Nghiên cứu xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp bằng mô hình hiếu khí gián đoạn có giá thể sinh học di động (moving bed sequencing batch reactor)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.77 MB, 111 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------
CAO THU THỦY
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG KHU CÔNG
NGHIỆP BẰNG MƠ HÌNH HIẾU KHÍ GIÁN ĐOẠN CĨ GIÁ
THỂ SINH HỌC DI ĐỘNG
(MOVING BED - SEQUENCING BATCH REACTOR )
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
Mã số: 608506
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 20 tháng 01 năm 2013
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Cao Thu Thủy
Giới tính : Nữ
Ngày, tháng, năm sinh : 24/04/1982
Nơi sinh : Ninh Thuận
Chuyên ngành : Kỹ thuật Môi trường
Khoá (Năm trúng tuyển) : 2012
1- TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp bằng mơ hình hiếu khí
gián đoạn có giá thể sinh học di dộng (Moving – Bed Sequencing Bacth Reactor)
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20/01/2012
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/07/2013
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Đặng Viết Hùng
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Cán Bộ hướng dẫn
(Họ tên và chữ ký)
Chủ nhiệm bộ môn
(Họ tên và chữ ký)
Trưởng khoa
(Họ tên và chữ ký)
TS. Đặng Viết Hùng
TS. Trần Tiến Khoa
PSG.TS Nguyễn Phước Dân
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. BÙI XUÂN THÀNH
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ............................................................
2. ............................................................
3. ............................................................
4. ............................................................
5. ............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA…………
ii
LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được thực hiện với sự giúp đỡ nhiệt tình của Thầy Cơ Trường Đại
học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh và Trường Đại học Cơng Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh
Tơi Xin chân thành cảm ơn đến Thầy TS. Đặng Viết Hùng là người đã tận tâm
hướng dẫn, chỉ bảo Tơi từng bước trong q trình nghiên cứu và thực hiện luận văn
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp, các bạn cùng thời Đại học
và các Bạn lớp Cao học Bách Khoa đã động viên, khuyến khích và hỗ trợ tơi trong q
trình làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Chị Trần Thị Ngọc Diệu, Em Nguyễn Quốc Duy đã
giúp đỡ, hỗ trợ Tơi trong suốt q trình làm luận văn
Cuối cùng, xin cảm ơn sâu sắc đến Chồng, các Con cùng gia đình đã sát cánh
động viên, ủng hộ và là chỗ dựa vững chắc để Tơi có niềm tin và nghị lực hồn thành
tốt luận văn này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 06 năm 2013
Cao Thu Thủy
iii
TÓM TẮT
Kết hợp giá thể di động của MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) vào công nghệ
truyền thống như SBR (Sequencing Batch Reactor) trong mơ hình MB–SBR (Moving
Bed - Sequencing Batch Reactor) sẽ có được ưu điểm của cả hai và đã được nghiên cứu
xử lý nước thải tập trung khu cơng nghiệp. Mơ hình có 2 bể được làm bằng thủy tinh
với cùng thể tích làm việc là 7,50 lít. Một bể có cho giá thể Mutag BiochipTM vào và
được xem là mơ hình MB–SBR kiểm chứng và một bể không cho giá thể Mutag
BiochipTM vào và được xem là mơ hình SBR đối chứng. Các mơ hình được vận hành 4
lít/mẻ với nước thải tập trung khu cơng nghiệp ở các tải trọng hữu cơ 0,64; 0,96 và
1,28 kgCOD/m3.ngày ứng với các thời gian chu kỳ là 12, 8 và 6 giờ. Các kết quả thu
được cho thấy cùng một tải trọng mơ hình MB–SBR kết hợp ln cho hiệu quả xử lý
cao hơn mơ hình SBR truyền thống ở các chỉ tiêu ô nhiễm như COD, N-NH4+, TN, và
TP. Ở tải trọng 0,64 kgCOD/m3.ngày và 0,96 kgCOD/m3.ngày, nước thải sau khi xử lý
của bể MB–SBR kết hợp có giá trị COD, N-NH4+, TN, TP đều nằm trong giới hạn cột
A của QCVN 40:2011/BTNMT với hiệu suất xử lý tương ứng là 91% và 88%; 91% và
89%; 91% và 81%; 62% và 61%. Ở tải trọng 1,28 kgCOD/m3.ngày, nước thải sau khi
xử lý của bể MB–SBR kết hợp có giá trị COD, TN, TP nằm trong giới hạn cột B nhưng
giá trị N-NH4+ nằm ngoài giới hạn cột B. Khả năng xử lý độ màu của bể MB - SBR kết
hợp là rất tốt, nước thải sau khi xử lý trong vắt với hiệu suất đạt được từ 95% đến 96%
ở cả 3 tải trọng.
iv
ABSTRACT
Combination of Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) technology with traditional
Sequencing Batch Reactor (SBR) technology which is in MB–SBR will get advantages
of both of them and was researched to treat concentrated industrial wastewater. There
are two glass reactors with the same work capacity of 7.50 liters. The one contains
Mutag BiochipTM media that is MB-SBR verified reactor. The other does not contain
Mutag BiochipTM media that is SBR controlled reactor. The reactors were operated
with concentrated industrial wastewater in the loadings 0.64, 0.96, 1.28 kgCOD/m3.day
and the corresponding cycle times were 12, 8 and 6 hours. The results showed that in
the same loading treatment efficiencies of COD, N-NH4+, TN, TP of MB–SBR reactor
were always higher than traditional SBR reactor’s. In the loadings 0.64 and 0.96
kgCOD/m3.day, output values of COD, N-NH4+, TN, TP of MB-SBR reactor were
within the limits of QCVN 40:2008/BTNMT, column A and corresponding efficiencies
were 91% and 88%, 91% and 89%, 91% and 81%, 62% and 61%. In the loading 1.28
kgCOD/m3.day, output values of COD, TN, TP of MB-SBR reactor were within the
limits of QCVN 40:2008/BTNMT, column B except value of N-NH4+ which was
outside the limit. The treatment ability of wastewater color of MB-SBR reactor was
very good, the effluent of treatment process was completely clear and in all three
loadings, the treatment efficiencies reached from 95% to 96%.
v
LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên là Cao Thu Thủy, là học viên cao học chun ngành Cơng nghệ Mơi trường,
khóa học 2012. Tơi xin cam đoan:
ü Cơng trình nghiên cứu này do chính tơi thực hiện tại phịng thí nghiệm Viện
KHCN&QL Môi Trường – Trường Đại học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh.
ü Các số liệu trong luận văn là hồn tồn trung thực và chưa được cơng bố ở các
nghiên cứu của tác giả khác hay trên bất kỳ phương tiện truyền thơng nào.
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về kết quả nghiên cứu trong Luận văn tốt
nghiệp của mình.
Học viên
Cao Thu Thủy
vi
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................... ii
TÓM TẮT ............................................................................................ iii
ABSTRACT ......................................................................................... iv
MỤC LỤC ............................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................... x
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................. xii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................. xiii
Chương 1:.............................................................................................. 1
MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2
1.3 Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 3
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 3
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 3
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 4
1.5 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 4
1.5.1 Phương pháp tổng quan tài liệu ................................................................ 4
1.5.2 Phương pháp phân tích hệ thống .............................................................. 4
1.5.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích ........................................................... 4
1.5.4 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu ........................................................ 4
vii
1.6 Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của đề tài ........................................... 5
1.6.1 Ý nghĩa khoa học ...................................................................................... 5
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................... 5
1.6.3 Tính mới của đề tài ................................................................................... 6
Chương 2: TỔNG QUAN .................................................................... 7
2.1 Tổng quan về nước thải tập trung tại khu công nghiệp ..................................... 7
2.1.1 Nguồn gốc, thành phần, tích chất nước thải KCN .................................... 7
2.1.2 Một số quy trình xử lý nước thải KCN đang được áp dụng hiện nay .... 13
2.1.3 Các vấn đề còn tồn đọng trong XLNT tập trung của KCN ................... 28
2.2 Bể sinh học hiếu khí dạng mẻ (Sequencing Batch Reactor – SBR)................ 29
2.2.1 Lịch sử phát triển SBR............................................................................ 29
2.2.2 Nguyên tắc hoạt động ............................................................................. 30
2.2.3 Quá trình xử lý Nitơ, Phospho trong bể SBR ......................................... 31
2.2.4 Ưu, nhược điểm của bể SBR .................................................................. 41
2.3 Bể sinh học hiếu khí dạng mẻ có giá thể sinh học di động – MB-SBR .......... 42
2.3.1 Giá thể động ............................................................................................ 43
2.3.2 Lớp màng biofilm ................................................................................... 45
2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng ............................................................................. 47
2.3.4 Những thuận lợi và hạn chế .................................................................... 48
2.4 Các nghiên cứu có liên quan ........................................................................... 49
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................. 52
3.1 Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................. 52
viii
3.2 Vật liệu nghiên cứu ......................................................................................... 52
3.2.1 Nước thải................................................................................................. 52
3.2.2 Bùn cấy ban đầu ...................................................................................... 53
3.2.3 Giá thể di động ........................................................................................ 53
3.3 Mơ hình nghiên cứu ........................................................................................ 56
3.3.1 Cấu tạo mơ hình ...................................................................................... 56
3.3.2 Ngun tắc hoạt động của mơ hình ........................................................ 57
3.4 Điều kiện vận hành .......................................................................................... 58
3.5 Phương pháp phân tích .................................................................................... 60
3.5.1 Phương pháp xác định các thông số ....................................................... 60
3.5.2 Phương pháp lấy mẫu ............................................................................. 62
3.6 Xử lý số liệu .................................................................................................... 63
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................ 65
4.1 Kết quả vận hành ở giai đoạn thích nghi ......................................................... 65
4.1.1 Diễn biến chỉ tiêu pH .............................................................................. 65
4.1.2 Diễn biến chỉ tiêu COD .......................................................................... 66
4.2 Kết quả vận hành ở các tải trọng ..................................................................... 67
4.2.1 Diễn biến chỉ tiêu COD .......................................................................... 67
4.2.2 Diễn biến chỉ tiêu N-NH4+ ...................................................................... 69
4.2.3 Diễn biến chỉ tiêu tổng nitơ .................................................................... 71
4.2.4 Diễn biến chỉ tiêu TP .............................................................................. 74
4.2.5 Diễn biến chỉ tiêu SS ............................................................................. 76
ix
4.2.6 Diễn biến chỉ tiêu độ màu ....................................................................... 78
4.2.7 Diễn biến chỉ tiêu MLVSS...................................................................... 80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................. 87
PHỤ LỤC ............................................................................................ 88
x
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải KCN Mỹ Phước 2 ...................................... 17
Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải KCN Nhơn Trạch 2 ................................... 20
Hình 2.3 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải tập trung KCN Tân Bình .......................... 23
Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tập trung KCN Bình Chiểu ....................... 26
Hình 2.5 Quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải trong bể SBR .......................... 31
Hình 2.6 Quá trình loại bỏ Nitơ sinh học [3] ................................................................. 37
Hình 2.7 Quá trình loại bỏ phospho sinh học [3] .......................................................... 38
Hình 2.8 Mơ tả trường hợp hiếu khí và kị khí [3] ......................................................... 40
Hình 2.9 Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O ........................... 44
Hình 3.1 Sơ đồ tiến trình thí nghiệm ............................................................................. 52
Hình 3.2 Hình dạng giá thể Mutag BiochipTM ............................................................... 54
Hình 3.3 Mơ hình nghiên cứu ........................................................................................ 56
Hình 3.4 Vị trí lấy mẫu trên mơ hình ............................................................................ 62
Hình 4.1 Giá thể chuyển màu sau thời gian 3 ngày và ổn định 20 ngày ....................... 65
Hình 4.2 pH ở giai đoạn thích nghi .............................................................................. 65
Hình 4.3 COD ở giai đoạn thích nghi ........................................................................... 66
Hình 4.4 So sánh nồng độ COD của bể SBR và MB-SBR ........................................... 67
Hình 4.5 So sánh hiệu suất COD của bể SBR và MB-SBR .......................................... 68
Hình 4.6 So sánh nồng độ N-NH4+ của bể SBR và MB-SBR ...................................... 69
Hình 4.7 So sánh hiệu suất N-NH4+ của bể SBR và MB-SBR ..................................... 70
xi
Hình 4.8 So sánh nồng độ Tổng Nitơ của bể SBR và MB-SBR .................................. 71
Hình 4.9 So sánh hiệu suất Tổng Nitơ của bể SBR và MB-SBR .................................. 73
Hình 4.10 So sánh nồng độ Tổng Phospho của bể SBR và MB-SBR.......................... 74
Hình 4.11 So sánh hiệu suất Tổng Phospho của bể SBR và MB-SBR ......................... 75
Hình 4.12 So sánh nồng độ SS của bể SBR và MB-SBR ............................................ 76
Hình 4.13 So sánh hiệu suất SS của bể SBR và MB-SBR ............................................ 77
Hình 4.14 So sánh Độ màu của bể SBR và MB-SBR .................................................. 78
Hình 4.15 So sánh hiệu suất Độ màu của bể SBR và MB-SBR .................................... 79
Hình 4.16 So sánh nồng độ MLVSS trong bể SBR và MB-SBR................................. 80
Hình 4.17 Giá thể Mutag BiochipTM trước khi vận hành và sau khi vận hành ............ 81
xii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần và tính chất một số loại nước thải công nghiệp thực phẩm ........ 8
Bảng 2.2: Thành phần và tính chất một số loại nước thải cơng nghiệp hóa chất ............ 9
Bảng 2.3: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý.................. 12
Bảng 2.4: Tính chất nước thải đầu vào của một số KCN .............................................. 14
Bảng 2.5: Tính chất nước thải đầu vào của dòng thải tại trạm xử lý nước thải tập trung
KCN Mỹ Phước 2 ................................................................................................... 16
Bảng 2.6: Tính chất nước thải đầu vào của dịng thải tại trạm xử lý nước thải tập trung
KCN Nhơn Trạch 3 - Giai đoạn 2 ........................................................................... 19
Bảng 2.7: Tính chất nước thải đầu vào của dòng thải tại trạm xử lý nước thải tập trung
KCN Tân Bình ........................................................................................................ 22
Bảng 2.8: Tính chất nước thải đầu vào của dịng thải tại trạm xử lý nước thải tập trung
KCN Bình Chiểu ..................................................................................................... 25
Bảng 2.9: Mối quan hệ nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng [3] .................................. 33
Bảng 2.10: Thông số các loại giá thể............................................................................. 44
Bảng 2.11: Bảng đặc tính giá thể trong nghiên cứu của E. Hosseini Koupaie .............. 50
Bảng 3.1: Thành phần tính chất nước thải đầu vào của mơ hình thí nghiệm ............... 53
Bảng 3.2: Thơng số đặc trưng của giá thể Mutag Biochip TM ....................................... 55
Bảng 3.3: Các thiết bị sử dụng trong mơ hình ............................................................... 57
Bảng 3.4: Thơng số vận hành ở thí nghiệm thích nghi .................................................. 59
Bảng 3.5: Chi tiết hoạt động của mơ hình trong các chu kỳ ở thí nghiệm 2 ................. 60
Bảng 3.6: Danh mục các dụng cụ, thiết bị dùng trong nghiên cứu ............................... 60
Bảng 3.7: Thông số lấy mẫu trong mô hình thí nghiệm ................................................ 62
xiii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
KCN
Khu Công Nghiệp
XLTN
Xử lý nước thải
BTNMT
Bộ Tài Nguyên Môi Trường
QCVN
Quy Chuẩn Việt Nam
TCVN
Tiêu Chuẩn Việt Nam
SBR
Sequencing Batch Reactor – Bể sinh học hiếu khí dạng mẻ
MB-SBR
Moving Bed Sequencing Batch Reactor – Bể sinh học hiếu khí dạng mẻ
có giá thể di động
COD
Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học
BOD
Biological Oxy Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa
DO
Demand of Oxygen – Nhu cầu oxy
MLSS
Mixed Liquor Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng hỗn dịch
MLVSS
Mixed Liquor Volatile Suspended Solid - Chất rắn lơ lửng hỗn dịch bay
hơi
TS
Total Solid – Tổng chất rắn
SS
Suspended Solid – Chất rắn lơ lửng
TSS
Total suspended solid – Tổng chất rắn lơ lửng
TKN
Nitơ Kejdal (gồm nitơ amonia và nitơ hữu cơ)
TP
Tổng Phospho
TN
Tổng Nitơ
1
Chương 1:
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Với mục tiêu đẩy mạnh phát triển công nghiệp trong nước và thu hút đầu tư nước ngồi
nhằm phát triển đất nước theo hướng cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa, từ năm 1991,
Chính phủ Việt Nam chủ trương xây dựng và phát triển các khu cơng nghiệp (KCN),
khu chế xuất. Tính đến tháng 12/2011, cả nước có 283 khu cơng nghiệp được thành lập
với tổng diện tích hơn 72.000 ha, trong đó có 180 KCN đã đi vào hoạt động với tổng
diện tích 58.300 ha, có 6.800 dự án xản xuất, kinh doanh đang hoạt động, đạt tỷ lệ lấp
đầy trung bình khoảng 65%. Giá trị sản xuất cơng nghiệp bình qn trên 1 ha đất (đã
cho thuê) đạt 1,6 triệu USD/ha/năm. Các KCN hiện đang tạo việc làm cho hơn 1,6 triệu
lao động trực tiếp và gần 1,8 triệu lao động gián tiếp (Bộ KH&ĐT, 2012). Tuy nhiên
bên cạnh những đóng góp tích cực, q trình phát triển cơng nghiệp nói chung và các
hệ thống KCN nói riêng ở Việt Nam đang tạo ra nhiều thách thức lớn về ô nhiễm môi
trường do chất thải rắn, khí thải và nhất là nước thải KCN.
Nước thải tập trung của KCN là một trong những nước thải gây ô nhiễm nghiêm trọng
nhất, là nguồn nước thải khơng an tồn do chứa hàm lượng chất vơ cơ, hữu cơ cao, dầu
mỡ, kim loại nặng, các chất độc (Benzen, chlorobenzen, nitrophenol, toluen, pyren,…)
và nhiều hàm lượng các hợp chất nitơ. Như vậy việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý
chất ô nhiễm trong nước thải KCN ở điều kiện cụ thể của Việt nam là một địi hỏi cấp
thiết.
Cơng nghệ bùn hoạt tính hiếu khí gián đoạn (SBR) được biết đến vào những năm 1900,
khám phá bởi Ardern, Lockett và Fowler[1]. Với các quá trình làm đầy, sục khí, lắng
và tháo nước sạch trong cùng một bể đã khắc phục được các khuyết điểm của bể bùn
2
hoạt tính thơng thường. SBR thực sự đem lại hiệu quả cho các loại nước thải có nhiều
biến động lớn về nồng độ và chất lượng, nhất là nước thải tập trung từ các KCN. Các
KCN Sóng Thần I,II; KCN Tân Bình, Bình Chiểu, Vĩnh Lộc, KCX Linh Trung
I,II,II…. đã chứng minh được điều đó.
Cơng nghệ màng sinh học trên giá thể di động (MB-SBR Moving Bed Biofilm
Reactor) sử dụng giá thể bằng nhựa poly etylen có diện tích bề mặt riêng lớn để vi sinh
dính bám với sự kết hợp của các q trình bùn hoạt tính và lọc sinh học trong lớp màng
vi sinh ở trạng thái tầng sôi là một công nghệ mới được các nhà khoa học Thụy Điển
nghiên cứu từ năm 1986 và cho thấy khả năng xử lý chất hữu cơ, chất dinh dưỡng có
trong nước thải là rất lớn thơng qua hiệu quả xử lý cao, dễ vận hành, chịu ”sock” tốt,
rất ổn định.
SBR thích hợp cho loại nước thải có nhiều biến động, giá thể sinh học ổn định cùng
với tiềm năng nâng cao tải trọng, hiệu quả xử lý. Vì vậy việc kết hợp q trình bùn
hoạt tính hiếu khí gián đoạn và giá thể sinh học là phù hợp với yêu cầu thực tiễn. Bên
cạnh đó ngày 28 tháng 12 năm 2011 BTNMT đã ban hành tiêu chuẩn xả thải QCVN
40:2011 nhằm thiết chặt tiêu chuẩn xả thải của các KCN, khu chế xuất. Đầu ra nước
sau xử lý nghiêm ngặt, đầu vào lại nhiều rủi ro do hiện tượng xả thải ”chui” nên
“nghiên cứu xử lý nước thải tập trung khu cơng nghiệp bằng mơ hình hiếu khí gián
đoạn có giá thể sinh học di động” là cần thiết.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải tập trung khu
cơng nghiệp bằng hệ thống SBR và SBR có giá thể sinh học di động ở các chu kỳ hoạt
động khác nhau để từ đó đề xuất cải tạo nâng cao hiệu quả xử lý
3
1.3 Nội dung nghiên cứu
ü Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến công nghệ SBR, các
giá thể sinh học.
ü Thiết lập mơ hình xử lý và phương pháp vận hành mơ hình, sử dụng giá thể
Mutag Biochip TM cho mục đích nghiên cứu.
ü Vận hành mơ hình thực nghiệm với các chu kỳ khác nhau như: chu kỳ 12h, chu
kỳ 8h, chu kỳ 6h ở hai đối tượng cần so sánh là SBR và SBR có giá thể sinh học
di động.
ü Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu ơ nhiễm của mơ hình nghiên cứu theo các vị trí
nghiên cứu nhất định, đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ (COD), chất dinh
dưỡng (Nitơ, phospho).
ü Đề xuất cải tiến nâng cao hiệu quả xử lý.
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
Trong đề tài nghiên cứu này, với quy mơ hạn chế của phịng thí nghiệm nên đối tượng
nghiên cứu giới hạn trong một số vấn đề sau:
ü Để tài sử dụng nguồn nước thải từ khu công nghiệp đang vận hành hệ thống xử
lý có bể sinh học là SBR.
ü Giá thể sử dụng là giá thể di động đã được thương mại hóa và đạt hiệu quả xử lý
nước thải KCN cao ở các nước trên thế giới.
ü Mơ hình SBR được thiết kế thích hợp ở quy mơ phịng thí nghiệm và vận hành
trong thời gian nghiên cứu.
4
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Đây là một nghiên cứu thuộc phạm vi phịng thí nghiệm. Do vậy, đề tài chỉ nghiên cứu
chủ yếu các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá hiệu quả giá thể trong bể SBR. Cần có những
nghiên cứu sâu hơn về tỉ lệ thời gian giữa các pha trong một chu kỳ khi sử dụng giá
thể đối với nước thải KCN.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Phương pháp tổng quan tài liệu
Đây là phương pháp tiếp cận với nhiều tài liệu khác nhau nhằm tiếp thu kiến thức lý
thuyết, khai thác thông tin hay học tập kinh nghiệm của những cơng trình nghiên cứu,
những ứng dụng thực tiễn đã triển khai, những ưu nhược điểm,… có liên quan đến vấn
đề ta đang nghiên cứu. Các kiến thức này có thể khai thác từ các nguồn: sách vở, báo
chí, kinh nghiệm, internet, nghiên cứu của những người đi trước,…
1.5.2 Phương pháp phân tích hệ thống
Phương pháp phân tích hệ thống là xem xét đối tượng trong một không gian kín và
phân tích các đầu vào, đầu ra, yếu tố ảnh hưởng và động thái của quá trình. Trong đề
tài này, phân tích hệ thống là mơ hình bể SBR và SBR có giá thể với sự đánh giá các
thông số đầu vào và đầu ra.
1.5.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích
Q trình thực hiện nghiên cứu ln cần phải có phương pháp lấy mẫu và phân tích
mẫu phù hợp, đúng theo tiêu chuẩn của từng chỉ tiêu đánh giá đã đề ra.
1.5.4 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
Phương pháp này được ứng dụng nhằm thu được kết quả có độ tin cậy cao, đúng, đủ và
phù hợp với mục đích nghiên cứu.
5
1.6 Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của đề tài
1.6.1 Ý nghĩa khoa học
Công nghệ sử dụng các loại giá thể trong bể bùn hoạt tính, nổi lên với các ưu điểm
như: chịu được tải trọng cao, xử lý được các chất dinh dưỡng, giá thể có mật độ bùn
hoạt tính cao, ít tốn năng lượng, ít sinh bùn, ... Vì vậy hiện nay có rất nhiều đơn vị thi
công lắp đặt các loại giá thể vào quy trình xử lý nhưng chưa nghiên cứu loại giá thể đặc
trưng cho từng loại nước thải. Do đó việc nghiên cứu tìm ra loại giá thể phù hợp là vấn
đề đang được quan tâm của các nhà khoa học.
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn
Với những ưu việt của công nghệ màng sinh học trên giá thể di động như:
ü Không cần thay đổi quy trình hoạt động của hệ thống xử lý, chỉ cần cho thêm
một lượng giá thể phù hợp vào bể sinh học thì hiệu xuất xử lý tăng cao.
ü Quá trình nâng cấp đơn giản và nhanh chóng.
ü Q trình thích nghi nhanh và hiệu quả.
ü Mật độ bùn hoạt tính trong bể cao nhưng lượng bùn sinh ra ít, giảm bớt chi phí
xử lý bùn. Khơng cần kiềm sốt chỉ số SVI.
ü Ít tốn năng lượng.
ü Các lớp màng sinh học bám trên giá thể có khả năng xử lý nitơ, phospho giảm
chi phí đáng kể nếu như dùng phương pháp truyền thống để xử lý.
Công nghệ MB-SBR có thể đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao trên các khía cạnh kỹ
thuật, kinh tế và môi trường của các khu công nghiệp và trạm xử lý trong công tác bảo
vệ môi trường.
6
1.6.3 Tính mới của đề tài
Vấn đề kết hợp giữa hai q trình bùn hoạt tính lơ lửng truyền thống và giá thể di động
đã được ứng dụng trên thế giới, và chỉ mới bắt đầu nghiên cứu ở Việt Nam. Tuy nhiên,
với đề tài này, cái hay và mới ở chỗ kết quả của nghiên cứu sẽ tư vấn cho các trạm xử
lý nước thải tập trung KCN nhằm nâng cao hiệu suất xử lý của nhà máy, giảm chi phí
xử lý cuối nguồn. Vì thế, việc nghiên cứu xử lý nước thải KCN bằng mơ hình hiếu khí
gián đoạn có giá thể sinh học di động là điều cần thiết và hợp lý.
7
Chương 2: TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về nước thải tập trung tại KCN
2.1.1 Nguồn gốc, thành phần, tích chất nước thải KCN
Nước thải KCN là nước thải sinh ra trong q trình sản xuất cơng nghiệp và hoạt động
sinh hoạt của nhân viên và công nhân. Nước thải KCN rất đa dạng, khác nhau về thành
phần, tính chất và phụ thuộc nhiều yếu tố như: loại hình cơng nghiệp, cơng nghệ sử
dụng, trình độ quản lý. Nước thải KCN bao gồm: nước thải sản xuất, nước thải sinh
hoạt và nước mưa chảy tràn.
a. Nước thải sản xuất
Dưới đây là tính chất nước thải của từng loại ngành công nghiệp và khả năng gây ra ô
nhiễm của chúng.
ü Ngành chế biến lương thực và thực phẩm
Nhìn chung các xí nghiệp ngành lương thực và thực phẩm thải ra chủ yếu là các
chất thải hữu cơ với nguồn gốc động, thực vật hoặc là các sản phẩm từ q trình
lên men:
• Chất thải có nguồn gốc thực vật có thành phần chủ yếu là carbonhydrate và
các vitamine. Chất béo và proteins chiếm tỷ lệ rất nhỏ. Với thành phần hữu
cơ như vậy dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật khi thải các chất thải này vào
nguồn nước, gây ô nhiễm cho nguồn tiếp nhận chất thải.
• Chất thải có nguồn gốc động vật có thành phần chủ yếu là proteins và chất
béo. Trong hai thành phần này thì chất béo là chất khó bị phân hủy bởi vi
sinh vật.
• Chất thải có nguồn gốc từ các sản phẩm của quá trình lên men (bia, nước trái
cây lên men, bánh sữa…) có thành phần tương đối phức tạp chứa đựng các
8
chất cơ bản có trong thành phần thực phẩm, BOD trong nước thải loại này
thường khá cao.
Bảng 2.1: Thành phần và tính chất một số loại nước thải cơng nghiệp thực phẩm
Thông số
Nồng độ
pH
3,7 – 10,9
SS (mg/l)
30 – 5.000
COD (mg/l)
300 – 3.500
BOD5 (mg/l)
250 – 2.600
Lưu lượng (m3/tấn sản phẩm)
9 – 60
(Nguồn: Báo cáo đánh giá tác động môi trường KCN Sóng Thần 2, 1995)
Nước thải loại này khi thải vào môi trường sẽ làm cho nguồn nước bị ô nhiễm
hữu cơ, nước sẽ có màu, bốc mùi khó chịu.
ü Ngành cơng nghiệp hóa chất
Ngành cơng nghiệp hóa chất bao gồm các loại xí nghiệp như sau: cao su, nhựa,
sơn, bột giặt, hàng mỹ phẩm… Mức độ ô nhiễm của nước thải của các dạng xí
nghiệp trên phụ thuộc rất nhiều vào trình độ cơng nghệ, thiết bị và ngun liệu
sản xuất.
9
Bảng 2.2: Thành phần và tính chất một số loại nước thải cơng nghiệp hóa chất
Thơng số ơ
nhiễm
Pin,
Accu
Hóa chất
Cao su mủ
Sơn
Bột giặt
Diêm
pH
2-13
2–4
5,3 – 6,5
2–3
6,5 – 8,5 6,8 – 7,5
COD(mg/l)
120-350
-
3.800-4.500
-
110-390
280-450
BOD(mg/l)
< 50
-
2.150-2.700
-
< 50
110-160
SS (mg/l)
1.0001.400
< 20
350-460
< 20
30 – 50
50 – 70
TP (mg/l)
-
-
130-160
-
< 10
-
SO4 2- (mg/l) 500-1.200
50-130
-
-
160-210
-
TN (mg/l)
-
-
420-500
-
-
-
LL (m3/t sp)
2,5 – 2,7
-
38 – 42
0,5 – 1
1,5 – 1,7 7,2 – 8,2
(Nguồn: Báo cáo đánh giá tác động mơi trường KCN Sóng Thần 2, 1995)
Nhìn chung thì nước thải ngành nhựa có mức độ ơ nhiễm không cao, chủ yếu là
làm tăng nhiệt độ nước (nước dùng chủ yếu cho các việc giải nhiệt).
Ngành chế biến cao su nếu liên quan đến việc chế biến mủ cao su thơ (cán
rửa) thì đây là ngành đặc biệt ô nhiễm. Công nghệ sản xuất bao gồm các giai
đoạn: cán, hỗn luyện pha chế hoặc chế tạo sản phẩm từ nguyên liệu cao su thành
phẩm thì hầu như không tạo ra nước thải. Tuy vậy, các phân xưởng này thường
có mùi hơi, lượng bụi khá cao và nước vệ sinh mặt bằng, vệ sinh thiết bị cũng có
khả năng bị ô nhiễm.
Chất thải của ngành công nghiệp bộ giặt và các hàng mỹ phẩm khác có khả
năng gây ra ô nhiễm đáng kể đối với môi trường, thành phần các chất ô nhiễm là
xút, các chất tẩy rửa gốc hữu cơ.
10
ü Ngành cơ khí
Xếp vào ngành này là các xí nghiệp sản xuất và lắp ráp xe hơi, phụ tùng thay
thế, sản xuất và lắp ráp điện tử, sản xuất ống thép, sắt xây dựng, container, sản
xuất và lắp ráp xe đạp, xe gắn máy. Đối tượng phục vụ cũng như các chủng loại
sản phẩm của ngành này tương đối đa dạng.
Ơ nhiễm nguồn nước trong các xí nghiệp ngành này tương đối nhỏ (ngoại trừ
nước từ quá trình tẩy rửa, xi mạ, xử lý khí thải), các xí nghiệp nhìn chung đều ít
xử dụng nước, nước được dùng chủ yếu cho các công tác như sau:
ü Nước giải nhiệt máy móc và thiết bị.
ü Nước cho nồi hơi.
ü Nước rửa máy móc thiết bị, nguyên liệu và sản phẩm.
ü Nước vệ sinh nhà xưởng.
ü Nước dùng dự phòng chữa cháy.
ü Nước thải ô nhiễm từ hệ thống xử lý bề mặt kim loại, xử lý khí thải (nếu
có).
ü Nước dùng cho nhu cầu sinh hoạt ở các xí nhiệp.
Nhìn chung thì nước thải ở các cơng đoạn này là ít độc hại, mức độ ơ nhiễm có
thể xem xét ngang như nước thải sinh hoạt. Điểm đặc biệt là nước thải ngành
này thường có khả năng nhiễm dầu mỡ (bơi trơn máy móc và động cơ) nên sẽ
tăng cao khả năng gây ra ô nhiễm nguồn nước (đặc biệt là trong các xí nghiệp cơ
khí sữa chữa ơ tơ). Ngồi ra trong một số xí nghiệp của ngành này nước thải ra
có khả năng bị nhiễm các loại bụi kim loại, bụi hơi dung mơi (từ các q trình
sơn trong các phân xưởng lắp ráp xe) và quá trình mạ kim loại sẽ có tác động
nguy hiểm đến hệ sinh thái và mơi trường sống nói chung.
ü Các ngành công nghiệp khác
