Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải giàu chất hữu cơ trên mô hình thiết bị xử lý kỵ khí tốc độ cao EGSB (expanded granular sudge beg)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.01 MB, 81 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------
ĐINH QUANG TRUNG
NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ
XỬ LÝ NƢỚC THẢI GIÀU CHẤT HỮU CƠ TRÊN MÔ HÌNH THIẾT
BỊ XỬ LÝ KỴ KHÍ TỐC ĐỘ CAO EGSB
(Expanded Granular Sudge Bed)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC LÂN
HÀ NỘI - 2013
-1-
MỤC LỤC
MỤC LỤC……………………………………………………………………...2
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................... 4
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................. 7
MỞ ĐẦU................................................................................................................. 8
1.1. Tổng quan về nƣớc công nghiệp giầu chất hữu cơ của tại Việt Nam .............. 11
1.1.1. Ngành sản xuất bia.............................................................................................. 11
1.1.2. Ngành sản xuất giấy và bột giấy ......................................................................... 12
1.1.4. Ngành chế biến thủy sản ..................................................................................... 16
1.1.5. Ngành chế biến tinh bột sắn ................................................................................ 17
1.2. Hiện trạng sử dụng và hiệu quả xử lí của công nghệ EGSB đang đƣợc triển
khai trên Thế giới và một số loại hình công nghệ yếm khí xử lí nƣớc thải giầu chất
hữu cơ đang áp dụng ở Việt Nam .............................................................................. 19
1.2.1. Hiện trạng sử dụng công nghệ EGSB trên thế giới ............................................ 19
1.2.2. Một số loại hình công nghệ yếm khí xử lý nước thải giầu chất hữu cơ đang áp
dụng tại Việt Nam.......................................................................................................... 24
1.2.3. Phân tích so sánh công nghệ EGSB với các công nghệ khác ............................. 28
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC DẠNG THIẾT BỊ XỬ LÝ YẾM
KHÍ NƢỚC THẢI GIẦU CHẤT HỮU CƠ.......................................................... 31
2.1. Cơ chế và tác nhân ............................................................................................... 32
2.1.1. Cơ chế phân giải yếm khí .................................................................................... 32
2.1.2. Tác nhân sinh học ............................................................................................... 37
2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lí yếm khí .......................................... 38
2.2.1. Ảnh hưởng của pH .............................................................................................. 38
2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................................... 39
2.2.3. Ảnh hưởng của thành phần cơ chất (tỷ lệ C/N) .................................................. 39
2.2.4. Ảnh hưởng của các chất kìm hãm ....................................................................... 40
2.2.5. Ảnh hưởng của thời gian lưu và tải lượng dòng vào thiết bị yếm khí ................ 41
-2-
2.2.6. Ảnh hưởng của thế oxy hóa khử (hàm lượng H2) trong giai đoạn tạo axetic. .... 41
CHƢƠNG 3. ĐỐI TƢỢNG, MÔ HÌNH VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 43
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu........................................................................................... 43
3.2. Mô hình thiết bị nghiên cứu ................................................................................ 43
3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu..................................................................................... 44
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 50
4.1. Tuyển chon, phân lập dạng vi sinh trong công nghệ EGSB............................. 50
4.1.1. Nghiên cứu tuyển chọn, phân lập dạng vi sinh vật sử dụng trong công nghệ
EGSB ............................................................................................................................. 50
4.1.2. Cơ chế tạo hạt và phương pháp đẩy nhanh quá trình tạo hạt của bùn .............. 60
4.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý trong công nghệ EGSB
....................................................................................................................................... 66
4.2.1. Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả hoạt động của thiết bị EGSB ........................... 66
4.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt động của thiết bị EGSB .................................. 69
4.2.3. Nghiên cứu sự phụ thuộc của hiệu suất xử lý vào thời gian lưu thủy lực ........... 71
4.2.4. Ảnh hưởng của COD dòng vào ........................................................................... 72
4.2.5. Ảnh hưởng của N-NH3 ........................................................................................ 75
4.2.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ dòng hồi lưu bùn ................................................................ 76
4.2.7. Ảnh hưởng của dầu mỡ ....................................................................................... 76
4.2.8. Ảnh hưởng của khả năng chịu sốc do thay đổi đột ngột tải lượng hữu cơ ......... 77
KẾT LUẬN........................................................................................................... 78
-3-
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Đôc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
_________________
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Tất cả các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn
trung thực, khách quan và những tài liệu được tham khảo đều được trích dẫn
trong danh mục tài liệu tham khảo, nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày
tháng 9 năm 2013
Tác giả
Đinh Quang Trung
-4-
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BTNMT: Bộ Tài nguyên và Môi trường
BOD: Nhu cầu Oxy sinh học
COD: Nhu cầu Oxy hóa học
EGSB: Công nghệ xử lí kị khí tốc độ cao với lớp bùn hạt mở rộng
GDP: Tổng thu nhập quốc dân
HRT: Thời gian lưu thủy lực
KHCN: Khoa học công nghệ
SS: Hàm lượng chất rắn lơ lửng
UASB: Bể có dòng chảy ngược qua lớp bùn yếm khí
XN: Xí nghiệp
WTO: Tổ chức y tế Thế giới
-5-
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Đặc trưng nước thải sản xuất bia
Bảng 1.2. Tải lượng các chất ô nhiễm trong nước sản xuất bia
Bảng 1.3. Các nguồn nước thải từ các bộ phận và thiết bị khác nhau
Bảng 1.4. Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt Nam
Bảng 1.5. Hàm lượng ô nhiễm trung bình của nước thải tại một số loại hình chế biến
thủy sản
Bảng 1.6. Chất lượng nước thải từ ngành chế biến tinh bột sắn
Bảng 3.1. Đặc trưng nước thải chế biến tinh bột sắn
Bảng 4.2. Đặc trưng biogas thu được từ thực nghiệm
Bảng 4.1. Vi khuẩn metan hóa và điều kiện môi trường
-6-
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Công nghệ EGSB được áp dụng các ngành công nghiệp tại TQ
Hình 1.2. Hiệu quả xử lý tại Nhà máy bia Unicer ở Leça do Balio, Portugal
Hình 1.3. Hiệu quả xử lý của EGSB tại Nhà máy bia Cesu Alus, Latvia
Hình 1.4. Hiệu quả xử lý của EGSB tại Nhà máy bia Anheuser Busch,
Hình 1.5. Mô hình công nghệ EGSB của Envirochemie
Hình 1.6. Sơ đồ thiết bị yếm khí tiếp xúc
Hình 1.7. Sơ đồ thiết bị yếm khí giả lỏng
Hình 1.8. Sơ đồ thiết bị yếm khí dạng tháp đệm
Hình 1.9. Sơ đồ thiết bị UASB
Hình 1.10. Sơ đồ công nghệ EGSB
Hình 2.1. Quy trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ
Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ EGSB trong phòng thí nghiệm
Hình 4.1. Khuẩn Bifidobacterium
Hình 4.2. Khuẩn Methanosarcina
Hình 4.3. Khuẩn Lactobacillus
Hình 4.4. Khuẩn Clostridium
Hình 4.5. Khuẩn Methanobacterium
Hình 4.6. Kiến trúc bùn trong duy nhất của hạt yếm khí
Hình 4.7. Trình bày khả năng tạo hạt tăng lên nhờ nhân trơ (Liu et al. 2003)
Hình 4.8. Sự thay đổi nồng độ bùn theo thời gian
Hình 4.9. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý và hiệu quả thu khí biogas
Hình 4.10. pH dòng ra theo thời gian
Hình 4.11. Hiệu quả xử lý COD theo thời gian
Hình 4.12. Hiệu quả khí hóa Biogas theo thời gian
Hình 4.13. Ảnh hưởng của thời gian lưu thủy lực đến tải trọng COD và hiệu quả khí
Hình 4.14. COD dòng ra theo tải lượng COD dòng vào
Hình 4.15. Hiệu suất xử lý COD theo tải lượng COD dòng vào
Hình 4.16. Hệ số khí hóa biogas theo tải lượng COD dòng vào
-7-
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của quá trình Công
nghiệp hóa - Hiện đại hóa đã dẫn đến xuất hiện nhiều các khu công nghiệp trên
phạm vi cả nước với mục tiêu làm thay đổi diện mạo và thúc đẩy nền kinh tế. Tuy
nhiên, do không được quan tâm đúng mức, dẫn đến hậu quả ô nhiễm và suy thoái
môi trường ngày càng nghiêm trọng. Trong đó, ô nhiễm nước thải đã và đang đặt ra
những yêu cầu cấp thiết với toàn xã hội trong việc đưa ra biện pháp xử lý, kiểm soát
kịp thời nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Nước thải của các ngành công nghiệp có mức độ ô nhiễm cao, lượng thải lớn
phải kể đến như: Nước thải từ ngành chế biến nông sản, thực phẩm (Sản xuất tinh
bột, sản xuất cồn, rượu, bia, chế biến thủy hải sản, giết mổ gia súc gia cầm...,), nước
thải từ ngành rượu bia, nước giải khát, dệt may... Công nghệ xử lý hiệu quả nước
thải giàu chất hữu cơ nhất hiện nay là công nghệ sinh học kị khí mà đặc biệt là công
nghệ sinh học kị khí.
Những năm gần đây một số công nghệ xử lí kị khí đã được phát triển và đang
ngày càng hoàn thiện. Có thể kể đến như thiết bị lọc kị khí (Anaerobic Filter - AF);
thiết bị lọc cố định sử dụng màng sinh học có dòng chảy từ trên xuống (Dow-flow
Stationary Fixed Film - DSFF); lọc kị khí với dòng chảy hướng lên (Up-flow
Anaerobic Filter - UAF); hệ thống xử lí kị khí tầng sôi (Anaerobic Fluidized Bed
Reactor - AFBR); đệm bùn kị khí với dòng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge
Blanket - UASB) và gần đây nhất là công nghệ xử lí kị khí tốc độ cao với lớp bùn
hạt mở rộng (Expanded Granular Sludge Bed - EGSB) [4,5]. Phương pháp EGSB
không sử dụng phương thức bám dính vi sinh vật vào vật thể trung gian, mà sử
dụng phương thức duy trì vật thể ngưng kết dạng hạt. Các hạt bùn sinh học được
cấu thành bởi khu hệ vi sinh vật: Thủy phân axit hóa và metan hóa trong quần thể
tương hỗ ở trạng thái lưu động (tầng sôi). Quá trình khởi động tác động rất lớn đến
quá trình hoạt động ổn định và hiệu quả loại bỏ COD của bể phản ứng EGSB
[3,6,7]. Trên thế giới việc áp dụng công nghệ EGSB đã trở lên phổ biến vì nhiều ưu
việt của nó. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay việc nghiên cứu và ứng dụng công
nghệ xử lí kỵ khí với lớp bùn hạt mở rộng vẫn còn hạn chế. Xuất phát từ những lý
do đó, đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải giàu
-8-
chất hữu cơ trên mô hình thiết bị xử lý kỵ khí tốc độ cao EGSB (Expanded Granular
Sudge Beg)” đã được lựa chọn thực hiện.
-
Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lí nước thải công nghiệp
giàu chất hữu cơ trên mô hình thiết bị xử lý kỵ khí tốc độ cao dung tích 42 lít trong
phòng thí nghiệm.
-
Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là nước thải giàu chất hữu cơ, cụ thể là nước thải từ quá
trình sản xuất tinh bột sắn trong công đoạn tách bột đen. Nước thải được lấy từ một
số hộ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ tại làng nghề Dương Liễu, huyện Hoài Đức,
Hà Nội.
-
Phạm vi nghiên cứu
+ Thu thập số liệu, thông tin xây dựng tổng quan về đặc trưng nước thải của
một số ngành công nghiệp có mức độ ô nhiễm cao, đánh giá hiện trạng sử dụng các
công nghệ xử lí nước thải công nghiệp giầu chất hữu cơ đang được áp dụng trong và
ngoài nước. Đánh giá, so sánh hiệu quả xử lí và phạm vi áp dụng của các loại hình
công nghệ này với công nghệ EGSB.
+ Nghiên cứu đặc tính vi sinh vật sử dụng trong công nghệ EGSB. Phân lập và
tuyển chọn dạng vi sinh thích hợp. Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt và các biện
pháp đẩy nhanh quá trinh tạo hạt bùn trong thiết bị EGSB. Chế tạo thử nghiệm trên
mô hình công nghệ EGSB dung tích 42 lít trong phòng thí nghiệm, xác định các
thông số thiết kế thiết bị pilot EGSB dung tích 1m3.
+ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của công nghệ EGSB
(Expanded Granular Sludge Bed) trong xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ cao phòng
thí nghiệm.
- Phƣơng pháp nghiên cứu
+ Phương pháp thu thập tài liệu: Bao gồm thu thập các tài liệu trong và ngoài
nước liên quan đến đề tài;
+ Phương pháp điều tra và lấy mẫu thực tế: Đi thưc tế, khảo sát, phỏng vấn
một số hộ sản xuất, lấy mẫu nước thải tại cống thải (nước thải hỗn hợp) của các hộ
sản xuất tại làng nghề chế biến tinh bột sắn Dương Liễu, Hoài Đức, Hà Nội theo
-9-
TCVN 5999: 1995 (ISO 5667-10: 1992). Tiến hành lấy mẫu 4 đợt trong tháng 2 đến
tháng 4/2013
+ Phương pháp thực nghiệm: Phân tích thông số pH, SS, COD, BOD5, tổng
Nitơ, tổng Phốt pho...theo các phương pháp tương ứng TCVN 6492:2011, TCVN
6625:2000 và TCVN 6491:1999.
+ Phương pháp đánh giá, tổng hợp, xử lý số liệu: Các số liệu sau khi thu thập,
phân tích... được đánh giá tổng hợp, xử lý và tổng kết để viết luận văn.
-10-
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI GIẦU CHẤT HỮU CƠ VÀ
CÁC LOẠI HÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÍ HIỆN NAY
1.1. Tổng quan về nƣớc công nghiệp giầu chất hữu cơ của tại Việt Nam
Trong thời gian qua, sản xuất công nghiệp của nước ta luôn duy trì được tốc độ
tăng trưởng cao, đạt được những thành tựu quan trọng, đóng góp tích cực vào công
cuộc phát triển kinh tế, xã hội của đất nước. Song song với quá trình tăng trưởng và
phát triển là vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nước thải từ các ngành sản xuất.
Các ngành công nghiệp có mức phát thải lớn, hàm lượng ô nhiễm cao phải kể đến
như: sản xuất tinh bột sắn, sản xuất rượu, bia, nước giải khát; sản xuất giấy; chế
biến thủy hải sản; chế biến thực phẩm; giết mổ gia súc gia cầm...
1.1.1. Ngành sản xuất bia
Ngành công nghiệp sản xuất bia Việt Nam có lịch sử hơn 100 năm. Trong quá
trình hình thành và phát triển, ngành sản xuất bia luôn đạt được mức tăng trưởng
cao, góp phần quan trọng vào quá trình hội nhập và phát triển kinh tế xã hội của đất
nước. Cùng với quá trình phát triển nhanh chóng là vấn đề ô nhiễm môi trường.
Trong ngành sản xuất Bia, nước thải là vấn đề chủ yếu. Nhu cầu sử dụng nước
của ngành sản xuất Bia rất lớn. Định mức nước thải trong sản xuất bia phụ thuộc vào
sản phẩm tạo thành: Định mức nước thải trong sản xuất bia hơi 8-10 m3/1000 lít;
trong sản xuất bia lon: 10-12 m3/1000 lít và trong sản xuất bia chai 25-30 m3/1000 lít.
Nước thải nhà máy bia phát sinh từ các nguồn gồm: Nước vệ sinh các thiết bị; rửa
chai, thanh trùng chai bia; Nước thải từ phòng thí nghiệm; Nước thải vệ sinh nhà
xưởng; Nước thải sinh hoạt của công nhân nhà máy...
Đặc trưng chất lượng nước thải của các nhà máy bia của nước ta được thể
hiện trong bảng 1.1 và bảng 1.2
-11-
Bảng 2.1. Đặc trƣng nƣớc thải sản xuất bia
Các chất ô
Đơn vị
nhiễm
tính
Mức hiện tại ở
Tiêu chuẩn nƣớc thải sau xử lý
Việt Nam (nƣớc
QCVN 40:2011*
thải chƣa xử lý)
pH
A
B
6-8
6-9
5.5-9
BOD5
mg/l
550 -1.400
30
50
COD
mg/l
990 -2.200
75
150
SS
mg/l
500-600
50
100
Tổng Nitơ
mg/l
30
20
40
Tổng Phốt pho
mg/l
22-25
4
6
Nguồn: Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn ngành Bia
Ghi chú: * Các thông số quy định trong quy chuẩn, chưa xét đến hệ số liên
quan đến dung tích nguồn tiếp nhận và hệ số theo lưu lượng nguồn thải. A - Thải
vào nguồn tiếp nhận dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. B - Thải vào nguồn tiếp
nhận không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt
Bảng 1.2. Tải lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc sản xuất bia
Thông số
Stt
Tải lƣợng ô nhiễm
(kg/ngày)
1
SS
2.300-2.500
2
COD
10.000-11.000
3
BOD5
6.500-7.000
4
Tổng Ni tơ
130-150
5
Tổng Phốt pho
110-130
Nguồn: Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch hơn ngành Bia
Thành phần nước thải nhà máy bia giàu các chất hữu cơ hòa tan và trạng thái
lơ lửng, trong đó chủ yếu là các hidratcacbon, protein và các axit hữu cơ, là các chất
có khả năng phân hủy sinh học. Tỷ lệ BOD5 và COD khoảng từ 0,5 đến 0,7 nên
thích hợp với phương pháp xử lý sinh học.
1.1.2. Ngành sản xuất giấy và bột giấy
Theo thống kê của Hiệp hội giấy Việt Nam, ngành giấy đạt tốc độ tăng trưởng
cao và liên tục trong những năm vừa qua. Tốc độ tăng trưởng cao, cùng với gia tăng
-12-
sản phẩm giấy nhập khẩu, đã giúp định mức tiêu thụ giấy trên đầu người của Việt
Nam ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, những năm gần đây ngành sản xuất giấy của
nước ta gặp rất nhiều khó khăn, thách thức. Bên cạnh những khó khăn về chủ động
nguồn, cạnh tranh với các sản phẩm ngoại nhập... ngành giấy Việt Nam đang đối
mặt với các thách thức về quy mô, trình độ công nghệ và các vấn đề về ô nhiễm môi
trường.
Nước thải với nồng độ chất ô nhiễm rất cao là những vấn đề nan giải của
ngành sản xuất giấy. Các nhà máy giấy và bột giấy phát sinh một lượng lớn nước
thải và nếu không được xử lý thì sẽ ảnh hưởng lớn tới chất lượng nguồn tiếp nhận.
Bảng 1.3 cho thấy các nguồn nước thải khác nhau trong một nhà máy giấy và bột
giấy.
Bảng 1.3. Các nguồn nƣớc thải từ các bộ phận và thiết bị khác nhau
Stt
Bộ phận
Các nguồn điển hình
Hơi ngưng khi phóng bột
Dịch đen bị rò rỉ hoặc bị tràn
Nước làm mát ở các thiết bị nghiền đĩa
Rửa bột giấy chưa tẩy trắng
1
Sản xuất bột giấy
Phần tách loại có chứa nhiều sơ, sạn và
cát
Phần lọc ra khi làm đặc bột giấy
Nước rửa sau tẩy trắng có chứa
chlorolignin
Nước thải có chứa hypochlorite
2
Chuẩn bị phối
Rò rỉ và tràn các hoá chất / phụ gia
liệu bột
Rửa sàn
Phần tách loại từ máy làm sạch ly tâm
có chứa xơ, sạn và cát
3
Xeo giấy
Chất thải từ hố lưới có chứa xơ
Dòng tràn từ hố bơm quạt
Phần nước lọc ra từ thiết bị tách nước
có chứa xơ, bột đá và các chất hồ
-13-
Bộ phận
Stt
Các nguồn điển hình
Nước xả đáy
Nước ngưng tụ chưa được thu hồi
Khu vực phụ trợ
4
Nước thải hoàn nguyên từ tháp làm
mềm
Nước làm mát máy nén khí
Nước ngưng tụ từ máy hóa hơi
Dịch loãng từ thiết bị rửa cặn
Thu hồi hóa chất
5
Dịch loãng từ thiết bị rửa bùn
Nước bẩn ngưng đọng
Nước ngưng tụ từ thiết bị làm mát và
từ hơi nước
Thông số và nồng độ ô nhiễm cảu nhà máy giấy và bột giấy điển hình của nước ta
thể hiện trong bảng 1.4
Bảng 1.4. Ô nhiễm của nhà máy giấy và bột giấy điển hình tại Việt Nam
Stt
Thông số
Giá trị
1
Lưu lượng (m3/t)
150-300
2
BOD5 (kg/t)
90- 330
3
COD (kg/t)
270- 1200
4
SS (kg/t)
30-50
Nguồn: Tài liệu hướng dẫn sản xuất sạch ngành sản xuất giấy và bột giấy
Nước thải từ ngành sản xuất giấy và bột giấy có hàm lượng chất hữu cơ cao.
Tải trọng BOD5 giao động trong khoảng 90- 330 kg/tấn sản phẩm, COD giao động
trong khoảng 270 - 1200 kg/tấn sản phẩm.
1.1.3. Ngành dệt nhuộm
Bên cạnh những đóng góp đáng kể trong công cuộc phát triển kinh tế, xã hội
của đất nước, ô nhiễm môi trường đang là vẫn đề bức xúc của ngành dệt nhuộm.
Ngành dệt nhuộm gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng một mặt do lượng chất rắn
hoà tan rất lớn. Mặt khác, khối lượng nước thải cũng khá cao, trung bình khối lượng
thải của mỗi nhà máy từ: 1000 - 3000 m3/ngày. Với lưu lượng lớn, nước thải tích
-14-
luỹ, tồn đọng gia tăng mức độ ô nhiễm. Hơn nữa, chất lượng nước thường không ổn
định, pH thay đổi theo công nghệ và sản phẩm đã gây khó khăn lớn cho việc xử lý
và tác động không nhỏ tới môi trường, đặc biệt là môi trường nước thải. Một số kim
loại nặng có trong phẩm nhuộm, các hoá chất phụ trợ cũng rất nguy hại, là độc tố
tiêu diệt thuỷ sinh vật và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người.
Nước thải của ngành dệt nhuộm có những đặc tính đáng lưu ý sau:
- Ô nhiễm hữu cơ: Ô nhiễm hữu cơ được đặc trưng chủ yếu bởi chỉ số COD
và BOD. Đáng lưu ý là trong công nghiệp dệt nhuộm: Nếu nguyên liệu là sợi tổng
hợp hoặc tỷ lệ sợi tổng hợp càng cao thì khâu xử lý hoàn tất phải sử dụng nhiều các
chất tổng hợp hữu cơ, đây là nhóm hóa chất và thuốc nhuộm rất khó phân huỷ sinh
hóa và khá bền trong môi trường. Thí dụ nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính
(Cibarcon Blue P-3R) in hoa có thể có BOD gần như 0, nhưng COD đạt tới trên
dưới 900 mg/L. Tỷ lệ BOD/COD một mặt thể hiện đặc trưng ô nhiễm hữu cơ của
nước thải dệt nhuộm, đồng thời thể hiện tính khả thi của công nghệ vi sinh trong
quá trình xử lý sau này.
- Độ pH: Đặc trưng thứ hai của nước thải dệt nhuộm là pH biến động lớn
theo công nghệ và sản phẩm. Nhìn chung phần lớn, nước thải dệt nhuộm có tính
kiềm pH có thể lên tới 9 - 11.
- Ô nhiễm kim loại nặng: Đặc trưng thứ ba của nước thải dệt nhuộm là ô
nhiễm kim loại nặng chủ yếu do sử dụng hoá chất tẩy và thuốc nhuộm dưới dạng các
hợp chất kim loại. Một trong những nguồn ô nhiễm kim loại là pigment, mà phổ biến
các pigment có gốc là các hợp chất cơ kim dạng halogen hoá (thí dụ: clorua
phtaloxiamin đồng).
- Hàm lƣợng các chất rắn hòa tan (TDS): Độ dẫn điện cao hay tổng chất
rắn hoà tan cao (TDS) cũng là đặc trưng nước thải dệt nhuộm do sử dụng hàm
lượng muối hòa tan khá lớn, thí dụ Na2SO4, NaCl.
- Độ màu: Một đặc trưng nữa của nước thải dệt nhuộm, nhất là nhuộm và in
là độ màu cao. Ô nhiễm màu phụ thuộc vào độ gắn màu giữa thuốc nhuộm và sợi
dệt. Mức độ không gắn màu phụ thuộc vào mức độ gắn màu giữa thuốc nhuộm và
sợi dệt. Mức độ không gắn màu (%) thay đổi tuỳ theo thuốc nhuộm: lớn là hoạt tính
(5-50%) và trực tiếp (5-30%), nhỏ nhất là loại bazơ (2-3%). Như vậy nếu càng sử
-15-
dụng nhiều thuốc nhuộm hoạt tính thì nước thải càng bị ô nhiễm màu. Ô nhiễm màu
của nước thải còn phụ thuộc vào thiết bị và trình độ vận hành công nghệ của từng
cơ sở sản xuất [ ]
1.1.4. Ngành chế biến thủy sản
Chế biến thuỷ sản là ngành kinh tế đóng góp GDP lớn của cả nước. Những
năm gần đây, cùng với sự phát triển chung của cả nước, ngành thuỷ sản không
ngừng lớn mạnh cả về chất và lượng xét trên khía cạnh kinh tế đồng thời thu hút
nhiều lao động góp phần giải quyết được nhu cầu bức thiết của xã hội đó là việc
làm.
Nguồn nước thải trong các xí nghiệp chế biến thuỷ sản phát sinh từ các nguồn
chủ yếu sau:
- Nước thải từ quá trình rửa trong quá trình sơ chế nguyên liệu như: Đánh vẩy
cá, mổ cá, fillet cá, loại bỏ đầu cá, bóc vỏ, bỏ đầu tôm, bỏ da và mai mực, ...Nước
thải trong quá trình này có độ ô nhiễm nặng, độ màu lớn, độ đục lớn vì nó chứa hàm
lượng chất hữu cơ rất cao từ máu cá, tôm, mực của mực, đồng thời còn có độ nhớt
cao do colagen từ vây và da của các chất nhờn từ các loại thuỷ sản này.
- Nước thải trong quá trình giã đông nguyên liệu, nước thải này có độ ô nhiễm
thấp do quá trình tan của nước đá làm lạnh nguyên liệu trong quá trình đánh bắt.
- Nước thải từ quá trình rửa và vệ sinh các thùng chứa sản phẩm tươi, các sản
phẩm cần bảo quản lạnh, nước vệ sinh các bàn sơ chế, dụng cụ sơ chế...nguồn nước
thải này chứa hàm lượng chất hữu cơ trung bình nhưng lại chứa cả các chất hoá học,
các chất tẩy rửa, và các chất khử trùng, xút,...
- Nước thải ô nhiễm nhiệt từ quá trình chế biến đồ hộp sản phẩm, các quá trình
làm dầu các sản phẩm ăn liền. Nguồn nước thải này thường không có độ ô nhiễm
cao như nước gia công nguyên liệu, nhưng có chứa dầu, mỡ, một lượng nhỏ chất
hữu cơ và có nhiệt độ cao hơn các nguồn nước thải khác.
Hàm lượng ô nhiễm nước thải trung bình của một số loại hình chế biến thủy
sản được thể hiện trong bảng 1.5
-16-
Bảng 1.5. Hàm lƣợng ô nhiễm trung bình của nƣớc thải tại một số loại
hình chế biến thủy sản
Loại hình chế biến
Chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm
pH
SS
BOD5
COD
Ntổng
Ptổng
Đông Lạnh
7,3
350
800
1.100
90
20
Đồ hộp
7,1
100
478,8
775,6
24,84
11,82
Surimi (sản phẩm ăn liền)
7,8
586
3.120
4.890
125
11,32
Nước mắm
7,5
75
20
40
-
-
Mực khô, tôm khô
7,5
250
100
150
20
6
Nước thải ngành chế biến thủy sản chứa phần lớn là các chất hữu cơ có nguồn
gốc từ động vật và có thành phần chủ yếu là protein và các chất béo.
Trong nước thải chứa chủ yếu: keo, protein, chất béo hàm lượng cặn hữu cơ
lớn. Các thành phần này khi xả vào nguồn nước sẽ làm giảm sự tiếp xúc của nước
thải với không khí từ đó làm giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước. Hàm lượng chất
rắn lơ lửng và hữu cơ cao làm cho nước đục, có màu và mùi khó chịu.
1.1.5. Ngành chế biến tinh bột sắn
Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới, sau
Indonesia và Thái Lan. Năm 2006, diện tích đất trồng sắn đạt 475.000 ha, sản lượng
tinh bột sắn đạt 7.714.000 tấn. Thị trường xuất khẩu chính của Việt Nam là Trung
Quốc, Đài Loan. Cùng với diện tích sắn được mở rộng, sản lượng cũng như năng
suất tinh bột sắn được sản xuất cũng tăng lên theo thời gian.
Lượng nước thải sinh ra từ trong quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn,
trung bình 10 -30 m3/tấn sản phẩm.
Nước sản xuất được sử dụng nhiều nhất ở công đoạn rửa và ly tâm tách bã.
Lượng nước thải ra môi trường thường chiếm 80 - 90% nước sử dụng. Nước thải
sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trưng như: pH thấp,
hàm lượng chất hữu cơ cao, nhu cầu oxy sinh học (BOD), nhu cầu oxy hoá học
(COD), các chất dinh dưỡng chứa N, P, K, độ mầu... với nồng độ rất cao, vượt
nhiều lần so với tiêu chuẩn môi trường. Nước thải được sinh ra từ các công đoạn
sản xuất chính sau đây:
-17-
- Bóc vỏ, mài củ, ép bã: Chứa một hàm lượng lớn cyanua, alcaloid, antoxian,
protein, xenluloza, pectin, đường và tinh bột. Đây là nguồn chính gây ô nhiễm nước
thải, thường dao động trong khoảng 20 - 25m3/tấn nguyên liệu, có chứa SS, BOD,
COD ở mức rất cao.
- Lắng trích ly: Chứa tinh bột, xenluloza, protein thực vật, lignin và cyanua, do
đó có SS, BOD, COD rất cao, pH thấp.
- Rửa máy móc, thiết bị, vệ sinh nhà xưởng: Có chứa dầu máy, SS, BOD.
- Nước thải sinh hoạt (bao gồm nước thải từ nhà bếp, nhà tắm, nhà vệ sinh)
chứa các chất cặn bã, SS, BOD, COD, các chất dinh dưỡng (N, P) và vi sinh vật…
- Nước mưa chảy tràn qua khu vực nhà máy cuốn theo các chất cặn bã, rác,
bụi.
Kết quả phân tích nước thải tại một số doanh nghiệp sản xuất tinh bột sắn ở
Việt Nam được trình bày trong bảng 1.6. Bảng này cho thấy khoảng cách dao động
về các chỉ tiêu nước thải cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép. Thành phần
nước thải phụ thuộc vào quy mô sản xuất, trình độ công nghệ và hệ thống thiết bị xử
lý nước thải, quy trình vận hành và quan trắc môi trường. Tuy nhiên, nước thải sản
xuất tinh bột sắn ở các quy mô khác nhau đều hầu như chưa đạt được tiêu chuẩn
nước thải công nghiệp của Việt Nam.
Bảng 1.6. Chất lƣợng nƣớc thải từ ngành chế biến tinh bột sắn
Stt
Thông số
Đơn vị
Quy mô vừa và nhỏ
Quy mô lớn
1
pH
-
4,0 – 5,6
3,8 – 5,7
2
COD
mg/l
13.000 – 17.800
7000 – 41.000
3
BOD
mg/l
7400 – 11.000
6100 – 23.000
4
SS
mg/l
1200 – 2600
330 - 4100
5
CN-
mg/l
3,4 – 5,8
19 - 36
Bảng trên cho thấy chất lượng nước thải từ quy trình sản xuất tinh bột sắn có
nồng độ ô nhiễm rất lớn. Ngoài tính chất axit, nước thải còn chứa lượng chất rắn,
các chất hữu cơ, cũng như HCN cần được xử lý.
Với tỷ lệ BOD/COD như bảng trên, nước thải ngành sản xuất tinh bột sắn rất
phù hợp để xử lý bằng phương pháp sinh học để ứng được tiêu chuẩn trước khi thải
-18-
ra môi trường
1.2. Hiện trạng sử dụng và hiệu quả xử lí của công nghệ EGSB đang đƣợc triển
khai trên Thế giới và một số loại hình công nghệ yếm khí xử lí nƣớc thải giầu
chất hữu cơ đang áp dụng ở Việt Nam
1.2.1. Hiện trạng sử dụng công nghệ EGSB trên thế giới
Trên thế giới hiện có khoảng 3500 thiết bị xử lý kỵ khí (Châu Âu 1174, Đông
Nam Á 894, Bắc Mỹ 874, Nam Mỹ 330, Trung Đông và Châu Phi 63), trong đó:
UASB (1000), EGSB (600), AF (90), DF (70), Kỵ khí kết hợp (370)...[13]. Tại
Trung Quốc: Công nghệ EGSB được áp dụng sử dụng tại 141 nhà máy khu công
nghiệp. Trong đó áp dụng xử lý nước thải các nhà máy giàu chất hữu cơ như:
+ Nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột và đường từ tinh bột chiếm 45%;
+ Nước thải nhà máy sản xuất giấy chiếm 21%;
+ Nước thải nhà máy bia chiếm 13%;
+ Nước thải nhà máy sản xuất cồn rượu chiếm 8%;
Hình 1.1. Công nghệ EGSB được áp dụng các ngành công nghiệp tại TQ
Nổi bật trong lĩnh vực cung cấp công nghệ và thiết bị EGSB trong xử lý nước
thải tại Châu Âu, Châu Á... là tập đoàn Veolia Water Solution & Technologies, Các
công ty như: Paques, Biothane, Biotim, Enviroasia, ADI, Waterleau, Kuria,
Degremont, Envirochemie, GWE, Grontmij...
-
Tập đoàn Veolia Water Solution & Technologies: Từ năm 1973 đến nay Tập
-19-
đoàn Veolia đã triển khai hơn 2.000 hệ thống xử lý kỵ khí tại 30 quốc gia trên thế
giới. Cũng theo thống kê của tập đoàn này, trước năm 1998, các thiết bị, công nghệ
triển khai thì UASB chiếm 55%, EGSB chiếm 16%, Fixed Beb chiếm 5%, Fluidised
Bed chiếm 1%. Tuy nhiên từ năm 1998 đến 2001, ba năm liền hệ thống EGSB
chiếm 49% > UASB (34%). Và cho đến nay EGSB vẫn được tập đoàn này triển
khai lắp đặt nhiều hơn hệ thống UASB đối với các hệ thống xử lý nước thải công
suất lớn, có thu hồi biogas, trong các ngành sản xuất đường, ngành hóa chất, thực
phẩm, bột giấy và giấy, bia - rượu,..
- Công ty Biothane: Công nghệ EGSB của Biothane có thể loại bỏ COD với
hiệu quả cao và các chi phí vận hành thấp. Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy
bao gồm ba giai đoạn: Bể điều hòa (keo tụ, chất rắn loại bỏ và làm mát), xử lý kỵ
khí (loại bỏ phần lớn chất ô nhiễm hữu cơ trong COD), xử lý hiếu khí là công đoạn
xử lý cuối cùng. Các thông số thiết kế công nghệ của Biothane như sau:
+ Q: 25000 m3/ngày;
+ COD: 1.840 mg/l
+ TSS: < 200 mg/l
+ Nhiệt độ: < 400C
Hiệu quả xử lý của công nghệ EGSB do Biothane thiết kế được mô tả trong
các hình vẽ sau:
Hình 1.2. Hiệu quả xử lý tại Nhà máy bia Unicer ở Leça do Balio, Portugal
-20-
Hình 1.3. Hiệu quả xử lý của EGSB tại Nhà máy bia Cesu Alus, Latvia
Hình 1.4. Hiệu quả xử lý của EGSB tại Nhà máy bia Anheuser Busch,
Merrimack, Mỹ [ ]
- Công ty Envirochemie (Đức): Đặc điểm phân biệt của công nghệ kỵ khí là
quá trình axit hóa và lên men của các hợp chất giàu hữu cơ thành khí methan và
CO2. Mô hình công nghệ EGSB do Envirochemie được trình bày tại hình dưới.
-21-
Hình 1.5. Mô hình công nghệ EGSB của Envirochemie
Thông số kỹ thuật của công nghệ như sau:
Thông số đầu vào:
Thông số dòng ra:
Công suất: 1150 m3/ngày
COD: < 560 mg/l
COD: 17.000 mg/l
BOD5: < 280 mg/l
Tỷ lệ COD/BOD < 2
- Tập đoàn Globalwaterengineering(GWE)[15] chuyên xử lý nước thải công
nghiệp, tái sử dụng nước, sản xuất khí sinh học...với hơn 30 năm kinh nghiệm thực
tế trong áp dụng phương pháp sinh học (kỵ khí và hiếu khí) xử lý nước thải có hàm
lượng chất hữu cơ trung bình và cao. Đối với xử lý nước thải kỵ khí, GWE là một
trong những tập đoàn có có uy tín trên thế giới. Tập đoàn GWE đã thành công trong
xử lý nước thải kỵ khí thu hồi khí sinh học ở các ngành công nghiệp thực phẩm và
đồ uống, công nghiệp bột giấy & giấy và ngành công nghiệp hóa chất (có hàm
lượng các chất ô nhiễm hữu cơ và thuận lợi có thể được xử lý bằng phương pháp
kỵ khí). Tuy nhiên, thành phần nước thải khác nhau và phạm vi thay đổi của nồng
độ COD có thể yêu cầu sử dụng của các loại thiết bị phản ứng kỵ khí khác
nhau, phù hợp với tình hình cụ thể.
- Công ty PP-EKO ở Ba Lan có nhiều kinh nghiệm trong xử lý nước thải (đặc
biệt nước thải công nghiệp). Công ty đã áp dụng công nghệ tiên tiến bao cho các
quá trình tiền xử lý, xử lý kỵ khí và hiếu khí, các quá xử lý hóa lý....PP-EKO cung
cấp một loạt các công nghệ kỵ khí xử lý nước thải và xử lý bùn: Trong đó có công
nghệ Anubix-TTM (EGSB). Anubix -T™ công nghệ phát triển từ công nghệ
-22-
UASB, công nghệ này được đảm bảo hoạt động ổn định nhờ hệ thống tự động điều
chỉnh tuần hoàn bên ngoài. Hệ thống phân phối dòng vào, tách bùn đáy và ngăn
ngừa sự hình thành các kênh thoát khí sinh học được thiết kế hoàn chỉnh giúp cho
hệ thống hoạt động linh hoạt và khả năng chịu biến động dòng vào. Cũng nhờ vậy,
nguy cơ thất thoát bùn hạt giảm đáng kể so với các giải pháp khác.
Anubix -T™ có kết cấu dạng tháp có chiều cao từ 13-16 m. Nguyên lý vận
hành nước thải được dẫn qua hệ thống phân phối ở đáy thiết bị chảy và dâng
lên theo nguyên tắc chảy tràn với tốc độ ổn định. Mỗi bể phản ứng Anubix -T™ có
1 thiết bị tách 2 pha nằm ở phía dưới của bể. Nước thải đi qua lớp bùn hạt kỵ khí
vùng giữa thiết bị, quá trình thủy phân, lên men axit và khí hóa xảy ra. Nước thải đã
được xử lý và bùn hỗn hợp qua thiết bị tách pha (khí, rắn, lỏng) được thiết kế
ở phần trên của thiết bị phản ứng. Bộ phận tách bùn có kết cấu đặc biệt
để ngăn chặn sự tổn thất của bùn kể cả những hạt bùn nhỏ nhất (dạng keo), nhất là
những hạt chứa vi khuẩn metan hóa. Bùn kỵ khí sau lắng rơi trở lại vùng bùn hạt lơ
lửng. Theo thời gian chúng kết tụ, hình thành các hạt bùn mới. Nước thải sau xử lý
thoát ra khỏi thiết bị phản ứng thông qua máng thu. Khí sinh học được thu gom để
sử dụng hoặc đốt.
Ưu điểm của Anubix -T™ (EGSB):
- Tải trọng xử lý cao 15-35 kgCOD/m3/ngày;
- Diện tích xây dựng nhỏ;
- Làm việc với bùn hạt sinh khối cao;
- Hiệu quả xử lý cao và quá trình vận hành ổn định;
- Kết cấu thiết bị hợp lý giúp hạn chế thất thoát bùn;
- Hiệu quả tạo khí sinh học cao và ổn định.
-23-
1.2.2. Một số loại hình công nghệ yếm khí xử lý nước thải giầu chất hữu cơ đang
áp dụng tại Việt Nam
1.2.2.1. Thiết bị yếm khí tiếp xúc
a) Cấu tạo
Gồm hai thiết bị riêng biệt đó là thiết bị lên men yếm khí và thiết bị lắng. Sau
bể yếm khí, nước thải được xử lý và đi vào bể lắng để tách bùn. Bùn được tuần
hoàn lại thiết bị lên men, còn nước trong ra ngoài theo van chảy tràn.
1. Thiết bị lên men
2. Thiết bị lắng
3. Bơm tuần hoàn bùn
Hình 1.6. Sơ đồ thiết bị yếm khí tiếp xúc
-24-
b) Ưu nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Thiết bị vận hành đơn giản
+ Thiết bị lắng bùn là nơi lưu giữ vi sinh vật trong trường hợp thiết bị vận
hành không ổn định.
- Nhược điểm:
+ Dung tích thiết bị lớn, cần có thiết bị lắng
+ Nhu cầu năng lượng cao do có sử dụng motơ khuấy và bơm tuần hoàn bùn.
1.2.2.2. Thiết bị yếm khí giả lỏng
a) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
Vi sinh vật được cố định lên các hạt chất mang (thủy tinh xốp, nhựa nhân
tạo,…) Nước thải vào từ phần dưới của thiết bị, chảy ngược lên qua lớp các hật chất
mang và chảy tràn ra ngoài. Bơm tuần hoàn được trang bị nhằm tạo ra trạng thái
chuyển động giả lỏng hoặc tầng sôi. Vận tốc bơm được khống chế sao cho các hạt
chất mang bị hạn chế do kết cấu đặc biệt phần trên của thiết bị.
Hình 1.7. Sơ đồ thiết bị yếm khí giả lỏng
b) Ưu nhược điểm
- Ưu điểm:
Bề mặt tiếp xúc pha rất lớn (1000 ÷ 2000 m2/m3), khoảng 90% số tế bào vi
khuẩn được cố định lên chất mang, do đó mật độ vi sinh trong thiết bị cao. Tuy
-25-
