Hệ thống xử lý nước thải công nghiêp thực phẩm

hệ thống xử lý nước thải công nghiêp thực phẩm 1.Công nghệ xử lý Mục đích xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là keo tụ các loại keo không lắng và phân hủy các chất hữu cơ nhờ hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh học thường là các chất khí (khí CO2, N2, CH4, H2S), các chất vô cơ (NH4+, PO43-) và các tế bào mới. Các quá trình sinh học chính sử dụng trong xử lý nước thải gồm 2 nhóm chính là: quá trình hiếu khí và quá trình kỵ khí. Phương pháp sinh học có ưu điểm là rẻ tiền và khả năng tận dụng các sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí metan) Sơ đồ công nghệ xử lý nước thại tại cty TNHH URC Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước thải phát sinh từ Nhà máy theo hệ thống ống dẫn chảy về bể thu gom (TK01). Bể thu gom có nhiệm vụ thu gom nước thải và loại bỏ rác thô từ nước thải. Nước thải được bơm về bể điều hòa (TK02). Trước khi vào bể điều hòa, nước thải qua Thiết bị hệ thống tuyển nổi DAF để loại bỏ các cặn nhỏ rồi chảy vào bể điều hòa.. Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ, khắc phục các vấn đề sinh ra do sự dao dộng của lưu lượng, để cải thiện hiệu quả hoạt động của các quá trình tiếp theo. Bể điều hòa được cung cấp khí từ các đĩa phân phối khí thô thông và máy thổi khí (AB02/04-A/B) để hòa tan và căn bằng nồng độ và lưu lượng nước thải. Nước thải sau khi qua bể điều hòa được bơm về bể UASB bằng bơm chìm. Nước thải được phân phối đều trong bể bằng hệ thống phân phối nước từ đáy bể. Quá trình xử lý sinh học kỵ khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật trong điều kiện không có oxy để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành hỗn hợp khí gas metan CH4 và CO2 (70-80%: CH4, 20-30%: CO2) và các sản phẩm hữu cơ khác. Bơm bùn SP03 trong bể UASB có nhiệm vụ hòa trộn bùn và nước trong vùng yếm khí để tăng hiệu suất của quá trình xử lý. Ngoài ra, lượng bùn dư được bơm về bể chứa bùn. Nước thải sau khi qua bể UASB tự chảy qua bể Aerotank. Nước thải trong bể Aerotank được xử lý bởi các vi sinh vật hiếu khí. Các chất rắn lơ lững là môi trường để vi sinh vật sống và phát triển thành sinh khối, còn gọi là bùn hoạt tính. Không khí được cấp vào nhờ 2 máy thổi khí AB02/04-A/B. Sau khi qua quá trình sinh học, bùn và nước thải chảy vào bể lắng (TK05). Sinh khối được lắng xuống đáy bể nhờ quá trình lắng trọng lực. Hàm lượng SS giảm 60%. Bùn trong bể được tuần hoàn bởi bơm bùn SP05A/B về bể Aerotank (TK04), bùn dư được bơm về bể chứa bùn TK07. Nước thải sau qua bể lắng đến bể chứa nước (TK06). Bể chứa bùn được dùng để chứa bùn và giảm độ ẩm của bùn trước khí thải bỏ ra ngoài môi trường. Bùn sẽ được hút định kỳ. Nước tách ra từ bể chứa bùn được tuần hoàn về bể điều hòa (TK02) để xử lý tiếp. Các hạng mục công trình Bể thu gom – TK01 Nước thải phát sinh từ Nhà máy theo hệ thống ống dẫn chảy về bể thu gom (TK01). Bể thu gom có nhiệm vụ thu gom nước thải và loại bỏ rác thô từ nước thải. Song chắn rác thô (SC01) được lắp đặt trong bể thu gom để tách các chất rắn có kích thước lớn trong dòng thải.Dầu mỡ được thiết bị vớt dầu tách khỏi nước thải Nước thải sau khi đi qua bể thu gom thì nước thải chủ yếu được tách để loại bỏ lượng chất thải rắn, còn giá trị của các trị số BOD, COD là không đổi. Do nước thải có chứa một lượng dầu mỡ và các axit béo nên giá trị pH của nước thải tại thiết bị này có giá trị khoảng 5 Nguyên lý hoạt động Nước thải từ các phân xưởng được tập trung về bể gom qua hệ thống ống cống. Tại đây, nước thải sẽ được cho qua song chắn rác thô để tách các loại rác có kích thước lớn. Nước sau khi qua song chắn rác sẽ xuống bể thu gom, tại đây nước thải tại các nguồn thu với nồng độ chất thải khác nhau sẽ được trung hòa và giảm độ chênh lệnh về nồng độ giữa các nguồn nước thải. Hệ thống tuyển nổi – DAF Nước thải sau khi đi qua hố thu gom đã được tách sơ bộ để loại bỏ các rác thô thi nó được bơm lên hệ thống DAF để xử lý tiếp. Hệ thống DAF gồm có các thiết bị chính là: thiết bị trộn tĩnh,thiết bị tạo bông, thiết bị tuyển nổi siêu nông và thiết bị tạo vi bọt. Mục đích chính của hệ DAF là điều tuyển nổi và loại bỏ những cặn hữu cơ không tan trong nước thông qua thiết bị “tuyển nổi siêu nông” với sự hỗ trợ của các chất trợ lắng như: polymer, PAC,… Nguyên lý hoạt động: Nước thải được bơm từ dưới bể thu gom được bơm lên thiết bị trộn tĩnh, tại đây nó sẽ được trộn trung với hóa chất theo các thứ tự như sau: NaOH, PAC, Polymer đã được pha trộn sẵn ở dưới với nồng độ nhất định. Sau đó, hỗn hợp sau phản ứng sẽ được đưa vào bể tạo bông. Nước thải lúc này sau khi phản ứng với các hóa trên đã hình thành các bông, các kết tủa keo và đã được điều chỉnh pH về khoảng 6-7. Trong thiết bị này cũng có một cánh khuấy hoạt động liên tục nhằm mục đích khuấy trộn đều hỗn hợp Sau đó, hỗn hợp nước thải sẽ được sẽ được dẫn qua thiết bị “tuyển nổi siêu nông” thông qua đường ống hình trụ tâm của thiết bị này. Nước thải sẽ được dẫn chuyền từ dưới đáy theo đường ống lên trên đỉnh và chảy tràn vào trong khoang chứa để được tuyển nổi. Bể điều hòa – TK02 Nước thải được bơm qua hệ thống tuyển nổi DAF để loại bỏ cặn nhỏ hơn rồi chảy vào bể điều hòa. Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ, khắc phục các vấn đề sinh ra do sự dao dộng của lưu lượng, để cải thiện hiệu quả hoạt động của các quá trình tiếp theo. Bể điều hòa được cung cấp khí từ các đĩa phân phối khí thô thông và máy thổi khí (AB02/04-A/B) để hòa tan và căn bằng nồng độ và lưu lượng nước thải. Kích trước bể điều hòa càng lớn, độ an toàn của các công trình phía sau càng cao. Nước thải được bơm về bể UASB bằng bơm chìm. Sau khi đi qua khỏi hệ thống tuyển nổi DAF, nước thải của chúng ta đã được loại bỏ được khoảng 80% lượng chất thải rắn. Sau đó được dẫn vào bể điều hòa điều hòa để tiếp tục thực hiện các quá trình xử lý tiếp theo Nguyên lý hoạt động Nước thải sau đi vào hệ thu gom sẽ được bơm lên bể điều hòa. Tại đây nước thải sẽ sục khí liên tục để điều chỉnh lưu lượng và nồng độ nước thải trước khi đi vào hệ thống xử lý phía sau. Bể UASB – TK03 Sau khi qua bể điều hòa, nước thải được bơm về UASB bằng bơm chìm WP02A/B. Nước thải được phân phối đều trong bể bằng hệ thống phân phối nước từ đáy bể. Quá trình xử lý sinh học kỵ khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật trong điều kiện không có oxy để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành hỗn hợp khí gas metan CH4 và CO2 (70-80%: CH4, 20-30%: CO2) và các sản phẩm hữu cơ khác. Một cách tổng quát quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử Giai đoạn 2: acid hóa Giai đoạn 3: acetate hóa Giai doạn 4: methan hóa. Bơm bùn SP03 trong bể UASB có nhiệm vụ hòa trộn bùn và nước trong vùng yếm khí để tăng hiệu suất của quá trình xử lý. Ngoài ra, lượng bùn dư được bơm về bể chứa bùn. Khí sinh học Biogas chứa hàm lượng CH4 cao được xem như là sản phẩm phụ của quá trình, được thu hồi để sản xuất gas hoặc khí đốt. Nước thải sau khi qua bể UASB tự chảy qua bể Aerotank. Nguyên lý hoạt động Nước thải sau khi qua thiết bị tuyển nổi sẽ được bơm đưa vào bể UASB. Tại đây các hợp chất hữu cơ có trong nước thải sẽ được vi sinh vật kỵ khí phân hủy Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: Clotridium Loctobacillus Methanobacillus Một cách tổng quát, các vi sinh tồn tại và hoạt động trong bể kỵ khí gồm: Clostridium, Peptococaus, Bifidobecterium, Desulphovibrio, Corynebacterium, Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococaus. Ngoài ra còn co nhóm vi khuẩn Methan như: Methanobacterium, Methanobacillus hình que và Methanonocus, Methanosarcina …. Hình 3.8: vi khuẩn kỵ khí Bể Aerotank – TK04 Nước thải sau khi qua bể UASB chảy vào bể Aerotank. Nước thải trong bể Aerotank được xử lý bởi các vi sinh vật hiếu khí. Các chất rắn lơ lững là môi trường để vi sinh vật sống và phát triển thành sinh khối, còn gọi là bùn hoạt tính. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Không khí được cấp vào nhờ 2 máy thổi khí AB02/04-A/B. Nguyên lý hoạt động Nước thải sau khi đi qua hệ thống UASB thì hệ số BOD và COD giảm đến 60-70%, tại đây nước thải tiếp tục được các vi sinh vật hiếu khí trong bể Aerotank xử lý tiếp để đạt chuẩn của nước thải loại C và được thải ra ngoài theo cơ chế sau: Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn: Oxy hóa các chất hữu cơ CxHyOz + O2àCO2 + H2O + ΔH Tổng hợp tế bào mới CxHyOz + NH3 + O2àtế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 – ΔH Phân hủy nội bào C5H7NO2 +O2à5CO2 + 2H2O + NH3 + ΔH Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành CO2, H2O, NO3-, SO42-… Một cách tống quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ bùn hoạt tính bao gồm: Pseudomonas, Zoogloea, Achrombacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobatea và 2 loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Leciothrix và Geotrichum cũng tồn tại. Hình 3.10: nhóm vi khuẩn Nitrat hóa Yêu cầu chung khi vận hành khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa bào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu khí dầu mỏ không quá 25mg/l, pH = 6,5 – 8,5; 6oC < t < 37oC Trong quá trình lên men hiếu này, nhóm vi sinh vật trong môi trường hiếu khí chủ yếu xử lý chỉ số BOD và COD trong khoảng giá trị nhỏ hơn 1000. Vì nếu các trị số này cao quá sẽ làm vi sinh nhóm hiếu khí này bị “shock” và có thể làm chết vi sinh. Nước thải sau khi đi qua bể Aerotank này thì chỉ số BOD giảm xuống còn khoảng 400 và COD còn khoảng 600 và đạt chuẩn nước thải loại C để thải ra ngoài hệ thống tiếp nhận nước thải chung của VSIP. Bể lắng – TK04 Sau khi qua quá trình sinh học, bùn và nước thải chảy vào bể lắng (TK05). Sinh khối được lắng xuống đáy bể nhờ quá trình lắng trọng lực. Hàm lượng SS giảm 60%. Bùn trong bể được tuần hoàn bởi bơm bùn SP05A/B về bể Aerotank (TK04), bùn dư được bơm về bể chứa bùn TK07. Nước thải sau qua bể lắng đến bể chứa nước (TK06). Bể chứa nước – TK06 Nhiệm vụ:chứa nước sau xử lý Nước thải sau khi qua bể lắng bùn sẽ theo máng dẫn và được dẫn để chảy vào bể chứa nước Bể chứa bùn – TK07 Bể chứa bùn được dùng để chứa bùn và giảm độ ẩm của bùn trước khí thải bỏ ra ngoài môi trường. Bùn sẽ được hút định kỳ. Nước tách ra từ bể chứa bùn được tuần hoàn về bể điều hòa (TK02) để xử lý tiếp. Số liệu và hóa chất Số liệu Nước thải ban đầu được thu gom từ các đường ống dẫn nước thải của nhà máy có các giá trị như sau: 3.2. Bảng giá trị nước thải đầu vào STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 BOD5 (20oC) mg/l 4800 2 COD mg/l 8000 3 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l - 4 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 1200 5 Tổng Phospho (TP) mg/l - 6 Coliform MPN/100ml - 7 Dầu mỡ mg/l 1000 Nước thải sau khi được xử lý, giá trị của các trị số còn lại như sau: 3.3. Bảng giá trị nước thải đầu ra STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 BOD5 (20oC) mg/l 400 2 COD mg/l 600 3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 400 4 Tổng Phospho (TP) mg/l 6.0 5 Dầu mỡ động thực vật mg/l 60 6 Khoáng chất mg/l - 7 Coliform MPN/100ml 10.000 Hóa chất: .PAC- Poly Aluminium Chloride (keo tụ lắng trong nước). PAC là một muối biến tính đặc biệt của nhóm clorua. Đây là loại phèn nhôm thế hệ mới dạng cao phân tử (polymer). Hiện nay, PAC được sản xuất lượng lớn và sử dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến để thay thế cho phèn nhôm sunfat trong xử lý nước sinh hoạt và nước thải.Mục đích là để keo tụ, kết tủa hoàn toàn các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ (hòa tan và không hòa tan), kim loại nặng và các chất keo hòa tan trong nước tạo ra các bông cặn. Bông cặn dễ dàng kết tủa ổn định lắng nhanh để tạo bùn và dễ loại ra bằng cách lọc bỏ. Điều này đặc biệt có ý nghĩa trong việc tạo ra nguồn nước chất lượng cao, kể cả xử lý nước đục trong mùa lũ lụt thành nước sinh hoạt. Do vậy, các nước phát triển đều sử dụng PAC trong các nhà máy cấp nước sinh hoạt và nhà máy xử lý nước thải,…. Người sử dụng chỉ cần pha PAC bột thành dung dịch 10% hoặc 20% bằng nước, cho lượng dung dịch chất keo tụ vào nước cần xử lý, khuấy đều và để lắng trong. ở điều kiện bảo quản thông thường(bao kín, để nơi khô ráo, nhiệt độ phòng) có thể giữ lâu dài. Liều lượng PAC sử dụng cho 1 m3 nước sông, ao hồ là 1-4g PAC đối với nước đục thấp (50- 400mg/l), là 5-6g PAC đối với nước đục trung bình (500-700ml/l) và là 7-10g PAC đối với nước đục cao (800-1.200 mg/l). Liều lượng sử dụng chính xác được xác định bằng thực nghiệm trực tiếp đối với nước cần xử lý. Sau khi lắng trong, nếu dùng để uống cần đun sôi hoặc cho nước khử trùng theo liều lượng hướng dẫn. PAC dùng cho 1m3 nước thải là trong khoảng 15-30g, tùy thuộc hàm lượng cặn lơ lửng và tính chất của mỗi loại nước thải. Liều lượng chính xác định thông qua thử trực tiếp với đối tượng cần xử lý. So sánh với phèn nhôm sulfat: Trong quá trình keo tụ lắng PAC có nhiều ưu điểm hơn như: Khả năng loại bỏ các chất trong nước (đặc biệt các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan cùng kim loại nặng) tốt hơn. Do đó, chỉ cần dùng lượng ít hơn lượng phèn nhôm thông thường trong cùng điều kiện. Có thể được vận chuyển, cất giữ và định lượng dễ dàng, có thể hòa tan vào nước với bất kỳ tỷ lệ nào, có nhiều Al2O3 hoạt tính sunfat nhôm, do đó các bể hóa chất sẽ nhỏ hơn. Hiệu quả lắng trong cao hơn 4-5 lần, Thời gian keo tụ nhanh. Không cần hoặc dùng rất ít chất hổ trợ. Không cần các thiết bị và thao tác phức tạp. Polymer Hiện nay, polymer được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải bởi tính đơn giản trong xử lý và ít tốn kém trong khâu vận hành. Nước thải có chứa nhiều hợp chất, bao gồm: cặn lơ lửng, hạt keo và chất hoà tan. Bản chất của phương pháp này là các tính chất của hạt keo trong dung dịch. Các hạt keo này có thể là các hạt vô cơ như SiO2, Fe2O3, hoặc hạt keo hữu cơ như dầu hoặc mỡ có kích thước rất nhỏ, mắt thường không quan sát được. Mặc dù về bản chất các hạt này không tan được trong nước nhưng do các hiệu ứng hoá lý bề mặt, các hạt keo này có thể hấp phụ các ion sẵn có trong dung dịch để tạo ra lớp vỏ ion bao xung quanh hạt keo, và do đó hạt keo có thể trộn lẫn với dung dịch mà không lắng xuống. Lúc này hệ gồm hạt keo và lớp vỏ ion của nó được gọi là mixen. Tùy theo bản chất của hạt keo mà lớp vỏ ion có thể âm hoặc dương (điều này cực kỳ quan trọng trong việc áp dụng polyme để xử lý nước). Bước nhảy thế từ bề mặt hạt keo đến vỏ ion quyết định dấu của hạt keo được gọi là thế zeta. Thế zeta càng lớn thì hạt keo càng bền. Khi cho thêm các ion trái dấu với điện tích lớn như 2, 3,..., n vào dung dịch keo. Đầu tiên lớp vỏ ion sẽ bị phá vỡ (mình gọi là bóp thế zeta), đến khi thế zeta = 0 thì mixen sẽ bị phá vỡ hoàn toàn và hạt keo sẽ tách ra khỏi dung dịch. Đây chính là hiện tượng keo tụ (các nhà kỹ thuật - không phải hoá học - gọi là đông tụ nhưng đây là thuật ngữ trong môn hoá keo để goi hiện tượng này). Khi cho polymer vào nước thải sẽ xảy ra các giai đoạn sau: Các hạt keo bị hấp phụ bởi polymer, không còn bền vững, gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo bị phá vỡ sẽ kết dính với nhau thành các cục bông nhỏ, sau đó thành cụm to hơn và lắng được, gọi là quá trình kết bông. Do kích thước hạt keo rất nhỏ nên tốc độ lắng rất chậm (tính bằng ngày hoặc tuần) nên người ta sử dụng các chất hữu cơ mạch dài có độ nhớt cao để dính kết các hạt keo thành các khối lớn có tốc độ lắng nhanh hơn nhiều (thời gian tính bằng phút hoặc giờ). Tuy nhiên nếu tiếp tục thêm lượng dư các ion trái dấu như trên thì lại xảy ra hiện tượng ''nghịch keo''. Tức là các hạt keo lại hình thành các mixen mới, có lớp vỏ ion gồm các ion trái dấu đã thêm vào, và lại trộn lẫn vào trong dung dịch. Polyme xử lý nước trên thị trường mặc dù có nhiều nhãn mác nhưng chung quy chỉ có ba loại, C - Cationic, A - Anionic và N - Neutral. Hai loại đều tiên có dầu nên vừa làm nhiệm vụ keo tụ vùa làm tác nhân dính kết các hạt keo. Còn loại N chỉ làm nhiệm vụ dính kết các hạt keo mà thôi. Do đó việc cần làm trước khi áp dụng polyme là xác định thế zeta của loại hạt keo trong dung dịch để áp dụng đúng loại và đúng liều lượng polyme. Nhưng trong thực tế thường khó có thể làm được điều này nên buộc phải thử nghiệm các loại polyme rồi lựa chọn loại phù hợp. Ngoài ra còn một các đơn giản hơn nhưng tốn kém hoá chất hơn nhiều là dùng phèn nhôm để keo tụ bước 1, nếu kết quả đã tốt thì ngừng áp dụng, nếu kết quả keo tụ không tốt thì lại làm keo tụ bước 2 với polyme loại C do nếu còn hạt keo thì hạt keo chắc chắn sẽ mang dấu (+) do tác dụng của ion Al3+. Lượng dùng polyme khi xử lý nước rất nhỏ, chỉ cỡ phần nghìn. Nếu dùng quá nhiều polyme thì nước sẽ trở nên rất nhớt, gây cản trở cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Ngoài ra, lượng dư polyme trong nước sẽ làm tăng COD lên đáng kể. Do đó, khi áp dụng polyme nhất thiết phải thực hiện các thử nghiệm thực tế để lựa chọn liều lượng thích hợp. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Đức Trung, “ Xử lý nước thải màu và COD của nước thải sản xuất cồn từ mật rỉ đường bằng hệ keo tụ vô cơ”, tạp chí Khoa học và công nghệ, 13, 92-102, 2010 TS Nguyễn Trung Việt, TS Trần Thị Mỹ Hiền, “Giáo trình xử lý nước thải”, Internet: http/green-vn.com, 12/08/2010 Văn Hữu Tâp, Trịnh Văn Tuyên, Nguyễn Hoài Châu, “ Nghiên cứu tiền xử lý làm giảm COD và màu nước rỉ rác bã chon lấp rác bằng quá trình keo tụ”, tạp chí Khoa học và công nghệ, 22, 169-175, 2012 Hoàng Văn Nhuệ, Công Nghệ Môi Trường, nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội, 30-60, 2004 ThS Lâm Vĩnh Sơn, Kỹ thuật xử lý nước thải, nhà xuất bản Xây dựng, 2005 Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội, 1996 Trần Hiếu Nhuệ, Tháo nước và xử lý nước thải công nghiệp, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1999