Đồ án chuyên ngành lời nói đầu Bia loại nớc giải khát phổ biến sống hàng ngày Bia mang hơng vị đặc trng riêng loại nớc uống mát bổ có bọt mịn xốp, độ cồn thấp, có vị đắng dễ chịu Khi đợc sử dụng mức, bia mang lại thoải mái tăng cờng sức khoẻ cho ngời Nhờ u điểm mà bia ngày đợc sử dụng rộng rãi sản lợng ngày tăng Cùng với ngành công nghiệp khác , ngành bia có tốc độ phát triển nhanh chóng năm qua Từ năm 1993 đến ngành công nghiệp sản xuất bia ngành phát triển nhanh mang lại lợi nhuận cao nớc ta Do ngành sản xuất bia có vị trí quan trọng kinh tế quốc dân thị trờng quốc tế Theo thống kê Bộ công nghiệp, Việt Nam có khoảng 469 sở sản xuất bia bao gồm công ty quốc doanh, công ty liên doanh với nớc 461 sở sản xuất bia địa phơng, t nhân, cổ phần Để đáp ứng nhu cầu thị trờng, sản phẩm bia có bia chai, bia lon, bia nhiều thơng hiệu bia tiếng nh Tiger, Heineken, Carsberg Còn loại bia khác nh bia Hà Nội, bia Sài Gòn sản phẩm bia nội địa tiên tiến phục vụ đông đảo tầng lớp tiêu dùng nớc Hiện mức tiêu thụ bia trung bình ngời Việt Nam khoảng lít/năm So với nớc giới ( Đức, Séc 160 lít/năm), số thấp Do vấn đề phát triển sản xuất bia nhu cầu cấp thiết để chống tợng nhập lậu bia gây lãng phí lợng ngoại tệ lớn ( ớc tính số lợng bia nhập lậu bia năm khoảng 45 triệu lít, tiêu tốn khoảng 40 triệu USD) [4] Sự gia tăng số lợng bia kéo theo vấn đề môi trờng nảy sinh đáng quan tâm Ngành sản xuất bia góp phần tạo lợng lớn chất thải gây ô nhiễm môi trờng dới dạng: chất thải rắn, khí thải đặc biệt nớc thải Hầu hết sở sản xuất bia Việt Nam thải trực tiếp nớc thải vào hệ thống thoát nớc công cộng không qua xử lý Hơn nữa, phần lớn sở công nghiệp nằm thành phố xen với khu dân c Việc thải lợng lớn chất hữu môi trờng tạo nguồn ô nhiễm ổ dịch bệnh, ảnh hởng trực tiếp tới toàn cộng đồng [1] Chính xử lý nớc thải sản xuất bia vấn đề đáng quan tâm Hiện có số sở sản xuất bia lớn có hệ thống xử lý nớc thải nh: nhà máy bia Hà Nội, bia Huda, bia Vida có công ty Đờng Rợu - Bia Việt Trì sản xuất bia Viger, nhiên hiệu xử lý hệ thống nớc thải có công ty không cao với công suất 15 triệu lít bia / năm công nghệ xử lý cha phù hợp Dự kiến công ty nâng công suất lên 24 triệu lít bia/năm Đồ án chuyên ngành đến năm 2008 để cung cấp bia cho số tỉnh lân cận, dòng thải nhà máy lên đến 500 m3/ngày, với tổng tải lợng ô nhiễm (tính theo hệ số ô nhiễm bình quân ngành bia Việt Nam) [1] - COD = 264285 kg - BOD5 = 182003kg - SS = 51711 kg Vì công ty Đờng - Rợu - Bia Việt Trì cần có hệ thống xử lý khả thi mặt công nghệ nh giá thành xử lý Mục lục Trang Lời nói đầu Phần 1:Tổng quan công nghệ sản xuất bia môi trờng Nhà máy bia Viger I Hiện trạng sản xuất Nhà máy bia Viger I.1.1 Nguyên nhiên liệu lợng I.1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ kèm dòng thải I.1.3 Hiện trạng công nghệ thiết bị 11 I.2.Hiện trạng môi trờng Nhà máy bia Viger 11 I.2.1 Khí thải 11 I.2.2 Chất thải rắn 12 I.2.3 Nớc thải 13 Đồ án chuyên ngành Phần II: Một số dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải ngành bia phơng pháp sinh học 15 II.1 Phơng án (sử dụng bể UASB) 15 II.2 Phơng án (sử dụng phơng pháp hiếu khí) 16 II.2.1 Tháp lọc sinh học .16 II.2.2 Hệ thống Aeroten .17 II.2.2.1 Nguyên tắc 17 II.2.2.2 Sơ đồ công nghệ 18 II.3 Lựa chọn công nghệ cho sở hiên 18 II.3.1 Đặc trng nớc thải 18 II.3.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ thuyết minh 20 II.3.3 Các thông số kiểm soát vận hành bể Aeroten .23 Phần III: Tính toán thiết kế thông số số thiết bị dây chuyền xử lý nớc thải Nhà máy bia Viger 26 III.1 Bể điều hoà lắng sơ cấp 26 III.1.1 Dung tích bể điều hoà 26 III.1.2 Dung tích bể lắng sơ cấp 26 III.2 Bể Aeroten 28 III.2.1 Thể tích bể aeroten .29 III.2.2 Thời gian lu 29 III.2.3 Lợng bùn tạo khử BOD5 30 III.2.4 Chỉ số hồi lu bùn 30 III.2.5 Hàm lợng bùn tuần hoàn 31 III.2.6 Lợng bùn xả Qxả từ đáy bể lắng theo đờng tuần hoàn cặn 31 III.2.7 Tính lợng oxy cần thiết 32 III.2.8 Chọn ống dẫn khí công suất máy nén .34 III.3 Bể lắng sơ cấp 35 III.3.1 Diện tích bể 35 III.3.2 Chiều cao bể 36 Kết luận 38 Tài liệu tham khảo 39 Đồ án chuyên ngành Phần Hiện trạng sản xuất môi trờng Công ty Đờng Rợu Bia Việt Trì I Hiện trạng sản xuất Cùng với xu phát triển chung ngành bia, công ty Đờng - Rợu - Bia Việt Trì mở rộng quy mô sản xuất, phục vụ nhu cầu tỉnh mà cung cấp lợng bia đáng kể cho tỉnh lân cận Bảng I.1- Sản lợng Nhà máy bia Viger [11] Năm Sản lợng, lit Năm Sản lợng,lít Năm 1997 2756281 Năm 2002 7106777 Năm 1998 5059907 tháng đầu năm 2003 4142891 Năm 1999 5106494 Năm 2008 ( dự kiến) 24 triệu Năm 2000 5820000 I.1.1 Nguyên nhiên liệu lợng[8] Nguyên liệu để sản xuất bia gồm có: malt đại mạch, gạo tẻ, hoa houblon, nấm men Để tiết kiệm nguồn malt đại mạch, ngời ta dùng nguyên liệu thay nớc gạo để giảm giá thành sản phẩm Tỷ lệ chiếm khoảng 30% Đối với sản xuất bia nớc nguyên liệu thay đợc Trên dây chuyền công nghệ chính, nớc đợc dùng trình nấu, pha loãng dung dịch đờng để lên men nh nớc trở thành thành phần sản phẩm Ngoài nớc đợc sử dụng trình khác nh: làm lạnh, làm nóng, rửa dụng cụ, thiết bị, vệ sinh nhà xởng Nấm men thờng dùng cho sản xuất bia loại nấm đơn bào thuộc chủng Saccharomyces Nhiệt độ tối u cho chúng sinh trởng 25 - 30oC Đây loại nấm men hô hấp tuỳ tiện Ngoài nguyên liệu có phụ liệu khác nh chất trợ lọc (diatomit), muối hạt, dầu mỡ, tác nhân lạnh (amoniac, glycol ) - Chất trợ lọc: đợc sử dụng nhằm nâng cao hiệu rút ngắn thời gian lọc bia - Muối hạt: đợc sử dụng nhằm tăng hiệu làm lạnh Đồ án chuyên ngành - Xút, P3 + Reecon + Disoree, Ozonia đợc sử dụng để chế dung dịch rửa ( CIP nóng, CIP lạnh), khử trùng, vệ sinh thiết bị - Dầu mỡ tác nhân lạnh ( NH 3, freon, glycon ) sử dụng máy nén, máy lạnh Bảng I.2 - Định mức tiêu thụ nhiên nguyên liệu [11] STT Tên nguyên liệu/ Đơn vị Định mức cho Tiêu thụ năm nhiên liệu 1000 lít bia 2002 Malt kg 72,4 610819 Gạo kg 33 280145 Hoa houblon kg 1,12 4828 Giấy lọc m2 0,05 Điện KWh 110 948021 Dầu FO kg 70 356623 Nớc m3 10 58384 I.1.2 Qui trình công nghệ sản xuất bia Qui trình công nghệ sản xuất bia kèm dòng thải công ty Đờng Rợu Bia Việt Trì đợc tóm tắt sơ đồ (Hình1) Qui trình bao gồm công đoạn chính: Chuẩn bị nguyên liệu Nấu - đờng hoá Lên men Lọc bia Bão hoà CO2 chiết bia Sơ đồ dây chuyền công nghệ Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất bia công ty Đờng Rợu Bía Việt Trì đợc thể hình II.1 Chuẩn bị nguyên liệu: Trong giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, malt gạo đợc rửa, ngâm, nghiền định lợng sẵn cho mẻ nấu Nấu đờng hoá: Đây giai đoạn chuẩn bị dịch đờng cho lên men: a, Quá trình đờng hóa: Nhờ tác dụng hệ enzim gồm , - amilaza amylofotfataza, tinh bột đợc chuyển thành Dextrin đờng maltoza khoảng nhiệt độ 60ữ780C Lợng protein tan chiếm 40ữ50% lợng protein có malt Enzim proteinaza thuỷ phân protein thành albumin, pepton, polypeptit, enzim peptidaza Đồ án chuyên ngành thuỷ phân peptit thành amino axit nhiệt độ 45ữ520C Nhờ tác dụng enzim thuỷ phân, chất hữu chứa phôt đợc chuyển hoá mạnh b, Lọc dịch đờng-nấu hoa: Quá trình lọc dịch đờng diễn theo hai bớc: - Lọc hỗn hợp dịch đờng thu nớc nha đầu - Dùng nớc nóng rửa bã lọc thu nớc nha cuối Thời gian nấu sôi từ 60ữ90 phút Hiện chủ yếu dùng hoa cao hoa viên c, Tách bã làm lạnh dịch đờng Sau nấu, dịch đợc tách bã hoa đợc bơm vào thùng lắng xoáy, để lắng 30 phút bơm dịch qua lạnh nhanh mỏng để hạ nhiệt độ xuống từ 8ữ10 0C đợc bổ sung Oxi với lợng 30ữ35ml khí/lít dịch (tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển) chuyển vào thiết bị lên men Quá trình lên men Đây trình quan trọng công nghệ sản xuất bia: đờng có nớc nha đợc lên men dới tác dụng nấm men Lợng men đợc bổ sung khoảng 1ữ1,5% so với dung tích dịch đờng Lợng men thu hồi có tái sử dụng tới lần, tỷ lệ lần đợc cán kỹ thuật công nghệ định Quá trình lên men bao gồm lên men lên men phụ Quá trình dẫn đến thay đổi thành phần hoá học nớc nha, biến nớc nha thành loại nớc uống có hơng thơm vị dễ chịu, bia Khí CO2 thoát trình lên men sạch, đợc nén đóng chai thu hồi để nạp lại cho bia giai đoạn bão hoà CO Lợng CO2 mà công ty thu hồi đợc khoảng 40% Công nghệ đại có u điểm lớn rút ngắn thời gian lên men, cải thiện điều kiện lao động cho công nhân, tránh đợc tạp nhiễm hao hụt sản phẩm Lọc bia: Bia đợc làm nhờ trình lọc có sử dụng chất trợ lọc Diatomit tách ly tâm Bão hoà CO2 chiết chai: Sau lọc bia đợc bão hoà thêm CO2 (nếu cần) trớc chiết chai, chiết bom, đóng lon Bao bì đợc rửa, sau chiết, đóng nắp, trùng, kiểm tra, dán nhãn, đóng két xuất xởng Đồ án chuyên ngành Gạo Malt Nớc cấp để rửa thiết bị, sàn Chuẩn bị nguyên liệu Bụi nguyên liệu Nớc công nghệ Enzim Nấu - đờng hóa Hơi Nớc ngng Lọc Bã malt Nấu hoa Hoa houblon Hơi Nớc ngng Tách bã hoa, lắng Nớc làm lạnh Làm lạnh Tuyển Cặn lạnh Men giống Lên men CO2 Bã hoa Tuần hoàn Trợ lọc Lọc bia Cặn lọc Bão hòa CO2 Làm lạnh Chiết chai, bom thu hồi men Bia rơi vãi Lên men phụ Nớc thải Hình II.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất bia Viger kèm dòng thải Đồ án chuyên ngành Cặn men I.1 Hiện trạng thiết bị công nghệ[11] Dây chuyền công nghệ sản xuất bia Viger xí nghiệp Cộng hoà Liên bang Đức cung cấp, giá đầu t trang thiết bị cho nhà máy sản xuất bia từ 0,8 1,2 USD/ lít bia Các thùng chứa nớc chứa bia, thùng lên men hình trụ cong hệ thống bão hoà, pha chế đợc sản xuất nớc Các thiết bị làm theo thiết kế Cộng hoà Liên bang Đức Phía Cộng hoà Liên bang Đức trang bị đờng ống, van chuyên dụng đồng hồ đảm bảo hài hoa đáp ứng yêu cầu kỹ thật nhà máy bia đại Hiện chất lợng trang thiết bị tốt sử dụng đợc I.2 Hiện trạng môi trờng Công ty Đờng Rợu Bia Việt Trì [11] I.2.1 Khí thải Khí thải khu vực sản xuất gồm có khí độc hại nh SO2, NO2, CO, CO2 - Khí CO2 thoát từ trình lên men thu nhờ thiết bị thu hồi đóng chai áp lực cao để sử dụng - Chất khí bụi gây ô nhiễm chủ yếu khu vực lò trình đốt dầu gồm SO2, NO2, CO, CO2 - Khí NH3 , freon sinh hệ thống máy lạnh bị rò rỉ - Bụi nguyên liệu trình chuẩn bị nguyên liệu lợng nhiên liệu tiêu hao khoảng 0,25% Với lợng tiêu thụ nhiên liệu năm 2002 năm 610819 kg Malt 280145 kg lợng nhiên liệu tiêu hao ớc tính 2227,41 kg Bảng I.3 Chất lợng môi trờng không khí xung quanh khu vực sản xuất [7] Đồ án chuyên ngành ( ngày lấy mẫu 4/4/2002) STT Thông số Đơn vị Kết TCVN(5937-1995) Bụi lơ lửng mg/m3 0,51 0,3 SO2 mg/m3 1,32 0,5 3 CO mg/m 7,8 40 NO2 mg/m3 0,38 0,4 H2S mg/m3 0,06 0,5 NO mg/m 0,28 0,4 I.2.2 Các chất thải rắn Lợng bã thải rắn lớn bã malt, men bia vỏ hạt malt: 100Kg nguyên liệu ban đầu thu đợc 125 Kg bã tơi với hàm lợng chất khô 20- 25% Lợng chất thải rắn khoảng 220 - 250kg/ngày Bã malt đợc dùng làm thức ăn gia súc bã ớt dễ bị chuyển hoá (đặc biệt mùa hè) Men bia có giá trị dinh dỡng cao, dùng làm thuốc chữa bệnh, thuốc bổ làm thức ăn cho gia súc hiệu Hiện Nhà máy bia Viger bã malt đợc tận dụng để bán cho hộ chăn nuôi gia súc, bã men bia đợc nghiên cứu để tận thu bia non Bã hoa houblon cặn protein đợc sử dụng cho chăn nuôi có vị đắng, thờng đợc xả cống làm tăng tải lợng ô nhiễm nớc thải Cặn protein đợc dùng làm thức ăn cho cá Ngoài lợng chất thải rắn bã bia ra, trình sản xuất phát sinh lợng chất thải rắn bùn công đoạn xử lý nớc thải Lợng bùn thải công đoạn ớc tính khoảng 3,5 m3/ tháng Bùn thải công ty hợp đồng với công ty môi trờng đô thị để vận chuyển đến bãi rác thải thành phố Các chất thải rắn khác nh chất trợ lọc, vỏ chai vỡ thờng đợc thu gom với rác thải sinh hoạt Và hàng tháng thuê Công ty Môi trờng Đô thị thành phố Việt Trì thu gom I.2.3 Nớc thải [11] Nớc thải trính sản xuất bia nguồn thải đáng lu ý Công nghệ sản xuất bia sử dụng lợng lớn thải lợng nớc đáng kể Lợng nớc tiêu hao định mức để sản xuất 1000 lít bia thành phẩm 10 m Nớc sản xuất bia bao gồm: Nớc rửa thiết bị, làm lạnh, nớc rửa nhà xởng, nớc rửa bao bì Thành phần gây ô nhiễm nớc thải sản xuất bia bao gồm protein aminoaxit từ nguyên liệu nấm men, hydratcacbon (dextrin đờng) pectin tan không tan, axit hữu cơ, rợu từ nguyên liệu sản phẩm rơi vãi Với công nghệ sản xuất bia sử dụng nhà máy, dòng thải dự kiến sản xuất với công suất bình quân 380-450m 3/ngày, nhng cao điểm lên tới 500-600m3/ngày Bảng I.4 Đặc tính nớc thải cống chung công ty Đờng Rợu Bia Việt Trì [7] Đồ án chuyên ngành thứ tự Thông số pH COD BOD5 SS N P Đơn vị Giá trị trung bình mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 6,87 950 490 160 19,78 2,55 TCVN - B ( 5945 - 1995) 5,5 - 100 50 100 60 Đánh giá hệ thống xử lý nớc thải có : Sơ đồ công nghệ: Bể điều hoà Bể UASB nớc thải nớc sau xử lý Bể Aeroten Bể lắng Phơi bùn, ép bùn Khử trùng Hình I.1 Nhận xét: Hệ thống xử lý cũ thiết kế kích thớc bể không hợp lý ( nhỏ so với lu lợng nớc thải cần xử lý), mơng thải bố trí mạng ống theo sơ đồ xơng cá không phù hợp với dòng chảy nội xởng Công nghệ xử lý không thích hợp: không cần có công đoạn khử trùng nớc thải sau xử lý giảm đợc lợng Coliform lớn (hơn nguồn tiếp nhận nớc thải sông Lô), nớc thải công ty không đợc phân luồng nên khó xử lý, với hàm lợng BOD = 490 mg/l không cần xử lý yếm khí Mặt khác công đoạn nuôi cấy vi sinh vật để xử lý phơng pháp sinh học không đáp ứng đợc yêu cầu Kết chất lợng nớc thải sau xử lý cha đạt yêu cầu 2/ Hiện trạng Nhà máy sản xuất theo công nghệ đại, hệ thống thiết bị khép kín Tuy nhiên hệ thống mơng thải nội khu xởng lại để hở sâu nớc bã thải có điều kiện tích tụ lâu ngày gây mùi khó chịu, điều không phù hợp với tiêu chuẩn nhà máy thực phẩm, công đoạn cần phải cải tạo Nớc thải nhà máy cha đợc phân luồng cho lên khó xử lý lu lợng nớc phải xử lý lớn Hiện lợng nớc phải xử lý 500 m3/ngày Mặt khác hệ thống xử lý nớc thải nhà máy bia không đạt yêu cầu sau qua hệ thống xử lý chứa hàm lợng chất hữu cao 10 Đồ án chuyên ngành ôxy hoà tan, nồng độ hỗn hợp lỏng chất rắn lơ lửng (MLSS), số thể tích bùn SVI, nồng độ BOD chất rắn huyền phù dòng Hàm lợng MLSS bể Aeroten thờng dao động khoảng từ 1000 mg/l 10000 mg/l [12] Nếu hàm lợng MLSS < 1000 mg/l, vi sinh vật bị thiếu dinh dỡng, làm giảm tốc độ sinh trởng nên khả oxy hoá phân huỷ chất hữu giảm, MLSS > 10000 mg/l, vi sinh vật d thừa thức ăn nên tốc độ sinh trởng tăng nhanh, vi khuẩn không kịp tạo nha bào, bùn không lắng đợc Chỉ số thể tích bùn SVI: SVI thể tích bùn (ml) gam bùn khô SVI thể trạng thái hoạt động độ lắng bùn đợc tính theo công thức SVI = V L *1000 (ml/g) MLSS MLSS: Hàm lợng bùn hoạt tính (mg/l) VL (ml): Thể tích lắng ống thời gian 30 phút Khi SVI < 80 (ml/g): Có tợng rã bùn, nớc không yếu tố môi trờng, hàm lợng chất dinh dỡng lớn, sinh khối tăng nhanh không kịp tạo nha bào Khi SVI > 150 (ml/g): Nếu sinh khối > 2000 (mg/l) chấp nhận đợc Nếu sinh khối < 2000 (mg/l) phải quan sát bùn bị phồng Trong vận hành, SVI đợc sử dụng làm thị đặc tính lắng bùn, ảnh hởng tới tốc độ tuần hoàn MLSS SVI tối u cho trình 80 - 150 ml/g Tỷ số F/M: tỷ số biểu mối quan hệ cuả tải trọng với trạng thái trao đổi hệ thống * Nếu F/M = 1: sinh khối tạo thành ít, kích thớc bùn đạt tối u vi khuẩn có đủ thời gian tạo nha bào * Nếu F/M >1: d thừa thức ăn, vi khuẩn sinh trởng nhanh, bùn không tạo nha bào, nớc sau xử lý không 18 Đồ án chuyên ngành Nếu F/M mg/l, vi sinh vật không sử dụng hết lợng oxy có nớc cho trình oxy hoá gây lãng phí lợng Ngợc lại, DO < mg/l, vi sinh vật bị thiếu oxy, tốc độ oxy hoá giảm, có tợng bùn màu đỏ, không lắng đợc ( vi khuẩn Rhodopseudomonas phát triển) Hàm lợng phụ thuộc vào chất BOD, nhiệt độ, phơng thức cấp khí, chiều cao cột nớc bể Aeroten tải trọng COD Tỷ lệ C:N:P ( C/N tối u = 20/1) Nếu C/N < 20/1 : môi trờng thừa dinh dỡng ( thừa nitơ), vi sinh vật phát triển mạnh, sinh khối tăng nhanh, vi khuẩn không tạo nha bào nên bùn không dính kết với nhau, khả lắng Khắc phục tợng cách đa vào bể khu hệ vi sinh vật có khả phản nitrat hoá Nếu C/N > 20/1: môi trờng thiếu dinh dỡng, vi khuẩn dạng sợi phát triển, bùn bị phồng, nên khả lắng Khắc phục cách thêm chất có chứa nitơ hữu nh: muối nitrat, phân hữu Nhiệt độ, pH: pH tối u cho xử lý hiếu khí là: 7,0 - 7,5 Nhiệt độ tối u: 20 - 27oC Nhiệt độ thấp , DO cao vận tốc oxy hoá tăng Nhiệt độ cao, DO giảm vận tốc oxy hoá tăng Vì vậy, trình vận hành bể , cần kiểm soát để cân đối hàm lợng DO 19 Đồ án chuyên ngành Phần III Tính toán thiết kế thông số số thiết bị dây chuyền công nghệ xử lý III.1 Bể điều hoà lắng sơ cấp[9]: III.1.1 Dung tích bể điều hoà Đặc trng nớc thải sản xuất bia không ổn định, có biến thiên nồng độ, lu lợng vào thời điểm ca làm việc ngày Do hệ thống cần có bể điều hoà để điều hoà lu lợng, ổn định pH nồng độ cho trình xử lý làm việc có hiệu Do ca sản xuất sở hoạt động tơng tự nên thiết kế bể điều hoà lắng sơ cấp cho ca sản xuất hay ngày mà đảm bảo hoạt động hệ thống, không gây tải cho hệ thống xử lý ta chọn thể tích bể điều hoà nớc thải Thông số đầu vào: Q= 500 (m3/ngày) SS=160 (mg/l) Đờng kính hạt lơ lửng chọn dmin= 0,03 (mm) Thể tích bể điều hoà V= 500 ì =83.33 (m3) 24 Đáy bể thiết kế dốc phía ống dẫn nớc sang bể lắng sơ cấp để tăng khả tự chảy nớc chọn độ dốc i = 0,01- 0,02, chọn i = 0,02 Với kích thớc nh tận dụng bể điều hoà cũ nhà máy ( H=2,5m; D =16m; R =3m) III.1.2 Dung tích bể lắng sơ cấp Do đặc tính nớc thải có hàm lợng cặn lơ lửng tơng đối lớn trớc vào bể Aeroten phải loại bớt SS để trình ôxy hoá bể Aeroten hiệu Để loại SS dùng bể lắng ngang Vận tốc độ lắng hạt hình cầu đợc xác định theo công thức Stockes W1= đó: h l g.d 18à1 [5] d: đờng kính hạt lắng ( mm) ( d = 0,03 mm) W1: vận tốc lắng hạt lơ lửng ( m/s) 20 Đồ án chuyên ngành : độ nhớt nớc thải =0,97.10-3 h : khối lợng riêng trung bình hạt ( 1500-2000kg/m 3), chọn h =2000 ( kg/m3) l : khối lợng riêng nớc l = 1000 kg/m3 g: gia tốc trọng trờng g= 9,8 ( m/s2) W1= 0,032 ì (2000 1000) ì 9,8 =0,505 ( mm/s) 18 ì 0,97 ì 10 Khi thời gian lắng T= H 2000 = = 1,1 ( h) W 0,505 Dung tích ngăn chứa cặn bể lắng sơ cấp, lợng cặn không lớn nên xác định dung tích ngăn chứa cặn dựa lợng cặn lắng sau ngày làm việc ( 24 giờ), theo ca làm việc Wb = Q ì SS ì E ì t ì 100 (100 - p) ì Wb : Dung tích ngăn chứa cặn E: hiệu suất lắng cần thiết t : thời gian lần xả cặn p: độ ẩm cặn, p = 96% : khối lợng riêng cặn, = 2000 (kg/m3) Hiệu suất làm việc bể E= SS0 SS1 ì 100% SS0 SS0 : hàm lợng cặn lơ lửng đầu vào, SS0 =160 (mg/l) SS1 : hàm lợng cặn lơ lửng khỏi bể lắng sơ cấp (vào bể Aeroten) chọn SS1 = 80(mg/l) E= Suy Wb= 160 80 ì 100 = 50% 160 500 ì 160 ì 0,5 ì 24 ì 100 =12 (m3) (100 96) ì 2000 ì 103 Để tăng hiệu suất làm việc bể, bố trí số ống thông khí với lợng không khí % lợng khí cấp vào bể aeroten Việc thổi khí vào bể tạo chuyển động hỗn loạn làm tăng khả điều hoà bể Tổng thể tích bể Vt = V + Wb = 84 + 12 = 96 ( m3) Chiều cao thực tế bể điều hoà kết hợp lắng sơ cấp Ht= H + hb + h1 + h2 21 Đồ án chuyên ngành hb: chiều cao ngăn chứa bùn ( 0,2 m chọn theo độ nghiêng ngăn chứa) h1 : chiều cao dự trữ từ mép nớc đến thành bể ( 0,3 0,5 m) chọn h1 =0,4 ( m) h2 : chiều cao lớp trung hoà phía lớp bùn cặn lắng ( 0,1 0,3 m) Chọn h2 = 0,2 ( m) Khi chiều cao thực tế bể Ht = + 0,4 + 0,2 =2,6 (m) Bể điều hòa kết hợp lắng sơ cấp có kích thớc: H = 2,6 m D = 3,4 m ( S = 36,9 m2) III.2 Bể Aeroten[5] Bể Aeroten có chức oxy hoá hợp chất hữu có khả oxy hoá sinh học Tác nhân oxy hoá bùn hoạt tính, bùn tồn dạng sinh học lơ lửng nớc nơi vi sinh vật bám vào, sinh trởng thực trình phân huỷ hiếu khí để làm nớc Các thông số đầu vào Q = 500 (m3) SS0 =80 (mg/l) BOD5=490 (mg/l) COD = 950 (mg/l) Để đảm bảo độ an toàn tính đến tiêu chuẩn môi trờng cao tơng lai nên tính toán ta chọn BODr = 40(mg/l) Khi hiệu suất bể aeroten = S S1 490 40 ì 100% = ì 100 = 91,8% S0 490 : Hiệu suất bể aeroten (%) S0 : Hàm lợng BOD5 đầu vào ( mg/l) S1 : Hàm lợng BOD5 đầu ( mg/l) III.2.1 Thể tích bể Aeroten Thể tích bể aeroten VA= Q ì ( S S1 ) ì VA : Thể tích bể aeroten ( m3) : Tải trọng riêng bùn hoạt tính, chọn = 0,8 0,9 ( kg BOD/kg MLSS.ngày) X : Hàm lợng sinh khối bể aeroten 22 Đồ án chuyên ngành X= 1000 1500 ( mg/l) chọn X= 1500 ( mg/l) Suy thể tích bể aeroten VA= 500 ì (490 40) =188 ( m3) 1500 ì 0,8 chọn chiều cao bể H = (m) Chiều dài bể D = 6,5 (m) Chiều rộng bể R=6 (m) ( Kích thớc bể cũ nhà máy H = (m), D = (m), R = 6( m)) So sánh với kích thớc bể cũ nhà máy thấy bể cũ nhà máy nhỏ so với bể Để đáp ứng nhu cầu xử lý, cần nâng chiều cao bể cũ lên 1m III.2.2 Thời gian lu Thời gian lu nớc thải = V VA = ì 24 = ( h) Q 500 III.2.3 Lợng bùn tạo khử BOD5 Khi thiết kế trình quản lý phải xác định đợc lợng bùn tạo hàng ngày để tính toán vận hành công trình xử lý bùn Lợng bùn sản phụ thuộc vào đặc tính nớc thải, vào tuổi bùn c vào hệ số phân huỷ nội bào Kd Hệ số tạo sinh khối từ BOD5 Yb = Y + k d c [5] Yb: Hệ số tạo sinh khối Y: hệ số sinh trởng cực đại ( mg bùn/ mg BOD5 tiêu thụ) Chọn Y=0,46 kd hệ số phân huỷ nội bào ( / ngày) chọn kd = 0,06 c thời gian lu bùn hoạt tính bể aeroten, chọn c = 10 ngày suy Yb= 0,46 = 0,2875 + 10 ì 0,06 Lợng bùn sinh khử BOD5 ngày Px = Yb.Q.(So S1) 10-3 ( kg / ngày) Px = 0,2875 ì 500 ì (490 40) ì 10 = 65 ( kg / ngày) Độ tro cặn thờng 30% tổng cặn lơ lửng sinh Pxl = 65 = 93 ( kg / ngày) 0,3 lợng cặn d xả hàng ngày Pxả = Pxl - Q ì 50 ì10 = 68 (kg/ngày) III.2.4 Chỉ số hồi lu bùn 23 Đồ án chuyên ngành Chỉ số hồi lu bùn R= 10 +1 SVI ì X [5] R : số hồi lu bùn SVI: số thể tích lắng bùn SVI= 80 mg/l 150 (mg/l) chọn SVI = 100 ( mg/l) X: hàm lợng sinh khối bể aeroten, X = 1500( mg/l) suy R= 0, 1304 III.2.5 Hàm lợng bùn tuần hoàn Xt = ( R + 1) ì X = 13003 ( mg/l) R [5] Lu lợng bùn tuần hoàn Qt = R ì Q Q : lu lợng nớc thải vào, Q= 500( m3) Qt=0,1304 ì 500 = 65( m3) III.2.6 Lợng bùn xả Qxả từ đáy bể lắng theo đờng tuần hoàn cặn c = VA ì X Q x ì X t + Qr ì X r [5] VA: Thể tích bể Aeroten X : Hàm lợng sinh khối bể Aeroten c : tuổi bùn, chọn c= 10 ngày Qr : Lu lợng nớc (m3/ngày) Qx : Lu lợng bùn xả (m3/ngày) Xt: Nồng độ bùn hoạt tính (không tro) lấy từ đáy bể lắng thứ cấp tuần hoàn lại cho bể aeroten (mg/l) Xr : Nồng độ bùn hoạt tính nớc lấy (mg/l) Xr =SSr ì 0,65 ì 1,42 ì 0,7 SSr : Hàm lợng cặn lơ lửng khỏi bể, SSr=50 (mg/l) 0,65 : Tỷ lê cặn hữu có cặn lơ lửng 1,42 : Hệ số oxy hoá BOD5 0,7 : Phần trăm cặn bay số cặn hữu không tro Xr = 50 ì 0,65 ì 1,42 ì 0,7 = 32,305 (mg/l) Từ ta tính đợc Qx=1,25 (m3/ngày) Thời gian tích luỹ (tuần hoàn lại toàn bộ) bắt đầu vận hành T= V A ì X 188 ì 1,5 = = 4,34 ngày Px 65 [5] 24 Đồ án chuyên ngành Hệ số oxy hoá bùn hoạt tính = S S1 490 40 = =30mg (BOD5/ 1gam bùn.h) c ì X 10 ì 1500 Kiểm tra tỷ số [5] 490 F S = = 0,376 ì 1500 =0,869 ( mg/mg.ngày) [5] M ìX Tải trọng riêng TR = ( S S1 ) Q ( 490 40 ) 500 = = 0,8 VA X 188 1500 ( kg BOD/kg MLSS /ngày) III.2.7 Tính lợng oxy cần thiết Theo lý thuyết, lợng oxy cần thiết cho trình xử lý nớc thải sinh học gồm lợng oxy cần để khử BOD, oxy hoá amoni NH4+ thành NO3-, khử NO3- OCo= Q ì ( S - S1 ) 4,57 ì Q ì ( N N ) (kg O2/ngày) [5] 1,42 P x + 1000f 1000 OCo: lợng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn phản ứng 200C Q: lu lợng nớc thải cần xử lý ( m3/ ngày) S0 : Nồng độ BOD5 đầu vào ( mg/l) S1 : Nồng độ BOD5 đầu ( mg/l) f : Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD, thờng f = 0,45 - 0,68, chọn f = 0,45 Px : Phần tế bào d xả theo bùn d = Yb.Q.( So - S) 10-3 ( kg/ngày) 1,42 : Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD N0 : Tổng hàm lợng nitơ đầu vào( mg/l), No= 19,78 ( mg/l) N : Tổng hàm lợng nitơ đầu ( mg/l), Nớc thải đầu đạt tiêu chuẩn loại B nên chọn N=6 ( mg/l) 4,57 : Hệ số sử dụng oxy ôxy hoá hợp chất hữu có chứa Nitơ Suy OC0 =439,63 ( kgO2/ngày) Lợng oxy cần thiết điều kiện thực tế: OCt=OCo( C gs 20 C gsh C d ì 1,024 (T 20 ) ) [5] : Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lợng muối, nớc thải thờng lấy = Csh : Nồng độ oxy bão hoà nớc ứng với nhiệt độ (ToC) độ cao so với mặt biển nhà máy xử lý ( mg/l) Lấy giá trị Csh= Cs20 Cs20: Nồng độ oxy bão hoà nớc 20oC ( mg/l) Cs20 = 9,08 mg/l Cd : Nồng độ oxy trì công trình (mg/l) Khi xử lý nớc thải thờng lấy Cd = 1,5 ( mg/l), chọn Cd = ( mg/l) 25 Đồ án chuyên ngành : Hệ số điều chỉnh lợng oxy ngấm vào nớc thải ảnh hởng hàm lợng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng kích thớc bể có giá trị từ 0,6 0,94 Chọn = 0,7 T : nhiệt độ trung bình nớc thải T = 260C OCt= 439,63 ì 9,08 ì =700 (kgO2/ngày) 9,08 0,7 ì 1,024( 26 20 ) Lợng không khí cần thiết Qk= OCt ì f (m3/ngày) OU OCt : lợng oxy cần thiết f : Hệ số an toàn, thờng lấy từ 1,5 2, chọn f =1,5 OU = Ou.h : Công suất hoà tan oxy vào nớc thải thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho m3 không khí Ou : Công suất hoà tan oxy vào nớc thải thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho m3 không khí, độ sâu ngập nớc h chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ ta có Ou=7 (gO2/m3.m) Bể sâu m chọn độ sâu ngập nớc h= 4,6 m, công suất hoà tan thiết bị OU= Ou ì h =7 ì 4,6 =32,2 (gO2/m3) suy Qk= 700 ì 1,5 =32609 (m3/ ngày) 0,0322 Tính toán hệ thống phân phối khí Ta có lợng không khí cần cấp cho bể aeroten Qk=32609 (m3/ngày ) = 0,38 (m3/s) Chọn vận tốc khí đầu chóp phân phối khí 20 (m/s) diện tích tiết diện bề mặt chóp 0,00032 m tổng số chóp cần có để phân phối khí n = 0,38 Qk = = 60 chóp V ì S 20 ì 0,00032 [5] Hệ thống chóp đợc phân bố bể aeroten nh hình vẽ nhằm mục đích cấp khí bể III.2.8 Chọn ống dẫn để dẫn không khí công suất máy nén Tốc độ chuyển động không khí ống dẫn qua hệ thống phân phối từ 10 15 (m/s), chọn 12 (m/s) chọn tốc độ qua lỗ phân phối 15 (m/s) Công suất máy nén khí tính theo trình nén đoạn nhiệt: Pm = p * R *T *[( ) 0, 283 - 1] (KW) 29,7 * n * e p1 [5] Trong đó: Pm - lợng cần thiết máy thổi khí (KW) 26 Đồ án chuyên ngành R số khí, R=8,314 (kg/mol0K) T - nhiệt độ tuyệt đối bể (K), chon T = 250C = 2980K P1 - áp suất tuyệt đối bên ống (at) P2 - áp suất tuyệt đối bên ống (at) n - hệ số, chọn hệ số n = 0,283 29,7 - hệ số chuyển đổi e - hiệu suất máy nén khí 0,7 - 0,8, chọn e = 0,75 chọn tỷ số P2 =1,5 P1 : lợng không khí cần thổi qua máy nén = Qkk 1,293.P , kk = = 1,18 (kg/m3), kk (1 + 0,00367T)760 P = 760mmHg, t = 260C đó: = 32609 = 27635 (m3/ngày) = 0,3198 (m3/s) 1,18 Thay số vào công thức ta có: Pm = 0,3198 * 8,314 * 299 *[(1,5) 0, 283 - 1] = 16 (KW) 29,7 * 0,283 * 0,75 Chọn máy thổi khí dạng quạt ly tâm: Công suất thiết lập động điện: Pdc = k*Pm (KW) Trong k hệ số dự trữ k = 1,5 Pdc = 1,5.16= 24 (KW) Giả thiết hiệu suất truyền mô tơ đạt 90% Công suất thực tế máy thổi khí Ptt = 24 = 26,67(KW) 0,9 III.3 Bể lắng thứ cấp[5] Lắng bể lắng thứ cấp công đoạn cuối xử lý nớc thải công ty Đờng Rợu Bia Việt Trì, mục đích để loại bỏ nốt bùn sinh học lợng nhỏ chất hữu lai nớc Do nồng độ chất bẩn có nớc thải công đoạn tơng đối thấp nên dùng bể lắng đứng, thời gian lu nớc bể từ 45 - 120 phút đợc xả áp lực thuỷ tĩnh Nớc thải khỏi bể lắng thứ cấp đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN 5945-1995) BOD5 = 50 (mg/l) 27 Đồ án chuyên ngành COD = 100 (mg/l) SS1 = 80 (mg/l) chọn BODr = 40 mg/l III.3.1 Diện tích bể Diện tích bể lắng theo công thức: Q * (1 + ) * C C t *V L S= Trong đó: [9] Ct - nồng độ cặn dòng tuần hoàn, Ct = 9652 (mg/l) C0 - nồng độ bùn hoạt tính bể, C0 = 1500(mg/l) - hệ số tuần hoàn VL - vận tốc nớc xuống dòng tuần hoàn tạo (m/s) với VL = Vmax*e-K*.C L *10 Trong đó: CL = 0,5*Ct = 4826(ml/l) Vmax = 7m/h K = 600 80 < SVI < 1(ml/g) VL = 7.e-600.4826.10 = 0,387 (m/h) S= 500 ì (1 + 0,184) ì 1500 = 10 (m2) 24 ì 9652 ì 0,387 + Nếu kể diện tích buồng phân phối trung tâm S = 1,1*10 = 11 (m2) Do đờng kính bể D= 3,75(m) Chọn D=4 (m) + Đờng kính buồng ống phân phối trung tâm: d = 0,25*D =1 (m) + Diện tích buồng ống phân phối trung tâm: f = *d2/4 = 0,785 (lấy 0,8m) + Diện tích vùng lắng bể: SL = 11 - 0,8 = 10,8 (m2) + Tải trọng thủy lực: a= Q 500 = = 46,3 m3/ m2 ngày SL 10,8 [9] + Vận tốc lên dòng nớc bể: V = 46,3/24 = 1,93 (m/h) + Máng thu nớc đợc đặt vòng tròn có d = 0,8m dmáng = 0,8*4 = 3,2 (m) + Chiều dài máng thu nớc (chu vi) L = *dmáng = 3,14*3,2 =10 (m) 28 Đồ án chuyên ngành + Tải trọng thu nớc 1m chiều dài máng: aL = Q 500 = = 50 m3/m ngày 10 L + Tải trọng bùn: (Q + Q R ) * C 1,184 * 500 *1500 * 10 b= = = 3,4 kg/m2.h 24 ì S l 24 *10,8 III.3.2 Xác định chiều cao bể: + Chọn chiều cao bể: H = m + Chiều cao dự trữ mặt thoáng h1 = 0,3 m + Chiều cao cột nớc bể: 2,7 m gồm + Chiều cao phần nớc h2 =1,5 m + Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 30% tâm h3 = 0,3*Rbể = 0,6m + Chiều cao phần chứa bùn cặn hình trụ h4 = H - h1 - h2 - h3 = - 0,3 1,5 - 0,6 =0,6m + Thể tích phần chứa bùn Vb = S*h4 = 11*0,6 = 6,6 m3 + Nồng độ bùn trung bình bể Ctb = 1,5 ì 9652 1,5C t C L + Ct = = = 7239(mg/l) ~7 kg/l 2 + Lợng bùn chứa bể lắng: Gb= Vb Ctb = 7,239 ì 6,6= 48 (kg) + Thời gian lu nớc bể lắng: Dung tích bể lắng: V = H*S = 2,7* 11 = 30m3 Lu lợng nớc vào bể lắng Ql = Q*(1+) = 500*1,184 = 592 m3/ngày V 29,7 Thời gian lắng: = Q = = 0,05 ngày = 1,2h 592 L Kích thớc bể lắng thứ cấp: H = m S = 10 m2 29 Đồ án chuyên ngành kết luận Sản xuất bia ngành công nghiệp có tốc độ phát triển nhanh sản lợng số sở sản xuất Tải lợng ô nhiễm sản xuất bia lớn, đặc biệt nớc thải ( khoảng >10000 COD/năm) Đối với ngành sản xuất bia, dòng nớc thải cần xử lý chứa lợng chất hữu lớn nên biện pháp hữu hiệu để xử lý áp dụng phơng pháp xử lý sinh học Nớc thải công ty Đờng Rợu Bia Việt Trì chứa hàm lợng chất hữu tơng đối lớn với hàm lợng BOD5 = 490 mg/l, COD=950 mg/l, SS = 160 mg/l, với lu lợng trung bình 500 - 600 m3/ ngày Công nghệ lựa chọn để xử lý nớc thải cho công ty Đờng Rợu Bia Việt Trì áp dụng phơng pháp oxy hoá sinh học bùn hoạt tính Nhiệm vụ đồ án thiết kế dây chuyền công nghệ xử lý nớc thải cho công ty (với đầu BOD = 40 mg/l, SS = 80 mg/l, COD = 100 mg/l) tính toán đợc thông số số thiết bị nh: Bể điều hoà kết hợp bể lắng, bể aeroten bể lắng thứ cấp TT Tên hạng mục Đặc tính Kích thớc Ghi Bể điều hoà kết BTCT Cao = 2,6 m tận dụng bể cũ hợp lắng sơ cấp Đờng kính = 3,4 m Bể Aeroten BTCT Cao = m cải tạo lại, nâng 30 Đồ án chuyên ngành Bể lắng thứ cấp BTCT Dài = 6,5 m Rộng = m Cao = m Đờng kính = 1,5 m độ cao lên 1m cải tạo lại, nâng độ cao lên m Do thời gian làm đồ án ngắn nên em cha thể tính toán đợc thông số số thiết bị sơ đồ dây chuyền xử lý nớc thải nh bể xử lý bùn thứ cấp cha tính đợc chi phí cải tạo Tài liệu tham khảo Bộ công nghiệp Dự án quy hoạch tổng thể phát triển ngành Rợu, bia, nớc giải khát bao bì Việt Nam đến năm 2020 Hà Nội tháng 121999 Bộ công nghiệp Quy hoạch tổng thể phát triển ngành rợu bia-nớc giải khát Việt Nam đến năm2010 định hớng đến năm 2020 Bộ công nghiệp Xây dựng chế bảo vệ môi trờng ngành Rợu bia, nớc giải khát Hà Nội 2003 Hiệp hội rợu bia nớc giải khát Việt Nam Tạp chí đồ uống Việt Nam số1 (12/2000) Trịnh Xuân Lai Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nớc thải Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1999 Trần Hiếu Nhuệ, Lâm Minh Triết Xử lý nớc thải Đại Học Xây Dựng, 1978 Trần Hiếu Nhuệ Xử lý nớc thải phơng pháp sinh học Trờng Đại Học Xây Dựng Hà Nội 1990 Trần Lệ Minh Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hởng số yếu tố tới trình xử lý nớc thải sản xuất bia bùn hoạt hoá Hà Nội 1997 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga Công nghệ xử lý nớc thải Tủ sách công nghiệp xanh Đại Học Bách Khoa Hà Nội1997 10 Viện khoa học công nghệ Môi trờng, Báo cáo đánh giá tác động môi trờng công ty cổ phần bia Việt Hà, Hà Nội 1999 11 Trung tâm nghiên cứu sinh thái môi trờng Báo cáo đánh giá tác động môi trờng phơng án chiều sâu nâng cao chất lợng bia Viger Phú thọ 2002 31 Đồ án chuyên ngành 12.Lơng Đức Phẩm Xử lý nớc thải phơng pháp sinh học Nhà xuất Giáo dục Hà Nội 2002 Mặt cắt A-A B (1) 100 NT dòng vào (4) (3) (5) NƯớc dòng B-B Mặt cắt (2) 2200 2000 (7) 10 Bùn tuần hoàn B Mặt cắt đĩa phân phối khí 1-1 (8) Bùn thải Đĩa sành xốp Nén ép bùn Lỗ 13 12 A 11 Trong đó: Song chắn rác Bể điều hòa lắng sơ cấp Bể lắng thứ cấp Bơm cấp khí Bơm Bể Aeroten Bể khử trùng Bể chứa bùn thải A ống dẫn khí 13 ống dẫn nứơc thải vào Thép 12 ống dẫn khí Thép 11 ống dẫn bùn tuần hoàn Thép 10 Đĩa phân phối khí Sành sứ ống dẫn nứơc thải sang bể lắng thứ cấp Thép Máng thu nứơc thải Thép Khớp nối Thép Van Thép Dầm đỡ ống Móc đỡ ống Thép Máng phân phối nứơc thải bùn tuần hoàn Bộ phận chịu lực Thép Thép Thành bể Aeroten Bê tông 3000 Bê tông cốt thép Vật Liệu STT Hình II Sơ đồ dây chuyền xử lý nƯớc thải công ty đƯờng rƯợu bia việt trì Giáo viên HD Th.S Trần Lệ Minh Ngày Sinh viên Phạm Trà Giang 25-12-04 Trừơng ĐH Bách Khoa Hà Nội Viện KH & CN Môi Trừơng 32 Bể aeroten Tỷ lệ