cogaithang5
Thành viên sắp được phong Thành viên Năng động
- Tham gia
- 25/9/16
- Bài viết
- 36
- Điểm thành tích
- 6
- Tuổi
- 28
1. Mở đầu
Trong số những ngành công nghiệp thực phẩm có lượng nước thải lớn do hoạt động sản xuất phải kể đến ngành rượu bia. Sự tăng trưởng của ngành Bia kéo theo vấn đề chất thải sản xuất, nhất là nước thải có độ ô nhiễm cao đe dọa nghiêm trọng tới môi trường. Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu cơ diễn ra rất nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3, CaSO4, H3PO4, xút, sođa...
Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý [1, 2, 4, 5, và 7]. Kết quả khảo sát chất lượng nước thải của các cơ sở sản xuất bia trong nước ở Hà Nội, Hải Dương, Hà Tây, Hoà Bình cho thấy, nước thải từ các cơ sở sản xuất bia nếu không được xử lý có nhu cầu oxy hoá học (COD), nhu cầu oxy sinh hoá học (BOD), chất rắn lơ lửng (SS) đều rất cao, gấp vài chục lần so với tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 cột B [1, 2, 3, 6, và 8].Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý [1, 2, 4, 5, và 7]. Kết quả khảo sát chất lượng nước thải của các cơ sở sản xuất bia trong nước ở Hà Nội, Hải Dương, Hà Tây, Hoà Bình cho thấy, nước thải từ các cơ sở sản xuất bia nếu không được xử lý có nhu cầu oxy hoá học (COD), nhu cầu oxy sinh hoá học (BOD), chất rắn lơ lửng (SS) đều rất cao, gấp vài chục lần so với tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 cột B [1, 2, 3, 6, và 8].
Hiện nay nhiều mô hình xử lý nước thải sản xuất bia đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới cũng như trong nước, cụ thể là hệ thống xử lý bằng bể bùn hoạt tính; hệ thống xử lý kỵ khí kiểu UASB, kiểu tầng sôi; các kiểu dạng khác nhau của lọc sinh học kỵ khí và hiếu khí; hệ thống xử lý kết hợp kỵ khí/hiếu khí; hệ thống kết hợp xử lý bằng bùn hoạt tính với thực vật thuỷ sinh... Tuy nhiên, những hệ thống này đều được nghiên cứu và đưa vào thực tế ứng dụng cho các cơ sở xử lý qui mô lớn với cơ sở hạ tầng tốt, đồng bộ. Trong khi đó, các cơ sở sản xuất rượu bia qui mô nhỏ đang tạo ra sức ép rất lớn đối với môi trường do nước thải sản xuất gây ra. Một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng này là do trình độ công nghệ của những cơ sở này thấp, thiết bị lạc hậu, chắp vá, nên lượng thải ra trên một đơn vị sản phẩm lớn. Mặt khác, các cơ sở này thường có vốn đầu tư nhỏ, bố trí đan xen trong các khu dân cư với mặt bằng rất hạn chế, nên việc thu gom, xử lý nước thải lại càng khó khăn. Có thể nói, ở nước ta hầu hết các cơ sở sản xuất bia qui mô nhỏ đều chưa có hệ thống xử lý nước thải, hoặc có thì cũng chưa đáp ứng được yêu cầu.
Với mục đích nghiên cứu đề xuất mô hình xử lý nước thải nhà máy beer cho cơ sở qui mô nhỏ theo tiêu chí mô hình đơn giản, dễ vận hành, chi phí ít năng lượng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm mô hình kết hợp quá trình kỵ khí và hiếu khí, trong đó, giai đoạn xử lý kỵ khí thực bằng thiết bị kiểu UASB còn bước xử lý hiếu khí bằng lọc nhỏ giọt có ống thông gió trung tâm.
2. Nguyên liệu và phương pháp-
Nước thải sản xuất bia của Xưởng thực nghiệm sản xuất bia của Viện Công nghiệp thực phẩm.
- Các hoá chất sử dụng trong quá trình phân tích và thực nghiệm do hãng Sigma, Hatch sản xuất: H2SO4, K2Cr2O7, Na2S2O3.5H2O...
- Các KIT thử của Hatch
- Chất trợ lắng Praestol BC 611 do hãng Chemische Fabrik Stockhausen Gmbh, Krefeld, Germany sản xuất.
- Các máy móc thiết bị dùng cho thực nghiệm là thiết bị của phòng thí nghiệm Sinh học Môi trường, Trung tâm Sinh học thực nghiệm, Viện Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ
- Các chỉ tiêu theo dõi được xác định theo các phương pháp của “Standard Methods for examination of water and wastewater” và theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN tương ứng.
3. Kết quả và thảo luận
Thực nghiệm được tiến hành trên mô hình phòng thí nghiệm có sơ đồ nguyên lý được trình bày tại hình 1.
Nước thải lấy từ cơ sở sản xuất bia về được đổ vào thùng chứa (1). Tại đây nhờ bơm có bộ rơ le thời gian điều khiển, nước được bơm đều đặn 15 phút, nghỉ 15 phút lên tháp UASB (2) từ dưới đáy tháp lên với lưu lượng được điều chỉnh khoảng 20-30 lít/ngày. Nước thải đi từ đáy tháp lên qua lớp đệm bùn ở đáy tháp và tại đây, nhờ hệ vi sinh vật kỵ khí có mặt trong lớp bùn, nước thải được xử lý lần thứ nhất và chảy tràn sang cột lọc nhỏ giọt (3). Cột lọc nhỏ giọt có cấu tạo kiểu có ống thông hơi được khoan rất nhiều lỗ nhằm tạo điều kiện tối đa cho sự thoáng khí của cột lọc. Giá thể nhồi trong cột lọc nhỏ giọt dùng trong thí nghiệm là than củi có kích thước 1x1cm. Nước được phân phối đều trên bề mặt cột lọc nhỏ giọt nhờ nón chia nước, nhằm đảm bảo nước chảy đều trên toàn bộ lớp đệm trước khi chảy ra ngoài ở đáy cột. Trong quá trình nước chảy qua, lớp giá thể bên trong cột lọc sẽ tiếp xúc với lớp vi sinh vật dính bám trên bề mặt của giá thể và được làm sạch. Nước thải sau xử lý chảy vào bể chứa (4). Để đánh giá hiệu quả xử lý, các chỉ số ô nhiễm như BOD5, COD, SS, nitơ amoni của nước trước và sau từng bước xử lý được lấy mẫu lúc 9 giờ sáng hàng ngày và được bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 40C và phân tích đánh giá 1 tuần một lần.
Thực nghiệm được tiến hành trong thời gian 14 tuần. Quá trình lấy mẫu phân tích được tiến hành từ tuần thứ 5 sau khi mô hình hoạt động ổn định và kéo dài trong 10 tuần liên tục
3.1. Hiệu quả loại bỏ BOD5, COD và SS của mô hình UASB – lọc nhỏ giọt
Kết quả phân tích SS, BOD5 và COD của nước trước và sau xử lý bằng mô hình trong thời gian 10 tuần được trình bày trong bảng 1, 2 và được biểu diễn trên đồ thị 1 và 2. Giá trị pH của nước trước và sau xử lý nằm trong khoảng 6,7-7,9 trong suốt thời gian thí nghiệm.
Số liệu trong bảng 2 cho thấy nước thải sản xuất bia có thành phần COD diễn biến rất thất thường và rất cao, có những tuần lên tới 3900 mg/l. Kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu của nhiều tác giả về loại hình nước thải này [2]. Điều này có thể giải thích, do quá trình nấu đường hoá của cơ sở sản xuất bia qui mô nhỏ không ổn định nên lượng tinh bột và đường còn sót nhiều, dẫn đến COD cao. Chỉ số SS rất cao nhưng tương đối ổn định chứng tỏ việc thu hồi bã lọc tiến hành ổn định nên lượng cặn lơ lửng trong nước thải có nồng độ ổn định. Giá trị pH của nước thải trước và sau xử lý ổn định và nằm trong khoảng trung tính, phù hợp cho phát triển của vi sinh vật. Tỷ lệ BOD5/COD luôn đạt trên 0,75 chứng tỏ đây là loại nước thải rất dễ phân huỷ sinh học. Với chỉ số COD dao động trong khoảng 3100-3900 mg/l thì tải lượng COD qua cột UASB dao động trong khoảng 31-39 kg COD/m3 thiết bị/ ngày đêm. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý của thiết bị UASB vẫn đạt khoảng 79% và toàn hệ thống đạt 97%. Kết quả này một lần nữa chứng tỏ nguồn COD trong nước thải sản xuất bia rất dễ bị phân huỷ và cột UASB có khả năng xử lý COD rất cao. Tuy nhiên, trong trường hợp COD của nước đưa vào xử lý quá cao thì cần có giải pháp pha loãng hoặc hồi lưu nước sau xử lý để tránh quá tải.
Cột lọc nhỏ giọt vẫn hoạt động tốt khi COD của nước đưa vào xử lý trong khoảng gần 800 mg/l. Tải lượng xử lý của cột lọc nhỏ giọt đạt khoảng 2,3 - 5 kg COD/m3 thiết bị/ngày đêm. Tuy nhiên, do COD của nước đã vào xử lý quá cao nên sau khi qua hai bước xử lý kị khí và hiếu khí thì COD của nước vẫn còn cao hơn tiêu chuẩn cho phép. Kết quả này phù hợp với các kết quả thu được ở thực nghiệm với nước thải sinh hoạt và cao hơn hẳn so với lọc nhỏ giọt không có ống thông gió trung tâm. Như vậy, với việc cải tiến cấu trúc của cột lọc nhỏ giọt với ống thông gió trung tâm đã cải thiện rõ rệt khả năng cung cấp oxy cho vi sinh vật dính bám trên giá thể và có thể phù hợp trong xử lý nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất bia.
Hàm lượng SS của nước sau xử lý tương đối ổn định và hiệu quả xử lý đạt rất cao chủ yếu là giai đoạn UASB chiếm tới 89%. Xét toàn mô hình thì hiệu suất xử lý SS đạt 94% và nồng độ SS của nước sau xử lý đạt trung bình là 31 mg/l.
3.2. Hiệu quả loại bỏ nitơ amoni bằng mô hình UASB – lọc nhỏ giọt
Kết quả phân tích nồng độ nitơ amoni qua các bước xử lý được trình bày trong bảng 3 và đồ thị 3. Nồng độ NH4+-N của nước vào tuy khá cao nhưng nước thải công đoạn này có tỷ lệ C/N rất cao và cần phải có giải pháp thích hợp để xử lý được triệt để. Nitơ amoni giảm không đáng kể ở cột UASB nhưng giảm mạnh ở cột lọc nhỏ giọt đạt tương ứng 8% và 92%. Điều đó chứng tỏ, cột lọc nhỏ giọt với thay đổi về cấu tạo đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hoá nitơ amoni với loại nước thải này. Nước thải sau xử lý có nồng độ nitơ amoni xấp xỉ tiêu chuẩn TCVN5945-1995 cột B và có độ ổn định cao (độ sai lệch chỉ là 1 mg)
Kết luận
- Mô hình UASB kết hợp lọc nhỏ giọt có ống thông gió có khả năng xử lý nước thải sản xuất bia với độ ô nhiễm cao (COD trên 4000 mg/l vẫn hoạt động bình thường) và chịu tải lượng lớn (riêng cột UASB có thể xử lý trên 13 kg/COD/m3 thiết bị/ngày, đêm) hiệu suất xử lý SS, COD đạt tới 94% và 97%.
- Nitơ amoni được chuyển hoá tốt trong cột lọc nhỏ giọt và đạt xấp xỉ tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 cột B và có độ ổn định cao (độ sai lệch chỉ là 1 mg).
Tài liệu tham khảo
1. Ngô Huy Du, Nguyễn Mạnh Phú (2002), “Xử lý nước thải sản xuất bia bằng phương pháp sinh học sử dụng bùn hoạt tính”, Báo cáo khoa học, Tiểu ban Khoa học liên ngành khoa học và công nghệ môi trường, Hội nghị khoa học Trường Đại học Khoa học tự nhiên năm 2002.
2. Ngô Tiến Hiển (1997), “Nghiên cứu kỹ thuật, công nghệ sinh học để làm sạch nước thải trong công nghiệp chế biến thực phẩm” Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Bộ công nghiệp.
3. Lê Thị Thanh Hương (1995), “Điều tra hiện trạng nước thải của nhà máy Liên hợp Thực phẩm Hà Tây và thăm dò khả năng xử lý”, Luận văn tốt nghiệp cử nhân sinh học, Khoa Sinh học, trường Đại học Tổng hợp Hà Nội.
4. Lê Đức Mạnh, và các cộng tác viên (2002), Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải trong công nghiệp đường bột và đồ uống, báo cáo Đề tài cấp Bộ, Viện Công nghiệp thực phẩm, Bộ Công nghiệp 2002.
5. Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn thị Hồng Vân, Trần Thị Hồng, Lê Thị Thuỷ, Đỗ Thị Huyền, Nguyễn Bích Thuỷ, Lê Văn Cát (1997), Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng chất keo tụ mới PACN-95 để xử lý nước mặt làm nước sinh hoạt, Báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai, Hội Hoá học Việt Nam 1997.
6. Nguyễn Minh Nguyệt, Nguyễn Thị Hiền, Phạm Văn Thiêm, Nguyễn Minh Tuyển (1997), Nghiên cứu nước thải công ty Bia Hoà Bình, Báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai, Hội Hoá học Việt Nam 1997.
7. Lương Đức Phẩm (2002), “Công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học”, Nhà xuất bản Giáo dục, 2002.
8. Nguyễn Tuấn Phong (2003), Xây dựng quy chế bảo vệ môi trường ngành Rượu – Bia – Nước giải khát, Báo cáo Đề tài cấp Bộ, Viện Nghiên cứu Rượu - Bia - Nước giải khát, Bộ Công nghiệp 2003
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GIẤY
BẰNG CÔNG NGHỆ CHẢY NGƯỢC QUA LỚP BÙN YẾM KHÍ (UASB)
Summary
Wastewater of the paper industries have a high organic pollutant concentrations so suitable treatment processes are biological treatment processes. In this section we study on the biological treatment of condenser of wastewater of the paper industries in Upflow Anaerobic Slude-Blanket reactor (UASB). This treatment processes can reduce COD by more 80% and volume loading rate of 15g COD/l.d.
Công nghiệp giấy là một trong những ngành công nghiệp cần thiết nhất song cũng tiêu hao nhiều tài nguyên nhất, đặc biệt là về rừng và nước, vấn đề xử lý, bảo vệ môi trường luôn đi cùng với sự phát triển bền vững của ngành. Trước khả năng tăng trưởng vượt bậc của ngành giấy Việt nam, để góp phần giúp các cơ quan chức năng định hướng trong việc lựa chọn các công nghệ xử lý để bảo vệ môi trường chúng tôi muốn đưa ra một hướng công nghệ xử lý nước thải mới đó là công nghệ xử lý chảy ngược qua lớp bùn yếm khí (UASB) - Đây là một công nghệ xử lý chịu được tải COD rất lớn và thích hợp với nước thải các nhà máy giấy.
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY
Công nghệ sản xuất giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước. Tùy theo từng công nghệ và sản phẩm mà lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy dao động từ 200 đến 500 m3 nước. Nước được dùng trong các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước. Có thể tóm tắt quá trình sản xuất giấy và các nguồn thải theo sơ đồ hình 1 .
Như vậy trong quá trình sản xuất giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng sẽ là lượng nước thải ra, trong đó những yếu tố gây ô nhiễm chính đó là:
- pH cao do kiềm dư gây ra là chính.
- Thông số cảm quan (màu đen, mùi, bọt) chủ yếu là do dẫn xuất của lignin gây ra là chính.
- Cặn lơ lửng (do bột giấy và các chất độn như cao lin gây ra).
- COD & BOD do các chất hữu cơ hòa tan gây ra là chính, các chất hữu cơ ở đây là lignin và các dẫn xuất của lignin, các loại đường phân tử cao và một lượng nhỏ các hợp chất có nguồn gốc sinh học khác, trong trường hợp dùng clo để tẩy trắng có thêm dẫn xuất hữu cơ có chứa clo khác.
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CHẢY NGƯỢC QUA LỚP BÙN YẾM KHÍ
Hình 2 chỉ ra sơ đồ chi tiết thiết bị UASB. Trong thiết bị này thì nước thải thô được bơm từ phía dưới của thiết bị qua lớp đệm bùn (gồm các sinh khối dạng hạt) [1,2] . Sự xử lý xảy ra khi nước thải đến và tiếp xúc với các hạt sinh khối và sau đó đi ra khỏi thiết bị từ phía trên của thiết bị. Trong suốt quá trình này thì sinh khối với đặc tính lắng cao sẽ được duy trì trong thiết bị. Một trong những bộ phận quan trọng của thiết bị UASB đó là bộ phận tách khí - lỏng - rắn ở phía trên của thiết bị. Trong quá trình xử lý nước thải, lượng khí tạo ra chủ yếu là CH4 và CO2 tạo nên sự lưu thông bên trong giúp cho việc duy trì và tạo ra hạt sinh học. Các bọt khí tự do và các hạt khi thoát lên tới đỉnh của bể tách khỏi các hạt rắn và đi vào thiết bị thu khí. Dịch lỏng chứa một số chất còn lại và hạt sinh học chuyển vào ngăn lắng, ở đó chất rắn được tách khỏi chất lỏng và quay trở lại lớp đệm bùn, nước thải sau đó được thải ra ngoài ở phía trên của thiết bị.
Hình 2. Sư đồ thiết bị phản ứng UASB trong phòng thí nghiệm
Bài viết liên quan
- Thực trạng đánh báo động về chất lương của Xử lý nước thải khách sạn công nghiệp.
Trong số những ngành công nghiệp thực phẩm có lượng nước thải lớn do hoạt động sản xuất phải kể đến ngành rượu bia. Sự tăng trưởng của ngành Bia kéo theo vấn đề chất thải sản xuất, nhất là nước thải có độ ô nhiễm cao đe dọa nghiêm trọng tới môi trường. Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thuỷ vực đón nhận thường gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân huỷ của các chất hữu cơ diễn ra rất nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất như CaCO3, CaSO4, H3PO4, xút, sođa...
Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý [1, 2, 4, 5, và 7]. Kết quả khảo sát chất lượng nước thải của các cơ sở sản xuất bia trong nước ở Hà Nội, Hải Dương, Hà Tây, Hoà Bình cho thấy, nước thải từ các cơ sở sản xuất bia nếu không được xử lý có nhu cầu oxy hoá học (COD), nhu cầu oxy sinh hoá học (BOD), chất rắn lơ lửng (SS) đều rất cao, gấp vài chục lần so với tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 cột B [1, 2, 3, 6, và 8].Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe doạ nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý [1, 2, 4, 5, và 7]. Kết quả khảo sát chất lượng nước thải của các cơ sở sản xuất bia trong nước ở Hà Nội, Hải Dương, Hà Tây, Hoà Bình cho thấy, nước thải từ các cơ sở sản xuất bia nếu không được xử lý có nhu cầu oxy hoá học (COD), nhu cầu oxy sinh hoá học (BOD), chất rắn lơ lửng (SS) đều rất cao, gấp vài chục lần so với tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 cột B [1, 2, 3, 6, và 8].
Hiện nay nhiều mô hình xử lý nước thải sản xuất bia đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới cũng như trong nước, cụ thể là hệ thống xử lý bằng bể bùn hoạt tính; hệ thống xử lý kỵ khí kiểu UASB, kiểu tầng sôi; các kiểu dạng khác nhau của lọc sinh học kỵ khí và hiếu khí; hệ thống xử lý kết hợp kỵ khí/hiếu khí; hệ thống kết hợp xử lý bằng bùn hoạt tính với thực vật thuỷ sinh... Tuy nhiên, những hệ thống này đều được nghiên cứu và đưa vào thực tế ứng dụng cho các cơ sở xử lý qui mô lớn với cơ sở hạ tầng tốt, đồng bộ. Trong khi đó, các cơ sở sản xuất rượu bia qui mô nhỏ đang tạo ra sức ép rất lớn đối với môi trường do nước thải sản xuất gây ra. Một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng này là do trình độ công nghệ của những cơ sở này thấp, thiết bị lạc hậu, chắp vá, nên lượng thải ra trên một đơn vị sản phẩm lớn. Mặt khác, các cơ sở này thường có vốn đầu tư nhỏ, bố trí đan xen trong các khu dân cư với mặt bằng rất hạn chế, nên việc thu gom, xử lý nước thải lại càng khó khăn. Có thể nói, ở nước ta hầu hết các cơ sở sản xuất bia qui mô nhỏ đều chưa có hệ thống xử lý nước thải, hoặc có thì cũng chưa đáp ứng được yêu cầu.
Với mục đích nghiên cứu đề xuất mô hình xử lý nước thải nhà máy beer cho cơ sở qui mô nhỏ theo tiêu chí mô hình đơn giản, dễ vận hành, chi phí ít năng lượng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm mô hình kết hợp quá trình kỵ khí và hiếu khí, trong đó, giai đoạn xử lý kỵ khí thực bằng thiết bị kiểu UASB còn bước xử lý hiếu khí bằng lọc nhỏ giọt có ống thông gió trung tâm.
2. Nguyên liệu và phương pháp-
Nước thải sản xuất bia của Xưởng thực nghiệm sản xuất bia của Viện Công nghiệp thực phẩm.
- Các hoá chất sử dụng trong quá trình phân tích và thực nghiệm do hãng Sigma, Hatch sản xuất: H2SO4, K2Cr2O7, Na2S2O3.5H2O...
- Các KIT thử của Hatch
- Chất trợ lắng Praestol BC 611 do hãng Chemische Fabrik Stockhausen Gmbh, Krefeld, Germany sản xuất.
- Các máy móc thiết bị dùng cho thực nghiệm là thiết bị của phòng thí nghiệm Sinh học Môi trường, Trung tâm Sinh học thực nghiệm, Viện Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ
- Các chỉ tiêu theo dõi được xác định theo các phương pháp của “Standard Methods for examination of water and wastewater” và theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN tương ứng.
3. Kết quả và thảo luận
Thực nghiệm được tiến hành trên mô hình phòng thí nghiệm có sơ đồ nguyên lý được trình bày tại hình 1.
Nước thải lấy từ cơ sở sản xuất bia về được đổ vào thùng chứa (1). Tại đây nhờ bơm có bộ rơ le thời gian điều khiển, nước được bơm đều đặn 15 phút, nghỉ 15 phút lên tháp UASB (2) từ dưới đáy tháp lên với lưu lượng được điều chỉnh khoảng 20-30 lít/ngày. Nước thải đi từ đáy tháp lên qua lớp đệm bùn ở đáy tháp và tại đây, nhờ hệ vi sinh vật kỵ khí có mặt trong lớp bùn, nước thải được xử lý lần thứ nhất và chảy tràn sang cột lọc nhỏ giọt (3). Cột lọc nhỏ giọt có cấu tạo kiểu có ống thông hơi được khoan rất nhiều lỗ nhằm tạo điều kiện tối đa cho sự thoáng khí của cột lọc. Giá thể nhồi trong cột lọc nhỏ giọt dùng trong thí nghiệm là than củi có kích thước 1x1cm. Nước được phân phối đều trên bề mặt cột lọc nhỏ giọt nhờ nón chia nước, nhằm đảm bảo nước chảy đều trên toàn bộ lớp đệm trước khi chảy ra ngoài ở đáy cột. Trong quá trình nước chảy qua, lớp giá thể bên trong cột lọc sẽ tiếp xúc với lớp vi sinh vật dính bám trên bề mặt của giá thể và được làm sạch. Nước thải sau xử lý chảy vào bể chứa (4). Để đánh giá hiệu quả xử lý, các chỉ số ô nhiễm như BOD5, COD, SS, nitơ amoni của nước trước và sau từng bước xử lý được lấy mẫu lúc 9 giờ sáng hàng ngày và được bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ 40C và phân tích đánh giá 1 tuần một lần.
Thực nghiệm được tiến hành trong thời gian 14 tuần. Quá trình lấy mẫu phân tích được tiến hành từ tuần thứ 5 sau khi mô hình hoạt động ổn định và kéo dài trong 10 tuần liên tục
3.1. Hiệu quả loại bỏ BOD5, COD và SS của mô hình UASB – lọc nhỏ giọt
Kết quả phân tích SS, BOD5 và COD của nước trước và sau xử lý bằng mô hình trong thời gian 10 tuần được trình bày trong bảng 1, 2 và được biểu diễn trên đồ thị 1 và 2. Giá trị pH của nước trước và sau xử lý nằm trong khoảng 6,7-7,9 trong suốt thời gian thí nghiệm.
Số liệu trong bảng 2 cho thấy nước thải sản xuất bia có thành phần COD diễn biến rất thất thường và rất cao, có những tuần lên tới 3900 mg/l. Kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu của nhiều tác giả về loại hình nước thải này [2]. Điều này có thể giải thích, do quá trình nấu đường hoá của cơ sở sản xuất bia qui mô nhỏ không ổn định nên lượng tinh bột và đường còn sót nhiều, dẫn đến COD cao. Chỉ số SS rất cao nhưng tương đối ổn định chứng tỏ việc thu hồi bã lọc tiến hành ổn định nên lượng cặn lơ lửng trong nước thải có nồng độ ổn định. Giá trị pH của nước thải trước và sau xử lý ổn định và nằm trong khoảng trung tính, phù hợp cho phát triển của vi sinh vật. Tỷ lệ BOD5/COD luôn đạt trên 0,75 chứng tỏ đây là loại nước thải rất dễ phân huỷ sinh học. Với chỉ số COD dao động trong khoảng 3100-3900 mg/l thì tải lượng COD qua cột UASB dao động trong khoảng 31-39 kg COD/m3 thiết bị/ ngày đêm. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý của thiết bị UASB vẫn đạt khoảng 79% và toàn hệ thống đạt 97%. Kết quả này một lần nữa chứng tỏ nguồn COD trong nước thải sản xuất bia rất dễ bị phân huỷ và cột UASB có khả năng xử lý COD rất cao. Tuy nhiên, trong trường hợp COD của nước đưa vào xử lý quá cao thì cần có giải pháp pha loãng hoặc hồi lưu nước sau xử lý để tránh quá tải.
Cột lọc nhỏ giọt vẫn hoạt động tốt khi COD của nước đưa vào xử lý trong khoảng gần 800 mg/l. Tải lượng xử lý của cột lọc nhỏ giọt đạt khoảng 2,3 - 5 kg COD/m3 thiết bị/ngày đêm. Tuy nhiên, do COD của nước đã vào xử lý quá cao nên sau khi qua hai bước xử lý kị khí và hiếu khí thì COD của nước vẫn còn cao hơn tiêu chuẩn cho phép. Kết quả này phù hợp với các kết quả thu được ở thực nghiệm với nước thải sinh hoạt và cao hơn hẳn so với lọc nhỏ giọt không có ống thông gió trung tâm. Như vậy, với việc cải tiến cấu trúc của cột lọc nhỏ giọt với ống thông gió trung tâm đã cải thiện rõ rệt khả năng cung cấp oxy cho vi sinh vật dính bám trên giá thể và có thể phù hợp trong xử lý nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất bia.
Hàm lượng SS của nước sau xử lý tương đối ổn định và hiệu quả xử lý đạt rất cao chủ yếu là giai đoạn UASB chiếm tới 89%. Xét toàn mô hình thì hiệu suất xử lý SS đạt 94% và nồng độ SS của nước sau xử lý đạt trung bình là 31 mg/l.
3.2. Hiệu quả loại bỏ nitơ amoni bằng mô hình UASB – lọc nhỏ giọt
Kết quả phân tích nồng độ nitơ amoni qua các bước xử lý được trình bày trong bảng 3 và đồ thị 3. Nồng độ NH4+-N của nước vào tuy khá cao nhưng nước thải công đoạn này có tỷ lệ C/N rất cao và cần phải có giải pháp thích hợp để xử lý được triệt để. Nitơ amoni giảm không đáng kể ở cột UASB nhưng giảm mạnh ở cột lọc nhỏ giọt đạt tương ứng 8% và 92%. Điều đó chứng tỏ, cột lọc nhỏ giọt với thay đổi về cấu tạo đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hoá nitơ amoni với loại nước thải này. Nước thải sau xử lý có nồng độ nitơ amoni xấp xỉ tiêu chuẩn TCVN5945-1995 cột B và có độ ổn định cao (độ sai lệch chỉ là 1 mg)
Kết luận
- Mô hình UASB kết hợp lọc nhỏ giọt có ống thông gió có khả năng xử lý nước thải sản xuất bia với độ ô nhiễm cao (COD trên 4000 mg/l vẫn hoạt động bình thường) và chịu tải lượng lớn (riêng cột UASB có thể xử lý trên 13 kg/COD/m3 thiết bị/ngày, đêm) hiệu suất xử lý SS, COD đạt tới 94% và 97%.
- Nitơ amoni được chuyển hoá tốt trong cột lọc nhỏ giọt và đạt xấp xỉ tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 cột B và có độ ổn định cao (độ sai lệch chỉ là 1 mg).
Tài liệu tham khảo
1. Ngô Huy Du, Nguyễn Mạnh Phú (2002), “Xử lý nước thải sản xuất bia bằng phương pháp sinh học sử dụng bùn hoạt tính”, Báo cáo khoa học, Tiểu ban Khoa học liên ngành khoa học và công nghệ môi trường, Hội nghị khoa học Trường Đại học Khoa học tự nhiên năm 2002.
2. Ngô Tiến Hiển (1997), “Nghiên cứu kỹ thuật, công nghệ sinh học để làm sạch nước thải trong công nghiệp chế biến thực phẩm” Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Bộ công nghiệp.
3. Lê Thị Thanh Hương (1995), “Điều tra hiện trạng nước thải của nhà máy Liên hợp Thực phẩm Hà Tây và thăm dò khả năng xử lý”, Luận văn tốt nghiệp cử nhân sinh học, Khoa Sinh học, trường Đại học Tổng hợp Hà Nội.
4. Lê Đức Mạnh, và các cộng tác viên (2002), Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải trong công nghiệp đường bột và đồ uống, báo cáo Đề tài cấp Bộ, Viện Công nghiệp thực phẩm, Bộ Công nghiệp 2002.
5. Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải, Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn thị Hồng Vân, Trần Thị Hồng, Lê Thị Thuỷ, Đỗ Thị Huyền, Nguyễn Bích Thuỷ, Lê Văn Cát (1997), Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng chất keo tụ mới PACN-95 để xử lý nước mặt làm nước sinh hoạt, Báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai, Hội Hoá học Việt Nam 1997.
6. Nguyễn Minh Nguyệt, Nguyễn Thị Hiền, Phạm Văn Thiêm, Nguyễn Minh Tuyển (1997), Nghiên cứu nước thải công ty Bia Hoà Bình, Báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ hai, Hội Hoá học Việt Nam 1997.
7. Lương Đức Phẩm (2002), “Công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học”, Nhà xuất bản Giáo dục, 2002.
8. Nguyễn Tuấn Phong (2003), Xây dựng quy chế bảo vệ môi trường ngành Rượu – Bia – Nước giải khát, Báo cáo Đề tài cấp Bộ, Viện Nghiên cứu Rượu - Bia - Nước giải khát, Bộ Công nghiệp 2003
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP GIẤY
BẰNG CÔNG NGHỆ CHẢY NGƯỢC QUA LỚP BÙN YẾM KHÍ (UASB)
Summary
Wastewater of the paper industries have a high organic pollutant concentrations so suitable treatment processes are biological treatment processes. In this section we study on the biological treatment of condenser of wastewater of the paper industries in Upflow Anaerobic Slude-Blanket reactor (UASB). This treatment processes can reduce COD by more 80% and volume loading rate of 15g COD/l.d.
Công nghiệp giấy là một trong những ngành công nghiệp cần thiết nhất song cũng tiêu hao nhiều tài nguyên nhất, đặc biệt là về rừng và nước, vấn đề xử lý, bảo vệ môi trường luôn đi cùng với sự phát triển bền vững của ngành. Trước khả năng tăng trưởng vượt bậc của ngành giấy Việt nam, để góp phần giúp các cơ quan chức năng định hướng trong việc lựa chọn các công nghệ xử lý để bảo vệ môi trường chúng tôi muốn đưa ra một hướng công nghệ xử lý nước thải mới đó là công nghệ xử lý chảy ngược qua lớp bùn yếm khí (UASB) - Đây là một công nghệ xử lý chịu được tải COD rất lớn và thích hợp với nước thải các nhà máy giấy.
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIẤY
Công nghệ sản xuất giấy là một trong những công nghệ sử dụng nhiều nước. Tùy theo từng công nghệ và sản phẩm mà lượng nước cần thiết để sản xuất 1 tấn giấy dao động từ 200 đến 500 m3 nước. Nước được dùng trong các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước. Có thể tóm tắt quá trình sản xuất giấy và các nguồn thải theo sơ đồ hình 1 .
Như vậy trong quá trình sản xuất giấy, hầu như tất cả lượng nước đưa vào sử dụng sẽ là lượng nước thải ra, trong đó những yếu tố gây ô nhiễm chính đó là:
- pH cao do kiềm dư gây ra là chính.
- Thông số cảm quan (màu đen, mùi, bọt) chủ yếu là do dẫn xuất của lignin gây ra là chính.
- Cặn lơ lửng (do bột giấy và các chất độn như cao lin gây ra).
- COD & BOD do các chất hữu cơ hòa tan gây ra là chính, các chất hữu cơ ở đây là lignin và các dẫn xuất của lignin, các loại đường phân tử cao và một lượng nhỏ các hợp chất có nguồn gốc sinh học khác, trong trường hợp dùng clo để tẩy trắng có thêm dẫn xuất hữu cơ có chứa clo khác.
GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CHẢY NGƯỢC QUA LỚP BÙN YẾM KHÍ
Hình 2 chỉ ra sơ đồ chi tiết thiết bị UASB. Trong thiết bị này thì nước thải thô được bơm từ phía dưới của thiết bị qua lớp đệm bùn (gồm các sinh khối dạng hạt) [1,2] . Sự xử lý xảy ra khi nước thải đến và tiếp xúc với các hạt sinh khối và sau đó đi ra khỏi thiết bị từ phía trên của thiết bị. Trong suốt quá trình này thì sinh khối với đặc tính lắng cao sẽ được duy trì trong thiết bị. Một trong những bộ phận quan trọng của thiết bị UASB đó là bộ phận tách khí - lỏng - rắn ở phía trên của thiết bị. Trong quá trình xử lý nước thải, lượng khí tạo ra chủ yếu là CH4 và CO2 tạo nên sự lưu thông bên trong giúp cho việc duy trì và tạo ra hạt sinh học. Các bọt khí tự do và các hạt khi thoát lên tới đỉnh của bể tách khỏi các hạt rắn và đi vào thiết bị thu khí. Dịch lỏng chứa một số chất còn lại và hạt sinh học chuyển vào ngăn lắng, ở đó chất rắn được tách khỏi chất lỏng và quay trở lại lớp đệm bùn, nước thải sau đó được thải ra ngoài ở phía trên của thiết bị.
Hình 2. Sư đồ thiết bị phản ứng UASB trong phòng thí nghiệm
Bài viết liên quan
- Thực trạng đánh báo động về chất lương của Xử lý nước thải khách sạn công nghiệp.
