Đánh giá thực trạng công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất sữa thuộc công ty cổ phần elovi việt nam và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN
------------------------------

Lê Xuân Quang

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ
MÁY SẢN XUẤT SỮA THUỘC CÔNG TY CỔ PHẦN ELOVI VIỆT
NAM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TƢ̣ NHIÊN
------------------------------

Lê Xuân Quang

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ
MÁY SẢN XUẤT SỮA THUỘC CÔNG TY CỔ PHẦN ELOVI VIỆT
NAM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải

TS. Phạm Thị Thúy

Hà Nội - 2015


Lời cảm ơn
Qua bài luận văn này tôi xin đƣợc bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy cô giáo
Khoa Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội
đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học vừa qua.
Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy cô Bộ Công nghệ Môi trƣờng –
Khoa Môi trƣờng.Các thầy cô đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo tôi về kiến thức chuyên
môn của các môn học chuyên ngành cũng nhƣ đóng góp những ý kiến quý báu để có
thể giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực môi trƣờng.
Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo hƣớng dẫn
chính PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải – Phó chủ nhiệm Khoa Môi trƣờng và TS. Phạm
Thị Thúy - Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên là ngƣời đã trực tiếp tận tình chỉ bảo
và hƣớng dẫn tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Cục Cảnh sát PCTP về môi trƣờng đã
giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành tốt việc học.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Công Ty Cổ Phần Elovi Việt
Nam đã tạo điều kiện cho tôi khảo sát và thu mẫu tại trạm xử lý nƣớc thải tập chung.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những bạn bè, đồng nghiệp đã động viên
và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập.
Tôi xin trân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng
Tác giả

Lê Xuân Quang

năm 2015


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 -TỔNG QUAN .......................................................................... 3
1.1.Đặc tính nƣớc thải sản xuất - chế biến sữa ............................................ 3
1.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chế biến sữa .................................... 4
1.2.1 Xử lý bằng phƣơng pháp cơ học ..................................................... 5
1.2.2.Xử lý bằng phƣơng pháp hóa - lý ................................................... 5
1.2.3. Xử lý bằng phƣơng pháp sinh học ................................................. 7
CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 17
2.1. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu ...................................................... 17
2.1.1. Địa điểm nghiên cứu .................................................................... 17
2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................... 18
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................... 18
2.2.1. Phƣơng pháp khảo sát và thu thập số liệu .................................... 18
2.2.2. Phƣơng pháp phân tích, thu bảo quản mẫu .................................. 19
2.2.3. Phƣơng pháp kế thừa .................................................................... 20
2.3. Phƣơng pháp đánh giá khả năng xử lý ................................................ 20
2.3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý tính theo % lƣợng chất thải đầu vào .... 20
2.3.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của từng công đoạn xử lý ..................... 20
2.3.3. Đánh giá hiệu quả xử lý so với QCVN ........................................ 21
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................. 22

3.1. Công nghệ xử lý nƣớc thải của nhà máy............................................. 22
K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

3


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

3.1.1. Bể điều hòa, kênh đo lƣu lƣợng nƣớc thải, kênh khuấy trộn tĩnh23
3.1.2. Bể aerotank ................................................................................... 24
3.1.3. Bể lắng sinh học ........................................................................... 25
3.1.4. Bể thu bùn ..................................................................................... 25
3.1.5.Bể khử trùng .................................................................................. 25
3.2. Đánh giá chất lƣợng nƣớc thải đầu vào hệ thống xử lý ...................... 26
3.3. Đánh giá chất lƣợng nƣớc thải sau khi qua các công đoạn ................ 27
3.3.1. Chất lƣợng nƣớc thải sau khi qua kênh khuấy trộn tĩnh .............. 27
3.3.2. Đánh giá chất lƣợng nƣớc sau hệ thống bể aerotank và bể lắng . 28
3.4. Đánh giá chất lƣợng nƣớc thải sau khi xử lý ...................................... 30
3.4.1. Kết quả phân tích nƣớc thải sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lý 30
3.4.2. Đánh giá khả năng xử lý của hệ thống ......................................... 32
3.5. Đánh giá sự thay đổi hiệu suất xử lý nƣớc thải qua các năm ............. 32
3.6. Đề xuất các biện pháp để nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống ....... 35
3.7. Cải tạo hệ thống xử lý nƣớc thải với lƣu lƣợng và tải lƣợng thực tế . 36
3.7.1. Tối ƣu hóa quy trình vận hành hệ thống xử lý nƣớc thải ............ 36
3.7.2. Xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải mới ...................................... 38
3.8. Chi phí vận hành của hệ thống xử lý nƣớc thải: ................................. 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 53

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

4


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Ý nghĩa

Tiếng Anh

Bùn hoạt tính

BHT
BOD

Biochemical Oxygen
Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hoá học

DO

Dissolved oxygen

Oxy hoà tan
Quy chuẩn kỹ thuật

QCVN

quốc gia

SSV

Settled Sludge Volume

Thể tích bùn lắng

SS

Suspended Soilds

Chất rắn lơ lửng

SVI

Sludge Volume Index

Chỉ số thể tích bùn

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

5


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1. Kết quả phân tích nƣớc thải ở bể điều hòa

26

Bảng 3.2. Kết quả phân tích nƣớc thải sau kênh khuấy trộn tĩnh

27

Bảng 3.3. Chất lƣợng nƣớc thải tại bể aerotank

28

Bảng 3.4. Chất lƣợng nƣớc thải sau bể lắng II

28

Bảng 3.5. Kết quả phân tích nƣớc thải sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lý

31

Bảng 3.6. Thống kê kết quả phân tích nƣớc thải xả ra môi trƣờng của nhà máy

31

Bảng 3.7. Phân tích chất lƣợng nƣớc thải nhà máy sữa qua các năm

33

Bảng 3.8. Thành phần nƣớc thải sữa dự kiến

39

Bảng 3.9. Thành phần nƣớc thải sữa sau xử lý theo QCVN 40 Cột B

39

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

6


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. DAF với kỹ thuật nén khí một phần dòng đã làm trong tuần hoàn

07

Hình 1.2. Quá trình phân hủy yếm khí

09

Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo UASB

10

Hình 1.4. Hình ảnh bông bùn

13

Hình 1.5. Sự xâm nhập của vi khuẩn sợi vào khối bông bùn

13

Hình 1.6. Sơ đồ làm việc của hệ thống aerotank có tái sinh bùn

15

Hình 2.1 Sơ đồ cơ cấu tổ chức công ty sữa Elovi

17

Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải của nhà máy

23

Hình 3.2. Sơ đồ quá trình xử lý ở bể aerotank

24

Hình 3.3. Hiệu suất xử lý (%) sau bể lắng II

.

30

Hình 3.4. So sánh chất lƣợng nƣớc qua các năm.

34

Hình 3.5. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy sữa (sau cải tạo)

42

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

7


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghệ chế biến sữa đã phát triển mạnh mẽ, cho ra những sản
phẩm sữa rất đa dạng và phong phú nhƣ: phomat, bơ, sữa tƣơi, sữa tiệt trùng, sữa đặc,
sữa bột kem, sữa đậu nành, sữa chua…, đồng nghĩa với sự ra đời của rất nhiều nhà
máy sản xuất sữa với quy mô lớn hơn, sản xuất với số lƣợng nhiều hơn.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp hiện nay trong đó
có ngành sữa thì ô nhiễm môi trƣờng đang là vấn đề đáng báo động, đặc biệt là ô
nhiễm môi trƣờng nƣớc. Thành phần nƣớc thải của ngành chế biến sữa có chứa một
lƣợng lớn các chất hữu cơ có thể gây ô nhiễm cho môi trƣờng tiếp nhận nếu không
đƣợc xử lý tốt,chúng đã và đang gây ra những tác động xấu không chỉ đến môi trƣờng
mà còn đến cả kinh tế và xã hội.
Thực tế hiện nay, sản xuất kinh doanh sản phẩm sữa trên địa bàn tỉnh Thái
Nguyên đã mang lại những nguồn lợi nhuận kinh tế to lớn nhƣng ít nhiều cũng gây
ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng và cảnh quan thiên nhiên. Nhà máy sữa Elovi thuộc
Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam là một trong những nhà máy lớn nhất miền Bắc với
công suất 40 triệu lít/năm tiến tới xây dựng giai đoạn hai đạt 80 triệu lít/năm.Nhà máy
đã xây dựng một hệ thống xử lý nƣớc thải khá hiện đại phục vụ nhu cầu sản xuất. Tuy
nhiên, theo thời gian và sự thay đổi các điều kiện môi trƣờng cũng nhƣ quá trình sản
xuất, vận hành, hệ thống không thể đảm bảo chắc chắn về độ tin cậy nhƣ ban đầu. Do
đó, cần có những đánh giá khách quan về khả năng xử lý nƣớc thải của hệ thống.
Trên cơ sở đó, luận văn với nội dung: “Đánh giá thực trạng công nghệ xử lý nước
thải nhà máy sản xuất sữa thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam và đề xuất giải
pháp nâng cao chất lượng”đánh giá các yêu cầu về bảo vệ môi trƣờng và hạn chế
những rủi ro có thể phát sinh trong quá trình xử lý nƣớc thải. Hơn nữa, không chỉ
có ý nghĩa cho việc kiểm soát chất thải ở thời điểm hiện tại, luận văn còn hƣớng
đến việc tạo ra một cơ sở khoa học thực nghiệm cho việc thiết kế, xây dựng và vận
hành các hệ thống xử lý tƣơng tự sau này; chỉ ra những ƣu điểm cũng nhƣ những

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

1


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

thiếu sót của hệ thống xử lý; qua đó, cung cấp một nguồn tài liệu quan trọng cho
việc nghiên cứu về công nghệ xử lý nƣớc thải.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Thực trạng công nghệ của hệ thống xử lý nƣớc thải của Nhà máy sữa Elovi
thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam.
- Đề xuất giải pháp phù hợp nâng cao hiệu quả xử lý nƣớc thải.
Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu quy trình xử lý nƣớc thải của nhà máy sản xuất sữa thuộc Công
Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam .
- Đáng giá các chỉ tiêu an toàn của nƣớc thải qua từng công đoạn xử lý.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải của hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy sản
xuất sữa thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam.
- Giải pháp để nâng cao hiệu quả quá trình xử lý nƣớc thải.

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

2


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Lê Xuân Quang

CHNG 1 -TNG QUAN

1.1.c tớnh nc thi sn xut - ch bin sa
Nc thi ca nha mỏy ch bin sa núi chung la s pha loóng ca sa va cỏc
sn phm t sa do s ri vói t cỏc cụng on ch bin, hoc do s rũ r c phộp
ca thit b cụng ngh, cựng vi cỏc húa cht ty ra, du m dựng v sinh thit b
cng nh cỏc dng c lu tr ...[16, 17].
Da vao qui trỡnh cụng ngh sn xut, nc thi sn xut ca nha mỏy ch bin
sa cú c tớnh la ham lng hu c cao, ch yu la ng,protein, axớt bộo va cỏc
cht cú kh nng phõn hy sinh hc. Tựy theo cụng ngh sn xut ra tng loi sn
phm sa hay tựy theo cụng sut nha mỏy, xớ nghip ma tớnh cht húa lý ca nc
thi cng rt khỏc nhau.
- Ngun thi t quỏ trỡnh sn xut:
Nc ra cỏc bn cha va c n cỏc trm tip nhn.
Nc sỳc ra cỏc sn phm d bờn trong hoc trờn b mt ca tt c cỏc
ng ng, bm, bn cha, thit b cụng nghip, mỏy úng gúi,
Nc ra thit b, ra san cui mi chu k hot ụng.
Sa rũ r t cỏc thit b, hoc do lam ri vói nguyờn liu va sn phm.
Mụt s cht lng khỏc nh sa ti, sa chua kộm cht lng, b h hng
do quỏ trỡnh bo qun va vn chuyn cng c thi chung vao h thng
thoỏt nc.
Nc thi t ni hi, t mỏy lam lnh.
Du m rũ r t cỏc thit b va ụng c.
Nu loi tr nc thi sinh hot, thanh phn gõy ụ nhim chớnh trong quỏ trỡnh
sn xut sa la sa va cỏc sn phm t sa (chim 90% ti lng hu c BOD).Vỡ
vy, cỏc ch s cn quan tõm i vi nc thi sn xut la BOD, COD, SS va cht
bộo. Kt qu phõn tớch sa ti nguyờn cht cho thy giỏ tr COD, BOD rt cao (ln

K20 Cao học Khoa học Môi tr-ờng Đại học Khoa học Tự nhiên

3


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

lƣợt là khoảng 120.000-175.000 đối với COD và 100.000-120.000 mg/l đối với
BOD5), cho nên những dung dịch sữa pha loãng cũng có ảnh hƣởng ô nhiễm rõ rệt.
Bản chất của chất thải sinh ra bởi các quá trình khác nhau của nhà máy chế
biến sữa nói chung hoàn toàn giống nhau, đều phản ánh sự ảnh hƣởng lấn át của sữa.
Nhìn chung, nƣớc thải chế biến sữa ban đầu là trung tính hoặc hơi kiềm, nhƣng có
khuynh hƣớng trở nên axít hoàn toàn một cách nhanh chóng do sự thiếu hụt của oxy
tạo điều kiện lên men của lactose thành axít lactic.
Nƣớc thải chế biến sữa thƣờng có hàm lƣợng chất hữu cơ hòa tan cao. Vì vậy,
chúng là nguồn thức ăn cho vi khuẩn và các vi sinh vật, gây nên sự thiếu hụt oxy
nghiêm trọng do đƣợc vi khuẩn và các vi sinh vật tiêu thụ với tốc độ rất nhanh. Ngoài
ra sữa cũng chứa cả nitơ và photpho, là thức ăn tốt cho thực vật có thể dẫn đến hiện
tƣợng phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc.
- Đặc tính nƣớc thải :
 COD = 1,5BOD
 BOD5 : 500 – 3500 g/m3
 Chấ t rắ n lơ lƣ̉ng : 100 – 1000 mg/L
 Lƣợng thải theo tổng Nito : từ 15 – 250 mg/L
 Tổ ng lƣợng phospho : 10 – 100 mg/L

1.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải chế biến sữa
Theo phân tích thành phần nguồn thải thì nƣớc thải sản xuất sữa và sản phẩm
từ sữa chủ yếu chịu ảnh hƣởng chủ yếu bởi các yếu tố nhƣ ô nhiễm vô cơ, hữu cơ,
rác, cát bụi, dầu mỡ…

Vì thế các phƣơng pháp đƣợc đề xuất để nghiên cứu khả năng xử lý phù hợp
với nguồn thải này gồm:
- Xử lý bằng phƣơng pháp cơ học.
- Xử lý bằng phƣơng pháp hóa lý.
- Xử lý bằng phƣơng pháp sinh học.
K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

4


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Lê Xuân Quang

1.2.1 X lý bng phng phỏp c hc
i vi x lý nc thi sinh hot, phng phỏp x lý c hc thng c s
dng tỏch cỏc cht khụng hoa tan va mụt phn cỏc cht dng keo ra khi nc thi.
Cỏc cụng trỡnh x lý c hc bao gm:
- Song chn, li chn rỏc: gi li cỏc cn bn, cỏc cht rn hu c va vụ c
cú kớch thc ln. Rỏc c gi li va chuyn ti mỏy nghin rỏc. Sau khi c
nghin nh chuyn ti b x lý cn. Nhng nm gn õy song chn rỏc liờn hp c
s dng rt ph bin cỏc trm x lý cụng sut nh va va cú tỏc dng va tỏch va
nghin rỏc.
- B lng cỏt: Tỏch cỏc cht bn vụ c cú trng lng riờng ln d lng (x
than, cỏt...) khụng cú li cho cỏc quỏ trỡnh lam trong, x lý sinh hoỏ va x lý cn bó.
Cn t b lng cỏt c a i tỏch nc trờn sõn phi bựn sau ú thng c a
i chụn lp cựng vi cht thi rn khỏc.
- B lng: Tỏch cn hu c va vụ c cú khi lng riờng tng i nh. Cht
l lng nng s t t lng xung ỏy, bựn lng c thu gom va vn chuyn lờn cụng
trỡnh x lý cn.

-B iu hũa:Cú th t sau song chn rỏc, trc trm bm, bm u nc thi
lờn b lng. Nhm mc ớch iu hũa lu lng cng nh cht lng nc cho cỏc
cụng trỡnh trong h thng x lý nc thi. Thng cú thit b khuy trụn nhm hũa
trụn san bng nng ụ cỏc cht bn cho toan bụ h thng th tớch nc thi cú
trong b va ngn nga cn lng, pha loóng nng ụ cỏc cht ục hi nu cú,
m bo cht lng nc thi n nh i vi h thng x lý sinh hc phớa sau.Trong
b cng phi t cỏc thit b thu gom va x bt, vỏng ni.

1.2.2.X lý bng phng phỏp húa - lý
C s ca phng phỏp nay la cỏc phn ng sinh húa din ra gia cỏc cht ụ
nhim va húa cht thờm vao. Nhng phn ng din ra cú th la phn ng oxy húa
kh, phn ng trung hũa to kt ta hoc cỏc phn ng phõn hy cht ục hi. Cỏc

K20 Cao học Khoa học Môi tr-ờng Đại học Khoa học Tự nhiên

5


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

phƣơng pháp hóa lý thƣờng đƣợc ứng dụng nhiều nhất là oxy hóa và trung hòa. Nói
chung, bản chất của quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp hóa lý là áp dụng
các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá
trình lắng ra khỏi nƣớc thải[7].
1.2.2.1. Phương pháp trung hòa
Nƣớc thải nhà máy sản xuất sữa có hàm lƣợng hữu cơ cao và dễ dàng bị phân
hủy yếm khi trong điều kiện môi trƣờng tự nhiên. Điều này dẫn đến sự sụt giảm pH từ
môi trƣờng kiềm thành môi trƣờng axit. Vì vậy nƣớc thải cần phải đƣợc trung hòa pH

về dải pH = 6,5 - 8,5 để đảm bảo công nghệ xử lý đạt hiệu quả.
Có nhiều phƣơng pháp để trung hòa pH, tuy nhiên đối với nƣớc thải sản xuất
sữa, phƣơng pháp thƣờng đƣợc lựa chọn là bổ sung thêm tác nhân hoá học dạng dung
dịch bazơ (Ca(OH)2, NaOH...) và dung dịch axit (H2SO4, HCl...) do có ƣu điểm dễ
kiểm soát.
1.2.2.2. Phương pháp tuyển nổi
Tuyển nổi là phƣơng pháp dùng để loại bỏ các tạp chất ra khỏi nƣớc bằng cách
tạo cho chúng khả năng dễ nổi lên mặt nƣớc nhờ các bọt khí có kích thƣớc nhỏ đƣợc
tạo thành ở áp lực cao (tuyển nổi áp lực) và có hiệu quả cao đối nƣớc thải ngành sản
xuất sữa do TSS có tỷ khối nhỏ (dầu, mỡ). Khi đó lớp bùn - bọt sẽ nổi lên trên bể
tuyển nổi và đƣợc gạt ra ngoài.
Phân loại các kỹ thuật tuyển nổi chủ yếu qua cách thức đƣa không khí vào và
tạo bọt. Ta có các loại kỹ thuật tuyển nổi [7]:
- Tuyển nổi bằng khí phân tán
- Tuyển nổi chân không
- Tuyển nổi áp lực

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

6


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

Bọt-SS
Bồn tạo bông
(nếu cần)
Nước thải

Nước trong
Bồn
Bồntuyển
tuyểnnổi
nổi

Keo tụ - tạo bông
(nếu cần)

Bồn
Bồn
nén
nénkhí
khí

Khí nén

Hình 1.1. DAF với kỹ thuật nén khí một phần dòng đã làm trong tuần hoàn

1.2.3. Xử lý bằng phương pháp sinh học
Nƣớc thải ngành chế biến sữa có chứa nhiều chất hữu cơ có thành phần:
đƣờng, sữa, protein, chất béo động vật, cácbonhydrat, axít amin, các axít hữu cơ. Các
chất hữu cơ này là các chất chứa cacbon cơ bản để vi sinh vật tăng trƣởng và phát
triển. Trong quá trình hoạt động sống của vi sinh vật hình thành nên sinh khối và
CO2.
Trong thiết kế hệ thống xử lý, tùy thuộc vào điều kiện thực tế, đặc trƣng,lƣu
lƣợng nƣớc thải…mà có thể áp dụng xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên hoặc
nhân tạo. Nƣớc thải nhà máy sữa có chứa hàm lƣợng các chất hữu cơ cao nên quá
trình xử lý tự nhiên không có hiệu quả thậm chí có thể gây ô nhiễm, tác động xấu đến

môi trƣờng. Chính vì vậy mà phƣơng pháp xử lý nƣớc thải cần phải đƣợc áp dụng là
các phƣơng pháp xử lý sinh học nhân tạo. [4 ,6]
Quá trình xử lý sinh học gồm các bƣớc:

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

7


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

- Bƣớc 1: Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cácbon ở dạng keo và
dạng hòa tan thành thể khí và thành vỏ các tế bào vi sinh.
- Bƣớc 2: Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất
keo vô cơ trong nƣớc thải.
- Bƣớc 3: Loại các bông cặn ra khỏi nƣớc bằng quá trình lắng trọng lực.
Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên tùy vào
tính chất hoạt động và môi trƣờng sống của chúng, có thể chia phƣơng pháp xử lý
sinh học thành:
-Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí: Là phƣơng pháp sử dụng các
nhóm vi sinh vật yếm khí.
-Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí: Là phƣơng pháp sử dụng các
nhóm vi sinh vật hiếu khí, để đảm bảo điều kiện sống của chúng cần cung cấp oxy
liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 – 40 0C.
1.2.3.1. Xử lý sinh học trong điều kiện yếm khí
Quá trình phân hủy sinh học yếm khí là quá trình phân hủy sinh học các chất
hữu cơ trong điều kiện không có oxy, sản phẩm cuối cùng là CH4, CO2và sinh
khối....Phƣơng trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn

giản nhƣ sau:
Vi sinh vật
Chất hữu cơ -------------------> CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + Tế bào mới

Quá trình phân hủy yếm khí xảy ra theo 4 giai đoạn
- Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử;
- Giai đoạn 2: Axít hóa;
- Giai đoạn 3: Acetate hóa;

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

8


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

- Giai đoạn 4: Methane hóa.
4%

H2
28%

24%

Phức chất hữu cơ

Axít hữu cơ

76%

CH4
52%

20%

72%
Acetic axít

Quá trình acetate hóa Quá trình methane
Quá trình thủy phân

và khử hydro

hóa

Hình 1.2. Quá trình phân hủy yếm khí
Đối với phƣơng pháp xử lý yếm khí, tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia
quá trình xử lý yếm khí thành:
- Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng lơ lửng nhƣ quá
trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ
khí với dòng nƣớc đi từ dƣới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB);
- Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trƣởng dạng dính bám nhƣ quá
trình lọc yếm khí (Anaerobic Filter Process).
Đối với nƣớc thải ngành sản xuất sữa cần phải sử dụng phƣơng pháp này do:
- Có thể xử lý đƣợc nƣớc thải có hàm lƣợng chất ô nhiễm rất cao và có khả
năng phân hủy đƣợc các chất hữu cơ phân tử lƣợng lớn, phức tạp mà phƣơng pháp
hiếu khí không xử lý đƣợc.
- Tiêu tốn năng lƣợng nhỏ,hiệu suất xử lý cao, sinh ra ít bùn.

- Sản phẩm của quá trình xử lý này có khí sinh học (biogas) có thể dùng làm
nhiên liệu.

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

9


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo UASB
Bể UASB: Nƣớc thải đƣợc nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá
trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nƣớc thải tiếp xúc với bùn hạt.Khí sinh ra
trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ
giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn
sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây, quá
trình tách pha khí-lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn
hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10%. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống.
Nƣớc thải theo màng tràn răng cƣa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo.
Vận tốc nƣớc thải đƣa vào bể UASB đƣợc duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/h
(nếu bùn ở dạng bùn hạt). pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

10


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

khoảng 6,6-7,6. Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH
của nƣớc thải luôn luôn > 6,2 vì ở pH < 6,2, vi sinh vật chuyển hóa methane không
hoạt động đƣợc. Cần lƣu ý rằng chu trình sinh trƣởng của vi sinh vật axít hóa ngắn
hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (2-3 giờ ở 350C so với 2-3 ngày, ở điều
kiện tối ƣu). Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu, tải trọng chất hữu cơ không
đƣợc quá cao vì vi sinh vật axít hóa sẽ tạo ra axít béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn
rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các axít này thành acetate dƣới tác dụng của vi
sinh vật acetate hóa.
1.2.3.2. Xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí
Là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi các vi sinh vật trong điều kiện
có oxy, sản phẩm tạo ra C5H7NO2 (sinh khối tế bào), CO2, H2O. Bản chất của quá
trình hiếu khí là vi sinh vật sử dụng Oxy để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ
trong nƣớc thải tạo sinh khối và khai thác năng lƣợng. Để duy trì ổn định hàm lƣợng
vi sinh vật trong bể, tiến hành tuần hoàn sinh khối trở lại bể trƣớc khi thải ra ngoài.
Trong xử lý hiếu khí thì cung cấp đủ oxy là một yếu tố quyết định đến hiệu quả xử lý
của công trình. Oxy đƣợc vi sinh vật sử dụng để oxy hóa hợp chất hữu cơ trong nƣớc
thải, đồng thời duy trì bùn ở trạng thái lơ lửng bảo đảm luôn có sự tiếp xúc giữa 3 pha
khí - rắn - lỏng đảm bảo cho quá trình phân hủy hiếu khí diễn ra với hiệu suất cao
nhất[6].
Xử lý hiếu khí trong điều kiện tự nhiên thƣờng là hồ sinh học hiếu khí.Quá
trình xử lý này chỉ phù hợp khi COD < 200 mg/l, hiệu suất không cao và tốn diện tích
do vậy ít đƣợc sử dụng.
a) Xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính
Đây là phƣơng pháp đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay. Bể aerotank còn đƣợc
gọi là bể oxy hóa đƣợc cấp khí cƣỡng bức. Trong hệ thống, các vi sinh vật sinh
trƣởng, phát triển và tồn tại dƣới dạng bông sinh học (bùn hoạt tính). Trong quá trình
oxy hóa các chất ô nhiễm, sinh khối đƣợc tạo thành, bùn sinh học đƣợc lắng ở bể lắng

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

11


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

thứ cấp. Một phần bùn đƣợc tuần hoàn trở lại bể aerotank để ổn định hàm lƣợng sinh
khối trong bể, phần còn lại đƣợc đƣa về bể xử lý bùn dƣ.
Bể phản ứng sinh học hiếu khí đƣợc áp dụng khá rộng rãi trong xử lý nƣớc thải
của một số nhà máy nhƣ: nhà máy sản xuất bia, đƣờng, nƣớc thải sinh hoạt…
Các vi sinh vật trong hệ thống aerotank có những đặc trƣng sau:
- Vi sinh vật phải có khả năng chuyển hoá mạnh các hợp chất hữu cơ.
- Có khả năng tạo “bông sinh học”, kích thƣớc  = 50 - 200  m sẽ cho SVI
tối ƣu (SVIopt= 80 - 150 ml/g)
- Khả năng tự huỷ cao.
- Không sinh các khí gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣ H2S, Indol, Scatol...
- Màu của bùn là màu vàng hơi ngả sang nâu là màu chuẩn.
Nếu vì một lý do nào đó, bùn hơi ngả sang hồng, đỏ là do vi khuẩn có sắc tố
hồng Rhodopseudomonas phát triển. Trƣờng hợp này, môi trƣờng trong bể oxy hoá
đã thiếu oxy và các chất dinh dƣỡng N, P. Rhodopseudomonas hô hấp tuỳ tiện nên
trong môi trƣờng thiếu oxy, vi khuẩn này chuyển sang hô hấp trong điều kiện thiếu
khí và phát triển làm bùn ngả sanghồng.
Nếu bùn trắng ra là do thiếu dinh dƣỡng, thiếu oxy. Ở điều kiện này, vi khuẩn
dạng sợi phát triển làm bùn xốp, thể tích lắng của bùn tăng lên, tỷ trọng của bùn giảm,
bùn rất khó lắng.
Nếu bùn có màu đen (do phân huỷ yếm khí các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là

các hợp chất đa vòng, phenol) làm phát sinh mùi H2S, Indol, mercaptan. Vi khuẩn
hoại sinh sẽ phát triển, chuyển từ hô hấp hiếu khí sang hô hấp tuỳ tiện, làm giảm
lƣợng oxy hoà tan.
Trong các trƣờng hợp trên, phải tiến hành kiểm tra độ oxy hoà tan DO và hàm
lƣợng các chất dinh dƣỡng để bổ sung kịp thời. Nếu không, bùn sẽ chết dần và hiệu
quả của quá trình oxy hoá là không đạt.
K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

12


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

Hình 1.4. Khối bông bùn có kích thƣớc nhỏ (a,c)
Có hiện tƣợng rã bùn (a)
Bông bùn hoạt động đƣợc (b)
Bông bùn có vi khuẩn dạng sợi (d)

Hình 1.5. Sự xâm nhập của vi khuẩn dạng sợi vào khối bông bùn

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

13


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

Các yếu tố ảnh hƣởng tới hiệu quả của quá trình:
- Độ oxy hòa tan: Muốn quá trình xử lý hiếu khí đạt hiệu quả cao thì phải đảm
bảo cung cấp lƣợng oxy hòa tan đủ và đều đặn, đáp ứng đầy đủ nhu cầu oxy hóa của
vi sinh vật. Độ oxy hòa tan trong bể aerotank đạt giá trị DO 4 mg/l là đảm bảo.
- Nhiệt độ: Mỗi vi sinh vật thích nghi với một dải nhiệt độ phù hợp. Nƣớc thải
có nhiệt độ T = 16 -37oC là phù hợp cho quá trình xử lý hiếu khí. Nhiệt độ tối ƣu là
Topt = 20 - 30oC.
- pH: pH có ảnh hƣởng rất lớn đến hoạt lực của bùn, và do đó ảnh hƣởng rất
lớn đến quá trình oxy hoá. Nƣớc thải đƣa vào xử lý sinh học hiếu khí có pH = 6,5 8,5 là phù hợp. Giá trị tối ƣu pHopt = 7 - 8.
- Hàm lượng chất dinh dưỡng: Vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm trong
nƣớc thải nhƣ là chất dinh dƣỡng để cung cấp năng lƣợng cho quá trình sống. Với
nƣớc thải đƣợc xử lý bằng phƣơng pháp hiếu khí, tỷ lệ C : N : P = 100 : 5 : 1 là phù
hợp.
- Hàm lượng sinh khối và tỷ lệ F/M: Hiệu quả của quá trình oxy hoá đƣợc
quyết định bởi hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể phản ứng. F/M phổ biến dao động từ
0,05 – 0,15 (hệ sục khí kéo dài) tới 0,2 – 0,4 (các hệ BHT và một số biến thể). Một số
hệ BHT cao tải có thể chấp nhận F/M tới 0,2 – 0,6 (ổn định tiếp xúc); 0,4 – 1,5 (sục
khí cao tải) [6].
Hệ thống aerotank có tái sinh bùn:Nƣớc thải sau khi qua bể lắng 1 đƣợc khuấy
trộn đều với bùn hoạt tính đã tái sinh đi vào bể aerotank. Bùn ở đáy bể một phần đƣợc
đem đi tái sinh, một phần đƣa vào hệ thống xử lý bùn dƣ.Quá trình tái sinh bùn: Bùn
đƣợc làm thoáng trong thời gian khoảng 3-6 giờ để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ
hấp thụ trên bề mặt và khe hở của hạt bùn tới khi ổn định. sau đó đƣợc đƣa trở lại bể
aerotank.

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

14

LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

Nƣớc sau xử lý

Nƣớc thải vào
Bể

Bể
lắng1
Song chắn rác

lắng2
Khí

Tuần hoàn bùn

Xử lý bùn

Hình 1.6. Sơ đồ làm việc của hệ thống aerotank có tái sinh bùn
Các thông số liên quan đến vận hành hệ BHT :
Khả năng lắng bùn là thông số đánh giá khả năng lắng của bùn khi lấy mẫu
trong bồn phản ứng bằng ống đo thể tích, đọc thể tích bùn lắng từ 1L (1000 mL) hỗn
hợp phản ứng sau 30 - 60’ để lắng, từ đây tính đƣợc thể tích bùn lắng (SSV) và chỉ số
bùn (SVI ).
Thể tích bùn lắng là số mL/L (hoặc chuyển %) bùn lắng đọc đƣợc sau khi để 1
L hỗn hợp phản ứng lắng sau 30 hoặc 60 phút. Thƣờng SSV đi kèm với số phút để
lắng dƣới dạng chỉ số dƣới (SSV30 hoặc SS60).

Chỉ số bùn là thông số kiểm soát quá trình, đặc trƣng cho khả năng lắng của
bùn hoạt tính, SVI = số mL thể tích của 1 g bùn hoạt tính. Tính SVI từ SSV30 và nồng
độ MLSS (mg/L)[18]:
SVI (mL/g) =

SSV30 (mL / L)
1000(mg / g )
MLSS (mg / L)

SVI đặc trƣng của hệ BHT xử lý nƣớc thải sinh hoạt với MLSS = 2000 – 3500
mg/L nằm trong khoảng 80 đến 150 mL/g [23].

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

15


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

b) Mƣơng oxy hóa
Đây là loại công trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hoàn toàn.
Là mƣơng dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mƣơng với vận tốc thiết
kế thƣờng > 3 m/s để xáo trộn bùn hoạt tính và tránh lắng cặn. Mƣơng oxy hóa có thể
có hình chữ nhật hoặc hình tròn.
c) Bể lọc sinh học hiếu khí
Là công trình nhân tạo trong đó nƣớc thải đƣợc lọc qua vật liệu rắn đƣợc bọc
bởi một lớp màng vi sinh. Bể lọc sinh học hiếu khí gồm các phần chính là: phần chứa
vật liệu lọc, hệ thống phân phối nƣớc đảm bảo tƣới đều lên toàn bộ bề mặt bể, hệ

thống thu và dẫn nƣớc sau khi lọc, hệ thống cấp khí cho bể.
d) Đĩa quay sinh học
Hệ thống đĩa quay sinh học gồm các đĩa tròn, phẳng đƣợc lắp trên một trục.
Các đĩa này đƣợc đặt ngập một phần trong nƣớc và quay chậm khi hoạt động. Khi
quay màng sinh vật bám dính trên bề mặt đĩa tiếp xúc với các chất hữu cơ trong nƣớc
thải sau đó tiếp xúc với oxy khi ra khỏi nƣớc thải. Nhờ trục quay liên tục nên màng vi
sinh liên tục tiếp xúc với chất hữu cơ và oxy giúp cho quá trình phân hủy diễn ra
nhanh.

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

16


LuËn v¨n Th¹c sÜ Khoa häc

Lª Xu©n Quang

CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Địa điểm và đối tƣợng nghiên cứu
2.1.1. Địa điểm nghiên cứu
Công ty Cổ Phần ELOVI Việt Nam nằm tại Khu Công Nghiệp Nam Phổ Yên,
Huyện Phổ Yên, Tỉnh Thái Nguyên. Công ty đƣợc trang bị hệ thống dây chuyền đồng
bộ, hiện đại của Tetra Pak – Thụy Điển với công suất 6000 lít sản phẩm/ giờ [1].
Nhằm giữ gìn môi trƣờng đảm bảo sức khỏe cộng đồng, công ty đã đầu tƣ xây
dựng hệ thống xử lý nƣớc thải theo tƣ vấn của hiệp hội khoa học công trình SEEN.
Nguồn nƣớc thải sau khi xử lý luôn đạt chất lƣợng cột B QCVN 40:2011 trƣớc khi
thải ra môi trƣờng.

Hình 2.1. Sơ đồ cơ cấu tổ chức công ty sữa Elovi

K20 – Cao häc Khoa häc M«i tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn

17