Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải thuộc da Công ty TNHH Vĩnh An Thành

Giải pháp thiết kế và xây dựng hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn cho hoạt động thuộc da. Dự án tại công ty TNHH Vĩnh An Thành, huyện Nhà Bè, TP.HCM với công

• Tác giả: Đoàn Quý
• Người hướng dẫn: ThS. Trương Thị Thùy Trang
• Trường học: Đại Học Bình Dương
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải thuộc da cho Công ty TNHH Vĩnh An Thành, Huyện Nhà Bè với công suất 350m3/ngày
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Bình Dương

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải thuộc da

Nước thải thuộc da là một trong những nguồn ô nhiễm nghiêm trọng nhất trong ngành công nghiệp. Công ty TNHH Vĩnh An Thành tại huyện Nhà Bè hoạt động trong lĩnh vực thuộc da với công suất xử lý 350m3/ngày. Nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, kim loại nặng, chất hoạt động bề mặt và vi khuẩn gây bệnh. Các chỉ tiêu ô nhiễm chính bao gồm BOD5, COD, chất rắn lơ lửng, crom tổng số, nitơ và photpho. Nồng độ ô nhiễm vượt xa tiêu chuẩn xả thải cho phép. Việc tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn là yêu cầu cấp thiết để bảo vệ môi trường và đảm bảo hoạt động sản xuất bền vững. Hệ thống phải xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm đặc trưng của ngành thuộc da trước khi đưa nước thải về nguồn tiếp nhận.

1.1. Đặc điểm nước thải thuộc da

Nước thải thuộc da có tính chất phức tạp với hàm lượng ô nhiễm cao. BOD5 dao động từ 1500-3000 mg/l, COD từ 3000-6000 mg/l. Hàm lượng crom tổng số có thể đạt 50-200 mg/l, vượt tiêu chuẩn nhiều lần. Chất rắn lơ lửng cao do bụi da, lông và các tạp chất hữu cơ. Độ pH biến động mạnh trong các công đoạn khác nhau từ acid sang kiềm. Nhiệt độ nước thải cũng thay đổi theo quy trình sản xuất.

1.2. Mục tiêu xử lý nước thải

Mục tiêu chính là đưa nước thải đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT cột A trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Các chỉ tiêu cần đạt bao gồm: BOD5 dưới 30 mg/l, COD dưới 75 mg/l, chất rắn lơ lửng dưới 50 mg/l, crom tổng số dưới 0,1 mg/l. Hệ thống phải vận hành ổn định, tiết kiệm chi phí và dễ bảo trì. Công suất thiết kế 350m3/ngày đáp ứng nhu cầu sản xuất liên tục.

II. Phân tích vấn đề ô nhiễm nước thải thuộc da

Nước thải từ quá trình thuộc da gây ô nhiễm nghiêm trọng đến nguồn nước và hệ sinh thái. Quy trình sản xuất bao gồm nhiều công đoạn: ngâm vôi, tẩy lông, thuộc crom, nhuộm và hoàn thiện. Mỗi công đoạn tạo ra nước thải với thành phần ô nhiễm khác nhau. Công đoạn ngâm vôi thải ra nhiều protein, lông và vôi. Công đoạn thuộc crom giải phóng ion Cr3+ độc hại. Công đoạn nhuộm chứa phẩm màu và chất hoạt động bề mặt. Tại huyện Nhà Bè, hệ thống thoát nước chung nên ô nhiễm tích tụ ngày càng nghiêm trọng. Công ty TNHH Vĩnh An Thành cần đầu tư hệ thống xử lý nước thải đạt công suất 350m3/ngày. Thiết kế phải tính đến sự biến động lưu lượng và nồng độ trong ngày sản xuất.

2.1. Các chỉ tiêu ô nhiễm chính

Các chỉ tiêu ô nhiễm chính trong nước thải thuộc da gồm: BOD5 phản ánh hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. COD đo tổng lượng chất oxy hóa được trong nước thải. Chất rắn lơ lửng gây đục và tắc nghẽn hệ thống thoát nước. Crom tổng số là kim loại nặng độc hại tích lũy trong chuỗi thức ăn. Hàm lượng nitơ và photpho gây phú dưỡng nguồn nước. Chất hoạt động bề mặt tạo bọt và ảnh hưởng hệ sinh thái thủy sinh.

2.2. Tác động môi trường của nước thải

Nước thải thuộc da xả trực tiếp gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm. Kim loại nặng như crom tích lũy trong đất và nước, ảnh hưởng sức khỏe cộng đồng. Hàm lượng chất hữu cơ cao làm giảm oxy hòa tan, gây chết cá và sinh vật thủy sinh. Nước thải có màu đen và mùi hôi ảnh hưởng cảnh quan đô thị. Tại huyện Nhà Bè, hệ thống kênh rạch nối liền nên ô nhiễm lan rộng ra nhiều khu vực. Việc xử lý đạt chuẩn là trách nhiệm pháp lý của doanh nghiệp.

III. Giải pháp công nghệ xử lý nước thải thuộc da

Hệ thống xử lý nước thải thuộc da công suất 350m3/ngày áp dụng quy trình kết hợp nhiều phương pháp. Giai đoạn đầu sử dụng xử lý cơ học với song chắn rác và bể tách dầu mỡ. Bể điều hòa ổn định lưu lượng và nồng độ trước khi vào hệ thống xử lý chính. Phương pháp hóa lý bao gồm keo tụ tạo bông bằng PAC và trợ keo tụ polymer. Bể trung hòa điều chỉnh pH về khoảng 6,5-8,5 bằng NaOH và HCl. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí-kỵ khí loại bỏ hiệu quả chất hữu cơ. Bể UASB xử lý kị khí giai đoạn đầu, tiếp theo là bể aerotank hiếu khí. Cuối cùng là bể lắng, khử trùng bằng chlorine và bể chứa bùn. Toàn bộ hệ thống được tính toán kỹ lưỡng để đạt hiệu suất xử lý cao nhất.

3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ

Quy trình xử lý nước thải thuộc da gồm các bước tuần tự: Nước thải đầu vào qua song chắn rác thô và tinh lọc rác. Tiếp theo vào bể vớt dầu mỡ tách dầu và mỡ động vật. Bể điều hòa trộn đều nước thải bằng máy khuấy. Giai đoạn keo tụ tạo bông bằng PAC với liều lượng 150-300 mg/l. Bể trung hòa điều chỉnh pH bằng NaOH và HCl. Bể UASB xử lý kị khí thời gian lưu 8-12 giờ. Bể aerotank hiếu khí thời gian lưu 18-24 giờ. Bể lắng thứ cấp tách bông bùn. Khử trùng bằng chlorine trước khi xả ra nguồn.

3.2. Tính toán các hạng mục công trình

Bể điều hòa dung tích 175 m3 đảm bảo lưu trữ nước thải 12 giờ. Bể keo tụ phản ứng thời gian 15-20 phút với máy khuấy tốc độ nhanh. Bể UASB thể tích 250 m3 với tải trọng hữu cơ 6-8 kg COD/m3.ngày. Bể aerotank dung tích 525 m3 với nồng độ bùn hoạt tính 3000-4000 mg/l. Bể lắng thứ cấp diện tích 35 m2 với tốc độ lắng 0,8-1,2 m/giờ. Bể chứa bùn dung tích 50 m3 chứa bùn dư sau xử lý. Hệ thống máy thổi khí công suất 50 m3 khí/phút cung cấp oxy cho bể hiếu khí.

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

Hệ thống xử lý nước thải thuộc da công suất 350m3/ngày cho Công ty TNHH Vĩnh An Thành được thiết kế đạt hiệu suất xử lý cao. Kết quả thí nghiệm jartest xác định liều lượng PAC tối ưu 200 mg/l và pH keo tụ 7,5-8,0. Hiệu suất xử lý BOD5 đạt 95-97%, COD đạt 92-95%, crom tổng số đạt 99%. Nước thải sau xử lý đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột A. Hệ thống vận hành ổn định với chi phí vận hành khoảng 8.000-12.000 đồng/m3 nước thải. Bùn thải được xử lý bằng phương pháp ép bùn trước khi đưa đi chôn lấp hợp vệ sinh. Giải pháp công nghệ này có thể áp dụng cho các cơ sở thuộc da tương tự tại huyện Nhà Bè và các khu vực lân cận.

4.1. Hiệu quả xử lý đạt được

Kết quả xử lý nước thải thuộc da đạt tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt. BOD5 giảm từ 2500 mg/l xuống dưới 30 mg/l, đạt hiệu suất 97%. COD giảm từ 5000 mg/l xuống dưới 75 mg/l, hiệu suất 95%. Crom tổng số giảm từ 150 mg/l xuống dưới 0,1 mg/l, hiệu suất 99,9%. Chất rắn lơ lửng giảm từ 2000 mg/l xuống dưới 50 mg/l. Hệ thống hoạt động ổn định trong điều kiện biến động tải trọng đầu vào. Chi phí đầu tư ban đầu khoảng 8-10 tỷ đồng cho công suất 350m3/ngày.

4.2. Ứng dụng và kiến nghị

Hệ thống xử lý nước thải thuộc da này có thể áp dụng cho các cơ sở sản xuất tương tự. Cần thường xuyên bảo dưỡng thiết bị và thay thế vật liệu lọc theo định kỳ. Giám sát chất lượng nước thải đầu vào để điều chỉnh liều lượng hóa chất phù hợp. Đào tạo nhân viên vận hành hệ thống đạt trình độ chuyên môn. Thực hiện quan trắc môi trường định kỳ theo quy định pháp luật. Đề xuất áp dụng công nghệ thu hồi crom từ nước thải để tiết kiệm nguyên liệu và giảm ô nhiễm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay, với sự phát triển kinh tế của thế giới nói chung và Việt Nam riêng, sự ra đời của các khu công nghiệp (KCN) là điều tất yếu. Sự ra đời của các khu công nghiệp mang lại lợi ích kinh tế to lớn cho nhà nước, tạo công ăn việc làm cho người dân, thu hút vốn đầu tư nước ngoài. Nhưng bên cạnh đó, các khu công nghiệp cũng tạo ra những mối quan tâm cho nhà nước và xã hội. Trong quá trình sản xuất, các phế phẩm, phụ phẩm của các nhà máy gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng xấu đến mỹ quan, đặc biệt là sức khỏe người dân và môi trường sinh thái.

Tốc độ công nghiệp hóa nhanh kéo theo hàng loạt vấn đề môi trường. Quá trình thải CO2, CH4, CFC trong những thập kỉ trước làm thủng tầng Ozon, gây hiệu ứng nhà kính và hiện tượng nóng lên toàn cầu đang là điều lo ngại của các nhà khoa học vẫn còn chưa được giải quyết thì ô nhiễm nước mặt, ô nhiễm nước ngầm trong những năm gần đây lại là mối quan tâm sâu sắc hơn của giới khoa học cũng như cộng đồng. Chất lượng nước mặt và nước ngầm trong những năm gần đây đang giảm đi. Nguyên nhân là do sự xả thải nước chưa qua xử lý hoặc hệ thống xử lý bị quá tải.

Thành Phố Hồ Chí Minh (TPHCM), nền kinh tế hàng đầu của Việt Nam có hàng chục khu công nghiệp lớn nhỏ. Hầu hết các khu công nghiệp đều có trạm xử lý nước thải tập trung. Tuy nhiên vẫn còn những khu công nghiệp chưa có khu xử lý nước thải hoặc chất lượng nước sau xử lý còn chưa tốt do hệ thống bị quá tải. Là một trong những khu vực trọng điểm kinh tế của đất nước, đóng góp 30% về giá trị sản xuất công nghiệp, 40% về kim ngạch xuất khẩu.

Tổng thu ngân sách đạt 91.305 tỷ đồng (2009), đứng đầu về thu nhập bình quân đầu người, gấp 3 lần bình quân cả nước nhưng TPHCM cũng là điểm nóng về vấn đề môi trường. KCN Lê Minh Xuân, Bình Chánh, TPHCM được thành lập vào năm 1999, và đã có hệ thống xử lý nước thải. Nhưng trong thời gian gần đây do tốc độ phát triển quá nhanh, lượng nước thải đổ về trạm xử lý quá nhiều gây quá tải cho hệ thống xử lý, yêu cầu cấp thiết là cần có hệ thống xử lý đáp ứng đủ nhu cầu xử lý hiện tại, do đó “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp Lê Minh Xuân, Bình Chánh, TPHCM với công suất 1800m3/ngày đêm – Giai đoạn 2” đã được lựa chọn thực hiện. Tính cấp thiết của đề tài Với tốc độ phát triển nhanh chóng như hiện nay của các khu công nghiệp đã làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng hơn, phá vỡ tính ổn định của môi trường sống, ảnh hưởng xấu tới môi trường và sức khỏe của cộng đồng.

Đặc biệt nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp Lê Minh Xuân là nơi tiếp nhận toàn bộ và xử lý tất cả các loại nước thải được xả ra từ các nhà máy, xí nghiệp, công ty trước khi thải ra môi trường. Trong thời gian gần đây, chất lượng nước đầu ra của khu công nghiệp đã vượt quá chỉ tiêu cho phép do lưu lượng nước đổ về hố thu của trạm xử lý tăng cao. Yêu cầu cấp thiết cần có hệ thống xử lý bố sung khắc phục tình trạng này. Vì vậy đề tài: “Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp Lê Minh Xuân, Bình Chánh, TPHCM với công suất 1800m3/ngày đêm – Giai đoạn hai” là rất cần thiết và cấp bách.

Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy xử lý nước thải khu công nghiệp Lê Minh Xuân II đạt tiêu chuẩn loại B – QCVN 24:2009/BTNMT 1. Nội dung nghiên cứu Giới thiệu tổng quan về khu công nghiệp Lê Minh Xuân: Vị trí địa lý, lịch sử thành lập và phát triển, các ngành nghề sản xuất trong khu công nghiệp… Hiện trạng ô nhiễm môi trường ở khu công nghiệp Lê Minh Xuân. Thu thập các số liệu cơ bản liên quan đến nước thải sản xuất của KCN:  Nguồn nước thải đầu vào của khu công nghiệp  Thành phần và tính chất nước thải: COD, BOD, DO, SS, pH, kim loại nặng, coliform.  Một số công nghệ xử lý nước thải có thể áp dụng.

 Công nghệ xử lý hóa lý  Công nghệ xử lý sinh học  Công nghệ xử lý hóa lý và sinh học kết hợp Đề xuất các phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải  Cơ sở lựa chọn công nghệ - Thành phần, tính chất nước thải - Tính toán lưu lượng - Mức độ cần thiết xử lý nước thải - Quy chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT  Tổng quan một số phương pháp xử lý nước thải KCN  Xử lý bậc một - Song chắn rác - Bể điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải  Xử lý bậc hai - Phương pháp xử lý hóa lý - Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí - Phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện yếm khí - Một số công trình xử lý sinh học nước thải - Lọc - Khử trùng nước thải  Phương án đề xuất  Phương án 1  Phương án 2  Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải  Tính toán phương án 1  Tính toán phương án 2  Dự toán kinh tế  Dự toán kinh tế phương án 1  Dự toán kinh tế phương án 2  Phương án tối ưu  So sánh hai phương án trên các mặt  Về hiệu quả xử lý  Về vốn đầu tư  Về chi phí vận hành  Về kỹ thuật xây dựng  Yêu cầu về diện tích  Kết luận phương án lựa chọn 1. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các tài liệu về khu công nghiệp, tìm hiểu thành phần, tính chất nước thải (BOD, COD, DO, SS, pH…) - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tìm hiểu các công nghệ xử lý nước thải cho khu công nghiệp qua các tài liệu chuyên ngành. - Phương pháp khảo sát thực tế: Khảo sát địa hình, từ đó đưa ra công nghệ hợp lý cho khu công nghiệp. - Phương pháp thống kê: Thống kê, tổng hợp số liệu thu thập và phân tích để đưa ra công nghệ xử lý phù hợp.

- Phương pháp so sánh các quy trình công nghệ. Từ đó đưa ra quy trình công nghệ xử lý phù hợp cho KCN Lê Minh Xuân. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là KCN Lê Minh Xuân, Bình Chánh, TPHCM. - Phạm vi nghiên cứu là hệ thống xử lý nước thải của khu công nghiệp với công suất 1800 m3/ngày đêm.

- Địa điểm nghiên cứu: Nhà máy xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân - Thời gian thực hiện đề tài: Từ tháng 03/2011 đến tháng 08/2011. Đóng góp của đề tài Việc thực hiện đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp Lê Minh Xuân II, Bình Chánh, TPHCM với công suất 1800m3/ngày đêm” góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu tác động của nước thải KCN đến môi trường, xây dựng một nền sản xuất sạch và bền vững. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Một số chỉ tiêu đánh giá nước thải 2.

Chất rắn tổng cộng Chất rắn tổng cộng trong nước thải bao gồm tất cả các loại cặn có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ có trong nước thải ở trạng thái lơ lửng hoặc hòa tan (tính bằng mg/l). Hàm lượng chất rắn lơ lửng được xác định bằng cách lọc một thể tích mẫu nước thải qua giấy lọc và sấy khô ở nhiệt độ 105 oC đến một trong lượng không đổi. Độ chênh lệch khối lượng giữa giấy lọc trước khi lọc mẫu và sau khi lọc mẫu trong cùng một điều kiện cân chính là lượng chất rắn trong một thể tích mẫu xác định. Cặn hữu cơ: Là các chất có thành phần hóa học bao gồm C, H, O, N, P, S.

Có nguồn gốc từ xác bã động thực vật. Các chất này có khả năng phân hủy sinh học Cặn vô cơ: Là các chất trơ, không phân hủy. Cặn vô cơ có nguồn gốc khoáng chất như các muối khoáng, cát, sạn… Cặn lơ lửng: Là các chất hữu cơ và vô cơ lơ lửng trong nước, có thể loại bỏ bằng keo tụ, lắng, lọc. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn nước cấp do việc xả dòng nước nóng từ các hoạt động sinh hoạt hay sản xuất.

Nhiệt độ của nước thải là một thông số quan trọng trong quá trình xử lý nước thải. Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật và thủy sinh trong nước thải. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan trong nước Nhiệt độ còn là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình lắng các hạt cặn, nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng và do đó liên quan đến lực cản của quá trình lắng các hạt cặn trong nước thải. Độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng.

Độ màu Có liên quan đến các chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải. Không có quan hệ giữa màu sắc và nồng độ chất hữu cơ trong nước thải. Độ màu được đo bằng cách so sánh với dung dịch chuẩn (platin-coban). Độ đục Độ đục của chất thải do các chất lơ lửng hòa tan không tan trong nước thải, các vi sinh vật và thủy sinh trong nước thải.

Đơn vị thông dụng đo độ đục là NTU, nước mặt thông thường có độ đục từ 20-100 NTU giữa độ đục và hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải ban đầu chưa có mối quan hệ đáng kể nào tuy nhiên mối quan hệ này thể hiện rõ sau khi ra khỏi bể lắng đợt hai và được tính bằng công thức Chất lơ lửng SS(mg/l) = (2,3/2,4) x Độ đục(NTU) NTU: Nephelonetric turbidity units 2. Nhu cầu oxy sinh hóa - (BOD) Biochemical Oxygen Demand (BOD) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học dạng hòa tan, dạng keo và dạng lơ lửng với sự tham gia của các vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí, được tính bằng mg/l. Nhu cầu oxy hóa học - (COD) Chemical Oxygen Demand (COD) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có trong nước thải. Chỉ tiêu BOD5 không đủ để phản ánh khả năng oxy hóa các chất hữu cơ khó bị oxy hóa và các chất vô cơ có thể oxy hóa trong nước thải.

Đặc biệt là nước thải công nghiệp.