Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Ngành công nghiệp sản xuất bia là một trong những ngành kinh tế quan trọng, đóng góp lớn vào ngân sách quốc gia và đáp ứng nhu cầu tiêu thụ đồ uống giải khát ngày càng tăng trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Theo thống kê được tác giả tổng hợp, sản lượng bia toàn cầu đạt trên 195 tỷ lít/năm (trong đó Trung Quốc dẫn đầu với 46 tỷ lít vào năm 2016). Tại Việt Nam, ngành bia đóng góp cho ngân sách Nhà nước hơn 45.000 tỷ đồng vào năm 2016; sản lượng năm 2017 đạt 4.000,6 triệu lít (tăng 5,65% so với năm 2016). Theo quy hoạch phát triển ngành đến năm 2025, tầm nhìn 2035 của Bộ Công Thương, sản lượng dự kiến đạt 4,6 tỷ lít vào năm 2025 và 5,6 tỷ lít vào năm 2035.
Song hành với sự tăng trưởng kinh tế, công nghệ sản xuất bia đòi hỏi mức tiêu thụ nước rất lớn, dao động từ 4 đến 10 hl nước cho mỗi hectolit bia thương phẩm. Quá trình sản xuất thải ra môi trường một lượng nước thải đáng kể mang tải lượng ô nhiễm hữu cơ cao phát sinh từ các khâu nấu - đường hóa, lên men, lọc, chiết rót và vệ sinh thiết bị (CIP). Tại nhiều cơ sở sản xuất, hệ thống xử lý nước thải chưa được xây dựng đồng bộ, công suất không đảm bảo hoặc vận hành không đạt quy chuẩn kỹ thuật, dẫn đến tình trạng nước thải xả trực tiếp gây ô nhiễm nguồn nước mặt, phát sinh mùi hôi và hủy hoại hệ sinh thái thủy sinh.
Từ thực tiễn trên, khóa luận xác định các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:
- Tổng quan cơ sở lý luận về quy trình sản xuất bia, các nguồn phát sinh chất thải và các phương pháp xử lý nước thải sản xuất bia hiện hành.
- Khảo sát, đánh giá đặc tính thành phần và lưu lượng nước thải của Nhà máy bia A với công suất thiết kế $500 \text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
- Đề xuất, phân tích so sánh và lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước thải tối ưu.
- Tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT, Cột B).
- Dự toán chi phí đầu tư xây dựng, mua sắm thiết bị và chi phí vận hành cho toàn bộ trạm xử lý.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Nước thải phát sinh từ dây chuyền sản xuất bia của Nhà máy A với công suất xử lý $500 \text{ m}^3/\text{ngày đêm}$.
- Phạm vi không gian: Thiết kế khuôn viên trạm xử lý nước thải cho Nhà máy A.
- Phạm vi thời gian: Đề tài thực hiện từ ngày 11/06/2018 đến ngày 30/08/2018 tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận thiết lập cơ sở lý thuyết dựa trên các nguyên lý xử lý nước thải công nghiệp và các văn bản quy chuẩn, tài liệu chuyên ngành:
- Khung quy chuẩn kỹ thuật và tiêu chuẩn thiết kế: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (áp dụng Cột B xả vào nguồn tiếp nhận không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt); Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 51:2008 về mạng lưới thoát nước và công trình bên ngoài.
- Lý thuyết các quá trình xử lý:
- Quá trình cơ học: Tách rác thô và mịn qua song chắn rác, lắng cát, tách dầu mỡ, lắng trọng lực và lọc nhằm loại bỏ chất rắn không tan và chất rắn lơ lửng (SS).
- Quá trình hóa lý và hóa học: Trung hòa độ kiềm/axit đưa pH về khoảng 6,5 - 8,5; oxy hóa khử và khử trùng bằng hợp chất chứa Clo hoạt tính theo cơ chế phân ly tạo axit hipoclorơ ($HOCl$) và ion hipoclorit ($OCl^-$).
- Quá trình sinh học kỵ khí (Bể UASB): Phân hủy sinh học chất hữu cơ qua 3 giai đoạn (lỏng hóa cơ chất, tạo axit hữu cơ nhờ vi khuẩn tạo axit, tạo khí metan $CH_4$ và $CO_2$ nhờ vi khuẩn metan) với tỷ lệ tối ưu $C/N = (25 \div 30)/1$, nhiệt độ ưa ấm $35 \div 37^\circ\text{C}$.
- Quá trình sinh học hiếu khí (Bể Aeroten): Phân hủy và khoáng hóa chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính lơ lửng dưới điều kiện cấp khí nhân tạo liên tục, thời gian lưu nước từ 4 đến 8 giờ.
- Mô hình tính toán bùn kỵ khí: Áp dụng hệ số sản lượng tế bào $Y = 0,07 \text{ kg VSS/kg COD}_{\text{loại bỏ}}$ và khối lượng thể tích bùn kỵ khí $1 \text{ m}^3 \approx 110 \text{ kg VSS}$ theo tài liệu chuyên khảo Anaerobic Sewage Treatment của Adrianus C. van Haandel và Gatze Lettinga.
Phương pháp nghiên cứu được tác giả áp dụng bao gồm:
- Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu: Thu thập dữ liệu từ các báo cáo chuyên ngành công nghiệp thực phẩm, quy hoạch của Bộ Công Thương, số liệu Tổng cục Thuế và tài liệu công nghệ xử lý môi trường.
- Phương pháp tính toán công nghệ kỹ thuật môi trường: Tính toán cân bằng vật chất, thủy lực dòng chảy, tải trọng hữu cơ thể tích ($L_{org}$), kích thước hình học công trình, công suất thiết bị cơ điện và hệ số không điều hòa ($K_o$).
- Phương pháp so sánh lựa chọn phương án: Thiết lập ma trận ưu - nhược điểm giữa hai chuỗi quy trình công nghệ để chọn ra giải pháp phù hợp với tính chất nước thải ngành bia.
- Phương pháp tính toán kinh tế: Hạch toán chi phí xây lắp, thiết bị, hóa chất, điện năng, nước cấp, nhân công và khấu hao để tính giá thành xử lý $1 \text{ m}^3$ nước thải.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Tác giả lựa chọn phương án xử lý sinh học kết hợp kỵ khí - hiếu khí (Phương án 2) để xử lý nước thải Nhà máy A.
Sơ đồ dây chuyền công nghệ
Nước thải sản xuất $\rightarrow$ Mương dẫn $\rightarrow$ Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng I $\rightarrow$ Bể UASB $\rightarrow$ Bể Aeroten $\rightarrow$ Bể lắng II $\rightarrow$ Bể khử trùng $\rightarrow$ Xả thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
- Bùn từ Bể lắng I, Bể lắng II và Bể UASB được thu gom định kỳ về Bể chứa bùn.
- Một phần bùn hoạt tính từ Bể lắng II được tuần hoàn lại Bể Aeroten để duy trì nồng độ vi sinh vật.
Bảng tổng hợp thông số thiết kế các công trình đơn vị chính
| Công trình đơn vị | Thông số thiết kế chính | Giá trị tính toán | Đơn vị |
|---|---|---|---|
| Lưu lượng thiết kế | Lưu lượng ngày đêm ($Q_{tk}$) Lưu lượng giờ trung bình ($Q_{htb}$) Lưu lượng giây trung bình ($Q_{stb}$) Hệ số không điều hòa ($K_o$ theo TCXDVN 51:2008) Lưu lượng giờ lớn nhất ($Q_{hmax}$) |
500 20,83 5,78 2,5 50,075 |
$\text{m}^3/\text{ngày đêm}$ $\text{m}^3/\text{h}$ $\text{L/s}$ - $\text{m}^3/\text{h}$ |
| Song chắn rác | Bề rộng khe hở ($b$) Số lượng khe ($n$) Số lượng thanh đan Chiều rộng tổng cộng ($B_s$) Vận tốc dòng chảy qua song chắn ($v_{max}$) Tổn thất áp lực ($h_s$) Chiều dài toàn bộ mương ($L$) |
20 (0,02) 13 12 0,4 0,7 0,042 1,5 |
$\text{mm}$ ($\text{m}$) khe thanh $\text{m}$ $\text{m/s}$ $\text{m}$ $\text{m}$ |
| Hố thu gom | Thời gian lưu nước ($t$) Thể tích tính toán ($V_{hố}$) Chiều sâu tổng cộng ($H$ = 2,5m hữu ích + 0,5m bảo vệ) Kích thước mặt bằng ($B \times L$) Thể tích thực tế ($V_{tt}$) Công suất bơm chìm ($N$) |
30 25,04 3,0 2,5 $\times$ 5,0 37,5 1,4 |
$\text{phút}$ $\text{m}^3$ $\text{m}$ $\text{m} \times \text{m}$ $\text{m}^3$ $\text{kW}$ |
| Bể điều hòa | Thời gian lưu nước ($t$) Thể tích hữu ích ($V_{đh}$) Chiều cao tổng cộng ($H$ = 4,0m hữu ích + 0,5m bảo vệ) Kích thước mặt bằng ($B \times L$) Thể tích xây dựng ($V_{xd}$) Lưu lượng cấp khí ($L_{khí}$) Hệ thống ống dẫn khí chính PVC (HDPE-PE80) Số lượng ống nhánh cấp khí Số lỗ cấp khí trên mỗi ống ($d_{lỗ} = 5\text{ mm}$) |
5 104,15 4,5 4,1 $\times$ 5,7 105,2 77,90 $\Phi 25$ ($d = 0,03\text{ m}$) 3 25 |
$\text{h}$ $\text{m}^3$ $\text{m}$ $\text{m} \times \text{m}$ $\text{m}^3$ $\text{m}^3/\text{h}$ $\text{mm}$ ống lỗ/ống |
| Bể kỵ khí UASB | Tải trọng thể tích hữu cơ ($L_{org}$) Nồng độ COD vào ($S_o$) Hiệu suất khử COD ($H$) Nồng độ COD đầu ra ($S$) Thể tích hữu ích ($V_{hi}$) Thể tích thực phần phản ứng ($V_t$) Vận tốc nước dâng ($v$) Kích thước mặt cắt vuông ($a \times a$) Chiều cao vùng phản ứng ($H_L$) Tổng chiều cao bể ($H$) Thể tích xây dựng ($V_{xd}$) Thời gian lưu nước ($t$) Thời gian lưu bùn ($T$) |
8 1,638 75 0,41 62,35 77,94 0,9 (chọn $v=0,8\div 0,9$) 3,4 $\times$ 3,4 2,7 6,2 143,47 7 60 |
$\text{kg COD/m}^3\cdot\text{ngày}$ $\text{kg COD/m}^3$ $%$ $\text{kg COD/m}^3$ $\text{m}^3$ $\text{m}^3$ $\text{m/s}$ $\text{m} \times \text{m}$ $\text{m}$ $\text{m}$ $\text{m}^3$ $\text{h}$ $\text{ngày}$ |
| Hệ thống phụ trợ UASB | Số khe tách khí - nước - bùn Bề rộng mỗi khe hẹp ($b_k$) Chiều cao tấm chắn khí 1 ($h_1$) Chiều cao tấm chắn khí 2 ($h_2$) Góc nghiêng tấm chắn so với phương ngang Tổng lượng khí sinh ra ($Q_{khí}$) Lượng khí metan ($Q_{metan}$ chiếm 65%) Đường kính ống thu khí PVC Lượng bùn sinh ra mỗi ngày ($M_b$) Thể tích bùn sinh ra trong 2 tháng ($V_{bùn}$) Đường kính ống xả bùn inox (2 ống, cách đáy 0,5m) Số đầu phân phối nước đáy bể Đường kính ống cấp nước chính / ống nhánh |
8 68 1000 800 60 307 199,55 $\Phi 21$ 25,788 14,066 $\Phi 75$ 5 $\Phi 60$ / $\Phi 50$ |
khe $\text{mm}$ $\text{mm}$ $\text{mm}$ độ ($^\circ$) $\text{m}^3/\text{ngày}$ $\text{m}^3/\text{ngày}$ $\text{mm}$ $\text{kg VSS/ngày}$ $\text{m}^3$ $\text{mm}$ đầu ($2,3\text{ m}^2/\text{đầu}$) $\text{mm}$ / $\text{mm}$ |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về ngành bia và quá trình sản xuất bia
Chương 1 hệ thống hóa lịch sử, tình hình phát triển thị trường bia và quy trình công nghệ sản xuất. Tác giả phân tích các số liệu về công suất của 4 doanh nghiệp dẫn đầu tại Việt Nam gồm: Sabeco (1.800 triệu lít), Heineken (950 triệu lít), Habeco (800 triệu lít) và Carlsberg (425 triệu lít). Về mặt công nghệ, chuỗi quy trình đi từ chuẩn bị nguyên liệu (malt, gạo, hoa bia, nước, nấm men), xay nghiền, hồ hóa, đường hóa, lọc dịch đường, nấu hoa, làm lạnh nhanh ($1^\circ\text{C}$ và glycol), lên men chính - phụ, lọc bia, bão hòa $CO_2$, đóng chai/lon và thanh trùng.
Chương này thống kê chi tiết các dòng chất thải rắn và đặc trưng ô nhiễm nước thải:
- Định mức phát sinh chất thải rắn tính trên 1 hl bia: bã hèm phát sinh $21 \div 27\text{ kg}$, nấm men thải $3 \div 4\text{ kg}$, nhãn và giấy hỏng $1,5\text{ kg}$, vỏ chai vỡ $0,9\text{ kg}$, bùn hoạt tính $0,3 \div 0,4\text{ kg}$, bột trợ lọc $0,2 \div 0,6\text{ kg}$, bao bì plastic $0,4 \div 0,6\text{ kg}$ và kim loại $0,4 \div 0,6\text{ kg}$.
- Năng lượng tiêu thụ: điện năng trung bình $8 \div 12\text{ kWh/hl}$; nhiệt năng tiêu thụ nhiều nhất tại nồi nấu hoa (chiếm $30 \div 40%$ tổng lượng hơi của nhà máy).
Chương 2: Các phương pháp xử lý nước thải ngành sản xuất bia
Chương 2 phân tích cơ chế và phạm vi ứng dụng của 4 nhóm phương pháp:
- Cơ học: Song chắn rác, bể lắng cát, bể vớt dầu mỡ, bể lắng và bể lọc. Hiệu quả xử lý cơ học kết hợp thoáng gió đạt tới 75% chất lơ lửng và $40 \div 45%$ $BOD_5$.
- Hóa lý: Hấp phụ (than hoạt tính, đất sét hoạt tính), tuyển nổi (loại bỏ cặn nhẹ bám theo bọt khí), trao đổi ion.
- Hóa học: Trung hòa pH ($6,5 \div 8,5$), oxy hóa khử bằng Clo và các chất chứa clo hoạt tính ($Cl_2$, $CaOCl_2$). Định mức clo hoạt tính cần thiết là $10\text{ g/m}^3$ sau xử lý cơ học và $5\text{ g/m}^3$ sau xử lý sinh học hoàn toàn.
- Sinh học: Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý vận hành và phân loại bể kỵ khí UASB (quá trình lên men tạo khí metan với hàm lượng $CH_4$ đạt $65 \div 75%$, $CO_2$ chiếm $25 \div 30%$) và bể bùn hoạt tính hiếu khí Aeroten (thời gian lưu nước từ 4 đến 8 giờ, cơ chế tuần hoàn bùn hoạt tính).
Chương 3: Đề xuất và lựa chọn phương án xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia
Tác giả khảo sát các thông số ô nhiễm đầu vào của Nhà máy A ($Q = 500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$) và đối chiếu với quy chuẩn:
| Chỉ tiêu ô nhiễm | Đơn vị | Giá trị đo đạc Nhà máy A | QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) |
|---|---|---|---|
| pH | - | 6,5 | 5,5 – 9 |
| BOD5 | $\text{mg/L}$ | 1.200 | 50 |
| COD | $\text{mg/L}$ | 2.000 | 150 |
| SS | $\text{mg/L}$ | 550 | 100 |
| Tổng Nitơ (TN) | $\text{mg/L}$ | 25 | 40 |
| Tổng Photpho (TP) | $\text{mg/L}$ | 23 | 6 |
Tác giả đề xuất 2 phương án công nghệ:
- Phương án 1: Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Song chắn rác tinh $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể UASB $\rightarrow$ Bể SBR $\rightarrow$ Bể khử trùng.
- Phương án 2: Song chắn rác $\rightarrow$ Hố thu gom $\rightarrow$ Bể điều hòa $\rightarrow$ Bể lắng I $\rightarrow$ Bể UASB $\rightarrow$ Bể Aeroten $\rightarrow$ Bể lắng II $\rightarrow$ Bể khử trùng.
Đánh giá lựa chọn: Phương án 2 được chọn nhờ các ưu điểm vượt trội: hiệu quả xử lý COD, BOD, SS của bể Aeroten ổn định hơn; cấu tạo đơn giản, dễ kiểm soát các thông số vận hành thủy lực và vi sinh; công trình kỵ khí UASB đi trước giúp giảm tải hữu cơ cho Aeroten, sinh ít bùn thải thừa ($0,03 \div 0,15\text{ g VSS/g BOD}_{\text{khử}}$) và tiết kiệm điện năng sục khí.
Chương 4: Tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia
Chương 4 là nội dung tính toán kỹ thuật trọng tâm của khóa luận. Dựa trên số liệu lưu lượng và nồng độ ô nhiễm đầu vào sau các công đoạn xử lý sơ bộ ($COD = 1.400\text{ mg/L}$, $BOD_5 = 840\text{ mg/L}$, $SS = 350\text{ mg/L}$, Tổng $N = 17,5\text{ mg/L}$, Tổng $P = 16,1\text{ mg/L}$), tác giả hoàn thành tính toán chi tiết:
- Kích thước hình học, tổn thất thủy lực của song chắn rác (13 khe, rộng $0,4\text{ m}$), mương dẫn và hố thu gom ($37,5\text{ m}^3$).
- Bể điều hòa ($105,2\text{ m}^3$) cùng dàn ống đục lỗ cấp khí sục xáo ngăn lắng cặn ($77,90\text{ m}^3\text{ khí/h}$).
- Bể UASB kích thước $3,4\text{ m} \times 3,4\text{ m} \times 6,2\text{ m}$ ($V_{xd} = 143,47\text{ m}^3$), thiết kế bộ tách ba pha khí - nước - bùn gồm 8 khe hẹp ($b_k = 68\text{ mm}$), phễu thu khí sinh học ($307\text{ m}^3/\text{ngày}$), hệ thống 5 đầu phân phối nước đáy bể và máng thu nước mặt răng cưa xẻ rãnh chữ V độ dốc 2%.
- Hệ thống xả bùn kỵ khí chu kỳ 2 tháng/lần với thể tích $14,066\text{ m}^3$ thông qua 2 ống inox $\Phi 75\text{ mm}$.
- Tính toán kích thước, công nghệ bể Aeroten, bể lắng đợt 2, bể khử trùng và bể chứa bùn.
Chương 5: Tính toán chi phí xây dựng
Chương 5 lập dự toán kinh tế chi tiết cho hệ thống xử lý nước thải công suất $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$:
- Chi phí đầu tư ban đầu: Bao gồm chi phí xây dựng các hạng mục công trình bể bê tông cốt thép và chi phí mua sắm lắp đặt thiết bị (máy bơm nước thải chìm, máy thổi khí, hệ thống đường ống công nghệ, song chắn rác, van điều khiển, thiết bị đo lưu lượng).
- Chi phí vận hành thường xuyên: Hạch toán chi phí hóa chất sử dụng (hóa chất điều chỉnh pH, hóa chất khử trùng), chi phí điện năng tiêu thụ cho động cơ bơm và máy nén khí, chi phí nước sạch và chi phí bảo dưỡng định kỳ máy móc thiết bị.
- Giá thành xử lý: Tổng hợp chi phí tính toán đưa ra giá thành kinh tế để xử lý hoàn chỉnh $1\text{ m}^3$ nước thải sản xuất bia đạt quy chuẩn xả thải.
Kết quả và đóng góp
Kết quả chính kèm số liệu
- Xác lập đầy đủ các thông số kích thước xây dựng và thông số vận hành cho toàn bộ chuỗi công trình đơn vị xử lý nước thải công suất $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ của Nhà máy bia A.
- Đạt hiệu suất khử COD tại bể UASB là 75%, giảm nồng độ COD từ $1.638\text{ kg/m}^3$ xuống còn $0,41\text{ kg/m}^3$, đồng thời xử lý triệt để BOD, SS, Coliform qua các bậc xử lý tiếp theo để đưa dòng thải về ngưỡng an toàn theo QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B: $BOD_5 \le 50\text{ mg/L}$, $COD \le 150\text{ mg/L}$, $SS \le 100\text{ mg/L}$).
- Xác định lượng khí sinh học thu hồi từ bể UASB đạt $307\text{ m}^3/\text{ngày}$ (trong đó khí metan chiếm $199,55\text{ m}^3/\text{ngày}$).
- Xác định lượng bùn kỵ khí sinh ra là $25,788\text{ kg VSS/ngày}$ ($0,2344\text{ m}^3/\text{ngày}$), thiết lập chu kỳ xả bùn định kỳ 60 ngày/lần ($14,066\text{ m}^3/\text{đợt}$).
Giải pháp và đóng góp của đề tài
- Đề xuất quy trình công nghệ kết hợp kỵ khí (UASB) và hiếu khí (Aeroten) phù hợp với đặc thù nước thải chế biến thực phẩm có nồng độ chất hữu cơ cao, giúp giảm thể tích công trình hiếu khí và tiết kiệm điện năng vận hành hệ thống cấp khí.
- Cung cấp tập hợp số liệu tính toán thủy lực, thiết kế cấu tạo chi tiết cho hệ thống tách 3 pha (khí - lỏng - rắn) trong bể UASB, làm tài liệu kỹ thuật có thể áp dụng trực tiếp cho các trạm xử lý nước thải công nghiệp cùng quy mô.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Các thông số tính toán dựa trên số liệu phân tích đơn lẻ của Nhà máy A với công suất cố định $500\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$, chưa khảo sát biến động tải lượng ô nhiễm theo mùa vụ sản xuất thực tế của nhà máy; đồ án dừng lại ở mức độ tính toán thiết kế lý thuyết, chưa triển khai mô hình thực nghiệm (pilot) để kiểm chứng động học quá trình bùn hoạt tính.
- Hướng mở rộng: Nghiên cứu giải pháp thu gom, làm sạch và tái sử dụng lượng khí sinh học ($199,55\text{ m}^3\text{ CH}_4/\text{ngày}$) để làm chất đốt cho lò hơi công nghiệp; nghiên cứu ứng dụng các giải pháp tự động hóa kiểm soát DO, pH và bùn tuần hoàn nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành trạm xử lý.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn phục vụ cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường và Công nghệ Thực phẩm khi thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp về xử lý nước thải công nghiệp.
- Kỹ sư môi trường và cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy sản xuất bia, nước giải khát cần tham khảo quy trình tính toán thủy lực, lựa chọn thiết bị cơ điện và thiết kế chi tiết bể phản ứng UASB, Bể điều hòa và Bể Aeroten.
Câu hỏi thường gặp
1. Tải lượng ô nhiễm nước thải đầu vào của Nhà máy A vượt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) như thế nào? Nước thải Nhà máy A có nồng độ $COD = 2.000\text{ mg/L}$ (vượt 13,3 lần mức quy định $150\text{ mg/L}$), $BOD_5 = 1.200\text{ mg/L}$ (vượt 24 lần mức quy định $50\text{ mg/L}$), $SS = 550\text{ mg/L}$ (vượt 5,5 lần mức quy định $100\text{ mg/L}$) và Tổng Photpho $= 23\text{ mg/L}$ (vượt 3,8 lần mức quy định $6\text{ mg/L}$).
2. Tại sao tác giả chọn công nghệ Bể UASB kết hợp Bể Aeroten thay vì công nghệ Bể SBR? Phương án kết hợp Bể UASB và Bể Aeroten (Phương án 2) có ưu điểm quản lý vận hành đơn giản, dễ kiểm soát các thông số kỹ thuật, hiệu quả xử lý COD, BOD, SS ổn định hơn. Đồng thời, việc bố trí bể UASB đi trước giúp xử lý triệt để phần lớn tải trọng hữu cơ với chi phí năng lượng thấp và lượng bùn sinh ra ít ($0,03 \div 0,15\text{ g VSS/g BOD}_{\text{khử}}$).
3. Khối lượng và lưu lượng khí sinh học sinh ra từ Bể UASB là bao nhiêu? Với hiệu suất khử COD đạt 75% và năng suất sinh khí $0,5\text{ m}^3/\text{kg COD}_{\text{khử}}$, tổng lượng khí sinh học sinh ra từ Bể UASB là $307\text{ m}^3/\text{ngày}$. Khí metan ($CH_4$) chiếm 65% tổng lượng khí, tương đương $199,55\text{ m}^3/\text{ngày}$.
4. Kích thước và thông số cấp khí của Bể điều hòa được thiết kế như thế nào? Bể điều hòa có kích thước xây dựng $B \times L \times H = 4,1\text{ m} \times 5,7\text{ m} \times 4,5\text{ m}$ (thể tích thực tế $105,2\text{ m}^3$, thời gian lưu nước 5 giờ). Hệ thống cấp khí gồm 3 ống nhựa PVC $\Phi 25\text{ mm}$ đặt dọc đáy bể, mỗi ống có 25 lỗ đục đường kính $5\text{ mm}$, cấp lưu lượng khí $77,90\text{ m}^3/\text{h}$ để xáo trộn chống lắng cặn.
5. Chu kỳ và phương thức xả bùn của Bể UASB được xác định ra sao? Bể UASB sinh ra $25,788\text{ kg VSS/ngày}$ bùn (tương đương $0,2344\text{ m}^3/\text{ngày}$). Với thời gian lưu bùn 60 ngày, thể tích bùn tích lũy sau 2 tháng là $14,066\text{ m}^3$. Bùn được xả định kỳ 2 tháng một lần bằng áp lực thủy tĩnh trong 3 giờ thông qua 2 ống xả inox $\Phi 75\text{ mm}$ đặt cách đáy bể $0,5\text{ m}$.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Hà Chi đã hoàn thành việc tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy sản xuất bia công suất $500 \text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ theo đúng các quy chuẩn kỹ thuật hiện hành. Dây chuyền công nghệ kết hợp cơ học, sinh học kỵ khí UASB, sinh học hiếu khí Aeroten và khử trùng bằng Clo đảm bảo chất lượng nước đầu ra đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B). Toàn bộ kích thước công trình đơn vị, thiết bị cơ điện và dự toán kinh tế đã được tác giả xác lập cụ thể, cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo rõ ràng cho chuyên ngành kỹ thuật môi trường.