Thiết kế hệ thống xử lý nước thải của một cơ sở chế biến thuỷ sản

am, đặc biệt trong lĩnh vực xuất khẩu thủy sản đã trở thành động lực thúc đẩy kinh tế thủy sản phát triển. Các sản phẩm chế biến thủy sản xuất khẩu mang lại nguồn ngoại tệ rất lớn. Năm 2003 giá trị kim ngạch xuất khẩu đạt trên 2.023 triệu USD, tốc độ tăng trưởng trong những năm từ 1990 đến năm 2003 đạt gần 90%. Dự kiến đến năm 2010 giá trị kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam có thể đạt được 10 tỷ USD. Các cơ sở chế biến thủy sản ở Việt Nam hầu hết được xây dựng từ lâu có quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu và đa số các cơ sở thủy sản chưa có hệ thống xử lý các chất thải ô nhiễm phát sinh ra từ quá trình sản xuất hoặc có nhưng hoạt động kém hiệu quả. Hiện nay với nhận thức ngày càng cao về chất lượng môi trường, sức khỏe con người, chúng ta đã nhận thấy việc không xử lý chất ô nhiễm của công nghệ chế biến thủy sản mà thải thẳng ra môi trường là không thể chấp nhận được. Hơn nữa để trở thành một ngành mũi nhọn thu hút nguồn ngoại tệ lớn từ thị trường quốc tế ngành chế biến thủy sản phải áp dụng một số tiêu chuẩn quản lý chất lượng quốc tế và vệ sinh môi trường. Chính vì vậy, hơn lúc nào hết các cơ sở chế biến thủy sản cần phải có ngay giải pháp hữu hiệu để đảm bảo được các yêu cầu trên. Hiện tại các cơ sở chế biến thủy sản ở Việt Nam sẽ gặp nhiều khó khăn trong việc bố trí khu vực xử lý chất thải, thay đổi công nghệ để giảm thiểu... do mặt bằng nhà xưởng và hệ thống thoát nước, các trang thiết bị công nghệ để ổn định. Nên cần có sự lựa chọn khoa học và kinh tế các giải pháp xử lý nước thải cho các cở sở chế biến thủy sản Việt nam. Mục tiêu của đồ án môn học này là nhằm nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải của một cơ sở chế biến thủy sản với các thông số ô nhiễm của nước thải được cho theo bảng 1: Bảng 1. Đặc trưng ô nhiễm nước thải của một cơ sở chế biến thủy sản: STT Thông số Giá trị TCVN 5945 – 1995 cột B Đơn vị 1 Lưu lượng Q 400 - m3/ ngày đêm 2 pH 6,8 5.5 – 9.0 mg/l 3 COD 2574 100 mg/l 4 BOD5 1865 50 mg/l 5 TS 3170 - mg/l 6 SS 887 100 mg/l 7 SN 52,5 60 mg/l 8 SP 6,9 - mg/l Đây là đồ án môn học chỉ làm trong thời gian ngắn nên chỉ yêu cầu nội dung tập trung chủ yếu vào phân tich lựa chọn công nghệ, thiết kế các thiết bị trong hệ thống xử lý. Ngoài ra, đồ án môn học này còn tập cho sinh viên làm việc theo nhóm. Vói sự hướng dẫn của TS. Huỳnh Trung Hải, nhóm chúng tôi gồm 3 người: Trong sơ đồ hệ thống xử lý gồm 3 công đoạn xử lý chính, và mỗi người được phân công làm những công việc như sau: Tính toán công đoạn xử lý sơ cấp - Nguyễn Nhật Quang. Tính toán công đoạn xử lý cấp I - Chu Hồng Chuyên. Tính toán công đoạn xử lý cấp II - Nguyễn Thị Thắm. Chương I Những đặc trưng cơ bản của ngành chế biến thủy sản I.1. Nguyên liệu Nguyên liệu cho ngành chế biến thủy sản được cung cấp từ các nguồn khác nhau: khai thác biển, khai thác mặt nước nội địa, nuôi trồng thủy sản (nước ngọt, nước lợ, nước mặn). Nguyên liệu phải đảm bảo các yêu cầu sau: [11] + Tôm: Phải tươi, không có biến đỏ ở đầu (với tôm he), không có biến đen ở đầu (với tôm rảo, tôm vàng, tôm sắt...) màu sắc tự nhiên không có mùi ươn, không được phép quá 10% có chấm đen ở bụng, đuôi, vỡ gạch, không quá 5% bị giập vỡ. + Mực: Mực mai trọng lượng lớn hơn 100g/con, có không quá 2 vết thương, thịt trắng, cho phép hơi phớt vàng ngà, không có mùi ươn. Mực ống trọng lượng trên 90g/con, màu sắc tự nhiên, cho phép phớt hồng với diên tích < 30% toàn thân, không có mùi ươn. + Cá: đầu, mình phải nguyên vẹn, vảy sáng trắng, dính chặt vào da (với cá không vảy da phải trơn bóng). Miệng và nắp mang khép chặt, hoa khế đỏ tươi đến hơi tái, mắt lồi sáng hoặc hơi đục, thân mềm, chắc, bụng bình thường không chảy nhớt, thịt dai mềm, đàn hồi tốt, khó tách xương, không có mùi lạ. Bảo quản nguyên liệu: Nguyên liệu tươi đủ tiêu chuẩn thường được vào sản xuất ngay, nhưng cũng có khi chưa được sản xuất thì phải đem đi bảo quản. Hình thức bảo quản là: nguyên liệu được ngâm trong các thùng nước lạnh bằng nhựa. Tỷ lệ nước đá và nguyên liệu là 1:1. Trên mặt thùng phủ lớp nước đá dày 5cm. Các thùng để nơi thoáng mát cách nhiệt. Phải kiểm tra nhiệt độ của nước trong thời gian bảo quản. Nước bảo quản có pha chlorine với hàm lượng 50ppm. Bằng cách thức như vậy, nguyên liệu có thể bảo quản được 24h. I.2. Sản phẩm I.2.1. Chế biến thuỷ sản theo phương pháp truyền thống Các sản phẩm chính là: Cá khô, tôm khô, mực khô, mắm các loại chủ yếu phục vụ cho thị trường nội địa. I.2.2. Chế biến thuỷ sản công nghiệp Trong thời gian trước đây, chế biến thuỷ sản công nghiệp chủ yếu phục vụ cho xuất khẩu. Những năm gần đây, mức sống của dân cư ở các khu công nghiệp và đô thị lớn trong nước được cải thiện, nhu cầu của người dân thay đổi thích ứng với cuộc sống công nghiệp nên các sản phẩm thuỷ sản chế biến công nghiệp bao gồm: Đồ hộp, thuỷ sản đông lạnh, thuỷ sản chế biến sẵn, ăn liền, đóng gói nhỏ đang được tiêu thụ rộng rãi với số lượng lớn trên thị trường trong nước. Một số quy trình sản xuất chế biến thuỷ sản kèm theo dòng thải được mô tả trong hình I.1, I.2 và I.3. I.3. Quy trình sản xuất của công nghệ chế biến thủy sản I.3.1. Quy trình sản xuất cá filê Nguyên liệu Bảo quản lạnh Hệ thống lạnh Chất tải lạnh rò rỉ Điện năng Tổn thất lạnh Rửa, phân loại Nước thải Nước rửa Ng.liệu không đạt yêu cầu Sơ chế (cắt đầu, moi ruột, đánh vẩy…) Nước, Clo Nước thải Muối Chất thải rắn (vẩy, đầu...) Lột da Nước thải Nước, Clo Chất thải rắn Cắt, sửa Nước, Clo Nước thải Chất thải rắn Kiểm tra chất lượng Filê không đạt chất lượng Xếp khuôn Plastic (bao bì) Nước thải (nước rửa và Cấp đông Nước, Clo vệ sinh khuôn) Hệ thống lạnh Nước thải, tổn thất lạnh Điện năng nước vệ sinh tủ cấp đông Tách khuôn mạ băng Nước thải Nước Bao gói Bao bì, nhãn Chất thải rắn Kho bảo quản Hệ thống lạnh Nước thải Điện năng Tổn thất lạnh Phân phối Hình I.1. Sơ đồ quy trình sản xuất cá file có kèm dòng thải 1.3.2. Quy trình chế biến mực: Bảo quản Rửa Tiền chế Rửa loại bỏ chất bẩn Làm sạch bằng ly tâm Luộc Cắt râu, rửa Phân loại sơ bộ Cắt, rửa Phân loại, rửa Kiểm tra chất lượng, rửa Cấp đông Bao bì Cấp đông Hệ thống lạnh Hệ thống lạnh Chất tải lạnh rò rỉ Chất tải lạnh rò rỉ Bao bì, nhãn Chất thải rắn Mực nguyên liệu Nước Nước thải Đá Nước rửa Nước thải Nước rửa Nước thải Chất thải rắn Nước Nước thải Nước thải Nước, muối Phèn Nước Nước thải Chất thải rắn Nước thải Nước Nước Hơi nước Nước thải Nước thải Nước, Clo Chất thải rắn Phân phối sản phẩm Cấp đông Đóng gói Bảo quản lạnh Cấp đông Nước Nước thải Nước Nước thải Clo Bảo quản lạnh Phân phối sản phẩm Hệ thống lạnh Chất tải lạnh rò rỉ Hình I.2. Sơ đồ quy trình chế biến Mực có kèm theo dòng thải Điện năng Tổn thất lạnh 1.3.3. Quy trình đóng hộp thủy sản Thủy sản nguyên liệu Bảo quản Phân loại, moi ruột, cắt đầu, lột da Luộc sơ Loại bỏ nước Rửa hộp Rót nước sốt Ghép mí Đóng hộp Thanh trùng Làm nguội bảo quản Phân phối sản phẩm Hình I.3. Sơ đồ quy trình đóng hộp thuỷ sản có kèm theo dòng thải Nước Đá Nước thải Clo Nước thải Nước Chất thải rắn Nước, hơi nước Nước thải nóng chứa dầu và Protein Nước thải nóng chứa dầu và Protein Nước, nước sốt Nước thải (muối) Chất thải rắn Nước rửa, Clo Nước, hơi nước Nước thải Nước Nước thải Qua các quy trình chế biến đã nêu ở trên, có thể nhận thấy rằng các quy trình sử dụng nhiều nước, sinh ra các loại chất thải (rắn, lỏng) dễ phân huỷ sinh học. Nếu không được quản lý và kiểm soát một cách thích hợp sẽ gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, trực tiếp và gián tiếp ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng. Nên việc xử lý nước thải là vấn đề cấp bách của mọi cơ sở chế biến thuỷ ở Việt Nam. I.4. Vấn đề môi trường của ngành chế biến thủy sản I.4.1. Nước thải Nguồn đe doạ lớn nhất đối với môi trường và đời sống con người của loại hình CBTS là nước thải sản xuất. Chính vì vậy, việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải CBTS sẽ được đề cập chủ yếu. Nước thải của cơ sở CBTS chủ yếu sinh ra từ các công đoạn sau: Rửa nguyên liệu, ngâm, bảo quản, chế biến, vệ sinh thiết bị nhà xưởng…. Nước thải CBTS có chứa nhiều hợp chất hữu cơ cao phân tử có nguồn gốc từ động vật như: protit, lipit, axit amin tự do, hợp chất hữu cơ có chứa nitơ…tồn tại trong nước ở dạng keo, phân tán mịn không tan nên có độ màu và độ đục cao và dẽ bị phân huỷ bởi các tác nhân sinh học. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải CBTS thường không ổn định phụ thuộc rất nhiều vào dạng nguyên liệu sử dụng, trình độ công nghệ, nhu cầu dùng nước cũng như đặc điểm riêng của từng cơ sở sản xuất. Do nguyên liệu thuỷ sản chứa nhiều loại enzim có hoạt tính xúc tác sinh học rất mạnh nên các hợp chất hữu cơ rất dễ bị phân huỷ tạo thành các sản phẩm gây mùi khó chịu, độc hại từ nhẹ đến rất nặng theo chủng loại, tính chất nguyên liệu. Nước thải từ chế biến tôm, mực và bạch tuộc có mùi rất mạnh. Trong thành phần nước thải, các chất lơ lửng, không tan và rất dễ lắng bao gồm các chất khoáng vô cơ (đất, cát, sạn) và các mảnh vụn chứa thịt, xương, vây, vảy…tập trung chủ yếu ở khâu tiếp nhận và công đoạn xử lý nguyên liệu. Các chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán mịn có nhiều trong quá trình rửa khi xử lý nguyên liệu và trước khi xếp khuôn, cấp đông, ví dụ như: màu, các chất dịch, thịt, mỡ, các chất nhờn…Các chất hữu cơ ở dạng này rất khó lắng và là yếu tố cơ bản tạo nên độ màu của nước thải [10]. Ngoài ra, còn sử dụng một lượng lớn các hoá chất khử trùng (clorine, Javen) có khả năng phản ứng với các chất hữu cơ tạo ra những sản phẩm trung gian có độc tính đối với sinh vật sống trong nguồn tiếp nhận. I.4.2. Môi trường không khí Trong quá trình thu mua và chế biến nguyên liệu thủy sản đã gây ra mùi hôi, tanh đặc trưng. Đặc biệt là mùi hôi tanh do thành phần các chất hữu cơ dễ bị phân hủy trong nước thải, trong phế thải rắn bị phân hủy yếm khí tạo ra các khí độc có mùi như H2S, NH3, Mecaptan...Ngoài ra còn mùi của các hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất. Bên cạnh đó, trong quá trình sản xuất còn sử dụng hệ thống lạnh với các tác nhân lạnh có thể là: NH3, Freon, R22…các tác nhân lạnh này có thể thất thoát gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên khi không có sự cố đặc biệt thì khả năng tác động ô nhiễm đến môi trường khí của ngành chế biến thủy sản là không đáng kể. I.4.3. Chất thải rắn Tùy theo loại nguyên liệu và dạng sản phẩm mà có lượng chất thải rắn khác nhau. Chất thải rắn của CBTS chủ yếu là phế thải sản xuất. Bao gồm: đầu, da, vỏ, nội tạng, xương cá, bao bì nhựa, ni lông… Chất thải này giàu protit, lipit và các chất dinh dưỡng nên được tận thu dùng làm thức ăn gia súc. Nếu phân loại, xử lý kịp thời và hiệu quả thì lượng chất thải rắn này hoàn toàn không có hại. Tuy nhiên, nếu để lâu mà không xử lý, chúng sẽ bị phân huỷ tạo ra các chất độc hại gây ô nhiễm môi trường không khí, đất, nước mặt và cả nước ngầm. Đồng thời đó cũng là môi trường để phát triển các loại vi sinh vật gây các ổ dịch bệnh. Hiện nay, hầu hết lượng phế thải trong quá trình sản xuất được tận thu dùng làm thức ăn gia súc (các chất thải liên quan đến thuỷ sản), hoặc bán dưới dạng phế liệu (các bao bì hỏng). Chương II Lựa chọn phương án xử lý nước thải Chế Biến Thuỷ Sản II.1. Các phương pháp xử lý nước thải Trong giới hạn của đồ án môn học này, chúng ta chỉ tập trung giới thiệu, đề cập tới các phương pháp với những biện pháp và công nghệ thường được áp dụng hoặc được đua ra để xem xét lựa chọn trong xử lý nước thải của ngành CBTS. Có 3 phương pháp chính để xử lý nước thải: + Phương pháp xử lý cơ học. + Phương pháp xử lý hoá học và hoá lý học. + Phương pháp xử lý sinh học. Việc lựa chọn phương pháp cũng như các giải pháp, công trình cụ thể để áp dụng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phụ thuộc vào đặc điểm tính chất nước thải và mức độ cần thiết làm sạch. [2] II.1.1. Phương pháp xử lý cơ học Được sử dụng để loại bỏ tạp chất không tan kích thước lớn, phân tán thô có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ ra khỏi nước thải. Phương pháp hay được áp dụng trong xử lý sơ bộ ban đầu hoặc là bộ phận chuyển tiếp giữa các giai đoạn xử lý làm sạch của quy trình công nghệ. [2] Các biện pháp xử lý cơ học phổ biến hiện nay trong xử lý nước thải CBTS là: Song chắn, lưới chắn, lắng, tách loại các chất nổi (dầu, mỡ)... Hiệu suất làm sạch có thể đạt tới 8 - 10% theo SS, 15 – 20% theo BOD. [11] II.1.2. Phương pháp xử lý hoá học và hoá lý học Cơ sở của phương pháp hoá học là các phản ứng hoá học và thường kèm theo là các quá trình lý – hoá diễn ra giữa các chất đưa vào với nước thải. Các phản ứng hoá học có thể là: ôxy hoá khử, trung hoà (kèm theo quá trình keo tụ), phản ứng thuỷ phân tạo kết tủa....ngoài ra còn có các biện pháp ozôn hoá, điện hoá tuy nhiên ít được áp dụng do giá thành đầu tư lớn và yêu cầu cao trong quản lý vận hành. Các phương pháp hoá - lý bao gồm: tuyển nổi, hấp phụ, keo tụ, trích ly, bay hơI, trao đổi Iôn, màng bán thấm.... Tuy nhiên, phương pháp tuyển nổi, hấp phụ và keo tụ thường được ưu tiên lựa chọn. + Tuyển nổi: Hiệu suất xử lý có thể đạt tới 70 – 80% theo SS, 30 – 40% theo BOD, 80% theo hàm lượng dầu mỡ, 30 – 50% theo nồng độ các chất hoạt động bề mặt. [11] + Keo tụ: Hiệu suất xử lý có thể đạt tới 80 – 90% theo SS, 40 – 50% theo BOD.[2] + Hấp phụ: Hiệu quả xử lý phụ thuộc nhiếu vào loại vật liệu cũng như cơ chế hấp phụ, hiệu suất xử lý có thể đạt tới 80 – 90% theo COD. II.1.3. Phương pháp xử lý sinh học Phương pháp xử lý sinh học có thể thực hiện bằng một hoặc liên tiếp nhiều quá trình sinh hoá và hoàn toàn có khả năng làm sạch triệt để nước thải với yếu tố ô nhiễm chủ yếu là các chất hữu cơ sinh hoá. Thông thường phương pháp sinh hoá được áp dụng trong giai đoạn cuối của quy trình công nghệ xử lý làm sạch nước thải. Đối với nước thải từ CBTS, theo những kết quả nghiên cứu đánh giá, kinh nghiệm của các nhà khoa học cho thấy với đặc tính các chất ô nhiễm hữu cơ thuộc loại không bền vững, dễ bị phân huỷ bởi vi sinh vật và có tỷ lệ BOD/COD > 0.5 sẽ thích hợp cho xử lý bằng phương pháp sinh học sau khi đã có các biện pháp loại bỏ các tạp chất không tan. [2] Phương pháp xử lý sinh học yếm khí Một trong những phương pháp xử lý sinh học nước thải giàu chất hữu cơ có hiệu quả là quá trình phân giải kỵ khí thu Biogas. Quá trình thực hiện nhờ các chủng vi khuẩn kỵ khí bắt buộc. Quá trình này thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ biến động từ 3000 – 10000mg/l. Tuy nhiên, phương pháp xử lý sinh học đối với nước thải ngành chế biến thuỷ sản có xu hướng không áp dụng. Do các nguyên nhân sau: Chế biến thuỷ sản là ngành mà sản phẩm có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của con người. Trong nước thải có chứa nhiều Cl- gây ức chế các vi sinh vật yếm khí. Hệ thống xử lý yếm khí có khả năng sinh ra các mùi khó chịu, làm mất mỹ quan và hình ảnh của doanh nghiệp. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí Sử dụng vi sinh vật để ôxy hoá các hợp chất hữu cơ và vô cơ chuyển hoá sinh học, đồng thời các vi sinh vật sử dụng một phần chất hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình ôxy hoá để tổng hợp lên sinh khối của chúng (bùn hoạt tính). Với nước thải có hàm lượng các chất hữu cơ hoà tan biến động từ 500 – 1000mg/l có thể dùng phương pháp ôxy hoá hiếu khí bằng bùn hoạt tính để xử lý làm sạch. II.2. Một số hệ thống xử lý nước thải của ngành CBTS đã sử dụng ở Việt Nam Phương án1: Bể tự hoại [9] Nước thải Nước sau xử lý Bể điều hoà Ngăn lọc Ngăn lắng Hình II.1. Sơ đồ xử lý nước thải ở XN thuỷ sản xuất khẩu Nam Ô ưu điểm: + Hệ thống xử lý đơn giản. + Không tốn chi phí vận hành. + Chi phí đầu tư nhỏ. Nhược điểm: + Hiệu suất xử lý thấp (khoảng 50% theo BOD5, 60% theo COD, 70% theo SS), chưa đạt yêu cầu (tạo mùi hôi khó chịu, nước sau xử lý chứa nhiều vi sinh vật có khả năng gây bệnh…), chưa đạt giá trị cột B – TCVN 5945 – 1995. + Ngăn lọc dễ bị tắc. Phương án 2 Cơ học – làm thoáng – hồ sinh học [9] Nước thải Nước sau xử lý Không khí Bể điều hoà Máy sục khí Bể làm thoáng Hồ sinh học Hình II.2. Sơ đồ xử lý nước thải ở XN chế biến thuỷ sản Nam Hà Tĩnh ưu điểm: + Hệ thống xử lý đơn giản, dễ vận hành. + Chi phí vận hành thấp. + Hồ sinh học có thể sử dụng nuôi cá. Nhược điểm: + Hiệu suất xử lý chưa cao. + Chi phí vận hành cao (do tốn điện năng cho máy sục khí). + Đòi hỏi áp dụng ở những nơi có diện tích rộng. Phương án 3. Cơ học – hoá học – sinh học. [9] Nước thải Nước sau xử lý Lưới lọc Bể lắng cát Không khí Bể điều hoà Máy sục khí Bể tuyển nổi Bể UASB Bể Aeroten Bể lắng Bùn cặn đi xử lý Khử trùng Hình II.3. Sơ đồ xử lý nước thải của NM chế biến thưc phẩm D & N - Đà Nẵng ưu điểm: + Hiệu quả xử lý cao (Hiệu suất xử lý h > 95%), nước thải sau xử lý đã đạt giá trị cột B – TCVN 5945 – 1995. Nhược điểm: + Chi phí vận hành cao (do tốn điện năng cho máy sục khí). + Chi phí đầu tư lớn. + Vận hành phức tạp. + Do nước thải có chứa nhiều hợp chất dễ phân huỷ, nên có thể xảy ra hiện tượng phân huỷ yếm khí tạo mùi khó chịu ở bể điều hoà, và làm giảm hiệu suất xử lý. II.3. Hệ thống xử lý nước thải lựa chọn Nguyên tắc đề xuất phương án công nghệ xử lý nước thải CBTS: Tuỳ theo thành phần, tính chất và mức độ ô nhiễm của nước thải cũng như mức độ cần thiết làm sạch để đảm bảo đIều kiện thải nước sẽ quyết định lựa chọn phương pháp, biện pháp và năng lực làm sạch của các thiết bị trong quy trình xử lý nước thải. Bên cạnh đó, việc lựa chọn sẽ cần phải được cân nhắc, xem xét các yếu tố như: đặc điểm sản xuất, vị trí, điều kiện tự nhiên – xã hội.... Ta có số liệu về tính chất và thành phần dòng thải của một cơ sở CBTS được trình bày trong bảng 1. Qua số liệu bảng 1 và hiện trạng môi trường nước của một số cơ sở CBTS ở Việt Nam ta có thể lựa chọn phương án xử lý như sau: Hình II.4. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải CBTS lựa chọn Nước thải Nước thải sau xử lý Chất keo tụ Bùn cặn đi xử lý Không khí Máy sục khí Khử trùng Bể lắng cấp II Bể Aeroten Bể lắng cấp I Bể keo tụ Bể điều hoà kết hợp sục khí Lắng cát Lưới chắn  Do trong quá trình sản xuất, việc phân loại và tách các tạp chất đã được thực hiện khá tốt nên trong nước thải chỉ có chứa các tạp chất với kích thước rất nhỏ. Vì vậy, sử dụng lưới chắn mà ta không dùng song chắn. Do trong nước thải có chứa các tạp chất vô cơ có kích thước nhỏ mà lưới chắn không có khả năng tách được chúng. Các chất này vẫn có khả năng gây tắc đường ống, kênh dẫn, bơm, các thiết bị xử lý, đặc biệt là chúng làm giảm hiệu suất quá trình xử lý hoá học và sinh học. Vì vậy nước thải CBTS sau khi ra khỏi lưới chắn rác ta nên cho qua bể lắng cát kết hợp vớt dầu mỡ. Bảng II.1. Bảng so sánh giữa 2 phương pháp xử lý bằng keo tụ và tuyển nổi [1, 2, 3, 12] Keo tụ Tuyển nổi Hiệu suất xử lý COD 55 – 65% 58% BOD 40 – 50% 51% SS 80 – 90% 74 – 95% Độ màu 90% - Chất dầu mỡ - 85 – 95% Hoá chất sử dụng Phèn Dùng nhiều Dùng ít hơn Trợ tạo bông - - Kích thước công trình Trung bình Trung bình Chi phí cho công trình Nhỏ hơn Lớn hơn Từ bảng II.1 ta nên lựa chọn phương pháp xử lý bằng keo tụ. Các cơ sở sản xuất CBTS ở nước ta đa số không làm việc theo ca, theo giờ mà làm việc phụ thuộc vào nguyên liệu, nên lượng nước thải thải ra không liên tục. Sự dao động lưu lượng, nồng độ nước thải sẽ dẫn đến những hậu quả tai hại về chế độ công tác của mạng lưới và các công trình xử lý, đồng thời gây tốn kém về mặt xây dựng và quản lý. Khi nồng độ, lưu lượng nước thải thay đổi thì kích thước các công trình cũng phải lớn hơn (do tính toán với nồng độ, lưu lượng nước thải trung bình), chế độ làm việc của chúng mất ổn định. Nếu nồng độ các chất bẩn trong nước thải chảy vào các công trình xử lý sinh học đột ngột tăng lên nhất là các chất độc hại với vi sinh vật thì có thể làm cho công trình hoàn toàn mất tác dụng. Các công trình xử lý bằng phương pháp hoá học sẽ làm việc rất kém hiệu quả khi nồng độ, lưu lượng nước thải thay đổi hoặc muốn hoạt động tốt thì thường xuyên phải thay đổi nồng độ hoá chất cho vào. Điều này đặc biệt khó khăn khi đIều kiện tự động hoá chưa cho phép. Vì vậy trước khi nước thải vào thiết bị tuyển nổi, ta nên cho qua bể điều hoà. Nước thải sau khi loại bỏ được các tạp chất thô, trong nước vẫn còn chứa một lượng các tạp chất hữu cơ hoà tan, phân tán nhỏ, muốn xử lý triệt để ta phải sử dụng phương pháp xử lý sinh học. Do trong thành phần của nước có chứa một hàm lượng lớn Cl- gây ức chế các vi sinh vật trong bể yếm khí, do lưu lượng, BOD của nước thải không lớn (thường BOD5 = 4 – 5g/l) nên khi sử dụng phương pháp xử lý yếm khí thì hiệu quả xử lý không cao, thời gian lưu trong bể sẽ rất lớn sẽ không khả thi về diện tích mặt bằng, kinh phí xây dựng cũng như về mỹ quan, hình ảnh doanh nghiệp ( do tạo mùi khó chịu). Ngoài ra, hàm lượng muối trong nước thải cao. Vì vậy ta sẽ sử dụng phương pháp sinh học hiếu khí để xử lý nước thải CBTS. Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước thải từ phân xưởng CBTS được đưa vào hệ thống xử lý bao gồm các công đoạn sau: Dòng thải qua lưới chắn rác để tách các tạp chất thô có kích thước lớn (rác, đá, sỏi…), sau đó qua bể lắng cát nhằm lắng tách các tạp chất thô có kích thước d > 0.1mm rồi vào bể điều hoà nhằm điều hoà lưu lương và nồng độ nước thải. Bể điều hoà được cấp khí nén nhằm tăng cường khuấy trộn (tránh hiện tượng lên men yếm khí ở góc đáy của bể). Nước thải sau khi qua bể điều hoà được đưa vào bể đông keo tụ, do pH = 6.8 nên ta sử dụng nhân keo tụ là Al2(SO4)3.18H2O và chất trợ tạo bông PAA (Polyacylamide), nhằm tách các độ màu và một phần ô nhiễm hữu cơ trong nước thải. Các bông keo tụ sẽ được tách ra ở bể lắng cấp I. Sau khi qua bể lắng cấp I, nước thải được đưa vào bể Aeroten. Bùn sinh học của quá trình sẽ được tách ra ở bể lắng thứ cấp II, một phần bùn quay trở lại bể Aeroten nhằm duy trì nồng độ bùn trong bể, phần lớn còn lại được tận thu để sản xuất thức ăn gia súc . Nước thải sau khi xử lý sinh học được đem đi khử trùng để xử lý triệt để trước khi thải ra ngoài. Nước này đạt tiêu chuẩn B theo TCVN 5945 – 1995. Chương III. Tính toán Thiết kế hệ thống xử lý nước thải CBTS III.1. Lưới chắn Do tạp chất thô được loại bỏ ngay từ đầu do đó trong nước thải không chứa tạp chất có kích thước lớn mà chỉ có tạp chất kích thước khá nhỏ vì vậy ta dùng lưới chắn. Lưới chắn nghiêng một góc 450 so với phương thẳng đứng. Lưới có kích thước lỗ từ 0.5 - 1mm [3], khe rộng của mắt lưới thường từ 10 - 20mm. Vận tốc nước qua lưới vmax0.6 m/s [1] (ứng với Qmax). Lưu lượng lớn nhất qua lưới được tính: Qmax=k Qtb k hệ số không điều hòa, chọn k =3 do đó: Qmax=3 x 400= 1200 m3/ngày đêm = 0.014 m3/s. Diện tích hữu ích của tấm chắn: Fc= (m3) [3] (chọn v = vmax= 0.5 m/s) Fc = = 0.028(m2) Tổn thất áp suất dòng chảy qua lưới chắn: hp = ()2 (m) [3] C - hệ số thải, C = 0.6 [3] Q - lưu lượng nước thải lớn nhất qua lưới lọc, (m3/s). A - diện tích ngập chìm hữu ích của lưới lọc, (m3). Chọn A= 80%Fc hp = ()2 = 0.055(m) III.2. Bể lắng cát và vớt dầu mỡ Theo những nghiên cứu đã được công bố, các hạt cặn có kích thước trên 0,2 mm thường gây cản trở cho các công đoạn xử lý tiếp theo. Do đó, bể lắng cát cần được thiết kế để loại bỏ hết các hạt cặn này. Chọn kích thước hạt cặn cần lắng trong bể là d=0,1mm. Ta có: tốc độ lắng của hạt cặn d=0,1mm tại nhiệt độ thường (200C) là vl=6,1mm/s. [1] Diện tích bể lắng cát là: Fl = Q/vl = 4,63.10-3/6,1.10-3 = 0,76 (m2) , quy tròn là 1 m2 Do đó bể lắng cát có thể được xây với kích thước là 1x1 (m), như một hố thu cát nằm trên đường cống thoát nước. Chọn thời gian lưu của nước trong bể là 60s (thông thường thời gian lưu của nước trong bể lắng cát là 30-90s). Ta có: Chiều sâu mực nước tối đa trong bể khi làm việc là Hl = Tlưu.vl = 60.6,1 = 366mm = 0,366 m, quy tròn là 0,4 m Vận tốc nước đi trong bể là: vnước = vl.(Ll/Hl) = 6,1.10-3(1/0,4) =15,3.10-3(m/s) Như vậy với vận tốc này thì chế độ chảy không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ lắng của hạt, kích thước bể như vậy là khá phù hợp. Như vậy kích thước của bể lắng cát là: Chiều dài 1m Chiều rộng 1 m Chiều sâu 0,4 m Hình III.1. Bể lắng cát Bảng III.1. Bảng số liệu các chất ô nhiễm trong nước thải sau khi qua lưới chắn và bể lắng cát Thông số COD BOD5 SS TS Vào 2574 1865 887 3170 Hiệu suất khử 28% 20% 10% -- Ra 1853,3 1492 798,3 3081,3 III.3. Bể điều hòa kết hợp thổi khí Để xây dựng thể tích bể điều hòa ta tiến hành đo lưu lượng nước thải từng thời điểm sau đó xây dựng đồ thị tính thể tích tích lũy của dòng vào – thời gian trong ngày (h). Từ đó xác định được thể tích cần thiết của bể điều hòa. Nhưng ở đây điều kiện không cho phép nên có thể xác định thể tích bể điều hòa dựa vào lưu lượng của từng ca làm việc và lưu lượng của nước thải. Thể tích bể điều hoà: V= T* Q (m3) Tại cơ sở thuỷ sản làm việc ngày 3 ca do đó thể tích bể điều hòa cần thiết: V = = 133,3 (m3) Thể tích bể điều hòa tính đến hệ số dư (k =1,2.) V’ = k*V V’ =1.2*133,3 =160 (m3) Chọn chiều sâu của bể điều hòa: h = 2 (m) Giả sử thiết kế bể điều hòa hình vuông: F= = = 66,65 (m2), lấy 67 m2 F = B*L --> L = B = 8,2(m) quy tròn là 8 m Đường kính ống cấp không khí thường d = 50 - 75mm, chọn d = 60mm Khoảng cách giữa các ống: b = (2 - 3)Hmin (m) [2] Trong đó: Hmin mực nước thấp nhất trong bể (1 - 6m), chọn Hmin = 1m và chọn b = 3Hmin = 3m Lượng không khí cần thiết thổi vào bể điều hòa Qkk= n* q kk*L qkk : cường độ thổi khí tính cho 1m chiều dài thường (2-5 m3/ m.h) chọn qkk = 3 m3/ m.h. n: lượng ống cấp không khí, chon n = 2. L: chiều dài ống cấp không khí, ta lấy bằng chiều dài bể. Qkk =2*3*8=48(m3/h) H Coi bể điều hòa chỉ làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn làm ổn định trước khi vào bể keo tụ. Những kích thước của bể điều hòa : Chiều dài L = 8 m Chiều rộng B = 8 m B Chiều cao H = 2 m L Hình III.2. Bể điều hoà III.4. Bể đông keo tụ Bể keo tụ chia làm 2 ngăn. Ngăn phản ứng là nơi các chất keo tụ được đưa vào cùng dòng thải. Tại đây cần khuấy trộn mạnh trong khoảng thời gian 3 – 5 phút nhằm tăng số lượng hạt keo tụ trong dòng thải. Ngăn đông keo tụ thời gian lưu lớn hơn và tốc độ khuấy trộn chậm hơn. III.4.1. Ngăn phản ứng Chọn thời gian lưu của nước thải trong ngăn phản ứng t = 3 phút. [10] + Thể tích cần thiết của ngăn phản ứng: V = Q*t = *3 = 0,83(m3) [10] Chọn các kích thước của bể: Chiều dài L = 1m Chiều rộng B = 0,75m Chiều cao H = 1,5m + Thiết kế cánh khuấy: Nhiệt độ nước thải sau khi qua bể là 250 C m = 0,8937.10-3 Ns/m2 [7]. r = 997,08 kg/m3 [7]. Để đảm bảo cường độ khuấy trộn mạnh trong bể chọn loại cánh khuấy chân vịt, số lượng là 3 cánh với kích thước: Đường kính cánh khuấy: dck = H/3,5 = 0,43m, làm tròn là 0,4m [7]. Số vòng quay của cánh khuấy: n = 5 vg/s [7] Bề rộng cánh khuấy: b = 0,05m [7]. + Xác định chuẩn số Reynol Re = [7]. Re = = 8,92*105 Re > 104 nên nước thải trong ngăn phản ứng được coi là nằm trong vùng chảy xoáy. + Công suất tiêu tốn cho cánh khuấy được tính N = A* n3*d5*r (W) [7]. A: hệ số trở lực ma sát, chọn A = 0,62 [7] n: số vòng quay của cánh khuấy, n =5 v/p [7] d: đường kính cánh khuấy d = 0,4 m [7] r: khối lượng riêng của nước thải, kg/m3. N= 0.62 * 53 * 0.45 * 997,08= 791,3 (W) + Khi bắt đầu hoạt động, công suất mở máy của cánh khuấy được tính như sau: Nc = Ng + Nm (W) [7]. Ng - Công suất tiêu tốn để khắc phục trở lực, W. Nm – Công suất khắc phục ma sát giữa chất lỏng và cánh khuấy, W. Ng = k*n3*d5*r (W) [7]. Trong đó k = 3,87*a = 3,87*0.1 = 0.387 Nc=791,3*() = 1285,2 (W) Dựa vào Nc để chọn động cơ điện, công suất động cơ điện được xác định như sau Nđc= (W) [7]. Trong đó: là hiệu suất truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy, thường = 0,6 – 0,7. Ta chọn = 0,65 Nđc = 1977,2(W) ~ 2(kW). Như vậy, với ngăn phản ứng: chọn loại cánh khuấy chân vịt 3 cánh có d = 0,4m, b = 0,04 m, Nđc = 2(kW). III.4.2. Ngăn đông keo tụ Sau khi hoà trộn với phèn Al2(SO4)3.18H2O ở ngăn phản ứng, nước thải được đưa sang ngăn đông keo tụ nhằm thực hiện qua trình keo tụ chính. Tại đây chất PAA được đưa thêm vào nước thải nhằm tăng kích thước bông keo. +Thể tích bể keo tụ: VK = Q. tK (m3) Trong đó: Q- lưu lượng nước thải vào ngăn đông keo tụ (m3/h). tK – thời gian lưu của nước thải trong ngăn đông keo tụ (h). Thường tK = 20 – 60 phút. Ta chọn tK = 30 phút. VK = 400*30/(24*60) = 8,335(m3). Chiều cao của bể thông thường Hb = 2 – 3m [5]. Ta chọn Hb = 2,5m. Vậy ta chọn: Chiều cao của ngăn Hb = 2,5m. Chiều dài của ngăn Lb = 2m. Chiều rộng của ngăn Bb = 2m. + Tính toán cánh khuấy: Cánh khuấy trong bể đông keo tụ đòi hỏi có vận tốc quay nhỏ nhằm đảm bảo chế độ làm việc của ngăn và tránh phá vỡ các bông keo. Nhiệt độ nước thải t = 250C: Độ nhớt = 0.8937*10-3 Ns/m2 [7]. Khối lượng riêng = 997.08 kg/m3 [7]. Dùng 4 cánh khuấy mái chèo đặt vuông góc với nhau để khuấy trộn ở 4 góc bể. d - đường kính cánh khuấy, m. D - đường kính ngăn đông keo tụ, m. h - chiều cao cánh khuấy, m. s – khoảng cách từ đáy ngăn đến bề mặt dưới của cánh khuấy, m. b – bề rộng cánh khuấy, m. Ta có: D/d = 2,5 – 4 [7], ta chọn D/d = 3 h/d = 0,2 – 0,33 [7], ta chọn h/d = 0,25 [7]. s/d = 0,33 [7]. Với D = 2m, suy ra d = 0.67m, h = 0.1675 m, s = 0,22 m. Quy chuẩn cánh khuấy mái chèo bảng (IV-4) [7] d = 700mm n = 1,5 vòng/s hệ số A= 2,1 [7] b = 0,15*d = 0,1m + Chuẩn số Re =[7] Re = 27,8.104 >104, ngăn có chế độ chảy xoáy. + Công suất tiêu tốn: N = A*n3*d5* (W) [7] Trong đó: hệ số A = 2,1. n số vòng quay (vòng/s). d đường kính cánh khuấy (m). khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3). N = 2,1*(0,7)5*(1,5)3*997,08 = 1188(W). + Công suất mở máy Nc=Ng+Nm [7] Ng = k*d5*n3*, trong đó k=3,87*a=3,87*b/d=3,87*0,15=0,5805 Ng = 328 (W) Nc = 1516 (W) + Công suất động cơ Ndc= Nc/ = 1516/0,65 = 2332 (W) III.4.3. Bể pha phèn: Bể pha Al2(SO4)3 dùng để pha chế dung dịch từ Al2(SO4)3 thành Al2(SO4)3.18H2O. Chọn lượng phèn cần pha chế là 55 – 80mg/l, do trước khi vào bể keo tụ thì SS chỉ còn 127,73mg/l [5]. Ta chọn lượng phèn cần pha là 60._.