MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Công ty TNHH Hồ Phượng đã thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy chế biến cà phê tại huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng với công suất 400 m³/ngày đêm Trạm xử lý này đạt tiêu chuẩn Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 24:2009/BTNMT, loại B.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI
Đối tượng đề tài : Nước thải nhà máy chế biến nhân cà phê từ hạt tươi.
Phạm vi đề tài : Công ty TNHH Hồ Phượng.
Thời gian thực hiện đề tài: Từ 30/5/2011 đến 30/08/2011
nỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Đánh giá tổng quan về công nghệ sản xuất và khả năng gây ô nhiễm môi trường của ngành chế biến cà phê.
Tổng quan, khảo sát thành phần và tính chất nước thải chế biến cà phê tại nhà máy.
Phân tích và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho Nhà máy.
Tính toán các công trình đơn vị cho trạm xử lý nước thải chế biến cà phê của Nhà máy
Khái toán kinh tế cho phần xây dựng, lắp đặt và xử lý.
Phương pháp thỰC HIỆN
Các phương pháp được sử dụng bao gồm:
Phương pháp thu thập số liệu trong ngành chế biến cà phê bao gồm việc thu thập tài liệu, khảo sát, phân tích và đo đạc Mục tiêu là đánh giá tổng quan về công nghệ chế biến, khả năng gây ô nhiễm môi trường và hiệu quả xử lý nước thải.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu các phương pháp xử lý nước thải cho ngành chế biến cà phê.
Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến của chuyên gia ngành kỹ thuật môi trường, ngành chế biến cà phê.
Phương pháp tổng hợp, phân tích số liệu: Thống kê, tổng hợp số liệu thu thập được từ đó đưa ra công nghệ xử lý phù hợp.
Phương pháp tính toán trong thiết kế công nghệ và thiết bị xử lý nước thải là rất quan trọng để tiết kiệm chi phí xử lý Việc lựa chọn đúng công nghệ không chỉ giúp tối ưu hóa chi phí xây dựng mà còn giảm thiểu chi phí vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế cho dự án.
Phương pháp so sánh: So sánh các số liệu về nồng độ nước thải của nhà máy với QCVN 24:2009
Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCad để mô tả kiến trúc công nghệ xử lý nước thải.
GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài còn nhiều hạn chế về số liệu, thông tin, chủ yếu là trên giấy….
Giới hạn về thời gian thực hiện, về đối tượng.
Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Đề xuất ra các phương pháp xử lý nước thải chế biến cà phê
Giúp cho sinh viên có kinh nghiệm thực tế.
Đánh giá được thành phần tính chất của nước thải chế biến cà phê
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN CÀ PHÊ VÀ GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH HỒ PHƯỢNG
TỔNG QUAN VỀ CÀ PHÊ VIỆT NAM
1.1.1 Các đặc điểm chung của cà phê Việt Nam
Việt Nam được chia thành hai vùng khí hậu phù hợp cho chế biến cà phê:
Vùng Tây Nguyên và tỉnh Đồng Nai: chủ yếu trồng cà phê vối;
Các tỉnh miền Bắc: chủ yếu trồng cà phê chè;
Trong đó, diện tích cà phê vối chiếm hơn 95% tổng diện tích gieo trồng.
Tỷ trọng diện tích 6 vùng trồng cà phê: Đông Bắc và duyên hải Nam Trung Bộ 0%, Tây Bắc 1%, Bắc Trung Bộ 2 %, Đông Nam Bộ 8%, Tây Nguyên 89%
1.1.2 Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam
Hình 1.1: Biểu đồ Chế biến cà phê Việt Nam
(Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam)
Bảng 1.1.Chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam
Năm Sản lượng chế biến
Sản lượng xuất khẩu (1.000 tấn)
Kim ngạch xuất khẩu (triệu USD)
(Nguồn: Báo cáo thường niên, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Việt Nam)
Năm 2007 đánh dấu đỉnh cao trong xuất khẩu cà phê Việt Nam với kim ngạch đạt 1,8 tỷ USD, tăng 219% so với năm trước và vượt gần 1 tỷ USD so với kế hoạch So với năm 2000, kim ngạch xuất khẩu đã tăng gấp 3,6 lần, cho thấy sự tăng trưởng đáng kể mà hiếm nông sản nào có thể đạt được Nhờ vào sự phục hồi của đơn giá, Việt Nam đã vươn lên vị trí thứ hai thế giới trong xuất khẩu cà phê, chỉ sau Brazil.
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ BIẾN CÀ PHÊ TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI
Có hai phương pháp chế biến cà phê sống:
Phương pháp khô (tự nhiên);
Phương pháp ướt (phương pháp rửa);
1.2.1.Phương pháp khô: là phương pháp cổ điển
Trái cà phê được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời và được cào vài lần trong ngày để đảm bảo quá trình khô đều Vào ban đêm, chúng sẽ được che kín để tránh bị sương ướt.
Sau vài tuần, trái cà phê sẽ khô và có thể bóc vỏ Phương pháp khô được áp dụng rộng rãi ở Ethiopia, Brazil và Việt Nam Mặc dù quy trình chế biến đơn giản, nhưng nó phụ thuộc nhiều vào thời tiết, thời gian chế biến kéo dài và chất lượng sản phẩm thường không cao.
Quá trình tách vỏ cà phê bằng máy sẽ để lại một lớp chất dính như keo bao quanh hạt, và vào thời điểm này, việc sử dụng máy móc có thể gây tổn thương cho hạt cà phê.
Sau đó hạt cà phê sẽ được bỏ vào những cái chum ủ men lớn để cho tan đi những vỏ cà phê còn dính lại trên hạt
Sau cùng, hạt cà phê sẽ được rửa cho hết sạch vỏ và được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời hoặc là máy sấy
Phương pháp ướt trong sản xuất mang lại tính chủ động cao hơn, mặc dù yêu cầu nhiều thiết bị, nước và năng lượng Tuy nhiên, lợi ích lớn nhất của phương pháp này là rút ngắn thời gian chế biến và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Dựa trên ưu và nhược điểm của hai phương pháp chế biến cà phê, người ta thường áp dụng kết hợp cả hai để tối ưu hóa quy trình Dưới đây là sơ đồ công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp kết hợp.
Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp kết hợp
Phân loại theo tải trọng ủ chín
Bóc vỏ quả, vỏ thịt
Phân loại theo sắc màu
Phân loại theo kích thước
Phân loại theo tỷ trọng
Phân loại theo kích thước Đảo trộn
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TY TNHH HỒ PHƯỢNG
Tên công ty : Công ty TNHH Hồ Phượng Địa chỉ trụ sở chính: Số 5C/5 thôn An Hiệp 1, xã Liên Hiệp, huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng. Điện thoại: 0633.844.669
Fax: 0633.662.117 Đăng ký kinh doanh số: 5800427255 cấp ngày 13/10/2004, thay đổi lần 2 ngày 04/03/2009 do Sở Kế hoạch và Đầu tư Lâm Đồng cấp.
Ngành nghề kinh doanh: Thu mua, chế biến, kinh doanh nông sản, cà phê.
Người đại diện : Ông Đinh Văn Hồ
1.3.2 Sự cần thiết đầu tư
Lâm Đồng, tỉnh đứng thứ hai cả nước về diện tích trồng cà phê, có sản lượng hàng năm lớn, đặc biệt tại huyện Đức Trọng với khí hậu ôn hòa và thổ nhưỡng phù hợp Nhà máy gần các vùng cà phê lớn như Lâm Hà, Di Linh, thuận lợi cho thu mua và sản xuất Tuy nhiên, vấn đề môi trường nghiêm trọng từ nguồn nước thải lớn của các nhà máy chế biến cà phê ướt có thể ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững Nếu không được xử lý triệt để, các chất ô nhiễm này sẽ gây hại đến môi trường xung quanh, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước do thiếu biện pháp quản lý thích hợp.
Đầu tư xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung tại nhà máy của công ty TNHH Hồ Phượng là cần thiết để đảm bảo phát triển bền vững cho cả kinh tế và môi trường, không chỉ cho khu vực mà còn cho chính công ty.
1.3.3 Mục tiêu của Công ty
Tiêu thụ nguyên liệu dồi dào từ địa phương giúp tạo ra sản phẩm hàng hóa chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu Điều này không chỉ đảm bảo hoạt động bền vững của nhà máy mà còn áp dụng công nghệ và thiết bị tiên tiến, đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu.
Công ty cam kết giải quyết việc làm cho lao động địa phương và xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhằm xử lý toàn bộ lượng nước ô nhiễm từ quá trình sản xuất Điều này không chỉ đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực mà còn bảo vệ môi trường và sức khỏe của cán bộ, công nhân viên Nguồn nước thải sau khi được xử lý đạt tiêu chuẩn sẽ góp phần bổ sung cho các lưu vực nước xung quanh, đặc biệt trong mùa khô hạn, và có thể được sử dụng cho tưới tiêu đất nông nghiệp trong vùng.
1.3.4 Quy trình công nghệ sản xuất của Công ty Hồ Phượng
GVHD: Nguyễn Chí Hiếu Trang 8 SVTH: Nguyễn Thị Thùy Dung
Nguyên liệu đầu vào Nguyên liệu đầu vào
Sàn lọc nguyên liệu Sàn lọc nguyên liệu
Xay vỏ Xay vỏ Đánh nhớt Đánh nhớt
Phân loại hạt Phân loại hạt
Khí thải Đất, cành, que,
Hình1.2 Quy trình công nghệ chế biến nhân cà phê từ hạt cà phê tươi
Thuyết minh quy trình công nghệ
Hạt cà phê tươi sau khi thu hoạch được công ty thu mua và vận chuyển về nhà máy, nơi chúng được đưa đến bãi tập trung để chuẩn bị cho giai đoạn chế biến Đầu tiên, cà phê được sàng lọc để tách cành, lá và đất còn sót lại, quá trình này được gọi là làm sạch khô Sau khi hoàn tất sàng lọc, hạt cà phê sẽ được chuyển đến giai đoạn rửa thô nhằm làm sạch lớp vỏ bên ngoài, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xay tiếp theo.
Cà phê được đưa vào cối xay để tiến hành xay vỏ, trong đó quả chín sẽ được xay bỏ vỏ, còn quả xanh sẽ được chuyển thẳng đến công đoạn sấy Giai đoạn này nhằm mục đích loại bỏ lớp vỏ cứng bên ngoài quả, thu hoạch hạt cà phê để tiếp tục cho các công đoạn tiếp theo.
Hạt cà phê được chuyển vào bồn chứa dung dịch enzim Pectinaza để loại bỏ thịt quả trong giai đoạn đánh nhớt, kéo dài từ 5 – 6 giờ, nhằm phân huỷ Pectin và tạo độ bóng cho nhân Sau khi đánh nhớt, nhân được rửa sạch để loại bỏ chất bẩn, tuy nhiên công đoạn này tiêu tốn nhiều nước và gây ô nhiễm do nước thải chứa chất hữu cơ Tiếp theo, cà phê được trải đều trên mặt sàn để làm ráo nước bề mặt, giúp giảm thời gian sấy khô Cuối cùng, cà phê được sấy khô hoàn toàn trong thùng quay nhiệt và được phân loại trước khi phân phối cho các nhà phân phối khác nhau.
1.3.5 Các vấn đề môi trường của nhà máy:
Trong quá trình hoạt động, công ty sẽ phát sinh một lượng nước thải có ảnh hưởng đến môi trường nước, chủ yếu từ các nguồn gốc sau:
Nguồn gốc nước thải chế biến cà phê nhân của công ty xuất phát từ các công đoạn sau
Rửa thô là giai đoạn đầu trong quá trình xử lý nước thải, trong đó nước thải chủ yếu chứa chất rắn lơ lửng và có mức độ ô nhiễm tương đối thấp Trong giai đoạn này, lượng nước thải phát sinh không đáng kể.
Trong giai đoạn xay vỏ, nước thải sản sinh ra ít nhưng có thành phần rất đậm đặc, với độ đục và lượng cặn cao Đồng thời, giai đoạn này cũng thải ra một lượng vỏ lớn, dẫn đến việc nước thải chứa nhiều rác thải đáng kể.
Ngâm enzim là giai đoạn quan trọng nhất trong quy trình chế biến, nơi phát sinh lượng nước thải đáng kể Nước thải từ giai đoạn này có hàm lượng hữu cơ cao và độ nhớt lớn.
Rửa sạch: Nước thải giai đoạn này có thành phần hữu cơ tương đối cao
Nước thải vệ sinh: Phát sinh từ công đoạn vệ sinh các thiết bị chế biến
Nước thải sinh hoạt từ khu vực văn phòng, bao gồm nước thải từ các khu vệ sinh, chứa nhiều thành phần ô nhiễm như cặn bã (TSS), chất hữu cơ (BOD/COD), dinh dưỡng (N,P) và vi sinh vật gây bệnh.
Rác thải sinh hoạt từ cán bộ, công nhân viên và công nhân vận hành hàng ngày chủ yếu bao gồm các chất thải hữu cơ dễ phân hủy như thức ăn thừa, cùng với các loại rác khác như bao nilông và thùng carton.
Mỗi ngày, công nhân viên chức thải ra khoảng 40 kg rác thải, được thu gom trong các thùng rác và sau đó chuyển giao cho đơn vị dịch vụ công cộng địa phương để xử lý hoặc đốt bỏ.
Chất thải rắn từ hoạt động chế biến:
Chất thải rắn từ hoạt động chế biến chủ yếu là vỏ cà phê, bao bì chứa nguyên liệu, cành, que còn sót khi thu hoạch.
Ô nhiễm do hoạt động của lò sấy, quá trình xay vỏ từ quá trình chế biến khô.
Ô nhiễm từ tiếng ồn, rung động và nhiệt
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CÀ PHÊ
Nước thải từ các nhà máy chế biến cà phê chủ yếu chứa đường, nhớt, chất hữu cơ và hương liệu tự nhiên Theo Hội Đồng Bảo Vệ Tài Nguyên Thiên Nhiên NRDC, trong năm 1988, nước thải cà phê đã gây ô nhiễm 110,000 khối nước mỗi ngày ở Trung Mỹ Do đó, việc xử lý các chất thải này là cần thiết Đường trong nước thải xuất phát từ nhớt hoặc phần ngoài của quả cà phê, trong quá trình lên men, đường bị phân huỷ thành rượu và khí các-bô-níc, sau đó rượu chuyển thành axít axêtíc, dẫn đến việc giảm độ pH của nước Độ pH của nước thải cà phê thường khoảng 3.8.
Nhớt là lớp chất nhầy bao quanh hạt cà phê, chủ yếu gồm prôtêin, đường và péctin Nó rất khó phân huỷ và thường kết tủa thành lớp đen trên bề mặt nước thải cà phê Lớp chất rắn này có thể gây tắc đường ống thải và làm giảm lượng ôxi trong nước.
Các chất hữu cơ trong nước được phân hủy bởi vi sinh vật, quá trình này tiêu tốn ôxi, được gọi là "đòi hỏi ôxi sinh học" (BOD) Nước thải cà phê có BOD lên đến 20g/l, gấp 200 lần so với nước thải từ nhà máy giấy Vào những năm 80 ở Costa Rica, hai phần ba tổng lượng BOD của các con sông xuất phát từ nước thải cà phê.
Lượng BOD cao trong nước dẫn đến việc mất oxy, tạo điều kiện cho các sinh vật yếm khí phát triển Hệ quả là nước thải từ cà phê có mùi hôi, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, đặc biệt là những người sử dụng nước sông, suối để uống.
Hương liệu tự nhiên là các hóa chất tạo màu đỏ cho quả cà phê, an toàn cho sức khỏe và môi trường Tuy nhiên, chúng gây ra tình trạng nước thải cà phê có màu xanh đậm hoặc đen, ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường.
Bảng 2.1: Thành phần tính chất nước thải chế biến cà phê hạt tươi tại Brazil
STT THÔNG SỐ ĐƠN VỊ DÃY GIÁ TRỊ
4 Chất rắn lơ lửng mg/l 700 – 890
(Nguồn: Departamento de Engenharia Agricola/Universidade Federal de Vicosa,36570-000, Vicosa-MG, Brazil).
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.2.1.Phương pháp xử lý cơ học
Xử lý cơ học, hay còn gọi là xử lý bậc I, có mục tiêu chính là loại bỏ các tạp chất không tan như rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng và các tạp chất nổi khác ra khỏi nước thải Phương pháp này cũng giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý sau này.
Các công trình xử lý cơ học xử lý nước thải thông dụng:
Song chắn rác được lắp đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoặc tại các miệng xả trong nhà máy sản xuất, nhằm giữ lại các tạp chất lớn như nhánh cây, gỗ, lá, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác Việc này không chỉ giúp bảo vệ các công trình bơm mà còn ngăn ngừa tình trạng ách tắc trong đường ống và mương dẫn.
Lưới lọc được sử dụng để loại bỏ các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, giúp thu hồi các thành phần quý không tan và loại bỏ rác có kích thước nhỏ Kích thước mắt lưới dao động từ 0,5 đến 1,0 mm.
Lưới lọc thường được bao bọc xung quanh khung rỗng hình trụ quay tròn (hay còn gọi là trống quay) hoặc đặt trên các khung hình dĩa.
Bể lắng cát đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa, trước bể lắng đợt
I Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, kim loại, tro tán, thanh vụn, vỏ trứng… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý tiếp theo Bể lắng cát gồm 3 loại:
Hình 2.1.Bể lắng cát ngang
∗ Bể lắng cát thổi khí
∗ Bể lắng cát ly tâm
Các công trình xử lý nước thải công nghiệp thường được sử dụng để loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏ hơn nước Những tạp chất này có thể làm tắc nghẽn lỗ hổng giữa các hạt vật liệu lọc trong bể sinh học, đồng thời gây hại cho cấu trúc bùn hoạt tính trong bể Aerotank, làm khó khăn cho quá trình lên men cặn.
Bể điều hòa giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì dòng thải và nồng độ ổn định cho công trình xử lý nước thải, giúp khắc phục sự cố vận hành do biến động nồng độ và lưu lượng Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất của các quá trình xử lý sinh học mà còn đảm bảo tính liên tục trong hoạt động xử lý Bể điều hòa có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
∗ Bể điều hòa lưu lượng
∗ Bể điều hòa nồng độ
∗ Bể điều hòa cả lưu lượng và nồng độ.
Bể lắng được sử dụng để tách các chất không tan lơ lửng trong nước thải dựa trên nguyên tắc trọng lực Các bể này có thể được bố trí nối tiếp để tối ưu hóa quá trình lắng Khi thực hiện tốt, quá trình lắng có khả năng loại bỏ một lượng lớn các chất ô nhiễm trong nước thải.
Khoảng 90 đến 95% lượng cặn có trong nước thải, do đó quá trình lắng rất quan trọng trong xử lý nước thải Quá trình này thường được thực hiện trước hoặc sau bước xử lý sinh học Để nâng cao hiệu quả lắng, có thể bổ sung chất đông tụ sinh học.
Bể lắng được chia làm 3 loại:
∗ Bể lắng ngang (có hoặc không có vách nghiêng):
∗ Bể lắng đứng: mặt bằng là hình tròn hoặc hình vuông Trong bể lắng hình tròn nước chuyển động theo phương bán kính (radian).
Bể lắng li tâm có hình dạng mặt bằng tròn, nơi nước thải được dẫn vào từ tâm và chảy ra đến thành bể Sau đó, nước thải sẽ được thu vào máng tập trung và dẫn ra ngoài.
Công trình này có chức năng tách các phần tử lơ lửng và phân tán trong nước thải, sử dụng các vật liệu lọc như cát, thạch anh, và than để xử lý nước sau bể lắng Bể lọc hoạt động chủ yếu với hai chế độ là lọc và rửa lọc, đặc biệt trong các công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng nhằm thu hồi các thành phần quý hiếm Các loại bể lọc được phân loại dựa trên các tiêu chí khác nhau.
∗ Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt
Hình 2.3Bể lọc 2.2.2.Phương pháp xử lý hoá học
2.2.2.1.Đông tụ và keo tụ
Phương pháp đông tụ-keo tụ là quá trình làm cho các hạt phân tán và nhũ tương kết tụ lại với nhau, dẫn đến sự phá hủy độ bền của tập hợp và gây ra hiện tượng lắng đọng.
Sử dụng đụng tụ hiệu quả khi cỏc hat keo phõn tỏn cú kớch thước 1-100àm Để tạo đông tụ, cần có thêm các chất đông tụ như
Phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O Độ hòa tan của phèn nhôm trong nước ở 20 0 C là
Phèn sắt FeSO4.7H2O.Độ hòa tan của phèn sắt trong nước ở 20 0 C là 265 g/l Quá trình đông tụ bằng phèn sắt xảy ra tốt nhất ở pH >9.
Các muối FeCl3.6H2O, Fe2(SO4)3.9H2O, MgCl2.6H2O, MgSO4.7H2O, …
Khác với đông tụ, keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng nhờ vào các hợp chất cao phân tử như tinh bột, ester, và cellulose Chất keo tụ có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với chất đông tụ để tăng tốc độ đông tụ và lắng cặn Chất đông tụ giúp mở rộng phạm vi tối ưu của quá trình keo tụ, tăng cường tính bền và độ chặt của bông cặn, từ đó giảm lượng chất đông tụ cần thiết và nâng cao hiệu quả xử lý Hiện tượng đông tụ không chỉ xảy ra do tiếp xúc trực tiếp mà còn nhờ vào sự tương tác giữa các phân tử chất keo tụ hấp phụ trên các hạt lơ lửng Khi hòa tan trong nước thải, chất keo tụ có thể tồn tại ở dạng ion hoặc không ion, tạo ra các loại chất keo tụ ion và không ion.
Hình 2.4 Quá trình tạo bông cặn của các hạt keo 2.2.2.2.Trung hòa
Nước thải từ các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp hóa chất, thường chứa các acid hoặc bazơ do quy trình công nghệ, có thể gây ăn mòn vật liệu và làm gián đoạn các quá trình sinh hóa trong các hệ thống xử lý sinh học Do đó, việc thực hiện quá trình rung hòa nước thải là rất cần thiết để giảm thiểu tác hại này.
Các phương pháp trung hòa bao gồm:
∗ Trung hòa lẫn nhau giữa nước thải chứa acid và nước thải chứa kiềm.
∗ Trung hòa dịch thải có tính acid, dùng các loại chất kiềm như: NaOH, KOH, NaCO3, NH4OH, hoac lọc qua các vật liệu trung hòa như CaCO3, dolomit,…
Đối với dịch thải có tính kiềm, cần trung hòa bằng acid hoặc khí acid Việc lựa chọn tác chất để thực hiện phản ứng trung hòa phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng.
∗ Loại acid hay bazơ có trong nước thải và nồng độ của chúng.
∗ Độ hòa tan của các muối được hình thành do kết quả phản ứng hóa học.
2.2.2.3.Oxy hoá khử Đa số các chất vô cơ không thể xử lý bằng phương pháp sinh hóa được, trừ các trường hợp các kim loại nặng như: Cu, Zn, Pb, Co, Fe, Mn, Cr,…bị hấp phụ vào bùn hoạt tính Nhiều kim loại như : Hg, As,…là những chất độc, có khả năng gây hại đến sinh vật nên được xử lý bằng phương pháp oxy hóa khử Có thể dùng các tác nhân oxy hóa như Cl2, H2O2, O2 không khí, O3 hoặc pirozulite ( MnO2) Dưới tác dụng oxy hóa, các chất ô nhiểm độc hại sẽ chuyển hóa thành những chất ít độc hại hơn và được loại ra khỏi nước thải.
PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
Đề xuất công nghệ cho phương án 2
Quy trình công nghệ hệ thống xử lý nước thải phương án 2 được trình bày như hình vẽ sau:
Xả ra nguồn tiếp nhận
Tách rác tinh Rác thô
Bể lắng bùn sinh học
Bể lắng bùn keo tụ
Hình 3.2: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải ( phương án 2)
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Nước thải từ hoạt động sản xuất của nhà máy được thu gom vào các hố chứa trước khi được bơm vào hệ thống xử lý nước thải.
Nước thải từ các xưởng sản xuất được dẫn đến bể gom qua mạng lưới thoát nước riêng, nơi có lắp đặt song chắn rác tinh dạng trống quay với khe hở 1 - 2mm Chức năng của song chắn rác là loại bỏ các chất hữu cơ như bao bì và vỏ cà phê, nhằm ngăn ngừa hư hại cho bơm và tắc nghẽn các công trình xử lý phía sau Sau khi tách rác tinh, nước thải từ bể gom sẽ được bơm lên bể điều hòa để tiếp tục xử lý.
Việc điều hòa lưu lượng mang lại nhiều lợi ích quan trọng, bao gồm: (1) nâng cao quá trình xử lý sinh học nhờ giảm thiểu hiện tượng "shock" tải trọng, cho phép pha loãng các chất ảnh hưởng và ổn định pH; (2) cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý do tải trọng chất thải được kiểm soát tốt hơn Với công nghệ tự động hóa hiện đại, thể tích bể điều hòa và chi phí điện năng tại nhà máy xử lý đã giảm đáng kể, đồng thời, dung tích chứa nước lớn hơn cũng góp phần nâng cao độ an toàn.
Từ bể điều hòa, nước thải được bơm đều và liên tục vào bể sinh học kỵ khí
Bể UASB là nơi nước thải được phân phối từ dưới đáy lên bề mặt, qua lớp vi sinh lơ lửng, giúp vi sinh vật hấp thụ và tiêu hóa một phần các chất ô nhiễm Sau khi xử lý tại bể sinh học kỵ khí, nước thải sẽ được chuyển tiếp sang bể sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính.
Aerobic biological treatment processes can be classified into two main types: suspended growth biological treatment processes and attached growth biological treatment processes Each type has various applications in wastewater treatment, demonstrating their effectiveness in different scenarios.
Có nhiều loại công trình xử lý nước thải, bao gồm (a) bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống, (b) bể bùn hoạt tính dạng mẻ liên tục SBR, và (c) bể bùn hoạt tính từng bậc SASR Ngoài ra, còn có (d) bể lọc sinh học và (e) thiết bị sinh học quay RBC Sau khi đánh giá các quá trình và công trình xử lý, bùn hoạt tính hiếu khí truyền thống được lựa chọn do các ưu điểm như khả năng kết hợp xử lý chất hữu cơ, nitrate hóa và khử nitơ, dễ vận hành, thiết bị dễ thay thế, yêu cầu trình độ công nhân không cao, và Việt Nam có nhiều kinh nghiệm trong quá trình này.
Bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính tiếp tục xử lý các tạp chất hữu cơ còn lại sau quá trình xử lý sinh học kỵ khí, chuyển hóa chúng thành bông bùn sinh học Hai máy thổi khí hoạt động luân phiên cùng hệ thống phân phối dạng đĩa hiệu quả, với bọt khí nhỏ hơn 10m, cung cấp oxy cần thiết cho vi sinh vật hiếu khí Oxy này giúp chuyển hóa chất hữu cơ thành nước và carbonic, đồng thời chuyển đổi nitơ hữu cơ và amonia thành nitrat NO3 - Hệ thống phân phối khí cũng đảm bảo nước thải và bùn hoạt tính được xáo trộn đều, tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp xúc tốt với các chất cần xử lý Tải trọng chất hữu cơ trong bể thổi khí dao động từ 0,32 - 0,64 kg BOD/m³.ngày đêm, với thời gian lưu nước từ 4-12 giờ.
Oxy hóa và tổng hợp
CHONS (chất hữu cơ) + O2 + Chất dinh dưỡng + vi khuẩn hiếu khí
CO2 + H2O + NH3 + C5H7O2N (tế bào vi khuẩn mới) + sản phẩm khác
C5H7O2N (tế bào) + 5O2 + vi khuẩn 5CO2 + 2H2O + NH3 + E
Quá trình xử lý sinh học trong bể sẽ làm tăng liên tục lượng bùn vi sinh, trong khi lượng bùn ban đầu sẽ giảm khả năng xử lý chất ô nhiễm và dần chết đi Vì vậy, bể lắng 1, hay còn gọi là bể lắng bùn sinh học, được thiết kế để thu gom và giữ lại lượng bùn có khả năng xử lý tốt.
Bể lắng bùn được thiết kế để tạo môi trường tĩnh, giúp bông bùn lắng xuống đáy và được gom vào tâm nhờ hệ thống gom bùn dưới đáy Bùn lắng có hàm lượng SS đạt 8.000 mg/L, trong đó 25-75% sẽ được tuần hoàn trở lại bể sinh học để duy trì mật độ vi khuẩn cao, hỗ trợ phân hủy nhanh chất hữu cơ và ổn định nồng độ MLSS ở mức 3000 mg/L Độ ẩm của bùn dao động từ 98.5% đến 99.5% Nước trong sau lắng được thu hồi qua hệ máng thu nước trên bề mặt bể và tiếp tục dẫn đến cụm bể keo tụ - tạo bông.
Quá trình keo tụ diễn ra khi hóa chất keo tụ được thêm vào nước thô chứa cặn không lắng được, giúp các hạt cặn mịn kết tụ thành bông cặn lớn Những bông cặn này có thể được tách khỏi nước bằng phương pháp lắng trọng lực Mục tiêu của keo tụ là giảm độ đục, khử màu, loại bỏ cặn lơ lửng và vi sinh vật Nước sau khi keo tụ sẽ chảy sang bể lắng hóa lý, nơi thực hiện việc tách cặn từ quá trình keo tụ - tạo bông.
Với bể keo tụ, thời gian tiếp xúc tối thiểu là 1 phút ở tốc độ khuấy nhanh;
Với bể tạo bông, thời gian tiếp xúc tối thiểu là 10 phút ở tốc độ khuấy chậm;
Công đoạn xử lý hóa lý bao gồm các khâu:
+ Keo tụ bằng PAC, phèn sắt hoặc phèn nhôm.
+ Tạo bông bằng polymer dạng cationic.
+ Lắng tách cặn bằng bể lắng ly tâm có vách nghiêng hướng dòng.
Sau quá trình keo tụ và tạo bông, nước thải sẽ tự chảy vào bể lắng 2, nơi có thiết kế tương tự bể lắng 1 với đáy dốc và thiết bị gom bùn Bông bùn sẽ lắng xuống đáy bể và được thu gom đưa về bể nén bùn Nước trong phần trên sẽ được khử trùng bằng chlorine để tiêu diệt các vi khuẩn gây hại như E coli và vi khuẩn tả trước khi được xả ra nguồn tiếp nhận, đảm bảo đạt tiêu chuẩn môi trường.