GVHD : GVC. Ts Lê Thị Kim Oanh
SVTH: Võ Thị Kim Chuyên & Phạm Bạch Họa My
Đề Tài: Thiết kế hệ thống thoát nước cho Công ty P&G, KCN Đồng An 1, Thị Xã Thuận An, tỉnh Bình Dương.
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Hiện nay, ngành mỹ phẩm trên thế giới phát
triển khá nhanh do nhu cầu sử dụng các sản phẩm tẩy rửa, nhu cầu thẩm mỹ của
con người tương đối lớn. Việt Nam cũng là một nước có nhiều công ty sản xuất mỹ
phẩm nổi tiếng đang hoạt động P&G ( Procter and Gamble), Unilever, Colgate
& Palmolive, LG Vina, …Do những nhu cầu của con người càng tăng nên đòi hỏi
số lượng công ty và sản phẩm cũng tăng cao, gia tăng sản xuất. Vì vậy, môi trường
ngày càng ô nhiễm. Chính vì thế nên các nhà máy hoạt động trong ngành công nghiệp
mỹ phẩm yêu cầu cần phải có hệ thống xử lý nước thải.
2. Phạm vi thiết kế
Đề
tài này sẽ thiết kế hệ thống thoát nước và xử lý nước thải cho công ty P&G
3. Mục đích thiết kế
Thiết
kế mạng lưới thoát nước sinh hoạt và nước mưa, xử lý nước thải đạt loại A cho
công ty P&G.
4. Nội dung thiết kế
Khảo
sát thành phần nước thải và hiệu quả xử lý tại nhà máy hoá mỹ phẩm P&G
Thiết kế
hệ thống thoát nước và xử lý nước thải
· Xác định
thành phần nước thải trước khi vào và sau khi ra hệ thống
· Xác định
hiệu quả xử lý của mỗi công trình
Chương 1
TỔNG QUAN NGÀNH HÓA MỸ PHẨM
1.1 Tổng
quan về ngành mỹ phẩm
Ngành mỹ phẩm là một trong các ngành
phát triển tương đối nhanh. Theo kết quả thống kê thì Châu Âu có mức tăng trưởng
khoảng 3- 4%/năm. Trong đó lượng hoá chất sử dụng trong công nghiệp hoá mỹ phẩm
chiếm một khối lượng lớn hơn rất nhiều so với khoảng 9.3 triệu tấn chất hoạt động
bề mặt là một trong những thành phần chính trong các sản phẩm tẩy rửa.
Theo điều tra của Đức thì số lượng chất
hoạt động bề mặt sử dụng cho ngành mỹ phẩm chiếm khoảng gần 50% lượng chất hoạt
động bề mặt sử dụng trong các ngành công nghiệp.
Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều công
ty hoạt động trong ngành mỹ phẩm như P&G, Unilever, LG Vina…hầu hết là các
công ty liên doanh với nước ngoài.
1.2 Giới thiệu về công ty TNHH mỹ phẩm P&G
Công
ty Procter & Gamble được thành lập năm 1995, là một công ty liên
doanh giữa Proctor & Gamble Đông Nam Á và công ty Phương Đông Ordesco thuộc
tổng cục hoá chất Vinache.
Tổng số vốn đầu tư cho dự án ban đầu
là 30 triệu USD: 70% vốn là của P&G, 30% còn lại là do Ordesco góp vốn và
nhà xưởng. Tuy nhiên, đến 1998 do thiếu vốn đầu tư nên công ty P&G đầu tư
thêm vốn sản xuất và tổng số vốn hiện nay là P&G chiếm 95% vốn còn lại là của
Ordesco.
Vị trí địa lý:
§ Phía Bắc giáp khu dân cư
§ Đông và Nam giáp khu công nghiệp Đồng
An
§ Tây giáp doanh trại quân đội.
Tổng diện tích nhà máy là 50 ngàn m2,
trong đó diện tích nhà xưởng là 30 ngàn m2.
Nguồn tiếp nhận nước thải sau xử lý tại
nhà máy: trạm xử lý nước thải khu công nghiệp Đồng An.
Hiện tại công ty sản xuất rất nhiều các
mặt hàng:
§ Bột giặt Tide
§ Xà phòng thơm: Camay, Ivory, Muse
§ Dầu gội đầu: Head & Shoulder,
Rejoice, Panetene
§ Nước xả quần áo: Downy
§ Tả giấy: Pampers
Ngoài ra còn có một số sản phẩm khác
xuất khẩu sang các nước Châu Âu, Châu Mỹ…
1.3 Nguyên lý sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm
Xà phòng được kiềm hoá chất béo, dầu
trong kiềm mạnh. Chất béo hay dầu thường là triglyceride( nghĩa là các gốc acid
béo mạch dài sẽ liên kết với gốc glycerin). Chất kiềm mạnh ở đây thường là
Natrihydroxide( NaOH) dùng cho xà bông cục và Kalihydroxide( KOH) dùng cho các
sản phẩm dạng lỏng. Quá trình xà phòng diễn ra đơn giản theo phương trình bậc
nhất: Glycerin sẽ liên kết với các acid béo còn các acid béo lại kết hợp với Na
hay K tạo thành xà phòng.Thường quá trình này không phát sinh chất thải do sản
phẩm cuối cùng thường là xà bông, glycerin và nước, không có kiềm dư.
Chất lượng xà phòng phụ thuộc lớn vào
việc chọn lựa thành phần dầu cùng với thành phần acid béo liên kết với dầu. Hầu
hết, xà phòng thương phẩm kém chất lượng là do sử dụng nhiều mỡ động vật và một
ít dầu dừa, dầu cọ kém chất lượng. Sản phẩm xà phòng chất lượng thường sử dụng
dầu oliu, dầu chiết xuất từ cây gai dầu, dầu cọ thay cho thành phần mỡ, còn lượng
dầu dừa chiếm gấp 3-4 lần so với xà bông thương phẩm. Dầu dừa được kiềm hóa
sinh ra rất nhiều bọt trong nước cứng do nó chủ yếu là các acid béo no dạng mạch
ngắn. Còn xà bông có thêm dầu từ cây gai dầu, cọ, oliu tạo bọt mịn, xốp, bóng
do hầu hết các loại dầu này bao gồm các acid béo chưa no. Sau các công đoạn đó
xà phòng thương phẩm được trộn thêm một số chất như thuốc nhuộm, chất làm trắng
và một số hương liệu.
1.4 Một số nguyên liệu sử dụng
trong ngành mỹ phẩm
Hiện nay nguyên liệu dùng sản xuất mỹ
phẩm rất đa dạng nhưng thành phần chủ yếu bao gồm một số hoá chất sau:
§ Các chất hoạt động bề mặt: LAS, ALS,
AES, APG…
§ Các acid béo: lauric acid, Stearic
acid, Erucic acid, Distilled Palm, Stearine Fatty Acid
§ Dầu dừa Mitaine CA, dầu Parafin NAS –
4, dầu Oliu, dầu dừa Coconut monoethanolamide…
§ Các
chất phụ gia: Polyphosphate, carbonate silicate, Aratoine, Milcon SP-2,
Acid Citric Monohydrate L, Apricot Core Grain, Didecyl Dimethyl Ammonium,
Ethanol, Dimethylene Glycol, Sodium polyacrylate solution, Sodium Benzoate,
Benzyl Alcohol. Ethylene glycol Distearate, Trimethylolpane Tricaprylate/
Tricaprate, 2-hydroxypropopyl- cyclohepta-amylose, Polyalkalylneoxide Modified,
Polydimethylsiloxan, Osiric
§ Chất tăng hoạt tính tẩy rửa, cải thiện
tác dụng của chất hoạt tính chính( oxutamin, carboxymetylcenllulo, alanolamit,
Aerosil 200, Nikkol Hco-60, Taipinal SL, Dipotassium Glycyrrhizinate, Radio-
lingt 700)
§ Tác nhân tẩy trắng, peborate, tẩy trắng quang học ánh
xanh, chất tạo màu, chất thơm.
§ Các chất muối khoáng cải thiện hình
thức sản phẩm: Sodium Citric, Bicarbonate, Catinal HC- 100
§ Các men được xem như chất tiền phụ
gia và chúng tham gia vào quá trình tiền phân hủy một số vết bẩn
1.4.1
Chất hoạt động bề mặt
1.4.1.1 Định nghĩa và nguồn gốc
Chất hoạt động là các hợp chất tổng hợp
có hoạt tính bề mặt, cấu trúc của nó cho phép thay đổi tính chất vật lý bề mặt
làm giảm sức căng bề mặt và có tác dụng làm sạch. Sự có mặt của nó gây nên sự lắng
đọng chất thải đô thị và công nghiệp.
Chất hoạt động bề mặt là một sản phẩm
hóa chất quan trọng không chỉ thể hiện qua khối lượng sử dụng mà còn thể hiện
qua những ứng dụng rộng rãi của nó trong công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt…
Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại
chất hoạt động bề mặt và được phân loại như sau:
Theo nguồn gốc có 2 loại gồm:
§ Nguồn gốc dầu( LAS, SAS, AS…)
§ Nguồn gốc thực vật( AE, AES, APG…)
Theo điện tích gồm có 4 loại:
§ Anionic( điện tích âm): sulfonate,
sarcosinate, isethionate…
§ Cationic( điện tích dương): được tạo
thành chủ yếu từ muối amoni vốn ít được sử dụng và chỉ được sử dụng ở liên kết
đặc biệt có tính sinh học.
§ Non- ionic( không tích điện): dùng
ankyeplenoe và phương pháp tạo rượu polyetoxyle. Tuy nhiên, các chất sử dụng hiện
nay thường khó phân huỷ sinh học.
§ Lưỡng tính( vừa tích điện dương lẫn
điện âm)
Thường trên thị trường các loại
anionic và non- ionic được sử dụng rộng rãi hơn, chiếm 90% lượng chất hoạt động
bề mặt được sử dụng.
Nguyên liệu sản xuất chủ yếu gồm 3 thành
phần:
§ Khoáng chất( NaCl, đá vôi, lưu huỳnh,
N2, O2)
§ Nguyên liệu hóa thạch( dầu thô, khí
gas tự nhiên, than đá)
§ Nguyên liệu biến đổi từ sinh khối( dầu
thực vật, mỡ động vật, tinh bột)
Trong ba thành phần trên thì nguyên
liệu biến đổi từ sinh khối từ dầu thực vật giữ vai trò quan trọng.
1.4.1.2 .Công thức cấu tạo của chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt được tổng hợp từ
quá trình xúc tác giữa rượu và ethylen
oxide. Cuối cùng hợp chất trên được phản ứng với SO3 hay
chlorosulfonic và cuối cùng được trung hòa bởi dung dịch kiềm Na hay NH+4
hay bổ sung thêm hóa chất đệm pH.
Công thức tổng quát: CnH2nO(C2H4O)mSO3X
Trong đó :
§ X là Na, triethanolamine( TEA) hay NH4+
§ n - số lượng nguyên tử C trên mạch chính,
n =10 -18
§ m - số lượng gốc ethylene oxide trong
mạch m= 0- 8
1.4.1.3 Ảnh hưởng gây ra do chất hoạt động bề mặt
§ Tạo thành phần bọt cản trở quá trình
lọc tự nhiên hoặc nhân tạo, tập trung các
tạp chất và có khả năng phân tán vi khuẩn, virut. Nồng độ chất tẩy anion lớn hơn
hoặc bằng 0.3 mg/l cũng đủ tạo lớp bọt ổn định.
§ Làm chậm quá trình chuyển đổi và hoà
tan oxy vào nước, ngay cả khi không có bọt tạo ra một lớp mỏng phân cách trên bề
mặt.
§ Làm xuất hiện mùi xà phòng khi hàm lượng
cao hơn ngưỡng.
§ Tăng hàm lượng phophate tạo ra sự kết
hợp polyphophate với tác nhân bề mặt , dễ dàng gây hiện tượng phú dưỡng hóa nước
sông hồ.
1.4.2 Dầu mỡ
Chất béo và dầu là thành phần chiếm số
lượng lớn trong chế biến thực phẩm, mỹ phẩm… Thành phần dầu mỏ thường được xác
định bằng trichlorotrifluoroethane.
Chất béo và dầu là những phân tử
ester của rượu hay glycerol với acid béo. Khi glycerin kết hợp với chất béo tạo
thành chất lỏng ở nhiệt độ thường được gọi là dầu, còn tạo dạng rắn gọi là chất
béo. Chúng giống nhau về thành phần hoá học như carbon, hydrogen, oxygen và một
số thành phần khác.
Trong điều kiện kiềm, glycerin được
giải phóng và tạo thành muối của kim loại kiềm. Muối của kim loại kiềm thường
được gọi là xà bông, giống như chất béo và bền vững. Xà bông tan trong nước nhưng
trong nước cứng thì Na sẽ được thay thế bằng Ca hay Mg và tạo thành các kết tủa.
Đối với dầu mỡ thường thì chúng ta phân
loại dựa trên 3 đặc tính
§ Tính phân cực
§ Khả năng phân huỷ sinh học
§ Các đặc tính vật lý
a.Dựa trên tính phân cực và khả năng phân huỷ sinh học
§ Các chất dầu mỡ có nguồn gốc động thực
vật thường dạng phân cực nên dễ phân hủy sinh học.
§ Dầu mỡ có nguồn gốc dầu mỏ thường dạng
không phân cực chính vì vậy mà rất khó phân hủy sinh học.
b. Dựa trên đặc tính vật lý
§ Dạng tự do: dạng này thường nổi trên
mặt trong điều kiện tĩnh.
§ Dạng phân tán: có đường kính từ vài
micro tới vài mm rất bền vững nhờ vào các điện tích và một số lực khác trừ tác
nhân hoạt động bề mặt.
§ Dạng nhũ tương: cũng giống như dạng
phân tán nhưng nhũ tương tồn tại là nhờ tác nhân hoạt động bề mặt giữa lớp dầu
và nước.
§ Dạng hòa tan: kích thước rất nhỏ( đường
kính bé hơn 5 micro) rất khó loại bỏ bằng phương pháp vật lý.
§ Dạng rắn ướt: thường bám trên bề mặt
vật liệu trong nước thải.
1.5 Dây chuyền sản xuất
Sơ đồ tổng quát dây chuyền sản xuất các loại sản
phẩm
Sơ đồ 1.1: Dây chuyền sản xuất chất lỏng
Sơ đồ 1.2:
Dây chuyền sản xuất bột giặt
Sơ đồ 1.3:
Dây chuyền sản xuất xà bông
Chương 2
THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI MỸ PHẨM.
2.1
Thành phần tính chất nước thải
Nước thải mỹ phẩm chủ yếu ô nhiễm về
mặt hóa học, chủ yếu chứa các chất hoạt động bề mặt, hàm lượng cặn lơ lửng, một
vài hóa chất có trong thành phần nguyên liệu. Nguồn nước thải chủ yếu sinh ra
trong quá trình rửa thiết bị và đường ống vào cuối ca hay thay đổi sản phẩm cùng
một số loại nguyên liệu tồn lưu.
Ngoài ra còn có nguồn nước thải từ
khu nhà ăn, khu vệ sinh … cần có hệ thống xử lý riêng.
Bảng 2.1: Đặc tính nước thải công ty TNHH
Proctor & Gamble(P&G)
Thông số
|
Đơn vị
|
Nước thải
|
pH
|
2.5 -4
|
|
SS
|
mg/ l
|
250- 450
|
BOD
|
mg/l
|
4000-6000
|
COD
|
mg/l
|
10000
-17000
|
SO42-
|
mg/l
|
644 - 821
|
Surfactant
|
mg/l
|
4875 -9038
|
Nitơ tổng
|
mg/l
|
235.2- 325
|
Tổng
photpho
|
mg/l
|
0.675-
0.734
|
2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử
lý nước thải đã được ứng dụng.
a. Sơ đồ 1.4
Thuyết minh sơ bộ qui trình:
Nước thải
được thu gom từ các phân xưởngvề bể thu gom bằng hệ thống ống tự chảy do bố trí
cao trình, được đưa qua song chắn rác để co thể thu gom một số rác lớn.
Sau khi thu
gom nước thải được dẫn sang bể điều hoá để điều hoà lưu lượng và nồng độ.
Sau điều hòa
là giai đoạn xử lý hoá lý. Bể tuyển nổi được thiết kế gắn với bể điều hòa thực
hiện chức năng loại bỏ chất lơ lửng, CHĐBM…
Chất nổi được vớt đưa về bể gom bùn.
Sau đó ta
tiếp tục cho qua bể keo tụ tạo bông. Sau khi keo tụ nước thải được tách cặn và
dẫn về bể lắng II.Bùn được dẫn về bể gom bùn. Sau đó nước trong được qua bể
Aerotank.
Tại bể
Aerotank chất hữu cơ được phân hủy, nước thải được dẫn sang lắng sau cùng để lắng
bông bùn hoạt tính. Bùn lắng được dẫn về bể thu gom.Nước sau cùng được đưa ra
nguồn tiếp nhận.
Bùn tại bể
thu gam bùn được bơm sang bể nén bùn tách nước rồi được đưa đến sân phơi bùn.
Nước tách bùn được dẫn về đầu hệ thống.
b.Sơ đồ 1.5
Thuyết minh sơ bộ qui trình:
Nước thải
được thu gom từ các phân xưởngvề bể thu gom bằng hệ thống ống tự chảy do bố trí
cao trình, được đưa qua song chắn rác để co thể thu gom một số rác lớn.
Sau khi thu
gom nước thải được dẫn sang bể điều hoá để điều hoà lưu lượng và nồng độ.
Từ bể điều
hoà , nước thải được bơm sang bể lắng nhằm loại bỏ các chất lơ lửng, các chất
hoạt động bề mặt khó tan.
Sau lắng sơ
bộ, nước thải vào giai đoạn xử lý sinh học. Đầu tiên là vào bể UASB. Tại bể
UASB các chất HĐBM, chất hữu cơ mạch dài được phân hủy một lượng lớn. Đồng thời
tạo điều kiện cho quá trình xử lý hiếu khí ở công đoạn kế tiếp.
Sau phân hủy
kỵ khí, quá trình xử lý hiếu khí bằng bể aerotank nhằm phân hủy các chất hữu cơ
còn lại.
Nước thải từ
bể aerotank sau khi được phân hủy hiếu khí sẽ được dẫn sang bể lắng II để lắng
các bông bùn tạo thành. Sau đó sẽ được thải ra ngoài nguồn tiếp nhận.
Bùn sẽ được
thu gom và bơm sang bể nén bùn. Nước tách bùn được dẫn về đầu vào, bùn đã được
nén đưa sang phân phơi bùn
c. Sơ đồ 1.6:dây chuyền công nghệ hiện tại của nhà máy
P&G
Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Ở sơ
đồ 1.6 nước thải từ hệ thống sản xuất được đưa vào bể lắng sơ bộ, tại đây
COD được giảm khoảng 20 -30% do quá trình lắng tự nhiên. Sau đó nước thải qua
quá trình keo tụ sẽ giảm khoảng 50% COD. Tiếp theo là qua bể đệm để ổn định lưu
lượng cũng như pH. Nước qua bể kỵ khí tại đây hệ thống chỉ có nhiệm vụ cắt mạch
các phân tử có cấu trúc mạch dài và nước được đưa vào bể kỵ khí dính bám xử lý
với tải lượng cao. Sau đó nước được dẫn qua bể lọc bùn. Nước thải sau khi qua hệ
thống đạt tiêu chuẩn loại C được đưa qua khu công nghiệp Đồng An xử lý tiếp
CHƯƠNG 3
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
-
Phương pháp này sử dụng các thiết bị, máy móc nhằm xử lý một phần các chất ô
nhiễm có trong nước thải. Ví dụ như quá trình tách rác ( chủ yếu là các bao bì
) ra khỏi nước thải.
-
Các thiết bị thông dụng loại này như máy tách rác, song chắn rác, máy ép bùn,
các thiết bị lọc (lọc cát, lọc than )…
3.2 Phương pháp hoá lý
-
Phương pháp này ứng dụng các quá trình hoá lý để xử lý nước thải, nhằm giảm một phần các
chất ô nhiễm ra khỏi nước thải.
-
Phương pháp hoá lý chủ yếu là phương pháp keo tụ (keo tụ bằng phèn nhôm, PAC,
polymer), phương pháp đông tụ, phương pháp tuyển nổi, … dùng để loại bỏ hàm
lượng chất lơ lửng (SS), các chất hoạt động bề mặt của nước thải từ sản xuất
dầu gội, sữa tắm…, độ màu, độ đục, COD, BOD5 của nước thải.
3.3 Phương pháp hoá học
-
Phương pháp này dùng các phản ứng hoá học để chuyển các chất ô nhiễm thành các
chất ít ô nhiễm hơn, chất ô nhiễm thành chất không ô nhiễm. Ví dụ như dùng
ozon, Chlorine, để ôxy hoá các chất hữu cơ, vô cơ còn lại trong nước thải sau
khi qua xử lý sinh học.
3.4 Phương pháp sinh học
-
Phương pháp xử lý nước thải này nhờ tác dụng của các loài vi sinh vật để phân
huỷ một hàm lượng chất hữu cơ rất cao trong nước thải của ngành hoá mỹ phẩm,khả
năng khử BOD5, COD rất hiệu quả. Phương pháp này chia làm 2 loại chủ yếu là
sinh học hiếu khí ( có mặt sinh vật hiếu khí ) và sinh học kị khí ( có mặt sinh
vật kị khí ). Đây là phương pháp phổ biến và thông dụng trong các qui trình xử
lý nước thải vì có ưu điểm giá thành thấp, dễ vận hành.
-
Các công trình đơn vị xử lý sinh học hiếu khí như : Aerotank, sinh học hiếu khí
SBR, sinh học tiếp xúc quay RBC (Rotating biological contact).
-
Các công trình đơn vị xử lý sinh học kị khí như : UASB ( upflow anearobic
slugde blanket ), bể lọc sinh học kị khí dòng chảy ngược, bể lọc sinh học kị
khí dòng chảy ngược có tầng lọc, bể kị khí khuấy trộn hoàn toàn,…
3.4.1Tổng quan về các phương pháp xử lý sinh học kỵ khí
Giới thiệu
Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học
chất hữu cơ trong điều kiện không có
oxy.
Phân hủy kị khí có thể chia làm 6 quá trình:
1. Thủy phân polymer: thủy phân các
protein, polysaccaride, chất béo.
2. Lên men các amino acid và đường
3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài
và rượu( alcohols)
4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi(
ngoại trừ acid acetic)
5. Hình thành khí methane từ acid
acetic.
6. Hình thành khí methane từ hydrogen và
CO2.
Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra
đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:
§ Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới
tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan(
polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất
hòa tan( đường, các amino acid, acid béo)
Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc
vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân
rất chậm.
§ Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn
lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi,
alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3,
H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống
4.0.
§ Acetic hoá( Acetogenesis)
Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn
acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới
§ Methane hóa( methanogenesis )
Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí.
Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành
methane, CO2 và sinh khối mới
Phân loại
Sơ đồ 2.1: Phân loại các hệ thống xử lý kỵ khí
3.4.1 .1 Quá trình xử lý kỵ khí sinh trưởng lơ lửng
a. Quá trình phân hủy
kỵ khí xáo trộn hoàn toàn
Đây là loại bể xáo trộn liên tục, không
tuần hoàn bùn. Bể thích hợp xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hoà tan dể
phân hủy nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ.
Thiết bị xáo trộn có thể dùng hệ thống
cánh khuấy cơ khí hoặc tuần hoàn khí biogas( đòi hỏi có máy nén khí biogas và
phân phối khí nén).
Trong quá trình phân hủy lượng sinh
khối mới sinh ra và phân bố trong toàn bộ thể tích bể.
Hàm lượng chất lơ lửng ở dòng ra phụ
thuộc vào thành phần nước thải vào và yêu cầu xử lý.
Thời gian lưu sinh khối chính là thời
gian lưu nước. Thời gian lưu bùn thông thường từ 12- 30 ngày.
Tải trọng đặc trưng cho bể này là
0.5- 0.6 kgVS/m3.ngày.
Do hàm lượng sinh khối trong bể thấp
và thời gian lưu nước lớn nên loại bể này thích hợp và có thể chịu đựng được tốt
trong trường hợp có độc tố hoặc khi tải
trọng tăng đột ngột.
b. Quá trình
tiếp xúc kỵ khí
Quá trình này gồm 2 giai đoạn:
§ Phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn
§ Lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý.
Bùn sinh học sau khi tách được tuần
hoàn trở lại bể phân hủy kỵ khí.
Lượng sinh khối có thể kiểm soát được,
không phụ thuộc vào lưu lượng nước thải nên thời gian lưu bùn có thể khống chế
được và không liên quan đến thời gian lưu nước.
Khi thiết kế có thể chọn thời gian lưu
bùn thích hợp cho phát triển sinh khối, lúc đó có thể tăng tải trọng, giảm thời
gian lưu nước, khối tích công trình giảm dần đến chi phí đầu tư kinh tế hơn.
Hàm lượng VSS trong bể tiếp xúc kị khí
dao động trong khoảng 4000 -6000 mg/ l.
Tải trọng chất hữu cơ từ 0.5 đến 10
kg COD/m3/ ngày.
Thời gian lưu nước từ 12 giờ đến 5
ngày.
Hệ thống lắng trọng lực phụ thuộc vào
tính chất bông bùn kị khí. Các bọt khí biogas sinh ra trong quá trình phân huỷ
kỵ khí thường bám dính vào các hạt bùn làm giảm tính lắng của bùn. Để tăng cường
khả năng lắng của bùn, trước khi lắng cho hỗn hợp nước và bùn đi qua bộ phận tách
khí như thùng quạt gió, khuấy cơ khí hoặc tách khí chân không và có thể thêm chất
keo tụ đẩy nhanh quá trình tạo bông.
c. UASB: bể xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngược qua lớp bùn
Mô hình là cột hình trụ tròn gồm hai
phần:
§ Phần phân huỷ
§ Phần lắng
Nước thải được phân bố vào từ đáy bể
và đi ngược lên qua lớp bùn sinh học có mật độ vi khuẩn cao. Khí thu được trong
quá trình này được thu qua phễu tách khí lắp đặt phía trên. Cần có tấm hướng dòng
để thu khí tập trung vào phễu không qua ngăn lắng. Trong bộ phận tách khí, diện
tích bề mặt nước phải đủ lớn để các hạt bùn nổi do dính bám vào các bọt khí
biogas tách khỏi bọt khí. Để tạo bề rộng cần thiết cần có cột chặn nước. Dọc
theo mô hình có các vòi lấy mẫu ( 4- 6 vòi) để đánh giá lượng bùn trong bể thông
qua thí nghiệm xác định mặt cắt bùn.
UASB hoạt động tốt khi các nguyên tắc
sau đạt được:
§ Bùn kỵ khí có tính lắng tốt
§ Có bộ phận tách khí - rắn nhằm tránh
rữa trôi bùn khỏi bể.Phần lắng ở trên có thời gian lưu nước đủ lớn, phân phối và
thu nước hợp lý sẽ hạn chế dòng chảy rối. Khi hạt bùn đã tách khí đến vùng lắng
có thể lắng xuống và trở lại ngăn phản ứng.
§ Hệ thống phân phối đầu vào đảm bảo tạo
tiếp xúc tốt giữa nước thải và lớp bùn sinh học. Mặt khác, khi biogas sinh ra sẽ
tăng cường sự xáo trộn giữa nước và bùn, vì vậy có thể không cần thiết thiết bị
khuấy cơ khí.
Khi sử dụng UASB cần chú ý đến:
§ Bùn nuôi cấy ban đầu: nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/ m3. Lượng
bùn cho vào không nên nhiều hơn 60% thể tích bể.
§ Nước thải: cần xem xét thành phần tính chất nứơc thải như hàm lượng
chất hữu cơ, khả năng phân hủy sinh học của nước thải, tính đệm, nhiệt độ nước
thải…
§ Hàm lượng chất hữu cơ: COD < 100
mg/l không sử dụng được UASB, COD> 50000mg/l thì cần pha loãng nước thải hoặc
tuần hoàn nước thải đầu ra.
§ Chất dinh dưỡng: nồng độ nguyên tố
N,P , S tối thiểu có thể tính theo biểu thức sau:
(COD/Y) : N :P : S =( 50/Y) : 5: 1 :1
Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc
vào loại nước thải. Nước thải dễ acid hóa Y= 0.03, khó acid hóa Y= 0.15
§ Hàm lượng cặn lơ lửng: nước thải có hàm
lượng SS lớn không thích hợp cho mô hình này. SS > 3000 mg/l khó phân hủy
sinh học sẽ lưu lại trong bể sẽ ngăn cản quá trình phân hủy nước thải.Nếu cặn có
thể cuốn trôi thì không có vấn đề gì.
§ Nước thải chứa độc tố: UASB không thích
hợp với loại nước thải có hàm lượng amonia > 2000 mg/l hoặc hàm lượng
sulphate > 500 mg/l. Khi nồng độ muối cao cũng gây ảnh hưởng xấu đến vi khuẩn
methane. Khi nồng độ muối nằm trong khoảng 5000 ¸ 15000 mg/l thì có thể xem là độc tố.
3.4.1.2 Quá trình kỵ khí sinh trưởng
bám dính
a. Lọc kỵ khí( giá thể cố định dòng chảy ngược )
Bể lọc kỵ khí là cột chứa đầy vật liệu
rắn trơ là giá thể cố định cho vi sinh vật kỵ khí sống bám trên bề mặt. Giá thể
có thể là sỏi, đá , than, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa…
Dòng nước phân bố đều từ dưới lên, tiếp
xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể. Do khả năng bám dính tốt của
màng vi sinh dẫn đến lượng sinh khối trong bể tăng lên và thời gian lưu bùn kéo
dài. Vì vậy thời gian lưu nước thấp, có thể vận hành ở tải trọng rất cao.
Các loại giá thể:
§ Đá hoặc sỏi thường bị bít tắc do các
chất lơ lửng hoặc màng vi sinh không bám dính giữ lại ở những khe rỗng giữa các
viên đá hoặc sỏi.
§ Vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc
thoáng, độ rỗng cao ( 95%) nên vi sinh dễ bám dính và chúng thường được thay thế
dần cho đá, sỏi. Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/ thể tích của vật liệu thông thường
dao động trong khoảng 100 ¸ 220 m2/m3.
Trong bể lọc kị khí do dòng chảy
quanh co đồng thời do tích lũy sinh khối nên dễ gây ra các vùng chết và dòng chảy
ngắn. Để khắc phục nhược điểm này cần bố trí thêm hệ thống xáo trộn bằng khí
biogas sinh ra thông qua hệ thống phân phối khí đặt dưới lớp vật liệu và máy nén
khí biogas.
Sau thời gian vận hành dài, các chất
rắn không bám dính gia tăng. Điều này chứng tỏ khi hàm lượng SS đầu ra tăng, hiệu
quả xử lý giảm do thời gian lưu nước thực tế trong bể bị rút ngắn lại. Chất rắn
không bám dính có thể lấy ra khỏi bể bằng cách xả đáy và rữa ngược.
b.Quá trình
kỵ khí bám dính xuôi dòng
Trong quá trình này nước thải chảy từ
trên xuống qua lớp giá thể module. Giá thể này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương
đối thẳng theo hướng từ trên xuống. Đường kính dòng chảy nhỏ xấp xỉ 4 cm. Với cấu
trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy chất rắn không bám dính và
thích hợp cho xử lý nước thải có hàm lượng SS cao.
c.Quá trình
kỵ khí tầng giá thể lơ lửng
Nước thải được bơm từ dưới lên qua lớp
vật liệu lọc hạt là giá thể cho vi sinh sống bám. Vật liệu này có đường kính nhỏ,
vì vậy tỉ lệ diện tích bề mặt / thể tích rất lớn (cát, than hoạt tính hạt…) tạo
sinh khối bám dính lớn. Dòng ra được tuần hoàn trở lại để tạo vận tốc nước đi lên
đủ lớn cho lớp vật liệu hạt ở dạng lơ lửng, giản nỡ khoảng 15 ¸ 30% hoặc
lớn hơn. Hàm lượng sinh khối trong bể có thể tăng lên đến 10000 ¸40000
mg/l. Do lượng sinh khối lớn và thời gian lưu nước quá nhỏ nên quá trình này có
thể ứng dụng xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp như nước sinh hoạt.
Động học cho quá
trình kỵ khí
Tương tự quá trình hiếu khí, động học
quá trình giữ vai trò chủ đạo trong phát triển và vận hành hệ thống xử lý kỵ khí
nước thải.Dựa vào kiến thức hoá sinh và vi sinh của quá trình kỵ khí, động học
cung cấp cơ sở hợp lý để phân tích kiểm soát và thiết kế quá trình.
Mặt khác, động học cũng liên quan đến
các yếu tố môi trường vận hành ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy hoặc sử dụng chất
thải.
Quá trình xử lý sinh học được mô tả bằng
các công thức toán học dựa trên lý thuyết quá trình nuôi cấy vi sinh liên tục.
Động học sinh trưởng vi sinh căn cứ vào mối quan hệ cơ bản: tốc độ sinh trưởng
và tốc độ sử dụng cơ chất Nhiều mô hình toán học khác nhau như Monod, Moser,
Contois, Graus…) thể hiện sự ảnh hưởng hàm lượng cơ chất giới hạn sinh trưởng đối
với tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật.
3.4.2 Tổng quan về quá trình xử lý
sinh học hiếu khí
Định nghĩa
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí là
quá trình sử dụng các vi sinh oxy hóa các chất hữucơ trongđiều kiện có oxy.
Quá trình xử lý nước thải bằng phương
pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn:
§ Ôxy hóa các chất hữu cơ:
Enzyme
CxHyOz
+ O2 ® CO2 + H2O + DH
§ Tổng hợp tế bào mới:
Enzyme
CxHyOz
+ O2 + NH3 ® Tế bào vi khuẩn ( C5H7NO2)+
CO2 + H2O - DH
§ Phân hủy nội bào:
Enzyme
C5H7O2
+ O2 ® 5 CO2 + 2H2O +
NH3 ± DH
Trong 3 loại phản ứng DH là năng
lượng được sinh ra hay hấp thu vào. Các chỉ số x, y, z tuỳ thuộc vào dạng chất hữu cơ chứa cacbon bị
oxy hóa.
3.4.2.1Quá trình hiếu khí sinh trưởng
lơ lửng
a. Aerotank: là công trình xử lý nước thải có dạng
bể được thực hiện nhờ bùn hoạt tính và cấp oxy bằng khí nén hoặc làm thoáng,
khuấy đảo liên tục. Với điều kiện như vậy, bùn được phát triển ở trạng thái lơ
lửng và hiệu suất phân hủy ( oxy hóa) các hợp chất hữu cơ là khá cao.
Bùn hoạt tính
là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải, hình thành những bông cặn có
khả năng hấp thu và phân hủy các chất hữu cơ khi có mặt oxy. Các bông này có mày
nâu dễ lắng có kích thước từ 3 đến 5 mm.
Ứng dụng bùn
hoạt tính cần chú ý đến các điểm sau:
§ Cân bằng dinh dưỡng cho môi trường lỏng
theo tỉ lệ: BOD5 : P :N : bình thường là 100: 5 :1; xử lý kéo dài
200: 5: 1.
§ Chỉ số thể tích bùn SVI: là số ml nước
thải đang xử lý lắng được 1 gam bùn trong 30 phút và được tính:
§ Chỉ số MLSS: chất rắn tổng hợp trong
chất lỏng, rắn , huyền phù, gồm bùn hoạt tính và chất lơ lửng còn lại chưa được
vi sinh kết bông.
V là thể tích
bùn lắng
M là số gam
bùn khô( không tro)
b. Bể hiếu khí tiếp xúc
c.Bể xử lý sinh học theo mẻ
3.4.2.2 Quá trình hiếu khí sinh
trưởng dính bám
a.Lọc
hiếu khí
Hoạt động nhờ
quá trình dính bám của một số vi khuẩn hiếu khí lên lớp vật liệu giá thể. Do quá
trình dính bám tốt nên lượng sinh khối tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài nên
có thể xử lý ở tải trọng cao. Tuy nhiên hệ thống dễ bị tắc do quá trình phát
triển nhanh chóng của vi sinh hiếu khí nên thời gian hoạt động dễ bị hạn chế.
b. Lọc sinh học nhỏ giọt
Là loại bể lọc
sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước. Các vật liệu lọc có độ rỗng
và diện tích tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện có
thể. Nước đến lớp vật liệu chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng
qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật
liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ
có trong nước.
c. Đĩa quay sinh học
Gồm hàng loạt
đĩa tròn, phẳng được lắp trên một trục. Các đĩa này được đặt ngập trong nước một
phần và quay chậm khi làm việc.
Khi quay màng
sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxy
khi ra khỏi đĩa. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa được tiếp xúc được với
không khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy chất hữu cơ
được phân hủy nhanh.
Chương 4:
PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ
Chương 5:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Chương 6:
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
Đăng nhận xét