nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng mô hình mbbr (moving bed bioreactor) hiếu khí quy mô phòng thí nghiệm

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................3
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................6
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................8
1.Đặt vấn đề .....................................................................................................................8
2.Mục tiêu nghiên cứu .....................................................................................................9
3.Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................................9
4.Nội dung của luận văn ..................................................................................................9
5.Ý nghĩa của đề tài .......................................................................................................10
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ................................................................11
1.1.Tổng quan về nước thải ngành chế biến cồn rượu ..................................................11
1.2.Các phương pháp xử lý nước thải cồn rượu ............................................................17
1.3.Tổng quan về các phương pháp xử lý sinh học .......................................................21
1.4.Tổng quan về công nghệ MBBR .............................................................................34
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................44
2.1.Vật liệu nghiên cứu..................................................................................................44
2.2.Sơ đồ nghiên cứu .....................................................................................................46
2.3.Mô hình nghiên cứu.................................................................................................47
2.4.Nguyên tắc hoạt động của mô hình .........................................................................50
2.5.Quá trình nghiên cứu ...............................................................................................50
2.6.Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu..................................................................51
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................52
3.1.Kết quả vận hành mô hình MBBR hiếu khí ở giai đoạn thích nghi ........................52
3.2.Kết quả vận hành mô hình MBBR hiếu khí ở giai đoạn vận hành..........................56
3.2.1.Kết quả thí nghiệm vận hành ở các tải trọng khác nhau ......................................56

3.2.2.Nhận xét kết quả thí nghiệm vận hành qua từng tải trọng ...................................57
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

3.2.2.1.Nhận xét kết quả thí nghiệm ở tải trọng OLR = 0.8; OLR = 1.0
kgCOD/m3.ngày ............................................................................................................57
3.2.2.2.Nhận xét kết quả thí nghiệm ở tải trọng OLR = 1.2; OLR = 1.6; OLR = 1.8;
OLR = 2.4 kgCOD/m3.ngày ..........................................................................................59
3.2.3.Kết luận về hiệu quả làm việc của mô hình MBBR hiếu khí ...............................65
3.3. Kết quả xử lý COD, TKN và TP của công nghệ MBBR kỵ khí nối tiếp hiếu khí .73
3.3.1. Kết quả xử lý COD, TKN, TP .............................................................................73
3.3.2. Kết luận về hiệu quả làm việc của công nghệ MBBR kỵ khí nối tiếp hiếu khí ..74
3.4.Những vấn đề gặp phải khi vận hành ......................................................................75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................77
Kết luận..........................................................................................................................77
Kiến nghị .......................................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................79
PHỤ LỤC BẢNG .........................................................................................................81
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................92

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn rượu từ nguyên liệu tinh bột .........................13
Hình 1.2. Mô hình xử lý nước thải sản xuất cồn rượu ..................................................21
Hình 1.3. Ảnh hưởng của tỉ số BOD: N và thời gian lưu bùn đối với tỉ lệ loại bỏ Nitơ
.......................................................................................................................................30
Hình 1.4. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR .............................................................35
Hình 1.5. Các loại giá thể phổ biến trên thị trường .......................................................37
Hình 1.6. Màng cắt lớp màng vi sinh vật trên giá thể K1 .............................................38
Hình 2.1. Giá thể Kaldnes loại K3 ................................................................................45
Hình 2.3. Bùn hoạt tính hiếu khí lấy từ nhà máy Heniken ............................................45
Hình 2.4. Mô hình MBBR hiếu khí dự tính ..................................................................47
Hình 2.5. Mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí dự tính..............................48
Hình 2.6. Mô hình MBBR kỵ khí nối tiếp MBBR hiếu khí thực tế ..............................49
Hình 3.1. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý ở giai đoạn thích nghi ..............53
- Mô hình MBBR hiếu khí.............................................................................................53
Hình 3.2. Nồng độ TKN và hiệu suất xử lý COD trong thí nghiệm ở giai đoạn thích
nghi ................................................................................................................................54
Hình 3.3. Nồng độ TP và hiệu suất xử lý COD trong thí nghiệm ở giai đoạn thích nghi
.......................................................................................................................................54
Hình 3.4. Nồng độ BOD và COD ở giai đoạn thích nghi .............................................55
Hình 3.5. Giá thể sau khi vận hành ...............................................................................55
Bảng 3.2. Giá trị phân tích các chỉ tiêu (pH, COD, TKN, TP) ở tải trọng 0.8 và 1.0
kgCOD/m3.ngày ............................................................................................................56

Hình 3.6. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý trong thí nghiệm ở tải trọng OLR
= 0.8 kgCOD/m3.ngày ...................................................................................................57
Hình 3.7. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý trong thí nghiệm ở tải trọng OLR
= 1.0 kgCOD/m3.ngày ...................................................................................................58
Hình 3.8. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý trong thí nghiệm ở tải trọng OLR
= 1.2 kgCOD/m3.ngày ...................................................................................................60
Hình 3.9. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý trong thí nghiệm ở tải trọng OLR
= 1.6 kgCOD/m3.ngày ...................................................................................................61
Hình 3.10. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý trong thí nghiệm ở tải trọng OLR
= 1.8 kgCOD/m3.ngày ...................................................................................................62
Hình 3.11. Biến thiên nồng độ COD và hiệu quả xử lý trong thí nghiệm ở tải trọng OLR
= 2.4 kgCOD/m3. Ngày .................................................................................................63
Hình 3.13. Biểu đồ biểu diễn diễn biến nồng độ và hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn vận
hành ...............................................................................................................................66
Hình 3.15. Biểu đồ biểu diễn nồng độ và hiệu quả xử lý TKN trong quá trình vận hành
.......................................................................................................................................68
Hình 3.16. Biểu đồ thể hiện giá trị nồng độ BOD ở tất cả các tải trọng ......................69
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Hình 3.17. Biểu đồ biểu diễn giá trị trung bình nồng độ COD giai đoạn vận hành ......70
Hình 3.18. Biểu đồ biểu diễn giá trị trung bình nồng độ TKN giai đoạn vận hành ......70
Hình 3.19. Biểu đồ biểu diễn giá trị trung bình nồng độ TP giai đoạn vận hành..........71

Hình 3.20. Biểu đồ thể hiện hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn kị khí nối tiếp hiếu khí
.......................................................................................................................................73
Hình 3.21. Biểu đồ thể hiện nồng độ TKN ở giai đoạn kị khí nối tiếp hiếu khí ...........73
Hình 3.22. Biểu đồ thể hiện nồng độ TP ở giai đoạn kị khí nối tiếp hiếu khí ...............74
Hình H1. Phòng thí nghiệm Môi trường _Nơi phân tích các chỉ tiêu của mẫu thí nghiệm
.......................................................................................................................................92
Hình H2. Trữ mẫu thí nghiệm .......................................................................................92
Hình H3. Lấy mẫu thí nghiệm (nước thải sản xuất cồn rượu) ......................................93
Hình H4. Bơm định lượng và Sục khí trong bể MBBR hiếu khí ..................................93
Hình H5. Đang tiến hành phân tích mẫu thí nghiệm .....................................................94
Hình H6. Tiến hành phân tích chỉ tiêu COD, BOD, TKN, TP......................................95

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của Nitơ trong nước .............................24
Bảng 1.2. Thông số các loại giá thể...............................................................................36
Bảng 2.1. Thông số của mẫu nước thải cồn rượu đầu vào cho mô hình thí nghiệm .....44
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật mô hình MBBR kỵ khí và MBBR hiếu khí ...................49
Bảng 2.3. Phương pháp và thiết bị phân tích một số chỉ tiêu .......................................51
Bảng 3.1. Giá trị kết quả phân tích các chỉ tiêu (pH, COD, TKN, TP) của thí nghiệm
thích nghi - Mô hình MBBR hiếu khí ............................................................................53

Bảng 3.2. Giá trị phân tích các chỉ tiêu (pH, COD, TKN, TP) ở tải trọng 0.8 và 1.0
kgCOD/m3.ngày ............................................................................................................56
Bảng 3.3. Giá trị kết quả phân tích các chỉ tiêu (pH, COD, TKN, TP) của các tải trọng
1.2; 1.6; 1.8; 2.4 kgCOD/m3.ngày .................................................................................59
Bảng 3.4. Giá trị phân tích của các chỉ tiêu (pH, COD, TKN, TP) ở giai đoạn MBBR kỵ
khí nối tiếp MBBR hiếu khí ..........................................................................................74
Phụ lục 1: Bảng tổng hợp số liệu nghiên cứu nước thải cồn rượu bằng mô hình MBBR
hiếu khí giai đoạn vận hành: ..........................................................................................81
Phụ lục 2: Bảng giá trị trung bình ở giai đoạn vận hành mô hình MBBR hiếu khí ......88
Phụ lục 3: Bảng tổng hợp số liệu MBBR kị khí kết hợp hiếu khí .................................90
Phụ lục 4: Bảng giá trị trung bình ở giai đoạn vận hành của mô hình MBBR kỵ khí nối
tiếp hiếu khí ...................................................................................................................91

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TÊN ĐẦY ĐỦ

KÝ HIỆU
BOD

Biological oxygen demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Chemical oxygen demand

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Dissolved oxygen

Nồng độ oxy hòa tan

F/M

Food/microorganism

Tỷ lệ chất hữu cơ/lượng vi sinh
vật

HRT

Hydrolic retention time

Thời gian lưu nước

IFAS

Integrated fixed-film activated
sludge

Công nghệ kết hợp đồng thời 2 kỹ
thuật xử lý bằng vi sinh

Internal recycle

Hệ số tuần hoàn nội bộ

Organic loading rate

Tải trọng chất hữu cơ

Moving bed biofilm reactor

Bể phản ứng màng sinh học dính
bám trên giá thể lơ lửng

MBR

Membrance bioreactor

Bể phản ứng sinh học màng

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solid

Nồng độ chất rắn trong hệ bùn

lỏng

MLVSS

Mixed Liquor Volatile
Suspended Solid

Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi
trong hệ bùn lỏng

N-NH4+

Nitơ ammonia

N-NO2

Nitơ nitrit

N-NO3

Nitơ nitrat

PAOs

Phosphat accumulating
organisms

IR
OLR
MBBR

QCVN
SRT
SS

Vi sinh vật tích lũy Phosphat
Quy chuẩn Việt Nam

Sludge retention time

Thời gian lưu bùn

Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

SVI

Sludge Volume Index

TCVN

Chỉ số thể tích bùn
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tổng Nitơ Kjeldahl

TKN
TN

Tổng Nitơ

TP

Tổng Phospho

TS

Tổng chất rắn của màng biofilm

UASB

Up-flow Anaerobic Sludge
Blanket

Bể phản ứng dòng chảy ngược
qua tầng bùn kỵ khí
Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa
Kỳ

US.EPA

VFA

Volatile fatty acids

Acid béo dễ bay hơi

VSS

Volatile Suspended Solid

Chất rắn lơ lửng bay hơi

WEF

Water Environment Federation

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Môi trường và ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề được các nước trên thế giới
quan tâm khá đặc biệt. Bảo vệ môi trường đã trở thành vấn đề toàn cầu, là quốc sách của

hầu hết các quốc gia trên thế giới.
Trong vài thập niên trở lại đây, môi trường và các ảnh hưởng của nó đến cuộc sống
con người đang diễn biến theo chiều hướng xấu đi. Nguồn gốc mọi sự biến đổi này là
do các hoạt động kinh tế, phát triển của xã hội loài người. Các hoạt động này một mặt
làm cải thiện chất lượng sống con người, mặt khác lại đang tạo ra hàng loạt khan hiếm,
cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, gây ô nhiễm, suy thoái môi trường khắp nơi trên
thế giới.
Việt Nam là một trong những nước đang đứng trước sự suy thoái môi trường trầm
trọng. Có thể nói, việc bảo vệ môi trường ở Việt Nam chỉ mới trong giai đoạn đầu, phần
lớn các quy trình cũng như thiết bị công nghệ còn lạc hậu, sản xuất gia tăng nhưng yếu
tố môi trường chưa được chú trọng. Chính những điều này đã dẫn đến sự xuống cấp liên
tục của môi trường: ô nhiễm môi trường nước, chất lượng không khí suy giảm, diện tích
đất nông lâm nghiệp thu hẹp…
Trước thực trạng ô nhiễm môi trường và sức ép của chính quyền, của các cộng
đồng dân cư, nhiều khu công nghiệp (KCN), khu chế xuất (KCX), nhà máy, xí nghiệp
đã có những biện pháp và phương hướng để giảm lượng chất thải hoặc xử lý chúng trước
khi thải vào môi trường. Tuy nhiên, theo thống kê của Cục Cảnh sát môi trường cho
biết tới cuối năm 2008 chỉ có 60/219 KCN-KCX trên cả nước đã được thành lập có nhà
máy xử lý nước thải. Nhiều nơi có đầu tư hệ thống xử lý nước thải nhưng thực tế các hệ
thống này không hoạt động do không có kinh phí hoặc vì nhiều lý do mà cơ sở không
đấu nối vào hệ thống xử lý nước thải.
Ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp cồn rượu nói riêng
có những bước phát triển nhanh đem lại những giá trị to lớn về mặt kinh tế. Nhưng rất
nhiều công ty, nhà máy sản xuất cồn rượu ở nước ta vẫn chưa có hệ thống xử lí môi
trường. Kéo theo đó là những vấn đề về môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môi trường
nước nghiêm trọng. Nước thải công nghiệp rượu rất lớn: 1 lít cồn thành phẩm có tới 15
lít nước thải. Kèm theo đó là nhu cầu xử lý nước thải công nghiệp tăng cùng với sự giới
hạn diện tích mặt bằng xây dựng đã thúc đẩy việc nghiên cứu các công nghệ mới sử
dụng ít mặt bằng hơn cho việc xây dựng hệ thống nước thải.

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Kết hợp với nhu cầu thực tế và khắc phục yếu điểm của các phương pháp trước
đây, luận văn này tiến hành “Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình
MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng thí nghiệm”.
So với quá trình bùn hoạt tính thì quá trình diễn ra trong bể MBBR có khả năng
loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn do chuỗi thức ăn dài trong lớp màng hình thành trên giá
thể lơ lửng trong bể có số lượng nhiều và phong phú các loài như: protozoa, metozoa,
vi khuẩn và nấm. Khả năng xử lý trên một đơn vị thể tích bể cao hơn quá trình bùn hoạt
tính thông thường do số lượng sinh khối trên mỗi đơn vị thể tích của màng vi sinh cao
hơn. Nhờ quá trình tạo màng liên tục và loại bỏ phần vi sinh già chết ở phía ngoài, điều
này làm cho trẻ hóa năng lượng, vi sinh mới nhanh chóng phát triển. Lượng bùn dư sinh
ra ít hơn quá trình bùn hoạt tính. Bên cạnh đó, công nghệ này có khả năng chịu sự biến
đổi về thủy lực và tải trọng cao hữu cơ cao. Do đó việc đề xuất sử dụng bể MBBR có
thể ứng dụng trong điều kiện diện tích xử lý hạn hẹp với chi phí xử lý ít tốn kém là cần
thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải cồn rượu bằng mô hình MBBR
(Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng thí nghiệm với các tải trọng hữu cơ
khác nhau.
3. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện ở phòng thí nghiệm và phòng cấp thoát nước trên mô

hình gồm MBBR kỵ khí và MBBR hiếu khí. Nước thải được sử dụng trong nghiên cứu
này được lấy từ Công ty chế biến rượu Công ty TNHH Tanaka, địa chỉ tại Đường 6,
Khu Chế Xuất Tân Thuận, P. Tân Thuận Đông, Q. 7, Tp. Hồ Chí Minh (TPHCM).
4. Nội dung của luận văn
 Tổng quan thành phần, tính chất và các phương pháp xử lý nước thải phát sinh
từ quá trình chế biến cồn rượu.
 Tổng quan công nghệ Bể phản ứng sinh học giá thể lơ lửng – MBBR hiếu khí.
 Nghiên cứu – Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến bằng quá trình MBBR
hiếu khí với các tải trong hữu cơ khác nhau 0.4; 0.8; 1.0; 1.2; 1.6; 1.8; và 2.4 trên
quy mô phòng thí nghiệm.
 Nghiên cứu – Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến bằng quá trình MBBR
kỵ khí kết hợp MBBR hiếu khí với thời gian lưu tối ưu trong xử lý nước thải chế
biến cồn rượu.
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

 Kết luận và kiến nghị.
5. Ý nghĩa của đề tài
Công nghệ MBBR hiện nay chưa được áp dụng nhiều và vẫn còn là công nghệ khá
mới ở Việt Nam. Công nghệ MBBR có nhiều ưu điểm hơn so với công nghệ xử lý bằng
bùn hoạt tính, đặc biệt là tải trọng hữu cơ và hiệu quả xử lý cao, thời gian lưu nước ngắn,
do đó sẽ làm giảm diện tích mặt bằng xây dựng bể. Đề tài mở ra một hướng đi cụ thể
cho việc xử lý nước thải chế biến rượu dựa trên tiêu chí công nghệ xử lý đơn giản, nhỏ

gọn, dễ vận hành phù hợp với điều kiện ở Việt Nam, nhất là đối với những nhà máy, xí
nghiệp hoạt động trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả của đề tài nghiên cứu
có thể triển khai áp dụng rộng rãi đối với nước thải chế biến cồn rượu và tạo điều kiện
thuận lợi cho những đề tài nghiên cứu xử lý các loại nước thải khác bằng công nghệ
MBBR.
Do đó, đây là một đề tài hoàn toàn mới và có tính thực tiễn rất cao.

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nước thải ngành chế biến cồn rượu
1.1.1. Tổng quan về ngành chế biến cồn rượu
Đã từ rất xa xưa, rượu là một thức uống quen thuộc với người Việt Nam chúng ta.
Buồn cũng uống rượu, vui cũng uống rượu, rượu như đi sâu vào câu chuyện lịch sử, đời
sống văn hóa, kể cả tâm linh. Do tác động quá lớn của rượu đối với sức khỏe, đời sống
con người nên việc nghiên cứu sản xuất, quản lý rượu không ngừng được hoàn thiện
phát triển và có những nét đặc thù riêng của mỗi nước, mỗi cộng đòng quốc gia. Sản
xuất rượu trên thế giới có tốc độ gia tăng mạnh trong vài năm trở lại đây, do nhiều
nguyên nhân khác nhau, nhưng chủ yếu do mức sống người dân tăng lên, tốc độ tăng
dân số, tiến bộ của khoa học công nghệ làm cho chất lượng, sản lượng rượu tăng, giá
thành hạ, do tập tính tiêu dung thay đổi. Tại Việt Nam việc sản xuất và sử dụng rượu đã

có truyền thống từ lâu đời, những năm gần đây ngoài những loại rượu truyền thống có
nhiều loại rượu sản xuất bằng công nghệ mới, rượu nước ngoài được đưa vào thị trường
Việt. Việc sử dụng rượu, lạm dụng rượu xử lý chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm
rượu ở Việt Nam trở thành một vấn đề lớn được sự quan tâm của toàn xã hội.
Theo Báo cáo tại Đại hội hiệp hội Bia – Rượu – Nước giải khát Việt Nam, Tạp Chí
đồ uống Việt Nam lần thứ V, PGS.TS Nguyễn Văn Việt – Chủ tịch Hiệp hội cho biết,
trong 5 năm từ 2011 – 2015 ngành bia – rượu – nước giải khát VN trong điều kiện khó
khăn vẫn tiếp tục phát triển, tuy có giảm so với thời kỳ 2005 – 2010 nhưng năm 2015
ước tính sản lượng bia đạt 3.4 tỷ lít, tăng 40.72% so với năm 2010 (2.416 tỷ lít). Sản
lượng rượu sản xuất công nghiệp đạt 70 triệu lít và nước giải khát đạt 4.8 tỷ lít.
Ngành bia – rượu – nước giải khát VN đóng góp vào ngân sách 30.000 tỷ đồng,
chiếm khoảng 3% tổng thu ngân sách nhà nước, tạo việc làm cho hàng ngàn lao động…
Với ngành rượu cả nước có khoảng 162 cơ sở sản xuất rượu công nghiệp ở khắp
các tỉnh, thành nhưng chủ yếu là quy mô nhỏ, thương hiệu mang tính thị trường cả nước
còn ít như rượu Hà Nội, Rượu Bình Tây, rượu Vodka men, vang Thăng Long, Đà Lạt…
Chủ tịch Hiệp hội Bia – rượu – nước giải khát nhấn mạnh, ngành rượu là
ngành kinh doanh có điều kiện được quản lý theo nghị định 94, việc sản xuất, kinh
doanh, bán buôn, bán lẻ đều phải được cấp phép, việc quản lý rượu người dân tự nấu,
rượu lậu, rượu giả tuy có nhiều giải pháp nhưng lượng sản xuất chưa giảm , do vậy đã
ảnh hưởng tới lượng sản xuất kinh doanh của rượu công nghiệp nên sản lượng rượu
công nghiệp tăng thấp, ước đến năm 2015 đạt khoảng 75 triệu lít. Sản lượng rượu công
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

nghiệp vẫn chỉ là rượu trắng, rượu mạnh, dòng sản phẩm rượu nhẹ, rượu vang còn ít.
Rượu người dân tự nấu và tiêu thụ trên thị trường còn rất lớn ước đạt trên 200 triệu
lít/năm gấp 3 lần rượu sản xuất công nghiệp. Rượu nhập khẩu cũng tăng dần qua các
năm nhưng chủ yếu là những dòng rượu có thương hiệu quốc tế…
Trong vòng 5 năm tới Hiệp hội và ngành Bia – rượu – nước giải khát Việt Nam
phấn đấu đưa ngành này trở thành ngành công nghiệp hiện đại, phát triển theo hướng
bền vững, hiệu quả, đến năm 2020 đưa sản lượng bia từ 4 – 4.25 tỷ lít/năm, nước giải
khát từ 8.3 – 9.2 tỷ lít/năm, sản lượng rượu từ 320 – 360 triệu lít, trong đó rượu sản xuất
công nghiệp từ 100 – 150 triệu lít chiếm 50% sản lượng rượu toàn quốc.
1.1.2. Đặc điểm nước thải và các vấn đề môi trường của ngành chế biến cồn
rượu
Rượu chiết xuất từ gạo hoặc tinh bột, điều này giúp ích cho cuộc sống hằng ngày
của con người và đồng thời cũng được ứng dụng nhiều trong công nghệ chế biến thức
ăn và dược phẩm. Một số nước còn dùng để pha xăng nhằm giảm chi phí và bảo vệ môi
trường. Rượu còn là nguyên liệu cho một số ngành công nghệ khác nhau sản xuất acid
xitric. Và rượu cũng có thể làm chất đốt và 1g cồn khi đốt sinh ra 7 cal.
Công nghệ sản xuất rượu đã và đang là một công nghệ chuyên nghiệp lâu đời ở
nhiều nước trên thê giới. Phương pháp truyền thống là dựa vào kinh nghiệm và kỹ thuật
thủ công. Nhưng ngày nay, những thiết bị tự động hóa đang được dần vào sử dụng để
tăng hiệu quả sản xuất và đồng thời kiểm soát được chất lượng cũng như cải thiện được
vấn đề vệ sinh trong quá trình sản xuất và nguồn nước thải từ quá trình sản xuất.
Quy trình sản xuất cồn rượu
Dựa vào nguyên liệu có thể có các công nghệ đi từ nguyên liệu chứa tinh bột,
đường và nguyên liệu chứa xenluloza. Phương pháp dung nguyên liệu xenluloza thường
kém hiệu quả kinh tế, do thủy phân xen luloza khó khăn hơn thủy phân tinh bột.
Trong sản xuất cồn rượu, công đoạn chưng cất là không thể thiếu được trong bất
kỳ công nghệ nào. Có 2 phương pháp chưng cất là dung nồi chưng cất và dung thấp
chưng cất.
Dùng nồi chưng cất có ưu điểm là đơn giản, dễ thao tác, rượu còn có mùi vị của

các chất đi kèm tạo hương thơm. Phương pháp này chủ yếu được áp dụng các làng nghề
và sở tư nhân, hộ gia đình. Nhược điểm của phương pháp này là kém hiệu quả kinh tế,
độ tinh khiết không cao, thời gian lâu, từ 6 tới 8 giờ, cần thùng lớn, tốn vật liệu và năng
suất thấp, tốn hơi và nhiệt, nồng độ cồn không ổn định và giảm dần trong quá trình
chưng. Lúc đầu có thể đạt 75 – 80% thể tích, cuối chỉ còn 5 – 6% thể tích. Nồng độ trung
bình từ 20 – 30%. Tổn thất rượu theo bã nhiều gấp 3 – 4 lần so với khi dùng phương
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

pháp này. Ở nước ta nhiều xí nghiệp nhỏ và các xưởng tư nhân cũng đang dần áp dụng
phương pháp này.
Sơ đồ công nghệ

Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn rượu từ nguyên liệu tinh bột
a. Nguyên liệu dùng trong sản xuất rượu
Nguyên liệu sản xuất rượu thường là khoai lang, sắn có thể là ngô, gạo hoặc tấm.
Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men được, gồm
tinh bột và một số đường. Trong đa số gluxit nói chung thì tỷ lệ giữa H và O đều tương
tự nhiều trong nước Cn(H2O)m. Tuy nhiên, cũng có những gluxit tỷ lệ giữa H và O
không giống nhau nhiều trong nước, ví dụ như Ramnoza – C6H12O5.
b. Nghiền hòa trộn nguyên liệu
Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều
kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô. Trước đây nguyên liệu đưa vào nấu rượu

thường để nguyên dạng hạt hoặc lát to, ngày nay nguyên liệu được nghiền nhorvoiws
mức độ khác nhau rồi đưa vào nấu ở áp suất và nhiệt độ phù hợp nhằm biến tinh bột
thành dạng hòa tan.
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Hiện nay nguyên liệu được nghiền trên nhiều kiểu máy khác nhau. Ở nước ta tại
các nhà máy rượu thường dùng máy nghiền búa với năng suất 1000; 2000 và 3000 kg/h.
Ở nước ta các xưởng cơ khí thường chế tạo các máy nghiền búa có năng suất từ
200 đến 500kg/h.
c. Nấu nguyên liệu
Trong các dạng nguyên liệu tinh bột thì hạt tinh bột luôn nằm trong các màng tế
bào. Khi nghiền chỉ một phần các màng đó bị phá vỡ, phần lớn màng tế báo còn lại sẽ
ngăn cản sự tiếp xúc của enzyme amylaza với tinh bột. Mặt khác, ở trạng thái không hòa
tan, amylaza tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả. Vì vậy mục đích chủ yếu
của nấu nguyên liệu là làm phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện biến chúng
thành trạng thái hòa tan trong dung dịch.
Trong quá trình nấu, phần lớn màng tế bào của nguyên liệu chưa nghiền vẫn giữ
nguyên cấu tạo của chúng và chỉ bị phá vỡ khi khuấy trộn hoặc phóng cháo qua van hẹp
thiết bị lớn hơn. Lúc đó sẽ xảy ra hiện tượng tự bay hơi nước trong tế bào, thể tích hơi
tăng khoảng 1500 lần so với thể tích nước trong tế bào, nhờ đó màng tế bào bị xé vỡ à
tinh bột được giải phóng. Tính chất này được áp dụng để chế tạo các thiết bị nấu liên
tục. Có thể nói nấu nguyên liệu là quá trình ban đầu nhưng rất quan trọng trong sản xuất

cồn etylic. Các quá trình kỹ thuật tiếp theo tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào kết quả
nguyên liệu.
d. Đường hóa dịch cháo
Nấu xong, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng chưa
thể lên men trực tiếp để biến thành rượu được mà phải trải qua quá trình thủy phân do
xúc tác của amylaza để biến thành đường. Quá trình được gọi là đường hóa và đóng vai
trò quan trọng trong công nghệ cồn etylic. Nó quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu
do giảm bớt hoặc gia tăng tinh bột sót sau khi lên men.
Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng
trước tiên là chọn tác nhân đường hóa.
e. Len men dịch đường
Đường hóa xong dịch đường được làm lạnh tới 28 – 320C và bơm vào thùng lên
men. Dưới tác dụng của nấm men, đường sẽ biến thành rượu và khí cacbonic cùng với
nhiều sản phẩm trung gian khác. Lên men xong ta thu được hỗn hợp rượu nước gọi là
giấm chín hay cơm hèm.
Phương trình chính lên men rượu:
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 + Q
Khi lên men có khoảng 95% đường biến thành rượu và CO2, còn 5% là tạo các sản
phẩm khác và đường sót.
f. Chưng cất và tinh chế cồn

Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín. Kết
quả ta nhận được rượu thô hoặc cồn thô. Tinh chế hay tinh luyện là quá trình tách các
tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn. Sản phẩm thu được gọi là cồn tinh chế
hay là cồn thực phẩm có nồng độ khoảng 95.5 – 96.5%. Cồn thực phẩm chứa rất ít các
tạp chất.
Các loại chất thải sinh ra trong quá trình sản xuất cồn rượu
a. Chất thải rắn
Chất thải rắn tạo ra trong quá trình sản xuất cồn từ tinh bột chủ yếu là tro ở lò hơi.
Lượng tro này có hàm lượng K, N, P rất cao do đó ta có thể tận thu làm phân bón cho
cây cối thì rất tốt. Tóm lại trong quá trình sản xuất cồn thì chất thải rắn không gây ô
nhiễm môi trường.
b. Khí thải
Khí thải của nhà máy sản xuất cồn chủ yếu là khí thải trong quá trình đốt lò hơi.
Và khí thải do rò rỉ ra trong quá trình lên men rượu, và do nước thải ô nhiễm không
được xử lý cũng phân huỷ gây ra trên mương thải ra hồ chứa của nhà máy gây ra mùi
hôi thối khó chịu. Các loại khí bụi đó là: SO2, CO2, H2S, CO …Ngoài ra còn có khí thải
ra trong quá trình chưng cất cồn như: andehit, rượu mêtylic chủ yếu ở đỉnh tháp trung
gian.
Nguồn khí thải này đã làm ô nhiễm môi trường không khí và ảnh hưởng trực tiếp
tới sức khoẻ nhân dân xung quanh nhà máy.
Nhưng nhìn chung lượng khí thải này không đáng kể và mức độ ô nhiễm không
cao. Chỉ có lượng bụi sinh ra trong quá trình đốt lò hơi có nồng độ C=1600 mg/l gấp
khoảng 4 lần tiêu chuẩn cho phép nên cần phải xử lý.
c. Nước thải
Nước thải phân xưởng sản xuất cồn có thể chia làm 3 dòng:
 Dòng nước thải 1
Bao gồm nước thải làm lạnh trong quá trìng lên men, nước ngưng tụ ở các tháp,
nước làm lạnh các thiết bị bốc hơi, nước làm lạnh các tháp. Lượng nước thải này chiếm
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

một lượng rất lớn trong quá trình sản xuất cồn, nước thải loại này hầu như không ô
nhiễm hoặc ít ô nhiễm do đó có thể làm giảm nhiệt độ vàcho tuần hoàn lại quá trình sản
xuất hoặc thải ra môi trường mà không cần xử lý.
 Dòng nước thải loại 2
Bao gồm nước thải do làm sạch và vệ sinh các thiết bị như: rửa thùng pha loãng rỉ
đường, rửa thùng lên men, rửa sàn nhà xưởng, làm lạnh các bơm và làm nguội máy phát
điện. Lưu lượng nước thải loại này không lớn lắm khoảng 35 m3/ngày. Nước thải loại 2
có đặc điểm là cặn lơ lửng lớn SS=1000mg/l, và lưu lượng dòng ra không ổn định, phụ
thuộc vào thời gian rửa và vệ sinh thiết bị.
 Dòng nước thải loại 3
Bao gồm nước thải của quá trình chưng cất như: nước thải đáy tháp thô, nước thải
của đáy tháp tinh và nước vệ sinh các tháp, lưu lượng của dòng nước thải loại này khoảng
65m3/ ngày.
Đây là dòng nước ô nhiễm nhất của nhà máy, có hàm lượng chất hữu cơ rất cao,
nhiệt độ khi ra lớn khoảng 900C.Vì vậy bắt buộc phải xử lý trước khi thải ra môi trường.
Nếu không nó sẽ gây tác hại sấu tới môi trường sống của con người, và huỷ hoại tới tài
nguyên sinh vật v.v…
Thành phần, tính chất nước thải chế biến cồn rượu
Các nguồn:
Nước làm mát cho các thiết bị, nước ngưng tụ.
Nước vể sinh cho các thiết bị, nhà máy.
Nước thải từ tháp tinh chế.

Nước từ đáy tháp ( chứa chủ yếu thành phần là hèm).
Thành phần các chất phụ gia tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu và công nghệ sản
xuất.
Trong các nguồn trên thì hèm rượu ở đáy tháp là nhuổn gây ô nhiễm chủ yếu.
Tùy theo nguyên liệu và công nghệ mà dịch hèm có mức độ ô nhiễm khác nhau, hàm
lượng COD trong dịch hèm rất cao khoàng 20.000- 25.000mg/l.
Đặc trưng của nước thải cồn rượu sản xuất từ tinh bột là có pH thấp (từ 3 đến
4), COD cao từ 20.000 – 25.000mg/l do có nhiều nấm men và bã tinh bột. Tỷ lệ
BOD5/COD trong khoảng từ 0.23%- 0.66%, hàm lượng chất rắn lơ lửng từ 2000 đến
5000mg/l. Hàm lượng Nitơ và Photpho cao, vượt nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép.
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Khả năng gây ô nhiễm
Trong nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao, có lẫn đường, … Do đó
nước thải có mùi hôi thối khó chịu do quá trình lên men phân huỷ trong hồ chứa và dọc
theo mương thải. Nước thải có mùi hôi khó chịu ảnh hưởng tới chất lượng không khí và
ảnh hưởng trực tiếp tới người dân sống gần đó.
Do nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao, nên khi thải thẳng ra các sông hồ sẽ
làm ô nhiễm tới các dòng nước, làm cho các con sông dần dần bị ô nhiễm, phá huỷ cân
bằng sinh thái ở trong nước, làm ảnh hưởng tới các loài động vật sống ở trong nước.
Nếu như mức độ ô nhiễm nặng sẽ làm diệt vong nhiều loại động vật quý hiếm và gây
ảnh hưởng trực tiêp tới sức khoẻ của nhân dân sinh sống ven sông.

Khi dòng nước này ngấm xuống đất sẽ gây ra ô nhiễm môi trường đất, làm ảnh
hưởng tới nguồn nước ngầm trong khu vực. Nước thải khi không được xử lý sẽ có nhiều
VSV gây bệnh, khi trồng rau quả trên khu vực này sẽ làm cho VSV bám dính vào rau
quả và gây các bện truyền nhiễm cho con người.
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải cồn rượu
Xử lý nước thải của cơ sở sản xuất cồn là áp dụng các cơ chế của các quá trình lý
học, hoá học hay vi sinh học vào việc làm giảm hàm lượng chất ô nhiễm, làm giảm tính
độc hại đối với môi trường. Các phương pháp xử lý được lựa chọn trong các trường hợp
cụ thể phụ thuộc vào: Đặc tính của nước thải, mức độ ô nhiễm, lưu lượng của nước thải,
hiệu suất xử lý, nguồn tiếp nhận, chi phí cho quá trình xử lý và đôi khi cũng tuỳ thuộc
vào trình độ quản lý kỹ thuật.
Các phương pháp xử lý nước thải được đề xuất nhằm mục đích giảm thiểu tối đa
hàm lượng chất ô nhiễm có trong nước thải. Cơ chế của các quá trình xử lý nước thải là
áp dụng cơ chế của các qúa trình lý học, hoá học và sinh học. Do đó người ta phân ra
làm các phương pháp xử lý như sau:
 Các phương pháp cơ học.
 Các phương pháp hóa lý.
 Các phương pháp hoá học.
 Các phương pháp sinh học.
Trong một hệ thống xử lý nước thải có thể áp dụng nhiều phương pháp xử lý để
đem lại hiệu suất xử lý cao nhất. Các phương pháp sử dụng thường tuần tự nhau và xử
lý các thành phần khác nhau trong nước thải hoặc thực hiện công việc của từng công
trình thiết bị trong hệ thống xử lý nước thải.
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 17


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

1.2.1. Các phương pháp cơ học
Các phương pháp cơ học để xử lý nước thải bao gồm các quá trình lọc qua song
chắn rác, lắng và lọc các chất lơ lửng. Đây là một phương pháp dễ thực hiện nhất được
sử dụng để loại bỏ các chất rắn lớn và các chất lơ lửng khỏi nước thải. Quá trình lắng,
lọc thường được áp dụng trong công đoạn đầu tiên của hệ thống xử lý. Nguyên lý của
quá trình lắng, lọc là dựa vào lực trọng trường hoặc lực ly tâm tác dụng lên các hạt rắn
lơ lửng để tách ra khỏi nước. Tuỳ thuộc vào đòi hỏi của công nghệ xử lý và chi phí có
thể mà cần thiết phải xây dựng các bể lắng; bể lọc hoặc thậm chí lọc bằng các thiết bị
cơ giới hoá. Về mặt hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm nước, nói chung phương pháp cơ
học không cho một hiệu quả xử lý cao mà nó chỉ là điểm khởi đầu cho một hệ thống xử
lý. Trừ những trường hợp mà trong nước thải chất ô nhiễm chính tập trung chủ yếu trong
các chất rắn lơ lửng có thể tách được bằng lắng lọc thì phương pháp cơ học mới cho một
hiệu suất xử lý cao. Phương pháp này có tác dụng loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn
nhằm bảo vệ hệ thống bơn tránh bị hư hỏng và bào mòn, giúp cho quá trình xử lý được
tốt hơn.
1.2.2. Các phương pháp hoá lý
Bao gồm các quá trình như đông keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, tách
bằng màng và các quá trình điện hoá. Thường được sử dụng để xử lý nước thải chứa
nhiều chất vô cơ hơn là các chất hữu cơ. Cơ chế của quá trình là các hiện tượng hóa lý
được áp dụng để xử lý nước thải.
Đối với nước thải của cơ sở sản xuất cồn, đặc biệt là nước thải đáy tháp thô của
quá trình sản xuất cồn từ rỉ đường có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao, nồng độ chất keo
tụ lớn, hàm lượng chất lơ lửng cao, và có mầu nâu đậm. Nếu ta xử lý bằng phương pháp
đông keo tụ thì hiệu quả xử lý rất tốt.
1.2.3. Các phương pháp hoá học
Sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải. Người
ta tìm ra các phương pháp trung hoà và oxy hoá khử.

1.2.3.1. Phương pháp trung hoà
Sử dụng phản ứng giữa các chất có tính axit và các chất có tính kiềm. Thường
dùng để điều chỉnh pH của nước thải về khoảng trị số yêu cầu của dòng thải ra hoặc
chuẩn bị vào các công đoạn xử lý tiếp theo.
1.2.3.2. Phương pháp oxy hoá khử
Dùng các chất oxy hoá hoặc các chất khử bổ sung vào nước thải để tạo nên các
phản ứng oxy hoá - khử nhằm loại trừ hoặc khử đi các độc tính của các chất ô nhiễm.
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 18


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Các chất oxy hoá còn được sử dụng khử trùng tiêu diệt các vi sinh vật ở dòng thải ra
cuối cùng của hệ thống xử lý nước thải.
Phương pháp hoá học ứng dụng trong xử lý nước thải sản xuất cồn đó là phương
pháp trung hoà dòng nước thải trước khi vào xử lý sinh học, nhằm tạo pH trong dòng
nước thải từ 6.5 – 8.
1.2.4. Các phương pháp sinh học
Được sử dụng để làm sạch nước thải chứa nhiều chất hữu cơ và một số chất vô
cơ dễ phân hủy như H2S; các sunfit; nitơ... Bản chất của phương pháp sinh học là sử
dụng quá trình sinh sống và hoạt động của các vi sinh vật để phân huỷ các chất ô nhiễm
trong nước thải, quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm nhờ vi sinh vật còn gọi là quá trình
oxy hoá sinh hoá. Phương pháp sinh học được sử dụng rất phổ biến vì giá thành xử lý
của nó nói chung rẻ hơn so với các phương pháp khác, quá trình xử lý ít sử dụng hoá
chất, hiệu suất xử lý cao đặc biệt với nước thải giàu chất hữu cơ, chi phí vật hành thấp,

quản lý và vận hành đơn giản.
1.2.5. Lý do thường xuyên người ta chọn phương pháp sinh học để xử lý
nước thải cồn rượu
Do nước thải của quá trình sản xuất cồn từ rỉ có đặc điểm sau:
 Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải rất cao
 BOD =2500 – 4000 mg/l, COD = 4000- 6000 mg/l.
 SS= 700 – 1000mg/l
Và nước thải đáy tháp thô có nhiệt độ cao do đó có thể làm nguội tới nhiệt độ thích
hợp khoảng 40 – 50oC và tận dụng nhiệt độ này để xử lý yếm khí thì rất tốt, hiệu quả xử
lý sinh học rất cao. Đây là vùng nhiệt độ thích hợp cho các loại vi khuẩn ưa ấm và ưu
nóng hoạt động trong quá trình xử lý yếm khí sinh học.
Tỷ số COD/BOD5 = 0.58 lớn hơn 0.5 chứng tỏ nước thải có khả năng phân hủy
sinh học.Các phương pháp sinh học dễ thực hiện dễ kiểm soát.
 Chi phí xử lý nói chung rẻ hơn các phương pháp khác.
 Không sử dụng hoá chất.
 Trong nước thải có đủ thành phần chất dinh dưỡng trong quá trình xử lý mà
không cần phải cho thêm vào.
 Hiệu quả xử lý cao.

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Tuy nhiên trong nước thải của quá trình sản xuất cồn có chứa một hàm lượng thuốc

trừ sâu (Na2SiF6) tương đối lớn do đó nó đã gây ức chế sự phát triển của các vi sinh vật.
Vì vậy để cho quá trình xử lý sinh học được tốt thì ta cần phải pha loãng nồng độ thuốc
trừ sâu ra.
Phương pháp sinh học có nhược điểm là chiếm dụng mặt bằng lớn, chi phí xây
dựng ban đầu cao, chỉ phù hợp với những nơi có mặt bằng diện tích rộng.
Các phương pháp sinh học thường sử dụng để xử lý nước thải. Việc phân loại
các phương pháp xử lý sinh học chủ yếu dựa vào phương thức hô hấp của vi sinh vật.
Có hai phương thức hô hấp cơ bản của vi sinh vật là hô hấp hiếu khí trong điều kiện có
oxy và hô hấp yếm khí trong điều kiện không có oxy. Dựa vào đó người ta chia các
phương pháp sinh học làm 2 loại chính:
 Các phương pháp xử lý sinh học hiếu khí sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí
phân huỷ các chất hữu cơ trong môi trường nước giàu oxy hoà tan.
 Các phương pháp xử lý sinh học yếm khí: sử dụng các nhóm vi sinh vật yếm khí
phân huỷ các chất hữu cơ trong môi trường nước không có oxy hoà tan.
Hoặc phân loại các phương pháp sinh học theo điều kiện tiến hành quá trình xử lý
như: Các phương pháp xử lý trong điều kiện tự nhiên, các phương pháp xử lý trong điều
kiện nhân tạo.






Hệ thống xử lý bằng bể bùn hoạt tính
Hệ thống xử lý kỵ khí
Hệ thống xử lý kết hợp kỵ khí và hiếu khí
Hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính kết hợp thủy sinh
Hầu hết các công trình xử lý nước thải cồn rượu hiện nay đều được xây dựng trên
nguyên tắc: trước tiên xử lý cơ học để loại bỏ các thành phần có kích thước lớn,
sau đó qua các giai đoạn xử lý hóa lý và sinh học. Xử lý bậc hai là giai đoạn

không thể thiếu của việc xử lý nước thải cồn rượu do thành phần nước thải có
nhiều hợp chất hữu cơ với nồng độ cao. Nước thải sau khi xử lý bậc hai (hiếu
khí) cơ bản có thể thải ra nguồn tiếp nhận tùy thuộc vào yêu cầu của cơ quan
chức năng. Nguyên tắc xử lý nước thải cồn rượu được đơn giản hóa gồm các
bước sau:

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Xử lý cơ học
Xử lý bậc 1: xử lý
hóa lý hoặc xử lý kỵ
khí
Xử lý bậc 2: xử lý
sinh học hiếu khí

Nguồn tiếp nhận
Hình 1.2. Mô hình xử lý nước thải sản xuất cồn rượu
1.3. Tổng quan về các phương pháp xử lý sinh học
1.4.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình
Cơ sở để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình chuyển hóa vật
chất, quá trình tạo cặn lắng và quá trình tự làm sạch của nguồn nước của các vi sinh vật
dị dưỡng và tự dưỡng có trong tự nhiên nhờ khả năng đồng hóa được rất nhiều nguồn

cơ chất khác nhau có trong nước thải.
Trong các nguồn nước luôn xảy ra quá trình amon hóa chất hữu cơ chứa Nitơ bởi
các vi khuẩn amon. Nhờ các men ngoại bào của các vi khuẩn gây thối như loài
Pseudomonas, Eubaterials… mà protein bị phân hủy thành các hợp chất đơn giản hơn
là các polipeptit, oligopeptit. Các chất này hoặc được tiếp tục phân hủy thành các acid
amin nhờ men peptidaza ngoại bào hoặc được tế bào hấp thụ, sau đó sẽ được phân hủy
tiếp trong tế bào thành các acid amin. Các acid amin một phần được vi sinh vật sử dụng
để tổng hợp protein – xây dựng tế bào mới, một phần được phân giải tiếp theo những
con đường khác nhau để tạo thành NH3 và nhiểu sản phẩm trung gian khác.
Đối với protein có chứa lưu huỳnh, nhờ tác dụng của men Desunfuraza sẽ bị phân
hủy tạo ra H2S. Sản phẩm phân giải bởi vi sinh vật kỵ khí còn là scatol, indol, mercaptan
và một số khí khác. Nhờ sự hoạt động của các vi khuẩn như Thiobacillus, Thiobacillus
denitrificans, vi khuẩn lưu huỳnh dạng sợi thuộc giống Beggiatoa, Thiothrix và nhiều vi
khuẩn dị dưỡng, vi khuẩn hiếu khí khác nên quá trình sunfat hóa được thực hiện. Quá
trình khử sunfat cũng xảy ra bởi các vi khuẩn kỵ khí có trong bùn thối, nước thải thối
(đại diện là Desunfovibrio desunfuricans). Ngoài ra người ta còn thấy các loài
Clotridium nigrificans và Pseudomonas Zelinskii cũng có khả năng khử sunfat.
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 21


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Trong điều kiện tự nhiên, nhiều loài vi khuẩn như Acinetobacter và nấm có khả
năng phân giải và giải phóng phospho trong xương động vật ở dạng rắn Ca3(PO4)2 sang
dạng hòa tan. Theo con đường thủy phân, trong điều kiện hiếu khí, các vi khuẩn

Pseudomonas, Bacillus, Actinomyces và các loài nấm bậc cao chuyển hóa nhanh tinh
bột thành đường và các loại đường này một phần bị chuyển hóa thành CO2 và nhiều sản
phẩm khác nhau, một phần được chuyển hóa trong quá trình trao đổi chất. Trong điều
kiện kỵ khí tinh bột được phân hủy bởi Clotridium. Trong điều kiện hiếu khí Cytophaza
và Sporocytophaga là loài có khả năng phân hủy xenluloza mạnh nhất. Ngoài ra các loài
Pseudomonadales, Vibrio, Myxobacterium, Actinomycetes và Cellvibrio cũng tham gia
phân hủy xenluloza. Xenluloza bị phân hủy bởi các men ngoại bào thành các sản phẩm
trung gian và đường. Trong bùn lắng quá trình lên men kỵ khí xảy ra chủ yếu bởi
Clotridium phân hủy xenluloza thành etanol, acid foocmic, acid acetic, acid lactic, hydro
và CO2.
Có rất nhiều loài sinh vật có khả năng phân hủy chất béo. Đáng chú ý hơn cả là
các loài Pseudomonas, Vibrio, Sarcina, Serratina, Bacillus. Sản phẩm thủy phân chất
béo là glyxerin và acid béo nhờ các men lipaza nội bào hoặc ngoại bào. Sau đó glyxerin
và acid béo được oxy hóa tiếp tục thành nhiều sản phẩm khác nhau. Cùng với vai trò
chuyển hóa vật chất các vi sinh vật còn tham gia tạo cặn lắng và làm biến đổi chúng.
Nhờ quá trình sinh trưởng lơ lửng hoặc bám dính các hạt chất bẩn lơ lửng nhỏ đã liên
kết lại thành các hạt chất bẩn lớn hơn và tăng cường quá trình sơ lắng. Nấm sợi và vi
khuẩn có tiêm mao là loại có khả năng này, trong đó loài Vibrio extrorquens có tác dụng
làm sa lắng mạnh nhất. Mặt khác, trong quá trình thực hiện vai trò xử lý, vi sinh vật
cũng làm thay đổi pH của môi trường. Vì vậy sẽ ảnh hưởng đến quá trình sơ lắng chất
bẩn [Siebrth, 1968].
Trong tự nhiên còn xảy ra quá trình tự làm sạch nhờ các vi sinh vật sử dụng chất
bẩn trong nước làm nguồn thức ăn. Về mặt sinh học, tham gia vào quá trình tự làm sạch
có rất nhiều loài sinh vật như cá, chim, nguyên sinh động vật, nhuyễn thể… và vi sinh
vật với mức độ khác nhau, nhưng đóng vai trò quyết định vẫn là các vi sinh vật. Ngoài
ra, còn thấy vai trò làm sạch của các loài tảo. Thông qua hoạt động sống, tảo cung cấp
oxy cho môi trường và các chất kháng sinh để tiêu diệt mầm bệnh có trong nước. Tảo
còn cản trở sự phát triển và cạnh tranh nguồn thức ăn với các vi sinh vật gây bệnh. Tảo
còn tiết ra mộ số chất có hoạt tính sinh học giúp kích thích sự phát triển của một số vi
sinh vật có lợi. Một số loài tảo và nhuyễn thể 2 mảnh có khả năng hấp thụ kim loại nặng

và tia phóng xạ.
Trong nước thải các vi sinh vật có mối quan hệ phức tạp với nhau. Quan hệ cạnh
tranh đã có ảnh hưởng quyết định đến thành phần vi sinh vật. Quan hệ “mồi thú” đã làm
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

cho số lượng vi sinh vật trong nước thải thay đổi. Ngoài 2 mối quan hệ trên trong hệ vi
sinh vật nước thải nhiều loài vi sinh vật sống cộng sinh với nhau, có ảnh hưởng qua lại
với nhau. Kết quả của các quan hệ này đã làm ảnh hưởng lớn đến khả năng, tốc độ và
hiệu quả phân hủy chất bẩn của các vi sinh vật.
1.4.2. Phương pháp kỵ khí
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí do quần thể vi sinh vật (chủ
yếu là vi khuẩn) hoạt động không cần có sự có mặt của oxy, sản phẩm cuối cùng là
một hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2... trong đó có tới khoảng 65% là CH4.
Quá trình phân hủy kỵ khí chất bẩn có thể mô tả bằng sơ đồ tổng quát:
(CHO)nNS → CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào vi sinh vật + …
Các vi sinh vật kỵ khí sử dụng một phần chất hữu cơ trong nước thải để xây dựng
tế bào, tăng sinh khối. Quá trình kỵ khí được ứng dụng cho các loại nước thải có nồng
độ chất hữu cơ cao: BOD từ 1000 mg/L – 30000 mg/L và có nhiều ưu điểm như: thiết
kế đơn giản, thể tích công trình nhỏ, công trình có cấu tạo khá đơn giản và giá thành
không cao, chi phí vận hành về năng lượng thấp, lượng bùn sinh ra ít hơn 10 – 20 lần so
với phương pháp hiếu khí. Tuy nhiên ngoài các ưu điểm, công nghệ này cũng có những
hạn chế là nhạy cảm với các chất độc hại với sự thay đổi bất thường về tải trọng của

công trình, xử lý nước thải chưa triệt để, những hiểu biết về vi sinh vật còn rất hạn chế,
thiếu kinh nghiệm về vận hành công trình.
Các công trình xử lý kỵ khí được áp dụng hiện nay như: bể tự hoại, bể metan, bể
bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB, bể phản ứng kỵ khí đệm giãn nở - FBR, EBR
(Fluidized and expanded bed reactor).
1.4.3. Phương pháp hiếu khí
Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất
hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH... thích hợp. Quá trình phân
hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:
(CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào vi sinh vật + … năng lượng
Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S cũng bị phân hủy nhờ quá trình Nitrat hóa,
Sulfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2 + ∆H
H2S + 2O2 → SO42- + 2H+ + ∆H
Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật
sử dụng các chất hữu cơ và các nguyên tố khoáng vi lượng kim loại để xây dựng tế bào
SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ
hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO2 hoặc tạo ra các chất
khác. So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là những hiểu biết
về quá trình đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn.

Phương pháp này thường được sử dụng trong các công trình xử lý nước thải bể
bùn hoạt tính Aerotank, bể lọc sinh học, mương oxy hóa, các loại đĩa sinh học quay
(Rotating Biological Contactor), màng lọc sinh học (Membrance Biofilm Reactor).
1.4.4. Khử Nitơ bằng phương pháp Nitrat hóa và khử Nitrat
1.4.4.1. Quá trình chuyển hóa Nitơ trong nước
Bảng 1.1. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của Nitơ trong nước
STT

Phản ứng

Quá trình

Vi sinh vật

Nguồn

Ammonification
(kỵ khí)

Vi khuẩn

1a

C5H7O2N + 4H2O →
2.5CH4 + 1.5CO2 + HCO3+ NH4+

1b

C5H7O2N + O2 → 4CO2 +
HCO3- + NH4+ +H2O

Ammonification
(hiếu khí)

Vi khuẩn

NH4+ + OH- → NH3 + H2O

Cân bằng
ammonia/ammo
ni

Environmental
Biotechnology:
principles and
applications,
Rittmann và
McCarty
(2001); Henze
(2002)

4CO2 + HCO3- + NH4+ +
H2O → C5H7O2N + 5O2

Quang hợp, tự
dưỡng

Vi khuẩn,
tảo

NH4+ +1.5O2 + 2HCO3- →
NO2- + 2CO2 + 3H2O

Nitritation

Nitrisomon
as, e.g.
N.eutropha
,
N.europea;
Nitrosospir
a

NO2- + 0.5O2  NO3-

Nitratation

Nitrobacter
, e.g.
N.Nitrospir
a,

2

3

4

5

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 24


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải cồn rượu bằng bằng mô hình MBBR (Moving Bed Bioreactor) hiếu khí quy mô phòng
thí nghiệm

Nitrococcu
s,
Nitrosocyst
ics
4+5

NH4+ + 2O2 + 2HCO3- →
NO3- + 2CO2 + 3H2O

Nitrification

Nitrifying
bacteria

C + 2NO3- → 2NO2- + CO2

Denitratation

Denitrifyin
g

heterotroph
ic bacteria

3C + 2H2O + CO2 + 4NO2→ 2N2 + 4HCO3-

Denitritation

Denitrifyin
g
heterotroph
ic bacteria

5C + 2H2O + 4NO3- → 2N2
+ 4HCO3- + CO2

Denitrification

Heterotrop
hs:
Pseudomo
nas,
Bacillus,
Alcaligene
s,
Paracoccus

NH4+ + 0.75O2 + HCO3-→
0.4NH4+ + 0.5NO2- + CO2
+ 0.5H2O

Nitrat hóa bán
phần (partial
nitritation)

Ammoniaoxidizing
bacteria

Van Dongen
(2001)

NH4+ + NO2- → N2 + H2O

Anammox
(không tổng hợp
tế bào)

Planctomy
cetales

Van Dongen
(2001)

NH4+ + 1.32NO2- +
0.066HCO3- → 1.02N2 +
0.066CH2O0,5N0,015 +
0.26NO3- + 2.03H2O

Anammox (có
tổng hợp tế bào)

Planctomy
cetales

6

7

6+7

8

9a

9b

SVTH: Tô Anh Tuấn
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Trang 25