua bể Anoxic (bể thiếu khí) Tại bể Anoxic
Quá trình phân hủy chất hữu cơ hòa tan và các chất dạng keo trong nước thải diễn ra với sự tham gia của hệ vi sinh vật thiếu khí Trong quá trình này, vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter sẽ oxy hóa amonia thành nitrate Quá trình khử nitrate xảy ra trong môi trường thiếu oxy, với mức oxy hòa tan dưới 1 mg/l.
Quá trình khử nito diễn ra thông qua oxy hóa sinh học, trong đó nhiều cơ chất hữu cơ trong nước thải sử dụng nitrate hoặc nitrite làm chất điện tử thay vì oxy Điều này thường xảy ra trong điều kiện thiếu oxy hòa tan (DO) hoặc khi mức DO thấp hơn 2 mgO2/l.
Nước từ công trình thiếu khí được chuyển sang công trình hiếu khí, nơi xử lý triệt để các chất hữu cơ như BOD và COD Oxy được cung cấp liên tục để hỗ trợ vi sinh hiếu khí hoạt động hiệu quả Trong điều kiện thổi khí liên tục, quần thể vi sinh vật hiếu khí tồn tại ở trạng thái lơ lửng, giúp phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thành các hợp chất vô cơ đơn giản.
Sử dụng giá thể cho vi sinh vật bám dính giúp chúng sinh trưởng và phát triển hiệu quả Công nghệ này kết hợp giữa hệ thống Aerotank truyền thống và lọc sinh học hiếu khí, mang lại hiệu suất cao trong xử lý nước.
Công nghệ này mang lại lợi ích về việc giảm diện tích xây dựng và thời gian lưu nước, nhưng lại yêu cầu ngân sách xây dựng cao và phát sinh nhiều chi phí cho giá thể cũng như bảo trì.
Là công nghệ xử lý nước thải dạng mẻ tuần hoàn liên tục Phương pháp này không cần thiết bị khuấy trộn, bể lắng II.
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP
II.2.1 Thực trạng ô nhiễm nguồn nước thải công nghiệp
Tình trạng ô nhiễm do nước thải công nghiệp ở Việt Nam đang ở mức báo động, với tổng lượng nước thải xả ra từ các khu công nghiệp lên tới 3.000.000 m³ mỗi ngày Đáng chú ý, khoảng 70% lượng nước thải này được xả trực tiếp ra kênh rạch và ao hồ mà chưa qua bất kỳ quy trình xử lý nào, theo thông tin từ Bộ Tài Nguyên Môi Trường.
- Ô nhiễm do nước thải công nghiệp ảnh hưởng tới nhiều mặt của xã hội, điển hình như:
Nước thải gây ô nhiễm nguồn nước, làm thay đổi tính chất của chúng và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật sống Quá trình hấp thụ hóa chất độc hại từ nước thải có thể dẫn đến cái chết hàng loạt và đột biến gen ở các loài sinh vật, tạo ra những hậu quả nghiêm trọng cho hệ sinh thái.
Sự suy giảm thu nhập từ sản xuất nông nghiệp, bao gồm trồng trọt và nuôi thủy hải sản, đã gây ra thiệt hại lớn cho nền kinh tế, ảnh hưởng trực tiếp đến công việc làm và đời sống xã hội Hậu quả này không chỉ tác động tiêu cực đến thu nhập của người dân mà còn làm trầm trọng thêm tình hình kinh tế địa phương.
Sống gần các khu vực ô nhiễm môi trường có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho người dân, bao gồm nguy cơ mắc bệnh ung thư, các bệnh di truyền, cũng như các bệnh truyền nhiễm và các vấn đề liên quan đến hô hấp và phổi.
II.2.2 Đặc tính nước thải công nghiệp
Nước được sử dụng trong nhiều quy trình sản xuất như làm nguội sản phẩm, làm mát máy móc, vận chuyển nguyên liệu, và làm dung môi Tuy nhiên, nước thải công nghiệp thường bị ô nhiễm do nguyên liệu rơi vãi và hóa chất trong quá trình sản xuất Nước thải này có thể chứa các chất tan, chất không tan, chất vô cơ, và hữu cơ, với tính chất có thể là kiềm hoặc axit, không màu hoặc có màu, và có thể chứa dầu mỡ cùng các chất độc hại.
Nước thải công nghiệp được đặc trưng bởi nhiều thông số quan trọng như nhiệt độ, mùi vị, màu sắc và độ đục Nó chứa các chất ô nhiễm không tan, bao gồm chất lắng, chất rắn lơ lửng và các chất nổi như dầu, mỡ Ngoài ra, nước thải còn chứa các chất tan như muối vô cơ, hợp chất hữu cơ hòa tan, axit và kiềm Đặc biệt, một số muối tan như muối sunfat và muối clorua không có khả năng phân hủy sinh học.
• Các chất hữu cơ: đặc trưng bởi các thông số BOD và COD
• Tổng cacbon hữu cơ TOC: tổng hợp các chất hữu cơ có chứa cacbon
• Cacbon hữu cơ hòa tan DOC
• Các độc tố: nước thải chứa các kim loại nặng như thủy ngân, đồng, cadmi.
Đặc tính nước thải được xác định thông qua việc đo đạc và lấy mẫu phân tích, giúp đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải Những thông số này rất cần thiết để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp và thiết kế các thiết bị xử lý hiệu quả.
Hình 2.6.Lượng và đặc tính thải của một số ngành sản xuất
Hình 2.7.Tính chất đặc trưng của nước thải một số ngành công nghiệp
II.2.3 Xử lí nước thải công nghiệp
- Đề xuất phương án xử lí với từng thành phần nước thải
Hình 2.8.Các phương án xử lí nước thải
Hình 2.9.Tiêu chuẩn về quy chuẩn quốc gia của nước thải công nghiệp
- Các phương pháp xử lí nước thải công nghiệp
Phương pháp xử lí cơ học
• Dùng để loại bỏ những chất có kích thước và tỉ trọng lớn.
Chúng tôi chuyên xử lý nước thải từ các quá trình như mạ crom, xi mạ kẽm, lò hơi và sản xuất giấy Đặc biệt, chúng tôi còn tiếp nhận và xử lý tất cả các nguồn nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng khác.
Phương pháp xử lí hóa lí
Bản chất của quá trình này là áp dụng các phương pháp hóa học và vật lý để loại bỏ các thành phần ô nhiễm, mà không cần sử dụng bể lắng.
• Công nghệ nổi trội nhất của phương pháp này là:
Công nghệ keo tụ tạo bông là phương pháp hiệu quả trong xử lý nước thải từ ngành mực in, sơn và dệt nhuộm Bên cạnh đó, công nghệ này cũng có thể được áp dụng để xử lý nước thải nhiễm dầu, mang lại hiệu quả cao trong việc cải thiện chất lượng nước.
Công nghệ trích ly pha lỏng là phương pháp hiệu quả để xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt khi nước thải chứa ion kim loại, phenol, axit hữu cơ và dầu Do chi phí cao, phương pháp này thường chỉ được áp dụng khi nồng độ chất bẩn đạt từ 3-4g/l.
Phương pháp xử lí hóa học
Hệ thống xử lý nước thải công nghiệp được sử dụng để xử lý nước thải từ các ngành như xi mạ kẽm, mạ crom, và đồng, cũng như nước thải dệt nhuộm, sản xuất xà phòng, và in ấn Ngoài ra, hệ thống này còn có khả năng xử lý nước thải từ trạm trộn bê tông và loại bỏ amoni trong nước thải của các ngành sản xuất khác.
• Có thể xử lí các loại nước thải nhiễm, chứa nhiều tạp chất, chất bẩn, có nồng độ axit cao.
• Thường được triển khai theo hai phương án là Oxy hóa khử và Trung hòa
Phương pháp xử lí sinh học
Phương pháp xử lý amoni trong nước thải công nghiệp rất phù hợp cho các ngành chế biến như café, mì ăn liền, nhà máy sữa, và đặc biệt là nước thải từ các nhà máy bia như Heineken và Tiger Tất cả các loại nước thải từ ngành sản xuất công nghiệp chứa thành phần chất hữu cơ đều có thể áp dụng phương pháp này để đảm bảo hiệu quả xử lý.
Phương pháp này mang lại hiệu quả cao nhất khi áp dụng cho các chất hữu cơ ở dạng dung dịch, keo và huyền phù, vì đây là nguồn thức ăn chính cho vi sinh vật.
- Công nghệ xử lí nước thải điển hình trong công nghiệp
Hình 2.10.Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải điển hình trong công nghiệp - Thuyết minh công nghệ:
Bể thu gom và tách mỡ là một phần quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, nơi nước thải từ các nguồn phát sinh được dẫn về để tiếp nhận và trung chuyển Chức năng chính của bể này là tách dầu mỡ ra khỏi dòng nước thải, giúp nâng cao hiệu quả làm việc và kéo dài tuổi thọ của các thiết bị xử lý Rác và dầu mỡ sẽ được thu gom định kỳ bởi người vận hành Sau đó, nước thải trong bể thu gom sẽ được chuyển tiếp sang bể phản ứng hóa lý để tiếp tục quá trình xử lý.
2.4.4: Sơ đồ P&ID và SCADA
Dưới đây là sơ đồ P&ID và SCADA của một nhà máy sản xuất gỗ, áp dụng phương pháp đông tụ và keo tụ kết hợp với phương pháp sinh học.
Nước thải đầu tiên được đưa vào bể chứa, nơi các cảm biến S400, S401 và S402 theo dõi mức nước Khi mức nước thấp, cảm biến S400 kích hoạt máy bơm P109 để bơm nước thải vào bể lọc tĩnh Khi nước thải trong bể chứa tăng cao, cảm biến S401 phát cảnh báo; nếu mức nước vượt quá ngưỡng của S401, cảm biến S402 sẽ kích hoạt bơm P100 để xả bớt nước thải ra bể chứa khác Cuối cùng, nước thải từ bể điều hòa sẽ được bơm vào bình trộn giai đoạn 1.
Trong giai đoạn 1 và 2 của quá trình trộn, nhiều chế phẩm như sắt clorua, polyelectrolyte và nhôm clorua được bổ sung để loại bỏ ô nhiễm trong nước thông qua đông tụ và keo tụ Để đảm bảo quá trình diễn ra ở pH tối ưu, canxi hydroxit được thêm vào ở giai đoạn đầu Động cơ trộn hoạt động liên tục nhằm tối ưu hóa hiệu quả của quá trình đông tụ và keo tụ.
Sau khi các phản ứng diễn ra tại bể trộn, nước thải sẽ được chuyển sang bể lắng giai đoạn 1 và giai đoạn 2 Tại đây, máy khuấy trộn hoạt động giúp các chất rắn lơ lửng và bùn lắng xuống đáy bể, sau đó được dẫn đến bể chứa bùn hoá chất Trong bể chứa này, thiết bị khuấy P107 được sử dụng để ngăn ngừa hiện tượng bùn đóng cứng.
Trong giai đoạn 3, nước thải sau xử lý từ giai đoạn 2 sẽ được chuyển đến bể hiếu khí để thực hiện quá trình hiếu khí sinh học Tại đây, máy sục khí C100 cùng các máy trộn M109 và M110 hoạt động nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình hiếu khí Sau khi hoàn tất, nước thải sẽ được dẫn vào bể lắng cuối cùng, nơi bùn lắng sinh học sẽ được bơm vào bể chứa bùn sinh học; một phần bùn sẽ được tái sử dụng, trong khi phần bùn dư sẽ được thải ra ngoài.
+) Giai đoạn 4: Nước sau quá trình xử lý hoàn tất được đưa vào bể chứa.
Dưới đây là giao diện SCADA của lưu đồ P&ID trên.
II.3 HỆ THỐNG XỬ LÝ CHUNG NƯỚC THẢI KHU DÂN CƯ VÀ KHU
II.3.1 Đặc tính nước thải của khu công nghiệp và khu dân cư a Đặc tính nước thải khu công nghiệp
Nước thải công nghiệp được sử dụng cho nhiều mục đích trong sản xuất, bao gồm làm nguội sản phẩm, làm mát máy móc, vận chuyển nguyên vật liệu, làm dung môi, và các quá trình giặt rửa, làm sạch Thành phần nước thải có thể chứa chất tan, các chất vô cơ, hữu cơ, có tính kiềm hoặc axit, không màu hoặc có màu, và có thể chứa dầu mỡ cùng các chất độc hại.
Nước thải khu công nghiệp có tính chất đa dạng, phụ thuộc vào loại hình sản xuất, mô hình và quy mô sản xuất Các thông số chính của nước thải bao gồm nhiệt độ, mùi vị, màu sắc, độ đục, và các chất ô nhiễm Chất ô nhiễm không tan có thể là các chất lắng được, chất rắn lơ lửng, và dầu mỡ, trong khi chất tan bao gồm muối vô cơ, hợp chất hữu cơ tan trong nước, axit và kiềm Đặc biệt, một số muối như muối sunfat và muối clorua không có khả năng phân hủy sinh học, gây ảnh hưởng đến môi trường.
• Các chất hữu cơ: đặc trung bởi các thông số BOD và COD
• Tổng cacbon hữu cơ TOC: tổng các hợp chất hữu cơ có chứa cacbon
• Cacbon hữu cơ hòa tan DOC
Nước thải chứa nhiều độc tố, bao gồm kim loại nặng như thủy ngân, đồng, chì, kẽm và cadimi Đặc tính của nước thải được xác định thông qua việc đo đạc và lấy mẫu phân tích Những đặc tính này giúp đánh giá mức độ ô nhiễm, từ đó cung cấp thông tin cần thiết cho việc lựa chọn phương pháp xử lý và tính toán các thiết bị xử lý phù hợp.
• Công nghệ thực phẩm: BOD, chất rắn lơ lửng, các loại thuốc trừ sâu độc hại…
• Nhà máy điện: các chất rắn lơ lửng, thủy ngân, chì, crom, lưu huỳnh dạng khí,
• Sắt và công nghiệp thép: các sản phẩm khí hóa, dầu mỡ động vật, các hạt rắn, axit sunfuric
• Công nghiệp giấy và bột giấy: TSS, BOD, chloroform, furan, dioxin, phenol, COD và các chất rắn lơ lửng
• Công nghiệp dệt may: BOD, SS, dầu mỡ, sunfua, phenol và crom b Đặc tính nước thải sinh hoạt khu dân cư
Nước thải sinh hoạt là nước phát sinh từ các hoạt động hàng ngày của con người như tắm giặt, vệ sinh, tẩy rửa và nấu ăn Nguồn nước thải này chủ yếu đến từ các hộ gia đình trong khu dân cư Khối lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
• Khả năng và đặc điểm của hệ thống thoát nước
Nước thải khu dân cư thường có hàm lượng chất hữu cơ cao và chứa nhiều vi sinh vật Tải trọng tính theo đầu người của nước thải sinh hoạt chủ yếu bị ô nhiễm do các thông số 5.
Nước thải khu dân cư thường có đặc tính ổn định hơn so với nước thải khu công nghiệp, với các chỉ số như COD, SS, tổng N, tổng P, và dầu mỡ - chất béo.
Khi xử lý nước thải công nghiệp chung với nước thải sinh hoạt, quá trình làm sạch trở nên ổn định và hiệu suất cao hơn so với việc xử lý riêng lẻ Nước thải sinh hoạt cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng, giúp làm loãng nước thải công nghiệp Mức độ pha loãng cần thiết có thể được xác định thông qua một công thức cụ thể.
Trong đó: m: tỷ lệ giữa lượng nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất L sx : BOD toàn phần của nước thải sản xuất mg/l
L hh : BOD toàn phần của hỗn hợp nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất mg/l
L sh : BOD toàn phần của nước thải sinh hoạt mg/l
Hình 2.18 Nhà máy xử lí nước thải công nghiệp
Quy trình xử lý nước thải khu công nghiệp chung Nước thải khu công nghiệp được xử lí theo 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: xử lý phương pháp cơ học
Giai đoạn 2: xử lý phương pháp hóa lý
Giai đoạn 3: xử lý phương pháp sinh học
Giai đoạn 4: khử trùng nước
STT Thành phần ô nhiễm Phương pháp xử lý phổ biến Giai đoạn xử lý
1 Chất rắn thô Loại bỏ bằng song/ lưới chắn rác
2 Chất rắn lơ lửng Bể lắng, tuyển nổi
3 Chất rắn hữu cơ hòa tan Bùn hoạt tính, lọc sinh học Xử lý bậc 2
4 Nito Bùn hoạt tính khử nito
5 Photpho Đông tụ và lắng
6 Khử chất rắn lơ lửng mịn Lọc áp lực
7 Khử vi khuẩn Tiệt trùng bằng hóa chất hoặc bằng
8 Khử muối vô cơ Trao đổi ion, thẩm thấu ngược, bay hơi
9 Khử màu Oxy hóa bậc cao
10 Khử mùi Thu hồi khí, tháp khử mùi Xử lý bổ sung
Hình 2.19.Bảng các giai đoạn xử lý nước thải
Quá trình xử lý hỗn hợp nước thải khu công nghiệp và nước thải sinh hoạt có thể thực hiện theo sơ đồ sau:
9 Bể xử lý bùn bằng yếm khí
10 Máy tách nước ra khỏi bùn
II.3.3.Hệ thống scada nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp và sinh hoạt
Hình 2.21.Sơ đồ xử lý nước thải chung
Hình 2.22.Nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp quốc tế protrade
Quy trình xử lý nước thải khu công nghiệp Protrade có tổng công suất 10.000m³/ngày đêm, bao gồm các nhà máy như nhà đặt thiết bị bơm, máy thổi khí, máy ép bùn, và nhà chứa chất thải nguy hại Cụm nhà chức năng được xây dựng tại vị trí cao giúp dễ dàng quan sát và duy trì hoạt động ổn định Phòng điều khiển tích hợp toàn bộ tủ điện và kết nối với hệ thống điều khiển tự động PLC – SCADA Nước thải được thu gom về hầm bơm với quy hoạch 10.000m³/ngày đêm, với lưu lượng được kiểm soát liên tục qua đồng hồ đo lưu lượng đạt tiêu chuẩn Việt Nam Nước thải đầu vào được tách cặn rác lớn hơn 2mm bằng thiết bị lượn rác tinh, bảo vệ các thiết bị bơm phía sau Sau đó, nước thải được dẫn vào bể tách dầu để loại bỏ váng dầu trước khi vào bể điều hòa, nơi khí được cấp qua máy thổi khí và đĩa phân phối khí dưới đáy bể, tạo điều kiện khuấy trộn hiệu quả và ổn định nồng độ các chất ô nhiễm.
Nước thải từ hệ thống điều hòa được chuyển đến cụm xử lý hóa lý, nơi diễn ra quá trình keo tụ và lắng hóa lý Trong quá trình này, hóa chất phèn và polime được thêm vào để loại bỏ các thành phần ô nhiễm cũng như chất rắn lơ lửng có trong nước thải.
Nước thải sau khi xử lý hóa lý sẽ được chuyển đến bể xử lý sinh học, bao gồm hệ thống xử lý hiếu khí kết hợp với thiếu khí và bể lắng sinh học Các vi sinh vật hiếu khí và kị khí hoạt động để loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm như COD, BOD và tổng nitơ Bể hiếu khí được cung cấp oxy qua hệ thống máy thổi khí và đĩa phân phối khí, sau đó nước sẽ được dẫn vào bể lắng sinh học.
Sau khi nước được đưa qua bể lắng sinh học, nước thải được đưa tới bể khử trùng đảm bảo chất lượng nước đạt tiêu chuẩn cột A BTNMT
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - XỬ LÝ HỖN HỢP NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG KHUẨN LAM
TỔNG QUAN
III.1.1 Tình hình thực tế
Công ty Thoát nước Vệ sinh Alexandria (ASDCO) tại Ai Cập vận hành hai nhà máy xử lý nước thải chính là EWTP và WWTP, tiếp nhận hỗn hợp nước thải sinh hoạt và công nghiệp trước khi xả vào hồ Mariut Hồ này đang đối mặt với ô nhiễm nghiêm trọng do chứa lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy, vi sinh vật gây bệnh, phân bón, thuốc trừ sâu và kim loại nặng Việc tận dụng sinh khối vi khuẩn lam địa phương trong quy trình xử lý các chất ô nhiễm độc hại không chỉ là giải pháp hiệu quả và tiết kiệm cho các hoạt động công nghiệp tại Alexandria mà còn tạo ra nguồn thu cho các địa phương ở Ai Cập.
Vi khuẩn lam sống trong môi trường thủy sinh ô nhiễm nặng, nơi chúng chiếm ưu thế trong quần thể vi thực vật Chúng có khả năng kháng và chọn lọc tự nhiên đối với các chất ô nhiễm nhờ vào khả năng tồn tại và hoạt động trao đổi chất mà không bị ảnh hưởng bởi mức độ giảm của các chất ô nhiễm có thể phân hủy sinh học Vi khuẩn lam đã chứng minh hiệu quả cao trong việc tích tụ và phân hủy nhiều loại chất ô nhiễm, bao gồm thuốc trừ sâu và dầu thô.
Vi khuẩn lam đã chứng minh hiệu quả trong việc xử lý nước thải từ chăn nuôi bò sữa và nuôi cá, cũng như loại bỏ các chất dinh dưỡng vô cơ hòa tan như nitơ và photpho Chúng cũng được sử dụng để đồng hóa chất hữu cơ trong môi trường ô nhiễm và chuyển hóa, loại bỏ kim loại nặng Ngoài ra, vi khuẩn lam đã thành công trong việc xử lý sinh học các sự cố tràn dầu trên toàn cầu.
XỬ LÝ ĐƯỢC THỰC HIỆN
Nghiên cứu này tập trung vào ba loài vi khuẩn lam, bao gồm hai loại Anabaena spp (Anabaena oryzae và Anabaena variabilis) cùng với Tolypothrix ceytonica, nhằm đánh giá khả năng phân hủy sinh học chất hữu cơ và loại bỏ kim loại nặng từ nước thải sơ cấp của EWTP và WWTP Những loài vi khuẩn này có sức đề kháng cao và khả năng thích nghi với nhiều chất ô nhiễm khác nhau Đặc biệt, chúng đã chứng minh khả năng phân hủy hiệu quả hydrocacbon clo hóa khó phân hủy như Lindane (C6H6Cl6) và các kim loại nặng.
Quy trình lấy mẫu nước thải được thực hiện liên tục trong 24 giờ tại hai nhà máy nhằm đảm bảo tính đại diện và ổn định của dòng chảy Các thông số chất lượng nước thải được phân tích bao gồm nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng chất rắn hòa tan (TDS), chất béo, dầu mỡ (FOG) và hai kim loại nặng là đồng (Cu) và kẽm (Zn) Việc đánh giá các thông số này trước và sau quá trình xử lý giúp xác định hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải Đặc biệt, Cu và Zn được chú trọng do nồng độ của chúng trong nước thải xử lý sơ cấp vượt mức tối đa cho phép (MPL) theo Luật Môi trường Ai Cập (48/1982 và 4/1994), đảm bảo an toàn khi xả thải vào nguồn nước.
Hình 3.1.Đặc điểm nước thải sau xử lý sơ cấp của 2 nhà máy
Các loài đã được cấy riêng lẻ trong 100 ml môi trường nuôi cấy và ủ trong 2 tuần cho đến khi phát triển mạnh Nước thải từ hai nhà máy (EWTP và WWTP) được phân phối vào 18 bình nón đã khử trùng, mỗi nhà máy 900 ml, với chín bình cho mỗi dòng thải Mỗi mẫu nuôi 100 ml được gieo vào nước thải từ cả hai nhà máy với thể tích cuối cùng là 1L và ủ trong 7 ngày Sáu bình khác (ba bình cho mỗi nhà máy) được cung cấp 1L nước thải mà không có vi khuẩn lam để kiểm soát quá trình xét nghiệm sinh học Các mẫu được thu thập trong vòng 24 giờ để xác định dư lượng kim loại nặng và các thông số khác, với 130 ml từ mỗi bình được rút ra vô trùng và tính toán hiệu quả loại bỏ của chúng bằng cách sử dụng các loài đã chọn.
Kết quả xử lý nước thải từ hai nhà máy cho thấy nước thải sau xử lý sơ cấp có các đặc điểm đáng chú ý Cụ thể, các chỉ tiêu BOD5, COD, TSS, TDS, FOG, Zn và Cu trong nước thải xử lý sơ cấp của EWTP lần lượt đạt mức trung bình 155, 380, 184, 1250, 22, 0,1779 và 0,0577 mg/l Trong khi đó, nước thải từ nhà máy WWTP có mức độ ô nhiễm cao hơn rõ rệt, với các chỉ số BOD5, COD, TSS, TDS và FOG ghi nhận lần lượt là 280, 519, 435, 1609, và 32 mg/l, cho thấy hàm lượng hữu cơ, chất rắn và dầu mỡ vượt trội.
Bảng nồng độ cặn (RC) của các thông số chất lượng nước thải từ EWTP và WWTP cho thấy sự ô nhiễm khi sử dụng vi khuẩn lam đã được chọn ở các thời điểm tiếp xúc khác nhau.
KẾT LUẬN
Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng công nghệ sinh học sử dụng vi tảo có khả năng xử lý nước thải hiệu quả, với khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm trong thời gian ngắn, không quá một tuần Cụ thể, A variabilis và A oryzae đạt hiệu suất loại bỏ chất hữu cơ cao nhất với BOD5 và COD RE lần lượt là 89,29% và 73,68% Đối với chất rắn, T ceytonica và A variabilis ghi nhận RE cao nhất cho TSS và TDS với 64,37% và 38,84% Về chất béo, dầu và mỡ, T ceytonica đạt RE cao nhất là 93,75% Cuối cùng, hiệu suất loại bỏ kim loại Zn và Cu cũng rất ấn tượng, lần lượt đạt 86,12% và 94,63% nhờ vào T ceytonica.
T ceytonica Do đó, rõ ràng là phương pháp xử lý được đề xuất cung cấp một công nghệ chi phí thấp, hiệu quả và thân thiện với môi trường để xử lý nước thải sinh hoạt hoặc công nghiệp hoặc cả hai loại nước thải Nghiên cứu sâu hơn có thể được thực hiện để nhấn mạnh ứng dụng trên quy mô lớn hơn, đặc biệt là với các dạng vi khuẩn lam cố định.
