Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nứơc thải nhà máy sữa nghệ an vinamilk

TRƯờNG ĐạI HọC VINH
KHOA SINH HọC
=== ===

NGUYễN ĐìNH PHúC

ĐáNH GIá HIệU QUả Xử Lý CủA Hệ THốNG
Xử Lý NƯớC THảI NHà MáY SữA
NGHệ AN VINAMILK

Khóa luận TốT NGHIệP đại học
chuyên ngành: công nghệ môi tr-ờng

Vinh, 5 - 2010

-1-


Lời cảm ơn

Để hoàn thành luận văn này em đà nhận đ-ợc sự h-ớng dẫn tận tình của
ThS. Nguyễn Đức Diện. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ quý báu
đó.
Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của PGS - TS. Nguyễn Đình San, CN.
Hồ Thị Ph-ơng cùng các thầy cô giáo trong tổ Hóa Sinh - khoa Sinh học - Tr-ờng
Đại học Vinh, nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk, Trung tâm quan trắc và kỹ thuật
môi tr-ờng Nghệ An, chi cục bảo vệ môi tr-ờng Nghệ An.
Xin chân thành cảm ơn sự động viên cổ vũ của ng-ời thân, bạn bè đà cho tôi
thêm nghị lực để hoàn thiện luận văn này.
Vinh, ngày 10 tháng 05 năm 2010.

Nguyễn Đình Phúc.

-2-


Danh mục các chữ viết tắt, ký hiệu

BOD5:

Nhu cầu oxy hoá sinh học (Biochemical oxygen demand).

COD:

Nhu cầu oxy hoá hoá häc ( Chemical oxygen demand).

DO:

Oxy hoµ tan ( Dissolved oxygen).

SS:

ChÊt rắn lơ lửng ( Suspended Soilds).

TCVN:

Tiêu chuẩn Việt Nam.

mg/l:

miligam/Lít.

BVMT:
BHT:
SSV:
SVI:
F/M:
MLSS:
m:
NT:
RAS:
WAS:
LĐTBXH

Bảo vệ môi tr-ờng.
Bùn hoạt tính.
Thể tích bùn lắng (settled sludge volume).
Chỉ số bùn (sludge volume index).
Food/Mass.
Nồng độ SS.
Micromet
N-ớc thải.
Bùn tuần hoàn.
Bùn d-.
Lao động th-ơng binh xà hội.

Mục Lục
-3-


Trang

Mở đầu
Ch-ơng 1: Tổng quan tài liệu
1.1. Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến sữa ở Việt Nam
1.1.1. Hiện trạng sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm sữa và xu thế
phát triển ngành sản xuất sữa ở Việt Nam
1.1.2. Khái quát về công ty sữa Việt Nam - Vinamilk và nhà máy sữa
Nghệ An - Vinamilk.
1.2. Công nghệ sản xuất và chế biến sữa của nhà máy sữa Nghệ An Vinamilk:
1.2.1. Nguyên liệu
1.2.2. Dây chuyền công nghệ sản xuất
1.2.3. Khái quát về n-ớc thải nhà máy sữa
1.3. Các công nghệ xử lý n-ớc thải
1.3.1 Trung hòa
1.3.2. Tuyển nổi
1.3.3. Công nghệ bùn hoạt tính
1.3.4. Lắng
Ch-ơng 2: Đối t-ợng, nội dung và ph-ơng pháp nghiên cứu
2.1. Địa điểm và đối t-ợng nghiên cứu
2.1.1. Địa điểm nghiên cứu
2.1.2. Đối t-ợng nghiên cứu
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.3. Ph-ơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Ph-ơng pháp khảo sát và thu thập số liệu
2.3.2. Ph-ơng pháp phân tích
2.3.2.1. Ph-ơng pháp thu mẫu và bảo quản mẫu
2.3.2.2. Ph-ơng pháp phân tích
2.3.3. Ph-ơng pháp kế thừa
2.4. Ph-ơng pháp đánh giá khả năng xử lý
2.4.1. Đánh giá hiệu quả xử lý tính theo % l-ợng chất thải đầu vào
2.4.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của từng đơn vị xư lý

2.4.3. HiƯu qu¶ xư lý so víi TCVN

-4-

1
3
3
3
3
4
4
8
8
9
9
12
14
18
19
19
19
19
19
20
20
20
20
21
21
22

22
22
23


Ch-ơng 3: Kết quả nghiên cứu
3.1. Nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk
3.2. Công nghệ xử lý n-ớc thải của nhà máy
3.3. Đánh giá chất l-ợng n-ớc thải đầu vào hệ thống xử lý
3.4. Đánh giá chất l-ợng n-ớc thải sau khi qua các đơn vị xử lý
3.4.1. Chất l-ợng n-ớc thải sau khi qua bể trung hòa
3.4.2. Chất l-ợng n-íc th¶i sau khi qua bĨ tun nỉi (DAF)
3.4.3. ChÊt l-ợng n-ớc thải sau khi qua hệ bùn hoạt tính và bể lắng
3.5. Đánh giáchất l-ợng n-ớc thải sau khi xử lý
3.5.1. Kết quả phân tích n-ớc thải sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lý
3.5.2. Đánh giá khả năng xử lý của hệ thống
3.6. So sánh, đánh giá sự thay đổi hiệu suất xử lý qua các năm
3.7. Đề xuất các biện pháp để tăng hiệu quả xử lý của hệ thống.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham kh¶o
Phơ lơc 1
Phơ lơc 2
Phơ lơc 3

-5-

24
24
25
29

31
31
32
33
35
35
36
37
40
43
46
48
49
50


Danh mục các bảng
Trang
Bảng 1.1. Nhu cầu về nguyên vật liệu chính hàng năm

5

Bảng 1.2. Giá trị của một vài thông số chất l-ợng n-ớc thải sữa

9

Bảng 1.3. Các Bazo đ-ợc dùng để trung hòa

11

Bảng 1.4. Các Axit đ-ợc dùng để trung hòa

12

Bảng 3.1. Kết quả phân tích chất l-ợng n-ớc thải ở bể tiếp nhận

30

Bảng 3.2. Kết quả phân tích chất l-ợng n-ớc thải ở bể trung hòa

31

Bảng 3.3. Kết quả phân tích chất l-ợng n-ớc thải sau DAF

32

Bảng 3.3. Chất l-ợng n-ớc thải sau khi qua hệ thống bể aerotank và
bể lắng
Bảng 3.5. Kết quả phân tích n-ớc thải sau khi qua toàn bộ hệ thống
xử lý
Bảng 3.6. Kết quả phân tích chất l-ợng n-ớc thải nhà máy sữa qua
các năm

-6-

33

35

38

Danh mục các Hình vẽ
Trang
Hình 1.1. DAF với kĩ thuật nén khí một phần dòng đà làm trong tuần
hoàn

13

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ nguyên lí của quá trình bùn hoạt tính
thông th-ờng

14

Hình 1.3. Tóm tắt các quá trình vi sinh trong hệ xử lí hiếu khí

15

Hình 1.4. Cân bằng vËt chÊt ®èi víi cacbon (BOD5) trong hƯ xư lÝ
sinh học hiếu khí

16

Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ xử lý n-ớc thải của nhà máy sữa Nghệ An

25

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

28

Hình 3.3. So sánh chất l-ợng n-ớc qua các năm.

39

-7-


Mở đầu

Cùng với sự phát triển không ngừng của kinh tế, con ng-ời ngày càng tác
động sâu sắc tới thiên nhiên và môi tr-ờng. Chỉ trong 100 năm của thế kỷ XX, con
ng-ời đà làm ra một khối l-ợng sản phẩm bằng tổng khối l-ợng sản phẩm của tất
cả các thời kỳ tr-ớc cộng lại. Tuy nhiên, cũng từ đó đến nay, con ng-ời đà và đang
phải đối mặt với các vấn đề ô nhiễm môi tr-ờng. Phát triển kinh tế là tất yếu, nh-ng
phát triển cân bằng với các giá trị về xà hội và môi tr-ờng. Vì vậy, vấn đề sản xuất
và bảo vệ môi tr-ờng là hai nhiệm vụ không thể tách rời nhau.
Sản xuất và chế biến thực phẩm là một trong những ngành có vai trò quan
trọng đối với sự phát triển của xà hội và sự tồn tại của con ng-ời. Tuy nhiên, đây
cũng là ngành sản xuất đang phải đối mặt với rất nhiều các vấn đề môi tr-ờng đặc
biệt là vấn đề n-ớc thải sản xuất. N-ớc thải công nghiệp đà trở thành nỗi lo chung
không chỉ của các nhà máy, các cơ quan quản lý mà còn là nỗi lo chung của cả
cộng đồng.
Thực tế hiện nay, sản xuất kinh doanh trên địa bàn tỉnh Nghệ An nói chung
và ngành công nghiệp chế biến thực phẩm nói riêng đà mang lại những nguồn lợi
nhuận kinh tế to lớn nh-ng ít nhiều cũng gây ảnh h-ởng xấu đến môi tr-ờng và
cảnh quan thiên nhiên. Nhà máy sữa Nghệ An Vinamilk đi vào hoạt động năm
2005 với công suất 30 triệu lít/năm và đà xây dựng một hệ thống xử lý n-ớc thải
khá hiện đại. Tuy nhiên, theo thời gian và sự thay đổi các điều kiện môi tr-ờng

cũng nh- sản xuất và vận hành, chúng ta không thể đảm bảo chắc chắn về độ tin
cậy của hệ thống xử lý nh- ban đầu. Do đó, cần có những đánh giá khách quan về
khả năng xử lý chất thải của hệ thống. Trên cơ sở đó, chúng tôi thực hiện đề tài:
Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý n-ớc thải Nhà máy sữa Nghệ An
Vinamilk nhằm xem xét việc tuân thủ các yêu cầu về bảo vệ môi tr-ờng và

-8-


hạn chế những rủi ro có thể phát sinh trong quá trình xử lý n-ớc thải. Hơn nữa,
không chỉ có ý nghĩa cho việc kiểm soát chất thải ở thời điểm hiện tại, đề tài này
còn h-ớng đến việc tạo ra mét c¬ së khoa häc thùc nghiƯm cho viƯc thiết kế, xây
dựng và vận hành các hệ thống xử lý t-ơng tự sau này; chỉ ra những -u điểm
cũng nh- nh÷ng thiÕu sãt cđa hƯ thèng xư lý; qua ®ã, cung cÊp mét ngn tµi
liƯu quan träng cho viƯc nghiên cứu về công nghệ xử lý n-ớc thải.
Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu về quy trình công nghệ xử lý n-ớc thải của
nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk, kết hợp với điều tra chất l-ợng n-ớc thải
tr-ớc và sau khi xử lý nhằm đánh giá về khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong
n-ớc thải của nhà máy sữa. Để đạt đ-ợc mục tiêu trên, nhiệm vụ của đề tài cần
phải giải quyết là:
- Đánh giá về thành phần các chất ô nhiễm trong n-ớc thải nhà máy sữa.
- Xem xét quy trình công nghệ xử lý n-ớc thải của nhà máy sữa
Nghệ An Vinamilk.
- Đánh giá hiệu quả xử lý của từng đơn vị xử lý chính.
- Đánh giá hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống xử lý.
- Đánh giá sự thay đổi hiệu quả xử lý qua các năm.
- Đề xuất một số biện pháp nâng cao khả năng xử lý.1

-9-

Ch-ơng 1: Tổng quan tài liệu

1.1. Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến sữa ở Việt Nam
1.1.1. Hiện trạng sản xuất, tiêu thụ các sản phẩm sữa và xu thế phát triển ngành
sản xuất sữa ở Việt Nam
ở Việt Nam, việc sản xuất và chế biến sữa chủ yếu có từ thời Pháp thuộc
[13]. Hiện nay, công nghiệp sản xuất sữa của Việt Nam không ngừng phát triển,
đóng góp một phần lớn vào sự phát triển của đất n-ớc. Trong hệ thống các nhà máy
sữa thì Vinamilk là công ty nắm thị phần sữa lớn nhất (chiếm khoảng 75% thị
phần) [2].
Gần 10 năm trở lại đây mức sống của ng-ời dân đ-ợc cải thiện đáng kể, nhu
cầu tiêu dùng đặc biệt là nhu cầu về dinh d-ỡng ngày càng tăng. Sữa và các sản
phẩm từ sữa nh-: sữa t-ơi tiệt trùng, sữa chua, sữa đậu nành, kem là những
nguồn thực phẩm có nhiều chất dinh d-ỡng, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, dễ
bảo quản và tiện lợi cho ng-ời sử dụng [13].
1.1.2. Khái quát về công ty sữa Việt Nam - Vinamilk và nhà máy sữa Nghệ An
Vinamilk
Đ-ợc thành lập từ năm 1976, công ty cổ phần sữa Việt Nam Vinamilk đà lớn
mạnh và trở thành doanh nghiệp hàng đầu của ngành công nghiệp chế biến sữa,
hiện chiếm khoảng 75% thị phần sữa tại Việt Nam [2]. Ngoài việc phân phối mạnh
trong n-ớc với mạng l-ới 183 nhà phân phối và 94.000 điểm bán hàng phủ đều
64/64 tỉnh thành, sản phẩm sữa Vinamilk còn đ-ợc suất khẩu sang nhiều n-ớc nh-:
Mỹ, Pháp, Canada, Balan, Đức, khu vực Trung Đông, Đông Nam á [2].
Sau gần 35 năm ra mắt ng-ời tiêu dùng, đến nay tổng công ty sữa Việt Nam
đà xây dựng đ-ợc 8 nhà máy, 1 xí nghiệp và đang xây dựng thêm 3 nhà máy mới
với sự đa dạng về sản phẩm. Hiện nay Vinamilk đà có trên 200 mặt hàng sữa và các
sản phẩm tõ s÷a [2].

- 10 -

Nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk đ-ợc thành lập vào năm 2005, đây là nhà
máy sữa thứ tám trong tổng số các nhà máy của Vinamilk. Nhà máy sữa NghƯ An Vinamilk cã c«ng st chÕ biÕn 30 triƯu lít/năm, với các sản phẩm chính: sữa t-ơi,
sữa chua, sữa chua uống và n-ớc trái cây. Với tổng vốn đầu t- gần 100 tỉ đồng, nhà
máy đ-ợc lắp đặt trang thiết bị hiện đại của các n-ớc có công nghệ chế biến tiên
tiến: Thuỵ Điển, Đan Mạch, ý, Mỹ... nhà máy đ-ợc trang bị hệ thống xử lý n-ớc
thải của Singapore với công suất xử lý 500 m3/ngày [1].
1.2. Công nghệ sản xuất và chế biến sữa của nhà máy sữa Nghệ An - Vinamilk
1.2.1. Nguyên liệu
Các nguyên liệu chính dùng cho sản xuất gồm có: sữa t-ơi, sữa bột, chất béo,
đ-ờng, n-ớc và các nguyên liệu phụ nh-: h-ơng liệu, n-ớc trái cây và chocolate.
Ngoài ra, còn có các vật liệu phụ nh-: bao bì thùng giấy cactông, bao bì nhựa,
màng nhôm [1, 12].
Để sản xuất các sản phẩm đáp ứng thị hiếu ng-ời tiêu dùng ở từng nơi, từng
đối t-ợng thì các yêu cầu về chất l-ợng nguyên liệu và tỉ lệ phối trộn giữa chúng
với nhau đều phải tuân thủ theo một quy định nghiêm ngặt.

- 11 -


Bảng 1.1. Nhu cầu về nguyên vật liệu chính hàng năm
Sữa t-ơi hộp 200 ml

Định
Nguyên liệu

Sữa t-ơi
Thùng các
tông

Dầu FO
Điện

ĐVT

mức

Năm

Năm

Năm

Năm

Năm

1.000 lít

2005

2006

2007

2008

2009

Tấn

1,045

940,5

1000 Cái

102

90

108

130

156

187

1000 Lít

0,05

45

54

65

78

93,5

0,1

90

108

156

187

224

1000
Kwh

Sữa chua Yomilk hộp 200 ml

Định
Nguyên liệu

ĐVT

1128,6 1.358,5 1.630,2 1.954,15

mức

Năm

Năm

Năm

Năm

Năm

1.000 lít

2005

2006

2007

2008

2009

Bột sữa gầy

Tấn

0,045

12,15

15,3

19,35

24,3

30,6

Đ-ờng

Tấn

0,134

36,18

45,56

57,62

72,36

91,12

Kg

11

2970

3740

4730

5940

7480

Kg

5,5

1485

1870

2365

2970

3740

1000 Cái

0,1

27

34

43

54

68

1000 Lít

0,05

13,5

17

21,5

27

34

0,25

67,5

85

107,5

135

170

Mứt cam
(Yomilk)
Chất ổn định
sữa
Thùng các
tông
Dầu FO
§iƯn

1000
Kwh

- 12 -


Định
Nguyên liệu

ĐVT

Kem hộp 1 lít

mức

Năm

Năm

Năm

Năm

Năm

1.000 lít

2005

2006

2007

2008

2009

Bột sữa gầy

Tấn

0,036

2,232

2,520

2,880

3,240

3,600

Đ-ờng

Tấn

0,072

4,464

5,040

5,760

6,480

7,200

Kg

3,5

217

245

280

315

350

1000 Cái

0,1

6

7

8

9

10

1000 Lít

0,04

2,5

2,8

3,2

3,6

4

0,04

2,480

2,800

3,200

3,600

4,000

Chất ổn định
kem
Thùng các
tông
Dầu FO
Điện

1000
Kwh

Sữa chua trắng (hộp 100 ml)

Định
Nguyên liệu

ĐVT

mức

Năm

Năm

Năm

Năm

Năm

1.000 hũ

2005

2006

2007

2008

2009

Bột sữa gầy

Tấn

0,011

3,960

4,950

6,160

7,700

9,680

Đ-ờng

Tấn

0,015

5,400

6,750

8,400

10,500

13,200

Kg

1

360

450

560

700

880

1000 Cái

0,021

7,560

9,450

11,760

14,700

18,480

1000 Lít

0,008

2,880

3,600

4,480

5,600

7,040

0,04

14,4

18

22,4

28

35,2

Chất ổn định
SC
Thùng các
tông
Dầu FO
Điện

1000
Kwh

(Nguồn: Báo cáo tổng kết cuối năm 2009 công ty cổ phần sữa Vinamilk Nghệ An [3])

- 13 -


- Sử dụng năng l-ợng:
+ Nhu cầu về điện: Công suất điện 1140 KW đ-ợc cấp từ nguồn điện l-ới
quốc gia. Ngoài ra, đề phòng tr-ờng hợp mất điện l-ới đột xuất, nhà máy còn đ-ợc
trang bị 2 máy phát điện điêzen dự phòng có công suất 800 KVA [1].
+ Nhu cầu về hơi: Hơi đ-ợc sử dụng trong quá trình chế biến sản phẩm và để
thanh trùng thiết bị. Qua tính toán dựa trên công suất hoạt động của Nhà máy,
l-ợng hơi cần dùng là 1500kg/h đ-ợc cấp từ 2 nồi hơi (1 nồi hơi vận hành và 1 nồi
hơi dự phòng) công suất mỗi nồi hơi là 2000 kg/h (2,0 tấn/h). Nồi hơi đ-ợc đốt
bằng dầu FO, chất l-ợng hơi đạt yêu cầu [1].
Từ lò hơi có lắp đặt một hệ thống ống dẫn hơi đến các thiết bị qua các van
đóng mở, van an toàn, đồng hồ áp lực và đo l-u l-ợng, bộ phận ly hơi tự động. Hệ
thống đ-ờng ống dẫn hơi đ-ợc bảo ôn để tiết kiệm nhiệt và đ-ợc lắp đặt đúng theo
quy phạm an toàn nồi hơi theo quy định của Bộ LĐTBXH [1].
- Sử dụng n-ớc:
N-ớc đ-ợc sử dụng trong quá trình chế biến sản phẩm, vệ sinh máy móc
thiết bị và phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của cán bộ công nhân viên nhà máy.
Nhu cầu sử dụng n-ớc của nhà máy là khoảng 25 m3/h, trong đó:
: 12 m3/h;

-

N-ớc dùng cho sản xuất

-

N-ớc dùng cho vệ sinh máy móc thiết bị : 10 m3/h;

-

N-ớc dùng cho sinh hoạt

: 3 m3/h [1].

N-ớc cấp cho Nhà máy đ-ợc lấy từ nguồn n-ớc của hệ thống cấp n-ớc thị xÃ
Cửa Lò. Hệ thống phân phối n-ớc là ống thép không rỉ đ-ợc lắp đặt mới hoàn toàn,
dẫn n-ớc từ nguồn đến các thiết bị dùng n-ớc và ng-ời sử dụng.

- 14 -


1.2.2. Dây chuyền công nghệ sản xuất
- Công nghệ chế biến sữa t-ơi tiệt trùng (sữa UHT): Sữa t-ơi tiệt trùng (sữa UHT)
đ-ợc chế biến từ sữa bò t-ơi nguyên chất thu mua của các hộ nông dân sau khi đÃ
kiểm tra chất l-ợng theo các tiêu chuẩn quy định. Sữa tiệt trùng còn đ-ợc sản xuất
từ sữa bột nguyên kem chất l-ợng cao [13].
- Công nghệ chế biến sữa chua: Sữa chua đ-ợc chế biến từ sữa bò t-ơi, đ-ờng,
men hoặc đ-ợc chế biến từ sữa bột gầy, chất béo, đ-ờng, men Ngoài ra nếu
muốn sản xuất sữa chua có h-ơng vị trái cây ng-ời ta phối trộn thêm các loại mứt
trong quá trình chế biến [13].
- Công nghệ chế biến kem: Kem đ-ợc chế biến từ sữa bò t-ơi hoặc sữa bột gầy,
chất béo sữa, đ-ờng [13].
1.2.3. Khái quát về n-ớc thải nhà máy sữa
Từ các dây chuyền sản xuất trên, cùng với những quan sát trên thực tế có thể
nhận thấy rằng, quá trình sản xuất các sản phẩm từ sữa đ-ợc sản xuất trên một quy
trình khá khép kín. L-ợng chất thải rắn cũng nh- n-ớc thải chủ yếu đ-ợc tạo ra

trong quá trình sản xuất( trộn, lọc, rót). Với tình hình sản xuất đạt 100 % công
suất thiết kế, l-ợng n-ớc thải tạo ra trong quá trình sản xuất khoảng 19 m3/h. Ngoài
ra, quá trình vệ sinh các thiết bị cũng tạo ra một l-ợng n-ớc thải khá lớn: 40 m3/h.
Khi sản xuất: 22 giờ . 19m3/giờ = 418 m3/ ngày.
Khi vệ sinh các thiết bị: 2 giờ . 40m3/giờ = 80m3/ngày
Tổng l-ợng n-ớc thải của nhà máy là: 418 + 80 = 498 m3/ngày.
Ngoài l-ợng n-ớc thải thì thành phần các chất trong n-ớc thải cũng quyết
định rất lớn đến việc lựa chọn công nghệ xử lý. Một vài thông số ô nhiễm của n-ớc
thải nhà máy sữa đ-ợc cho ở bảng sau:

- 15 -


Bảng 1.2. Giá trị của một vài thông số chất l-ợng n-ớc thải sữa
TT

Thông số ô nhiễm

Đơn vị

Giá trị

1
2
3
4
5
6

L-u l-ợng

BOD5
COD
Chất rắn lơ lửng (SS)
Tổng Nitơ
Tổng Photpho

m3/ ngày đêm
mg/l
mg/l
mg/l
mgN/l
mgP/l

480
800
1200
250
60
15

TCVN
5945 - 2005 (loại B)
50
80
100
30
6

(Nguồn: Xử lý n-ớc thải giàu hợp chất Nitơ và Photpho. Lê Văn Cát, 2007 [4])

Với đặc tr-ng điển hình là loại n-ớc thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy
nh-: cacbonhydrat, protein, lipit Có thể nhận định rằng, n-ớc thải nhà máy sữa
rất thích hợp với công nghệ xử lý vi sinh hiếu khí [4].
1.3. Các công nghệ xử lý n-ớc thải
1.3.1. Trung hòa
N-ớc tinh khiết có công thức hoá học H2O và là một chất phân li rất kém,
ph-ơng trình phân li viết nh- sau:
H2O H+ + OH
Theo tính toán, giá trị [H+] = [OH] = 107 M cã nghÜa lµ pH cđa n-íc tinh
khiÕt n-ớc sạch là 7. Khi giá trị pH của n-ớc thay đổi (lớn hơn hoặc nhỏ hơn 7
thì n-ớc bị ô nhiễm).
Trong thực tế, tuỳ nguồn gốc n-ớc ban đầu tr-ớc xử lý có thể có tính axit
hoặc tính bazơ, trong đó tính axit phổ biến hơn. Tuy nhiên n-íc sau xư lý t mơc
®Ých sư dơng cã thĨ có yêu cầu dải pH khác nhau. Ví dụ n-ớc cấp cho sinh hoạt
th-ờng có yêu cầu pH = 6,58,5 [11, 15]; n-ớc sản xuất sữa pH = 6,57,5; n-ớc
thải sinh hoạt pH = 59 [11]. Vì vậy cần hiệu chỉnh pH tới các yêu cầu cụ thể, khi
đó trung hoà chính xác tới pH = 7 là điều không cần thiết, tốn kém và nhiều khi

- 16 -


không khả thi về mặt kỹ thuật. Trong tr-ờng hợp này ta cần hiệu chỉnh pH tới giá
trị mong muốn.
Quá trình này có thể đ-ợc thực hiện bằng cách trung hoà một phần H + hoặc
OH có d- trong n-ớc ban đầu tới giá trị pH mong muốn, khi đó ta có quá trình
đ-ợc gọi là hiệu chỉnh pH.
Phản ứng giữa chất có tính axit và chất có tính bazơ, hay tổng quát hơn giữa
ion H+ và ion OH dẫn tới pH của dung dịch sau phản ứng bằng 7 đ-ợc gọi là phản
ứng trung hoà.
Khi n-ớc có tính axit (pH < 7) ng-ời ta phải trung hòa bằng cách sử dụng, bổ

sung các chất có tính bazơ vào n-ớc ®Ĩ pH trë vỊ 7. Cã thĨ trung hoµ b»ng nhiều
cách.
ã Nếu là n-ớc thải có tính axit có thể dùng dòng n-ớc thải có tính kiềm (nếu
nhà máy có) trung hoà dòng thải có tính axit.
ã Nếu là n-ớc axit có thể cho chảy qua lớp đá vôi hay đolomit, tr-ờng hợp
này n-ớc không đ-ợc chứa các ion có khả năng tạo hợp chất kết tủa bám trên bề
mặt vật liệu trung hoà, cản trở phản ứng giữa CaCO3 với H+. Các hợp chất kết tủa
với Ca2+ có thể là CaF2, CaSO4 ...
ã Có thể dùng các hợp chất Ca, đolomit d-ới dạng huyền phù làm tác nhân
trung hoà n-ớc có tính axit.
ã Tr-ờng hợp cuối cùng mới dùng các hoá chất đắt tiền khác nh- NaOH,
sođa. Các chất có tính bazơ th-ờng sử dụng đ-ợc cho trong bảng sau:

- 17 -


Bảng 1.3. Các Bazơ đ-ợc dùng để trung hòa
L-ợng cần để trung
No

Tên hoá chất

Công thức hoá học

hoà 1 mg CaCO3/L
độ axit hoặc độ
kiềm, mg/L

Khả năng trung
hoà so sánh với

CaO

1

Canxi oxit

CaO

0,560

0,56/0,56 = 1

2

Canxi cacbonat

CaCO3

1

1/0,56 = 1,79

3

Canxi hyđroxit

Ca(OH)2

0,740

0,74/0,56 = 1,32

4

Magiê oxit

MgO

0,403

0,403/0,56 = 0,72

5

Magiê hyđroxit

Mg(OH)2

0,583

0,583/0,56 = 1,04

6

Đolomit nung

(CaO)0,6(MgO)0,4

0,497

0,497/0,56 = 1,89

7

Đolomit hyđrat

[Ca(OH)2]0,6

0,677

0,677/0,56 = 1,21

[Mg(OH)2]0,4
8

Xút/natrihyđroxit

NaOH

0,799

0,799/0,56 = 1,43

9

Sôđa/natri

Na2CO3

1,059

1,059/0,56 = 1,89

cacbonat
10

Axit sulphuric

H2SO4

0,98

0,98/0,56 = 1,75

11

Axit clohyđric

HCl

0,73

0,73/0,56 = 1,30

12

Axit nitric

HNO3

1,260

1,26/0,56 = 2,25

( Ngn: C«ng nghƯ m«i tr-êng, Cao ThÕ Hà [5])
Khi n-ớc có tính bazơ (pH > 7) ng-ời ta phải trung hòa bằng cách sử dụng,
bổ sung các chất có tính axit vào n-ớc để pH trở về 7. Các ph-ơng pháp th-ờng áp
dụng là:
ã Cacbonic hoá nếu có nguồn CO2 công nghiệp, Việt Nam hầu nh- ch-a ¸p
dơng kü tht nµy.

- 18 -


ã Dùng các axit công nghiệp nh- H2SO4, HCl, HNO3. Loại axit đ-ợc lựa
chọn trên cơ sở giá thành, trong đó axit nitric là đắt nhất. Riêng tr-ờng hợp sử dụng
axit nitric cần l-u ý thêm tiêu chuẩn hàm l-ợng nitrat trong n-ớc sản phẩm. Các
chất có tính axit th-ờng đ-ợc sử dụng đ-ợc cho trong bảng:
Bảng 1.4. Các Axit đ-ợc dùng để trung hòa
L-ợng cần để trung
No

Tên hoá chất

Công thức

hoà 1 mg CaCO3/L

hoá học

độ axit hoặc độ
kiềm, mg/L

Khả năng trung
hoà so sánh với
CaO

1

Axit sulphuric

H2SO4

0,98

0,98/0,56 = 1,75

2

Axit clohyđric

HCl

0,73

0,73/0,56 = 1,30

3

Axit nitric

HNO3

1,260

1,26/0,56 = 2,25

( Ngn: C«ng nghƯ m«i tr-êng, Cao ThÕ Hà [5])
1.3.2. Tuyển nổi
Tuyển nổi đ-ợc phát minh từ những năm 1930 ở bán đảo Scandinavia đầu
tiên là để thu hồi bột giấy từ công nghiệp giấy. Đến nay, ngoài các lĩnh vực công
nghiệp, tuyển nổi trở nên phổ biến trong công nghệ n-ớc cấp, n-ớc thải, xử lý bùn
thải...
Điểm kh¸c biƯt lín nhÊt cđa tun nỉi so víi c¸c ph-ơng pháp tách R/L bằng
kỹ thuật tuyển nổi là cặn SS đ-ợc tách ra khỏi n-ớc không phải bằng lắng nhờ
trọng lực mà bằng lực nổi đ-ợc tạo ra bởi các bọt khí. Nhờ vậy tuyển nổi đặc biệt
hiệu quả khi SS có tỷ khối nhỏ (dầu, mỡ). Khi đó líp bïn - bät sÏ nỉi lªn trªn bĨ
tun nỉi và đ-ợc gạt ra ngoài, nhờ vậy hàm l-ợng rắn trong bùn - bọt th-ờng cao
hơn trong bùn lắng vài lần (2 - 5% so với nhỏ hơn 1% trong bùn lắng) [5], dẫn đến
giảm chi phí tách bùn/n-ớc về sau. Trong một số tr-ờng hợp tuyển nổi hoàn toàn có
thể thay thế hệ lắng dầu, tách loại khá tốt một số tác nhân không thể xử lý sinh học
- 19 -


nh- chất màu phân tán... Ngoài ra tuyển nổi th-ờng chiếm ít diện tích hơn bể lắng
thông th-ờng.
Khả năng nổi phụ thuộc vào kích th-ớc bọt khí, về phần mình kích th-ớc bọt
phụ thuộc vào sức căng bề mặt trên bề mặt Khí/Lỏng. Sức căng càng nhỏ hiệu quả
xử lý càng tăng. Chất keo tụ th-ờng tăng hiệu quả xử lý [5].
Phân loại các kỹ thuật tuyển nổi chủ yếu qua cách thức đ-a không khí vào và

tạo bọt. Ta có các loại kỹ thuật tuyển nổi sau:
a. Tuyển nổi bằng khí phân tán
b. Tuyển nổi chân không
c. Tuyển nổi ¸p lùc
Tun nỉi ¸p lùc lµ kü tht phỉ biÕn nhất, trong đó phổ biến hơn cả là DAF
(Dissolved Air Flotation). Về phần mình có 3 kiểu thực hiện DAF: nén khí toàn
l-ợng n-ớc thải, nén khí một phần n-ớc thải, và nén khí với một phần n-ớc trong
tuần hoàn. Trong đó, nén khí với một phần n-ớc trong tuần hoàn là kỹ thuật phổ
biến nhất và th-ờng áp dụng sau keo tụ - tạo bông.
Bt-SS
Bn to bụng
(nu cn)
Nc thi

Nc trong
Bồn
Bồntuyển
tuyểnnổi
nổi

Keo tụ - tạo bơng
(nếu cần)

Bồn
Bồn
nén
nénkhí
khí

Khí nén

H×nh 1.1. DAF víi kỹ thuật nén khí một phần dòng đà làm trong tuần hoàn
- 20 -


Trong hệ DAF các hạt SS đ-ợc xử lý keo tụ rồi đ-a vào ngăn tuyển nổi, khi
đó bông cặn nổi lên bề mặt sẽ đ-ợc gạt ra, thay vì lắng xuống đáy bể. Trong bể
tuyển nổi khí đ-ợc cấp vào thông qua hệ phân phối khí ở phần đầu bể, bọt khí sẽ
trộn với n-ớc vào và kéo các hạt SS đà keo tụ lên bề mặt. N-ớc trong sÏ lÊy ra ë
phÇn d-íi cét n-íc. Mét phÇn n-íc trong sẽ đ-ợc bơm quay lại, trộn với khí nén
trong buồng trộn chịu áp (3,4 4,8 bar). D-ới áp lực khí không khí sẽ tan mạnh
vào n-ớc tạo dung dịch khí/n-ớc bÃo hoà theo định luật Henry. Khi xả dòng n-ớc
bÃo hoà khí qua hệ phân phối ở đầu bể, áp suất sẽ giảm tới áp khí quyển, khí hoà
tan thoát ra d-ới dạng các bọt khí đ-ờng kính rÊt nhá, cì 10 - 100 m [5]. ChÝnh
c¸c bät khí này là tác nhân tuyển nổi nh- đà nêu.
1.3.3. Công nghệ bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính đ-ợc phát minh đầu tiên ở Anh năm 1914. Ngày nay, đây là
công nghƯ xư lý n-íc th¶i phỉ biÕn nhÊt. Cã nhiỊu biến thể của công nghệ BHT
nh-ng diễn biến của quá trình có thể đ-ợc xem xét trên sơ đồ công nghệ tổng quát
của quá trình nh- hình sau:
NT vo

3-Lng cp 1

4-Bồn sục khí - Aerotank

5-Lắng cấp 2

Nước ra

1, 2

Bùn tuần hon
Bựn d i x lớ

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ nguyên lí của quá trình bùn hoạt tính thông th-ờng
1,2 = hệ tiền xử lý (chắn rác, lắng cát, bể điều hoà (nếu cần))
Theo sơ đồ này n-ớc thải sau tiền xử lý, bể lắng cấp 1 vào bể sục khí, tại đây
n-ớc thải đ-ợc cấp oxy, trộn đều với sinh khối vi sinh hoạt động (gọi là bùn hoạt
tính), vi sinh sẽ phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất khoáng là CO2 và
- 21 -


H2O (nên gọi là khoáng hoá) và các hợp chất khác, đồng thời sinh khối mới sẽ hình
thành (Hình 8). Để trộn đều hỗn hợp phản ứng trong bể sục khí phải có hệ cấp oxy,
đồng thời cung cấp lực khuấy đủ để giữ sinh khối luôn trong trạng thái lơ lửng, phân
bố đều trong toàn bộ thể tích phản ứng. Ph-ơng tiện để thực hiện điều này th-ờng là
hệ phân tán khí có các dạng rất khác nhau hoặc các máy khuấy cơ khí [5, 12].

Hình 1.3. Tóm tắt các quá trình vi sinh trong hệ xử lý hiếu khí
Organic Waste = chất thải hữu cơ; Energy = năng l-ợng; End Products = các sản
phẩm cuối; Endogenous Respiration = hô hấp nội bào (phân huỷ - oxy hoá sinh
khối); New Microorganism Cells = tÕ bµo míi; Synthesis = tỉng hợp;
Nonbiodegradable Residue = các chất không phân huỷ còn lại.

- 22 -


CO2 ~ 45%C
Nước thải 100%C

Aerotank
Sinh khối (vi khuẩn)
= 2 – 3 g/L
DO ~ 2 mg/L

Nước ra ~ 5%C
Bùn

~ 50%C

Ơxi khơng khớ

Hình 1.4. Cân bằng vật chất đối với cacbon (BOD5) trong hƯ xư lý sinh häc hiÕu khÝ
Sau thêi gian phản ứng xác định hỗn hợp phản ứng chảy vào bể lắng cấp 2, ở
đó chất rắn - bùn sinh khèi l¾ng xng, n-íc trong ra khái bĨ l¾ng sÏ đi xử lý tiếp
(sát trùng), bùn lắng đ-ợc quay vòng lại bể phản ứng để duy trì nồng độ sinh khối ở
mức mong muốn, bùn d- đi sang các công đoạn xử lý bùn.
Thành phần vi sinh trong hệ bùn hoạt tính:
Hệ BHT là hệ hiếu khí, vi sinh ở trạng thái phân tán đều, n-ớc chảy liên tục,
vào bể lắng cấp 2 sinh khối sẽ keo tụ - tạo bông bùn và lắng, bùn lắng đ-ợc l-u giữ
ở đáy bể lắng trong điều kiện gần nh- tĩnh nên sẽ có sự nén bùn. Thành phần chính
của bùn lắng là vi khuẩn và protozoa [9, 10].
Trong bể phản ứng tác nhân chính thực hiện quá trình phân huỷ các chất ô
nhiễm là vi khuẩn. Hệ vi khuẩn ở đây là hệ hiếu khí và tuỳ tiện, chúng thực hiện
quá trình chuyển hoá hai mặt: oxy hoá chất thải để tạo năng l-ợng và sử dụng
chính các thành phần trong n-ớc thải làm nguyên liệu để tổng hợp tế bào mới. Nhvậy có thể nói xử lý n-ớc thải là một dạng của sự chuyển chất thải từ dạng này (hoà
tan trong n-ớc) sang dạng khác (bùn - sinh khối và phần nhỏ hơn thành khí CO2).
Các hợp chất N, S trong tr-ờng hợp này chuyển thành trạng thái thấp năng l-ợng là
nitrat, sulphat; P hoà tan (ortophotphat) sẽ tích luỹ trở lại vào sinh khối (chất rắn).

- 23 -


Tất nhiên, tr-ớc khi tạo các sản phẩm cuối nh- trên các chất thải sẽ chuyển qua
trạng thái trung gian phức tạp [5].
Các thông số liên quan đến vận hành hệ BHT :
F/M = Food/Mass là tỷ lệ tổng l-ợng chất thải (tính theo BOD) vào bể sục
khí/tổng MLSS có trong bể (g/g). Nói lên khả chịu tải của hệ BHT cơ thĨ. T biÕn
thĨ cđa BHT, F/M phỉ biÕn dao ®éng tõ 0,05 – 0,15 (hƯ sơc khÝ kÐo dài) tới 0,2
0,4 (các hệ BHT và một số biÕn thĨ). Mét sè hƯ BHT cao t¶i cã thĨ chấp nhận F/M
tới 0,2 0,6 (ổn định tiếp xúc); 0,4 1,5 (sục khí cao tải) [5].
Khả năng lắng bùn là thông số đánh giá khả năng lắng của bùn khi lấy mẫu
trong bồn phản ứng bằng ống đo thể tích, đọc thể tích bùn lắng từ 1L (1000 mL)
hỗn hợp phản ứng sau 30 - 60 để lắng, từ đây tính được thể tích bùn lắng (SSV) và
chỉ số bùn (SVI ).
Thể tích bùn lắng là số mL/L (hoặc chuyển %) bùn lắng đọc đ-ợc sau khi
để 1 L hỗn hợp phản ứng lắng sau 30 hoặc 60 phút. Th-ờng SSV đi kèm với số phút
để lắng d-ới dạng chỉ số d-ới (SSV30 hoặc SS60).
Chỉ số bùn là thông số kiểm soát quá trình, đặc tr-ng cho khả năng lắng của
bùn hoạt tính, SVI = số mL thể tÝch cđa 1 g bïn ho¹t tÝnh. TÝnh SVI tõ SSV30 và
nồng độ MLSS (mg/L):

SSV30 (mL / L)
1000(mg / g )
SVI (mL/g) =
MLSS (mg / L)
SVI đặc tr-ng của hệ BHT xử lý n-ớc thải sinh hoạt với MLSS = 2000
3500 mg/L nằm trong khoảng 80 đến 150 mL/g (Davis & Cornwell, 1991) [5].
Bùn d- thải và bùn tuần hoàn WAS là bùn d- cần thải bỏ ra khỏi hệ BHT
từ lắng cấp 2. RAS là bùn tuần hoàn. Nồng độ RAS th-ờng = WAS. Dòng RAS

trong hệ BHT th«ng th-êng = 20 – 40%Q [5].

- 24 -


1.3.4. Lắng
Lắng là quá trình tách cặn lơ lửng khỏi n-ớc nhờ tác động của trọng lực, nó
còn đ-ợc gọi là sa lắng.
Các chất lơ lửng ở đây có thể là SS tự nhiên, các bông cặn sau keo tụ tạo
bông, kể cả bông vi khuẩn sau xử lý sinh học.
Công cụ để thực hiện quá trình lắng là bể lắng. Bể lắng có thể đ-ợc chế tạo
d-ới dạng thiết bị bằng thép, compozit hoặc xây dựng bằng beton, gạch. Các hình
dạng phổ biến nhất là hình trụ vuông hoặc tròn, hình hộp chữ nhật [8, 12].
Một bể lắng cần có bốn vùng [5]:
1. Vùng nhận và phân phối n-ớc. Đây là đầu vào bể.
2. Vùng lắng
3. Vùng chứa bùn lắng
4. Vùng thu n-ớc lắng
Các yếu tố ảnh h-ởng đến sự lắng bùn
Rất nhiều yếu tố ảnh h-ởng đến sự lắng bùn:
- Trong xử lý n-ớc cấp các yếu tố ảnh h-ởng đến quá trình keo tụ tạo
bông đều ảnh h-ởng, đặc biệt tỷ khối chất cặn và tính chất của bông.
- Thiết kế bể lắng, đặc biệt hệ nhận n-ớc, hệ thu n-ớc cũng ảnh h-ởng đáng
kể: dòng chảy mạnh có thể phá bông bùn đà tạo thành, giảm khả năng lắng.
- Sự khuấy trộn nhẹ ở vùng lắng loại 3, 4 cũng ảnh h-ởng tốt đến sự nén bùn.
- Đối với hệ lắng cấp 2 trong hệ xử lý n-ớc thải bằng ph-ơng pháp sinh học,
chất l-ợng n-ớc vào và sự vận hành toàn hệ thống không phù hợp dẫn tới sự hình
thành các vi khuẩn dạng sợi rất khó lắng [9]. Ngoài ra sự l-u bùn quá lâu ở đáy bể
lắng cấp 2 dễ dẫn tới quá trình anoxic (thiếu khí) [7, 9] khử nitrat hình thành khí N2
thoát ra làm bùn bị đảo, không l¾ng.

- 25 -