Luận văn: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Panko Vina 4000m3/ngày đêm

Phân tích chi tiết quá trình tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước thải đạt công suất 4000 m3/ngày đêm, áp dụng cho công ty TNHH Panko Vina.

• Tác giả: Hoàng Ngọc Khánh
• Người hướng dẫn: Th.S Trần Minh Đạt
• Trường học: Đại học Bình Dương
• Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
• Đề tài: Tính toán – Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty TNHH Panko Vina công suất 4000 m3/ngày đêm
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp cử nhân Công nghệ Sinh học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Bình Dương

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải công ty PanKo Vina

Công ty TNHH PanKo Vina hoạt động trong lĩnh vực dệt nhuộm, đặt tại Bình Dương. Đây là ngành sản xuất có lượng nước thải lớn, chứa nhiều chất ô nhiễm như độ màu, COD, BOD, TSS và kim loại nặng. Công suất thiết kế hệ thống xử lý nước thải đạt 4000 m3/ngày đêm nhằm đáp ứng yêu cầu xả thải theo QCVN 40:2011/BTNMT. Nước thải dệt nhuộm có đặc điểm phức tạp, hàm lượng hữu cơ cao, độ màu đậm và pH biến động lớn. Việc tính toán thiết kế hệ thống xử lý đòi hỏi sự kết hợp nhiều phương pháp: cơ học, hóa học và sinh học. Hệ thống phải đảm bảo hiệu suất xử lý ổn định, vận hành kinh tế và thân thiện với môi trường. Quá trình thiết kế bao gồm xác định lưu lượng, tính chất nước thải đầu vào, lựa chọn công nghệ phù hợp và tính toán kích thước các công trình đơn vị.

1.1. Đặc điểm nước thải dệt nhuộm PanKo Vina

Nước thải từ nhà máy dệt nhuộm PanKo Vina có thành phần phức tạp, bao gồm thuốc nhuộm, hóa chất tẩy rửa, chất trợ nhuộm và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Chỉ tiêu COD dao động từ 800-1500 mg/l, BOD5 từ 300-600 mg/l, TSS từ 200-500 mg/l. Độ màu rất cao do chứa các phân tử thuốc nhuộm azo, anthraquinone. pH nước thải biến động mạnh từ 4-12 tùy theo công đoạn sản xuất. Nhiệt độ nước thải có thể đạt 40-60°C ở một số công đoạn. Hàm lượng nitơ và photpho cũng đáng kể do sử dụng chất trợ nhuộm.

1.2. Mục tiêu xử lý và tiêu chuẩn xả thải

Hệ thống xử lý nước thải phải đạt các chỉ tiêu theo QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Cụ thể: COD ≤ 50 mg/l, BOD5 ≤ 30 mg/l, TSS ≤ 50 mg/l, pH từ 6-9, độ màu ≤ 100 Pt-Co. Hiệu suất xử lý yêu cầu đạt trên 95% đối với COD và BOD, trên 90% đối với TSS. Hệ thống cần vận hành liên tục 24/24 giờ, đảm bảo ổn định trong điều kiện lưu lượng và nồng độ ô nhiễm dao động. Chi phí vận hành và bảo trì phải hợp lý, phù hợp với năng lực tài chính của doanh nghiệp.

II. Phân tích vấn đề xử lý nước thải dệt nhuộm 4000m3 ngày

Nước thải dệt nhuộm công suất 4000 m3/ngày đêm đặt ra nhiều thách thức trong quá trình xử lý. Vấn đề lớn nhất là độ màu cao, khó loại bỏ bằng phương pháp sinh học thông thường. Các phân tử thuốc nhuộm có cấu trúc phức tạp, kháng phân hủy sinh học. COD và BOD trong nước thải cao, đòi hỏi hệ thống xử lý sinh học hiệu suất lớn. Sự dao động pH lớn gây ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật trong bể sinh học. Nước thải chứa nhiều chất rắn lơ lửng, dễ gây tắc nghẽn thiết bị. Nhiệt độ nước thải cao ở một số công đoạn cũng ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý. Hàm lượng kim loại nặng như Cr, Cu, Zn cần được xử lý triệt để trước khi vào hệ thống sinh học. Việc kiểm soát lưu lượng đầu vào ổn định là yếu tố then chốt để hệ thống hoạt động hiệu quả. Bùn thải sinh ra từ quá trình xử lý hóa học và sinh học có khối lượng lớn, cần có giải pháp xử lý phù hợp.

2.1. Thách thức xử lý độ màu và chất hữu cơ

Độ màu trong nước thải dệt nhuộm là vấn đề nan giải nhất. Các loại thuốc nhuộm phổ biến như reactive, acid, disperse đều có cấu trúc phân tử bền vững. Phương pháp sinh học chỉ loại bỏ được 40-60% độ màu. Do đó cần kết hợp xử lý hóa học bằng keo tụ tạo bông với PAC và polymer. COD trong nước thải dao động mạnh theo từng đợt sản xuất, có thể lên đến 2000 mg/l vào giờ cao điểm. Bể điều hòa đóng vai trò quan trọng trong việc san phẳng nồng độ ô nhiễm.

2.2. Vấn đề bùn thải và vận hành hệ thống

Khối lượng bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm rất lớn. Bùn hóa học từ quá trình keo tụ chứa nhiều kim loại nặng, cần xử lý đặc biệt. Bùn sinh học từ bể aerotank có khả năng chứa nước cao, cần ép tách nước trước khi xử lý. Hệ thống máy ép bùn, bể nén bùn phải được tính toán phù hợp với khối lượng bùn phát sinh. Chi phí xử lý bùn chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí vận hành. Vận hành hệ thống đòi hỏi nhân viên có chuyên môn, am hiểu quy trình và hóa chất sử dụng.

III. Giải pháp thiết kế hệ thống xử lý nước thải PanKo Vina

Hệ thống xử lý nước thải công suất 4000 m3/ngày đêm được thiết kế theo quy trình kết hợp nhiều phương pháp. Giai đoạn tiền xử lý bao gồm song chắn rác thô, tinh và hố thu gom. Bể điều hòa có nhiệm vụ san phẳng lưu lượng và nồng độ ô nhiễm, được trang bị máy thổi khí để khuấy đảo và khử mùi. Quá trình keo tụ tạo bông sử dụng hóa chất PAC và polymer giúp loại bỏ độ màu và chất rắn lơ lửng hiệu quả. Bể lắng 1 tách bông cặn từ quá trình keo tụ. Công trình xử lý sinh học chính là bể aerotank với thời gian lưu nước 8-12 giờ, sử dụng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí. Bể lắng 2 tách bùn hoạt tính, một phần bùn được tuần hoàn về bể aerotank. Giai đoạn xử lý hóa học lần 2 với keo tụ tạo bông giúp đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải. Bể lắng 3 là công trình lắng cuối cùng trước khi nước thải đi vào nguồn tiếp nhận.

3.1. Tính toán công trình tiền xử lý và điều hòa

Song chắn rác thô được thiết kế với khe hở 20-25mm, song chắn rác tinh khe hở 3-5mm. Bể điều hòa có dung tích tính toán dựa trên đồ thị dao động lưu lượng trong ngày, thường bằng 30-50% lưu lượng trung bình ngày. Đối với công suất 4000 m3/ngày, bể điều hòa có dung tích khoảng 1500-2000 m3. Máy thổi khí công suất phù hợp được bố trí để đảm bảo quá trình khuấy đều và ngăn lắng cặn. Hệ thống bơm chìm được sử dụng để đưa nước thải từ hố thu gom vào bể điều hòa.

3.2. Thiết kế hệ thống xử lý sinh học aerotank

Bể aerotank được thiết kế theo kiểu bùn hoạt tính hiếu khí với tải trọng hữu cơ 0,3-0,5 kg BOD5/m3.ngày. Thời gian lưu nước từ 8-12 giờ, nồng độ bùn hoạt tính MLSS duy trì ở 3000-4000 mg/l. Hệ thống sục khí sử dụng máy thổi khí kết hợp đĩa phân phối khí mịn, đảm bảo hàm lượng oxy hòa tan ≥ 2 mg/l. Tỷ lệ bùn tuần hoàn 50-100% lưu lượng nước thải đầu vào. Tuổi bùn được duy trì 15-20 ngày để đảm bảo vi sinh vật phát triển tốt, xử lý hiệu quả các chất hữu cơ khó phân hủy.

IV. Kết luận và ứng dụng hệ thống xử lý nước thải công nghiệp

Hệ thống xử lý nước thải công ty PanKo Vina công suất 4000 m3/ngày đêm được thiết kế với quy trình hoàn chỉnh, đáp ứng yêu cầu xả thải theo QCVN 40:2011/BTNMT. Quá trình tính toán đã xác định đầy đủ kích thước các công trình đơn vị, công suất thiết bị và liều lượng hóa chất sử dụng. Hệ thống kết hợp hiệu quả ba phương pháp: cơ học, hóa học và sinh học. Kết quả xử lý đạt được: COD đầu ra ≤ 50 mg/l, BOD5 ≤ 30 mg/l, TSS ≤ 50 mg/l, độ màu ≤ 100 Pt-Co. Chi phí đầu tư và vận hành nằm trong khả năng của doanh nghiệp. Hệ thống có tính ổn định cao, dễ vận hành và bảo trì. Đây là mô hình có thể áp dụng cho các nhà máy dệt nhuộm có công suất tương tự trong khu vực. Việc tuân thủ quy trình vận hành và bảo dưỡng định kỳ đảm bảo hiệu suất xử lý lâu dài.

4.1. Hiệu quả xử lý và kinh tế kỹ thuật

Hiệu suất xử lý trung bình của hệ thống đạt: COD 95-97%, BOD5 96-98%, TSS 92-95%, độ màu 90-95%. Tổng mức đầu tư xây dựng hệ thống khoảng 25-30 tỷ đồng. Chi phí vận hành hàng năm bao gồm hóa chất, điện năng, nhân công và xử lý bùn ước tính 3-4 tỷ đồng. Thời gian hoàn vốn đầu tư từ 5-7 năm khi tính đến giá trị thu hồi nước thải xử lý. Hệ thống tiết kiệm chi phí nhờ tối ưu hóa liều lượng hóa chất và sử dụng thiết bị hiệu suất cao.

4.2. Khuyến nghị và hướng phát triển

Nên áp dụng công nghệ xử lý tiên tiến như màng lọc MBR để nâng cao chất lượng nước thải đầu ra. Đầu tư hệ thống quan trắc tự động để giám sát liên tục các chỉ tiêu ô nhiễm. Tối ưu hóa quy trình xử lý bằng phần mềm mô phỏng để giảm chi phí hóa chất và điện năng. Xem xét khả năng tái sử dụng nước thải xử lý trong sản xuất để giảm tiêu thụ nước sạch. Đào tạo nhân viên vận hành thường xuyên để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề, tính cấp thiết, mục tiêu, nội dung của đề tài, phương pháp nghiên cứu của đề tài.  Tóm tắt sơ lược về Công Ty TNHH PanKo ViNa (Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, nhiệt độ, lượng mưa, đặc điểm địa hình, Hiện trạng đầu tư cơ sở hạ tầng và hoạt động xử lý nước thải Công Ty TNHH PanKo ViNa). 2  Giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải - Phương pháp cơ học: Thiết bị chắn rác, bể lắng cát, thiết bị nghiền rác, bể lắng, bể điều hòa, máy ép bùn, bể lọc. - Phương pháp xử lý hóa học: Phương pháp keo tụ tạo bông, phương pháp trung hòa, phương pháp khử trùng.

- Phương pháp sinh học: Sử dụng các vi sinh vật để xử lý nước thải.  Giới thiệu tiêu chuẩn: - Tiêu chuẩn nước thải đầu ra: Đạt lọai A theo QCVN 40: 2011/BTNMT  Ước tính lưu lượng, thành phần, đặc tính nước thải của Công Ty TNHH PanKo ViNa: như BOD, COD, SS,…  Đề xuất các phương án xử lý cùng quy trình công nghệ và thuyết minh quy trình công nghệ.  Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp để xử lý thành phần ô nhiễm trong nước thải.  Tính toán và khai toán kinh phí trạm xử lý nước thải bao gồm: + Tính toán công trình đơn vị: Bể thu gom, bể điều hòa, bể lắng 1, bể Aerotank, bể lắng 2, bể chứa bùn,.

+ Khai toán kinh phí: chi phí phần xây dựng, quản lý và vận hành, tổng chi phí đầu tư, chi phí xử lý 1m3 nước thải.  Thể hiện bản vẽ mặt bằng, mặt cắt, bản vẽ chi tiết các công trình hạng mục. Phạm vi nghiên cứu của đề tài - Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty PanKo ViNa. - Thiết kế xử lý phạm vi khu vực công ty, tham khảo các công trình trong nước và ngoài nước.

Phương pháp nghiên cứu của đề tài  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: - Tìm hiểu quy trình công nghệ đã có tại các khu công nghiệp khác. 3 - Tìm hiểu những công nghệ xử lý nước thải cơ bản.  Công thức tính toán thiết kế, nguyên lý vận hành.  Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu: + Tổng hợp tài liệu về công ty vị trí địa lý, đặc điểm địa hình, quy mô sản xuất.

+ Thống kê thành phần, tính chất nước thải đầu vào: Lưu lượng, pH, BOD, COD, SS… + Thống kê số liệu thiết kế, lựa chọn tiêu chuẩn cần xử lý, tổng hợp số liệu thu thập và phân tích.  Phương pháp so sánh: + So sánh ưu, nhược điểm của các công nghệ xử lý hiện có và đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp. + So sánh về công nghệ, hiệu quả, giá thành xử lý của 2 phương án được đề xuất để lựa chọn phương án tốt nhất.  Phương pháp toán: + Sử dụng công thức toán học để tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải.

+ Tính toán chi phí xây dựng, chi phí duy trì hoạt động (chi phí điện năng, hóa chất, lương nhân viên vận hành, chi phí bảo dưỡng hệ thống, chi phí xử lý một m3 nước thải.  Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCard để mô tả kiến trúc công trình xử lý nước thải (bản vẽ chi tiết từng bể, bản vẽ mặt bằng; sơ đồ dây chuyển công nghệ, bản vẽ mặt bằng). Ý nghĩa thực tiển của đề tài - Ý nghĩa về mặt môi trường: Việc xây dựng nhà máy xử lý nước thải góp phần làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường. - Ý nghĩa về mặt xã hội: Xử lý nước thải trước khi đưa ra môi trường tự nhiên góp phần bảo vệ nguồn nước sinh hoạt.

Giới hạn của đề tài - Khảo sát hiện trạng và đề xuất phương án xử lý nước thải cho Công ty TNHH Panko ViNa. - Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Công ty TNHH Panko ViNa. - Địa điểm thực hiện đề tài: Nhà máy xử lý nước thải Công ty TNHH Panko ViNa Bình Dương. Địa chỉ: Khu Mỹ Phước 1, Đường D1-N6, TT Mỹ Phước, Huyện Bến Cát, Tỉnh Bình Dương.

Thời gian thực hiện đề tài: từ tháng 09/2011 đến tháng 01/2012 5 Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DỆT NHUỘM 2.1 Đặc điểm về ngành dệt nhuộm Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành công nghệ dệt cũng có nhiều thay đổi, bên cạnh nhà máy xí nghiệp quốc doanh, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới ra đời. Kết quả khảo sát cho thấy hầu hết các nhà máy xí nghiệp đều nhập thiết bị, hóa chất từ nhiều nước khác nhau: - Thiết bị: Mỹ, Nhật, Ba Lan, Ấn Độ Đài Loan … - Thuốc nhuộm: Nhật, Đức, Thụy Sỹ, Anh … - Hóa chất cơ bản: Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan, Việt Nam … Với khối lượng lớn hóa chất sử dụng, nước thải ngành dệt nhuộm có mức độ ô nhiễm cao. Tuy nhiên trong những năm gần đây khi nền kinh tế phát trển mạnh đã xuất hiện nhiều nhà máy, xí nghiệp với công nghệ hiện đại ít gây ô nhiễm môi trường.2 Công nghệ sản xuất của ngành dệt nhuộm 2.1 Các loại nguyên liệu của ngành dệt nhuộm Nguyên liệu cho các ngành dệt nhuộm chủ yếu là các loại sợi tự nhiên (sợi Cotton, sợi tổng hợp (sợi Poly Ester) và sợi pha, trong đó: - Sợi Cotton (Co): Được kéo từ sợi bông vải có đặc tính hút ẩm cao, xốp, bền trong môi trường kiềm, phân hủy trong môi trường axít. Vải dệt từ loại sợi này thích hợp cho khí hậu nóng mùa hè.

Tuy nhiên sợi còn lẫn nhiều sợi tạp chất như sáp, mày lông và dễ nhăn. - Sợi tổng hợp (PE): Là sợi hóa học dạng cao phân tử được tạo thành từ quá trình tổng hợp các chất hữu cơ. Nó có đặc tính là hút ẩm kém, cứng, bền ở trạng thái ướt. 6 - Sợi pha (sợi Poly ester kết hợp với sợi cotton): Sợi pha này khi tạo thành sẽ khắc phục được những nhược điểm của sợi tổng hợp và sợi tự nhiên.2 Quy trình công nghệ tổng quát Chuẩn bị nguyên liệu Hồ sợi Dệt , giũ hồ nấu tẩy, giặt , làm bóng Nhuộm In Cầm màu Giặt Hồ văng Kiểm gấp Đóng kiện Hình 2.1: Sơ đồ quy trình công nghệ tổng quát của nhà máy dệt nhuộm 7 a) Sợi hồ Hồ sợi bằng hồ tinh bột và hồ biến tính để tạo màng hồ bao quanh sợi, tăng độ bền độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải.

Ngoài ra còn có dùng các loại hồ nhân tạo như polyvinylalol ( PVA ), polyacrylat … b) Chuẩn bị nhuộm Đây là công đoạn tiền xử lý và quyết định các quá trình nhuộm về sau. Vải mộc được tiền xử lý tốt mới đảm bảo được độ trắng cần thiết, đảm bảo cho thuốc nhuộm bám đều lên mặt vải và giữ được độ bền trên đó. Các công đoạn chuẩn bị nhuộm bao gồm : đốt lông, rũ hồ, nấu tẩy … c) Công đoạn nhuộm Mục đích là tạo ra những sắc màu khác nhau của vải. Để nhuộm vải người ta sử dụng chủ yếu các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các chất trợ nhuộm để tạo sự gắn màu của vải.

Phần thuốc nhuộm như không gắn vào vải mà theo dòng nước thải đi ra, phần thuốc thải này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ, loại vải, độ màu yêu cầu… Một số tên gọi tương ứng của các thuốc nhuộm đang dùng trong thực tế ở nước ta và trên thế giới Bảng 2.1: Một số loại thuốc nhuộm thường gặp Tên gọi loại thuốc nhuộm Tên gọi thông phẩm thường gặp Thuốc nhuộm (tiếng Dyes (tiếng Việt) Anh) Trực tiếp Direct Dipheryl, sirius, pirazol, chloramin… Axit Acid Eriosin, irganol, carbolan … 8 Bazơ Basic Malachite, auramine, rhodamine… Hoạt tính Reactive Procion, cibaron… Lưu huỳnh Sulphur Thionol, pyrogene, immedia… Phân tán Disperse Foron, easman, synten… Pitmen Pitment Oritex, poloprint, acronym… Hoàn nguyên không tan Vat dyes Indanthrene, caledon, durindone… Hoàn nguyên tan Indigosol Solazon, cubosol, anthrasol… (Nguồn : Nguyễn Văn Mai – Nguyễn Ngọc Hải. Giáo trình “ Mực màu hóa chất – kỹ thuật in lưới”. năm 1991)  Phạm vi sử dụng thuốc Thuốc nhuộm trong dịch nhuộm có thể ở dạng hòa tan hay phân tán, và mỗi loại thuốc nhuộm khác nhau sẽ thích hợp cho từng loại vải khác nhau. Để nhuộm vải từ những nguyên liệu ưa nước, người ta dùng thuốc nhuộm hòa tan trong nước.

Các loại thuốc nhuộm này sẽ khuếch tán và gắn màng vào xơ sợi nhờ các lực liên kết hóa lý (thuốc nhuộm trực tiếp), liên kết ion (thuốc nhuộm axít, bazơ), liên kết đồng hóa trị (thuốc nhuộm hoạt tính). Còn để nhuộm vải từ những nguyên liệu sợi kỵ nước như sợi tổng hợp thì người ta thường dùng thuốc nhuộm không tan trong nước (thuốc nhuộm phân tán). Để nhuộm vải từ những nguyên liệu sợi kỵ nước như sợi tổng hợp thì người ta thường dùng thuốc nhuộm không tan trong nước (thuốc nhuộm phân tán). Đối với các loại vải dệt từ sợi pha thì có thể chia làm hai lần, mỗi lần nhuộm một thành phần hay nhuộm một lần cho cả hai thành phần.

9 d) Công đoạn in hoa In hoa là tạo ra các vân hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vải màu bằng hồ in. Hồ in là một loại hỗn hợp các loại thuốc nhuộm ở dạng hòa tan hay pigment dung môi. Các loại thuốc nhuộm dùng cho in hoa như pigment, hoạt tính, hoàn nguyên, azo không tan và indigozol. Hồ in có nhiều loại như hồ tinh bột, dextrin, hồ liganit natri, hồ nhũ tương hay hồ nhũ hóa tổng hợp.

e) Công đoạn sau in hoa - Cao ôn: Sau khi in, vải được cao ôn để cầm màu:  Thuốc hoạt tính: 1500C trong 5 phút.  Thuốc pigment: 1400C - 1500C trong 3 phút.  Thuốc nhuộm phân tán: 2150C. - Giặt: Sau khi nhuộm và in vải được giặt nóng và lạnh nhiều lần để loại bỏ tạp chất hay thuốc nhuộm, in dư trên vải.

 Đối với thốc nhuộm hoạt tính: 4 lần.  Đối với thuốc nhuộm pigment: 2 lần.  Đối với thuốc nhuộm phân tán: 2 lần. f) Công đoạn văng khổ hoàn tất Văng khổ hay hoàn tất vải với mục đích ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một số hóa chất chống màu, chất làm mềm và hóa chất như mêtylit, axít axetic, formaldehyt… 2.3 Đặc điểm nước thải dệt nhuộm 2.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải dệt nhuộm Các tạp chất tách ra từ vải sợi như: Dầu mỡ, các tạp chất chứa Nitơ, các chất bụi bẩn dính vào sợi (chiếm 6% khối lượng xơ).

10 Hóa chất sử dụng: Hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCL, H2O2, Na2CO3, Na2SO3 …các loại thuốc nhuộm, các chất trơ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt.