Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy Ngọc Tân Kiên

MỤC LỤC CHƯƠNG 1:MỞ ĐẦU 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI. 1 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 1.5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NGỌC TÂN KIÊN 3 2.1 Giới thiệu 3 2.2 Lĩnh vực hoạt động 3 2.3 Các nguồn phát sinh nước thải tại nhà máy 4 2.3.1 Hệ thống tẩy rửa – phục hồi thùng phuy 4 2.3.2 Hệ thống hai lò đốt công suất 100 kg/h và 300 kg/h (2 cấp) 5 2.3.3 Hệ thống chưng cất dung môi 10 2.3.4 Lượng nước thải sinh hoạt 11 2.4 Tổng lượng nước thải phát sinh tại nhà máy 11 CHƯƠNG 3:TỒNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 12 3.1 Tổng quan về nước thải công nghiệp 12 3.2 Các thông số ô nhiễm đặc trưng trong nước thải công nghiệp 12 3.2.1 Các thông số vật lý 12 3.2.2 Các thông số hóa học 13 3.2.3 Các thông số vi sinh vật học 15 3.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải 16 3.3.1 Phương pháp xử lý cơ học 17 3.3.2 Phương pháp xử lý hóa học – hóa lý 19 3.3.2.1 Xử lý hóa học 20 3.3.2.1 Xử lý hóa lý 21 3.3.3 Phương pháp xử lý sinh học 22 3.3.3.1 Quá trình hiếu khí 23 3.3.3.2 Quá trình kỵ khí 25 CHƯƠNG 4:ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 30 4.1 Tính chất nước thải cần xử lý 30 4.2 Một số công trình xử lý nước thải có tính chất tương tự nước ở nhà máy Ngọc Tân Kiên 31 4.2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải công ty Ngọc Tân Kiên – Bình Chánh 31 4.2.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải công ty Tiến Thi – Bình Dương 33 4.3 Đề xuất và lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp 34 4.3.1 Đề xuất công nghệ xử lý 34 4.3.2Thuyết minh công nghệ 37 CHƯƠNG 5:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 39 5.1. Xác định các thông số tính toán 39 5.2. Song chắn rác 39 5.2.1.Chức năng 39 5.2.2 Cấu tạo 40 5.3 Ngăn tiếp nhận 43 5.3.1 Nhiệm vụ 43 5.3.2 Tính toán 43 5.4 Bể điều hoà 46 5.4.1 Chức năng 46 5.4.2 Cấu tạo 46 5.5 Bể keo tụ và tạo bông 51 5.5.1 Bể keo tụ 51 5.5.2 Bể tạo bông 54 5.5.2.1Chức năng 54 5.5.2.2 Tính toán 54 5.6 Bể lắng I 60 5.6.1 Chức năng 60 5.6.2 Cấu tạo 60 5.7 Bể aerotank : 65 5.8 Bể Lắng 2: 73 5.8.1 Chức năng: 73 5.8.2 Cấu tạo 73 5.9 Bể khử trùng 76 5.9.1 Chức năng: 76 5.9.2 Cấu tạo 77 5.10 Bể nén bùn 78 5.10.1 Chức năng 78 5.10.2 Cấu tạo 78 5.11 Sân phơi bùn 82 CHƯƠNG 6: DỰ TOÁN KINH PHÍ 83 6.1 Chi phí xây dựng (S1) 83 6.2 Chi phí thiết bị (S2) 84 6.3 Chi phí điện năng (S3) 85 6.4 Chi phí hóa chất sử dụng trong 1 ngày (S4): 85 6.5 Dự toán chi phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải, công suất 150m3/ngày.đêm 6.6 Chi phí xử lý cho 1m3 nước thải 85 CHƯƠNG 7: VẬN HÀNH VÀ QUẢN LÝ 86 7.1 Nguyên tắc chung 86 7.2 Đưa công trình vào hoạt động 87 7.3 Quy trình vận hành hàng ngày 87 7.4 Bảo trì các thiết bị 89 7.5 Các thông số vận hành hệ thống 89 7.6 Kiểm soát vận hành hệ thống 90 7.7 Sự cố và biện pháp khắc phục 90 7.7.1 Thiết bị 90 7.7.2 Quá trình bùn hoạt tính 92 CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 8.1 Kết luận 90 8.2 Kiến nghị 90 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD: (Biological Oxyzen Demand) Nhu cầu oxy sinh học COD: (Chemical Oxyzen Demand) Nhu cầu oxy hóa học. SS: (Suspended Solid )Chất rắn lơ lửng. QCVN: Quy chuẩn Việt Nam. TCXD: Tiêu chuẩn Xây dựng. F/M: (Food to Microorganism)Tỷ số giữa lượng thức ăn và lượng vi sinh vật h: Giờ UASB: (Upflow Anaerobic Slugde Blanket) Bể kỵ khí đệm bùn dòng chảy ngược DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.2:Áp dụng các công trình hóa lý trong xử lý nước thải. 21 Bảng 3.1:Áp dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải. 17 Bảng 4.1: Kết quả phân tích mẫu nước thải của nhà máy. 30 Bảng 5.1: Hệ số không điều hòa chung 39 Bảng 5.2: Hệ số để tính sức cản cục bộ qua thanh chắn. 41 Bảng 5.3: Thông số tính toán song chắn rác 42 Bảng 5.4: Tổng hợp tính toán bể tiếp nhận 44 Bảng 5.5: Thông số thiết kế bể tách dầu 45 Bảng 5.6: Các thông số thiết kế bể điều hòa 50 Bảng 5.7: Giá trị K của các loại cánh khuấy. 53 Bảng 5.8: Tóm tắt các thông số thiết kế bể khuấy trộn chất keo tụ bông. 55 Bảng 5.9: Các thông số thiết kế bể tạo bông. 55 Bảng 5.10: Các thông số thiết kế bể tạo bộng 59 Bảng 5.11: Kết quả tính toán bể lắng I. 64 Bảng 5.12: Thông số đầu vào và đầu ra của bể aerotank : 65 Bảng 5.13: Các thông số thiết kế bể aerotank 65 Bảng 5.14: Bảng tóm tắt các số liệu thiết kế bể aerotank 72 Bảng 5.15: Các thông số thiết kế bể lắng 76 Bảng 5.16: Thông số thiết kế của bể nén bùn trọng lực 78 Bảng 5.17: Bảng tóm tắt kết quả tính toán của bể chứa bùn 81 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1: Song chắn rác làm sạch thủ công Hình 3.2: Cấu tạo bể lắng đứng Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống tuyển nổi dạng DAF Hình 3.4: Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt Hình 3.5: Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB). CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, vấn đề môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu của nhiều quốc gia. Sự phát triển vượt bậc của xã hội và khoa học kỹ thuật đẩy mạnh tốc độ phát triển của các ngành công nghiệp. Tại Việt Nam nói riêng, công cuộc công nghệ hóa – hiện đại hóa đã thúc đẩy các khu công nghiệp dần dần được hình thành kéo theo lượng chất thải phát sinh ngày càng nhiều, do đó lượng chất thải công nghiệp cũng là mối đe dọa lớn cho môi trường và xã hội nếu không được quản lý và xử lý triệt để. Đứng trước hiện trạng môi trường sống đang bị suy thoái ngày càng một trầm trọng, nhiều nhà máy xử lý chất thải rắn – chất thải nguy hại được thành lập trong thời gian ngắn nhằm góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm chất thải tại các nhà máy và cũng đã gặt hái nhiều kết quả khả quan trong công tác bảo vệ môi trường. Công ty Ngọc Tân Kiên là một trong những công ty có uy tín trong việc quản lý và xử lý chất thải nguy hại tại khu vực phía Nam hiện nay. Với đội ngũ gồm nhiều kỹ sư có kinh nghiệm, trang thiết bị hiện đại để khẳng định vị trí của mình trên thị trường, công ty quyết định đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải với công suất 150m3 ngày đêm. Do đó, đề tài: “Tính toán thiết kế thống xử lý nước thải của nhà máy Ngọc Tân Kiên” đã ra đời cùng với mong muốn với Công ty Ngọc Tân Kiên góp phần hạn chế ô nhiễm và bảo vệ môi trường. 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI. Tìm hiểu về hiện trạng môi trường chung của nhà máy Ngọc Tân Kiên, KCN Đức Hoà, Long An. Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy với công suất 150 m3 /ngày đêm. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để đạt được mục tiêu đề ra, đề tài sẽ thực hiện các nội dung sau: Khảo sát tình hình hoạt động của nhà máy Tìm hiểu nguồn gốc phát sinh, đặc tính cũng như những tác động của nước thải từ nhà máy Ngọc Tân kiên đến môi trường sống và con người. Tìm hiểu các phương pháp xử lý nước thải tương tự đang được áp dụng hiện nay. Lựa chọn phương án thích hợp nhất phù hợp với yêu cầu thực tế Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy. Phạm vi của đề tài: Tập trung vào việc tìm hiểu tình hình hoạt động của nhà máy Ngọc Tân Kiên để có thể đánh giá hiện trạng môi trường chung đặc biệt là nước thải và từ đó đưa ra phương pháp xử lý thích hợp. Giới hạn của đề tài: Do thời gian thực hiện còn hạn chế nên đề tài chỉ tập trung vào việc xử lý nước thải mà bỏ qua các khía cạnh môi trường khác. Bên cạnh đó đề tài chỉ mang tính chất “xử lý cuối đường ống”, chưa thể áp dụng sản xuất sạch hơn vào để tiết kiệm nguồn tài nguyên nước. 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các tài liệu về khu công nghiệp, tìm hiểu thành phần, tính chất nước thải và các số liệu cần thiết khác. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu những công nghệ xử lý nước thải cho các khu công nghiệp qua các tài liệu chuyên ngành. Phương pháp so sánh: So sánh ưu, nhược điểm của công nghệ xử lý hiện có và đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp. Phương pháp toán: Sử dụng công thức toán học để tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải, dự toán chi phí xây dựng, vận hành trạm xử lý. Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCad để mô tả kiến trúc các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải. 1.5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Đưa ra công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy , áp dụng kết hợp các phương pháp xử lý theo nguyên tắc cơ học – hóa lý – sinh học. Đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn (QCVN 24 – 2009/BTNMT). Nhằm giảm thiểu các nguồn ô nhiễm do trong quá trình sản xuất gây ra đối với môi trường. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NGỌC TÂN KIÊN 2.1 Giới thiệu Công ty TNHH TM và SX Ngọc Tân Kiên. Địa chỉ cơ sở: Lô G05-4 và lô MB4-1 tại KCN Đức Hòa 1, xã Đức Hòa Đông, huyện Đức Hòa, tỉnh Long An. (Giấy chứng nhận đăng ký hoạt động chi nhánh số 5012000410, đăng ký lần đầu ngày 24/10/2007). Ngành nghề kinh doanh: Tái chế thùng phuy, xử lý hóa chất, chất thải rắn nguy hại từ quá trình súc rửa thùng phuy. Tái chế nhựa. Phân loại giấy vụn. Các hướng tiếp giáp, khoảng cách đến khu dân cư và doanh nghiệp sản xuất gần nhất: + Phía Đông giáp: khu đất trống, không có dân cư. + Phía Tây giáp: khu đất trống (lô MB1), không có dân cư. + Phía Bắc giáp: khu đất trống (lô MB2), không có dân cư. + Phía Nam giáp: đường nội bộ trong khu công nghiệp. Trong khu vực thực hiện dự án không có dân cư phân bố vì đây là khu công nghiệp. Các khu vực xung quanh có mật độ dân cư khá thưa thớt. Khu vực dân cư tập trung gần nhất là khu dân cư xã Đức Hòa cách khu vực dự án khoảng 1.000 m.. Đặc điểm khu vực: Khu công nghiệp Đức Hòa 1 nằm cách UBND xã Đức Hòa Đông khoảng 3 km, cách tỉnh lộ 9 khoảng 1km. Nằm trong khu vực quy hoạch công nghiệp, gần tỉnh lộ 9, tỉnh lộ 10. Từ đây có thể thông thương với huyện Bến Lức, thị xã Tân An - tỉnh Long An, huyện Hóc Môn, huyện Củ Chi – Tp.HCM. 2.2 Lĩnh vực hoạt động Thu gom, xử lý, tiêu hủy chất thải nguy hại cho các chủ nguồn thải trên địa bàn vùng đồng bằng sông Cửu Long và Vùng đông nam bộ. Tẩy rửa các vật liệu rắn và phục hồi thùng phuy các loại (thùng phuy sắt, nhựa, …), đốt thiêu hủy các loại chất thải không có khả năng tái sử dụng, thu hồi dung môi thải bằng hệ thống tháp chưng cất, xử lý tái sinh nhớt thải, xử lý tái chế - sản xuất hạt nhựa tái sinh, phân loại giấy vụn, xử lý ổn định hóa rắn... 2.3 Các nguồn phát sinh nước thải tại nhà máy Trong quá trình hoạt động sản xuât tại nhà máy, lưu lượng nước thải có nguồn gốc từ các hạng mục công trình sau: Hệ thống tẩy rửa – phục hồi thùng phuy: Hệ thống xử lý khí thải lò đốt tiêu hủy CTNH, Lò chưng chất dung môi. Nước thải sinh hoạt 2.3.1 Hệ thống tẩy rửa – phục hồi thùng phuy Chức năng Chức năng của hệ thống được sử dụng để làm sạch bề mặt, tẩy rửa, phục hồi thùng phuy các loại ( lượng chất thải dính trên bề mặt thùng phuy) Danh mục các loại thùng phuy được thu gom: Phuy chứa nước axit < 20%, phuy chứa dầu mỡ nhờn, phuy chứa sơn, phuy chứa kem đánh răng. Công suất, quy mô, kích thước Hệ thống tẩy rửa – phục hồi thùng phuy các loại với công suất 1.000 phuy/ngày. Lượng nước sử dụng trung bình để súc rửa 1 thùng phuy: 40 lít Lượng nước thải phát sinh từ công đoạn súc rửa: 1.000 x 40 lít = 40.000l = 40m3/ngày Sơ đồ công nghệ hệ thống tẩy rửa – phục hồi thùng phuy Mô tả quy trình công nghệ Phuy chứa hóa chất các loại từ bãi tập kết được phân loại kỹ. Sau đó, chuyển qua hệ thống máy súc rửa. Trong quá trình súc rửa, nhờ tác dụng của hóa chất tẩy rửa, các vật liệu rắn (bi sắt các kích cỡ) và lực ly tâm (thiết bị xoay) các loại chất thải bám trên thành bao bì sẽ bị tách khỏi thành. Đối với những phuy nhựa (chứa chất tẩy rửa) sẽ được súc rửa bằng nước. Đối với những loại phuy sắt (chứa chất tẩy rửa) sẽ được súc rửa bằng các loại dung môi khác. Các phuy đã tẩy được chuyển sang hệ thống làm khô trước khi thực hiện công đoạn tiếp theo. Loại phuy không phục hồi sẽ được đưa qua công đoạn chặt, cắt xả làm phế liệu tại bộ phận gia công và bán phế liệu cho các cơ sở tái chế. Loại phuy chất lượng còn tốt được phục hồi tại bộ phận gia công: Thực hiện nén, thổi, sơn,… và chuyển nhập kho thu hồi trả về cho đơn vị cung cấp hoặc bán cho những cơ sở có nhu cầu. Đối với nước thải sau khi súc rửa sẽ được dẫn về hệ thống xử lý nước thải trung tâm để xử lý sạch và được thải ra cống thải. Đối với những dung môi thải sau khi súc rửa sẽ được chuyển về hệ thống chưng cất dung môi xử lý thu hồi. 2.3.2 Hệ thống hai lò đốt công suất 100 kg/h và 300 kg/h (2 cấp) Chức năng Chức năng lò đốt được sử dụng để tiêu hủy các loại CTNH dạng rắn hay lỏng (qua bơm cao áp) có chứa thành phần hữu cơ dễ cháy thông thường như: cặn sơn, giẻ lau dính dầu nhớt, hóa chất thải, bao bì, … Lượng nước sử dụng cho việc giải nhiệt và và xử lý bụi, khí độc cho 2 lò đối: 80m3/ngày. Công suất, quy mô, kích thước Công suất lò đốt thứ nhất 100kg/giờ: lượng nước tiêu tốn cho quá trình giải nhiệt hệ thống xử lý khí là 30m3/ngày Công suất lò đốt thứ nhất 300kg/giờ: lượng nước tiêu tốn cho quá trình giải nhiệt hệ thống xử lý khí là 50m3/ngày.(Nguồn: công ty Ngọc Tân Kiên cấp) Kết cấu lò đốt gồm lớp vỏ thép, một lớp gạch bê tông chịu nhiệt và lớp cách nhiệt bằng sợi khoáng, sợi thủy tinh Thiết kế, cấu tạo, công nghệ và tính chất các loại CTNH có khả năng quản lý Lò đốt chất thải hoạt động theo nguyên lý nhiệt phân hai cấp, gồm hai buồng đốt sơ cấp và thứ cấp, sử dụng béc đốt bằng dầu DO. Kết cấu lò đốt gồm lớp vỏ thép, một lớp gạch sa mốt chịu nhiệt và lớp cách nhiệt bằng sợi khoáng, sợi thủy tinh. Đầu dò nhiệt để theo dõi nhiệt độ ở buồng sơ cấp và buồng thứ cấp; Thiết bị điều khiển, kiểm soát hoạt động đốt của béc đốt được điều khiển tự động theo chương trình (PLC) và chế độ điều khiển bằng tay. Nhiên liệu đốt bằng dầu DO gồm 2 béc đốt của Đức, mức tiêu hao nhiên liệu là 20lít/giờ. Mô tả về tính chất các loại CTNH có thể xử lý Bao bì, thùng chứa và giẻ lau nhiễm các chất thải, hóa chất (trừ bóng đèn huỳnh quang) Trạng thái: rắn Tính chất: độc với người và hệ sinh thái Chất hấp thụ, vật liệu lọc (kể cả vật liệu lọc dầu), giẻ lau, vải bảo vệ thải bị nhiễm các thành phần nguy hại. Chủ yếu phát sinh từ quá trình sử dụng các loại bao bì, chất hấp thụ, giẻ lau, vật liệu lọc và vải bảo vệ; Trạng thái: rắn; Tính chất: độc/ độc với hệ sinh thái; Chất thải cao su Chủ yếu phát sinh từ quá trình sản xuất, điều chế, cung ứng, sử dụng nhựa, cao su tổng hợp, sợi nhân tạo; Trạng thái: rắn/ lỏng; Tính chất: độc với người và hệ sinh thái; Giấy carton, bao bì tráng nhôm, vải, thùng carton, gỗ, cao su, nhựa Chủ yếu phát sinh từ quá trình sản xuất, điều chế, cung ứng, sử dụng giấy carton, thùng carton, vải, cao su, nhựa, bao bì tráng nhôm ; quá trình chế biến gỗ và các sản phẩm gỗ; Trạng thái: rắn; Tính chất: độc, dễ bốc cháy; Bùn thải nguy hại Chủ yếu phát sinh từ các ngành công nghiệp xi mạ và sản xuất các sản phẩm kim loại, từ các công nghệ sản xuất và từ các công trình xử lý nước thải; Trạng thái: bùn lỏng/ rắn; Tính chất: độc; Chất thải từ quá trình sản xuất, điều chế, cung ứng, sử dụng chất kết dính và chất bịt kín (kể cả sản phẩm chống dính) Trạng thái: lỏng Tính chất: độc với hệ sinh thái và dễ cháy. Than hoạt tính đã qua sử dụng từ quá trình xử lý khí thải Chủ yếu phát sinh từ quá trình tiêu hủy hoặc nhiệt phân chất thải Trạng thái: rắn Tính chất: độc, độc với hệ sinh thái Cặn phản ứng và cặn đáy tháp chưng cất Chủ yếu phát sinh từ quá trình sản xuất, điều chế, cung ứng, sử dụng hóa chất hữu cơ, nhựa, cao su tổng hợp và sợi nhân tạo, phẩm màu hữu cơ, vô cơ, thuốc bảo vệ thực vật, chất bảo quản gỗ, các loại boxit hữu cơ khác,… Trạng thái: rắn Tính chất: độc, độc với hệ sinh thái Sơ đồ quy trình công nghệ lò đốt Mô tả quy trình công nghệ hệ thống lò đốt Bãi tập kết: chất thải cần đốt được phân loại tại bãi tập kết (1) tùy theo tính chất, thành phần và được đóng kiện thành thùng hoặc bao (đối với dạng rắn) hoặc tập trung vào bồn chứa trung gian tạo điều kiện thuận lợi khi nạp vào lò đốt. Mở cửa buồng chứa rác, cho rác vào bộ phận nạp rác (mẻ đầu tiên có thể cho trực tiếp vào lò từ phía cửa lò mà không cần phải qua cơ cấu nạp rác)... Sau một khoảng thời gian (tùy theo loại rác và kinh nghiệm của người vận hành) tiến hành nạp mẻ rác tiếp theo. Thỉnh thoảng mở cửa quan sát kiểm tra quá trình nhiệt phân để điều chỉnh thời gian nạp rác thích hợp. Từ mẻ đốt thứ 3 trở đi, dùng que cào lò cào cặn carbon về ngăn thấp hơn trong buồng đốt để đốt cháy hoàn toàn và xả tro xuống hộc chứa tro. Buồng đốt sơ cấp: Nhiệt độ buồng sơ cấp được duy trì ở nhiệt độ 600 – 800oC tạo điều kiện tối ưu cho chất thải cháy. Nhiệt độ được duy trì do hai péc đốt với nhiên liệu là dầu DO. Buồng đốt thứ cấp: Nhiệt độ buồng sơ cấp được duy trì ở nhiệt độ 1.200oC tạo điều kiện tối ưu đốt cháy khói lò buồng sơ cấp (gồm nhiều khí cháy chưa hoàn toàn: CH4, C2H2, CO, ClxOy, NxOy...) cho ra các khí cháy có tính ổn định. Nhiệt độ được duy trì do hai péc đốt với nhiên liệu là dầu DO. Tháp giải nhiệt lò đốt: khói lò có nhiệt độ cao hơn 1.0000C khi vào tháp nhờ hệ thống phun nước để giải nhiệt, nước đi từ trên xuống và khói đi từ dưới lên hai pha tiếp xúc nhau. Với tác dụng của thiết bị trao đổi nhiệt, nhiệt độ khói lò được giảm nhanh (xuống < 200oC) đảm bảo tránh gây phát sinh quá trình tái hình thành các khí độc hại, đồng thời giảm đáng kể thể tích khói thải. Phần nước thải ra với nhiệt độ cao được chuyển về hệ thống xử lý nước thải với lưu lượng 60m3/ ngày. Nước được cấp vào tháp giải nhiệt chủ yếu là nước sạch. Quạt gió: Công suất động cơ 15 HP, lưu lượng gió 45.000 m3. Quạt hút tạo áp lực âm trong lòng ống nhằm hút luồng khói ra khỏi lò đốt và các thiết bị trong toàn hệ thống. Tháp hấp thụ: Có kết cấu dạng thép không gỉ (kết cấu thiết bị có ở dạng tháp đệm hoặc xyclon). Tác nhân hấp thụ là dung dịch kiềm được phun vào thiết bị dưới dạng sương nhằm tăng cường khả năng gây phản ứng hấp thụ, các khí độc hại (thông thường gồm: khí Clo, Nitơ, Lưu huỳnh) được hấp thụ sạch nhờ các tác nhân hấp thụ, vật liệu chuyên dùng (tăng khả năng hấp thụ). Phần khí thải đạt tiêu chuẩn được thải ra ngoài không khí qua ống khói cao 15 m. Khả năng phát tán khói trong không khí: Trong vòng 5.000 m chung quanh. Bể dung dịch kiềm: dung dịch kiềm từ bể chứa được bơm phun vào tháp rửa khí làm tác nhân rửa. Nước sau khi rửa khói dẫn qua thiết bị thu hồi muội khói trước khi về bể xử lý nước rửa khói, được xử lý bổ sung hóa chất trước khi bơm tuần hoàn về hệ thống tháp hấp thu. Tro than sau khi đốt, cặn bùn sau khi xử lý nước rửa khói được chuyển về khu vực hóa rắn, thực hiện bêtông hóa và chuyển đi chôn lấp nơi đúng quy định. Khói thải sau khi qua hệ thống xử lý không có tính nguy hại (gồm CO2, H2O...) được thải ra khí quyển qua ống khói cao 15m. 2.3.3 Hệ thống chưng cất dung môi Chức năng Chưng cất để thu hồi dung môi thải hữu cơ ở nhiệt độ thích hợp. Công suất, quy mô, kích thước Hệ thống thu hồi dung môi hữu cơ có công suất 1.000 lít/ngày. Được bố trí xây dựng trong khuôn viên 64m2, xây dựng theo tiêu chuẩn công nghiệp. Lượng nước sử dụng cho công đoạn làm mát ống ngưng tụ và xử lý khí cho hệ thống cấp nhiệt cho lò chưng cất là 25m3. (Nguồn: công ty Ngọc Tân Kiên cấp) Sơ đồ công nghệ chưng cất dung môi Mô tả quy trình công nghệ Bồn chứa trung gian (1): dung môi thải các loại được tập trung trong các bồn chứa trung gian riêng biệt. Tháp chưng cất (2): thông thường được thiết kế lắp đặt bằng thép inox, dung môi thải được bơm vào tháp chưng cất tiến hành nấu chưng cất ở nhiệt độ phù hợp. Ống ngưng tụ (3): hơi chưng cất được dẫn qua ống ngưng tụ với tác dụng của nước làm mát dung môi được ngưng tụ và thu hồi về bồn chứa (4). Lượng dung môi có thể thu hồi được 60%. Cặn thải không thu hồi được sẽ được đưa vào lò đốt để tiêu hủy. Tháp chưng cất được cung cấp nhiệt (5) bằng bếp ga hoặc điện trở được thiết kế phù hợp. Nước sau khi làm mát được dẫn về hệ thống làm mát, chứa trong bể chứa và được sử dụng tuần hoàn. Nước thải được dẫn về trạm xử lý nước thải trung tâm làm sạch trước khi thải ra môi trường. Bồn chứa sản phẩm thu hồi có ống dẫn thông về bơm chân không để tăng năng suất thu hồi sản phẩm. 2.3.4 Lượng nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt bao gồm: nước thải từ nhà bếp, nhà tắm, nhà vệ sinh. Lượng nhân viên phục vụ cho hoạt động sản xuất là 50 người Định mức tính toán là 100 lít/người/ngày Tổng lượng nước thải sinh hoạt tại nhà máy là: 50 người x 100 lít/ người = 5.000 lít 2.4 Tổng lượng nước thải phát sinh tại nhà máy Tổng lượng nước cần xử lý: Nước thải từ hoạt động sinh hoạt tắm giặt của công nân viên: 5m3/ngày Nước thải tử khu vực súc rua huy: 40m3/ngày Nước thải từ hệ thống xử lý khí, bụi lò đốt:80m3/ngày Nước thải từ hệ thống xử lý bụi lò dốt ddung môi: 25m3/ngày CHƯƠNG 3 TỒNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI. 3.1 Tổng quan về nước thải công nghiệp Nước thải công nghiệp là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp từvcác công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất như nước thải khi tiến hành vệ sinh công nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của công nhân viên. Nước thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về thành phần cũng như lượng phát thải và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Nước thải được sản sinh từ nước không được dùng trực tiếp trong các công đoạn sản xuất, nhưng tham gia các quá trình tiếp xúc với các khí, chất lỏng hoặc chất rắn trong quá trình sản xuất. Loại này có thể phát sinh liên tục hoặc không liên tục, nhưng nói chung nếu sản xuất ổn định thì có thể dễ dàng xác định được các đặc trưng của chúng. Nước thải được sản sinh trong quá trình sản xuất nên chúng thường là nước thải có chứa nguyên liệu, hoá chất hay phụ gia của quá trình sản xuất. Vì vậy những thành phần nguyên liệu hoá chất này thường có nồng độ cào và trong nhiều trường hợp có thể được thu hồi lại. Do đặc trưng về nguồn gốc phát sinh lên loại nên loại nước thải này nhìn chung có nồng độ chất gây ô nhiễm lớn, có thể mang tính nguy hại ở mức độ khác nhau tuỳ thuộc vào bản thân quá trình công nghệ và phương thức thải bỏ. Nước thải loại này cũng có thể có nguồn gốc từ các sự cố rò rỉ sản phẩm hoặc nguyên liệu trong quá trình sản xuất, lưu chứa hay bảo quản sản phẩm, nguyên liệu. Các dòng nước thải sinh ra từ các công đoạn khác nhau của toàn bộ quátrình sản xuất sau khi được sử lý ở mức độ nào đó hoặc không được xử lý, được gộp lại thành dòng thải cuối cùng để thải vào môi trường 3.2 Các thông số ô nhiễm đặc trưng trong nước thải công nghiệp 3.2.1 Các thông số vật lý Hàm lượng chất rắn lơ lửng Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total) Suspended Solids – (T)SS - SS) có thể có bản chất là: Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét) Các chất hữu cơ không tan. Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…). Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý. Mùi : Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S _ mùi trứng thối. Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S. 3.2.2 Các thông số hóa học Độ pH của nước pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước. Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hoà tan trong nước. pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước. Độ pH có ảnh hưởng đến các quá trình trao chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD) Theo định nghĩa, nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng phương pháp hóa học (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh). Về bản chất, đây là thông số được sử dụng để xác định tổng hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước, bao gồm cả nguồn gốc sinh vật và phi sinh vật. Trong môi trường nước tự nhiên, ở điều kiện thuận lợi nhất cũng cần đến 20 ngày để quá trình oxy hóa chất hữu cơ được hoàn tất. Tuy nhiên, nếu tiến hành oxy hóa chất hữu cơ bằng chất oxy hóa mạnh (mạnh hơn hẳn oxy) đồng thời lại thực hiện phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao thì quá trình oxy hóa có thể hoàn tất trong thời gian rút ngắn hơn nhiều. Đây là ưu điểm nổi bật của thông số này nhằm có được số liệu tương đối về mức độ ô nhiễm hữu cơ trong thời gian rất ngắn. COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ nói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp. Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD) Về định nghĩa, thông số BOD của nước là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện chuẩn: 20oC, ủ mẫu 5 ngày đêm, trong bóng tối, giàu oxy và vi khuẩn hiếu khí. Nói cách khác, BOD biểu thị lượng giảm oxy hòa tan sau 5 ngày. Thông số BOD5 sẽ càng lớn nếu mẫu nước càng chứa nhiều chất hữu cơ có thể dùng làm thức ăn cho vi khuẩn, hay là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (Carbonhydrat, protein, lipid..) BOD là một thông số quan trọng: Là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nước và nước thải. Là tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng các dòng thải chảy vào các thuỷ vực thiên nhiên. Là thông số bắt buộc để tính toán mức độ tự làm sạch của nguồn nước phục vụ công tác quản lý môi trường. Nitơ và các hợp chất chứa nitơ Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất. Nito là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào. Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào môi trường với lượng rất lớn. Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp chất Nito vô cơ như NH4+, NO2-, NO3- và có thể cuối cùng trả lại N2 cho không khí. Như vậy, trong môi trường đất và nước, luôn tồn tại các thành phần chứa Nito: từ các protein có cấu trúc phức tạp đến các acid amin đơn giản, cũng như các ion Nitơ vô cơ là sản phẩm quá trình khoáng hóa các chất kể trên: Các hợp chất hữu cơ thô đang phân hủy thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước, có thể hiện diện với nồng độ đáng kể trong các loại nước thải và nước tự nhiên giàu protein. Các hợp chất chứa Nito ở dạng hòa tan bao gồm cả Nito hữu cơ và Nito vô cơ (NH4+, NO2-, NO3-). Thuật ngữ “Nitơ tổng” là tổng Nitơ tồn tại ở tất cả các dạng trên. Nito là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Phospho và các hợp chất chứa phospho Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa các chất thải của người và động vật và sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong nông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong sinh hoạt và một số ngành công nghiệp trôi theo dòng nước. Trong các loại nước thải, Phospho hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphate. Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vô cơ và phosphat hữu cơ. Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định P tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1). Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam. Kim loại nặng Kim loại nặng có Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn, v.v... thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các thể sinh vật và thường tích luỹ trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật.. Ô nhiễm kim loại nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong một số ngành công nghiệp. 3.2.3 Các thông số vi sinh vật học Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh cho người. Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, vi rút, giun sán. * Vi khuẩn : Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây các bệnh về đường ruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do vi khuẩn Salmonella typhosa... * Vi rút : Vi rút có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan... Thông thường sự khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được vi rút. * Giun sán (helminths): Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả. Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm bẩn rác, phân người và động vật. Trong người và động vật thường có vi khuẩn E. coli sinh sống và phát triển. Đây là loại vi khuẩn vô hại thường được bài tiết qua phân ra môi trường. Sự có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn. Khả năng tồn tại của vi khuẩn E.coli cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác. Do đó nếu sau xử lý trong nước không còn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệng của nước qua việc xác địng số lượng số lượng E.coli đơn giản và nhanh chóng. Do đó vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước. 3.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải Tùy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải, loại nước thải cần xử lý (nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp, nước thải bệnh viện, nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp,…), lưu lượng nước thải, điều kiện mặt bằng,… mà có thể ứng dụng các phương pháp xử lý khác nhau. Một cách tổng quát, các phương pháp xử lý nước thải được chia thành các loại sau: Phương pháp xử lý cơ học. Phương pháp xử lý hóa học - hóa lý. Phương pháp xử lý sinh học. Phương pháp xử lý bậc cao 3.3.1 Phương pháp xử lý cơ học Xử lý cơ học là một trong những phương pháp xử lý nước thải khá phổ biến đối với hầu hết các loại nước thải. Thực chất của phương pháp này là sử dụng các lực vật lý (trọng lực, lực ly tâm,…) để loại bỏ khỏi nước thải các chất phân tán thô, các chất vô cơ (cát, sạn, sỏi,…), các chất lơ lửng có thể lắng được bằng cách gạn lọc, lắng, lọc, ... Đối với hệ thống xử lý nước thải đô thị và nhiều loại nước thải công nghiệp khác nhau, xử lý cơ học là quá trình hầu như không thể thiếu. Nó là bước ban đầu nhằm chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý sau đó, nhất là khi các công trình xử phía sau là xử lý sinh học, xử lý hóa lý. Đây là phương pháp xử lý đơn giản, rẻ tiền và có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao. Một số công trình xử lý cơ học được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải có thể kể đến như: (1) song/lưới chắn rác, (2) thiết bị nghiền rác, (3) bể lắng cát, (4) bể tách dầu mỡ, (5) bể điều hòa, (6) khuấy trộn, (7) lắng, (8) lắng cao tải, (9) lọc, (10) hòa tan khí, (11) bay hơi và tách khí. Việc ứng dụng các công trình xử lý cơ học được giới thiệu ở trên tóm tắt trong bảng 3.1. Bảng 3.1: Áp dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải. Công trình  Áp dụng   Song/Lưới chắn rác  Loại bỏ các chất rắn thô, rác và các tạp chất có thể lắng.   Nghiền rác  Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn đồng nhất.   Bể lắng cát  Loại bỏ các tạp chất vô cơ mà chủ yếu là cát có trong các dòng nước thải.   Bể tách dầu mỡ  Tách dầu mỡ, các chất nhẹ hơn nước và các dạng chất nổi khác.   Bể điều hòa  Điều hòa lưu lượng và tải trọng BOD và SS.   Lắng  Tách các cặn lắng và nén bùn.   Lọc  Tách các hạt căn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa học   Màng lọc  Tương tự như quá trình lọc. Tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định   Song chắn rác. Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây, các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilon, ... được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.
  Lắng cát Bể lắng cát được thiết kế để tách các hợp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2mm đến 2mm ra khỏi nước thải nhằm bảo đảm an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các công trình sinh học phía sau. Bể lắng cát có thể được phân thành 2 loại: (1) bể lắng ngang và (2) bể lắng đứng. Ngoài ra, để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi. Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không vượt quá 0,3m/s. Vận tốc này cho phép các hạt cát, hạt sỏi và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý ở các công trình tiếp theo.  Lắng Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể lắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng. Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 - 2,5 giờ. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15.00m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc0,5 - 0,6m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 45 phút - 120 phút. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 - 20%.
  3.3.2 Phương pháp xử lý hóa học – hóa lý Phương pháp xử lý hóa học – hóa lý thường được sử dụng để khử các chất độc hoặc các chất gây ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn xử lý sinh học. Ngoài ra, các phương pháp xử lý này còn được sử dụng để thu hồi các chất quí có trong nước thải của một số ngành công nghiệp đặc trưng.  3.3.2.1 Xử lý hóa học Xử lý hóa học thường được ứng dụng để xử lý nước thải một số ngành công nghiệp mà đặc tính nước thải có chứa các chất ô nhiễm thuộc nhóm acid, bazơ, các kim loại nặng và các hợp chất hóa học đặt biệt khác. Xử lý hóa học có thể là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi tiến hành xử lý sinh học hoặc hóa lý, có thể là nhằm mục đích xử lý triệt để nước thải (xử lý bậc cao) trước khi xả thải. Các phương pháp xử lý hóa học gồm có: trung hòa, oxy hóa/điện hóa. Trung hòa Nước thải chứa các acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa và đưa pH về khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách sau: Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm Bổ sung các tác nhân hóa học Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước acid Để trung hòa nước thải chứa acid có thể sử dụng các tác nhân hóa học như: NaOH, KOK, Na2CO3, nước ammoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômít (CaCO3.MgCO3) và xi măng. Song tác nhân rẻ nhất là vôi sữa 5 – 10% Ca(OH)2, tiếp đó là sôđa và NaOH ở dạng phế thải. Để trung hòa nước thải kiềm có thể sử dụng các acid (chứa CO2, SO2, NO2, N2O3…). Việc sử dụng khí acid không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu quả làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại. Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước và chi phí hóa chất sử dụng. Oxy hóa/điện hóa Để làm sạch nước thải, có thể phân dạng các tác nhân oxy hóa như clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, permanganat kali, bicromat kali, peroxy hydro (H2O2) oxy của không khí, ozone, pyroluzit (MnO2). Quá trình oxy hóa sẽ chuyển các chất độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hại hơn và tách khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn nhiều hóa chất nên thường chỉ sử dụng khi không thể xử lý bằng những phương pháp khác. 3.3.2.1 Xử lý hóa lý Xử lý hóa lý là một trong những phương pháp thông dụng trong xử lý nước thải công nghiệp. Đây là phương pháp xử lý có thể đứng độc lập hoặc kết hợp xử lý với các phương pháp xử lý cơ học, sinh học, hóa học trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải đầy đủ. Các phương pháp hóa lý thường được ứng dụng để xử lý nước thải gồm có: keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion. Việc ứng dụng các công trình này có thể xem ở bảng 3.2. Bảng 3.2: Áp dụng các công trình hóa lý trong xử lý nước thải. Công trình  Áp dụng   Keo tụ  Giúp cho việc tập hợp các hạt cặn nhỏ thành các hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng lực.   Tuyển nổi  Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của nước, hoặc sử dụng để nén bùn sinh học.   Hấp phụ  Tách các chất hữu cơ không xử lý được bằng phương pháp hóa học thông thường hay sinh học. Nó cũng được sử dụng để tách kim loại nặng, khử chlorine của nước thải trước khi xả vào nguồn.   Trao đổi ion  Khử kim loại nặng trong nước thải.   Tuyển nổi Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hoà tan như các chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi được thực hiện theo các phương thức sau: Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Floation): Trong trường hợp này, thổi trực tiếp khí nén vào bể tuyển nổi để tạo thành bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1 mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí- nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết và nổi lên bề mặt. Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation): Trong trường hợp này, bão hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra khỏi chân không. Hệ thống này thường ít sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao. Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation): Sục không khí vào nước ở áp suất cao (2 – 4 atm), sau đó giảm áp giải phóng khí. Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước từ 20 - 100((m (Hình 3.3).
  Hấp phụ Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan không xử lý được bằng các phương pháp khác. Tùy theo bản chất , quá trình hấp phụ được phần loại thành hấp phụ lý học và hấp phụ hóa học. Hấp phụ lý học là quá trình hấp phụ xảy ra nhờ các lực liên kết vật lý giữa chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ như lực liên kết VanderWaals. 3.3.3 Phương pháp xử lý sinh học Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình nhằm phân hủy các vật chất hữu cơ ở dạng hòa tan, dạng keo và dạng phân tán nhỏ trong nước thải nhờ vào sự hoạt động của các vi sinh vật. Các quá trình sinh học chính sử dụng trong xử lý nước thải gồm năm nhóm chính: Quá trình hiếu khí. Quá trình thiếu khí. Quá trình kỵ khí. Quá trình thiếu khí và kỵ khí kết hợp. Quá trình hồ sinh học. Mỗi quá trình riêng biệt còn có thể phân chia thành chi tiết hơn, phụ thuộc vào việc xử lý được thực hiện trong hệ thống tăng trưởng lơ lửng (suspended-growth system), hệ thống tăng trưởng dính bám (attached-growth system), hoặc hệ thống kết hợp. Tuy nhiên, các quá trình được chú trọng nhiều nhất là quá trình hiếu khí, kỵ khí và hồ sinh học. 3.3.3.1 Quá trình hiếu khí Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được ứng dụng có hiệu quả cao đối với nước thải có hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải của các ngành công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp ( BOD5 < 1000 mg/l). Tùy theo cách cung cấp oxi mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí được chia thành hai loại: Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên (oxy được cung cấp từ không khí tự nhiên) với các công trình tương ứng như: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật, đất ngập nước, … Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo ( oxy được cung cấp bởi các thiết bị sục khí cưỡng bức, thiết bị khuấy trộn cơ giới, …) với các quá trình và công trình tương ứng như sau: Quá trình vi sinh vật tăng trưởng lơ lửng: Bể bùn hoạt tính thổi khí (Aerotank) Mương oxy hóa Hồ sinh học Quá trình vi sinh vật tăng trưởng dính bám: Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể lọc sinh học cao tải Tháp lọc sinh học Bể lọc sinh học tiếp xúc dạng đĩa quay (RBC) Quá trình kết hợp: Bể lọc sinh học hiếu khí tiếp xúc ( có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động giống bể Aerotank nhưng bên trong bể có trang bị thêm các vật liệu tiếp xúc để làm giá thể cho các vi sinh vật dính bám Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng: Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không được nhỏ hơn 2mg/L. 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 có thể chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O,
,
, … Một cách tổng quát, vi sinh tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm Pseudomonas, Achromobacter, Flacobacterium, Bdellovibro, Zoogleoa, Nocardia, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó nhiều loại vi kuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix và Geotrichum cũng tồn tại. Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/l, pH = 6,5 - 8,5, nhiệt độ 6 – 370C. Một số sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được trình bày trong hình 3.8. Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling filter). Bể lọc sinh học nhỏ giọt là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên các vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật kết dính trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hay nhỏ giọt lên đó. Vật liệu thường là đá dăm hoặc các vật liệu tổng hợp. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng 25-100 mm, chiều sâu lớp vật liệu dao động trong khoảng 0,9-2 m, trung bình là 1,8 m. Bể lọc với vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn. Nước thải được phân phối đều lên lớp vật liệu nhờ hệ thông phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là chất dẻo tổng hợp thì có chiều cao từ 4-12 m. Ba dạng vật liệu lọc tổng hợp thường dùng là: (1) vật liệu tạo dòng chảy thẳng đứng; (2) vật liệu tạo dòng chảy ngang; (3) vật liệu tạo dòng chảy ngẫu nhiên. Chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc. Các chất hữu cơ có trong nước thải bị hấp thụ vào màng vi sinh vật dày 0,1-0,2 mm và bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp màng tăng lên do đó oxy bị tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày lớp màng vi sinh. Như vậy môi trường kỵ khí hình thành ngay sát màng vật liệu lọc. Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hóa chất hữu cơ xảy ra trước khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật ở gần vật liệu lọc. Kết quả là vi cinh vật ở đây bị phân hủy nội bào, không còn khả năng bám dính trên bề mặt vật liệu lọc và bị rửa trôi.
  Hình 3.4: Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt. 3.3.3.2 Quá trình kỵ khí Quá trình xử lý sinh học kỵ khí thường được ứng dụng để xử lý sơ bộ các loại nước thải có hàm lượng BOD5 cao (>1000 mgl), làm giảm tải trọng hữu cơ và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý hiếu khí diễn ra có hiệu quả. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:  ( CH4 + CO2 +H2O + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn : - Giai đoạn 1: Thủy phân cắt mạch các chợp chất cao phân tử - Giai đoạn 2: Acid hóa - Giai đoạn 3: Acetale hóa - Giai đoạn 4: Methane hóa Các chất hải hữu cơ chứa nhiều các chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin… trong giai đoạn tủy phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thanh amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và các chất béo thành acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat. Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2+, H2, formate, acetate, methanol, methylamins và CO. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: Tùy theo trạng thái của bùn có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành: Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh tưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process) quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB). Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Fitter Process). Quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process) Một số nước thải có hàm lượng hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc kỵ khí. Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn với nước thải trong bể nước được khuấy trộn hoàn toàn. Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn được tuần hoàn trở lại bể kỵ khí. Lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Đây là một trong những quá trình kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do hai đặc điểm chính sau: - Cả ba quá trình, phân hủy - lắng bùn - tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình. - Tạo thành các loại bùn có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như: - Ít tiêu tốn năng lượng vận hành - Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn - Bùn sinh ra dễ tách nước - Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng - Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí mathane - Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp nhiên liệu. Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là methane và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây, quá trình tách pha khí - lỏng - rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí qua ống dẫn theo bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10%. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo máng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo.
  Hình 3.5: Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB). Quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process) Bể lọc kỵ khí là một chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật (thời gian lưu bùn) rất cao (khoảng 100 ngày). Xử lý sinh học kỵ khí còn được ứng dụng trong xử lý bùn, cặn. Phương pháp sinh học có ưu điểm là rẻ tiền và có khả năng tận dụng những sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí methane). 3.4 Phương pháp xử lý bậc cao. Xử lý bậc cao là quá trình xử lý nhằm loại bỏ các chất dinh dưỡng (N, P) trong nước thải để tránh hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước tiếp nhận nước thải; cũng như khi có yêu cầu xử lý bậc cao để tái sử dụng nước thải. Khử trùng: nhằm mục đích loại bỏ các vi sinh vật và vi trùng gây bệnh có trong nước thải. Các phương pháp khử trùng thông dụng là: khử trùng bằng chlorine, khử trùng bằng nhiệt, khử trùng bằng tia bức xạ, khử trùng bằng ozon,… CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ