Tiểu luận: Thiết Kế Hoàn Thiện Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Nhà Máy Chế Biến Tinh Bột Sắn

Chia sẻ: Rich Rich | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

495
lượt xem 178
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước như hiện nay, môi trường là vấn đề bất cập không chỉ riêng quốc gia nào mà là vấn đề của toàn cầu. Phát triển kinh tế xã hội là nhu cầu của mỗi quốc gia nhưng cần phải có sự phát triển bề vững, phát triển luôn cân bằng giữa ba yếu tố: Kinh tế - môi trường – xã hội. Trong các ngành công nghiệp trọng điểm của đất nước, tinh bột sắn là một ngành kinh tế đang được sự chú trọng và thu hút đầu tư...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận: Thiết Kế Hoàn Thiện Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Nhà Máy Chế Biến Tinh Bột Sắn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOVIỆN KHỜNG ĐẠIVÀỌCÔNG NGHỆ MỆIÀTNỘIỜNG ƯỜNG A HỌC VỌC CÔNÁCH KHOAÔ MÔI TR H CB G NGH H RƯ TRƯ OA H À ==== ==== BÀI TẬP LỚN Đề tài: THIẾT KẾ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN Giáo viên hướn g d ẫn : Lý Bích Thủy Sinh viên th ực hiện : Lê Doãn Dương -20080547 Mai Văn Dương-20080551 Trần Hà Giang -20080808 Lê Duy Phong -20081962 Nguyễn Ngọc Thể -20082506 Lớp : CNVL Silicat K53 Hà Nội, Tháng 4 [1]
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN ........ 4 1. TÌNH HÌNH S ẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VIỆT NAM ................................ ............................ 4 2. Công nghệ sản xu ất tinh b ột sắn ở Việt Nam ......................................................................... 4 2.1. Công nghệ sản xuấ t tinh bộ t sắn ở quy mô công ngh iệp ..................................................... 4 2.2. Công nghệ sản xuấ t tinh bộ t sắn tại các làng nghề ............................................................. 5 CHUƠNG II: HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN ....... 5 1. Nguồn phát sinh và đặc trưng của nước thả i sản xuất tinh bột sắn ........................................ 5 2. Hiện trạng xử lý nư ớc thải sản xu ất tinh bột sắn ................................................................... 7 Chương III: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC ........................ 7 1. Tái sử dụng nước thải và sử dụng nước sạ ch......................................................................... 7 2. Các biện pháp áp dụng xử lý nước thải ch ế biến tinh bột sắn ................................................ 8 2.1. Phân luồng dòng thả i......................................................................................................... 8 2.2. Các biện pháp áp dụng xử lý nước thải ch ế biến tinh b ột sắn ............................................. 8 2. Phương pháp xử lý hiếu khí ................................................................................................ 12 3.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thả i bằng cá c hồ sinh h ọc (Hình III.1) .................................. 15 3.2. Xử lý nước thải kết h ợp hoá lý và sinh học h iếu khí (Hình III.2) ....................................... 15 CHƯƠNG IV: ĐỀ XUẤT HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUÃNG NGÃI............................................................................ 18 1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUẢNG NGÃI ....................................................................................................................... 18 1.1. Sơ đồ công nghệ h ệ thống xử lý nước thả i nhà máy chế b iến tinh bộ t sắn ......................... 18 1.2. Nhận xét về hiện trạng hoạt động của h ệ thống ................................................................ 19 2. ĐỀ XUẤT VÀ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUẢNG NGÃI .............................................................................................. 20 2.1. Đề xuất công ngh ệ xử lý nước thải ................................................................................... 20 2.2. Thuyết minh sơ đồ công ngh ệ ........................................................................................... 22 KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 24 [2]
MỞ ĐẦU Trong thời kỳ công n ghiệp hóa, hiện đ ại hóa đất nước như h iện nay, m ôi trường là vấn đ ề bất cập không chỉ riêng quố c gia nào mà là vấn đ ề của toàn cầu. Ph át triển kinh tế xã hội là nhu cầu củ a m ỗi quố c gia nhưn g cần phải có sự phát triển bề vững, phát triển luôn cân bằng giữ a b a yếu tố: Kinh tế - môi trường – xã hội. Trong các ngành công n ghiệp trọng điểm củ a đất nước, tinh bộ t sắn là một n gành kinh tế đ ang được sự chú trọng và thu hút đ ầu tư của các nhà sản xuất và n ền công nghiệp này ngày càng phát triển. Đây cũng là ngành sản xu ất sử dụng nước tương đối lớn, nước thải từ quá trình chế biến tinh bột sắn gây ô nhiễm nguồn tiếp n hận ch ất hữu cơ, dòng thải bị phân hu ỷ sinh ra mùi hôi thối và một số ch ất khí làm ảnh hưởng đ ến môi trường không khí. Để hạn chế những tác động đến con n gười và m ôi trường từ hoạt động của các nhà máy, đặc biệt là ô nhiễm nước th ải gây ra. Việc thiết kế mộ t hệ thống xử lý n ước thải phù hợp, xử lý hiệu q uả và đem lại lợi ích về mặt kinh tế cho các nhà m áy ch ế biến tinh b ột sắn là việc làm hết sức cần thiết và cấp b ách. Vì vậy b ài tập lớn nhóm em chọn đề tài: “hệ thố ng xử lý nước thả i nhà m áy chế biến tinh bột sắn”. KÍ HIỆU VIẾT TẮT Biochemical Oxygen Dem and – Nhu cầuọoxi sinh hoá, mg/l BOD: Chemical Oxygen Đem an – Nhu cầu ôxi hoá họ c, m/l COD: Su spended Solid - Chất rắn lơ lửng, mg/l SS : DO : Dissolved Oxygen – Oxi hoà tan, m gO2/l Upflow An aerobic Su sdge Blanket - Xử lý yếm khí ngược dòng có lớp UASB: bùn lơ lửng Tổ chức lương thực Thế giới FAO: Tiêu chu ẩn Việt Nam TCVN: Tinh bột sắn TBS: [3]
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP CH Ế BIẾN TINH BỘT SẮN 1 . TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN VIỆT NAM . Việt Nam hiện đ ang sản xuất hằng năm h ơn 2 triệu tấn sắn củ tươi, đứn g thứ 11 trên th ế giới về sản lượng sắn, nhưn g lại là nước xuất kh ẩu tinh bột sắn đứng thứ ba trên thế giới sau Thái Lan và Indonesia. Trong chiến lược toàn cầu cây sắn đang được xem là một loại cây lương thực dễ trồ ng, thích hợp với những vùng đ ất cằn cỗi, đ ây cũng là cây công nghiệp triển vọng có khả n ăn g cạnh tranh với nhiều loại cây trồng khác. Ở nư ớc ta, cây sắn đ ang chuyển đổi nhanh chóng đóng vai trò là cây công n ghiệp. Sự hội n hập đang m ở rộn g thị trường sắn, tạo nên nh ững cơ hội ch ế biến tinh bộ t, tinh bột biến tính bằng hoá chất và Enzim, sản xuất sắn lát, sắn viên để xuất khẩu và sử d ụng trong công nghiệp thực phẩm , trong sản xu ất thức ăn gia súc và làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác, góp phần vào sự phát triển kinh tế của đ ất nước. Tinh bột sắn ở Việt Nam đã trở thành một trong b ảy mặt hàng xuất kh ẩu mới có triển vọng đư ợc chính phủ và các địa phương qu an tâm. Hiện nay cả nước có 53 nhà m áy ch ế biến tinh bột sắn đi vào hoạt động và 7 nhà máy đ an g được xây d ựng. 2 . Công nghệ sả n xuất tinh bột sắn ở Việt Nam 2.1. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn ở quy mô công nghiệp Nhà m áy sản xuất tinh bột sắn đ ược sản xuất với côn g nghệ và thiết bị hiện đại cho n ăng su ất thu hồi tinh bộ t cao và đ ịnh mức tiêu h ao n guyên nhiên liệu thấp. Công nghệ sản xu ất tinh bộ t sắn thư ờng nhập từ nư ớc n goài. Một số nhà m áy áp dụng công ngh ệ sản xuất tinh bột sắn ở Thái lan như: Nhà máy sản xuất tinh bộ t sắn Đaklak, Quảng Ngãi, Việt Nam tapioca (Tây ninh)…; Áp dụng công nghệ của Trung Quố c như : Nhà máy sản xu ất tinh bộ t sắn Thừa Thiên Hu ế … [4]
2.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn tại các làng nghề Sản xu ất tinh bột sắn bằng thủ công được thực hiện ở các công đoạn hết sức đơn giản ch ỉ cần phá vỡ cấu trúc tế b ào và thu hồ i tinh bộ t. Quy trình sản xuất gián đo ạn , thiết bị cũ k ỹ, lạc hậu, thô sơ không đồng bộ nên m ức độ cơ giới hoá thấp. Vì vậy h iệu quả thu hồi tinh bột không cao. Sơ dồ quy trình công nghệ: N c th i Đ t,cát,v Bã s n Nước thải Sản Phẩm CHUƠ NG II: HIỆN TRẠNG MÔI TRƯ ỜNG Q UÁ TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘ T SẮN 1 . Nguồ n phát sinh và đặc trưng của nước thải sản xuấ t tinh bột sắn Quá trình sản xu ất tinh bột sắn là một quy trình cô ng nghệ có nhu cầu sử dụng nước khá lớn khoảng 25 – 40 m3/tấn sản p hẩm, tu ỳ th uộc vào công nghệ khác nhau. Lượng n ước thải từ quá trình n ày ch iếm 80 – 90% tổng lượng nước sử dụng. Nước thải từ công đoạn rửa củ và tinh chế bộ t là hai nguồn gây ô nhiễm chính trong công nghệ ch ế biến tinh bột sắn. [5]
+ Nước thải từ công đo ạn rửa củ và bóc vỏ chiếm khoảng 30% tổng lượng nước sử dụng chứa chủ yếu là: cát, sạn, hàm lượng h ữu cơ không cao, pH ít biến động khoảng 6,5 – 6,8. + Nước thải từ công đo ạn tinh chế bột có hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ cao (COD: 1 0000 – 13000mg/l; BOD: 4000 – 9000mg/l), hàm lư ợng cặn lơ lửng, cặn khó chuyển hoá lớn (gồm xơ mịn, pectin và các cặn không tan khác), p H = 5,7 – 6; lượng nước này chiếm khoảng 60% + Ngoài hai nguồn ô nhiễm trên còn có khoảng 10% nước thải từ quá trình rửa sàng, thiết bị, nước từ phòng thí n ghiệm, từ sinh hoạt...Nước th ải lo ại n ày có COD khoảng 2000 – 2500 mg/l; BOD kho ảng 400 – 500mg/l. Bảng II.1. Đặc trưng nước th ải sản xuất tinh bốt sắn [8]. Thành phần Rửa củ Nước th ải tinh chế bột TCVN 5 945 -2005,B pH 6,5 - 6,8 5 ,7- 6 5,5 - 9 COD(mg/l) 1500 - 2000 1000 - 15000 80 BOD(mg/l) 500 - 1000 4000 - 9000 50 SS(mg/l) 1150 - 2000 1360 - 5000 100 - CN (mg/l) 11 32 0,1 ∑ N (mg/l) 122 - 270 30 ∑ P (mg/l) 24 - 31 6 Nhận xét các chỉ tiêu n ước thải như sau: Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước th ải ở các công đoạn chính đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCVN5945 - 2005) rất nhiều lần. + Nước thải rửa củ có pH gần như trung tính, hàm lượng ch ất rắn lơ lửng cao từ 1150 – 2000 m g/l; BOD = 500 – 1000 m g/l; COD = 1500 – 2000. Vượt quá tiêu chuẩn cho phép đố i với SS gấp 15 lần; BOD gấp 20 lần; COD gấp 25 lần. + Nước th ải tinh ch ế bột có pH = 5,7 - 6 SS = 1360 - 5000 mg/l (gấp khoảng 14 - 50lần so với TCCP); BOD = 4000 – 9000 mg/l (gấp kho ảng 87 lần so với TCCP); COD = 10000 – 15000 mg/l (gấp 140 lần TCCP). Với đ ặc trưng của nước th ải sản xu ất tinh bột sắn như trên cho thấy nếu nư ớc thải không được xử lý trước khi thải vào môi trư ờng sẽ gây ô nh iễm môi trường n ghiêm trọng và tác động xấu tới sức kho ẻ con người: + Nước thải chế biến tinh bộ t sắn có hàm lượng ch ất hữu cơ cao làm giảm oxy hoà tan trong nước, thúc đẩy quá trình phân hủ y yếm khí các vi sinh vật trong nước phát sinh mùi hôi th ối ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường và gây m ất m ỹ quan. + Bên cạnh đó, quá trình chu yển hoá tinh bột thành acid hữu cơ làm cho pH [6]
trong nước thải giảm , pH th ấp trong nước thải có tác dụng xấu tới các độn g vật thủ y sinh, đặc biệt các loài vốn ưa môi trường kiềm, làm chết tảo, cá d i chu yển nơi sống, làm chua đất. + Hàm lượng SS trong nước th ải cao là nguyên n hân gây lắng đọng và thu h ẹp d iện tích các mư ơng dẫn và các dòng tiếp nhận n ước thải. Như vây có thể kh ẳng định trong chế biến tinh bột sắn nư ớc thải là vấn đề đặc b iệt được quan tâm. 2 . H iện trạng xử lý nước thải sả n xuất tinh bột sắn Hiện n ay vấn đ ề xử lý nước thải trong quá trình sản xuất tinh bột sắn được qu an tâm nhiều ở các làng nghề thủ công. Nước th ải trong quá trình sản xuất tinh bộ t sắn n hất là tại các làng ngh ề cùng với nước thải sinh hoạt và chăn nuôi đ ã đ ược xử lý b ằng hầm Biogas ở một số hộ gia đình. Tuy nhiên số hộ gia đình sử dụng phương pháp này rất ít, chủ yếu nước th ải vẫn thải th ẳng ra mương dẫn chung m à không qua b ất k ỳ q uá trình xử lý sơ bộ nào, dẫn đến tình trạng ách tắc mương dẫn, gây mùi hôi th ối, ảnh hư ởng đến sức khỏe người dân và gây mất m ỹ quan. Đố i với các cơ sở sản xu ất qui mô công nghiệp: Tình trạn g ô n hiễm môi trư ờng trong chế biến tinh bộ t sắn đang ở mứ c b áo động, một số nhà m áy đã có hệ thống xử lý nhưng hoạt động không h iệu quả hay chưa có hệ thốn g xử lý. Các cơ sở sản xuất mặc nhiên để nước thải ch ảy ra suố i, h oặc xử lý sơ bộ b ằng các ao hồ sinh học nhưng ph ần lớn ch ỉ để đối phó với các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường. Chương III: CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 1 . Tái sử dụng nước thải và sử dụng nước sạch Ở hầu hết các doanh nghiệp chế biến tinh bột sắn tiết kiệm nước b ằn g việc tái sử dụng nguồn nước th ải. Một số nhà máy lớn đã tái sử dụn g nư ớc thải, như nư ớc thải của quá trình phân ly có thể được sử dụng lại cho công đoạn rửa củ . Ở m ột số công đoạn khác ch ẳng hạn như rửa củ, nước sạch được sử dụng khá lãng phí, không tuần ho àn. Nước sạch sẽ giảm đ áng kể trong công đoạn n ày n ếu nước rửa được tu ần hoàn lại nhiều lần tạo vòng khép kín. Việc sử dụng nước sẽ làm giảm lượng nước sạch sử dụng và làm giảm lượn g nư ớc th ải. Các biện pháp nộ i vi cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm th iểu nước thải + Kiểm tra thường xuyên đ ường ống, m ặt bích, nối, van,...đ ể giảm rò rỉ, khoá các vòi nước không cần thiết + Sửa chữa và phát hiện kịp thời những chỗ rò rỉ nước và hơi từ các đường ống, van, các bích nối... + Giảm tối đa thời gian vận h ành thiết b ị trong dây chuyền kh i đã chu yển các b án sản ph ẩm ra khỏ i thiết b ị [7]
+ Chọn thông số vận hành tối ưu của thiết bị trong dây chu yền nhà m áy + Cải tiến qui trình xử lý nguyên liệu để giảm tỉ lệ thất thoát 2 . Các biện pháp áp dụng xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn 2 .1. Phân luồng dòng thải Cần phân luồng dòng thải để giảm tải lượng nước thải cần xử lý, giảm thể tích b ể cần xử lý.Việc ph ân luồng dòng th ải trước khi xử lý sẽ tiết kiệm được ch i phí đ ầu tư xây dựng, giảm diện tích m ặt b ằn g cần thiết cũng như chi phí vận h ành sau n ày. Nư ớc th ải trong nhà máy chế b iến tinh bột sắn có hai nguồn ch ính là nước thải rửa củ và nước thải trong q uá trình tinh chế bột, n goài ra còn có một lượng nước th ải trong quá trình rửa sàn nhà, phòng thí ngh iệm, nước thải sinh ho ạt của nhà m áy. Vì vậ y có thể phân luồng như sau: + Dòng nước th ải ít ô nhiễm : Nư ớc th ải thu được trong quá trình rửa sắn củ tươi chứa chủ yếu là đất, cát và m ột lượng nhỏ sắn bị vỡ do va đập trong quá trình rửa củ. Lượng nước này d o có độ ô nh iễm không cao nên được xử lý chủ yếu bằng cơ h ọc: Lắng lọc để tách đất, cát và vỏ sắn. Nước sau xử lý được q uay trở lại cùng với nước sạch đ ể rửa sắn nguyên liệu. Ph ần các tạp chất còn lại đ ược đưa đi chôn lấp. + Dòng nư ớc thải ô nhiễm vừ a: Nước rửa nhà sàn, thiết b ị, nư ớc thải từ phòng thí n ghiệm, từ sinh hoạt củ a cán bộ công nhân viên... + Dòng nước thải ô nhiễm nặng: Nước thải trong quá trình sàng lọc và trích l y chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng cặn lơ lửng lớn, p H th ấp, nư ớc thải sản xuất tinh bột sắn còn chứa các chất khó hoặc chậm chuyển hoá như: Dịch bào, xơ sắn, pectin... Việc ph ân luồng dòng thải tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý và xử lý có h iệu quả. 2 .2. Các biện pháp áp dụng xử lý nước thả i chế biến tinh bột sắn Nư ớc thải sau khi phân luồng được xử lý theo các phương án khác nhau với nước thải đặc trưng của nư ớc thải nhà máy chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất h ữu cơ, ch ất lơ lửng cao, nước th ải sản xuất tinh bột còn chứa các chất khó hoặc chậm chuyển hoá như: Dịch bào, xơ sắn, pectin...Vì vậy công n ghệ xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn tương đối phức tạp. Phương pháp xử lý nước th ải sản xu ất tinh b ột sắn hiệu quả nhất là phư ơng pháp sinh học. Tuy n hiên để nâng cao h iệu quả xử lý người ta th ường kết hợp với các b iện pháp cơ học và hóa lý. Việc lự a chọn phương pháp cũng như biện pháp, công trình cụ thể để áp dụng trong dây chuyền [8]
công nghệ xử lý nước th ải phụ thuộ c vào đặc điểm tính ch ất nước thải, m ức độ cần thiết làm sạch. a . Phương pháp xử lý cơ học Bao gồm các quá trình xử lý sơ bộ, lắng, lọ c. Phương pháp này thường được sử dụng trong giai đoạn tiền xử lý nh ằm tách các vật nổi có kích thước lớn, tách các tạp chất lắng ra khỏi nước th ải đ ể đ ảm bảo cho bơm, đường ống, hoạt động hiệu quả không b ị tắc đồng thời giảm tải lượng ô nhiễm. + Đối với nước thải rữa củ tinh bột sắn có chứ a nhiều đất, cát, sạn, vỏ... Ta có thể áp dụng phương pháp lắng lọc cơ họ c đ ể xử lý nước thải này trư ớc khi đưa đến các công trình xử lý tiếp th eo. Những tạp chất này có kích thư ớc tương đố i lớn, dễ dàng tách ra khỏi nước thải, Ph ần cặn lơ lửng có kích thước n hỏ hơn được tách nhờ lọc. Như vậy ta có th ể sử dụng b ể lắng cát đ ể xử lý nước thải rửa củ. + Đối với nước th ải tinh ch ế bộ t: nước thải n ày có hàm lượng tinh bột và zenluloza lớn, nước thải này cũng cần lắng để tách cặn thô trước khi xử lý sơ cấp. Nước sau khi lắng có hàm lượng SS, TS giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo. Cặn lắng ch ứa xơ mịn và tinh bột có th ể tận dụng làm thức ăn gia súc ho ặc làm phân bón. b. Xử lý hoá lý Các phương pháp xử lý nư ớc th ải đ ều dựa trên quá trình đông tụ và keo tụ, tu yển nổ i, trao đổ i ion, tách bằng m àng, đ iện hoá. Các phương p háp hoá lý thường được ứng dụng để tách các chất ô nhiễm ở dạng keo, hoà tan, chất ho ạt độn g b ề m ặt h ay kim loại nặng trong nước thải. Trong đó keo tụ là phương pháp đơn giản, xử lý h iệu quả nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng lớn, nên đối với nước th ải trích ly của nhà máy chế biến tinh bộ t sắn được áp dụng xử lý. Tác nhân keo tụ được sử dụng đ ể xử nước thải tinh bộ t sắn thường là các chất có n guồn gốc tự nhiên ho ặc tổng hợp. Trong nước thải tinh bộ t sắn ta n ên dùng polym er h ữu cơ (PAA) vì ch ất này khá phổ biến và rẻ tiền, d ễ sử dụng đặc biệt là không gây ô nhiễm thứ cấp, dễ dàng tự hủy trong th ời gian ngắn. Sau khi keo tụ tạo thành các bông có kích thước lớn nên dễ dàng tách nhờ quá trình lắng. c. Phương pháp sinh họ c Đây là phương pháp xử lý có hiệu q uả nhất đối với ngành chế biến th ực phẩm và các dạng nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao nói chung. Phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân giải các ch ất ô nhiễm h ữu cơ có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn din h dư ỡng để xây dựng tế bào, đồng thời để khai thác n ăng lượng [9]
cho quá trình sống. Nh ờ hoạt động sống củ a vi sinh vật, các ch ất ô nhiễm được chu yển hoá và nước th ải được làm sạch. Ưu đ iểm của phương pháp: + Khá đ ơn giản, rẻ tiền + Hiệu quả xử lý BOD, COD cao + Không gây ô nh iễm thứ cấp + Ngoài ra còn thu Biogas trong quá trình phân hu ỷ sinh học làm nhiên liệu khí đốt. Phương pháp sinh học đư ợc chia làm h ai phương pháp: Xử lý sinh họ c yếm khí và xử lý sinh học hiếu khí. 1. Phương phá p xử lý y ếm khí Phương pháp xử lý yếm khí là phương pháp sử dụng vi sinh vật để phân h u ỷ các chất hữu cơ có trong nước th ải. Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp ch ất hữu cơ của quá trình xử lý yếm khí là khí sinh học(Biogas), chủ yếu là CH4 và CO2 có th ể làm khí đốt. Thông thường phương pháp này chỉ áp dụng cho n ước thải có hàm lượng ô nhiễm cao (BOD > 1800mg/l; SS ≥ 3000mg/l). Cơ ch ế của quá trình sử lý yếm khí:Quá trình phân giải yếm khí các h ợp ch ất h ữu cơ thường xãy theo 4 giai đ oạn: + Giai đo ạn 1: Giai đo ạn thủ y phân các hợp chất hữu cơ Các hợp ch ất hữu cơ phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit...bị phân hủ y dưới tác dụng của các Enzim h ydrolaza của vi sinh vật thành các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ như đường đơn, axit ammin... Trong giai đoạn thủ y ph ân, các hợp ch ất gluxit phân tử lượng nhỏ được phân hủ y n hanh, các h ợp chất hữu cơ ch ứa Nitơ (protein) phân hủ y n hanh h ơn, trong khi các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như tinh bộ t, các axit béo đ ược phân hủ y chậm, đ ặc biệt là zenlulo và lignozenlulo chuyển h óa rất chậm và không triệt để do cấu trúc phức tạp. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình thủ y phân phụ thuộ c vào các chất ô nhiễm đ ầu vào và các đ ặc trưng khác của nước thải. + Giai đo ạn 2: Lên men các axit h ữu cơ. Các sản phẩm thủ y p hân sẽ đ ược các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa trong đ iều kiện yếm khí, sản phẩm phân giải là các acid hữu cơ phân tử lư ợng nhỏ như acid p ropionic, acid butyric, acid lactic, các chất trung tính như rượu, andehyt, axeton. Thành phần củ a các sản ph ẩm trong giai đoạn lên m en phụ thuộ c vào b ản chất các ch ất ô nhiễm, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường. Ngoài ra trong giai đo ạn n ày các acid amm in hình thành do th ủ y p hân protein [10]
cũng được khử ammin, một phần gố c ammin được các vi sinh vật sử dụng cho quá trình sinh trưởng và phát triển, một phần được khử. + Giai đoạn 3: Giai đo ạn lên men tạo acid axetic. Các sản ph ẩm lên men ph ân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic... sẽ được chu yển hóa đ ến axit axetic. CH3-CHOH-COOH 2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + H2O + Giai đo ạn 4: Giai đo ạn metan hóa. Đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình xử lý yếm khí thu Biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian được khí hóa hoàn toàn. Quá trình hình th ành khí m êtan thường xãy ra theo 2 cơ ch ế chủ yếu sau: • Sự hình h ành khí m êtan do decacboxy hóa. CH4 đ ược hình th ành do decacboxy acid axetic. CH3COOH CH4 + CO2 CH4 được hình thành do decacboxy hóa các axit hữu cơ khác 4 CH3-CH2-COOH + 2H2O 7CH4 + 5 CO2 2CH3-(CH2)2-COOH + 2 H2O 5 CH4 + 3CO2 CH4 cũng có thể được h ình thành do decacboxy các chất trun g tính 2C2H5OH 3 CH4 + CO2 CH3-CO-CH3 + H2O 2CH4 + CO2 Sự hình thành CH4 theo cơ chế khử CO2, Hydro được hình th ành do • Quá trình lên men acid hữu cơ trong điều kiện yếm khí sẽ được các vi khuẩn Methanogene sử dụng như là chất nhượng hydro để khử CO2. quá trình khử có th ể xãy ra dưới 2 d ạng. Khử bằng hydro phân tử CO2 + 4H2 CH4 + H2O Khử bằng oxy hóa khử. CO 2 CH4 + 2H2O. Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí có rất nhiều ưu đ iểm: + Có thể xử lý nước thải có h àm lượn g ch ất h ữu cơ rất cao và có khả n ăng phân hủ y các hợp chất hữ u cơ có phân tử lượng lớn, cấu trúc ph ức tạp m à các phương pháp khác hầu như không xử lý đ ược. + Chi phí năng lượng cho xử lý th ấp + Lượng bùn tạo ra nhỏ + Sản ph ẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ trong quá trình xử lý là khí sinh họ c (biogas), thành phần chủ yếu là CH4, CO2 [11]
Tuy nhiên cũn g có một số nhược điểm + Thời gian lưu nước thải lâu, nên chi phí cho xây dựng lớn + Thời gian ổn đ ịnh công ngh ệ dài + Quy trình vận hành kh á phức tạp + Hiệu qu ả xử lý thường ch ỉ đạt 75 – 90% + Bùn có mù i đặc trưng Nước thải tinh chế bộ t sắn có hàm lư ợng ô nhiễm rất cao, h àm lượng cặn lơ lửng lớn. Với đ ặc trưng củ a n ước thải như vậy n ên sử dụng phương pháp yếm khí để xử lý. Tuy nhiên dòng thải sau khi xử lý yếm khí cần được xử lý tiếp bằng phương p háp hiếu khí... đ ể đ ạt TCCP trước khi ra nguồn tiếp nh ận. 2. Phương pháp xử lý hiếu khí Phương pháp h iếu khí là phương pháp sử dụng vi sinh vật đ ể o xy hoá các hợp chất hữu cơ có trong nước thải. Thông thường phương pháp n ày chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng BOD thấp (BOD < 1500mg/l) Cơ ch ế của quá trình xử lý hiếu khí: - Oxy hoá các h ợp ch ất h ữu cơ không ch ứa nitơ (Gluxit, h yđ rocacbua, pectin, axit h ữu cơ, các chất hữu cơ phân tử lượng n hỏ khác…) yz y vsv H2O CxH yO z + ( x + − )O 2 xCO 2 + 2 42 [12]
Oxy hoá các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ (Protein, Peptit, axitamin …) - 3 y−3 yz vsv H2O + NH3 + CxH yO zN + ( x + −+ )O2 xCO2 + 4 42 2 - Quá trình oxy h oá luôn kèm theo quá trình tổng h ợp các chất mới củ a tế bào, tức là sinh kh ối của vi sinh vật tăng lên (Quá trình đồng ho á) y−4 yz vsv CxH yO zN + NH3 + ( x + − - 5)O 2 C5H 7NO 2 +(x – 5)CO 2 + H2O 42 2 + NH 3 + E - Quá trình tự hủ y củ a bùn: C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2 H2O + NH3 + E NH4+ NO3 - Ngoài ra trong hệ thống còn xảy ra các quá trình nitrit và nitrat hoá: - Nitrit hoá : NH4+ + 3 /2 O2 + H2O vi sinh vật NO2- + 2 H3O+ + E. - Nitrat hoá: NO2- + ½ O2 vi sinh vật NO3- Phương trình tổ ng quát : NH4+ +2 O2 + H2O vi sinh vật NO3- + 2 H3O+ Quá trình phản nitrat xảy ra ở vùng thiếu o xy hoặc ở trong bể lắng th ứ cấp. - Oxy hoá các h ợp ch ất vô cơ SO4 2- (S có trong các coenzim) S hữu cơ P O4 3 - Phữu cơ Fe2+ Fe3+(Sự chu yển hoá thành Fe3+ giúp cho ezim tái tạo th ường xuyên ) Ư u đ iểm: + Tốc độ oxy hoá nhanh + Thời gian lưu trong hệ thống n gắn + Không gây mùi như xử lý yếm khí Như ợc điểm: + Tốn năng lượng cho sụ c khí + Chỉ xử lý nước th ải có hàm lượng ô nhiễm thấp + Sau xử lý sinh ra lượng bùn lớn Trong quá trình sản xuất tinh bột sắn có nước thải rửa củ sau khi xử lý sơ bộ cùng với nư ớc thải sau xử lý yếm khí có th ể đ ưa vào tập trung xử lý hiếu khí. Trong các phương pháp xử lý hiếu khí như: Lọc sinh h ọc, Aeroten, hồ hiếu khí, ...Sử dụng h ệ thống Aeroten là có hiệu quả và phổ b iến nh ất. Ngoài ra h ồ sinh học cũng được sử dụng để xử lý nh ưng để đạt hiệu quả cao ta bố trí thêm h ệ thốn g cấp khí nhân tạo để chủ động được trong quá trình xử lý. [13]
[14]
3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI T I N H B Ộ T SẮ N 3.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng các hồ sinh học (Hình III.1) Nước thải được đưa vào bể điều hoà và lắng lọc sơ bộ để tách các tạp chất thô, sau đó được cho qua hệ thống hồ sinh học. Nước thải trong các hồ được làm sạch nhờ các quá trình phân hu ỷ tự nhiên của các vi sinh vật yếm khí và tu ỳ tiện. Các hồ có độ sâu khoảng 3m, nước thải sau khi xử lý được qua hồ đối chứng rồi thải ra nguồn tiếp nhận. + Ưu điểm: Vốn đầu tư không lớn; vật tư trang thiết bị đơn giản; dễ vận hành; chi phí vận hành thấp; quá trình xử lý chủ yếu làm sạch tự nhiên nên tự động hoá không cao. + Nhược điểm: Diện tích xây dựng lớn; Hiệu quả xử lý không cao do phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên; Thời gian lưu nước trong các hồ kéo dài (30 – 60 ngày) nên nước thải và bùn tích tụ trong các hồ lâu ngày gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến môi trường không khí. Phương pháp xử lý này được áp dụng tại một số nhà máy như nhà máy tinh bột sắn Thừa Thiên Huế, Nhà máy tinh bột sắn Đaklak, nhà máy tinh bột sắn Quảng Ngãi… 3.2. Xử lý nước thải kết hợp hoá lý và sinh học hiếu khí (Hình III.2) Nước thải trước khi vào hệ thống xử lý được thu gom vào bể điều hoà để điều chỉnh lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm, sau đó nước thải được đưa qua bể keo tụ và lắng cấp I để tạo bông và lắng tách hàm lượng chất lơ lửng. Sau đó nước thải được đưa qua xử lý hiếu khí bằng bể Aeroten, sau đó nước thải được tách bùn tại bể lắng cấp 2. Để đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra ngoài môi trường nước thải được keo tụ và lắng ở bể lắng cuối. Bùn từ các bể lắng được đưa đến bể nén bùn, tại bể nén bùn nước được đưa về bể điều hoà xử lý tiếp còn bùn được đưa đến sân phơi để tách nước và đem chôn lấp. + Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao rất thích hợp với nước thải sản xuất tinh bột sắn. + Nhược điểm: Giá thành xử lý của phương pháp này tương đối cao do sử dụng nhiều hoá chất. Quá trình keo tụ tương đối phức tạp, nếu quá trình keo tụ không tốt sẽ ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng bể Aeroten, và ảnh hưỏng đến môi trường do sử dụng hoá chất keo tụ có hàm lượng kim loại. [15]
Phương pháp này được áp dụng tại nhà máy tinh bột sắn Văn Yên – Yên Bái Hình III.1 Sơ đồ xử lý nước thải bằng các hồ sinh học: Nước thải tinh chế bột Nước thải rửa củ Bể lắng cát Bể điều hoà và điều chỉnh pH Bể phản ứng lắng và tách cặn Chất keo tụ Hồ yếm khí 1 Sân phơi bùn Hồ yếm khí 2 Hồ yếm khí 3 Hồ yếm khí 4 Hồ tuỳ tiện 1 Hồ tuỳ tiện 2 Hồ đối chứng Nguồn tiếp nhận [16]
Hình III.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải bằng hoá lý kết hợp sinh học: Nư ớc thải điều hoà, điều chỉ nh pH Hoá chất phản ứng, Bể phản ứng keo tụ Bể nén bùn chất keo tụ Sân phơi bùn Bể lắng cấp I Chôn lấp Bể Aeroten Bể lắng cấp 2 Bùn dư Hoá chất phản ứng keo tụ Bể phản ứng keo tụ Bùn dư Bể lắng cuối Khử trùng clo Nước thải sau xử lý [17]
CHƯƠNG IV: ĐỀ XUẤT HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUÃNG NGÃI 1. HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUẢNG NGÃI 1.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi Hệ thống xử lý nước thải được hình thành từ khi nhà máy bắt đầu hoạt động với công suất thiết kế 1500m3/ngày. Cho đến nay hệ thống vẫn còn hoạt động nhưng không có hiệu quả Nước thải Bể điều hoà Bể lắng cặn tinh chế bột Bể trung hoà Nước rửa củ Tách vỏ cặn Bể lắng cát Hồ yếm khí Hồ tuỳ nghi 1 Hồ tuỳ nghi 2 H ồ tuỳ nghi3 Hồ điều hoà Nước thải ra Suối Bản Thuyền Hình IV.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi [18]
Nước rửa củ được đưa qua lưới chắn rác bằng thùng quay để tách vỏ, sau đó được đưa qua bể lắng đất, cát trước khi hoà trộn vớí dòng nước trích ly để xử lý sinh học. Nước từ quá trình tinh chế bột có chứa nhiều chất hữu cơ và có tính axít được trung hòa rồi cho qua hệ thống tách cặn lắng. Sau đó được hoà trộn với dòng nước thải rửa củ tại bể trung gian để giảm hàm lượng hữu cơ trong nước trước khi vào hệ thống xử lý bằng hồ sinh học nhằm giúp cho quá trình xử lý tốt hơn, nước sau khi xử lý được thải ra Suối Bản Thuyền. Đặc trưng nước thải vào hệ thống xử lý hiện tại. Bảng IV.1. Đặc trưng nước thải vào hệ thống xử lý Thông số Đơn vị Nước thải tinh chế Nước rửa củ m3//ngày đêm Q 2500 2000 pH 5,5 – 6,0 6,3 – 6,5 SS mg/l 3000 1200 mg/l 7000 800 BOD5 CO D mg/l 10000 1500 Tổng N mg/l 130 Tổng P mg/l 23 1.2. Nhận xét về hiện trạng hoạt động của hệ thống Nhìn chung hệ thống xử lý nước thải hiện tại của nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi không đạt hiệu quả xử lý. Thời gian lưu nước thải trong hệ thống các hồ sinh học không đảm bảo cho quá trình phân hu ỷ các hợp chất hữu cơ. Đối với nước thải rửa củ trước khi vào hệ thống xử lý được tách bằng thùng quay với khe rộng mắt lưới 25mm. Như vậy một lượng lớn các xơ sắn, vỏ, cùi, vụn sắn nhỏ bị vở trong quá trình rửa củ sẽ theo nước thải vào hệ thống xử lý, làm kém hiệu quả xử lý. Nước thải tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ quá cao. • Nước thải trích ly: [19]
COD = 1000mg/l BOD = 7000 mg/l SS = 3000 mg/l • Nước thải rửa củ: COD = 1300mg/l BOD = 800 mg/l SS = 1200 mg/l Trong khi đó hệ thống xử lý sơ bộ không đạt hiệu quả, hệ thống hồ sinh học không đáp ứng được khả năng xử lý các chất hữu cơ dẫn đến tình trạng nước vào hồ quá trình phân hu ỷ yếm khí xảy ra, khí sinh ra quá nổi lên nhiều, kéo theo bùn trên thành váng thoát ra theo nước thải gây đục và ô nhiễm nguồn nước. Bùn sinh ra quá nhiều lâu ngày trong hệ thống gây mùi hôi thối ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Bùn sinh ra từ các hồ sinh học được nạo vét phơi ngay trên bờ của hồ. Nên vào những ngày trời mưa bùn theo nước chảy xuống hồ gây vẩn đục và ảnh hưởng tới quá trình xử lý của hồ.Chính vì vậy nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi cần phải có giải pháp về nguồn nước thải này nhưng cũng cần phải có sự cân nhắc các biện pháp xử lý thích hợp để đảm bảo được vấn đề môi trường và lợi ích kinh tế. Nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi cần phải có một hệ thống xử lý nước thải hoàn thiện hơn đảm bảo được tiêu chuẩn nước thải công nghiệp ra môi trường theo TCVN 5945 – 2005. 2. ĐỀ XUẤT VÀ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN QUẢNG NGÃI 2.1. Đề xuất công nghệ xử lý nước thải Hệ thống xử lý nước thải hiện tại của nhà máy không đảm bảo được yêu cầu xử lý nước thải của nhà máy, nước thải đầu ra không đạt tiêu chuẩn. Do đó ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường xung quanh. Chính vì vậy nhà máy chế biến tinh bột sắn Quảng Ngãi cần phải có một giải pháp về môi trường, đặc biệt là môi trường nước đó là một hệ thống xử lý nước thải phù hợp và xử lý hiệu quả đem lại lợi ích [20]