Khoá luận tốt nghiệp Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ COD T – N đến hiệu suất sử lý T- N trên SBAR
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.2 MB, 50 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC
PHAN THỊ VUI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
TỈ LÊ• COD:T-N ĐẾN HIẼU
SUẤT x ử LÝ
•
COD TRÊN SBAR
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa Công nghệ - M ôi trường
Người hướng dẫn khoa học
TS. PHAN ĐÕ HÙNG
KS. ĐINH VĂN VIỆN
HÀ NÔ I-2016
LỜI CẢM ƠN
Đe có thể hoàn thành tốt khỏa luận tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực không
ngừng của bản thân, em xin bày tỏ lòng biết on chân thảnh và sâu sắc nhất tới
các thầy cô khoa Hóa học, trường sư phạm Hà Nội 2, đã luôn quan tâm và truyền
đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian theo học tại trường.
Em xin gửi lời cảm om chân thành và sâu sắc tới TS Phan Đỗ Hùng,
KS Đỉnh Văn Viện, người đã trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận
lợi nhất cho em ừong suốt thời gian thực hiện khóa luận này.
Cuối cùng em xin dành lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn
bè những người vẫn luôn quan tâm động viên và đồng thời là chỗ dựa tinh
thần giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao ừong suốt thời gian học tập
và quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp vừa qua.
Mặc dù đã cố gắng trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp,
song không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những lời góp ý
quý báu của quý thầy, cô để khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2016
Sinh viên
Phan Thị Vui
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống
Hình 1.2. Be Aerotank trong thực tế
Hình 1.3. Sơ đồ hoạt động của bể SBR
Hình 1.4. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng mương oxy hóa
Hình 1.5. Phương pháp mương oxi hóa trong thực tế
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm
Hình 3.1. Đồ thị ảnh hưởng của tỉ lệ COD:T-N đến hiệu suất xử lý COD
Hình 3.2. Đồ thị tốc độ xử lý COD ở 3 chế độ làm việc
Hình 3.3. Đồ thị giá trị pH trong bể phản ứng
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung
Bảng 1.2. Định tính nước thải của một số nhà máy bia
Bảng 1.3. Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính theo khối lượng khô trên
đàu người trong ngày tại điểm xả C(x) và tại cống rãnh C(R)
Bảng 1.4. Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt
Bảng 2.1. Thành phần nước thải đầu vào
Bảng 3.1. Tổng hợp ảnh hưởng của tỉ lệ COD:T-N đến hiệu suất xử lý COD
Bảng 3.2. Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu
DANH MỤC TỪ VIÉT TẮT
Ký
Tiếng Anh
hỉêu
Tiếng Việt
•
BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa
COD
Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa hóa học
DO
Dissolved Oxygen
Oxy hòa tan
pH
Hydrogen ion concentration
chỉ số đo độ hoạt động của
các ion hiđrô (H+) trong dung
dịch
QCVN
SBAR
SBR
Quy chuẩn Việt Nam
Sequencing Batch Airlift
Công nghệ phản ứng sinh học
Reactor
khí nâng theo mẻ
Secquencing Batch Reactor
Công nghệ phản ứng sinh học
theo mẻ
ss
Suspended Solids
Cặn lơ lửng
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
T-N
Tổng nitơ
TOC
Tổng cacbon toàn phần
XLNT
Xử lý nước thải
VK
Vi khuẩn
vsv
Vi sinh vật
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..............................................................................3
1.1. Tổng quan về nước thải...............................................................................3
1.1.1. Nước thải..................................................................................................3
1.1.2. Một sổ thông sổ đánh giá chất lượng nước............................................3
1.1.3. Nước thải giàu chất hữu cơ và dinh dưỡng........................................... 7
1.2. Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải.........................................12
1.2.1. Các phưomg pháp xử lỷ nước thải.........................................................12
1.2.2. Cơ sở lỷ thuyết xử ỉỷ chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học........... 14
1.3. Một số phương pháp sinh học trong xử lý nước thải............................ 16
1.3.1. Be Aerotank............................................................................................ 16
1.3.2. Phương pháp SBR.................................................................................. 18
1.3.3. Phương phấp mương oxi hóa................................................................ 20
1.4. Giói thiệu về thiết bị sinh học kiểu khí nâng hoạt động theo
mẻ(Sequencing Batch Airlift Reactor - SBAR)............................................. 22
1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước............................................. 23
1.5.1. Nghiên cứu trong nước..........................................................................23
1.5.2. Nghiên cứu ngoài nước..........................................................................25
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ...............................................................................................26
2.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................26
2.1.1 Nước thải tổng hợp..................................................................................26
2.1.2. Mô hình hệ thiết b ị............................................................................... 26
2.2. Nội dung nghiên cứu...............................................................................28
2.3. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................28
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu..............................................................28
2.3.2. Phương pháp phân tích.........................................................................29
2.3.3. Phương pháp tính toán......................................................................... 31
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN cứu ...................................................... 32
3.1. Anh hưởng của tỉ lệ COD: T-N đến hiệu suất xử lý COD...................... 32
3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ COD: T-N đến hiệu suất xử lỷ COD................... 32
3.1.2. Tốc độ xử ỉỷ COD của hệ......................................................................33
3.1.3. Giá trị p H trong bể phản ứng...............................................................34
3.2. So sánh kết quả nghiên cứu..................................................................... 35
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NG HỊ........................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................37
PHỤ L Ụ C ........................................................................................................39
MỞ ĐẦU
Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trên
trái đất. Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện, thiếu
nước thì cả nền văn minh hiện nay cíăng không tồn tại được. Từ xưa, con
người đã biết đến vai trò quan trọng của nước; các nhà khoa học cổ đại đã coi
nước là thành phần cơ bản của vật chất và trong quá trình phát triển của xã
hội loài người thì các nền văn minh lớn của nhân loại đều xuất hiện và phát
triển ừên lưu vực của các con sông lớn như: sông Hoàng Hà, sông Nil, sông
Hằng,... Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế và quá trình công nghiệp
hóa, hiện đại hóa, trong những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm nước nghiêm
ừọng đang diễn ra ở nhiều nơi trên khắp cả nước. Hàng ngày một lượng lớn
nước thải chưa qua xử lý được xả trực tiếp hoặc gián tiếp ra ngoài môi trường
làm thay đổi tính chất và thành phần nước ban đầu, ảnh hưởng đến chất lượng
môi trường nước. Các chất thải này khi phát thải ra ngoài môi trường sẽ gây
mùi hôi thối, khó chịu, làm chậm quá trình chuyển hóa và hòa tan oxi vào
trong nước, dinh dưỡng hóa nước mặt, làm cản trở quá trình sinh trưởng và
phát triển của vi sinh vật. Chính vì vậy mà chúng ta càn xử lý nước thải ngay
tại nguồn để giảm thiểu những tác hại của nước thải đến môi trường và sức
khỏe con người.
Hiện nay, xử lý nước thải với đặc tính giàu chất hữu cơ và nitơ bằng biện
pháp sinh học được coi là phương pháp thân thiện với môi trường, đang được
nghiên cứu và ứng dụng nhiều ở các nước ừên thế giới. Đây là công nghệ xử
lý nước thải dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu
cơ và nitơ có ữong nước thải mang lại hiệu quả cao, chi phí hợp lý, dễ dàng
vận hành. Quá trình phát triển của vi sinh vật xảy ra trong các điều kiện có sự
chuyển hóa năng lượng tế bào vi sinh vật nhờ các quá trình sinh học.
Khóa luận tốt nghiệp
1
Phan Thị Vui - K38A
Xuất phát từ thức tiễn đó, với mục đích nghiên cứu khả năng ứng dụng
phương pháp xử lý sinh học để xử lý chất hữu cơ và họp chất nitơ một ừong
những phương pháp sinh học đang được nghiên cứu và ứng dụng đó là
phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ khí nâng hoạt động theo mẻ
SBAR - Sequencing Batch Airlift Reactor. Đe hiểu rõ hơn khả năng ứng
dụng và chế độ vận hành của công nghệ SBAR và thực tiễn xử lý nước thải,
bảo vệ môi trường em chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của tì
lệ COD:T-N đến hiệu suất xử lý COD trên SBAR”.
Khóa luận tốt nghiệp
2
Phan Thị Vui - K38A
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nước thải
1.1.1. Nước thải
• Khái niệm
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người
và đã bị thay đổi tính chất ban đàu của chúng.
• Phân loại
Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra
chúng. Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử
lý. Theo cách phân loại này, có các loại nước thải dưới đây:
- Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động
thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác.
- Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có
cả nước thải sinh hoạt nhưng ừong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu.
- Nước thấm qua: là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách
khác nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga hay
hố người.
- Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên. Ở
những thành phố hiện đại nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống
thoát riêng.
- Nước thải đô thị: là thuật ngữ dùng chung chỉ chất lỏng trong hệ thống
cống thoát của một thành phố. Nước thải đô thị có thể bao gồm tất cả nước
thải kể trên. [4]
1.1.2. Một số thông số đánh giá chất lượng nước
Đối với nước thải sinh hoạt: QCVN 14-2008/BTNMT.
Đối với nước thải công nghiệp: QCVN 40-2011/BTNMT.
Khóa luận tốt nghiệp
3
Phan Thị Vui - K38A
Để đánh giá chất lượng môi trường nước người ta phải căn cứ vào một
số chỉ tiêu như chỉ tiêu vật lý, hóa học, sinh học. Qua các thông số trong
nước, ta đánh giá được mức độ ô nhiễm và hiệu quả của phưomg pháp xử lý.
1.1.2.1. Các chỉ tiêu vật lý
• Nhiệt độ
Nhiệt độ của nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thời tiết hay
môi trường của khu vực. Nhiệt độ nước thải đặc biệt là nước thải của nhà máy
nhiệt điện, nhà máy hạt nhân thường cao hơn từ 10 - 25°c so với nước thường.
Nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý.
Vùng có khí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi
sinh vật và các quá trình phân hủy. Nhưng ở những vùng nhiệt đới nhiệt độ
cao của nước sông hồ sẽ làm thay đổi quá trình sinh, hóa, lý học bình thường
của hệ sinh thái nước, làm giảm lượng ôxy hòa tan vào nước và tăng nhu cầu
ôxy của cá lên 2 lần. Một số loài sinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ
chết hoặc di chuyển đi nơi khác, nhưng có một số loài khác lại phát triển
mạnh ở nhiệt độ thích họp.
• Màu sắc
Nước có thể có màu, đặc biệt nước thải thường có màu nâu đen hoặc đỏ
nâu. Màu của nước thường được phân thành hai dạng; màu thực do các chất
hòa tan hoặc dạng hạt keo; màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong
nước tạo nên. Trong thực tế người ta xác định màu thực của nước, nghĩa là
sau khi lọc bỏ các chất không tan. Có nhiều phương pháp xác định màu của
nước, nhưng thường dùng ở đây là phương pháp so màu với các dung dịch
chuẩn là clorophantinat coban.
• Độ đục
Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do
giới thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng ừong nước,
Khóa luận tốt nghiệp
4
Phan Thị Vui - K38A
ảnh hưởng khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trong nước, gây
giảm thẩm mỹ và lảm giảm chất lượng của nước khi sử dụng. Vi sinh vật có
thể bị hấp phụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Độ đục
càng cao nước nhiễm bẩn càng lớn.
• Mùi vị
Nước sạch là nước không mùi vị. Khi bắt đầu có mùi thì đó là biểu hiện
của hiện tượng ô nhiễm. Trong nước thải mùi rất đa dạng tùy thuộc vào lượng
và đặc điểm của chất gây ô nhiễm.
1.1.2.2. Các chỉ tiêu hóa học và sinh học
• ĐộpH
Giá trị pH của nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Giá
trị pH cho phép ta lựa chọn phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng
hóa chất càn thiết trong quá trình xử lý nước. Các công trình xử lý nước bằng
phương pháp sinh học thường hoạt động ở pH từ 6,5 - 9,0. Môi trường tối ưu
nhất để vi khuẩn phát triển thường là 7 - 8. Các nhóm vi khuẩn khác nhau có
giới hạn pH khác nhau.
• Chỉ số DO (Disolved Oxygen)
DO là lượng oxi hòa tan để duy trì sự sống cho các sinh vật hiếu khí.
Bình thường oxi hòa tan ừong nước khoảng 8 - 1 0 mg/1, chiếm 7 0 -8 5 % khi
oxi bão hòa. Mức oxi hòa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào
mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, các hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt
động hóa sinh, hóa học và vật lý của nước. Trong môi trường nước bị ô nhiễm
nặng, oxi được dừng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng
thiếu oxi trầm trọng.
Phân tích chỉ số oxi hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan ừọng
đánh giá sự ô nhiễm và giúp ta đề ra các biện pháp thích hợp.
Khóa luận tốt nghiệp
5
Phan Thị Vui - K38A
• Chỉ số BOD (Nhu càu oxy sinh hóa - Biochemical Oxygen Denand)
Nhu cầu oxy sinh hóa hay là nhu cầu oxy sinh học thường viết tắt là
BOD, là lượng oxy càn thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng vi
sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí. Quá trình này được gọi là
quá trình oxy hóa sinh học.
Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất
của chất hữu cơ, các chủng loại vsv, nhiệt độ nguồn nước. Bình thường 70%
nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu nên thường phân tích là BOD5,
20% trong 5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21.
• Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học - Chemical oxygen Demand)
Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các
chất hữu cơ ừong nước thành CO2 và H2O bởi một tác nhân oxi hóa mạnh.
COD biểu thị lượng chất hữu cơ (và cả nhóm vô cơ có tính khử) có trong
nước bị oxy hóa bằng tác nhân hóa học. Chỉ số COD có giá trị cao hơn BOD
vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng vi sinh vật.Có thể
xác định hàm lượng COD bằng phương pháp trắc quang với lượng dư dung
dịch K2Cr207 là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ trong môi
trường axit với xúc tác là Ag2SŨ4.
Hoặc có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp chuẩn độ.
Theo phương pháp này lượng CĩiOí1' dư được chuẩn bằng dung dịch Feroin.
• Chỉ số vệ sinh (E - Coli)
Trong nước thải đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện,
nước thải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi,... nhiễm nhiều vi sinh vật có
sẵn trong phân người và phân xúc vật. Trong đó có thể có nhiều loài vi khuẩn
gây bệnh đặc biệt là bệnh về đường tiêu hóa như tả lị, thương hàn, các vi
khuẩn gây ngộ độc thực phẩm.
Khóa luận tốt nghiệp
6
Phan Thị Vui - K38A
E-coli là vi khuẩn phổ biến trong nước thải, nó có thể sống trong điều
kiện khắc nhiệt của môi trường ngoài cũng như trong phòng thí nghiệm. Chính
vì vậy người ta đã chọn E-coli là chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải [5].
1.1.3. Nước thải giàu chất hữu cơ và dinh dưỡng
Nước thải giàu dinh dưỡng là một ừong những nguồn nước thải chủ yếu
gây ô nhiễm môi trường và làm suy giảm chất lượng nguồn nước. Nguồn
nước thải giàu dinh dưỡng rất đa dạng và phức tạp như nước thải từ các
chuồng trại chăn nuôi, lò mổ gia súc, nhà máy chế biến thực phẩm, chế biến
cao su, nước thải công nghiệp, nước thải làng nghề,... Mức độ ô nhiễm nước
ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn.
Nhìn chung, ừong thành phần của những loại nước thải này thường chứa các
chất hữu cơ BOD, COD, N và p,... với hàm lượng tương đối cao. Nguồn nước
thải này không qua qua các công đoạn xử lý mà được xả trực tiếp vào các
thủy vực gây ra các hiện tượng phú dưỡng làm giảm lượng oxy hòa tan trong
nước, phá hủy hệ động thực vật thủy sinh của các thủy vực tiếp nhận gây ảnh
hưởng đến đến cảnh quan môi trường, sức khỏe của con người và thậm chí
làm chết hàng loạt các sinh vật sống dưới nước. Trên thực tế hàm lượng cho
phép của các thành phần dinh dưỡng như N, p đã được quy định khá ngặt
nghèo trong các tiêu chuẩn xả thải của nhiều quốc gia trên thế giới cíăng như ở
Việt Nam.
1.1.3.1. Nước thải chăn nuôi lợn
Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng
gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn
lơ lửng, N, p và vsv gây bệnh. Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi
trường của Viện chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập
trung thuộc Hà Nội, Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình
Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của nước thải chăn nuôi:
Khóa luận tốt nghiệp
7
Phan Thị Vui - K38A
- Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% bao gồm cellulose,
protit, acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn
thừa. Các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium,
muối chlorua, SO42 ..
- N và P: khả năng hấp thụ N và p của các loài gia súc, gia cầm rất kém,
nên khi ăn thức ăn có chứa N và p thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và
nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng N và p rất
cao. Hàm lượng N-tổng = 200-350 mg/1 ừong đó N-NH4+ chiếm khoảng 8090%; P-tổng = 60-100mg/l.
- Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus
và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung
Đơn
Trại
TTNC Lợn Trại lợn Trại Cty
Trại
vị
Đan
Thụy
Tam
Gia
Hồng
Phuợng
Phương
Điệp
Nam
Điệp
7,15
7,26
7,08
6,78
6,83
7,02 ± 0,24
Chỉ tiêu
TB+SD
kiểm tra
pH
BODs
mg/1
1339,4
1080,70
882,3
783,4
1 2 2 1 ,2
1061,40 ± 278
COD
mg/1
3397,6
2224.5
1924,8
1251,6
2824.5
2324,60 + 1073
TDS
mg/1
4812,8
4568.44
3949,56
4012,8
4720.4
4412,80 ± 400
P tổ n g
mg/1
99,4
80.2
69,4
57,4
85.6
78,40 ± 21
N tổ n g
mg/1
332,8
280,1
250,9
204,8
275,4
268,80 + 64
(Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn - Viện Chăn nuôi, 2006)
1.1.3.2. Nước thải sản xuất bia
Nước thải công nghệ sản xuất bia bao gồm:
- Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như
không bị ô nhiễm do khả năng tuần hoàn sử dụng lại.
- Nước thải từ bộ phận nấu - đường hóa, chủ yếu là nước vệ sinh thùng
nấu, bể chứa, sàn nhà,... chứa bã malt, tinh bột, bã hoa, các chất hữu cơ,...
Khóa luận tốt nghiệp
8
Phan Thị Vui - K38A
- Nước thải từ hàm lên men và nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng
chứ, đường ống, sàn nhà, xưởng,... có chứa bã men và chất hữu cơ.
- Nước thải rửa chai, đây cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm
lớn trong công nghệ sản xuất bia.
Trong sản xuất bia, công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy
khác, sự khác nhau có thể chỉ là sử dụng phương pháp lên men nổi hay chìm.
Nhưng sự khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nước cho quá trình rửa chai,
lon, máy móc thiết bị, sàn nhà,... do đó dẫn đến tải lượng nước thải và làm
lượng các chất ô nhiễm của nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn và công nghệ
rửa tiết kiệm nước thì lượng nước thấp như ở CHLB Đức, nước sử dụng và
nước thải trong các nhà máy bia như sau:
- Định mức nước cấp: 4-8 m3/1000 lít bia, tải ừọng nước thải 2,5-
6
m3/1000 lít bia.
- Tải trọng BOD5: 3-6 kg/1000 lít bia, tỉ lệ BOD5: COD = 0,55-0,7
- Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải như sau:
BOD5: 1100-1500 mg/1
COD: 1000-3000 mg/1
T-N: 30-100 mg/1
T-P: 10-30 mg/1
Với các biện pháp sử dụng nước hiệu quả nhất thì định mức nước thải
của nhà máy bia không thể thấp hơn 2-3 m3 cho 1000 lít bia sản phẩm. Trung
bình lượng nước thải ở nhà máy bia lớn gấp 10-20 làn lượng bia sản phẩm.
Khóa luận tốt nghiệp
9
Phan Thị Vui - K38A
Rosenwinkel đã đưa ra kết quả phân tích định tính nước thải của một số
nhà máy bia như bảng 1.2:
Bảng 1.2. Định tỉnh nước thải của một sổ nhà máy bia
Thông số
Đơn vị
Nhà máy I
pH
Nhà máy II Nhà máy III
5 ,7 -1 1 ,7
-
-
BODs
mg/1
1 8 5 -2 4 0 0
775
1622
COD
mg/1
3 1 0 -3 5 0 0
1220
2944
T-N
mg/1
48 - 348
19,2
-
T-P
mg/1
1 ,4 -9 ,0 9
7,6
-
Chất không tan
mg/1
1 ,5 8 - 1630
-
-
m3/ 1 0 0 0 lít bia
3,2
-
-
kg BOD 5/IOOO lít bia
3,5
-
-
Tải lượng nước thải
Tải trọng ô nhiễm
(Nguồn Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), giáo trình công nghệ xử ỉỷ nước thải)
1.1.3.3. Nước thải sinh hoạt
Nguồn nước thải giàu chất hữu cơ và nitơ từ nước thải sinh hoạt gồm:
nước từ quá trình vệ sinh tắm rửa, giặt giũ, vệ sinh cá nhân, nước rửa rau, thịt,
cá, nước từ bể phốt được thải ra các căn hộ, cơ quan, từ khách sạn, nhà hàng,
các dịch vụ công cộng như thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học,
khu du lịch, vui chơi, giải trí... và các công trình khác. Lượng nước thải sinh
hoạt dao động ừong phạm vi rất lớn, phụ thuộc vào mức sống và các thói
quen của người dân, số lượng dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm
của hệ thống thoát nước.
Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng cao các chất hữu
cơ không bền sinh học, chất dinh dưỡng, ngoài ra còn có các thành phần vô
cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh. Trong nước thải sinh hoạt từ các khu dân
cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học hay các cơ sở khác,
chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng, chất hữu cơ có
Khóa luận tốt nghiệp
10
Phan Thị Vui - K38A
trong nước thải sinh hoạt gồm các họp chất như protein chiếm 40 - 50%,
hydrat cacbon (40 - 50%) và các chất béo (5 - 10%).
Ngoài chất hữu cơ nước thải sinh hoạt còn chứa lượng lớn nitơ và photpho,
thành phần nitơ có trong thức ăn của người và động vật nói chung chỉ được cơ
thể hấp thu một phần, phàn còn lại được thải ra dưới dạng chất rắn (phân) và các
chất bài tiết khác (nước tiểu, mồ hôi), họp chất nitơ trong nước thải sinh hoạt là
các họp chất amoniac, protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần
khác trong chất thải rắn và lỏng, các họp chất chứa nitơ đặc biệt là protein và
urin ừong nước tiểu bị thuỷ phân rất nhanh tạo thành amoni/amoniac. Nồng độ
họp chất nitơ, photpho trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng
nguồn nước thải: mức độ sử dụng nước của cư dân, mức độ tập trung các dịch
vụ công cộng, thời tiết, khí hậu, tập quán ăn uống sinh hoạt.
Đặc điểm nước thải sinh hoạt đặc trưng của các thành phố ở Mỹ được
thể hiện bảng 1.3:
Bảng 1.3. Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính theo khối lượng khô trên
đầu người trong ngày tại điểm xả C(x) và tại cổng rãnh C(R)
n -1 1
/V
r
A
Thông sô
m(g/người/ngày) C(x) (mg/1) C(R) (mg/1)
BOD
85
450
187
COD
198
1050
436
Cặn không tan
95
503
209
n -n h 3
7,8
70,4
17,2
TKN-N (tống nitơ Kjeldahl)
13,3
6,5
29,3
P-hữu cơ
1,23
10,8
2,7
P-vô cơ
2,05
4,5
T-P
3,28
7,2
(Nguồn Lê Vãn Cát (2007), giáo trình xử lỷ nước thải giàu hợp chất N và p
Khóa luận tốt nghiệp
11
Phan Thị Vui - K38A
Thành phần ô nhiễm và mật độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh
hoạt từ cống dẫn thải được ghi trong bảng 1.4:
Bảng 1.4. Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt
ml
Ạ
r
A
Thông sô
Nồng độ (mg/1)
Khoảng
Đặc trưng
350 -1200
700
Cặn không tan
100 - 350
210
BOD
110-400
210
TOD
8 0 -2 4 0
160
COD
250 -1000
500
T-N
2 0 -8 5
35
n -n h 3
1 2 -5 0
22
T-P
4 -1 5
7
P- hữu cơ
1 -5
2
P- vô cơ
3 -1 0
5
Chất rắn tan
-------------------- *-------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7------------------------------ 1
(Nguôn Lê Văn Cát (2007), giáo trình xử lỷ nước thải giàu hợp châtN và p.
1.2. Tổng quan về phưong pháp xử lý nước thải
1.2.1. Các phương pháp xử lý nước thải
1.2.1.1. Phương pháp cơ học
Phương pháp cơ học thường được dừng để xử lý sơ bộ nước thải trước
khi xử lý bằng phương pháp hóa học, hóa lý hay sinh học. Trong nước thải
thường có các loại tạp chất rắn có kích cỡ khác nhau bị cuốn theo như rơm cỏ,
mẩu gỗ, bao bì chất dẻo, giấy,... ngoài ra, còn có các loại hạt lơ lửng dạng
huyền phù rất khó lắng. Các công trình xử lý cơ học được áp dụng rộng rãi là:
song/lưới chắn rác, thiết bị nghiền rác, bể điều hoà, khuấy trộn, bể lắng, bể
tuyển nổi. Mỗi công trình được áp dụng đối với từng nhiệm vụ cụ thể.
Khóa luận tốt nghiệp
12
Phan Thị Vui - K38A
• ư u điểm:
- Đơn giản, dễ sử dụng và quản lý.
- Rẻ, các thiết bị dễ kiếm.
- Hiệu suất xử lý sơ bộ của nước ri rác tốt.
• Nhược điểm:
- Chỉ hiệu quả với những chất không tan. [5]
1.2.1.2. Phương pháp hoả lỷ
Bản chất của phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa
học để đưa vào nước thải chất phản ứng với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá
học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc các chất hòa tan nhưng
không gây độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường. Giai đoạn xử lý hóa lý có
thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng các phương pháp cơ học, hóa
học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh.
Phương pháp này bao gồm: đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ.. ..[4]
1.2.1.3. Phương pháp hoá học
Thực chất phương pháp hoá học là đưa vào nước thải các chất phản ứng.
Chất này tác dụng với các tạp chất bẳn trong nước thải và có khả năng tách
chúng ra khỏi nước thải dưới dạng cặn lắng hoặc dưới dạng hoà tan không
độc hại như:
- Phương pháp trung hòa nước thải chứa axit hoặc kiềm. Hóa chất sử
dụng để trung hòa như đá vôi, vôi,...
- Phương pháp oxi hóa: dừng để chuyển chất tan sang dạng không độc,
kết tủa được nhờ các tác nhân oxi hóa mạnh CỈ2 , O3, dung dịch H2O2,... [4]
• Ưu điểm:
- Nguyên liệu (các hoá chất) dễ kiếm trên thị trường.
- Dễ sử dụng và quản lý.
- Không gian xử lý nhỏ.
Khóa luận tốt nghiệp
13
Phan Thị Vui - K38A
• Nhược điểm:
- Chi phí hoá chất xử lý cao.
- Có khả năng tạo ra một số chất gây ô nhiễm thứ cấp.
1.2.1.4. Phương pháp sinh học
• Nguyên tắc cơ bản
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa trên hoạt động trao
đổi chất, trao đổi năng lượng của hệ
sinh có trong nước thải,
vsv
vsv, chủ yếu là các VK di dưỡng hoại
sử dụng các chất ô nhiễm làm nguồn dinh
dưỡng để tổng họp năng lượng và xây dựng tế bào trong quá trình tăng
trưởng, nhờ đó nước thải được làm sạch.
• Điều kiện đưa nước thải vào xử lý sinh học
Để quá trình xử lý diễn ra thuận lợi phải đảm bảo những điều kiện sau:
- Hàm lượng các chất độc nhỏ, không chứa hoặc chứa rất ít các kim loại
nặng có thể gây chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vsv trong nước thải.
- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn
cacbon và năng lượng cho vsv. Các hợp chất hydratcacbon, protein, lipit hòa
tan thường là cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật.
- BOD5 : N : p = 100 : 5 : 1 là tỷ lệ chất dinh dưỡng rất tốt cho v s v .
- Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng là COD và
BOD. Tỷ số của hai thông số này phải là: COD/BOD < 2 hoặc BOD/COD >
0,5 thì có thể đưa vào xử lý sinh học (hiếu khí). Neu COD lớn hơn BOD
nhiều làn, trong đó có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì
phải xử lý sinh học kị khí [5].
1.2.2. Cơ sở lý thuyết xử lý chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học
Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các
chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế
bào của vi sinh vật. Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nước thải
và vi sinh vật hấp thụ các chất bẩn là một quá trình gồm ba giai đoạn:
Khóa luận tốt nghiệp
14
Phan Thị Vui - K38A
- Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi
sinh vật do khuyếch tán đối lưu và phân tử.
- Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng
khuyếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở ttong và ngoài tế bào.
- Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh
năng lượng và quá trình tổng họp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng
lượng.
Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ vói nhau và quá trình chuyển
hóa các chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý chất thải. Các hợp chất
hóa học trải qua nhiều phản ứng, chuyển hóa khác nhau ttong nguyên sinh
chất của tế bào.
Phương trình tổng quát các phản ứng tổng của quá trình oxy hóa sinh
hóa ở điều kiện hiếu khí có dạng như sau:
CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)02 Menvisinhvafl >xC02+ (y-3)2H20 + NH3 + AH(2.1)
CxHyOzN + NH3 + 0 2
Menviänhva& > C5H7N 0 2 + C 0 2 - AH
(2.2)
Trong phản ứng ttên CxHyOzN là tất cả các chất hữu cơ của nước thải,
còn C5H7N0 2 là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế
bào vi sinh vật, ÀH là năng lượng.
Phản ứng (2.1) là phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu càu
năng lượng của tế bào, phản ứng (2.2) là phản ứng tổng họp để xây dựng tế
bào. Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hóa thì không đủ chất dinh dưỡng,
quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hóa chất
liệu tế bào (tự oxy hóa):
C5H7N 02 + 5 0 2
NH3 + 0 2
Menvi anhvafl > 5 CQ2 + NIỊ3 + 2H20
Menvi ánhvaâ > NQ2 + o 2+ HN03
Khóa luận tốt nghiệp
15
-AH
(2.3)
(2.4)
Phan Thị Vui - K38A
Tổng lượng oxi tiêu thụ trong 2 phản ứng trên nhiều gấp 2 làn so với 2
phản ứng đàu tiên. Từ các phản ứng trên thấy rõ sự chuyển hóa hóa học là
nguồn năng lượng cần thiết cho các vi sinh vật. [5]
1.3. Một sổ phương pháp sinh học trong xử lý nước thải
Xử lý sinh học với phương pháp cơ bản là xử lý kị khí, hiếu khí và thiếu
khí. Trên cơ sở đó có thể kết hợp thành các nhóm phương pháp xử lý khác
nhau: hiếu khí, thiếu khí, kị khí hoặc kết hợp giữa các phương pháp cho phù
họp. Tùy theo ừạng thái tập họp của các hệ vi sinh vật có thể chia thành: các
quá trình sinh trưởng lơ lửng, các quá trình sinh trưởng bám dính.
1.3.1. B ể Aerotank
Bể Aerotank được đưa ra và nghiên cứu rất lâu (từ 1887-1914 áp dụng).
Là công trình nhân tạo xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí,
trong đó người ta cung cấp ôxi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính.
Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn. Nước thải
chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng
oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẳn hữu cơ có trong nước.
• Nguyên lý hoạt động
Nước thải sau khi xử lý sơ bộ còn chứ phần lớn các chất hữu cơ ở dạng
hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aerotank. Các chất lơ lửng đóng vai trò
là hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các hạt
căn bông gọi là bùn hoạt tính. Các đường ống thông khí cung cấp một nơi xử
lý sinh học nước thải diễn ra là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và
vi sinh vật sống khác. Aerotank hoạt động dựa trên các chủng vi sinh vật có
khả năng oxi hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải.
Quá trình oxi hóa chất bẳn hữu cơ xảy ra trong Aerotank qua ba giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Giai đoạn này
bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho
Khóa luận tốt nghiệp
16
vsv
sinh
Phan Thị Vui - K38A
trưởng, đặc biệt ở giai đoạn đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất
phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít. Trong giai đoạn này
vsv thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân
vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng dần.
- Giai đoạn 2: vsv phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức
gần như ít thay đổi. Chính giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy
nhiều nhất.
- Giai đoạn 3: Sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng (hầu
như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên.
Đây là giai đoạn nitrat hóa muối amoni.
Sau cùng, nhu cầu oxi giảm và cần phải kết thúc quá trinh làm việc của
Aerotank. Lưu ý sau khi oxi hóa được 80-95% BOD ừong nước thải nếu như
không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, càn phải lấy
cặn bùn ra khỏi nước.
Xả bùn cặn
Xả bùn hoạt tính thừa
Hình 1.1. Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống
Hình 1.2. Bể Aerotank trong thực tể
Khóa luận tốt nghiệp
17
Phan Thị Vui - K38A
• Yếu tố ảnh hưởng đến xử lý nước thải trong bể Aerotank
- Duy trì lượng oxy hòa tan trong nước phù hợp (DO = 1 , 5 - 2 mg/1).
- Duy trì hàm lượng dinh dưỡng theo tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1.
- Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải (BOD <
1000 mg/1).
- Không có hàm lượng kim loại nặng như Mn, Pb, Hg, Ag, Cr,... vượt
quá quy định.
- Thường được áp dụng để xử lí nước thải có tỉ lệ BOD/COD > 0.5
chẳng hạn như nước thải sinh họat, nước thải của các nghành chế biến thủy
hải sản, mía đường, thực phẩm, giấy...
- Nhiệt độ tối ưu là 35°c.
- Khoảng pH tối ưu dao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 - 8,5. [5]
• Ưu điểm:
- Dễ sử dụng và vận hành.
- So với công nghệ kị khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là hiểu
biết về quy trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn.
- Công nghệ hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa
học, hóa lý.
• Nhược điểm
- Thể tích công trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn.
- Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn.
- Chi phí vận hành đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối
cao, không có khả năng thu hồi năng lượng.
- Không chịu được “shock” về tải trọng hữu cơ.
1.3.2. Phương pháp SBR
SBR (Sequencing Batch Reactor - bể phản ứng theo mẻ) là dạng công
trình xử lí nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính, nhưng 2 giai đoạn
Khóa luận tốt nghiệp
18
Phan Thị Vui - K38A
