Nghiên cứu xử lý nước thải tinh bột mì bằng công nghệ sinh học hybrid

LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

LỜI CẢM ƠN
Lời ñầu tiên, tôi xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn tận tâm của PGS.TS
Nguyễn Văn Phước. Cám ơn thầy về kiến thức ñã ñược truyền ñạt từ phương
pháp suy luận thông minh, khả năng tư duy sâu sắc cũng như cách giải quyết
công việc khoa học. Cám ơn thời gian ñược học tập và làm việc cùng thầy.
Xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Trung Việt, người thầy ñầu tiên ñã dìu dắt
tôi theo con ñường nghiên cứu khoa học. Từ những ngày ñầu làm quen với
phân tích môi trường, các mô hình nghiên cứu và ñược học hỏi thầy về phương
pháp nghiên cứu sáng tạo, nhạy bén, luôn luôn ñổi mới. Đây là hành trang quý
báu ñồng hành cùng tôi trong suốt con ñường hoạt ñộng khoa học sau này.
Cám ơn ba mẹ, gia ñình luôn hỗ trợ, ñộng viên tôi trong những lúc khó khăn ñể
cố gắng vượt qua những trở ngại, hoàn thành luận án tốt nghiệp.
Cám ơn các ñồng nghiệp, các em học trò thân thương ñã luôn sát cánh cùng tôi
trong suốt 4 năm nghiên cứu.
Cuối cùng luận án cũng ñã hoàn thành, ñối với chúng tôi – những nghiên cứu
sinh trong nước – thật sự phải vượt qua nhiều trở ngại từ tài liệu nghiên cứu,
kinh phí, thời gian và thiết bị phân tích. Những nỗ lực trong thời gian qua là
tiền ñề ñể chúng tôi tiếp tục phấn ñấu theo con ñường khoa học ñã lựa chọn.

i


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Nguyễn Thị Thanh Phượng, tác giả của luận án “Nghiên cứu xử lý nước
thải sản xuất tinh bột mì bằng công nghệ sinh học hybrid”. Tôi xin cam ñoan luận
án trên ñây là công trình của bản thân tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày

trong luận án là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kì luận án nào
trước ñây.

Tác giả

Nguyễn Thị Thanh Phượng

ii


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

TÓM TẮT
Tại Việt Nam, các công nghệ xử lý truyền thống như bùn hoạt tính, SBR, lọc sinh
học hoặc UASB và hồ sinh học ñã ñược ứng dụng phổ biến trong xử lý nước thải
sinh hoạt và công nghiệp. Tuy nhiên, ñối với một số nguồn thải ô nhiễm hữu cơ
nặng, dường như rất khó ñể xử lý ñạt tiêu chuẩn môi trường, ñiển hình là nước thải
sản xuất tinh bột mì. Ước tính hàng năm với trên 60 nhà máy sản xuất quy mô lớn,
hàng ngàn hộ sản xuất tinh bột mì quy mô vừa và nhỏ (Bộ Nông nghiệp và Phát
triển Nông thôn) ñã thải vào môi trường hàng triệu mét khối nước thải với hàm
lượng hữu cơ vượt tiêu chuẩn xả thải từ 2 – 100 lần.
Thực trạng hiện nay cần phát triển một công nghệ phù hợp hơn với mục tiêu xử lý
hiệu quả hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng với chi phí thấp ñồng thời hệ thống có
thể hoạt ñộng trong ñiều kiện gián ñoạn và biến ñộng về tải lượng ô nhiễm. Do vậy,
luận án ñịnh hướng áp dụng công nghệ sinh học hybrid, kết hợp mô hình hybrid kỵ
khí (USBF) và mô hình hybrid hiếu khí (bio 2 sludge) trong cùng một hệ thống sinh
học, sử dụng hai dạng vi sinh lơ lửng và bám dính nên tận dụng ưu ñiểm của từng
loại và nhờ mật ñộ sinh khối dày ñặc tăng tải trọng xử lý, giảm khối tích công trình.
Kết quả nghiên cứu trong ñiều kiện PTN ñã cho thấy:
Khả năng phân hủy CN- phụ thuộc vào nồng ñộ CN- ban ñầu, tương quan với sự

gia tăng ñộc tính - gây ức chế hoạt ñộng của vi sinh vật kị khí. CN- với nồng ñộ
cao khoảng 75 mg/L sẽ ảnh hưởng không tốt ñến hoạt ñộng của hệ vi sinh trong
hệ thống USBF.
Trong 4 loại vật liệu lọc bao gồm: xơ dừa, than ñá, nhựa PVC và nhựa Bio Ball
BB15 thì xơ dừa xử lý ñược ô nhiễm chất hữu cơ (93-98%) và TKN (61-92%)
cao nhất.
Mô hình USBF xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì ñạt hiệu quả cao từ 75-98%.
Trong ñó, mô hình USBF tỉ lệ 1/2 (thể tích vùng UASB/ thể tích vùng lọc kỵ khí
= 1/2) có hiệu quả xử lý cao nhất.
Mô hình hybrid hiếu khí Bio 2 Sludge (kết hợp bùn họat tính và lọc sinh học với
vật liệu lọc là xơ dừa) có khả năng xử lý 87-94% COD và 90-96% TKN. Mô
hình họat ñộng ổn ñịnh với mật ñộ vi sinh dày ñặc và không có hiện tượng trôi,
thất thoát bùn.
Hệ hybrid kết hợp USBF và bio 2 sludge với giá thể xơ dừa ñã xử lý ô nhiễm
hữu cơ và dinh dưỡng triệt ñể hơn so với các hệ sinh học riêng lẻ, với hiệu quả
xử lý COD và N trên 95% và 80%.
Nghiên cứu ñã xác ñịnh tỉ lệ kết hợp của các vùng sinh học, thông số ñộng học
của quá trình hybrid kỵ khí (USBF) và hybrid hiếu khí (Bio 2 sludge). Trong ñó,
iii


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

mô hình Stover Kincannon ñược ñánh giá là phù hợp nhất so với mô hình Monod
và phương trình bậc 2.
Từ kết quả nghiên cứu trong ñiều kiện PTN, luận án ñã áp dụng công nghệ hybrid
USBF và bio 2 sludge triển khai thực tế tại một số cơ sở sản xuất tinh bột mì, quy
mô hộ gia ñình, công suất 50 – 100 m3/ngày. Sau 1 năm vận hành, các hệ thống họat
ñộng ổn ñịnh, nước sau xử lý ñáp ứng quy chuẩn xả thải.

iv


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

ABSTRACT
In Vietnam the conventional treatment technologies, such as activated sludge, SBR,
bio-filter, UASB, and biological pond have been applied popularly in treating
domestic and industrial wastewater. However, for the seriously polluted sources like
tapioca wastewater, it seems not easy to reach the national technical regulation on
industrial wastewater. Nowadays, there are estimated over 60 large scale factories,
thousands of medium and small scale tapioca processing households (Ministry of
Agriculture and Rural Development) that discharged into the environment millions
of cubic meters of wastewater with organic content exceeding discharge standards
from 2 to 100 times.
Today, it requires a more appropriate technology to handle effectively organic
matters and nutrients with low cost, and this technology can be operated in
interrupted conditions and in fluctuated organic loading rate. Therefore, this thesis
oriented to apply hybrid biological technology that combined USBF with bio 2sludge in the same reactor, where suspended and attached growth microorganisms
existed simultaneously with thick biomass density. Hence, the system can operate in
high organic loading rate and small volume of work.
Research findings in laboratory conditions were determined:
CN- with high concentration around 75 mg/L will affect directly on the activities
of microorganisms in the USBF reactor.
Research on four types of supported materials, including coir, coal, PVC and Bio
Ball BB15. Findings identified that the model of using coir treated organic
contents (93-98%) and TKN (61-92%) higher than that of the other materials at
four OLR 0.5; 1; 1.5; 2 kgCOD/m3.day.
In the USBF reactor, COD efficiency is in range of 75% - 98%. In particular, the
USBF reactor at the rate of ½ (the ratio of UASB volume and volume of

anaerobic filter = 1/2) is the most effective system compared to the others.
Bio 2 Sludge Hybrid reactor (combined activated sludge with bio-filtration) is
capable of handling 87 – 94% COD and 90 – 96% TKN. The system operates
stably with thick biomass density, no drift and loss of mud.
Hybrid system combines USBF with Bio 2 sludge using coir treated organic
content and nutrients more effectively than individual biological system, in
which COD and N removal efficiency of over 95% and 80% respectively.
Research determined the rate of USBF area per bio-filter in reactor as well as
kinetic parameters of USBF and Bio 2 sludge reactor. In which, Stover

v


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Kincannon model is considered the most appropriate compared to Monod models
and quadratic equation.
From the results of research in laboratory condition, the thesis has applied USBF
and bio 2-sludge at some of production facilities with household scale, capable of
50 – 100 m3/day. After one year of operation, the systems worked stably, and the
effluent met the waste discharge regulation.

vi


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ ii

TÓM TẮT....................................................................................................................... iii
ABSTRACT .................................................................................................................... v
MỤC LỤC ..................................................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. x
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... xiii
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................... xv
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................................. 6
1.1. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT TINH BỘT MÌ VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI TINH BỘT MÌ ...................................................................................................... 6

1.1.1. Quy mô sản xuất tinh bột mì ................................................................... 6
1.1.2. Quy trình sản xuất tinh bột mì ................................................................ 7
1.1.3. Nước thải sản xuất tinh bột mì ................................................................ 9
1.1.4. Công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì .................................... 13
1.1.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước .....................................................................13
1.1.4.2 Các nghiên cứu trong nước .....................................................................15
1.1.4.3 Một số quy trình xử lý nước thải tinh bột mì trong nước .......................16
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HYBRID VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
HYBRID SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ................................................. 19

1.2.1. Sơ lược về hệ sinh học hybrid ............................................................... 19
1.2.2. Hybrid kỵ khí ....................................................................................... 20
1.2.2.1. Hệ hybrid kị khí sinh trưởng lơ lửng ......................................................21
1.2.2.2 Hệ hybrid kị khí kết hợp sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng bám dính .23
1.2.3. Hệ hybrid hiếu khí ................................................................................ 24
1.2.3.1. Hệ hybrid lọc sinh học hoạt tính ............................................................25
1.2.3.2. Hệ hybrid lọc nhỏ giọt/tiếp xúc chất rắn ................................................26
1.2.3.3. Hệ hybrid bùn hoạt tính + lọc sinh học ..................................................26
1.2.3.4. Hệ hybrid bùn hoạt tính + RBC .............................................................27

1.2.3.5. Hệ hybrid bùn hoạt tính + chất mang ....................................................27
1.2.3.6. Hệ hybrid bùn hoạt tính kết hợp lọc màng .............................................28
1.2.3.7. Hệ hybrid Lọc nhỏ giọt/bùn hoạt tính ...................................................29
vii


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

1.2.4 Hệ hybrid kỵ khí kết hợp hiếu khí ...................................................... 32
1.2.4.1 Hệ Hybrid UANF + UAF ........................................................................32
1.2.4.2 Hệ hybrid kết hợp kỵ khí và hiếu khí dạng ống .....................................33
1.2.4.3 Hệ hybrid sinh khối cố ñịnh, kỵ khí hiếu khí kết hợp dạng hình trụ trònRAAIB .................................................................................................................33
1.2.4.4 Hệ hybrid kỵ khí và hiếu khí ñồng thời -SAA .......................................34
1.2.4.5 Hệ hybrid dạng vách ngăn ......................................................................35
1.2.4.6 Hệ hybrid kết hợp giữa UA và AFB .......................................................36
1.2.4.7 Hệ hybrid MBR kết hợp kỵ - hiếu khí...................................................36
1.2.4.8 Hệ hybrid FFR (Fixed Film Reactor) .....................................................37
1.2.4.9 Hệ hybrid kết hợp kỵ khí và hiếu khí khử dinh dưỡng ...........................37
1.2.5 Hệ hybrid khử N .................................................................................... 38
1.3 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ .................................................................................... 40

1.3.1. Khử CN- ............................................................................................... 41
1.3.2 Khử COD .............................................................................................. 43
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT USBF VÀ BIO 2 SLUDGE ............................. 45
2.1. MÔ HÌNH HYBRID USBF .................................................................................... 45

2.1.1. Một số nghiên cứu về công nghệ hybrid USBF ..................................... 45
2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình sinh học hybrid kỵ khí ................... 50
2.1.2.1. Ảnh hưởng của pH .................................................................................50
2.1.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng cặn lơ lửng (SS) ..........................................51

2.1.2.3. Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ (OLR) và thời gian lưu nước (HRT) ..51
2.1.2.4. Ảnh hưởng của các ñộc tố ......................................................................51
2.1.2.5. Thời gian lưu bùn ...................................................................................56
2.1.3. Động học quá trình hybrid .................................................................... 56
2.1.3.1. Động học của quá trình hybrid ...............................................................56
2.1.3.2. Động học của quá trình hybrid kỵ khí (USBF) ......................................61
2.2. MÔ HÌNH HYBRID BIO 2 SLUDGE .................................................................. 63

2.2.1. Một số nghiên cứu về công nghệ hybrid USBF ..................................... 63
2.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình sinh học hiếu khí .......................... 65
2.2.2.1. Chất dinh dưỡng .....................................................................................65
2.2.2.2. Độc tố .....................................................................................................66
2.2.3. Động học mô hình Bio 2 Sludge ........................................................... 68
CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH & NỘI DUNG THỰC NGHIỆM...................................... 74
3.1. MÔ HÌNH XỬ LÝ CN-........................................................................................... 74
viii


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

3.2. MÔ HÌNH HYBRID SINH HỌC KỊ KHÍ ............................................................. 75
3.3. MÔ HÌNH HYBRID SINH HỌC HIẾU KHÍ ........................................................ 78
3.4 MÔ HÌNH USBF KẾT HỢP BIO 2 SLUDGE........................................................ 84
3.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH .............................................................................. 84

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................. 85
4.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH AXIT HÓA .................................. 85
4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH HYBRID KỊ KHÍ (USBF) ............ 87

4.2.1. Mô hình USBF (Vùng UASB/ lọc sinh học = ½) .................................. 87

4.2.2. Mô hình USBF (Vùng UASB/lọc sinh học = 2/1) ................................. 98
4.2.3. Mô hình UASB ................................................................................... 100
4.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH HYBID HIẾU KHÍ (BIO 2
SLUDGE) .................................................................................................................... 109

4.3.1. Mô hình xác ñịnh loại vật liệu tối ưu .................................................. 109
4.3.2. Mô hình xác ñịnh kết cấu xơ dừa ........................................................ 114
4.3.3. Mô hình hybrid Bio 2 Sludge.............................................................. 116
4.3.4. So sánh mô hình hybrid, Aeroten và lọc sinh học hiếu khí .................. 126
4.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH KẾT HỢP USBF VÀ BIO 2
SLUDGE ...................................................................................................................... 128

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ ................................................ 136
5.1. ĐẶC TRƯNG NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO .............................................................. 136
5.2 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ÁP DỤNG CHO CÁC HỘ SẢN XUẤT QUY MÔ HỘ GIA
ĐÌNH ........................................................................................................................... 137
5.3. THÔNG SỐ HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ .............................................................. 138
5.4 KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ .................................................................... 139

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 141
KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 141
KIẾN NGHỊ .......................................................................................................................... 143

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO VÀ CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........................................................................... 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 146
PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................ 154
PHỤ LỤC 2 ................................................................................................................ 181
PHỤ LỤC 3 ................................................................................................................ 186

ix


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Nghĩa Tiếng Việt

ABF

Activated Biofilter

Lọc sinh học hoạt tính

ABR

Anaerobic Baffled Reactor

Bể phản ứng kỵ khí có vách
ngăn

AcF

Acidification

Axit hóa

AFB

Aerobic Fixed Bed

Bể hiếu khí giá thể cố ñịnh

AnF

Anaerobic Filter

Lọc kỵ khí

ARRPET

Asian Regional Research Programme
on Environmental Technology

Chương trình nghiên cứu công
nghệ môi trường khu vực Đông
Nam Á

AS

Activated Sludge

Bể bùn hoạt tính

ASBR

Anaerobic Sequencing Batch Reactor

Bể kỵ khí dạng mẻ

ASF

Activated Sludge Filter

Bể sinh học hiếu khí kết hợp
bùn hoạt tính và lọc sinh học

ASM

Activated Sludge Membrane

Hệ thống kết hợp bùn hoạt tính
và màng lọc

ASR

Activated Sludge Rotating

Bể sinh học hiếu khí kết hợp
bùn hoạt tính và ñĩa quay

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

BTNMT

-

Bộ Tài Nguyên Môi Trường

BVMT

-

Bảo vệ môi trường

CN

Cyanide

Xianua

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

CSTR

Continuous Stirred Tank Reactor

Bể phản ứng xáo trộn hoàn

toàn

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

DONRE

Department Of Natural Resources and
Environment

Sở Tài nguyên và Môi trường

ĐHBK

-

Đại học Bách Khoa

EGSB

Expanded Granular Sludge Bed

Bể kỵ khí bùn hạt giản nở

FB/EB

Fluidized Bed/Expanded Bed

Lớp ñệm tầng sôi/Lớp ñệm
giản nở

x


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Từ viết tắt

Tiếng Anh

Nghĩa Tiếng Việt

FB/GB

Fluidized Bed/Granular Bed

Lớp ñệm tầng sôi/Lớp ñệm
dạng hạt

FFR

Fixed Film Reactor

Hybrid kết hợp hiếu khí và kỵ
khí với lớp vật liệu cố ñịnh

F/M

Food/Microorganism

Tỷ số thức ăn/vi sinh

HCN

Acid cyanhydrid

Axit xianic

HQXL

-

Hiệu quả xử lý

HSBNR

Hybrid Shortcut Biological Nutrient
Removal

Hybrid sinh học khử nitơ

HT

-

Hệ thống

HYBRID

-

Lồng ghép

KTMT

-

Kỹ thuật Môi Trường

MBR

Membrane Bioreactor

Bể sinh học lọc màng

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solid

Bùn lơ lửng

MLVSS

Mixed Liquor Volatile Suspended
Solid

Bùn lơ lửng bay hơi

NN&PT

-

Nông nghiệp và phát triển

ORP

Oxidation Reduction Potential

Thế oxi hóa khử

PTN

-

Phòng thí nghiệm

PVC

Poly Vinyl Clorua

Nhựa PVC

QCVN

-

Quy chuẩn Việt Nam

RAAIB

Radial Anaerobic-Aerobic
Immobilized Biomass

Bể phản ứng sinh khối cố ñịnh
kết hợp quá trình hiếu khí-kỵ
khí

RAS

Return Activated Sludge

Bùn hoạt tính tuần hoàn

RBC

Rotating Biological Contactor

Đĩa quay sinh học

RF

Roughing Filter

Lọc cao tải

RF/AS

Roughing Filter/ Activated Sludge

Lọc cao tải/ Bùn hoạt tính

SAA

Simultaneous Aerobic-Anaerobic

Bể hybrid kết hợp hiếu khí, kỵ
khí

SBAR

Sequencing Batch Airlift Reactor

Bể bùn hoạt tính khí nâng dạng
mẻ

SBR

Sequencing Batch Reactor

Bể sinh học hiếu khí dạng mẻ

xi


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Từ viết tắt

SC

Tiếng Anh

Nghĩa Tiếng Việt

Solids Contact

Tiếp xúc chất rắn

Septic tank

Bể tự hoại

SGBR

Static Granular Bed Reactor

Bể phản ứng lớp ñệm dạng hạt

SNAP

Single – stage Nitrogen Removal
Using Anammox and Partial
Nitritation

Quá trình khử nitơ kết hợp
Anammox và nitrit hóa bán
phần trong cùng một bể

SOUR

Specific Oxygen Uptake Rate

Tốc ñộ sử dụng oxy riêng

SRT

Sludge Retention Time

Thời gian lưu bùn

SS

Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng

TF

Trickling Filter

Lọc nhỏ giọt

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen

Tổng Nitơ Kjeldahl

TN

Total Nitrogen

Tổng Nitơ

TOC

Total Organic Carbon

Tổng Carbon hữu cơ

VFA

Volatiled Fatty Acid

Axit béo bay hơi

VSS

Volatile Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng bay hơi

VSV

-

Vi sinh vật

UA

Upflow Anaerobic

Kỵ khí dòng chảy ngược

UAF

Upflow Aerobic Filter

Lọc hiếu khí ngược dòng

UAnF

Upflow Anaerobic Filter

Lọc kỵ khí ngược dòng

UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket

Bể kỵ khí ngược dòng

USBF

Upflow Sludge Blanket Filtration

Bể hybrid UASB kết hợp lọc
sinh học kỵ khí

xii


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Danh sách một số công ty sản xuất tinh bột mì ñiển hình ở Việt Nam ..........6
Bảng 1.2 Lưu lượng nước thải sản xuất tinh bột mì .................................................10
Bảng 1.3 Thành phần và tính chất nước thải sản xuất tinh bột mì quy mô lớn ........11
Bảng 1.4 Thành phần và tính chất nước thải sản xuất tinh bột mì quy mô vừa và nhỏ
...................................................................................................................................12
Bảng 1.5 Thành phần và tính chất nước thải sản xuất tinh bột mì tại Trà Cổ (tỉnh
Đồng Nai) ..................................................................................................................12
Bảng 1.6 Thành phần tính chất nước thải sản xuất tinh bột mì quy mô hộ gia ñình ở
quận Thủ Đức, TP. HCM ..........................................................................................13
Bảng 1.7 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì trong
nước ...........................................................................................................................16
Bảng 1.8 Ưu ñiểm của hệ sinh học lơ lửng và bám dính ..........................................20
Bảng 1.9 Các thông số thiết kế của quá trình sinh học hiếu khí ...............................30
Bảng 1.10 So sánh giữa các bể phản ứng kỵ khí ....................................................40
Bảng 2.1 Liệt kê một số kết quả nghiên cứu trên hệ thống hybrid kỵ khí (USBF) .47
Bảng 2.2 Sự hiện diện của một số hợp chất hóa học có khả năng gây ñộc, ảnh
hưởng ñến quá trình metan hóa .................................................................................52
Bảng 2.3 Các axit béo mạch dài gây ñộc cho quá trình metan hóa ..........................53
Bảng 2.4 Sự hiện diện của một số axit béo bay hơi thông thường trong hệ thống
sinh học kỵ khí. .........................................................................................................54
Bảng 2.5 Thế oxi hóa và hoạt ñộng của vi khuẩn trong quá trình phân hủy kỵ khí .55
Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn cần thiết cho quá trình sinh học trong bể phân hủy kỵ
khí ..............................................................................................................................56

Bảng 2.7 Các phương trình ñộng học cơ bản ............................................................57
Bảng 2.8 Điều kiện vận hành của bể hybrid hiếu khí ảnh hưởng ñến sự hiện diện
của ion ammonia và orthphosphate ...........................................................................66
Bảng 2.9 Chỉ thị ñánh giá ảnh hưởng của các ñộc chất ñến hệ sinh học hiếu khí ....66
Bảng 2.10. Ngưỡng ñộc tính của một số thành phần ô nhiễm ñến hệ thống sinh học
hiếu khí ......................................................................................................................67
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật mô hình Bio 2 Sludge và mô hình Aeroten .................83

xiii


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Bảng 4.1 Kết quả khảo sát tốc ñộ sinh khí CH4 ở các tải trọng hữu cơ khác nhau ..87
Bảng 4.2 Hàm lượng metan sinh ra ở các tải trọng hữu cơ khác nhau .....................88
Bảng 4.3 Sự biến ñổi các thông số trong mô hình USBF tỉ lệ 1/2 ............................91
Bảng 4.4 Sự biến ñổi các thông số pH, ñộ kiềm, VFA, Amonia và hiệu suất xử lý
COD theo chiều cao ..................................................................................................92
Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý COD và sự biến ñổi ñộ kiềm trong 3 mô hình................102
Bảng 4.6 Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý COD trên mô hình hybrid Bio 2 Sludge
.................................................................................................................................118
Bảng 4.7 Sự biến ñổi N, P trên nước sau xử lý bằng mô hình hybrid Bio 2 sludge
.................................................................................................................................118
Bảng 4.8 Số liệu xác ñịnh phương trình ñộng học mô hình Stover Kincannon .....122
Bảng 4.9 Số liệu xác ñịnh phương trình ñộng học mô hình Monod .......................123
Bảng 4.10 Số liệu tính toán cân bằng vật chất ........................................................124
Bảng 4.11 Bảng số liệu tính toán theo phương trình Stover Kincannon ................125

Bảng 5.1 Thành phần và tính chất nước thải sản xuất tinh bột mì ..........................136
Bảng 5.2 Tính toán kích thước công trình hệ thống xử lý nước thải sản xuất tinh bột

mì .............................................................................................................................139

xiv


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Quy trình sản xuất tinh bột mì tại nhà máy Hoàng Minh (quy mô vừa và
nhỏ) .............................................................................................................................8
Hình 1.2 Quy trình sản xuất tinh bột mì tại Công ty VEDAN....................................8
Hình 1.3 Quy trình sản xuất tinh bột mì Thái Lan (quy mô lớn) ................................9
Hình 1.4 Mô hình hybrid ABR + UASB ..................................................................21
Hình 1.5 Mô hình hybrid UASB + Septic tank .........................................................22
Hình 1.6 Mô hình hybrid septic tank + ABR ...........................................................22
Hình 1.7 Mô hình hybrid UASB + lọc sinh học ......................................................23
Hình 1.8 Mô hình hybrid EGSB/AF ........................................................................24
Hình 1.9 Mô hình hybrid lọc màng ...........................................................................24
Hình 1.10 Mô hình hybrid lọc vi sinh hoạt tính .......................................................25
Hình 1.11 Mô hình hybrid lọc nhỏ giọt/tiếp xúc chất rắn .........................................26
Hình 1.12 Mô hình hybrid Bio 2 Sludge ..................................................................26
Hình 1.13 Mô hình hybrid RBC................................................................................27
Hình 1.14 Mô hình hybrid bùn hoạt tính kết hợp chất mang ...................................28
Hình 1.15 Mô hình hybrid bùn hoạt tính kết hợp lọc màng.....................................28
Hình 1.16 Mô hình hybrid lọc nhỏ giọt kết hợp bùn hoạt tính .................................29
Hình 1.17 Tổng quan các dạng hybrid sinh học kỵ khí ............................................31
Hình 1.18 Tổng quan tổ hợp các hệ hybrid hiếu khí.................................................32
Hình 1.19 Mô hình hybrid kỵ khí và hiếu khí dạng ống ..........................................33
Hình 1.20 Mô hình hybrid RAAIB ..........................................................................34
Hình 1.21 Mô hình hybrid RAAIB (Mặt bằng) .......................................................34

Hình 1.22 Mô hình hybrid SAA .......................................................................................... 34

Hình 1.23 Mô hình bể phản ứng sinh học dạng vách ngăn .......................................35
Hình 1.24 Mô hình hybrid UA + AFB ......................................................................36
Hình 1.25 Mô hình hybrid MBR kết hợp kỵ - hiếu khí ............................................36
Hình 1.26 Mô hình hybrid FFR (Fixed Film Reactor).............................................37
Hình 1.27 Mô hình hybrid kết hợp kỵ khí và hiếu khí.............................................38
Hình 1.28 Mô hình khử N (HSBNR) ........................................................................39
Hình 1.29 Mô hình khử N nhiều giai ñoạn ...............................................................39
Hình 1.30 Quá trình phân hủy Linamarin giải phóng HCN .....................................42

xv


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Hình 2.1 Mô hình UASB và lọc sinh học [4]............................................................45
Hình 2.2 Mô hình hybrid USBF xử lý nước thải luộc gỗ [44]..................................46
Hình 2.3 Đồ thị tương quan giữa θ /E và θ ..............................................................62
Hình 2.4 Đồ thị tương quan áp dụng trong mô hình ñộng học Stover Kincannon ...63
Hình 2.7 Sơ ñồ kết hợp hệ sinh khối lơ lửng và bám dính .......................................64
Hình 2.8 Mô hình Bio 2 Sludge [4] ..........................................................................64
Hình 2.9 Dòng vật chất trong mô hình Bio 2 sludge ................................................70
Hình 3.1 Mô hình axit hóa (mô hình tĩnh) ................................................................74
Hình 3.2 Mô hình USBF (tỉ lệ UASB/AnF = 1/2) ....................................................76
Hình 3.3 Vật liệu lọc Xơ dừa ....................................................................................78
Hình 3.4 Vật liệu lọc nhựa ........................................................................................79
Hình 3.5 Vật liệu lọc than ñá ....................................................................................79
Hình 3.6 Nhựa PVC ..................................................................................................79
Hình 3.7 Mô hình lọc sinh học hiếu khí ....................................................................80

Hình 3.8 Kết cấu xơ dừa I .........................................................................................81
Hình 3.9 Kết cấu xơ dừa II. .......................................................................................81
Hình 3.10 Kết cấu xơ dừa III ....................................................................................82
Hình 3.11 Mô hình hybrid Bio 2 sludge ...................................................................82
Hình 3.12 Mô hình Aeroten và lọc sinh học ............................................................82
Hình 3.13 Cấu tạo mô hình hybrid USBF + Bio 2 Sludge. .....................................84
Hình 4.1 Sự biến thiên CN- trong mô hình axit hóa và mô hình ñối chứng .............85
Hình 4.2 Sự biến thiên pH trong mô hình axit hóa và mô hình ñối chứng ...............85
Hình 4.3 Sự biến thiên N-NH4+ và VFA trong mô hình axit hoá .............................86
Hình 4.4 Sự biến thiên COD trong mô hình axit hoá ...............................................86
Hình 4.5 Hiệu quả xử lý COD theo tải trọng ............................................................87
Hình 4.6 Hiệu suất sinh khí CH4 theo tải trọng ........................................................87
Hình 4.7 Sự biến thiên pH, COD và ñộ kiềm trên mô hình USBF theo thời gian....88
Hình 4.8 Sự biến thiên ñộ kiềm, VFA, tỉ lệ VFA/ñộ kiềm và lượng khí sinh học
phát sinh trong mô hình USBF 1/2 theo thời gian ....................................................90
Hình 4.9 Kết quả nghiên cứu trên mô hình USBF theo chiều cao mô hình .............92
Hình 4.10 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của CN- trong mô hình USBF ...............96
xvi


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Hình 4.11 Sự biến thiên CN- trong mô hình hybrid USBF ......................................97
Hình 4.12 Kết quả nghiên cứu trên mô hình USBF theo thời gian...........................98
Hình 4.13 Kết quả nghiên cứu trên mô hình USBF theo chiều cao..........................99
Hình 4.14 Kết quả nghiên cứu trên mô hình UASB ...............................................101
Hình 4.15 Kết quả nghiên cứu trên mô hình UASB theo chiều cao .......................102
Hình 4.16 Phương trình ñộng học bậc 2 cho vùng UASB ......................................103
Hình 4.17 Phương trình ñộng học bậc 2 cho vùng lọc............................................104
Hình 4.18 Đồ thị xác ñịnh phương trình ñộng học cho hệ thống USBF ................104

Hình 4.19 Đồ thị xác ñịnh phương trình ñộng học Stover Kincannon cho vùng
UASB ......................................................................................................................106
Hình 4.20 Đồ thị xác ñịnh phương trình ñộng học Stover Kincannon ...................106
Hình 4.21 Đồ thị xác ñịnh phương trình ñộng học mô hình Stover Kincannon cho
toàn bể USBF ..........................................................................................................107
Hình 4.25 Kết quả khảo sát biến thiên pH, N-NO2- ở 4 mô hình ...........................109
Hình 4.26 Kết quả khảo sát biến thiên NO3- ở 4 mô hình, với 3 tải trọng ..............110
Hình 4.27 Đồ thị so sánh hiệu quả xử lý COD – TKN – P tổng theo tải trọng ......111
Hình 4.28 Sự biến thiên sinh khối theo tải trọng ở 4 mô hình ................................112
Hình 4.29. Tỉ số MLVSS/MLNVSS trong bùn của 4 mô hình...............................112
Hình 4.30 Tốc ñộ tiêu thụ cơ chất ở các tải trọng khác nhau .................................113
Hình 4.31 Sự biến thiên sinh khối theo tải trọng ở các mô hình ............................114
Hình 4.32 Hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng hữu cơ khác nhau .........................115
Hình 4.33 Sự biến thiên pH; COD, ñộ kiềm; P; N theo thời gian ..........................117
Hình 4.34 Hiệu quả xử lý COD; N; P – tổng theo tải trọng hữu cơ .......................120
Hình 4.35 Sự biến thiên MLVSS ở các tải trọng hữu cơ khác nhau .......................121
Hình 4.36 Sự biến thiên tốc ñộ tiêu thụ COD trên một ñơn vị sinh khối tế bào theo
tải trọng ...................................................................................................................121
Hình 4.37 Đồ thị xác ñịnh phương trình ñộng học .................................................122
Hình 4.38 Đồ thị xác ñịnh phương trình ñộng học theo Monod .............................123
Hình 4.39 Đồ thị xác ñịnh thông số ñộng học ........................................................124
Hình 4.40 Quan hệ giữa tải trọng và hiệu quả xử lý COD của 3 mô hình..............126
Hình 4.41 Quan hệ giữa tải trọng và hiệu quả xử lý N-NH4+ của 3 mô hình .........126
Hình 4.42 Đồ thị biến thiên COD của mô hình hybrid theo thời gian ....................127
Hình 4.43 Hiệu quả xử lý COD và N-NH4+ của 3 mô hình theo thời gian .............127
Hình 4.44 Sự biến thiên pH; COD; ñộ kiềm, N theo thời gian (không tuần hoàn) 129

xvii

LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Hình 4.45 Sự biến thiên pH; COD, ñộ kiềm; N theo thời gian, hệ số tuần hoàn α = 1
.................................................................................................................................131
Hình 4.46 Sự biến thiên pH; COD, ñộ kiềm; N theo thời gian, hệ số tuần hoàn α=2
.................................................................................................................................133
Hình 5.1 Quy trình công nghệ xử lý nước thải tinh bột mì qui mô vừa và nhỏ ......137

xviii


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Tinh bột mì là sản phẩm tồn tại dưới dạng hydrat cacbon tự nhiên với hàng ngàn
công dụng khác nhau trong chế biến thực phẩm, mỹ phẩm, dệt nhuôm, giấy, chế
biến thức ăn gia súc, sản xuất bao plastic tự hoại, vỏ xe, ván ép, bột giặt… Đây là
nguồn nguyên liệu ổn ñịnh và ngày càng ñược ưa chuộng.
Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn dự báo, sản lượng chế biến tinh bột
mì vào năm 2010 của nước ta ñạt 600.000 tấn sản phẩm và có khuynh hướng ổn
ñịnh. Ước tính ngành sản xuất trên hàng năm thải vào môi trường 500.000 tấn bả
thải và 15 triệu m3 nước thải. Nước thải sản xuất tinh bột mì là nguồn thải ô nhiễm
hữu cơ và dinh dưỡng cao với COD lên ñến 20.000 mg/L, N khoảng 50 – 300 mg/L
nếu thải ra môi trường mà chưa qua xử lý hoặc xử lý không hiệu quả, các chất hữu
cơ nhanh chóng bị phân huỷ và trở thành nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng. Sự ô
nhiễm môi trường không chỉ ảnh hưởng ñến ñiều kiện sinh hoạt, sức khỏe của
người dân mà còn ảnh hưởng ñến các hoạt ñộng sản xuất khác như trồng trọt, chăn
nuôi.
Hiện nay, nhiều công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì ñã ñược áp dụng ở

nước ta như: bể ABR, bể ABR kết hợp với kết hợp lọc sinh học kỵ khí – hiếu khí
(công nghệ hybrid), phương pháp sinh học kỵ khí (UASB), phương pháp hoá lý
(keo tụ) kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính), hồ sinh học (kỵ khí,
tùy nghi, hiếu khí). Tuy nhiên, thực tế cho thấy công nghệ trên hoạt ñộng chưa hiệu
quả và khá phức tạp. Do vậy, cần thiết phải xác ñịnh một công nghệ xử lý ñảm bảo
hiệu quả về môi trường và ñáp ứng về mặt kinh tế, phù hợp với ñiều kiện sản xuất
trong nước. Thực trạng này ñòi hỏi cần phải ñầu tư, nghiên cứu công nghệ phù hợp
với ñịnh hướng góp phần khắc phục ô nhiễm môi trường, cải thiện ñiều kiện sống
của người dân ñồng thời ñảm bảo sự phát triển bền vững của ngành sản xuất tinh
bột mì. Hệ sinh học hybrid kỵ khí USBF và hybrid hiếu khí Bio 2 Sludge lần ñầu
ñược lựa chọn cho nghiên cứu nhờ tính khả thi về công nghệ, sử dụng hệ vi sinh
hỗn hợp với mật ñộ sinh khối dày ñặc tham gia vào quá trình phân hủy cơ chất, cho
phép giảm khối tích công trình, tăng tải trọng xử lý và phân hủy triệt ñể thành phần
chất hữu cơ và dinh dưỡng. Công nghệ trên còn có khả năng chịu sốc tải tốt, không
bị ảnh hưởng ñáng kể bởi tải trọng và chế ñộ hoạt ñộng gián ñoạn do ñặc thù của
ngành chế biến tinh bột mì.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
♦ Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì bằng công nghệ Hybrid kỵ khí
và hybrid hiếu khí.

1


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

♦ Đề xuất công nghệ phù hợp cho xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì và ứng dụng

triển khai thực tế.
NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì bằng công nghệ sinh học hybrid

bao gồm các nội dung chính:
Đánh giá hàm lượng CN- trong thành phần nước thải, ñộc tính và cơ chế chuyển
hóa trong ñiều kiện kỵ khí (axit hóa và tồn trữ tự nhiên); ngưỡng nguy hại của
CN- ñối với hệ sinh học kỵ khí USBF (UASB + AnF)
Xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì bằng công nghệ hybrid kỵ khí trên mô hình
USBF
- Hàm lượng vi sinh
- Tải trọng hữu cơ, thời gian lưu nước
- Mật ñộ xơ dừa
- Tỉ lệ vùng UASB/AnF
- Lượng khí sinh học phát sinh
- So sánh hiệu quả xử lý của USBF và UASB
- Mô hình ñộng học và các thông số ñộng học

Xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì bằng công nghệ hybrid hiếu khí trên mô
hình Bio 2 sludge (Aeroten + AF)
- Loại vật liệu phù hợp: Xơ dừa; than ñá; bio ball 15; ống ruột gà PVC
- Bố trí cấu trúc lớp vật liệu lọc
- Hàm lượng vi sinh
- Tải trọng hữu cơ, thời gian lưu nước
- Mô hình ñộng học và các thông số ñộng học tương ứng…
- So sánh hiệu quả xử lý của bùn hoạt tính, lọc sinh học và bio 2 sludge

Đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì phù hợp, từ ñó áp dụng
triển khai thực tế.
PHƯƠNG PHÁP LUẬN
Công nghệ xử lý nước thải hiện hữu chỉ xử lý một phần hàm lượng ô nhiễm, nước
sau xử lý chưa ñạt giá trị quy ñịnh theo QCVN 24: 2009/BTNMT loại B. Nguyên
nhân cơ bản do thành phần nước thải sản xuất tinh bột mì chứa hàm lượng chất hữu
cơ, cặn lơ lửng, N, P, CN- cao và CN- là ñộc tố tiêu diệt hệ VSV trong các mô hình

xử lý (khoai mì cao sản hiện nay chứa hàm lượng CN- rất cao) nếu chưa ñược xử lý
sơ bộ. Do vậy, nghiên cứu chú trọng các giải pháp công nghệ liên quan ñến quá
trình khử, chuyển hoá CN- cho công ñoạn xử lý ban ñầu.

2


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Sau khi xử lý ñộc tố, công nghệ sinh học hybrid kỵ khí kết hợp hybrid hiếu khí
ñược ñề xuất cho nghiên cứu do có sự hiện diện ñồng thời hệ vi sinh lơ lửng và bám
dính trên cùng một hệ thống nên ưu ñiểm hơn so với các hệ thống sinh học cổ ñiển
như:
♦ Tải trọng vận hành cao, do mật ñộ vi sinh dày ñặc nên cho phép giảm khối tích
công trình
♦ Hiệu quả xử lý triệt ñể (xử lý hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng hiệu quả) nhờ hệ
vi sinh ña dạng. Tại ñây, các quá trình khử cơ chất, amoni hóa, nitrat hóa và khử
nitrat có thể diễn ra ñồng thời.
♦ Ổn ñịnh và dễ phục hồi khi bị sốc tải nhờ sự hiện diện của bùn sinh học bám
dính.
♦ Mật ñộ bùn ổn ñịnh, tránh thất thoát bùn nhờ lớp vật liệu lọc có khả năng ngăn
ngừa lượng bùn nổi khi có biến ñộng về ñộc tố hoặc tải lượng ô nhiễm
♦ Lượng bùn sinh ra thấp, mật ñộ bùn sinh học cao. Từ ñó cho phép giảm chi phí
xử lý bùn, phù hợp với quy mô lớn và nhỏ.
♦ Thời gian thích nghi, khởi ñộng nhanh, hoạt ñộng ổn ñịnh
♦ Có khả năng hoạt ñộng gián ñoạn, dễ vận hành và bảo trì
Với nhiều ưu ñiểm nổi bật, ñặc biệt là khả năng hoạt ñộng gián ñoạn, chịu biến
ñộng về tải lượng và xử lý triệt ñể hàm lượng dinh dưỡng, hệ sinh học kết hợp
hybrid kỵ khí và hybrid hiếu khí ñáp ứng yêu cầu công nghệ cần xác ñịnh.
Đối với hệ sinh học hybrid kỵ khí (USBF), tỉ lệ giữa vùng UASB và vùng lọc kỵ

khí sẽ ảnh hưởng ñến khả năng chịu sốc tải và hiệu quả phân hủy cơ chất. Nghiên
cứu của Nurdan Buyukkamaci [29] ñã lựa chọn tỉ lệ 1/2 cho khảo sát, trong khi
Gupta Sunil Kumari [51]; lại ưu tiên chọn tỷ lệ 2/1 cho nghiên cứu. Theo lý thuyết,
vùng UASB với sự hiện diện của vi sinh tăng trưởng lơ lửng có khả năng phân hủy
nhanh, hiệu quả nồng ñộ cơ chất còn vùng lọc sinh học ñảm nhiệm chức năng xử lý
các thành phần hữu cơ còn lại có khả năng phân hủy sinh học kỵ khí. Ưu ñiểm
chính của vùng lọc sinh học là khả năng chịu sốc tải tốt [55], [95]. Chính vì vậy,
việc khảo sát tỉ lệ phù hợp giữa vùng UASB và lọc sinh học là cần thiết.
Nội dung luận án còn tập trung vào việc lựa chọn vật liệu tiếp xúc, cách bố trí và
vận hành hệ thống. Trong ñó, chú trọng ñến các vật liệu lọc rẻ tiền, có sẵn trên thị
trường và ñộ bền cho phép mà xơ dừa, than hoạt tính, nhựa tái sinh là những vật
liệu ñang ñược ứng dụng hiện nay.
Từ kết quả nghiên cứu, luận án xác ñịnh mô hình ñộng học và các thông số ñộng
học cho các hệ sinh học hybrid, từ ñó làm cơ sở cho việc thiết kế các hệ thống xử lý
nước thải sản xuất tinh bột mì trong thực tế.

3


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Dựa vào kết quả khảo sát trên từng hệ hybrid riêng biệt, luận án nghiên cứu kết hợp
hai hệ hybrid USBF và bio 2 sludge, vận hành theo chế ñộ tuần hoàn nước sau sinh
học hiếu khí về vùng kỵ khí nhằm xử lý hiệu quả hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng.
Ý NGHĨA KHOA HỌC
♦ Hệ thống hóa các quá trình hybrid theo công nghệ kỵ khí, hiếu khí, kết hợp kỵ
khí, hiếu khí và khử N.
♦ Xác ñịnh giới hạn nguy hại của CN- ñối với quá trình sinh học kỵ khí USBF.
♦ Xác ñịnh tính ưu việt và hàm lượng xơ dừa cần thiết ñối với hệ hybrid hiếu khí.
♦ Xác ñịnh mô hình và thông số ñộng học phù hợp với hệ thống hybrid kỵ khí và

hybrid hiếu khí (bio 2 sludge) cho xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì.
♦ Xác ñịnh khả năng chuyển hóa và chịu tải của hệ vi sinh kỵ khí ñối với ñộc tính
CN-.
♦ Phân vùng hoạt ñộng của hệ sinh khối lơ lửng và bám dính, xác ñịnh hệ số sinh
khối ñối với USBF và Bio 2 sludge ñồng thời kiểm chứng kết quả lý thuyết và
thực nghiệm.
♦ Xác ñịnh hệ số sinh khí metan của hệ hybrid USBF cho xử lý nước thải sản xuất
tinh bột mì làm cơ sở tính toán khả năng thu hồi năng lượng
♦ Mở ra hướng áp dụng hệ hybrid USBF và Bio 2 sludge cho xử lý nước thải nhiều
loại hình sản xuất khác, ñặc biệt trong ñiều kiện sản xuất gián ñoạn và nồng ñộ
các chất ô nhiễm biến ñộng mạnh là ñặc thù của một số ngành công nghiệp chế
biến thực phẩm như: sản xuất tiêu, kẹo dừa, bún, thạch dừa…
Ý NGHĨA THỰC TẾ
♦ Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước thải ñạt tiêu chuẩn và ñược người dân
chấp nhận. Góp phần BVMT và tạo ñiều kiện ổn ñịnh sản xuất ñối với hoạt ñộng
chế biến tinh bột mì.
♦ Đưa ra thiết kế, tính toán kỹ thuật phục vụ cho xây dựng các công trình xử lý
nước thải sản xuất tinh bột mì ở nhiều công suất quy mô sản xuất khác nhau, ñiển
hình là quy mô hộ gia ñình.
♦ Luận án là tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học, cán bộ môi trường
cũng như các chuyên gia trong lãnh vực công nghệ xử lý nước thải, phục vụ công
tác triển khai ứng dụng và ñào tạo kỹ sư, thạc sĩ ngành KTMT.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các phương pháp nghiên cứu chủ yếu ñược áp dụng bao gồm:
Phương pháp tổng quan thu thập dữ liệu: thu thập tài liệu tổng quan về nước
thải tinh bột mì, hiện trạng sản xuất và công nghệ xử lý nước thải sản xuất tinh
bột mì trong và ngoài nước. Sau ñó, xử lý và biên hội phù hợp với mục ñích và
nội dung nghiên cứu của luận án.

4

LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Phương pháp kế thừa: Kế thừa hàm lượng xơ dừa tối ưu cho mô hình lọc sinh
học kỵ khí, kế thừa phương pháp xác ñịnh các thông số ñộng học theo mô hình
Monod, Stover Kincanon; bậc 2.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực hiện trên mô hình axit
hóa (khử Xianua và chuyển hóa các hợp chất phức tạp thành ñơn giản), mô
hình hybrid kỵ khí, hybrid hiếu khí với mầm vi dinh lấy từ bùn tự hoại.; Mô
hình kết hợp hybrid kỵ khí và hybrid hiếu khí có tuần hoàn nước sau xử lý bể
kỵ khí nhằm khử nitơ.
Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: sử dụng phần mềm Excel ñể xác ñịnh hệ
số tương quan.
Phương pháp so sánh: so sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước trên
cùng dạng mô hình cũng như trên nước thải tinh bột mì. So sánh hệ số tương
quan khi sử dụng các mô hình ñộng học khác nhau.
Phương pháp chuyên gia: lĩnh hội các ý kiến, ñịnh hướng nội dung và phương
pháp nghiên cứu, ñánh giá ñộ tin cậy.

5


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

CHƯƠNG

1

TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT TINH BỘT MÌ VÀ CÔNG NGHỆ XỬ
LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ
1.1.1. Quy mô sản xuất tinh bột mì
Tinh bột mì là thực phẩm cho hơn 500 triệu người trên Thế giới (Cock JH, 1985;
Jackson DA, 1990)[33][56]. Tinh bột mì cung cấp 37% calories trong thực phẩm
của Châu Phi, 11% ở Mỹ Latinh và 60% ở các nước Châu Á (Lancaster và cộng
sự,1982) [64].
Ở Việt Nam, số lượng các cơ sở sản xuất tinh bột mì bao gồm cả qui mô hộ gia ñình
và qui mô công nghiệp lớn (Diệu, 2003) [39] tập trung chủ yếu tại khu vực phía
Nam.
Theo quy hoạch của ngành nông nghiệp thì tới năm 2010, cả nước chỉ nên có 54
nhà máy chế biến sắn (Bộ NN&PT Nông Thôn) nhưng hiện tại ñã có trên 60 nhà
máy, với tổng công suất chế biến mỗi năm hơn nửa triệu tấn tinh bột sắn, tương ứng
với nhu cầu sử dụng gần 2,5 triệu tấn củ sắn tươi. Đó là chưa kể hàng ngàn cơ sở
chế biến tinh bột sắn nhỏ nằm rải rác các ñịa phương, làm vệ tinh cho các nhà máy
chế biến tinh bột sắn lớn hoặc các nhà máy chế biến bột ngọt trong nước.
Theo thống kê của Sở Tài nguyên và Môi trường (DONRE) tỉnh Tây Ninh cho thấy
trong phạm vi tỉnh có 98 ñơn vị quy mô hộ gia ñình, 11 nhà máy sản xuất quy mô
vừa, và 16 nhà máy sản xuất quy mô lớn, tiêu thụ ñến 6.581 tấn củ sắn tươi mỗi
ngày. Các nhà máy quy mô lớn chiếm tỉ lệ rất cao (66%) trong tổng năng suất của
tỉnh, trong khi quy mô vừa và quy mô nhỏ chỉ là 13% và 21%.
Thống kê một số công ty sản xuất tinh bột mì ñiển hình ở Việt Nam ñược trình bày
ở bảng 1.1.
Bảng 1. 1 Danh sách một số công ty sản xuất tinh bột mì ñiển hình ở Việt Nam
Tên công ty

Tỉnh

Công suất (tấn/ngày)

Phước Long (VEDAN)

Bình Phước

600

KMC (Huyện Chơn Thành)

Bình Phước

100

Toàn Năng (Huyện Đồng Phú)

Bình Phước

100

Đức Liễu (Huyện Bù Đăng)

Bình Phước

100

Wusons

Bình Phước

100

6


LUẬN ÁN: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC HYBRID

Tên công ty

Tỉnh

Công suất (tấn/ngày)

Tân Châu-Singapore

Tây Ninh

100

Tây Ninh Tapioca

Tây Ninh

120

Toàn Năng

Tây Ninh

100

Trường Thịnh

Tây Ninh

100

Nước Trong

Tây Ninh

80

Heng Chan

Tây Ninh

80

Phước Hưng

Tây Ninh

60

Thanh Bình

Tây Ninh

60

Cẩm Vân

Tây Ninh

60

Việt Mã

Tây Ninh

60

Tân Hoàng Minh

Tây Ninh

60

VEDAN

Đồng Nai

200

Việt-Thái

Gia Lai

100

Chư Prong

Gia Lai

100

Toàn Năng

Đắc Lắc

80

Đắc Lắc

Đắc Lắc

60

Nguồn: Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn 2008
1.1.2. Quy trình sản xuất tinh bột mì
Công nghệ sản xuất ñược phân loại theo quy mô hộ gia ñình (quy mô nhỏ), quy mô
vừa, và quy mô lớn. Quy mô hộ gia ñình sử dụng các công nghệ truyền thống rất
ñơn giản với công suất sản xuất nhỏ hơn 50 tấn củ mì tươi mỗi ngày. Các doanh
nghiệp quy mô trung bình có năng suất hơn 50 – 200 tấn củ mì tươi/ngày theo quy
trình cơ khí tự ñộng bán phần còn các doanh nghiệp sản xuất quy mô lớn năng suất
trên 200 tấn củ mì tươi/ngày áp dụng các công nghệ hiện ñại, tự ñộng hóa.

7