Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong 6 tháng đầu năm 2017, vấn đề ô nhiễm môi trường do các nhà máy chế biến nông sản xả thải chưa qua xử lý ra sông suối, kênh rạch đã trở thành tâm điểm dư luận qua các sự việc tại Sơn La, Đắk Lắk và vụ việc xử phạt bồi thường thiệt hại môi trường 6,6 tỷ đồng tại Nhà máy đường Khánh Hòa. Bên cạnh những đóng góp tích cực về mặt kinh tế - xã hội như tổ chức chuỗi liên kết sản xuất với nông dân, tiêu thụ nông sản và thúc đẩy kinh tế địa phương, ngành chế biến rau quả xuất khẩu cũng tạo ra áp lực lớn đối với môi trường tiếp nhận nếu không có hệ thống xử lý chất thải đạt chuẩn.

Công ty Cổ phần Nafoods (Nafoods Group), đơn vị có lịch sử hoạt động từ năm 1995 tại Nghệ An, đã mở rộng địa bàn sản xuất về phía Nam thông qua Quyết định số 12-2015/NQ-HĐQT về việc góp vốn thành lập Công ty Cổ phần Nafoods Miền Nam. Dự án Nhà máy chế biến hoa quả xuất khẩu Nafoods Miền Nam được triển khai xây dựng tại ấp Hóc Thơm 1, xã Hoà Khánh Tây, huyện Đức Hoà, tỉnh Long An, có công suất chế biến 500 tấn nguyên liệu/ngày. Để kiểm soát nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt tại khu vực kênh Xáng và tuân thủ các quy định pháp luật hiện hành, việc lập thiết kế kỹ thuật cho hệ thống xử lý nước thải của nhà máy là yêu cầu bắt buộc và cấp thiết.

Mục tiêu của khóa luận bao gồm:

  • Tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy chế biến hoa quả xuất khẩu Nafoods Miền Nam với công suất $450\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
  • Yêu cầu về môi trường: Nước thải sau xử lý phải đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT, Cột A (với các hệ số lưu lượng nguồn tiếp nhận $K_q = 0,9$ và hệ số dung tích nguồn thải $K_f = 1,1$).
  • Yêu cầu về kinh tế: Tối ưu hóa chi phí đầu tư và chi phí vận hành cho $1\text{ m}^3$ nước thải theo điều kiện của doanh nghiệp.
  • Yêu cầu về kỹ thuật: Diện tích xây dựng trạm xử lý không vượt quá $900\text{ m}^2$, áp dụng công nghệ xử lý tiên tiến, tiết kiệm điện năng, tiết giảm hóa chất, thuận tiện trong công tác quản lý và vận hành.

Nhiệm vụ nghiên cứu được cụ thể hóa thành 9 nội dung:

  1. Giới thiệu tổng quan về Công ty Cổ phần Nafoods Group.
  2. Trình bày tổng quan về dự án Nhà máy chế biến hoa quả xuất khẩu Nafoods Miền Nam và đặc trưng tính chất nước thải.
  3. Khảo sát, thu thập số liệu nền và các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật phục vụ tính toán thiết kế.
  4. Giới thiệu 02 phương án công nghệ xử lý nước thải và đánh giá, đề xuất phương án tối ưu.
  5. Tính toán thiết kế chi tiết các thông số kỹ thuật của từng công trình đơn vị trong dây chuyền đã chọn.
  6. Dự toán kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống và tính toán chi phí xử lý trên $1\text{ m}^3$ nước thải.
  7. Thể hiện các bản vẽ kỹ thuật của các hạng mục công trình đơn vị.
  8. Lập quy trình hướng dẫn vận hành và các biện pháp ứng phó sự cố cho hệ thống xử lý.
  9. Đưa ra các kết luận kỹ thuật và kiến nghị thực hiện.

Đối tượng nghiên cứu là toàn bộ các dòng nước thải phát sinh từ hoạt động sản xuất và sinh hoạt tại Nhà máy chế biến hoa quả xuất khẩu Nafoods Miền Nam. Phạm vi nghiên cứu về không gian được giới hạn trong khuôn viên dự án có tổng diện tích $64.433\text{ m}^2$, nằm giáp bờ kênh Xáng và đường tỉnh lộ 823, huyện Đức Hòa, tỉnh Long An.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận vận dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật môi trường kết hợp với các văn bản quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng và môi trường của Việt Nam:

  • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: QCVN 40:2011/BTNMT (Nước thải công nghiệp), QCVN 14:2008/BTNMT (Nước thải sinh hoạt), QCVN 19:2009/BTNMT (Khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ), QCVN 01:2009/BYT (Chất lượng nước ăn uống).
  • Tiêu chuẩn xây dựng và thiết kế: TCVN 7957:2008 (Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế), TCXDVN 33:2006/BXD (Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế), TCVN 4513-1988 (Cấp nước bên trong - Tiêu chuẩn thiết kế), Nghị định số 80/2014/NĐ-CP của Chính phủ về thoát nước và xử lý nước thải.
  • Khung lý thuyết công nghệ xử lý: Cơ chế xử lý cơ học (song chắn rác, lắng cát, lắng trọng lực), cơ chế hóa lý (điều chỉnh pH, keo tụ, tuyển nổi), cơ chế xử lý sinh học kỵ khí (bể phản ứng kỵ khí dòng hướng lên với lớp bùn hạt UASB), cơ chế xử lý sinh học hiếu khí bùn hoạt tính lơ lửng (Aerotank), công nghệ màng lọc sinh học (Membrane Bioreactor - MBR với kích thước lỗ màng $0,03\text{ }\mu\text{m}$), quá trình khử trùng và công nghệ xử lý - ép tách nước từ bùn thải.

Các phương pháp nghiên cứu được áp dụng gồm:

  • Phương pháp thu thập và kế thừa số liệu: Thu thập tài liệu chuyên ngành về thành phần, tải lượng ô nhiễm của nước thải công nghiệp chế biến rau củ quả chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, các số liệu khí tượng thủy văn và quy hoạch mặt bằng nhà máy.
  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp tài liệu công nghệ xử lý nước thải trong và ngoài nước, đối chiếu các nghiên cứu thực tế tại các nhà máy chế biến nông sản tương tự.
  • Phương pháp so sánh và đánh giá kỹ thuật - kinh tế: So sánh ưu, nhược điểm, hiệu quả xử lý lý thuyết, chi phí đầu tư, diện tích chiếm đất của 02 sơ đồ công nghệ (UASB kết hợp Aerotank và công nghệ màng MBR) để chọn phương án tối ưu.
  • Phương pháp toán học và thủy lực: Áp dụng các phương trình cân bằng vật chất, công thức tính toán thủy lực mương dẫn, cống dẫn, tổn thất áp lực và kích thước hình học cho các công trình đơn vị xử lý.
  • Phương pháp đồ họa kỹ thuật: Sử dụng phần mềm AutoCAD để thiết lập sơ đồ công nghệ và bản vẽ mặt cắt các công trình đơn vị.

Nguồn dữ liệu sử dụng trong khóa luận bao gồm: Hồ sơ thiết kế cơ sở và số liệu phân tích của Công ty Cổ phần Thực phẩm Nghệ An (tháng 06/2016); tài liệu tính toán hệ số ô nhiễm của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO, 1993); số liệu khảo sát từ các công trình thực tế tại Công ty TNHH Thụy Hồng (Lâm Đồng, 2009) và Công ty TNHH Nước giải khát Delta (Long An, 2011); tài liệu chuyên khảo về tính toán thủy lực của GS.TSKH. Trần Hữu Uyển và giáo trình kỹ thuật môi trường của Tăng Văn Đoàn - Trần Đức Hạ (2004).

Nội dung chính theo từng chương

Phần mở đầu

Phần mở đầu nêu rõ tính cấp thiết của việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy Nafoods Miền Nam trong bối cảnh các quy định quản lý môi trường đối với ngành chế biến nông sản ngày càng siết chặt. Tác giả xác định mục tiêu thiết kế trạm xử lý công suất $450\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ đạt QCVN 40:2011/BTNMT Cột A, xác lập 9 nội dung nghiên cứu chi tiết và tổng quan 5 phương pháp thực hiện.

Chương 1: Giới thiệu tổng quan

Chương 1 khái quát lịch sử hình thành của Nafoods Group từ năm 1995 với thương hiệu nước giải khát Festi, bước chuyển đổi chiến lược năm 2002 sang chế biến chanh leo xuất khẩu, gấc Puree và dây chuyền cấp đông nhanh IQF, đến khi phát triển dòng nước ép Juice Smile năm 2015. Về dự án tại Long An, nhà máy có diện tích $64.433\text{ m}^2$, nằm cạnh kênh Xáng và tỉnh lộ 823, thuận lợi cho việc thu mua nguyên liệu Tây Nam Bộ và vận chuyển xuất khẩu qua cảng Bourbon, cảng Cát Lái và sân bay Tân Sơn Nhất.

Quy trình sản xuất được phân tích chi tiết cho hai dòng sản phẩm chính: dòng nước hoa quả cô đặc/puree (chanh leo, chanh chua, dứa, mãng cầu) và dòng sản phẩm rau quả cấp đông nhanh IQF (xoài chunk, xoài stick, dứa chunk).

Tên sản phẩm Dòng sản phẩm Tỷ lệ cơ cấu (%) Sản lượng thiết kế (tấn/năm)
Chanh leo cô đặc Cô đặc & Puree 70 3.500
Chanh chua cô đặc Cô đặc & Puree 15 750
Dứa cô đặc Cô đặc & Puree 5 250
Mãng cầu puree Cô đặc & Puree 10 500
Xoài Chunk IQF Cấp đông IQF 30 1.500
Xoài stick cắm que Cấp đông IQF 40 2.000
Dứa Chunk IQF Cấp đông IQF 30 1.500

Chương này cũng kiểm kê đầy đủ các nguồn thải của nhà máy:

  • Khí thải: Lò hơi tầng sôi sử dụng công nghệ khử $\text{SO}_2$ sơ cấp trong lớp sôi bằng đá vôi đạt hiệu suất $99%$; máy phát điện dự phòng tiêu thụ $245\text{ kg dầu DO/giờ}$ (hàm lượng $\text{S} = 0,25%$) có nồng độ chất ô nhiễm nằm trong ngưỡng QCVN 19:2009/BTNMT Cột B.
  • Nước thải sinh hoạt: Phát sinh $42,55\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ (trong đó $36,45\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ từ 243 cán bộ công nhân viên với định mức $150\text{ lít/người/ngày}$ và $6,1\text{ m}^3/\text{ngày}$ từ 243 suất ăn với định mức $25\text{ lít/suất}$). Tải lượng ô nhiễm sinh hoạt gồm: $\text{BOD}_5 = 8,51\text{ kg/ngày}$; $\text{TSS} = 14,89\text{ kg/ngày}$; $\text{NO}_3^- = 2,13\text{ kg/ngày}$; $\text{PO}_4^{3-} = 0,34\text{ kg/ngày}$.
  • Nước thải sản xuất: Lưu lượng $320\text{ m}^3/\text{ngày}$ (định mức $20\text{ m}^3/\text{giờ}$, hoạt động 2 ca/ngày, 8 giờ/ca, 200 ngày/năm).
  • Nước mưa chảy tràn: Được thu gom riêng qua hệ thống cống tròn bê tông ly tâm D300 - D800 xả ra kênh Xáng.
  • Chất thải rắn sản xuất: Phát sinh $315\text{ tấn/ngày}$ cuống, vỏ, hạt, lõi dứa; $45\text{ tấn/ngày}$ quả dập hỏng; $90\text{ tấn/ngày}$ bã ép; $50\text{ kg/ngày}$ bao bì; $4\text{ m}^3/\text{ngày}$ bùn thải. Chất thải rắn sinh hoạt phát sinh $121,5\text{ kg/ngày}$ ($0,5\text{ kg/người/ngày}$). Chất thải nguy hại gồm $2\text{ kg/tháng}$ dầu mỡ bảo dưỡng, $1\text{ kg/tháng}$ giẻ lau dính dầu, $2\text{ kg/tháng}$ bóng đèn huỳnh quang và $10\text{ kg/tháng}$ bao bì hóa chất.

Chương 2: Tổng quan về nước thải chế biến hoa quả và các công nghệ xử lý nước thải

Chương 2 phân tích tính chất lý - hóa học của nước thải chế biến hoa quả với đặc trưng giàu hợp chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng (cacbohydrat, protein, axit hữu cơ).

Chỉ tiêu ô nhiễm Đơn vị Nước thải sinh hoạt Nước thải sản xuất Giá trị thiết kế tổng hợp ($C_{tb}$) QCVN 40:2011/BTNMT (Cột A)
$\text{pH}$ - - 3,8 - 9,0 5,0 6 - 9
$\text{TSS}$ $\text{mg/L}$ 350 650 615 50
$\text{COD}$ $\text{mg/L}$ - 2.600 2.600 50
$\text{BOD}_5$ $\text{mg/L}$ 200 100 - 1.350 1.350 30
Tổng Nitơ ($\text{TN}$) $\text{mg/L}$ 50 (tính theo $\text{NO}_3^-$) 12 17 15
Tổng Phốt pho ($\text{TP}$) $\text{mg/L}$ 8 (tính theo $\text{PO}_4^{3-}$) 6 6 4

Tác giả xác định tỷ số $\text{BOD}_5/\text{COD} = 1.350 / 2.600 = 0,52 > 0,5$, chứng minh nước thải có khả năng phân hủy sinh học cao, rất thích hợp áp dụng các công nghệ xử lý sinh học. Chương này cũng phân tích tổng quan các công trình đơn vị trong xử lý cơ học, hóa học, hóa lý, sinh học và xử lý bùn; đồng thời khảo sát ưu - nhược điểm của 02 trạm xử lý thực tế tại Công ty TNHH Thụy Hồng ($300\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, sử dụng bể sinh học tiếp xúc hiếu khí) và Công ty TNHH Nước giải khát Delta ($3.000\text{ tấn nước dứa/năm}$).

Chương 3: Đề xuất và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải

Từ tổng lưu lượng nước thải tính toán ($Q_{sx} = 320\text{ m}^3/\text{ngày}$, $Q_{sh} = 42,55\text{ m}^3/\text{ngày}$), áp dụng hệ số an toàn $f = 1,2$, lưu lượng thiết kế của trạm được xác định là: $$Q_{tb} = (320 + 42,55) \times 1,2 = 435,06\text{ m}^3/\text{ngày đêm} \approx 450\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$$

Tác giả đề xuất và so sánh 02 phương án công nghệ:

  • Phương án 1 (Truyền thống): Hố thu gom $\rightarrow$ Song chắn rác (SCR) tinh $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng I $\rightarrow$ Bể kỵ khí UASB $\rightarrow$ Bể hiếu khí Aerotank $\rightarrow$ Bể lắng II $\rightarrow$ Bể trung gian $\rightarrow$ Bể lọc áp lực $\rightarrow$ Bể khử trùng ($\text{NaOCl}$) $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận.
  • Phương án 2 (Hiện đại): Hố thu gom $\rightarrow$ SCR tinh $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng I $\rightarrow$ Bể sinh học màng hiếu khí MBR $\rightarrow$ Nguồn tiếp nhận.
Công trình đơn vị Hiệu suất $\text{COD}$ (%) Hiệu suất $\text{BOD}_5$ (%) Hiệu suất $\text{SS}$ (%) $\text{COD}$ sau xử lý ($\text{mg/L}$) $\text{BOD}_5$ sau xử lý ($\text{mg/L}$) $\text{SS}$ sau xử lý ($\text{mg/L}$)
Công nghệ 1 (UASB + Aerotank)
Song chắn rác + Hố thu 0 0 2 2.600 1.350 603
SCR tinh + Bể điều hòa 10 10 13 2.340 1.215 525
Bể lắng I - 35 65 2.340 790 184
Bể UASB 70 75 40 702 198 110
Bể Aerotank + Bể lắng II 80 91 70 140 18 33
Bể lọc áp lực 45 45 75 77 10 9
Công nghệ 2 (MBR)
Song chắn rác + Hố thu 0 0 2 2.600 1.350 603
Lưới lọc rác + Bể điều hòa 10 10 13 2.340 1.215 525
Bể lắng I - 35 65 2.340 790 184
Bể MBR 98 95 90 47 40 18

Tác giả quyết định lựa chọn Phương án 2 (Công nghệ MBR) làm phương án tối ưu nhờ các ưu điểm: không cần xây dựng bể lắng II, bể lọc áp lực và bể khử trùng; tiết kiệm diện tích xây dựng (đáp ứng tiêu chí $< 900\text{ m}^2$); thời gian lưu nước ngắn ($2,5 - 5\text{ giờ}$ so với $> 8\text{ giờ}$ của Aerotank); vận hành tự động hóa cao và chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn Cột A.

Chương 4: Tính toán các công trình đơn vị

Chương 4 thực hiện tính toán thủy lực và kích thước kỹ thuật các công trình xử lý dựa trên lưu lượng thiết kế:

  • Lưu lượng trung bình: $Q_{tb} = 450\text{ m}^3/\text{ngày đêm} = 18,75\text{ m}^3/\text{giờ} = 5,2 \times 10^{-3}\text{ m}^3/\text{giây}$.
  • Lưu lượng cực đại (với hệ số không điều hòa $K_{ch} = 2,5$): $Q_{max} = 1.125\text{ m}^3/\text{ngày đêm} = 46,87\text{ m}^3/\text{giờ} = 0,013\text{ m}^3/\text{giây}$.

Kết quả tính toán mương dẫn và song chắn rác thô:

  • Cống dẫn nước thải: Đường kính $D = 250\text{ mm}$, độ dốc thủy lực $i = 0,005$, độ đầy $h/D = 0,1$, vận tốc dòng chảy $v = 0,73\text{ m/s}$ ứng với $Q_{max}$.
  • Song chắn rác thô: Bề dày thanh $\phi = 8\text{ mm}$ ($s = 0,008\text{ m}$), khoảng cách khe hở $l = 20\text{ mm}$ ($0,02\text{ m}$), góc nghiêng đặt thanh $\alpha = 60^\circ$, hệ số hình dạng thanh chữ nhật $\beta = 2,42$, hệ số thu hẹp dòng chảy $k_z = 1,05$. Số lượng khe hở tính toán $n = 9,35$ (chọn $n = 10\text{ khe}$). Bề rộng mương thiết kế $B_s = 0,008 \times (10 - 1) + (0,02 \times 10) = 0,272\text{ m}$ (quy chuẩn chọn $B_s = 0,3\text{ m}$).
  • Tổn thất áp lực qua song chắn rác: $h_s = 0,067\text{ m} = 67\text{ mm}$ (với hệ số cản cục bộ $\xi = 1,24$ và hệ số tăng tổn thất do rác bám $k = 2$).

Thiết kế và triển khai công nghệ

Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải được lựa chọn và triển khai theo quy trình khép kín:

  1. Giai đoạn tiền xử lý và xử lý cơ học:

    • Nước thải sinh hoạt từ các khu vệ sinh được xử lý cục bộ qua hệ thống bể tự hoại trước khi dẫn về bể gom tập trung.
    • Dòng thải sinh hoạt sau bể tự hoại hòa trộn cùng toàn bộ nước thải sản xuất đi vào hố thu gom có bố trí song chắn rác thô (khe hở $20\text{ mm}$) và ngăn lắng cát sơ bộ để giữ lại rác có kích thước lớn và tạp chất vô cơ nặng.
    • Bơm chìm trong hố thu (hoạt động tự động theo cảm biến mực nước) đẩy nước thải qua lưới chắn rác tinh (SCR tinh) để tách các mẩu vụn vỏ, thịt quả trước khi chảy vào bể điều hòa.

  2. Giai đoạn điều hòa và cân bằng hóa lý:

    • Bể điều hòa thực hiện chức năng ổn định lưu lượng và nồng độ chất bẩn. Dưới đáy bể bố trí hệ thống đường ống phân phối khí nén thô nối với máy thổi khí nhằm xáo trộn liên tục, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn và lên men yếm khí gây mùi.
    • Bổ sung hóa chất $\text{NaOH}$ vào bể điều hòa thông qua bơm định lượng liên động với đầu đo $\text{pH}$ tự động để nâng $\text{pH}$ từ môi trường axit ($3,8 - 5,0$) lên khoảng giá trị tối ưu ($6,8 - 7,5$) cho vi sinh vật hoạt động.

  3. Giai đoạn lắng sơ cấp và xử lý màng sinh học hiếu khí (MBR):

    • Nước thải tiếp tục được bơm sang bể lắng đứng I nhằm tách bỏ từ $50% - 70%$ hàm lượng chất rắn lơ lửng ($\text{TSS}$) trước khi đi vào bể sinh học.
    • Nước sau lắng tự chảy vào cụm bể sinh học hiếu khí lắp đặt màng lọc sợi rỗng MBR (kích thước lỗ màng $0,03\text{ }\mu\text{m}$). Tại đây, các vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy hòa tan từ máy thổi khí để oxy hóa và chuyển hóa các chất hữu cơ ($\text{BOD}_5, \text{COD}$).
    • Màng MBR giữ lại toàn bộ sinh khối bùn hoạt tính, hạt keo, vi khuẩn gây bệnh và virus trong bể sinh học, cho phép duy trì nồng độ bùn hoạt tính ($\text{MLSS}$) rất cao. Nước sau lọc qua màng có độ trong suốt cao, hàm lượng $\text{SS} < 5\text{ mg/L}$, đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT Cột A và được bơm xả trực tiếp ra kênh Xáng.

  4. Dây chuyền xử lý bùn thải:

    • Bùn lắng từ đáy bể lắng I và lượng bùn sinh học dư từ bể MBR được định kỳ xả về bể chứa bùn.
    • Hỗn hợp bùn được bơm qua máy ép bùn cơ học để giảm độ ẩm và đóng bánh bùn rắn phục vụ thu gom, xử lý định kỳ. Phần nước tách ra từ máy ép bùn được dẫn tuần hoàn trở lại hố thu gom đầu trạm để xử lý lại.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã giải quyết các yêu cầu kỹ thuật và môi trường của dự án:

  • Xác lập cơ sở dữ liệu dòng thải: Tính toán chính xác lưu lượng thiết kế $Q_{tb} = 450\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ và $Q_{max} = 1.125\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ từ dữ liệu sản xuất và định mức xả thải sinh hoạt của 243 công nhân viên.
  • Hiệu quả xử lý chất lượng nước: Dây chuyền công nghệ MBR dự báo loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm chính, đưa các chỉ tiêu vượt chuẩn ban đầu về ngưỡng an toàn theo QCVN 40:2011/BTNMT Cột A:
    • $\text{COD}$: Giảm từ $2.600\text{ mg/L}$ xuống $47\text{ mg/L}$ (hiệu suất xử lý toàn hệ thống đạt $98,19%$).
    • $\text{BOD}_5$: Giảm từ $1.350\text{ mg/L}$ xuống $40\text{ mg/L}$ (hiệu suất xử lý đạt $97,04%$).
    • $\text{SS}$: Giảm từ $615\text{ mg/L}$ xuống $18\text{ mg/L}$ (hiệu suất xử lý đạt $97,07%$).
  • Đóng góp về giải pháp công nghệ: So với sơ đồ truyền thống sử dụng cụm bể UASB kết hợp Aerotank, giải pháp công nghệ MBR loại bỏ hoàn toàn các hạng mục bể lắng II, bể trung gian, bể lọc áp lực và bể khử trùng bằng hóa chất Clo. Việc này giúp rút ngắn thời gian lưu nước từ $> 8\text{ giờ}$ xuống còn $2,5 - 5\text{ giờ}$, tiết giảm diện tích chiếm đất dưới $900\text{ m}^2$, loại bỏ nguy cơ tồn dư hóa chất khử trùng trong nguồn nước xả ra kênh Xáng và cung cấp nguồn nước sau xử lý có khả năng tái sử dụng cho các mục đích tưới cây, rửa đường, giải nhiệt.
  • Tính toán chi tiết hạng mục cơ học: Hoàn thành thiết kế thủy lực mương dẫn ($D = 250\text{ mm}, i = 0,005$) và song chắn rác thô ($10\text{ khe}$, rộng $0,3\text{ m}$, tổn thất áp lực $67\text{ mm}$).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế kỹ thuật và phạm vi nghiên cứu:

  • Công nghệ màng lọc MBR đòi hỏi chi phí đầu tư thiết bị màng ban đầu cao và màng lọc hiện phải nhập ngoại.
  • Quá trình vận hành màng MBR tiềm ẩn rủi ro nghẹt màng (fouling) nếu người vận hành thiếu kinh nghiệm kiểm soát hoặc khi nước thải có độ cứng cao.
  • Do giới hạn của đồ án tốt nghiệp và tác giả chưa có điều kiện khảo sát thực tế biến động giá cả thị trường thiết bị, việc đánh giá lựa chọn công nghệ chủ yếu dựa trên các chỉ tiêu kỹ thuật và lý thuyết công nghệ.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

  • Hoàn thiện bảng tính toán chi tiết kích thước hình học, công suất thiết bị và dự toán kinh tế chi tiết cho các công trình đơn vị còn lại trong sơ đồ (bể điều hòa, bể lắng I, bể MBR, bể chứa bùn và máy ép bùn).
  • Nghiên cứu thực nghiệm xác định chu kỳ rửa màng (rửa ngược định kỳ và rửa hóa chất phục hồi) phù hợp với đặc thù nước thải chế biến hoa quả giàu đường và axit hữu cơ.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên môn cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Môi trường, Quản lý Môi trường khi thực hiện đồ án môn học, khóa luận tốt nghiệp về thiết kế trạm xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm.
  • Kỹ sư môi trường và cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy chế biến nông sản, hoa quả xuất khẩu cần tài liệu tham khảo về định mức phát thải, phương pháp cân bằng dòng thải sinh hoạt - sản xuất, và dữ liệu so sánh định lượng giữa công nghệ sinh học truyền thống với công nghệ màng lọc MBR.
  • Các phần đáng tham khảo nhất trong văn bản gồm: Bảng tổng hợp thành phần ô nhiễm đặc thù của nước thải chế biến chanh leo/dứa; Bảng đối chiếu chi tiết hiệu quả xử lý lý thuyết từng công đoạn của 02 sơ đồ công nghệ; Quy trình tính toán thủy lực mương dẫn và song chắn rác theo tiêu chuẩn TCVN 7957:2008.

Câu hỏi thường gặp

1. Công suất trạm xử lý nước thải được xác định dựa trên những căn cứ lưu lượng nào?
Trạm được thiết kế với công suất $450\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, tính từ lưu lượng nước thải sản xuất $Q_{sx} = 320\text{ m}^3/\text{ngày}$ (định mức $20\text{ m}^3/\text{h}$, hoạt động 2 ca/ngày, 8 giờ/ca) cộng với lưu lượng nước thải sinh hoạt $Q_{sh} = 42,55\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ ($36,45\text{ m}^3/\text{ngày}$ từ 243 công nhân viên và $6,1\text{ m}^3/\text{ngày}$ từ nhà ăn tập thể), sau đó nhân với hệ số an toàn $f = 1,2$ cho ra $435,06\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ và làm tròn thành $450\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.

2. Tại sao nước thải của Nhà máy Nafoods Miền Nam lại thích hợp để xử lý bằng phương pháp sinh học?
Kết quả phân tích mẫu nước thải tổng hợp cho thấy nồng độ $\text{BOD}_5$ đạt $1.350\text{ mg/L}$ và $\text{COD}$ đạt $2.600\text{ mg/L}$. Tỷ số $\text{BOD}_5/\text{COD} = 1.350 / 2.600 = 0,52 > 0,5$. Đây là điều kiện tối ưu để các vi sinh vật dị dưỡng sử dụng cơ chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng và phân hủy sinh học chất ô nhiễm.

3. Công nghệ màng MBR mang lại những ưu điểm kỹ thuật gì vượt trội so với công nghệ truyền thống UASB kết hợp Aerotank?
Công nghệ MBR sử dụng màng siêu lọc lỗ $0,03\text{ }\mu\text{m}$ giúp giữ lại toàn bộ sinh khối bùn và vi khuẩn, loại bỏ sự cần thiết của bể lắng II, bể lọc áp lực và bể khử trùng hóa chất $\text{NaOCl}$. Thời gian lưu nước trong bể giảm xuống còn $2,5 - 5\text{ giờ}$ (thay vì $> 8\text{ giờ}$ ở bể Aerotank truyền thống), diện tích trạm được thu gọn dưới $900\text{ m}^2$, hàm lượng chất rắn lơ lửng đầu ra rất thấp ($< 5\text{ mg/L}$) và hệ thống vận hành tự động không cần đo chỉ số thể tích bùn $\text{SVI}$ hàng ngày.

4. Các thông số thiết kế thủy lực chính của song chắn rác thô là gì?
Song chắn rác thô được đặt trong mương dẫn có cống tròn $D = 250\text{ mm}$, độ dốc $i = 0,005$, vận tốc dòng chảy cực đại $v = 0,73\text{ m/s}$ ứng với $Q_{max} = 0,013\text{ m}^3/\text{s}$. Thiết bị sử dụng các thanh thép dày $s = 8\text{ mm}$, khoảng cách khe hở $l = 20\text{ mm}$, góc nghiêng $\alpha = 60^\circ$, hệ số $\beta = 2,42$. Số khe tính toán là 10 khe, bề rộng thiết kế mương $B_s = 0,3\text{ m}$ và tổn thất áp lực qua song chắn $h_s = 67\text{ mm}$.

5. Lượng chất thải rắn sản xuất phát sinh hàng ngày của nhà máy gồm những thành phần nào?
Tổng lượng chất thải rắn sản xuất phát sinh hàng ngày của dự án được ước tính gồm: $315\text{ tấn/ngày}$ cuống, lá, vỏ, hạt và lõi dứa; $45\text{ tấn/ngày}$ quả hư dập; $90\text{ tấn/ngày}$ bã quả; $50\text{ kg/ngày}$ bao bì đựng nguyên liệu; và $4\text{ m}^3/\text{ngày}$ bùn thải phát sinh từ hệ thống xử lý nước cấp và nước thải.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thuỳ Linh đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế hệ thống xử lý nước thải công suất $450\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ cho Nhà máy chế biến hoa quả xuất khẩu Nafoods Miền Nam tại tỉnh Long An. Dựa trên các phân tích đặc trưng dòng thải giàu chất hữu cơ ($\text{COD} = 2.600\text{ mg/L}, \text{BOD}_5 = 1.350\text{ mg/L}$), tác giả đã lựa chọn giải pháp công nghệ màng lọc sinh học MBR tiên tiến giúp thu gọn mặt bằng trạm dưới $900\text{ m}^2$ và tối ưu hóa hiệu quả loại bỏ ô nhiễm hữu cơ trên $97%$. Toàn bộ tính toán thủy lực cống dẫn và song chắn rác thô được thực hiện chuẩn xác theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, đảm bảo chất lượng nước xả ra kênh Xáng đạt QCVN 40:2011/BTNMT Cột A.