nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí uasb kết hợp swim bed với giá thể biofringe quy mô phòng thí nghiệm

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe
quy mô phòng thí nghiệm

MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................i
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................vi
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 1
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................... 1
4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .................................................................................. 1
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................ 2
6. PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU ............................................................. 2
7. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN ......................................... 2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ............................................................................................ 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT GIẤY .......................................... 3
1.1.1.Nguồn gốc nước thải sản xuất giấy ................................................................. 3
1.1.2.Thành phần ô nhiễm ........................................................................................ 5
1.1.3.Công nghệ xử lý nước thải giấy của một số công ty ....................................... 7
1.2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KỴ KHÍ.......................................................... 10
1.2.1.Khái niệm cơ bản về quá trình kỵ khí ........................................................... 10
1.2.2.Các giai đoạn trong quá trình phân hủy kỵ khí ............................................. 10
1.2.3.Các nhóm vi sinh vật tham gia quá trình xử lý kỵ khí .................................. 13
1.2.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí ................................................... 15
1.3. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ CÔNG NGHỆ KỴ KHÍ ........................................ 16
1.3.1.UASB (upflow anaerobic sludge blanket) ..................................................... 16
1.3.2.Lọc kỵ khí (AF – anaerobic filter) ................................................................. 17
1.3.3.Tiếp xúc kỵ khí (AC – anaerobic contract) ................................................... 17

1.3.4.Kỵ khí đệm giản nở FBR (fluidized bed reactor), EBR (Expanded bed
reactor) .................................................................................................................... 18
SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.4. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KỴ KHÍ UASB KẾT HỢP SWIMBED SỬ
DỤNG GIÁ THỂ BIOFRINGE ................................................................................. 19
1.4.1.Công nghệ Swim-bed .................................................................................... 19
1.4.2.Công nghệ kỵ khí UASB kết hợp công nghệ Swim-bed với giá thể Biofringe
……………………………………………………………………………………19
1.4.3.Một số nghiên cứu về công nghệ kỵ khí UASB và công nghệ Swim-bed sử
dụng giá thể Biofringe ............................................................................................ 20
CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 22
2.1. SƠ ĐỒ VẬN HÀNH THÍ NGHIỆM .................................................................. 22
2.2. VẬT LIỆU........................................................................................................... 23
2.3. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ................................................................................. 25
2.3.1.Mô hình tổng thể............................................................................................ 25
2.3.2.Mô hình thực tế.............................................................................................. 26
2.4. THIẾT BỊ SỬ DỤNG ......................................................................................... 28
2.5. VẬN HÀNH MÔ HÌNH ..................................................................................... 28
2.6. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH .......................................................................... 30
2.7. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU...................................... 31
2.7.1.Phương pháp tính toán ................................................................................... 31

2.7.2.Phương pháp phân tích số liệu ...................................................................... 33
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 34
3.1. pH ........................................................................................................................ 34
3.2. HIỆU QUẢ XỬ LÝ COD ................................................................................... 35
3.3. HIỆU QUẢ XỬ LÝ BOD5 ................................................................................. 40
3.4. SỰ PHÁT TRIỂN VÀ ỔN ĐỊNH CỦA BÙN .................................................... 43
3.4.1.Bùn lơ lửng .................................................................................................... 43
3.4.2.Bùn sinh trưởng bám dính trên giá thể .......................................................... 45
3.4.3.Nhận Xét ........................................................................................................ 47
3.5. KHẢ NĂNG SINH KHÍ ..................................................................................... 49
3.6. KHẢ NĂNG XỬ LÝ TSS .................................................................................. 52
3.7. ĐÁNH GIÁ TẢI TRỌNG TỐI ƯU VÀ SO SÁNH ........................................... 54

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang ii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 57
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 59

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang iii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

MLSS

Mixed Liquid Suspended Solid

Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn
hoạt tính

MLVSS

Mixed Liquid Volatile Suspended

Cặn lơ lửng bay hơi của hỗn hợp
bùn hoạt tính

OLR

Organic Loading Rate

Tải trọng hữu cơ

SD

Standard Deviation

Độ lệch chuẩn

SRT

Sludge Retention Time

Thời gian lưu bùn

SS

Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng

SVI

Sludge Volume Index

Chỉ số bùn lắng

TS

Total solid

Tổng chất rắn

FBR

Fluidized Bed Reacter

Bể sinh học kỵ khí tầng dãn nở

UASB

Upflow Anearobic Sludge Blanket

Bể sinh học kỵ khí dòng chảy
ngược

VS

Volatile Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi

KPH

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Không phát hiện

Trang iv


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Tính chất nước thải của một số nhà máy giấy .........................................................6
Bảng 1.2 Thành phần và tính chất nước thải công ty TNHH Giấy AFC .............................8
Bảng 1.3 Chức năng của một số loại vi khuẩn ..........................................................................14
Bảng 1.4 So sánh phân hủy kỵ khí ở khoảng nhiệt độ ưu ấm và hiếu nhiệt .....................15
Bảng 1.5 Số liệu kỹ thuật từ kết quả vận hành bể UASB ......................................................17
Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước thải công ty TNHH Giấy AFC ...........................23
Bảng 2.2 Các thông số kỹ thuật của giá thể ...............................................................................23
Bảng 2.3 Các thiết bị sử dụng cho mô hình ...............................................................................28
Bảng 2.4 Thông số vận hành mô hình ở các tải trọng .............................................................28
Bảng 2.7 Các thông số và phương pháp phân tích ...................................................................31

Bảng 3.1 Kết quả xử lý số liệu COD ...........................................................................................39
Bảng 3.2 So sánh hiệu suất xử lý COD nước thải giấy của 2 công nghệ...........................40
Bảng 3.3 Kết quả xử lý số liệu BOD5..........................................................................................42
Bảng 3.4 Số liệu tính toán hàm lượng TS ..................................................................................46
Bảng 3.5 So sánh mật độ bùn tập trung ở giá thể và bùn hạt ................................................47
Bảng 3.6 Kết quả xử lý số liệu đo sản lượng khí sinh ra........................................................51
Bảng 3.7 Kết quả xử lý số liệu TSS .............................................................................................53
Bảng 3.8 Tải trọng tối ưu của các chỉ tiêu..................................................................................54
Bảng 3.9 So sánh ưu điểm cơ bản với một số công nghệ ......................................................55

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang v


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.2 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải công ty giấy Roemond Hà Lan. ...........7
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thốngxử lý nước thải Công ty giấy Eerbeck.B.V. ...................................7
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải Công ty TNHH Giấy A.F.C. ...............................9
Hình 1.5 Sơ đồ chuyển hóa vật chất trong điều kiện kỵ khí. ................................................12
Hình 2.5 Sơ đồ vận hành và thí nghiệm......................................................................................22
Hình 2.3 Cấu trúc của giá thể Biofinge.......................................................................................24
Hình 2.4 Bùn hạt kỵ khí……………………………………………………………………………………………………………24
Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ tổng thể của mô hình. ....................................................................25
Hình 2.2 Cụm mô hình thực tế. .....................................................................................................27

Hình 3.1 Kết quả đo pH. .................................................................................................................34
Hình 3.2 Diễn biến hiệu quả xử lý COD. ...................................................................................35
Hình 3.3 Bọt nổi trong bể tuần hoàn ............................................................................................36
Hình 3.4 lớp màu trắng xuất hiện phía trên tầng bùn hạt .......................................................36
Hình 3.5 Nước trong bể tuần hoàn ở ngày thí nghiệm thứ 2 của tải 6kg. ..........................37
Hình 3.6 Màu sắc khác nhau của nước đầu ra ở 2 ngày liên tiếp và 2 tải trọng liên tiếp
(chai nắp trắng là tải 6kg, chai nắp cam là tải 8kg). ..............................................37
Hình 3.7 Lớp váng cặn nổi trên mặt bể tuần hoàn ...................................................................38
Hình 3.9 Hiệu quả xử lý BOD qua từng tải trọng. ...................................................................40
Hình 3.10 Sự tăng trưởng bùn lơ lửng ở các tầng bùn............................................................43
Hình 3.11 Bùn trào ra khỏi bể chính và nổi ở bề tuần hoàn. .................................................44
Hình 3.12 Hàm lượng MLVSS ở tầng bùn 3 và tỷ lệ MLVSS/MLSS. ..............................44
Hình 3.13 Các tầng bùn lơ lửng qua từng tải trọng. ................................................................45
Hình 3.14 Lượng bùn sinh trưởng bám dính trên giá thể qua từng tải trọng. ...................46
Hình 3.15 Những sợi giá thể trước khi đưa vào bể và được lấy ra sau mỗi tải trọng.....48
Hình 3.16 Diễn biến quá trình sinh khí và lượng COD được loại bỏ sau 1 ngày. ...........49
Hình 3.17 Sản lượng khí sinh học sinh ra khi 1gCOD được xử lý. ....................................50
Hình 3.19 Khả năng xử lý TSS qua từng tải trọng...................................................................52

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang vi


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe
quy mô phòng thí nghiệm

MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Giấy là một vật dụng cần thiết trong cuộc sống của con người, ngành công nghiệp
sản xuất giấy là một nghành công nghiệp đã có từ lâu đời, tuy nhiên nước thải phát sinh
từ công đoạn sản xuất giấy và bột giấy vẫn đang là vấn đề nan giải cho xã hội vì khả
năng gây ô nhiễm môi trường từ loại nước thải này .
Trong công nghệ sản xuất giấy và bột giấy thì thành phần chủ yếu của nước thải có
nguồn gốc từ quá trình xeo giấy, tạp chất cơ bản, cặn lơ lửng (thường là xơ sợi giấy, bột
màu, phụ gia,…), và chất ô nhiễm hữu cơ. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành
công nghiệp giấy ở Việt Nam và trên thế giới, nước thải thải ra với mức độ ô nhiễm
ngày càng cao, đòi hỏi quá trình xử lý phải được cải tiến và nâng cao hiệu suất. Trong
khi đó những công nghệ củ đã được đưa vào sử dụng phổ biến vẫn chưa đạt được những
hiệu suất mong muốn, điều đó đã thúc đẩy sự học hỏi sáng tạo để tìm ra những công
nghệ mới tối ưu hơn, thích hợp hơn để phục vụ cho sự phát triển của ngành công nghiệp
giấy. Mặc dù đã có những công nghệ kỵ khí truyền thống có thể xử lý được mức độ ô
nhiễm cao nhưng trong đó vẫn có những khuyết điểm đáng kể và hiệu quả xử lý chưa
cao. Để khắc phục một số khuyết điểm của những công nghệ kỵ khí truyền thống, và
nậng cao khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu
xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể
Biofringe quy mô phòng thí nghiệm” để thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình cũng như
xem xét khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao như thế nào và có khắc phục
được những khuyết điểm của những công nghệ truyền thống hay không.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu thực nghiệm mô hình ứng dụng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp
Swim-bed với giá thể Biofringe nhằm xác định hiệu quả xử lý và tải trọng tối ưu của mô
hình trong xử lý nước thải giấy.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Tìm hiểu những thông số đặc trưng cho nước thải giấy.
 Lắp đặt mô hình tại xưởng cấp thoát nước của trường với cấu tạo bao gồm: 1 bể
UASB, 1 hệ thống đo khí, 1 bể trung gian, 1 thùng chứa nước thải đầu vào, 1 bơm
định lượng để cấp nước thải vào bể, 1 bơm định lượng để tuần hoàn nước và 1

thùng chứa nước thải đầu ra.
 Vận hành thích nghi: Quá trình này diễn ra trong vòng khoảng 20 ngày, tới khi mà
lớp màng vi sinh vật hình thành đã bám trên giá thể.
 Vận hành mô hình xử lý nước thải:
Sau 20 ngày chạy với tải trọng thích nghi 3 kgCOD/m3.ngày, ta tiếp tục vận hành
với các tải 6, 8, 10, 12, 15 kgCOD/m3.ngày.
 Đánh giá mức độ xử lý thông qua 5 tải trọng và tìm ra tải trọng tối ưu.
4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Nước thải sử dụng trong đề tài là nước thải được lấy trực tiếp từ bể chứa sau tuyển
nổi của hệ thống xử lý nước thải công ty giấy A.F.C có địa chỉ tại C6/4C Ấp 3, xã Vĩnh
Lộc B, huyện Bình Chánh, Thành phố Hồ Chí Minh.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

Nước thải gốc được đưa trực tiếp vào mô hình sau khi đã đo COD và canh chỉnh lưu
lượng. Các muối dinh dưỡng được thêm vào tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát
triển và được điều chỉnh để duy trì tỷ lệ COD:N:P=500:5:1.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Phương pháp tổng quan tài liệu.
 Phương pháp thực nghiệm mô hình.
 Phương pháp thí nghiệm.
 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu.

6. PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
 Nghiên cứu được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm tại phòng thí nghiệm
cấp thoát nước - khoa môi trường.
 Giá thể được thực hiện trong quá trình nghiên cứu là Biofringe.
 Đánh giá khả năng xử lý TSS, COD, BOD5, khả năng sinh khí của mô hình với
tải thích nghi là 3 kgCOD/m3.ngày và các tải trọng hoạt động 6; 8; 10; 12 và 15
kgCOD/m3.ngày.
 Quá trình thí nghiệm xác định các chỉ tiêu được tiến hành tại phòng thí nghiệm
môi trường.
7. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN
 Tính mới của đề tài
Hiện nay các công nghệ xử lý nước thải giấy còn nhiều hạn chế, hiệu quả xử lý
chưa cao. Công nghệ Swim-bed cũng còn khá mới mẻ ở Việt Nam, các nghiên
cứu về công nghệ này vẫn còn rất nhiều hạn chế và chưa được áp dụng phổ biến
trong thực tế. Công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe
cho phép tập trung nồng độ sinh khối cao trên giá thể, ổn định được tầng bùn và
dễ dàng kiểm soát tầng bùn. Vì vậy công nghệ này sẽ rất thích hợp để xử lý nước
thải có nồng độ hữu cơ cao như nước thải giấy .
 Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đánh giá được phần nào hiệu quả của công nghệ
kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe. Đây cũng là hướng đi mới
cho các công trình nghiên cứu những công nghệ kết hợp.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT GIẤY
1.1.1. Nguồn gốc nước thải sản xuất giấy
1.1.1.1. Quy trình sản xuất giấy
Nguyên liệu: Sản xuất giấy sử dụng ba nguồn sợi chính là gỗ, các loại thực vật phi
gỗ và giấy tái sinh. Ngoài ra còn có thêm các thành phần phụ gia được thêm vào để tạo
thêm một số đặc tính cho giấy.
Gỗ là nguyên liệu phổ biến nhất được sử dụng để làm giấy, được chia thành hai loại
là gỗ mềm và gỗ cứng. Việc sử dụng gỗ làm giấy giữa các vùng trên thế giới cũng có sự
khác biệt lớn. Trong tổng hàm lượng rừng trên thế giới thì nước Nga chiếm hơn một nữa
lượng rừng gỗ mềm, phần lớn rừng lá rộng thì tồn tại ở vùng nhiệt đới, đặt biệt ở châu
Phi và châu Mỹ la tinh.
Nguyên liệu sợi phi gỗ là nguồn sợi thô quan trọng đối với nhiều cơ sở sản xuất bột
giấy đặt biệt là ở châu Á. Tre nứa, mía, đay,… là loại cây sinh trưởng tự nhiên tại các
vùng nhiệt đới, là nguyên liệu có sợi dài được sử dụng nhiều ở các nước Ấn Độ,
Băngladesh và Việt Nam. Tại Trung Quốc hiện nay sợi phi gỗ đang chiếm phần lớn
nguồn nguyên liệu thô của ngành sản xuất bột giấy và giấy.
Các loại sợi tái sinh hiện nay là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất cho ngành giấy
ở các nước đang phát triển. Giấy loại (giấy phế thải) được thu gom, mua bán để sử dụng
cho các mục đích như làm nhiên liệu, vật liệu làm bao bì đóng gói…Ngoài ra việc thu
hồi tái sử dụng giấy loại mang lại những lợi ích tích cực về mặt môi trường.
Các chất phụ gia gồm có: chất trợ bảo lưu (phèn nhôm Al2(SO4)3, nhựa thông, tinh
bột, các polyme tan trong nước hay dùng là polyacrylamid …) có tác dụng làm tăng liên
kết cho sợi giấy. Chất độn (cao lanh, đá vôi,…) lấp vào chỗ trống giữa những xơ sợi làm
trơn mịn bề mặt, cải thiện độ trắng, độ bóng của giấy.

Quy trình sản xuất giấy từ giấy đã qua sử dụng
-

-

-

Tuyển lựa của quy trình tái chế giấy: Để tái chế giấy được thành công thì giấy
thu hồi phải sạch, nên cần phải giữ cho giấy nguyên liệu không lẫn tạp chất và
chất bẩn, như thức ăn thừa, nhựa, kim loại, và nhiều thứ khác…
Thu gom và chuyên chở: Giấy thải được thu gom và đóng thành từng bánh, nén
chặt và được chở tới nhà máy giấy tái chế.
Lưu kho của quy trình tái chế: các bánh giấy thu hồi sẽ được lưu trong kho bãi
cho tới khi được dùng đến. Những chủng loại giấy khác nhau – như giấy báo và
giấy thùng cacton cũ – sẽ được chứa trong những kho riêng, vì các nhà máy giấy
sử dụng những loại giấy thu hồi khác nhau để sản xuất ra các loại giấy tái chế
khác nhau.
Tái tạo bột giấy: Giấy được băng chuyền đưa tới một bể chứa lớn gọi là bể đánh
bột, có chứa nước và hóa chất. Bể đánh bột sẽ cắt giấy thu hồi thành những mảnh
nhỏ. Việc đun nóng hỗn hợp sẽ khiến giấy mau chóng bị cắt nát thành những sợi
cellulose (loại vật liệu cấu thành thực vật) gọi là xơ sợi. Giấy cũ đươc thu hồi sẽ
bị đánh tơi, trở thành một hỗn hợp quánh dẻo gọi là bột. Bột được đẩy tới những

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

-

chiếc sàng có những lỗ và rãnh đủ hình dạng và kích thước; ở đó những mẫu tạp
chất nhỏ như nylon hay băng keo sẽ bị giữ lại, quá trình này được gọi là sàng.
Sau đó bột được tẩy mực, nghiền, tẩy màu và làm trắng.
Xeo giấy và thành phẩm: Bột được đem trộn với nước và hóa chất để đạt tới hỗn
hợp 99,5% nước sẽ được phun liên tục lên một giàn lưới chuyển động rất nhanh
qua máy xeo. Các xơ sợi tái chế sẽ mau chóng quánh lại, tạo thành một tờ giấy
ướt sũng nước. Tờ giấy này sẽ di chuyển thật nhanh qua một loạt những trục ép
giúp vắt nước ra được nhiều hơn. Tờ giấy ướt khi nãy sẽ được cho qua một loạt
những trục lăn bằng kim loại đã được sấy nóng làm tờ giấy khô đi. Nếu muốn
tráng phủ gì đó lên giấy thì hỗn hợp tráng phủ sẽ được đưa vào cuối chu trình
hoặc trong một quy trình khác sau khi giấy đã được xeo xong. Việc tráng phủ là
nhằm mục đích để cho tờ giấy có bề mặt bóng mịn, dễ in. Tờ giấy thành phẩm
sẽ được cuộn vào một trục lăn thật lớn và rời khỏi máy xeo.
Bột nhập, bột thô,
giấy vụn

Bột giấy từ phân
xưởng bột giấy

Đánh rã

Các hợp chất có trong
giấy cũ

Nghiền

Sợi, các chất bẩn hòa
tan

Phẩm màu, cao
lanh, phèn, keo

Phôi chế

Hơi nước từ lò hơi

Xeo giấy

Nước thải có chứa
sợi, hóa chất, phẩm
màu, tạp chất, giấy
vụn, khói thải nhiên
liệu từ lò hơi

Cắt cuộn

Giấy thành phẩm

Hình 1.1 Quy trình sản xuất giấy từ giấy đã qua sử dụng.
Nguồn: Tổng cục môi trường, 2011

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 4

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.1.1.2. Nguồn gốc nước thải
Từ quy trình sản xuất, ta có thể tìm ra nguồn gốc của nước thải trong quá trình sản
xuất bao gồm:
-

Nước thải của quá trình nấu và rửa sau nấu để tái tạo bột giấy.
Nước thải từ công đoạn tẩy giấy.
Nước thải từ quá trình xeo giấy.
Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, rửa sàn.
Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hóa chất từ dịch
đen.

1.1.2. Thành phần ô nhiễm
Thành phần dịch chiết từ gỗ: gỗ chứa 60 - 80% hydrat cacbon gồm xenlulô và
hêmixenlulô, 20 - 40% hợp chất gồm lignin và các chất nhựa và chất mang màu. Thông
thường gỗ cứng chứa khoảng 20%, gỗ mềm chứa 25 - 30% lignin, đây là thành phần
chủ yếu gây khó khăn cho quá trình sản xuất bột giấy. Trong quá trình sản xuất bột hoá,
các chất trích ly có trong gỗ sẽ tan trong dịch đen. Các tác chất độc hại hiện diện trong
nước thải sau giai đoạn sản xuất bột giấy là: Lignin là chất có độ trùng hợp cao ở dạng
vô định, thành phần chủ yếu là các đơn vị phenylpropan nối kết với nhau thành khối
không gian ba chiều. Lignin dễ dị oxy hoá, hoà tan trong kiềm trong dung dịch muối
sunfit hay muối của axit H2SO4 như Ca(HSO3)2 khi đun nóng. Các dẫn xuất từ hợp chất
lignin, axit nhựa, axit béo chưa bão hoà, diterpin rượu… Một phần xenlulô và
hemixenlulô bị thất thoát, chúng không tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu

cơ và bị thuỷ phân trong dung dịch kiềm hay axit loãng khi đun sôi.
Nước thải rửa nguyên liệu bao gồm chất hữu cơ hòa tan, đất đá, thuốc bảo vệ thực
vật, vỏ cây…
Nước thải của quá trình nấu và rửa sau nấu chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan,
các chất nấu và một phần xơ sợi. Nước thải có màu tối nên thường được gọi là dịch đen.
Dịch đen có nồng độ chất khô khoảng 25% đến 35%, tỉ lệ giữa chất hữu cơ và vô cơ
70:30. Thành phần hữu cơ chủ yếu trong dịch đen là lignin hòa tan và dịch kiềm. Ngoài
ra, là những sản phẩm phân hủy hydratcacbon, axit hữu cơ. Thành phần hữu cơ bao gồm
những chất nấu, một phần nhỏ là NaOH, Na2S, Na2SO4, Na2CO3, còn phần nhiều là kiềm
natrisunfat liên kết với các chất hữu cơ trong kiềm.
Nước thải từ công đoạn tẩy của các nhà máy sản xuất bột giấy bằng phương pháp
hóa học và bán hóa chứa các chất hữu cơ, lignin hòa tan và hợp chất tạo thành những
chất đó với chất tẩy ở dạng độc hại. Dòng này có độ màu, giá trị BOD5 và COD cao.
Nước thải từ quá trình nghiền bột và xeo giấy chủ yếu chứa xơ sợi mịn, bột giấy ở
dạng lơ lửng và các chất phụ gia như nhựa thông, phẩm màu, cao lanh.
Dòng thải từ các khâu rửa thiết bị, rửa sàn, dòng chảy tràn có hàm lượng các chất lơ
lửng và các chất rơi vãi.
Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống xử lý thu hồi hóa chất từ dịch đen.
Mức ô nhiễm của nước ngưng phụ thuộc vào loại gỗ, công nghệ sản xuất.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

Nước thải sinh hoạt.
Nước thải từ nhà máy sản xuất giấy thường có những đặc trưng cơ bản sau:
-

Hàm lượng cặn lơ lửng gồm mùn vỏ cây. sợi gỗ và các mảnh vụn cellulose cao.
Hàm lượng BOD5 cao.
Nước thải sau tuyển nổi nhiệt độ còn cao.
Nồng độ Nito, photpho thấp.
Bảng 1.1: Tính chất nước thải của một số nhà máy giấy
Tên nhà máy
STT

Thông số

1

An Bình[1]

Hưng Thịnh[2]

New Toyo
KCN VSIP I[3]

pH

6–9

5–9

6–9

2

BOD5 (mg/L)

3.000

1,500 – 1,700

300

3

COD (mg/L)

5000

2,800 – 3,000

500

4

TSS (mg/L)

3.00

250 - 280

450

5

Tổng Nito
(mg/L)

9

1

6

Tổng Photpho
(mg/L)

2

0,07

[1]

Nguồn: Phòng lab, nhà máy giấy An Bình.

[2]

Nguồn: Phòng lab, công ty giấy Hưng Thịnh.

[3]

Nguồn: Phòng lab, nhà máy giấy NewToyo-KCN VSIP I.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.1.3. Công nghệ xử lý nước thải giấy của một số công ty
Két khí
(bể axit

Nước thải vào

Bổ sung chất
dinh dưỡng

Bể chứa
(bể axit
hóa)

Bể UASB

Bể hiếu khí
bùn hoạt tính

Bể chứa

bùn

Bể lắng

Sục
khí

NT
sau xữ
lý

Bùn tuần hoàn (100%)

Hình 1.2 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải công ty giấy Roemond Hà Lan.
NT1

NT2

NT3

Trạm bơm

O2

Sàng quay

Thu hồi sơ sợi

Lắng sơ cấp
Bổ sung

N, P

Bể UASB

Két khí

Xử lý bùn
Sục khí
Bể bùn hoạt tính

Bể bùn hoạt tính

Lắng thứ cấp

Lắng thứ cấp
Bơm ra sông

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Eerbeck.B.V.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.1.4. Nước thải Công ty TNHH Giấy A.F.C

Nguồn gốc: nước thải phát sinh từ công đoạn sản xuất của nhà máy giấy, trong
đó nguồn ô nhiễm chủ yếu chính là từ công đoạn xeo giấy. Ngoài ra, trong nước thải
sản xuất giấy có một lượng bột giấy đáng kể nên cần tách bỏ trước khi đưa qua hệ
thống xử lý chính trong quy trình công nghệ. Công suất hiện tại của hệ thống là
200m3/ngày.
Bảng 1.2 Thành phần và tính chất nước thải công ty TNHH Giấy AFC

STT

CHỈ TIÊU

ĐƠN VỊ

KẾT QUẢ

1

pH

-

6.5 - 11

2

BOD5

mgO2/l

2000 – 4500

3

COD

mg/l

3500 – 11000

4

TSS

mg/l

800 – 5.000

5

Độ màu

Pt – Co

500 – 6.000

Nguồn: Công ty TNHH Giấy A.F.C, 2017.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

Nguồn thải

Hố thu gom

Bể tuyển nổi

Bể điều hòa

Bể UASB

Bể Aerotank
Tuần
hoàn
bùn

Bùn dư
Bể chứa bùn

Bể lắng 1

Bể trung gian

Bể phản ứng keo tụ

Máy ép bùn
Bể lắng 2

Bể lọc áp lực
Khử trùng
bằng chlorin

Rạch Cầu Suối
QCVN 12-MT : 2015/BTNMT

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải Công ty TNHH Giấy A.F.C.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KỴ KHÍ
1.2.1. Khái niệm cơ bản về quá trình kỵ khí
Phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy chất hữu cơ trong môi trường không có oxi,
ở điều kiện nhiệt độ từ 35 – 650C. Sản phẩm của quá trình phân hủy kỵ khí là khí Biogas,
chủ yếu là CO2 và khí CH4.
Ưu nhược điểm của xử lý sinh học kỵ khí
Ưu điểm:
-

Sinh ra it bùn, khoảng 3 – 20 lần, so với sinh học hiếu khí - Chịu được tải trọng
hữu cơ cao.

-

Tiêu thụ ít chât dinh dưỡng

-

Có thể giữ sinh khối vài tháng mà không cần cung cấp dòng nước thải

-

Tạo ra khí biogas chứa 60 – 75% hàm lượng CH4 là khí đốt có năng lượng cao.

Nhược điểm:
-

Vi sinh vật kỵ khí nhạy cảm và bị ức chế với nhiều chất độc hại.

-

Thời gian khởi đông quá trình chậm khi không đủ bùn cung cấp ban đầu.

-

Có thể phát sinh mùi hôi khó chịu

-

Có thể tạo ra nước thải sau xử lý khó chịu về mặc cảm quan.

-

Không xử lý được nitơ, photpho và sinh vật gây

1.2.2. Các giai đoạn trong quá trình phân hủy kỵ khí
Theo Lê Văn Cát, quá trình phân hủy kỵ khí sẽ diễn ra theo 4 giai đoạn
Giai đoạn thủy phân: các chất hữu cơ phức tạp, như cacbonhydrates, protein và
lipids, được phân hủy thành các chất đơn giản, như monosaccharides, amino acids,
alcohols và fatty acids, với sự thamm gia của loại enzym ngoại bào của các vi khuẩn
thủy phân. Quá trình thủy phân có thể xảy ra với tốc độ chậm, đặc biệt điều kiện nhiệt
độ thấp hơn 20oC.
Giai đoạn axit hóa: Sản phầm từ quá trình thủy phân được vận chuyền vào sâu bên
trong tế bào vi sinh vật. Các amono aicds, monosaccharides và fatty acids sẽ bị chuyển
hóa thành các volatile acids như propionic, butyric và H2, CO2, H2S, NH3.
Giai đoạn acetat hóa: Các sản phẩm hình thành từ quá trình axit hóa sẽ được chuyển
hóa thành axetate, H2 và CO2. Với 70% COD của nguồn được chuyển hóa thành axit
axetic và 30% còn lại của COD với tư cách là chất điện tử được chuyển hóa thành nguyên
tố hydro. Trạng thái hóa trị của chất hữu cơ phân hủy sẽ quyết định sản phẩm hình thành
là khí CO2 hoặc H2

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

Khi y< 2z

Khi y > 2z

Hai quá trình trên thường xảy ra đồng thời nhưng do nguyên tố O thường chiếm số lượng
điện tử trung bình của một nguyên tử carbon trong hợp chất hữu cơ có thể cho thường
lớn hơn 4. Vì vậy, sản phầm của quá trình axetat hóa thường là axit axetic và khí hydro.
Cụ thể:

Giai đoạn metan hóa: metan hóa thường là giai đoạn chậm nhất của quá trình xử lý kỵ
khí. Metan được hình thành do phản ứng của axit axetic hoặc do khử khí carbonic với
hydro được thực hiện bởi hai loại vi sinh acetorophic và hydrogenotrophic.
Loại acetotrophic thường đóng vai trò quyết định tốc độ của quá trình, vì loại
hydrogenotrophic có tốc độ phát triển nhanh hơn.

Từ cơ chế phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí cho thấy:
-

Thành phần chuyển hóa COD thành hydro trong quá trình axit hóa và tạo khí
metan chỉ có 30% thông qua nhóm vi sinh hydrotrophic. Để đạt hiệu quả xử lý
COD cao phải tạo điều kiện phát triển thuận lợi cho vi sinh acetogenotrophic.

-

Trong giai đoạn axit hóa hình thành nhiều axit dễ bay hơi và các hợp chất trung
gian có tính axit, pH môi trường sẽ giảm. Chủng vi sinh tạo metan phát triển mạnh
trong môi trường trung tính, vì vậy khí lượng acid sinh ra dư thừa so với lượng

tiêu thụ cho phản ứng tạo metan thì nồng độ VFA cao, pH giảm và vi khuẩn metan
hóa hoạt động kém hơn.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

GIAI ĐOẠN

LOẠI VI KHUẨN
VẬT CHẤT

VẬT CHẤT HỮU CƠ

PROTEINS

HYDROCARBON

LIPIDS

Vi khuẩn lipolytic,
proteolytic và
cellulytic

Thủy
phân
ACID AMIN / ĐƯỜNG

Acid hóa

Vi khuẩn lên men
ACID BÉO

Vi khuẩn tạo khí
H2

Acetic
hóa
ACETATE / H2

Methane
hóa

Vi khuẩn methane
hóa
CH4/CO2

Hình 1.5 Sơ đồ chuyển hóa vật chất trong điều kiện kỵ khí.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 12

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.2.3. Các nhóm vi sinh vật tham gia quá trình xử lý kỵ khí
Nhóm vi khuẩn thủy phân - Hydrolytic bacteria (chiếm hơn 50% tổng số vi sinh vật)
Nhóm này phân hủy các phân tử hữu cơ phức tạp( Protein, Cellulose, Lignin, Lipids )
thành những đơn phân tử hòa tan như Acid amin, Glucose, Acid béo, Glycerol. Những
đơn phân tử này sẽ được nhóm vi khuẩn thứ hai trực tiếp sử dụng ngay. Quá trình thủy
phân được xúc tác bởi các enzym ngoại bào như Cellulose, Protease, Lipase. Tuy nhiên
quá trình thủy phân xảy ra tương đối chậm và có thể giới hạn khả năng phân hủy kỵ khí
của một số chất thải nguồn gốc cellulose, có chứa lignin.
Nhóm vi khuẩn lên men acid - Fermentative bacteria
Acetate là sản phẩm chính của quá trình lên men carbonhydrat. Các sản phẩm được tạo
thành rất khác nhau tùy theo loại vi khuẩn và các điều kiện nuôi cấy (nhiệt độ, pH, thế
oxy hóa).
Nhóm vi khuẩn acetic - Acetogenic bacteria
Nhóm này gồm các vi khuẩn như Syntrobacter và Syntrophomonas wolfei có chức năng
chuyển hóa acid béo, alcol thành acetate, CO2 và H2
Nhóm vi khuẩn metan – Methanogens
Nhóm ví khuẩn metan bao gồm cả gram âm và gram dương với các hình dạng rất khác
nhau. Vi khuẩn metan tăng trưởng chậm trong nước thải và thời gian thế hệ của chúng
thay đổi từ 3 ngày ở 35oC và lên đến 50 ngày ở 10oC.
 Vi khuẩn metan được chia thành 2 nhóm phụ:
 Nhóm vi khuẩn metan hydrogennotrophic sử dụng hydrogen hóa tự dưỡng,
chuyển hóa hydro và CO2 thành mê tan. Nhóm này giúp duy trì áp suất riêng
phần thấp cần thiết để chuyển hóa acid bay hơi và alcol thành acetate.
 Nhóm vi khuẩn metan acetotrophic, còn gọi là vi khuẩn phân giải acetate,
chúng chuyển acetate thành metan và CO2.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

Bảng 1.3 Chức năng của một số loại vi khuẩn
Vi khuẩn

Chức năng

Fibrobacter
succinogenes

Phân hủy các
phân tử hữu cơ
phức tạp(
Protein,
Cellulose,
Lignin, Lipids )
thành những đơn
phân tử hòa tan
như Acid amin,
Glucose, Acid
béo, Glycerol

2

Staphylococcus

Chuyển hóa axit
béo, alcol thành
acetate, CO2, H2
trong giai đoạn
acetat hóa

5

Methannococcus

STT

1

6

Methannosacrina

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Hình ảnh tham khảo

Thuộc nhóm vi
khuẩn metan

acetotrophic có
chức năng phân
giải acetat
chuyển acetat
thành metan và
CO2

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí
1.2.4.1. Tính chất của chất nến
Hàm lượng tổng chất rắn (TS) quá cao không đủ hòa tan các chất cũng như không
đủ pha loãng các chất trung gian khiến cho hiệu quả sinh khí giảm. Hàm lượng tổng chất
rắn bay hơi (VS) thể hiện bản chất của chất nền, như chất dễ phân hủy và chất khó phân
hủy chiếm nhiều hay ít.
1.2.4.2. Các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng
Các chất đa lượng cần thiết cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật kỵ
khí gồm N và P là chủ yếu. Các chất vi lượng như: Ba, Ca, Mg, Na, Co, Ni, Fe, H2S và
một số nguyên tố dạng vết gồm Se, Tu, Mo,… cần có mặt trong enzym. Các nguyên tố
vi lượng có tác dụng kích thích sự trao đổi chất ở vi sinh vật.
1.2.4.3. Nhiệt độ
Quá trình phân hủy kỵ khí có diễn ra ở vùng nhiệt độ khá rộng và mỗi vùng lại thích
hợp cho từng nhóm vi sinh vật khác nhau, như ở vùng ấm 35 - 40oC có vi khuẩn kị khí
mesophilic, ở vùng chịu nhiệt 55oC có vi khuẩn thermophilic, ở vùng nhiệt độ < 100C
thì vi khuẩn tạo metan hầu như không hoạt động. Có thế thấy, vi khuần metan đặc biệt

có thề hoạt động tốt ở nhiết độ ưu ấm 35oC và hiếu nhiệt 550C.
Bảng 1.4 So sánh phân hủy kỵ khí ở khoảng nhiệt độ ưu ấm và hiếu nhiệt
Ưu ấm

Hiếu nhiệt

•

Tốc độ phân hủy chậm hơn do đó thể
tích bể phân hủy lớn hơn

•

Tốc độ phân hủy nhanh hơn do đó thể
tích bể nhỏ hơn

•

Bùn sau xử lý có độ ẩm cao hơn

•

Bùn sau xử lý có độ ẩm thấp hơn

•

Khả năng tiêu diệt vi khuẩn thấp

•

Khả năng tiêu diệt vi khuẩn tốt

•

Khả năng tích tụ axit do phân hủy ít
xảy ra

•

•

Khoảng nhiệt độ dao động là 2,80C

Tốc độ phân hủy nhanh nên khả năng
tích tụ axit làm pH giảm, do đó đòi hỏi
bổ sung chất kiềm

•

Chỉ đòi hỏi gia nhiệt ở vùng lạnh

•

Khoảng nhiệt độ cho phép dao động là
0,80C

•

Phải có biện pháp duy trì nhiệt độ
thường xuyên.

Nguồn: [1]
Từ các kết quả đánh giá cho thấy khoảng nhiệt độ tối ưu cho quá trình xử lý kỵ khí
là 30 – 40oC.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.2.4.4. pH
Đối với nước thải mới nạp vào thì nhóm vi sinh vật axit hóa thích nghi hơn nhóm vi
khuẩn metan hóa, nên pH có thể giảm mạnh (pH < 6) sẽ làm cho khí metan giảm đi.
Khoảng pH tối ưu từ 6,5 – 8,5.
1.2.4.5. Các chất gây độc
Vi sinh vật kỵ khí có thể bị ảnh hưởng bởi các chất có mặt trong nước thải, đặc biệt
là khí O2. Các chất như SO2, H2S gây độc cho vi khuẩn kỵ khí; còn NH4+ gây ức chế cho
quá trình kỵ khí và S2- được coi là chất gây ức chế cho quá trình metan hóa. Cả kim loại
nặng và kim loại nhẹ đều là chất dinh dưỡng nếu ở nồng độ vừa đủ và sẽ là chất độc nếu
nồng độ của chúng vượt quá ngưỡng cho phép.
Nguyên tố đa lượng N là thành phần dinh dưỡng quan trọng, nhưng khí nước thải
đầu vào có nhiều nitơ sẽ tạo ra lượng lớn NH4+ và NH3; trong đó, NH4+ là chất dinh
dưỡng cho vi sinh vật sử dụng, cho dù nồng độ lên đến 9000 mg/l, còn NH3 lại là chất
gây ức chế và gây độc cho quá trình phân hủy ở nồng độ khoảng 100 mg/l; theo Ye Chen
(2007) thì nguyên nhân là do NH3 có khả năng xuyên qua màng vi sinh một cách thụ

động gây mất cân bẳng proton và thiếu hụt Kali. Trong điều kiện nhiệt độ từ 25 – 350C,
nồng độ tổng amoni (NH4+ và NH3) có thể lên đến 10.000 mg/l và nồng độ NH3 trong
đó vẫn thấp hơn 100 mg/l khi pH = 7; còn khí nồng độ tổng lên đến 2000 mg/l thì nồng
độ NH3 có thể ở mức gây độc khi pH = 7,5 – 8.
1.3. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ CÔNG NGHỆ KỴ KHÍ
1.3.1. UASB (upflow anaerobic sludge blanket)
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là công trình xử lý sinh học kỵ khí được
sử dụng rộng rãi nhất trong xử lý nước thải bia. UASB được thiết kế cho nước thải có
nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức thấp nhất là 100mg/l; nếu SS>3000mg/l thì
không thích hợp để xử lý bằng công nghệ UASB. Cấu tạo của bể UASB thông thường
bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha. Thiết bị này
hoạt động theo nguyên tắc nước thải được đưa vào từ phía dưới của thiết bị phản ứng,
chảy ngược lên qua lớp bùn kỵ khí. Bên trên lớp bùn là vùng đệm, giữ vi sinh vật, tại
vùng đệm xảy ra quá trình thủy phân chất hữu cơ và quá trình lên men các sản phẩm
thủy phân thành các axit dễ bay hơi, axeton, rượu.v.v. Biogas được tạo thành sẽ tạo ra
hỗn hợp khí – lỏng – rắn (bùn) khiến cho bùn trở thành những hạt lơ lửng. Do vận tốc
dòng chảy ngược và do một số bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt
hỗn hợp phía trên bể, khi đó các bọt khí bị vỡ và hạt bùn được tách ra lại lắng xuống
dưới nằm lại trong thiết bị, nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý
tiếp theo.
Ưu điểm của công nghệ UASB
-

Không tốn nhiều năng lượng.

-

Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp.

-

Tạo ra lượng bùn có hoạt tính cao nhưng lượng bùn sản sinh không nhiều, giảm
chi phí xử lý.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

-

Loại bỏ chất hữu cơ với lượng lớn, hiệu quả. Xử lý BOD trong khoảng 600 ÷
15000 mg/l đạt từ 80-95%.

-

Có thể xử lý một số chất khó phân hủy.

-

Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống.

Nhược điểm của công nghệ UASB
-

Giai đoạn khởi động kéo dài.

-

Dễ bị sốc tải khi chất lượng nước đầu vào biến động.

-

Quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm soát.

-

Bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại.

-

Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động.

-

Cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm diện tích công trình.
Bảng 1.5 Số liệu kỹ thuật từ kết quả vận hành bể UASB
Thời gian
lưu nước

Tải trọng

trong bể
Giờ

(kgCOD/m3
ngày)

500 – 800

4 -10

4 – 10

20000

5 – 10

14 – 15

Chế biến bột khoai tây

4500 – 7000

5 – 10

8–9

Chế biến sữa

3000 - 3400

5 - 10

12

Nguồn nước thải

Nước thải sinh hoạt
Nhà máy rượu, men rượu

Hàm lượng
COD đầu
vào (mg/l)

COD

Hiệu
quả
khử
COD
(%)

70 – 75 60
75 – 80
80

Nguồn: [2]

1.3.2. Lọc kỵ khí (AF – anaerobic filter)
Công nghệ lọc kỵ khí AF thường được dùng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu
cơ rất cao. Nước thải được đưa vào bể lọc kỵ khí sẽ được phân phối đều theo diện tích
đáy bể, nước đi từ dưới lên và qua lớp vật liệu lọc; từ đó, các chất hữu cơ sẽ được giữ
lại tại lớp lọc và trên bề mặt lớp lọc hình thành các lớp màng vi sinh vật. Vật liệu lọc có
thể là dạng tấm, vật liệu hạt,…

1.3.3. Tiếp xúc kỵ khí (AC – anaerobic contract)
Công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh
bùn tuần hoàn. Cơ chế hoạt động của bể là nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với
dòng tuần hoàn và sau đó được phân hủy trong bể phản ứng kín, không có oxi. Sau phản
ứng thì hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng để loại bỏ bùn trong dòng ra.
SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

Công nghệ AC sẽ duy trì SRT mong muốn, bằng cách điều chỉnh tốc độ bùn thải bỏ.
SRT thường từ 10 – 20 ngày. Nồng độ chất rắn lơ lửng trong bể có thể từ 4 – 6 gVSS/l
và cao từ 25 – 30 gVSS/l, phụ thuộc vào khả năng lắng của bùn.
1.3.4. Kỵ khí đệm giản nở FBR (fluidized bed reactor), EBR (Expanded bed
reactor)
Các vi sinh vật dính bám trên các chất mang (thường là các hạt lơ lửng với đường kính
0.2 – 0.5 mm) sẽ được xáo trộn đều khắp nhờ tốc độ dòng nước thải chảy ngược thích
hợp, làm dãn nở lớp giá thể. Trong hệ thống bể phản ứng kỵ khí có đệm dãn nở, tốc độ
dòng chảy ngược đủ lớn đển ngăn sự gắn kết sinh khối của các hạt mang này, do thể tích
đệm được tăng lên khoảng 15 – 30% so với thể tích thực của nó.
Khác với các bể kỵ khí chỉ dùng vi sinh trong bùn, bể FBR/EBR chủ yếu là dùng giá
thể để làm chất mang cho vi sinh phát triển. Dòng tuần hoàn nước thải đầu ra dùng để
tạo vận tốc đi lên lớn, giúp cho sự dãn nở của lớp đệm và sinh khối dính bám trên chất
mang được giữ lơ lững; bể EBR vận hành với vận tốc dòng lên khoảng 2 m/h và lớp
dệm dãn nở 20%, còn bể FBR vận hành với vận tốc dòng lên khoảng 20 m/h và lớp vạt

liệu điệm dãn nở khoảng 100% thể tích. Do vận tốc dòng lên lớn nên sinh khối lơ lững
sẽ dễ dàng trôi ra ngoài.
Các vật liệu đệm khác được sử dụng trong bể FBR bao gồm cát, diatomit, nhựa trao
đổi ion và than hoạt tính. Bể FBR kỵ khí thích hợp cho các nước thải có chứa COD hòa
tan cao vì khả năng lưu giữ bùn thấp và biofilm ở dạng màng mỏng. Để duy trì bùn thải
bỏ, do biofilm bong tróc đến mức tối thiểu, bằng cách kiểm soát biofilm có trong bể
phản ứng. Khi sinh khối tích lũy trong lớp đệm tăng thì chùng có khả năng di chuyển
đến đỉnh của bể phản ứng, do sự giảm tỷ trọng. Để xử lý trường hợp này, các chất mang
nổi lên sẽ được mang đi phân tách sinh khối và rồi được đưa trở lại bể.
Bể FBR phải được khởi động một cách cẩn thận, chọn tốc độ dòng nước cao hơn ở lần
đầu tiên cho vi khuẩn dính bám lên lớp đệm dễ dàng hơn dưới điều kiện xáo trộn cao,
thời gian khởi động phải mất 3 – 6 tháng.
 Ưu điểm của công nghệ FBR/EBR
-

Hàm lượng sinh khối cao và thời gian lưu bùn SRT dài - Thể tích bể phản ứng
nhỏ do tải trọng hữu cơ cao.

-

Đầu ra đạt chất lượng cao, thường tốt hơn các quá trình kỵ khí tải trọng cao.

-

Vận hành không phụ thuộc vào sự phát triển của bùn lắng.

-

Điều kiện khuấy trộn tốt.

 Nhược điểm của công nghệ FBR/EBR
-

Thời gian khởi động lâu

-

Đòi hỏi năng lượng cao cho lớp đệm giản nở

-

Không phù hợp đối với các loại nước thải có chất rắn lơ lững cao.

-

Thiết bị tương đối phức tạp hơn các quá trình tải trọng cao khác. - Đòi hỏi kiểm
soát quá trình nhiều - Chi phí chất mang cao.

SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 18


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải giấy bằng công nghệ kỵ khí UASB kết hợp Swim-bed với giá thể Biofringe quy mô
phòng thí nghiệm

1.4. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KỴ KHÍ UASB KẾT HỢP SWIMBED SỬ
DỤNG GIÁ THỂ BIOFRINGE

1.4.1. Công nghệ Swim-bed
Là một công nghệ mới đang được nghiên cứu và ứng dụng trong những năm gần đây
trên thế giới, đặc biệt là ở Nhật Bản. Công nghệ này là sự kết hợp các điều kiện thuận
lợi của quá trình bùn hoạt tính truyền thống và bể lọc sinh học. Sử dụng giá thể sinh học
là Biofringe (BF), giá thể được thiết kế có bề mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofilm
dính bám trên bề mặt của giá thể, tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật khi
những giá thể này lơ lửng trong nước và tiếp xúc với chất dinh dưỡng, từ đó giúp chuyển
hóa các chất ô nhiễm có trong nước thải. Giá thể BF được làm từ sợi acrylic thấm nước
tốt, diện tích bề mặt lớn. Các sợi này được dệt thành từ các sợi nhỏ, sau đó kết lại theo
dạng xương cá làm tăng khả năng co giãn và chịu lực. Cấu trúc xương cá của BF chia
làm 2 loại: Sợi dọc (Warp thread) được làm bằng các sợi Polyester; sợi ngang (Weft
thread) làm bằng acrylic rất ưa nước do đó bùn có thể dễ dàng và nhanh chóng được
dính bám vào .

Hình 1.6 Cấu trúc của giá thể Biofringe.
Nguồn [3]
1.4.2. Công nghệ kỵ khí UASB kết hợp công nghệ Swim-bed với giá thể
Biofringe
Hiện nay hầu hết trên thế giới và ở Viêt Nam, công nghệ swim-bed với giá thể
biofringe chủ yếu được sử dụng và nghiên cứu trong các công trình sinh học hiếu khí và
thiếu khí. Về phần kỵ khí thì người ta chưa đi sâu vào nghiên cứu và phát triển phổ biến.
Qua quan sát từ những mô hình công nghệ Swim-bed hiếu khí và thiếu khí trong thực tế
SVTH: Trần Nguyễn Anh Vinh.
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm.

Trang 19