TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
NHÀ MÁY CHẾ BIẾN THỦY SẢN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
NGUYỄN THẾ ĐỒNG, TRỊNH VĂN TUYÊN, TRẦN VĂN HÒA, MAI TRỌNG CHÍNH, TÔ THỊ HẢI YẾN, NGUYỄN THANH MINH
Viện Công nghệ môi trường – Trung tâm KHTN&CN Quốc gia
- Mở đầu
Nước thải nhà máy chế biến thủy sản được đặc trưng bởi hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ và nitơ cao. Nồng độ BOD ≥ 1000mg/l và tổng nitơ ≥ 150mg/l. Tỉ lệ COD/BOD5 nằm trong khoảng 1,1 – 1,3, cho phép xử lý nước thải theo phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao. Trong quá trình tính toán hệ thống xử lý cần phải tính đến tính không ổn định của lưu lượng và thành phần dòng thải theo thời gian. Số liệu khảo sát tại một số nhà máy chế biến thủy sản tại Việt Nam về thành phần các chất ô nhiễm thể hiện ở bảng 1.
Bảng 1: Thành phần các chất trong nước thải của nhà máy chế biến thủy sản
| Thành phần | Đơn vị đo | Hàm lượng |
| Chất rắn lơ lửng | mg/l | 800 – 2000 |
| COD | mg/l | 700 – 1500 |
| BOD | mg/l | 600 – 1300 |
| Tổng nitơ | mg/l | 100 – 350 |
| Phốt pho | mg/l | 30 – 70 |
- Phương án công nghệ
Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm, sơ đồ hệ thống xử lý nước thải của nhà máy chế biến thủy sản bằng phương pháp bùn hoạt tính được biểu diễn qua hình 1.
Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản bằng phương pháp vi sinh
1 – Sàng chắn rác, 2 – Bể điều hòa, 3- Bơm, 4 – Bể Aerotank, 5 – Thiết bị lắng, 6- Thiết bị tiếp xúc, 7 – Bể xử lý bùn. I – Nước thải, II – Không khí, III – Hóa chất, IV – Bùn hoạt tính tuần hoàn, V – Bùn dư, VI – Nước đã xử lý
- Trình tự tính toán
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày phương pháp tính toán các thông số thiết kế hệ thống xử lý bằng phương pháp vi sinh bùn hoạt tính, sử dụng các thông số thực nghiệm. Các thông số thiết kế cơ bản của hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp vi sinh cần được xác định là: thể tích bể Aerotank, nhu cầu cấp ôxy cho quá trình xử lý, tuổi của bùn, diện tích bề mặt thiết bị lắng, v.v…
3.1. Tính bể aerotank:
Thể tích của bể được xác định như sau:
(1)
Trong đó: V– thể tích bể aerotank, m3;
Q– lưu lượng nước thải, m3/ngày đêm;
S0– hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào, mg/l;
Sb– hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aerotank, mg/l (kg/m3), trong quá trình hoạt động của bể, chỉ số này cần duy trì ở mức 3-6 kg/m3;
F/m– tỉ lệ giữa khối lượng vi sinh và tải lượng bùn trong bể aerotank, kg BOD5/kg MLSS/ngày đêm. Tùy theo yêu cầu của nước thải đầu ra mà chọn tỉ lệ F/m. Bảng 2 trình bày mối liên hệ giữa tỉ lệ F/m vào cấp độ sạch yêu cầu của nước thải đầu ra.
Bảng 2: Sự phụ thuộc của tỉ lệ F/m và hiệu suất xử lý của hệ thống.
| Tỉ lệ F/m
Kg BOD5/ kg MLSS/ngàyđêm |
Hiệu suất xử lý BOD5
% |
| 0,0 – 0,2 | 95 – 90 |
| 0,2 – 0,4 | 90 – 85 |
| 0,4 – 0,5 | 85 – 50 |
3.2. Tính toán nhu cầu cấp ôxy
Nhu cầu cấp ôxy trong 1 ngày đêm cho qui trình xử lý vi sinh và khử nitơ như sau:
Qo = 1,2*BOD5 + DO*Q + NOD*N (2)
Trong đó: Qo – nhu cầu ôxy cho toàn bộ quá trình xử lý, kg/ngày đêm;
BOD5 – nhu cầu ôxy sinh hóa, kg BOD5/ngày đêm, xác định theo cách sau:
BOD5 = Q*(S0 – S1) (3)
Trong đó: S1 – hàm lượng BOD5 trong nước thải đã xử lý, mg/l hoặc kg/m3
DO – hàm lượng ôxy hòa tan trong bể aerotank, mg/l. Trong điều kiện khí
hậu Việt Nam, chỉ số này là 2-4 mg/l;
NOD – nhu cầu ôxy cho quá trình nitrat hóa và khử nitơ của 1 kg nitơ, kgO2/kgN. Trong tính toán, sử dụng giá trị NOD = 4,3 – 4,7 kgO2/kgN.
N – khối lượng nitơ cần xử lý trong 1 ngàyđêm, kgN/ngày.
Giá trị nhu cầu ôxy thực tế xác định theo công thức sau:
Qoth=k* Qo =(1,1-1,3) Qo (4)
Trong đó k – hệ số hiệu chỉnh, k = 1,1 ÷ 1,3
3.3. Tính độ sinh trưởng của bùn (tuổi của bùn):
Độ sinh trưởng của bùn là một thông số rất quan trọng trong bài toán thiết kế, được xác định theo công thức sau:
(5)
Trong đó: (SA) – độ sinh trưởng của bùn, ngàyđêm;
MLSS – tải lượng bùn hoạt tính, kg/ngàyđêm
y – hằng số định mức, phụ thuộc vào tỉ lệ F/m. Giá trị hằng số này chọn theo bảng 3.
Trong điều kiện khí hậu Việt Nam thì có thể nhận giá trị (SA)>10 ngày.
Bảng 3: Sự phụ thuộc hằng số y của bùn hoạt tính vào tỉ lệ F/m
| Tỉ lệ F/m
kg BOD5/kg MLSS/ngàyđêm |
y
kgMLSS/kg BOD5ngày |
| 0,0 – 0,2 | 0,5 – 0,8 |
| 0,2 – 0,4 | 0,8 – 1,0 |
| 0,4 – 0,5 | 1,0 – 1,3 |
3.4. Tính thiết bị lắng:
Thông số cơ bản của thiết bị lắng là diện tích lắng của bể.
Diện tích lắng được xác định theo công thức sau:
(6)
Trong đó: Slang– diện tích lắng, m2;
Qmax.b.h– lưu lượng bùn cực đại trong thiết bị lắng, kg/h, tính theo công thức sau:
v– vận tốc lắng của bùn hay tải lượng lắng bề mặt, m3/m2/giờ
Qmax.b.h=Qmax.Sb.SVI (7)
Qmax.– lưu lượng nước thải cực đại, m3/h;
Sb– nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank, kg/m3;
SVI – chỉ số thể tích của bùn hoạt tính, ml/g hoặc m3/kg.
Trong khi tính toán hệ thống xử lý thường nhận giá trị SVI=80-100ml/g, với giá trị lớn hơn (SVI>150 ml/g), bùn rất khó lắng.
Áp dụng nguyên lý xử lý nêu trên, chúng tôi tiến hành thí nghiệm xử lý nước tải của nhà máy chế biến thủy sản ở qui mô pilot. Kết quả thử nghiệm trình bày trong bảng 4.
Bảng 4: Kết quả thử nghiệm của quá trình xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản
| Thành phần nước thảI | Đơn vị | Nồng độ các chất | |
| Nước đã xử lý | Tiêu chuẩn TCVN 5945-1995, loại B | ||
| SS | mg/l | 75,5 | 100 |
| COD | mg/l | 68 | 100 |
| BOD5 | mg/l | 32 | 50 |
| Σ N | mg/l | 25 | 60 |
| P | mg/l | 1,8 | 6 |
- Kết luận:
– Nước thải các cơ sở chế biến thủy sản chứa các thành phần chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng với hàm lượng cao, nếu thải ra môi trường sẽ tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển mạnh, gây ô nhiễm môi trường nặng nề.
– Việc áp dụng phương pháp xử lý vi sinh – bùn hoạt tính tuần hoàn đem lại hiệu suất xử lý cao.
– Khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên là một trong những khu vực phát triển mạnh về nuôi trồng và chế biến thủy sản, việc áp dụng công nghệ xử lý nước đạt hiệu quả cao sẽ góp phần ổn định môi trường, tạo đà phát triển kinh tế và phát triển bền vững trong khu vực.
