VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu
Tổng hợp và nghiên cứu tài liệu là bước quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty Cổ phần Mía đường Ấn Độ Các tài liệu được thu thập từ báo cáo khoa học, sách tham khảo và nguồn thông tin trên internet, đảm bảo cung cấp đầy đủ kiến thức cho ngành sản xuất mía đường.
Khảo sát thực tế nhà máy, thu thập các số liệu tại công ty cổ phẩn mía đường Ấn Độthuộctỉnh Long An.
Kiểm tra các chỉ tiêu ô nhiễm cần xử lý của công ty cổ phần mía đường Ấn Độ
Đo đạc các thông số liên quan đến các hạng mục công trình trong hệ thống xử lý nước thải.
Quan sát, tìm hiểu và học hỏi cách tính toán, thiết kế các hệ thống xử lý nước thải
Nghiên cứu nguồn gốc và thành phần của nước thải từ ngành mía đường là cần thiết để phát triển các công nghệ xử lý hiệu quả Qua đó, chúng ta có thể so sánh và lựa chọn phương án tối ưu cho hệ thống xử lý nước thải tại Công ty cổ phần mía đường Ấn Độ.
KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 4.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ
Thành phần, tính chất nước thải
Nước thải của Công ty Cổ phần Mía đường Ấn Độ có tính chất phức tạp và dao động lớn, với hàm lượng COD rất cao và chứa các chất độc hữu cơ, màu sắc và mùi khó chịu Tỷ số BOD/COD nhỏ khiến việc xử lý bằng biện pháp sinh học trở nên khó khăn Các nhóm hóa chất chính bao gồm dẫn xuất halogen, photpho, nitơ hữu cơ, hợp chất hữu cơ chứa gốc kim loại và các loại dung môi hữu cơ, tất cả đều có độ bền sinh học cao và khó phân hủy Do đó, cần một quy trình xử lý tiên tiến và hoàn thiện để xử lý nước thải này.
Tính toán lưu lượng
Lưu lượng trung bình giờ:
Lưu lượng giờ lớn nhất:
Hệ số K ch = 2,65 được chọn là hệ số không điều hòa chung cho nước thải, theo tài liệu "Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp" của Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, và Nguyễn Phước Dân, trong chương 3, bảng 3.2.
Mức độ cần thiết xử lý nước thải
Mức độ cần thiết xử lí nước thải theo BOD 5 :
S o Hàm lượng BOD 5 trong nước thải, S o = 750 mg/l
S r Hàm lượng BOD 5 trong nước thải cho phép xả vào nguồn, S r = 50 mg/l
Quy chuẩn QCVN 24 : 2009/BTNMT
Theo Quy chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT, các thông số và nồng độ thành phần ô nhiễm trong nước thải cần được xử lý đạt tiêu chuẩn loại B trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.
Yêu cầu từ công ty cổ phần mía đường Ấn Độ (NIVL)
Nước sau khi được xử lý đạt loại B theo Quy chuẩn QCVN 24 : 2009/BTNMT
Có khả năng dễ dàng mở rộng khu xử lý nước thải khi nhà máy tăng sản lượng trong giai đoạn tiếp theo.
Công nghệ xử lý đơn giản, kỹ thuật vận hành không phức tạp.
Vốn đầu tư kinh phí tối ưu và tiết kiệm diện tích.
Diện tích dành cho khu xử lý nước thải:500m 2
Phương án đề xuất
Bể chứa bùn Tuần hoàn bùn Máy thổi khí
Hình 4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ phương án 1
Nước thải Khí Hóa chất Bùn Máy thổi khí
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nước thải từ các phân xưởng của Công ty được dẫn vào mạng lưới thoát nước và hệ thống xử lý Đầu tiên, nước thải đi qua thiết bị lược rác thô cơ khí để loại bỏ cặn, sau đó tự chảy xuống bể thu gom.
Nước thải từ bể thu gom được hai bơm chìm hoạt động luân phiên để bơm lên thiết bị lược rác tinh tự động có công suất tối đa 110,4 m³/h, nhằm loại bỏ cặn rắn có kích thước lớn hơn 1mm, sau đó nước sẽ tự chảy xuống bể điều hòa.
Bể điều hòa có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lưu lượng và thành phần hữu cơ (BOD, COD) của nước thải Hệ thống cung cấp khí nén tạo ra môi trường đồng nhất cho nước thải, ngăn chặn hiện tượng lắng cặn Nước thải sau đó được bơm qua bể lắng 1 để loại bỏ một phần BOD5, COD và SS Tiếp theo, nước thải tự chảy qua bể kị khí UASB để xử lý sơ bộ nhờ áp lực thủy tĩnh, đặc biệt với COD đầu vào cao lên đến 7000 mg/l Sau quá trình xử lý yếm khí, bể UASB sản sinh khí sinh học được thu hồi làm biogas, trong khi nước thải giảm tải lượng chất hữu cơ sẽ tự chảy qua bể Aerotank để tiếp tục xử lý hiếu khí Tại đây, quá trình xử lý sinh học diễn ra với khí được thổi vào bể qua các đĩa phân phối khí, tăng cường sự xáo trộn chất bẩn và oxy, đồng thời giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng.
Sau khi nước thải được lưu trữ trong bể aerotank, nó sẽ được chuyển đến bể lắng 2 để tiến hành lắng bùn Bùn sau khi lắng sẽ được tuần hoàn trở lại bể aerotank nhằm duy trì mật độ vi sinh vật ổn định Phần bùn dư sẽ được bơm đến bể chứa bùn.
Nước thải sau khi ra khỏi bể lắng sẽ được chuyển đến bể khử trùng để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh cho con người và động vật bằng các chất oxy hóa mạnh, trong đó chất khử trùng được chọn là Javen Để đảm bảo hiệu quả, nước thải cần được hòa trộn với Javen và có đủ thời gian lưu để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn Cuối cùng, nước thải sẽ được bơm qua bể lọc áp lực, đảm bảo đạt tiêu chuẩn loại B theo Quy chuẩn QCVN.
Bảng 4.1: DỰ TÍNH HIỆU XUẤT XỬ LÝ PHƯƠNG ÁN 1
Công trình Chỉ tiêu (mg/l) Đầu vào Hiệu xuất % Sau xử lý Song chắn rác thô
[Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp- Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh
Triết- Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân – 2010]
Bể keo tụ tạo bông
Tuần hoàn bùn Máy thổi khí
Hình 4.2 Sơ đồ quy trình công nghệ phương án 2
Bể lọc áp lựcJaven
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nước thải từ các phân xưởng của Công ty được dẫn vào mạng lưới thoát nước và chuyển tới hệ thống xử lý Đầu tiên, nước thải đi qua thiết bị lược rác thô cơ khí để loại bỏ cặn bẩn, sau đó tự chảy xuống bể thu gom.
Nước thải từ bể thu gom được hai bơm chìm hoạt động luân phiên để bơm lên thiết bị lược rác tinh tự động, có công suất tối đa 110,4 m³/h, nhằm loại bỏ cặn rắn lớn hơn 1mm trước khi tự chảy xuống bể điều hòa.
Bể điều hòa đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lưu lượng và các thành phần hữu cơ như BOD và COD của nước thải Hệ thống cung cấp khí nén giúp tạo ra môi trường đồng nhất cho nước thải, đồng thời ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn trong bể.
Việc xây dựng bể điều hòa là rất cần thiết do tính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất Bể điều hòa có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng và nồng độ nước thải, giúp giảm kích thước và tạo ra chế độ làm việc ổn định cho các công trình xử lý phía sau, từ đó tránh hiện tượng quá tải.
Để loại bỏ hiệu quả hàm lượng SS (chất rắn lơ lửng) trong nước thải, cần cho nước thải qua bể keo tụ tạo bông nhằm tăng khả năng lắng trước khi chuyển sang bể lắng 1 Bể lắng 1 giúp loại bỏ các chất rắn lắng được, ngăn ngừa hiện tượng bùn lắng Nhờ vào quá trình keo tụ tạo bông, hiệu quả hoạt động của bể lắng 1 rất cao, và lượng bùn dư sẽ được xả vào bể chứa bùn.
Sau khi rời bể lắng 1, nước thải sản xuất được chuyển vào bể aerotank, nơi chứa các hợp chất hữu cơ hòa tan và chất lơ lửng Chất lơ lửng là nơi vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển thành bông cặn, tạo ra bùn hoạt tính Tại bể aerotank, nước thải được cung cấp oxy liên tục 24/24 giờ qua hệ thống phân phối khí, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hiếu khí phát triển, oxy hóa các chất hữu cơ và tăng sinh khối bùn hoạt tính.
Sau khi nước thải lưu trong bể aerotank, nó sẽ được chuyển đến bể lắng 2 để tách bông bùn hoạt tính ra khỏi nước Bùn hoạt tính sau khi lắng sẽ được tuần hoàn trở lại bể aerotank nhằm duy trì mật độ vi sinh vật ổn định, trong khi phần bùn dư sẽ được bơm đến bể chứa bùn, nơi có chức năng chứa và ổn định bùn.
Nước thải sau khi rời khỏi bể lắng sẽ được chuyển vào bể khử trùng để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh cho con người và động vật bằng các chất oxy hóa mạnh, trong đó chất khử trùng được chọn là Javen Sau khi hòa trộn với Javen, nước thải cần có thời gian lưu đủ để tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn Cuối cùng, nước thải sẽ được bơm qua bể lọc áp lực, đảm bảo đạt tiêu chuẩn loại B theo Quy chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT.
Bảng 4.2: DỰ TÍNH HIỆU XUẤT XỬ LÝ PHƯƠNG ÁN 2
Công trình Chỉ tiêu (mg/l) Đầu vào Hiệu xuất
Bể keo tụ - tạo bông + bể lắng 1
[Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp- Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết-
Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân – 2010]
Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Bảng 4.3: TÓM TẮT THÔNG SỐ THIẾT KẾ SONG CHẮN RÁC THÔ
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
4 Số thanh song chắnrác (m) Thanh 25
9 Tổn thất áp lực qua song chắnrác mm 32
10 Độ dốc theo phương đứng - 60 o
Bảng 4.4: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỐ THU GOM
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
Bảng 4.5: TÓM TẮT THÔNG SỐ THIẾT KẾ SONG CHẮN RÁC TINH
STT Thông Số Đơn vị tính Giá trị
3 Kích thước mắt lưới mm 0,35
Bảng 4.6: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ ĐIỀU HOÀ
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
4 Thời gian lưu nước giờ 6
6 Thể tích xây dựng bể m 3 285
7 Công suất máy bơm kW/h 1,3
8 Số lượng máy bơm máy 2
Bảng 4.7: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ LẮNG 1
STT Thông số Đơn vị Giá trị
4 Đường kính của bể lắng, D m 5,7
6 Đường kính ống trung tâm m 1,14
7 Chiều cao ống trung tâm m 1,8
Bảng 4.8 BẢNG TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ UASB
Stt Thông Số Đơn vị tính Giá Trị
3 Số phiễu thu khí phiễu 6
4 Số ngăn lắng ngăn lắng 5
6 Thể tích khí mêtan sinh ra mỗi ngày m 3 /ngày 171
7 Lượng bùn dư bơm ra mỗi ngày m 3 /ngày 0,6
Bảng 4.9: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ AEROTANK
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
4 Chiều cao bảo vệ, h bv m 0,5
5 Chiều cao tổng cộng, H tc m 5
6 Thể tích thực của bể,V m 3 520
7 Số đĩa phân phối khí, n cái 92
8 Ống dẫn khí Đường kính ống chính, D kc Đường kính ống nhánh, D kn mm mm
10 Lưu lượng bùn tuần hoàn, Q th m 3 /ngày 600
Bảng 4.10: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ LẮNG 2
STT Tên thông Số Đơn vị Giá trị
1 Chiều sâu hữu ích của bể lắng, H m 3
3 Chiều caotổng cộng của bể lắng m 4,5
4 Hình dạng của bể lắng đợt2 (Hình Tròn)
6 Đường kính ống trung tâm, m 1,6
7 Chiều cao ống trung tâm, m 1,8
9 Công suất của máy bơm bùn tuần hoàn, N tt(bth) kW 0,5
10 Công suất của máy bơm bùn dư,
Bảng 4.11: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ KHỬ TRÙNG
STT Tên thông Số Đơn vị Giá trị
Bảng 4.12: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỒN LỌC ÁP LỰC
STT Tên thông Số Đơn vị Giá trị
6 Chiều cao lớp vật liệu lọc m 1
Bảng 4.13: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ CHỨA BÙN
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
4 Chiều cao tổng cộng (H tc ) m 6,5
4.3.2 Tính toán phương án 2: ( Xem chi tiết phần B phụ lục 1 )
Bảng 4.14: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ TRỘN CƠ KHÍ
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
4 Thời gian lưu nước (t) phút 15
Bảng 4.15: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ TẠO BÔNG
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
4 Thời gian lưu nước (t) phút 20
4.3.2.8 Bể Aerotank khuấy trộn hoàn toàn:
Bảng 4.16: TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ AEROTANK
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
4 Chiều cao bảo vệ, h bv m 0,5
5 Chiều cao tổng cộng, H tc m 5
6 Thể tích thực của bể,V m 3 500
7 Số đĩa phân phối khí, n cái 86
8 Ống dẫn khí Đường kính ống chính, D kc Đường kính ống nhánh, D kn mm mm
10 Lưu lượng bùn tuần hoàn, Q th m 3 /ngày 600
Dự toán kinh tế
4.4.1 Dự toán kinh tế phương án 1: ( Xem chi tiết phần A phụ lục 2 ) 4.4.1.1 Chi phí đầu tư cơ bản
Bảng 4.17: CHI PHÍ ĐẦU TƯ CƠ BẢN PHƯƠNG ÁN 1
Chi phí xây dựng cơ bản T 1 2.718.000.000 VND
Chi phí máy móc và thiết bị T 2 598.600.000 VND
Chi phí các phụ kiện và chi phí gián tiếp T 3 453.000.000 VND Tổng chi phí đầu tư ban đầu T đtbđ =T 1 +T 2 +T 3 3.769.600.000 VND
4.4.1.2 Chi phí quản lý vận hành
BảNG 4.18: CHI PHÍ QUẢN LÝ VẬN HÀNH PHƯƠNG ÁN 1
Chi phí hóa chất T 4 15.000.000 VND/tháng
Chi phí điện năng T 5 14.408.000 VND/tháng
Chi phí nhân công vận hành T 6 20.000.000 VND/tháng
Chi phí bảo trì bảo dưỡng hàng năm T 7 1.688.000 VND/tháng Tổng chi phí vận hành T vh =T 4 +T 5 +T 6 +T 7 51.000.000 VND/tháng
4.4.1.3 Chi phí khấu hao xây dựng
4.4.1.4 Giá thành xử lý cho 1m 3 nước thải
4.4.2 Dự toán kinh tế phương án 2: ( Xem chi tiết phần B phụ lục 2 ) 4.4.2.1 Chi phí đầu tư cơ bản
Bảng 4.19: CHI PHÍ ĐẦU TƯ CƠ BẢN PHƯƠNG ÁN 2
Chi phí xây dựng cơ bản T 1 2.277.000.000 VND
Chi phí máy móc và thiết bị T 2 580.000.000 VND
Chi phí các phụ kiện và chi phí gián tiếp T 3 393.000.000 VNDTổng chi phí đầu tư ban đầu T đtbđ =T 3 +T 2 +T 1 3.250.000.000 VND
4.4.2.2 Chi phí quản lý vận hành
Bảng 4.20: CHI PHÍ QUẢN LÝ VẬN HÀNH PHƯƠNG ÁN 2
Chi phí hóa chất T 4 104.550.000 VND/tháng
Chi phí điện năng T 5 15.130.000 VND/tháng
Chi phí nhân công vận hành T 6 20.000.000 VND/tháng
Chi phí bảo trì bảo dưỡng hàng năm T 7 1.355.000 VND/tháng Tổng chi phí vận hành T vh =T 4 +T 5 +T 6 +T 7 141.000.000 VND/tháng
4.4.2.3 Chi phí khấu hao xây dựng
4.4.2.4 Giá thành xử lý cho 1m 3 nước thải
Lựa chọn phương án
Việc lựa chọn phương án tối ưu cần dựa trên các yếu tố kinh tế, kỹ thuật, tính khả thi trong thi công và sự đơn giản trong quá trình vận hành.
Tổng chi phi đầu tư ban đầu:
Phương án 1 có giá thành xử lý 1m 3 nước thải là 2.400 VND rẽ hơn so với phương án 2 là5.300 VND
Cả hai phương án đều đáp ứng tiêu chuẩn loại B – QCVN 24:2009/BTNMT trong việc xử lý nước thải, theo yêu cầu của Công ty Cổ phần Mía Đường Ấn Độ.
(NIVL) Tuy nhiên, phương án 1 cho hiệu quả xử lý cao hơn, sử dụng ít hóa chất hơn so với phương án 2.
Trong thực tế, triển khai thi công của 2 phương án thực hiện như nhau.
Phương án1 vận hành đơn giản hơn phương án2
Phương án2để hiệu quả xử lý cao thì trong trình vận hành đòi hỏi phải điều chỉnh pH cho phù hợp.
Kết luận: Dựa trên các căn cứ đã nêu, phương án 1 được lựa chọn do có giá thành rẻ, hiệu suất xử lý cao, vận hành đơn giản và tính khả thi cao.
