nghiên cứu thiết kế cơ sở xử lý nước thải sản xuất cồn từ rỉ đường của nhà máy đường việt trì

Do đó nó gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ cộng đồng, gây ra ô nhiễm môi trường đất, ô nhiễm môi trường không khí, gây ô nhiễm môi trường nước, ảnh hưởng trực tiếp tới các dòng sông, làm su

LỜI CÁM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS-TS Đinh Văn Sâm đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án Trong quá trình làm đồ án này em không tránh được những thiếu sót do đó em rất mong được sự thông cảm, chỉ bảo và giúp đỡ của thầy để

em được tiến bộ hơn

Em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy cô giáo , các anh chị cán bộ trong Viện Khoa Học Công Nghệ

và Môi Trường đã giảng dạy cho em trong suốt 3

Qua đây cho em gửi lời kính chúc sức khoẻ tới toàn thể các thầy cô giáo trong viện một lời chúc tốt đẹp nhất

MỤC LỤC

Mở đầu

Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐƯỜNG VÀ RƯỢU

CỒN VIỆT TRÌ

I.1 Giới thiệu chung ……….….5

I.1.1 Vị trí mặt bằng xây dựng ……… 6

I.1.2 Đặc điểm tình hình hoạt động của nhà máy ……….… 6

I.1.3 Các sản phẩm chính của nhà máy ………7

I.2 Quy trình công nghệ sản xuất rượu cồn của nhà máy………… 8

I.2.1 Công nghệ sản xuất cồn ……….8

I.2.2 Hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy ………12

Chương II : HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA NHÀ MÁY VÀ CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ II.1 Hiện trạng môi trường của nhà máy……….14

II.2 Các tác động đến môi trường do hoạt động sản xuất cồn của nhà máy………15

II.2.1 Tác động tới môi trường nước ………15

II2.2 Tác động tới môi trường không khí………15

II.2.3 Tác động tới tài nguyên sinh vật và hệ sinh thái……….16

II.3 Các giải pháp quản lý và khắc phục những ảnh hưởng đến môi trường ……….17

II.3.1 Các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu và xử lý ô nhiễm nước thải……….17

II.3.2 Các giải pháp kỹ thuật nhằm giảm thiểu và xử lý ô nhiễm khí II.3.3 Xử lý và tận thu bã thải rắn……….17

Chương III : GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN III.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải nói chung …………19

III.1.2 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy rượu cồn trên thế giới… 35

III.1.3 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy rượu cồn ở Việt nam……39

III.2 Lựa chọn - đề xuất phương án xử lý nước thải……… 40

III.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị – các yếu tố ảnh hưởng ……… 45

Chương IV : TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CƠ SỞ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY IV.1 Cân bằng vật liệu trong dây truyền sản xuất cồn………53

IV.2 Tính toán và thiết kế các thiết bị chính trong dây chuyền xử lý nước thải……… 55

IV.2.1 Bể điều hoà và lắng……… 55

IV.2.2 Bể UASB……… 60

IV.2.3 Bể aeroten……… 63

IV.2.4 Bể lắng thứ cấp……… 69

IV.2.5 Bể tự hoại xử lý bùn……… 73

IV 2 Tính toán thiết bị phụ trợ………

IV.2.1 Hệ thống mạng ống dẫn khí và nước thải trong quá trình xử lý IV.2.2 Máy thổi khí ……… 76

IV.2.3 Tính toán bơm……… 79

Chương V: DỰ TOÁN CHI PHÍ XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG V.1 Dự toán chi phí xây dựng cơ bản ……… 82

V.2 Dự toán chi phí vận hành hệ thống……… … 82

V.3 Quản lý vận hành hệ thống xử lý nước thải……… … 86

KẾT LUẬN ………

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………

MỞ ĐẦU

Rỉ đường là phế thải của nhà máy đường , thường chiếm khoảng 2,5- 5 % lượng nguyên liệu đầu vào (cây mía) Đã từ lâu rỉ đường được tận thu để làm nguyên liệu sản xuất cồn Và công nghiệp sản xuất cồn từ rỉ đường gắn liền với công nghệ sản xuất đường Hiện nay ở nước ta có khoảng 64 nhà máy đường hoạt động với tổng sản lượng 1,2 triệu tấn đường / năm , sự lớn mạnh và phát triển của ngành công nghiệp sản xuất đường sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất cồn từ rỉ đường Việc tận thu rỉ đường từ các nhà máyđường không chỉ góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do quá trình sản xuất đường gây ra mà còn đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân , tạo công ăn việc làm cho người lao động , đem lại lợi nhuận cho nhà máy Mặt khác cồn là một sản phẩm có giá trị trong sinh hoạt và được làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệpkhác như: Dược phẩm, Hoá chất, chế biến gỗ, trong quốc phòng, trong

y tế vv…Vì yêu cầu nhiều về sản lượng cồn Cho nên không những từ

rỉ đường mà người ta còn tận dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác để sản xuất cồn như gạo, ngô, sắn v.v…

Tuy nhiên, bên cạnh các lợi ích to lớn về kinh tế, các cơ sở sản xuất cồn cũng đưa lại nhiều hệ quả xấu đối với môi trường sinh thái vàchất lượng cuộc sống của cộng đồng …Mặt khác cồn rượu còn là một dây truyền thực phẩm do đó nó đòi hỏi chất lượng vệ sinh môi trường

Vì vậy vấn đề môi trường còn là tiêu chí để sản phẩm của nhà máy có khả năng cạnh tranh trên thị trường và có thể xuất khẩu ra các nước trên thế giới

Nguồn gây ô nhiễm chính trong sản xuất cồn từ rỉ đường là nước thải ( đặc biệt là nước thải đáy tháp thô ) Lượng nước này chiếm khoảng 20-25 lần so với lượng cồn sản xuất ra , đồng thời có tải lượngcác chất ô nhiễm hữu cơ rất lớn , rễ chuyển hoá gây ô nhiễm tới nguồntiếp nhận Đặc biệt đối với nguồn nước mặt ( Gây hiện tượng phì

dưỡng , thiếu O2 ,ảnh hưởng xấu tới hệ sinh thái trong nước

vv…)Trong điều nhiệt đới ẩm của Việt Nam các dòng thải này còn có khả năng chuyển thành các ổ dịch bệnh truyền nhiễm Và ngày nay nguồn nước thải của phân xưởng sản xuất cồn luôn được coi là một vấn đề quan tâm trong quản lý môi trường của các địa phương nơi có nhà máy sản xuất cồn

Trong mấy năm gần đây một số cơ sở sản xuất cồn đã có chú ý tới việc xử lý nguồn thải của mình Tuy nhiên do còn nhiều khó khăn cho nên sự thành công của các cơ sản xuất này còn rất ít

Đề tài : “ Nghiên cứu thiết kế cơ sở xử lý nước thải sản xuất cồn từ rỉ đường của nhà máy Đường Việt Trì” này nhằm giải quyết

được một phần nào đó các vấn đề đã nêu ở trên Nội dung của đề tài bao gồm :

+ Phân tích, đánh giá nguồn thải ô nhiễm

+ Thu thập các thông tin về giải pháp khắc phục

+ Lựa chọn và đề xuất dây truyền xử lý nước thải cho nhà máy + Tính toán thiết kế các thiết bị trong dây truền xử lý

+ Tính toán kinh tế trong xử lý nước thải

Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐƯỜNG VÀ

RƯỢU CỒN VIỆT TRÌ

I.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

I.1.1 Vị trí , mặt bằng xây dựng của nhà máy:

 Nhà máy được xây dựng trên diện tích là 40000 m2 Trong khu công nghiệp phía nam Thành Phố Việt Trì thuộc địa bàn PhườngThanh Miếu:

 Vị trí của nhà máy:

+ Phía Nam giáp Sông Hồng

+ Phía Đông giáp với nhà máy nhuộm Păngrin

+ Phía Bắc giáp với đường quốc lộ

+ Phía Tây giáp với nhà máy giấy Việt Trì và hố xỉ than

nhà máy điện

 Nhà máy đường Việt Trì nằm ở một vị trí rất thuận lợi về giao

thông , nằm giữa quốc lộ số 2, đường sắt Hà Nội – Lào Cai và Sông Hồng vì vậy rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên vật liệu, nhiên liệu sản phẩm của nhà máy cũng như máy móc thiết bị phụ tùng phục vụ cho sản xuất

 Do nhà máy nằm gần hai con Sông Hồng và Sông Lô nên rất thuận lợi cho việc cung cấp nước cho quá trình sản xuất và xả nước thải rangoài sông tiết kiệm được đường ống dẫn nước thải ra sông

 Điều kiện về khí hậu :

+ Khí hậu mang tính chất của đồng bằng châu thổ sông Hồng, nóng ẩm mưa nhiều, chịu ảnh hưởng trực tiếp của gió mùa Thời tiết trong năm được chia làm hai mùa rõ rệt đó là: mùa mưa và mùa khô + Mùa mưa từ tháng 5 – 10, thời tiết nóng ẩm mưa nhiều, lượng nước mưa chiếm khoảng 80% cả năm Đặc biệt có những trận mưa rào

có cường độ lớn kèm theo dông bão kéo dài từ 3-5 ngày gây ngập úng cho toàn khu vực

+ Mùa khô kéo dài từ tháng 11 – 5 năm sau lượng mưa ít, có những thời kì khô hanh kéo dài từ 15-20 ngày Làm cho nhiều diện tích sông ngài bị cạn khô, gây khó khăn cho việc cấp nước cho nhà máy trong quá trình sản xuất

I.1.2 Đặc điểm tình hình hoạt động của nhà máy:

 Cùng với khu công nghiệp Việt Trì, nhà máy đường Việt Trì được khởi công xây dựng từ năm 1958 với sự giúp đỡ của TrungQuốc và Liên Xô cũ

 Nhà máy hoàn thành và đi vào hoạt động cuối năm 1960 với công suất thiết kế 350 tấn mía /ngày Và tận dụng rỉ đường để sản xuất cồn với công suất là 3000 l/ngày

I.1.3 Các nguồn nguyên liệu và sản phảm chính của nhà máy

a Các nguồn nguyên liệu:

Nguyên liệu để sản xuất đường là mía, nguồn nguyên liệu nàyđược cung cấp từ các vùng lân cận của nhà máy như: Huyện Tam Đảo, Vĩnh Lạc, Vĩnh Tường vv…

Bảng 1.1 :Thành phần hoá học của cây mía:

4 axit hữu cơ và sáp 0,4 – 0,5

Qua bảng thành phần hoá học của rỉ đường, ta thấy hàm lượng

đường trong rỉ đường chiếm một hàm lượng rất lớn do đó rất thuận lợi cho việc lên men để sản xuất cồn Phương pháp sản xuất cồn từ rỉ đường có thuận lợi hơn phương pháp dùng tinh bột để sản xuất cồn vìdùng rỉ đường chúng ta không phải qua khâu nấu và đường hoá Do

đó công nghệ sản xuất cũng đơn giản hơn, tiết kiệm chí phí trong quá trình xản xuất Và giảm lượng nước thải ra môi trường trong quá trìnhrửa thiết bị nấu và đường hoá Chính vì những thuận lợi đó của rỉ đường mà người đã tận thu để sản xuất cồn

Bên cạnh đó trong rỉ đường có chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao, với nhiều hợp chất hữu cơ ở dạng keo không phân huỷ trong quá trình lên men đã theo nước thải ra ngoài gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

nó còn cung cấp một lượng lớn rượu cồn cho xã hội

 Trong quá trình sản xuất cồn ta lại thu được khí CO2 sạch trong quátrình lên men có thể đem bán cho các nhà máy giả khát

 Ngoài các sản phẩm như: Đường, Cồn, khí CO2 ra thì trong nhà máycòn sản xuất cả bia hơi

I.2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN TỪ RỈ ĐƯỜNG CỦA NHÀ

MÁY ĐƯỜNG VIỆT TRÌ

I.2.1 Công ngệ sản xuất cồn:

I.2.1.1 Sơ đồ công nghệ: (như hình vẽ )

I.2.1.2 Giải thích dây truyền công ngh ệ

1 Pha loãng và axid hoá

Chúng ta cần phải pha loãng và axit hoá rỉ đường vì rỉ đường thường có nồng độ chất khô rất cao từ 80 – 85 Bx không thể lên men rượu ngay được cần phải pha loãng tới nồng độ thích hợp Còn nếu phaloãng đến nồng độ thấp quá sẽ tốn nhiều thiết bị và năng lượng Trong thực tế, với nồng độ rỉ đường thích hợp là 45-50 0Bx thì tiến hành xử

lý có hiệu quả tốt, bảo đảm cho kết tủa các chất

2 Quá trình axit và thanh trùng.

Sau khi pha loãng thì dùng H2SO4 hoặc dùng HCl acid hoá, tuỳ theo chất lượng của rỉ đường mà cho lượng H2SO4 , HCl vào khác nhau

để đạt được độ pH = 4,5- 4,8, tạo điều kiện tốt cho quá trình lên men Lượng axit HCl tiêu hao khoảng 23,5 kg/1000l cồn

Mục đích của quá trình acid hoá là để tách bớt tạp chất tro, keo, và tạo độ pH thích hợp cho quá trình lên men

Sau đó phải tiến hành sát trùng dịch rỉ đường Có thể sử dụng nhiều chất sát trùng khác nhau như: Pentaclorophênol, formalin, cloruavôi, và phổ biến hiện nay ở Việt Nam là sử dụng thuốc trừ sâu

(Na2SiF6) Lượng Na2SiF6 chiếm khoảng 12-13 kg/1 tấn rỉ đường Mục đích của việc sát trùng là để tiêu diệt các vi sinh vật có trong dấm chín

, nhằm tạo điều kiện tốt cho quá trình lên men phát triển Sau đó làm lạnh tới nhiệt độ lên men và tiến hành lên men.

Trong giai đoạn này chúng ta cần phải bổ sung chất dinh dưỡng

Để tăng dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng của nấm men, cần thiết phải cho thêm đạm và photpho ( vì rỉ đường thường là chất nghèo các chất ding dưỡng cho nấm men hoạt động )

3 Quá trình lên men:

 Sau khi pha loãng, acid hoá và thanh trùng được dung dịch rỉ đường có điều kiện thích hợp ta cho tiến hành lên men:

 Phản ứng chính trong quá trình lên men là:

phân tử khác v.v

 Phản ứng lên men thuộc quá trình chuyển khối, trao đổi nhiệt:

- Đường thẩm thấu qua màng tế tào men

- Phản ứng vi sinh tạo ra rượu và CO2 là chính

- Khuếch tán sản phẩm ra bên ngoài qua màng tế bào men

* Rượu êtylic dễ hoà tan nhanh chóng khuếch tán vào trong nước Khí

CO2 khó hoà tan nhanh chóng bão hoà tạo khí CO2 đi lên Trong quá trình đi lên bọt khí CO2 bám quanh tế bào men làm cho VSV cũng nổi lên, khi lên đến bề mặt khí CO2 thoát ra, con men lại chìm xuống Và quá trình cứ thế diễn ra làm tăng quá trình chuyển khối tạo điều kiện cho quá trình lên men được tốt hơn

Lên men

Chưng cất Thô

Tháp tách trung gian

Tháp tinh chế

Nước vệ sinh thiết bị

Nước vệ sinh t

CO2

Nước làm lạnhMen giống

đáy tháp thô

Hơi nước

Hơi nước

Cồn sản phẩm

Nước làm lạnh và ngưng tụ

Rầu fuzenNước thải đáy

Nước cho tuần hoàn hoặc thải

ra MT

Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất cồn từ rỉ đường và các dòng nước thải

Trong quá trình lên men toả nhiệt làm cho nhiệt độ ở trong thùng lên

men tăng lên, do đó trong quá trình lên men phải làm lạnh liên tục để giữ nhiệt độ ổn định trong khoảng 28 - 35 oC và duy trì pH= 4,5 – 4,8

- Ngoài phản ứng chính là tạo ra rượu và khí CO2 trong quá trình lênmen còn tạo ra rất nhiều tạp chất khác như là: glyxerin, axit

succinic, aldehyt, metylic, axit axetic, este, pectin, valeric… Dịch sau quá trình lên men được gọi là dấm chính chứa khoảng 7- 9% thể tích cồn, phần dịch này được bơm đi chưng cất Khí CO2 tạo

ra được thu hồi trong các bình chứa Thời gian lên men khoảng 3 ngày

3 Quá trình chưng cất:

Trong dấm chín chứa khoảng 7-9 % thể tích cồn, còn lại là các tạp chất khác như là: các tạp chất hữu cơ, các tạp chất vô cơ, các cặn

bã như là: rượu metylic, glyxerin, axit succinic, aldehyt,

metylic ,axit axetic, este, bã men, các muối khoáng …Vì vậy phải tiến hành chưng cất để loại bỏ các tạp trên ra khỏi rượu, và thu được cồn có nồng độ cao Nhưng mặt khác khi chưng cất để tách các tạp chất đó ra thì chính các tạp chất đó theo nước thải ra ngoài làm ô nhiễm môi trường

Quá trình chưng cất người ta sử dụng hệ thống 3 tháp đó là:

a Tháp thô:

Mục đích của tháp thô là tách kiệt rượu ra khỏi dấm chính, nồng

độ đạt cực đại sản phẩm đỉnh 45 % thể tích cồn Sản phẩm đáy là nước thải thải gồm 90- 93% là nước, 7- 10 % là chất khô

Quá trình chưng cất bằng cách sục hơi nước trực tiếp vào đáy tháp nhiệt độ cấp vào khoảng 100-1050C, và 1 lít cồn cần cấp khoảng

5 lít hơi nước, do đó lượng hơi nước cần cấp trong một ngày vào thápthô là 15.000 lít hơi nước /ngày

b Tháp trung gian:

Mục đích là tách các tạp chất nhẹ ra khỏi cồn: như là rượu mêtylic, các aldehyl Sau khi tách các tạp chất nhẹ ta thu được cồn đầu

không uống được nó được dùng trong các ngành công nghiệp

Sản phẩm đáy: rượu nồng độ 40% thể tích, đun sôi đáy tháp bằng hơi nước gián tiếp

khoảng 0,5 – 1,5% ở tháp tinh chế này ta có thể đun bằng hơi nước trực tiếp

Rượu bậc cao và dầu fuzen được thu hồi làm nguyên liệu cho dầu chuối và ta thu được cồn tinh khiết ở đỉnh tháp có nồng độ cồn

khoảng 96% Cồn này có thể sử dụng để uống

I.2.2 Hệ thống cấp thoát nước cho nhà máy

 Hiện nay nhà máy sử dụng nước cấp từ sông Lô qua hệ thống xử lý nước của thành phố và sử dụng trực tiếp cho quá trình làm lạnh, rửa

vệ sinh thiết bị, vệ sinh sàn nhà Còn riêng đối với nước dùng để pha loãng rỉ đường thì nhà máy phải có hệ thống xử lý riêng nhằm đạt tiêu chuẩn nước pha loãng để khỏi ảnh hưởng tới chất lượng cồn

 Các nguồn nước thải của phân xưởng sản xuất cồn:

1 Nước làm mát cho các thiết bị, nước ngưng tụ:

Lượng nước này rất lớn, nhưng sạch có nhiệt độ khoảng 30-40

0C có thể làm giảm nhiệt độ và cho tuần hoàn lại quá trình làm lạnh hoặc có thể thải thẳng ra mà không cần xử lý Hiện nay nhà máy thảy thẳng ra sông

2 Nước vệ sinh các thiết bị, nhà xưởng:

Nước thải này có đặc điểm là thể tích và tải trọng ô nhiễm khôngcao, chứa một ít đường, bã men, các hợp chất hữu cơ còn lại trongthiết bị, có hàm lượng chất rắn lơ lửng lớnvà một số tạp chất vô cơkhác

Nước thải này xả ra với tần suất khác nhau, phụ thuộc vào thời gian rửa thiết bị Lưu lượng thải ra trong ngày khoảng 35 m3/ngày

và có các thông số về nước thải như sau:

BOD5=1000 mg/l

COD =2000 mg/l

SS =1000 mg/l

pH= 5,5-7,5

3 Nước thải từ tháp tinh chế

Nước thải này có nhiệt độ cao khoảng t0=90-1000C, chủ yếu là nước, chứa phần nhỏ cồn sót, dầu fuzen và các loại rượu bậc cao Nước thải này khi thải ra có mùi khó chịu Có lưu lượng thải ra gấp khoảng 2-3 lần sản phẩm đỉnh Vì vậy lưu lượng trong ngày khoảng 6-9 m3/ngày

4 Nước thải từ đáy tháp thô:

Nước thải đáy tháp thô là nước thải đặc trưng của sản xuất cồn

từ rỉ đường đó là nguồn gây ô nhiễm môi trường chủ yếu cả về số lượng lẫn nồng độ ô nhiễm Lượng nước thải đáy tháp thô chiếm khoảng 15-18 lần so với lượng cồn sản xuất ra Đây là loại nước thải công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nặng nhất do thành phần các chất hữu cơ cao, do đó tiêu thụ một lượng lớn oxy hoà tan

trong nguồn tiếp nhận.

Trong nước thải tháp thô có chứa một phần nhỏ rượu sót, các chất hữu cơ khó bay hơi, các chất không biến đổi thành cồn trong quá trình lên men,các chất khoáng và một phần nấm men

Thành phần nước thải đáy tháp thô gồm 7- 10 % là chất khô và

90 – 93 % là nước Trong thành phần chất khô thì 70 – 75 % lầ hợpchất hữu cơ, 25 – 30 % là hợp chất vô cơ Các hợp chất hữu cơ nhưcác axit hữu cơ, các loại rượu, este, aldehyl, các acid như axêtic, propionic… Và các chất không lên men như: melanoid, caramen, betain, valeric v.v…

5 Thành phần của các chất thải phụ thuộc vào loại nguyên liệu sử dụng, và công nghệ sản xuất

Ngoài ra nước thải còn chứa nhiều các chất vô cơ với nồng độ cao như: K, Ca, Na…

Nước thải đáy tháp thô có đặc trưng là: Màu nâu đậm, nhiệt độ cao có giá trị trong khoảng t0C=90-95 0C, pH tương đối thấp pH= 4-5, nồng độ SO42 - cao do quá trình acid hoá gây ra Có nồng

độ BOD= 3000 – 4000 mg/l, COD = 5000 – 8000 mg/l, SS=600 mg/l Và đặc biệt có một hàm lượng tương đối lớn thuốc trừ sâu ở trong nước thải, lượng thuốc trừ sâu này có trong nước thải do quátrình sát trùng và nó chiếm khoảng 0,02% thể tích dấm chín (12- 13kg/1 tấn rỉ đường ) Lượng thuốc trừ sâu này có trong nước thải gây ức chế quá trình xử lý sinh học nước thải, ảnh hưởng tới sự phát triển của các vi sinh vật Do vậy để xử lý sinh học được thì taphải pha loãng nồng độ thuốc trừ sâu có trong tháp thô ra

Hiện nay công xuất của nhà máy là 3000 l cồn/ngày mà lượng cồn chiếm khoảng 7-8% thể tích dấm chín, do đó lượng nước thải đáy tháp thô gấp khoảng 15-18 lần lượng cồn Vậy lưu lượng nước thải đáy tháp thô khoảng Q=50-55 m3/ngày

* Hiện nay nước thải của nhà máy chưa được xử lý, tất cả các dòng nước thải được xả thẳng ra cống của nhà máy và theo mương dẫn ra sông, gây ra ô nhiễm môi trường

Chương II : HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG CỦA NHÀ MÁY II.1 Hiện trạng môi trường của nhà máy

 Do nhà máy xây dựng đã lâu nên thiết bị bây giờ hư hỏng và xuống cấp ngiêm trọng Dây truyền công nghệ lạc hậu chính vì vậy trong quá trình sản xuất đã thải ra một lượng lớn nước thải gây ra ô

nhiễm môi trường rất lớn mà nhà máy trưa có hệ thống xử lý Do

đó nó gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ cộng đồng, gây ra ô nhiễm môi trường đất, ô nhiễm môi trường không khí, gây ô nhiễm môi trường nước, ảnh hưởng trực tiếp tới các dòng sông, làm suy thoái

hệ sinh thái trong nước, có thể gây ô nhiễm tới các nguồn nước ngầm ở trong khu vựcv.v…

II.1.1 Gây ô nhiễm không khí:

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 TCCP thì cần phải xử lý

II.1.2 Ô nhiễm do chất thải rắn :

Chất thải rắn tạo ra trong quá trình sản xuất cồn từ rỉ đường 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

II.1.3 Vấn đề nước thải của phân xưởng sản xuất cồn nhà máy:

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 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: rửathùng 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 đáytháp 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 90 0C.Vì vậy bắt buộc phải xử lý trước khi thải ra môi trường Nếu không nó sẽ gây tác hạisấu tới môi trường sống của con người, và huỷ hoại tới tài nguyên sinh vật v.v…

II.2 CÁC TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG DO HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT

CỦA NHÀ MÁY

II.2.1 Tác động đến môi trường nước:

 Nước cung cấp cho nhà máy được lấy từ sông Lô qua hệ thống xử lýnước cấp Nam Việt Trì Hiện tại nước thải của nhà máy chưa được

xử lý Nước thải chủ yếu tập trung thải xuống hồ xỉ than nhà máy điện cũ rồi theo hệ thống mương thải dọc phường Thanh Miếu thoát

ra sông Lô tại cống hạ giáp

 Trong nước thải có chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao, có lẫn đường, thuốc trừ sâu … 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 cácsông 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

II.2.2 Tác động của các chất ô nhiễm tới môi trường không khí

Các chất gây ra ô nhiễm là tro bay ra từ ống khói lò hơi, lượng tro bay ra lớn có thể gây tác động xấu đến sức khẻo của con người

và khả năng sinh trưởng của cây trồng do tre phủ bề mặt lá cây dẫn đến hạn chế quá trình quang hợp

Thực tế hiện nay cho thấy chất lượng không khí trong khu vực bị ô nhiễm về mùi hơi khó chịu do nước thải của nhà máy chưa được xử lý bị phân huỷ gây ra mùi hôi khó chịu tại khu hố than nhà máy điện và dọc tuyến mương thải Phường Thanh Miếu

II.2.3 Tác động tới tài nguyên sinh vật và hệ sinh thái

Bụi cuốn theo ống khói lò hơi có thể gây ra hệ quả xấu đối với sức khoẻ con người và hệ thực vật Các tro bụi bay ra và các chất rắn khác nếu thải ra nhiều có khả năng đe dọa sự phát triển của cây trồng

Hoạt động của nhà máy đã góp phần cải tạo hệ sinh thái tăng độ che phủi vì nguyên liệu chính là cây mía Các vùng mía được qui hoạch thâm canh góp phần phủ xanh các vùng đất hoang hoá

Nước thải của nhà máy ô nhiễm rất lớn, nếu không được xử lý

mà thải trực tiếp ra sông hồ thì sẽ gây ra ô nhiễm cho nguồn tiếp nhận làm cho các dòng sông bị ô nhiễm, gây ảnh hưởng sấu tới các VSV, động vật thực vật sống dưới nước, và có thể huỷ hoại hệ sinhthái ở dưới nước như: làm cho cá, ếch, nhái…bị chết

II.3 CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ VÀ KHẮC PHỤC NHỮNG ẢNH HƯỞNG

TỚI MÔI TRƯỜNG

II.3.1 Giải pháp kỹ thuật giảm thiểu và xử lý ô nhiễm khí và bụi

 Nguồn gây ô nhiễm chính của nhà máy là bụi bay theo khói lò và các khí thải sinh ra ở lò đốt như : CO, CO2, SO2,, NOx, H2S…

 Theo tính toán lý thuyết khí thải chưa qua hệ thống xử lý có nồng

độ là 1600 mg/m3 gấp 4 lần tiêu chuẩn cho phép nếu như không xử

lý thì lượng bụi này sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ của những người dân xung quanh, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng xấu tới hệ sinh thái, tạo ra một lớp bụi bám vào các lá cây làm giảm quá trình quang hợp của cây dẫn đến cây cối chậm phát triển và có thể bị chết Do đó nhất thiết phải quản lý, tìm biện pháp giảm thiểu và xử lý bụi

 Để xử lý bụi thải đạt được yêu cầu nhà máy đã tính toán và lắp đặt

hệ thống xử lý hệ thống xử lý bụi khí lò theo hai cấp vào cuối năm

1994 như sau:

+ Cấp một: là thiết bị tách bụi cyclon khô nhằm tách bụi kích thước

lớn và chiếm đa số ra khỏi dòng khí trước khi đi vào thiết bị cấp hai

+ Cấp hai: ở đây dùng thiết bị lọc bụi ướt, nước được sử dụng để

tách bụi

 Hệ thống xử lý này đạt hiệu quả xử lý từ 80 –85 % do đó khí bụi khi qua hệ thống xử lý này sẽ đạt tiêu chuẩn cho phép thải

 Biện pháp giảm thiêủ bụi khói lò: là có thể thay đổi nhiên liệu bã mía bằng dầu FO hoặc có thể kết hợp dầu và bã mía sẽ làm giảm lượng bụi ra ngoài không khí

 Để xử lý khí thải sinh ra trong quá trình đốt có thể nâng cao chiềucao ống khói, để pha loãng nồng độ các khí độc hại tránh gây ảnh hưởng tới công nhân, và những người xung quanh nhà máy

 Xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường tránh hiện tượng phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước thải , thường xuyên khơi thông cống rãnh, tránh uồn tắc và ứ đọng nước thải trên mương dẫn

II.3.2 các giải pháp kĩ thuật nhằm giảm thiểu và xử lý ô nhiễm

nước thải

 Nhìn chung trong 3 loại nước thải của nhà máy là: khí thải, nướcthải và chất thải rắn Thì nước thải là nguồn gây ô nhiễm nặng nhất cả về số lượng lẫn nồng độ chất ô nhiễm, nó đã gây ra ô

nhiễm môi trường toàn diện trong khu vực, ảnh hưởng tới sức khoẻcủa những người sống gần nhà máy, làm ô nhiễm các nguồn tiếp nhận như là các dòng sông, ao hồ, huỷ hoại các hệ sinh thái ở dưới nước làm mất cân bằng sinh thái, gây ra ô nhiễm không khí khi nước thải phân huỷ lên men các hợp chất hữu cơ có trong nước gây ra mùi khó chịu, gây ra ô nhiễm các nguồn nước ngầm khi ngấm vào đất, làm suy thoái tài nguyên đất, gây ra các bệnh

chuyền nhiễm khi tưới nước thải cho cánh đồng rau hoặc nước thảinhiễm vào nước uống sinh hoạt của con người Ngoài ra nó còn sinh ra ruồi muỗi, sâu nhặng là tác nhân chính gây ra các bệnh truyền nhiễm như Thương Hàn, Dịch tả, ngộ độc Do vậy bắt buộc phải tìm mọi biện pháp nhằm giảm thiểu và xử lý nước thải trước khi thải vào môi trường tránh các tác hại xấu của nó gây ra

 Các biện pháp nhằm giảm thiểu nước thải của nhà máy :

- áp dụng công nghệ sản xuất sạch cho nhà máy như là :

+ Thay đổi dây chuyền công nghệ sản xuất nhằm hạn chế lượng chất thải ra môi trường

+ Củng cố và sửa các thiết bị đang vật hành

+ Dùng vòi nước có áp lực lớn để rửa các thiết bị và nhà xưởng nhằm hạn chế lượng nước thải

+ Tuần hoàn lại các dòng nước không gây ô nhiễm như nước thải của quá trình làm lạnh và ngưng tụ nhằm hạn chế nước thải

ra môi trường…

+ Cải tạo lại hệ thống đường dẫn nước thải, thay thế cống xây

bằng gạch bởi các đường ống làm bằng sắt thép không rỉ nhằm hạnchế sự ứ đọng, tắc nghẽn dẫn đến sự phân huỷ các chất ô nhiễm

trong nước thải làm ô nhiễm không khí và phát tán mùi hôi thối khó chịu.

- áp dụng công nghệ xử lý cuối đường ống.

Việc áp dụng phương pháp sản xuất sạch chỉ nhằm giảm thiểu

một phần sự ô nhiễm cho phân xưởng sản xuất cồn chứa không thể

xử lý triệt để được Vì vậy phương pháp xử lý nước thải cuối

đường ống đóng vai trò rất quan trọng trong việc xử lý triệt để cácchất ô nhiễm trước khi thải ra nguồn tiếp nhận Đối với nước thải sản xuất cồn thì ta gộp nước thải của quá trình rửa vệ sinh thiết bị

và nước thải ở đáy tháp thô, đáy tháp tinh lại là một để xử cuối đường ống trước khi thải ra môi trường Còn nước thải làm lạnh

và ngưng tụ ta cho tuần hoàn lại quá trình sản xuất hoặc thải thẳng

ra môi trường mà không cần xử lý

Chương III : GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY

III.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải của cơ sở sản xuất

cồn :

 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 giảmhàm 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

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

+ 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 thướclớn nhằm bảo vệ hệ thống bơn tránh bị hư hỏng và bào mòn, giúp cho quá trình xử lý được tốt hơn

+ 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

+ 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 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 Phương pháp oxy hoá khử :

dùng các chất oxy hoá hoặc các chất khử bổ sung vào nước thải để tạonên các phản ứng oxy hoá - khử nhằm loại trừ hoặc khử đi các độc tínhcủa các chất ô nhiễm 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

+ 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 hànhđơn giản Chính vì những ưu điểm đó của phương pháp sinh học nên trong đồ án tốt nghiệp của mình em chọn phương pháp sinh học để xử

lý nước thải của nhà máy sản xuất cồn từ rỉ đường

Sau đây ta đi nghiên cứu kỹ về phương pháp xử lý sinh học

III-11 Lựa chọn các phương pháp sinh học để xử lý nước thải

 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 – 50 0C 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.

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 hấpyếm 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

 Các phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự

nhiên :

+ Xử lý nước thải trên cánh đồng lọc :

Cánh đồng lọc là một khu đất trống để chứa nước thải Cơ chế xử

lý nước thải là nhờ sự thấm hút của lớp đất, nước thải sẽ được hút

xuống đất và các quá trình phân huỷ hiếu khí trên lớp mặt và các quá trình phân huỷ yếm khí ở các lớp sâu hơn sẽ xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải Ngoài ra còn có các quá trình hấp phụ, lọc, trao đổi ion trong đất đối với nước thải thông thường giá trị BOD của nước thải được xử lý trên các cánh đồng lọc nhỏ hơn 300mg/lit quá trình ngấm hút của nước thải vào trong lòng đất và thực hiện quá trình xử lýthường trong độ sâu khoảng 1,5m một cánh đồng lọc như vậy tốn rất nhiều diện tích, đôi khi có thể làm cho đất chết không thể trồng trọt được nữa Các yêu cầu đối với cánh đồng lọc phải cách xa khu dân cư

và ở cuối hướng gió (ít nhất là 200 đến 1000 m) Cần có độ dốc tự nhiên để tránh tạo vũng lầy Xa khu vực có mực nước ngầm đang khai thác Loại đất thường là đất cát hoặc pha cát, ít có giá trị trong nông nghiệp Năng lực lọc :

Đất cát : 45 đến 90 m3/ha/ngày

Đất pha cát : 40 đến 80 m3/ha/ngày

Đất pha sét : 35 đến 70 m3/ha/ngày

+Xử lý nước thải trên cánh đồng tưới :

Là một dạng xử lý nước thải kết hợp với canh tác nông nghiệp Khi nước thải không quá ô nhiễm (BOD5 từ 15 đến 50 mg/lít) thì có thể sử dụng để tưới tiêu nông nghiệp tuy nhiên phải chú ý đến các đặc điểm thổ nhưỡng, khả năng thoát nước, loại cây trồng Do nước thải vẫn cònmang tính ô nhiễm nên cần khống chế: lưu lượng nước thải tưới trên một hecta trong một khoảng thời gian; lưu lượng tưới cho từng loại cây trồng và lưu lượng cho một lần tưới

Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc chỉ sử dụng để xử lý nước thải có tính chất ô nhiễm nhẹ, thường là nước thải của công đoạn xử lý cuối cùng của hệ thống xử lý nước thải

+ Xử lý nước thải trong các hồ sinh học

Thực chất là lưu chứa nước thải trong các hồ chứa Khu hệ vi sinh vật trong nước hồ thực hiện các quá trình sinh học sẽ phân huỷ các chất ô nhiễm Sau một thời gian nước thải đã giảm tính ô nhiễm sẽ được đưa ra khỏi hồ vào môi trường Đối với phương pháp hồ sinh họcchi phí đầu tư nhỏ, vận hành quản lý đơn giản Tuy nhiên phạm vi thải nước phải được khống chế để tránh tình trạng làm hồ quá tải gây ra ô nhiễm không khắc phục nổi Tuỳ theo cơ chế phân giải chất ô nhiễm

mà người ta chia làm ba loại hồ: hồ hiếu khí, hồ yếm khí và hồ tuỳ tiện

- Hồ hiếu khí :

Quá trình sinh học chủ yếu trong hồ phải là quá trình oxy hoá của các vi sinh vật hiếu khí, ở khu vực đáy hồ có thể có các vi sinh vật yếm khí hoặc tuỳ tiện Nhu cầu oxy được cung cấp nhờ quá trình

khuyếch tán tự nhiên hoặc làm thoáng bề mặt nhân tạo Độ sâu của hồ chỉ ở mức 0,6 đến 1,2 met Thời gian lưu nước từ 3 đến 12 ngày phụ

thuộc thông số dòng vào và năng lực oxy hoá của hồ Do có độ sâu nhỏnên hồ có diện tích lớn :

F = Q t / H

Trong đó : F là diện tích mặt hồ (m2)

Q là lưu lượng nước thải (m3/ngày)

H là độ sâu của hồ (met)

T là thời gian lưu của nước trong hồ (ngày)

- Hồ yếm khí :

Được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn ( BOD5 >1800 mg/lít ) Quá trình làm sạch nước thải của hồ chủ yếu nhờ hoạt động của vi sinh vật hô hấp yếm khí Hồ phải có độ sâu lớn ( > 2,5 met) để tạo môi trường yếm khí triệt để Dung tích hồ phụ thuộc lượng chất phụ thuộc lượng chất ô nhiễm, thời gian lưu của nướcthải Quá trình xử lý thường tạo mùi khó chịu do đó phải đặt cách xa khu vực, nhất thiết đặt cuối chiều gió Đáy hồ phải có lớp lót, tránh đểnước thải thấm quá nhiều xuống lòng đất Hiệu suất chuyển hoá của hồkhoảng 50 đến 80% Tải trọng BOD5 có thể lên tới 280 đến 1500

kg/ha/ngày

- Xử lý nước thải bằng hồ tuỳ tiện:

Hồ tuỳ tiện còn được gọi là hồ hiếu- kỵ khí, hầu hết các chỗ tựnhiên hoạt động theo nguyên tắc trên

Hồ tuỳ tiện có độ sâu trung bình (1,5  2m) dưới tác dụng của khu hệ

vi sinh vật rất đa dạng trong nước gồm: vi sinh vật yếm khí, hiếu khí,tuỳ tiện, thuỷ nấm, tảo, nguyên sinh vật…

* Sơ đồ nguyên lý quá trình hoạt động của hồ xảy ra đồng thời 4 quá

trình:

- Quá trình phân giải yếm khí xảy ra ở lớp bùn đáy và ở lớp nước sâu.

Cặn lắng, các chất hữu cơ khó hoặc chậm phân giải được chuyển hoá

O2 không khí A/Sáng mặt trời

yếm khí Tạo ra các sản phẩm trung gian (rượu, axit hữu cơ, các chấttrung tính khác và các khí CO2CH4, H2S, NH3) Ở vùng yếm khí cònxảy ra quá trình khử Nitrat nhờ một số vi khuẩn tự dưỡng hoá năng.

- Quá trình quang hợp xảy ra trên nước mặt nhờ tải và một số thực vật

hạ đẳng: CO2 sinh ra do phần giải yếm khí và oxy hoá hiếu khí

Để được tảo và một số thỷu thực vật hạ đẳng chuyển hoá bằng quátrình tự dưỡng quang năng Quá trình này tạo ra một lượng O2 đáng kểcung cấp cho quá trình oxy hoá hiếu khí trên lớp nước mặt nhất lànhững ngày bức xạ mặt trời cao Tuy nhiên để đảm bảo yêu cầu cânbằng sinh thái trong hồ tuỳ tiện, hàm lượng tải không được vượt quá100mg/l, tránh hiện tượng bùng nổ tảo

- Quá trình oxy hoá hiếu khí xảy ra ở vùng hiếu khí (lớp nước mặt và

tầng trung gian) dưới tác dụng của vi khuẩn hiếu khí và hô hấp tuỳtiện các sản phẩm phân giải yếm khí như axit hữu cơ, rượu, anđêhit,axitamin… sẽ được oxy hoá hoàn toàn

- Quá trình tiêu thụ sinh khối tảo: khi hàm lượng N, P trong nước thải

cao, tảo sẽ phát triển mạnh Nếu không được tiêu thụ, sinh khối tảo sẽ

bị tích luỹ, tự huỷ sinh ra ô nhiếm thứ cấp Tạo lập lại cân bằng sinhthái ở những hồ có hiện tượng bùng nổ tảo rất khó khăn Các vi sinhvật tiêu thụ tảo có thể là các nguyên sinh vật hoặc các động vật hạđẳng

M t s thông s s d ng các lo i h :ột số thông số sử dụng các loại hồ: ố thông số sử dụng các loại hồ: ố thông số sử dụng các loại hồ: ử dụng các loại hồ: ụng các loại hồ: ại hồ: ồ:

Các thông số Hồ hiếu khí Hồ tuỳ tiện Hồ kỵ khí

BOD đầu vào g/m2 <300 <=300 >1800

 Các quá trình sinh học xử lý nước thải nhân tạo :

Bản chất của các quá trình sinh học là sự hoạt động của các vi sinh vật Do đó khả năng phân huỷ chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào quá trình sinh trưởng của các vi sinh vật Các công trình xử

lý nước thải nhân tạo có những thiết kế mang tính tác động vào quá trình sinh trưởng này ví dụ như tạo ra các điều kiện tối ưu hơn so với trong điều kiện tự nhiên để nâng cao tốc độ sinh trưởng và khả năng hoạt động của các vi sinh vật để cho các vi sinh vật phân huỷ nhanh các hợp chất ô nhiễm , rút ngắn thời gian xử lý , nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải Đó là điểm khác biệt giữa các quá trình tự nhiên

và các quá trình nhân tạo

+ Các quá trình xử lý hiếu khí :

Có hai dạng thiết bị chủ yếu của quá trình xử lý sinh học hiếu khí

là hệ thống bể aeroten và thiết bị lọc sinh học Cả hai dạng thiết bị đều

sử dụng bùn hoạt tính trong đó có chứa các vi sinh vật hô hấp hiếu khí; trong bể aeroten bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng còn trong thiết bị lọc sinh học bùn hoạt tính được cố định trên một lớp vật liệu lọc

- Hệ thống aeroten:

Bộ phận chính của hệ thống là bể phản ứng aeroten, được bố trí thiết bị cung cấp oxy hoà tan cho nước thải và thiết bị khuấy trộn nếu cần Nguyên lý hoạt động của quá trình sinh học trong bể aeroten là sựoxy hoá các chất hữu cơ của các vi sinh vật hiếu khí có trong bùn hoạttính Giá tri BOD5 của nước thải đi vào bể aeroten thường nhỏ hơn

1000 mg/lít Thời gian lưu của nước thải khoảng 6 đến 10 giờ

Một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả

xử lý của bể aeroten là lượng oxy cung cấp Thông thường người ta cung cấp oxy vào nước thải bằng cách sục các bóng khí hoặc dùng các tuabin bề mặt bể Tốc độ sử dụng oxy hoà tan phụ thuộc: Tỉ số F/M giữa lượng chất dinh dưỡng và vi sinh vật, nhiệt độ, tốc độ sinh trưởng

và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật, nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất, lượng các chất cấu tạo tế bào, hàm lượng oxy hoà tan và nồng độ bùn hoạt tính luôn luôn được tuần hoàn và giữ ổn định ở trong bể để cho quá trình phân huỷ được nhanh hơi Hiệu suất

xử lý nước thải trong bể aeroten đạt được rất cao từ 80-95%

- Thiết bị lọc sinh học:

Các phương pháp lọc sinh học dựa trên cơ sở di chuyển các chất

ô nhiễm vào lớp màng sinh học bám trên lớp vật liệu đệm Để thực hiện được mục đích đó thì nước thải phải được tiếp xúc với lớp vật liệu lọc Trong các lớp màng chất ô nhiễm sẽ bị phân huỷ Yêu cầu nước thải phải phân phối đều trên bề mặt lớp vật liệu lọc Lớp màng sinh học trên vật liệu đệm phải tương đối chắc chắn để tránh bị nước cuốn trôi

Màng sinh học gồm: các vi khuẩn, nấm và động vật bậc thấp được tạp vào hệ thống cùng với nước thải Mặc dù lớp màng này rất mỏng song cũng có 2 lớp: Lớp yếm khí ở sát bề mặt đệm và lớp hiếu khí ở ngoài

Cơ chế quá trình lọc sinh học được minh hoạ như hình dưới đây:

Hình3.1 Các quá trình trong bể lọc sinh học

Khi dòng nước chảy trùm lên lớp màng nhớt này , các chất hữu cơ được VSV chiết ra còn sản phẩm của quá trình trao đổi chất (CO2) sẽ được thải ra qua màng chất lỏng.Oxi được bổ sung bằng hấp thụ từ không khí

Các quá trình xử lý yếm khí :

Có rất nhiều loại thiết bị để thực hiện quá trình xử lý yếm khí Để bảo đảm hiệu suất xử lý phải tìm cách tạo ra môi trường đồng nhất trong các thiết bị bằng cách khuấy trộn, đối lưu hoặc bơm tuần hoàn Các thiết bị xử lý yếm khí phải thiết kế hệ thống tách khí và bùn cặn khỏi nước thải sau xử lý Thông thường có một số thiết bị sau:

- Thiết bị yếm khí tiếp xúc: thiết bị gồm hai bộ phận lên men

và lắng bùn Vận hành đơn giản Bùn sinh học tuần hoàn từ bể lắng được đảo trộn với nước thải trong bộ phận lên men Sau một thời gian lưu nước được đưa ra bể lắng để lắng bùn rồi thải Dung tích thiết bị tương đối lớn

- Thiết bị yếm khí giả lỏng : trong thiết bị này vi sinh vật

được cố định lên các chất mang dạng hạt (thuỷ tinh xốp, gốm xốp, nhựa tổng hợp) do đó bề mặt tiếp xúc pha rất lớn Hỗn hợp rắn lỏng trong thiết bị được bơm tuần hoàn liên tục để tạo trạng thái tầng sôi Tại cửa ra của nước cần có kết cấu ngăn không cho các hạt chất mang

đi theo nước ra khỏi thiết bị

- Thiết bị xử lý chảy ngược dòng qua lớp bùn kỵ khí (UASB):

Nước thải đi ngược từ dưới đáy thiết bị lên đẩy lớp bùn sinh học làm chúng bị xáo trộn để tăng sự tiếp xúc giữa bùn và nước thải Sự lên men tạo khí xảy ra ở lớp nước trên

Lớp sinh học Màng chất

lỏng

Yếm khí

HiếukhíMôi

trườn

g lọc

DO

màng sinh học Nước thải đi vào từ đáy thiết bị, yêu cầu với nước thải

có lượng chất lơ lửng nhỏ để tránh làm tắc vật liệu đệm

- Hệ thống thiết bị yếm khí hai giai đoạn :

Nguyên lý như sau : mỗi thiết bị thực hiện một giai đoạn của quá trình phân huỷ yếm khí do đó chứa các chủng loại vi sinh vật khácnhau Thiết bị 1 thực hiện quá trình thuỷ phân và lên men axit hữu cơ Thiết bị 2 thực hiện quá trình axetat hoá và metan hoá Hệ thống thiết

bị này thường thích hợp với nước thải giàu gluxit như đường, tinh bột

 Cơ chế của quá trình xử lý sinh học nói chung.:

Bản chất của các quá trình sinh học để xử lý nước thải là sử dụngkhả năng sinh sống, hoạt động của các vi sinh vật để phân huỷ các chất

ô nhiễm có trong nước thải Các vi sinh vật sẽ dùng các chất hữu cơ(chất ô nhiễm) và một số muối khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạonăng lượng Để thực hiện được các quá trình đó các chất hữu cơ hoàtan các chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải được dichuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật do đó quá trình xử lý nướcthải gồm có 3 bước:

 Di chuyển các chất qua màng tế bào vi sinh vật nhờ hiện tượngchênh lệch nồng độ giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào do các

vi sinh vật tự điều khiển

 Di chuyển các chất ô nhiễm từ trong nước thải tới bề mặt của tế bào

vi sinh vật nhờ quá trình khuyếch tán đối lưu và khuyếch tán phântử

 Chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật để tạo ra năng lượnghoặc tổng hợp các vật chất của tế bào

Để tạo ra một hiệu suất xử lý cao cần phải tìm cách thúc đẩy các bướctrong quá trình xử lý tốc độ chậm nhất của một bước nào đó sẽ quyếtđịnh tốc độ của toàn bộ quá trình Thông thường , giai đoạn chuyểnhoá các chất trong tế bào vi sinh vật là giai đoạn quan trọng nhất quyếtđịnh hiệu quả của quá trình xử lý Để xúc tiến việc di chuyển các chất

ô nhiễm tới bề mặt tế bào vi sinh vật , trong hầu hết các công trình xử

lý người ta phải tiến hành khuấy trộn cưỡng bức hoặc tạo ra các điềukiện đảo trộn tự nhiên như sự hình thành các chất khí làm xáo trộn thểtích nước Quá trình chuyển hoá chủ yếu diễn ra ở bên trong tế bào do

đó các chất ônhiễm cần phải được phân huỷ tạo ra các dạng đơn giản

để có thể đi qua được màng tế bào, quá trình phân huỷ có thể đượcthực hiện nhờ các phản ứng tự nhiên hoặc được xúc tác bởi các enzimngoại bào do vi sinh vật tiết ra cụ thể các gluxit sẽ bị phân huỷ bởi cácloại đường dễ hấp thụ; lipit sẽ bị thuỷ phân thành axit béo; glyxerin;protit thành phần peptit hoặc các axit amin các chất có cấu trúc phứctạp mà không bị phân huỷ thành các chất có cấu trúc đơn giản hơn thì

vi sinh vật không thể hấp thụ được và do đó không thể chuyển hoáđược Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật là hoạtđộng sinh sống chủ yếu của vi sinh vật Để cho quá trình này tiến triểntốt các vi sinh vật cũng đòi hỏi phải cung cấp cho chúng những điềukiện tối ưu về môi trường sinh sống cụ thể là nhiệt độ, pH, chất dinhdưỡng, hàm lượng chất độc hại, oxy (nếu cần), thời gian thích nghi cácđiều kiện trên được coi là các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến quátrình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Trong quá trình xử

lý người ta phải khống chế được các thông số này trong giới hạn chophép mới đem lại một kết quả cao

Hình3.3: Đường cong sinh trưởng của tế bào và việc sử dụng chất

Hình 3.4: Đường cong biểu diễn các giai đoạn phát triển của vi

khuẩn về số lượng theo thang logarit

- Giai đoạn tiềm phát: ở giai đoạn nàyos lượng vi sinh vật còn ít,tốc độ tăng trưởng chậm do vi sinh vật chưa thích nghi được với môi

Giai đoạn phát triển nhanh

Giai đoạn tăng trưởngchậm

Giai đoạn

ổn định

Giai đoạn suy tàn

Thời gianO

trường, các tế bào chỉ tăng về kích thước, chưa tăng về số lượng Giaiđoạn này có thể rút ngắn bằng cách tạo ra môi trường tối ưu cho sự

phát triển của vi sinh vật

- Giai đoạn luỹ tiến ( hay pha logarit): vi sinh vật bắt đầu tăng trưởngmạnh theo cấp số nhân nồng độ chất dinh dưỡng giảm mạnh, lượngsinh khối tăng lên do sự tổng hợp mạnh mẽ của các tế bào vi sinh vật

- Giai đoạn cân bằng: tốc độ phát triển của vi sinh vật giảm dần ởcuối giai đoạn luỹ tiến và gần như không đổi trong giai đoạn cân bằng.đây là giai đoạn mà các yếu tố thuận lợi và bất lợi cho quá trình sinhsống và phát triển của vi sinh vật có tương quan cân bằng với nhau, sốlượng tế bào sinh ra xấp xỉ bằng số lượng tế bào chết đi

- Giai đoạn suy tàn (giai đn chết của vi sinh vật ) : tốc độ sinh trưởnggiảm đi rõ rệt, số lượng tế bào giảm mạnh , xuất hiện hiện tượng tựhuỷ sinh khối tế bào nguyên nhân là nồng độ chất dinh dưỡng đã giảmmạnh Các sản phẩm trao đổi có nồng độ quá lớn ức chế sự hoạt độngcủa các vi sinh vật Để tránh giai đoạn suy tàn nồng độ chất dinhdưỡng phải được cấp đầy đủ, các điều kiện tối ưu của môi trường phảiđược điều chỉnh để tạo ra các thuận lợi cho sự sinh sống phát triển củacác vi sinh vật

Cơ chế của quá trình xử lý hiếu khí :

Các quá trình hô hấp hiếu khí thực chất là quá trình oxy hoá - khử được thựchiện theo nhiều giai đoạn trong tế bào vi sinh vật Vi sinh vật hô hấp hiếu khí sửdụng oxy để oxy hoá hoàn toàn các chất ô nhiễm có trong nước thải Hàm lượngBOD5 < 1000 mg/lit

- Oxy hoá các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ (protein,peptin, axitamin, các hợp

chất hữu cơ chứa nitơ phi protein).:

CxHyOz+ nNH3+ n(x + y/4 - z/2 -5)O2 C5H7NO2 + n(x-5)CO2+ + H2O - năng lượng

- Quá trình hô hấp nội bào (oxy hoá sinh khối tế bào )

Trong thực tế không phải tất cả các chất ô nhiễm bị giữ lại ở tế bào vi sinhvật bị oxy hoá hoàn toàn thành CO2 và nước Sơ đồ biểu thị các thành phần củachất ô nhiễm đi theo các đường hướng khác nhau

Hình 3.5 Sơ đồ biểu diễn các thành phần của chất ô nhiễm theo các hướng

khác nhau

Chiều hướng

sử dụng chất ô nhiễm

Trong đó :

1 : chất ô nhiễm trước khi xử lý

2 : chất ô nhiễm bị giữ lại trên bề mặt tế bào

3 : chất ô nhiễm còn lại trong nước thải sau khi xử lý

4 : chất ô nhiễm bị oxy hoá trực tiếp thành CO2 và nước để sinh năng lượng

5 : các chất bị đồng hoá được tổng hợp để tăng sinh khối

6 : phần sinh khối bị phân huỷ do hô hấp nội bào

7 : phần dư của vi sinh vật

Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí còn được gọi là phương pháp sử dụngbùn hoạt tính Bùn hoạt tính là một hỗn hợp các bùn chứa sinh khối tế bào vi sinhvật có kích thước từ 3 đến 150 mchứa các vi sinh vật sống và chất rắn Các visinh vật chủ yếu là vi khuẩn và nguyên sinh vật, một số chủng vi khuẩn hô hấphiếu khí như :

Aerobacter ( A.aerogenes)

Bacillus ( B vinogradsky)

Pseudomonas ( Pseud putida, Pseu.đenificaus)

Zooglacea ( Z ramigerơ)

Flavobacterium , Alcaligenes , Cicrobacter

Một số vi khuẩn hô hấp tùy tiện như:

34

Ciliate.

Flagellatae

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý sinh học hiếu khí :

- Độ pH: trong khoảng 5 - 9 Tối ưu trong khoảng 6,5 - 8,5 Nếu nước thải có độ

pH ngoài các khoảng trên thì cần phải điều chỉnh cho thích hợp

- Nhiệt độ: biến động trong khoảng 16 - 37 0C, tối ưu trong khoảng 25 - 30 0C Tốc độ phản ứng sinh học thay đổi theo nhiệt độ thông qua quy luật sau:

- Hàm lượng oxy hoà tan: oxy phải được cung cấp đầy đủ trong các hoà tan

xử lý hiếu khí độ oxy hoà tan ít nhất là từ 2- 4 mg/lit, phải được phân phối đềutrong thiết bị Tránh tạo ra các "điểm chết" trong thiết bị, lượng oxy cần cung cấpphụ thuộc vào nhiệt độ, tính chất nước thải , tỷ số F/M, tốc độ sinh trưởng và cácđặc trưng của vi sinh vật

- Hàm lượng chất ô nhiễm ( chất hữu cơ ) thông số BOD5 nhỏ hơn 1000 mg/lit.Nếu nồng độ chất ô nhiễm quá cao thì phải dùng nước sông, hồ hoặc nước sản xuấtquy ước sạch để pha loãng

- Hàm lượng các chất độc hại tới quá trình sinh sống phát triển của vi sinh vật:cần kiểm tra và bảo đảm rằng hàm lượng các chất độc hại dưới giới hạn cho phépnhư :

Kim loại nặng < 2 mg/lit

Phenol < 140 mg/lit/

Xyanua<60mg/l

Cơ chế của quá trình xử lý sinh học yếm khí :

Các phương pháp xử lý yếm khí thường được sử dụng để phân huỷ các loạibùn cặn hoặc nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ lớn, thông số BOD5 > 1800mg/lit Quá trình phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ và một số chất vô cơ diễn ratrong điều kiện không có oxy phân tử bởi các vi sinh vật hô hấp yếm khí

Các quá trình phân huỷ yếm khí còn được gọi là các quá trình lên men, tùy thuộcvào loại sản phẩm cuối cùng mà người ta phân ra làm các loại như sau: lên menrượu, lên men lactic, lên men sinh khí mêtan những sản phẩm cuối cùng thường

là : CH4 , CO2, H2, NH3, H2S , các axít như axetic, butyric, axeton, rượu mêtylic

Một cách tổng quát có thể phân chia quá trình phân huỷ yếm khí thành bốngiai đoạn:

- Giai đoạn thuỷ phân: Nhằm mục đích phân cắt các hợp chất có phân tử

lượng lớn thành các hợp chất có phân tử lượng nhỏ hơn và cấu trúc đơn giản hơn

Ví dụ: Protêin gluxit, lipit, cellulozơ bị phân huỷ dưới tác dụng của các enzimhydrolaza của vi sinh vật để tạo ra các chất đơn giản hơn như đường glucoza, axitbéo, glyxerin, axit amin …

- Giai đoạn axit hoá: Là giai đoạn mà các sản phẩm của quá trình thuỷ phân

được các vi sinh vật hấp phụ và chuyển hoá thành các axit hữu cơ như: axitpropionic, axit butyric, các andehyt, axeton, axit amin

- Giai đoạn axetat hoá : Là giai đoạn lên men tạo axit axetic Các sản phẩm

của giai đoạn axit hoá sẽ từng bước được chuyển hoá đến axit axetic

Ví dụ:

3 CH3 - CH - COOH 2 CH3- CH2- COOH + CH3COOH

OH + CO2 + 2H2O

- Giai đoạn metan hoá:

Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lýyếm khí, quyết định hiệu quả xử lý của quá trình và là một giai đoạn khó khốngchế nhất

Quá trình lên men sinh khí metan thường xảy ra theo 2 cơ chế chủ yếu

* De cácboxyl axit axetic:

Tác nhân sinh học : quá trình phân huỷ yếm khí xảy ra theo nhiềugiai đoạn khác nhau do đó cần thiết sự có mặt của nhiều loại vi sinhvật tương ứng với mỗi giai đoạn

Sơ đồ quá trình phân hủy yếm khí

(như hình vẽ bên)

- Các vi sinh vật trong giai đoạn thuỷ phân và lên men axit hữu cơ.

* Đối với môi trường giàu cellulo:

Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes.

* Đối với môi trường giàu tinh bột:

Micrococus, Lactobacillus, Pseudomonas, Clostridium.

* Đối với môi trường giàu protêin:

Bacillus ,acterium coly, E.coli, Clostridium, Proteus.

* Đối với môi trường giàu lipit:

Bacterioides, Baccillus, Alcoligenes Pseudomonas.

Dải pH yêu cầu từ 2 - 7 tối ưu từ 5 - 7 Nhiệt độ trong khoảng 33 - 40

0c.

- Các vi sinh vật trong giai đoạn axetat hoá.

Syntrophobacter wolonii , Syntro, Wolfei và Syntrobuswellii.

Điều kiện tối ưu T= 33 - 400c pH =6 - 8

+ Nhóm vi khuẩn khử sunfat :

Selenomonas, Clostridium, Riminococcus và Desulfovibrio.

+ Nhóm vi khuẩn Homoacetogen , tạo axit axetic từ CO2 và H2

2 CO2 +4 H2 CH3COOH + 2 H2O

- Vi khuẩn mêtan hoá:

+ Nhóm ưa ấm:

Methanococuss, Methanobacterium, Metanosarcina

Điều kiện tối ưu: T=35 - 38 oC; pH = 6,8 - 7,5.

+ Nhóm ưa nóng :

Metanobacillus, Methanothix , Methanospirillum

Điều kiện tối ưu: T=55 - 60 oC ; pH = 6,8 - 7,5.

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình xử lý sinh học yếm khí:

+ Nhiệt độ : Dải nhiệt độ thích hợp cho các quá trình yếm khí dao động

từ 30 đến 50 oC Dải nhiệt độ tối ưu phụ thuộc vào đặc tính của các vi sinh vật Trong thực tế có hai nhóm vi khuẩn: vi khuẩn ưa nóng (50 đến

52oC) và vi khuẩn ưa ấm (33 đến 38oC) Các vi khuẩn mêtan hoá thường yêu cầu một khoảng nhiệt độ rất ổn định trong giới hạn cho phép, thường từ 33 đến 38oC.

+ pH: đối với các giai đoạn khác nhau giá trị pH tối ưu cũng khác nhau Trong giai đoạn thuỷ phân và lên men axit hữu cơ, dải pH khá rộng từ 2 đến 7 , tối ưu từ 4,5 đến 7 Đối với giai đoạn mêtan hoá, pH từ 6,8 đến 7,4 Khi pH < 6,6 hoạt lực của các vi sinh vật giảm đi rõ rệt + Thành phần cơ chất: Trong cơ cấu nguyên liệu cacbon và nitơ là hai nguyên tố tối cần thiết Tỉ số C/N tối ưu là (25 đến 30) / 1 Khi nồng độ

NH3 lớn hơn 0,15 mg/lít, sẽ ức chế quá trình sinh khí metan Tỉ lệ COD:

N : P = 350 : 5 : 1 và yêu cầu nồng độ thấp của một số nguyên tố vi lượng.

+ Điều kiện yếm khí hoàn toàn, không có oxy để tránh ngộ độc cho các vi sinh vật Đặc biệt là các vi khuẩn lên men mêtan.

+ Sự ảnh hưởng của các sản phẩm trao đổi chất, ảnh hưởng quan trọng nhất là các sản phẩm axit bị phân ly thành các gốc axit và ion H+

làm giảm pH của môi trường do đó ảnh hưởng mạnh mẽ đến giai đoạn mêtan hoá sinh khí CH4

III.1.1 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất cồn từ rỉ

đường trên thế giới :

Một số công nghệ xử lý nươc thải của quá trình sản xuất cồn trên thế giới :

III111 Cô đặc và để đốt để tận thu nhiệt và thu hồi tro giàu hàm

lượng Kali :

Trong những năm đầu 60 ở ấn Độ đã thực hiện thu hồi kali trong

nước thải tháp trưng thô Nước thải được làm bốc hơi đến nồng độ

50-60 %tính theo chất rắn, sau đó được đốt cháy Tro thu được chứa

khoảng 37%K2O sau đó đem tinh chế Từ 100 m3 nước thải thu được 1,2 tấn K2O Phương pháp này trước đây cũng đượpc sử dụng ở các nước Phương Tây để thu hồi kali Nhưng giá thành đắt hơn là thu hồi kali từ tự nhiên.Tuy nhiên ở một số nước Đông Nam á như ấn Độ, Banglades và các nước khác không có nguồn kali tự nhiên thì phương pháp này vẫn được sử dụng

III112.Xử lý bằng hồ yếm khí, tiếp sau là hồ hiếu khí

 Phương pháp này đơn giản, chi phí thấp, nhưng yêu cầu về diện tíchmặt bằng lớn do tốc độ phân huỷ các hợp chất hữu trong hồ chậm Theo như các nghiên cứu ở ấn Độ chỉ ra rằng có khoảng 80-90%

BOD có thể được loại ra khỏi nước thải trongc thời gian lưu là 70 –

120 ngày

 Phương pháp này còn có nhược điểm nữa là gây mùi khó chịu cho các vùng lân cận làm ô nhiễm tới chât lượng không khí, có thể bị dò

rỉ gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm

III.113 Xử lý trong thiết bị phân huỷ yếm khí Sau đó xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí :

 Phương pháp này khử BOD nhanh, nhu cầu về diện tích bề mặt nhỏ,

không phát tán mùi khó chịu, không ảnh hưởng tới nguồn nước bề

mặt Ngoài ra còn thu được một lượng khí biogas giầu methan, có thể tận thu làm nhiên liệu khí đốt

 Một mô hình pilot xử lý nước thải đáy tháp trưng thô đã được

nghiên cứu ở ấn Độ Nước thải có trị số BOD= 50000 mg/l được phân huỷ trong thiết bị yếm khí Khoảng 90% BOD được khử ra khỏinước thải Tải trọng chất hữu cơ trong thiết bị2,88 kgBOD/ngày/m3, gấp 6 lần công suất của hồ yếm khí Sau đó nước thải tiếp tục được đưa đi xử lý hiếu khí bằng phương pháp bùn hoạt tính Phần bùn dư được tách nước, phơi khô làm phân bón

Năm 1982, một thiết bị tháp đệm lớn nhất đã được vận hành ở Mỹ với thể tích V=13000m3, vật liệu đệm là nhựa nhân tạo, để xử lý nước thải sản xuất rượu Rum từ rỉ đường có tải trọng hữu cơ

COD=100kg/m3 Với thời gian lưu 8-10 ngày, hiệu suất phân huỷ đạt 65- 70 %, khí biogas thu được có thể đáp ứng được 40 – 50 % nhu cầu về hơi cho quá trình chưng cất

III.3114 Công nghệ xử lý nước thải của các nhà máy rượu từ rỉ đường của viện Công nghệ Ucraina

 Sơ đồ công nghệ xử lýnước thải của nhà máy ở hình 3.4 trang sau:

b Nguyên lý hoạt động của hệ thống :

 Nước thải từ dây chuyền công nghệ chính xử lý nguyên liệu, pha môi trường, lên men, chưng cất, dịch sau tách men được đưa vào

bể chứa 1 và các bẫy cát 2 Từ 1 còn có nhiều các tạp chất thô có nguồn gốc hữu cơ như vặn vẩn của rỉ đường với các chất protein xácmen, các chất xeluloza hoặc lignin, …thì được đưa qua máy nghiền

15 để nghiền nát các loại cặn vẩn ( ở đây có thể trhang bị 1 máy nghièen nhỏ cặn vẩn ở thể nước ) rồi đưa tiếp vào hoà lại với nước ởgiếng 4 Các loại nước thải được trộn chung ở bể điều hoà 3.Thể tích

bể 3 tính toán sao cho phù hợp với số lượng nước thải có thể lưu ở đây là 4 h Sau đó nước thải được chải vào giếng 4 hoà với bùn hoạttính hồi lưu từ 10 hoặc 8 Ở qui trình công nghệ này sử dụng kĩ thuật bùn hoạt tính làm tăng cường hiệu quả xử lý hiếu khí ở 2 mức độ: Bổ sung thêm bùn hoạt tính hồu lưu vào giếng hoà trộn 4 sao cho nước vào các bể lắng sơ bộ 5 bổ sung bùn hiếu khí 6 Ở các bể 5nước được lưu lại 60 –90” trong thời gian này nước bắt đầu sáng màu và phân huỷ các chất hữu cơ nhờ tác dụng của bùn hoạt tính, một số tạp chất lơ lửng được lắng xuống đáy bể và lấy ra đưa vào bãi chứa 16 cho phơi sấy khô

 Sau bể lắng 5 nước được đưa vào bể hiếu khí 6 trộn lẫn với phần chính của bùn hoạt tính hồi lưu từ 8 và 10 Bùn hoạt tính có thể được hoạt hoá bằng cách bổ sung nguồn dinh dưỡng, N, P tính theo hàm lượng BOD của nước thải Qua thực nghiệm đã xác định tỷ lệ thích hợp BOD :N:P= 100:7:0,5 Thể tích bể hiếu khí được tính toántheo lưu lượng dòng chảy sao cho nước lưu ở đây được từ 12 –18 h Thổi khí từ trạm khí nén 14 với mức độ 20-30 m3/m3 nước Trong bểhiếu khí 6 dành một ngăn 7 để hoạt hoá bùn chứa khoảng 30 % thể tích Bùn hồi lưu được đưa vào đây hào với nước và các nguồn N,

và P bổ sung, thổi khí rồi trộn với lượng nước chung sao cho lượngbùn có ở bể hiếu khí trong thời gian làm việc là 3-3,5 g/l

 Nước sau khi được oxy hoá ở bể hiếu khí được chảy vào bể lắng bổ sung 8 và lưu lại ở đây là 2-2,5h Cặn bùn ở 8 được về giếng chứa

12 và được bơm 13 đưa trở lại bổ sung cho 4 và 7

 Nước sau khi lắng 8 được tập trung vào 9 rồi qua lọc 10 và clo hoá

ở 11 ( 5g/m3) Nước ra có các chỉ tiêu Ph= 7,8-8,1; các chất khoáng

350 mg/l; tổng nitơ 14-28 mg/l; BOD2 0 =15-20 mg/l

 Màu nước vàng nhạt nếu pha loãng 1:20 –1:25 thì sẽ mất màu

Trường hợp nước ra qua xử lý một lần không đạt yêu cầu để đưa vào sông hồ thì từ 9 có thể cho trở lại 6 để xử lý lần thứ hai và điềuchỉnh quá trình thổi khí sao cho các vi sinh vật nitrat hoạt động để khử nitrat thành N2 ở điều kiện hiếu khí ( anoxic) trong thời gian ngắn

Ngoài quy trình xử lý nước thải nhà máy rược – rỉ đường bằng công nghệ bể hiếu khí với kĩ thuật bùn hoạt tinh vừa được đề cập ở trên, người ta còn dùng qui trình công nghệ xử lý kỵ khí nước thải với hàm nồng độ cao các chất hữu cơ qui trình này gồm hai giai đoạn:

1 Thuỷ phân hydrat cacbon, protein, chất béo có trong nước thải;

Biến đổi các sản phẩm thuỷ phân của các hợp chất hữu cơ thành khí cácbonic và mêtan đồng thời tạo thành muối khoáng và các hợp chất humic còn lại ở trong bùn

Như đã biết sự phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ chủ yếu nhờ các

vi sinh vật tạo thành acid và mê tan Các hydratcacbon và một phần chất béo bị phân huỷ tậo thành hỗn hợp cac acid béo phan tử thấp , cácacid hưũy cơ như acid axetic, butyric, propionic, pH môi trường giảm tới 5 hoặc thấp hơn Các acid hữu cơ và cac hợp chất nitơ hoà tan lại

bị phân huỷ tiếp thành các hợp chất amon, amin, muối cacbonat và mộtlượng nhỏ các khí CO2, N2, CH4, và H2 Kết quả độ acid hoạt động của nước thải được dần dần nâng cao Để giữ được mức độ cần thiết của 2 giai đoạn người ta cần phải đưa hỗn hợp các chủng vi sinh vật xác định vào các bể kỵ khí

Ở giai đoạn đầu, lên men có tính acid các vi khuẩn phân huỷ các hợpchất hydratcacbon, protein, lipit là chủ yếu; giai đoạn sau- lên men metan với các vi khuẩn tạo thành metan

Phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ trong nước thải ở khoảng nhiệt độ ôn hoà 29-40 oC và ở nhiệt độ cao 50-57 oC

Riêng với bã thải rượu –rỉ đường có nồng độ các chất hữu cơ cao nên chọn quy trình công nghệ xử lý gồm 3 công đoạn:

+ Xử lý kỵ khí

+ Xử lý hiếu khí có kết hợp với kĩ thuật bùn hoạt tính

+ Xử lý bằng ao hồ sinh học hoặc phương pháp lý – hoá

III115 Công nghệ xử lý nước thải ở một số nhà máy rượu của CHLB Nga:

a sơ đồ công nghệ xử lý nước thải như hình 3.5 trang sau:

b Nguyên lý làm việc của hệ thống :

- Nước làm mát thiết bị trong nhà máy không bị nhiễm bẩn thì đưa vào

bể chứa hạ nhiệt và cho tuần hoàn sử dụng lại, còn nếu có chứa nhiều cát bụi thì cho vào bể lắng để sử dụng lại hoặc thải ra ngoài

 Nước thải từ các phân xưởng pha loãng, lên men và phân xưởng

chưng cất thì thu gom lại rồi đưa vào hệ thống xử lý Đầu tiên nước thải chảy vào bể 1, các tạp chất được giữ lại ở lưới chắn 2 Tạp chất được giữ lại ở 2 và được lấy ra tập trung ở bãi 14, nước chảy tiếp vào bẫy chứa 3 vào bể lắng 4, để tách cát và hợp chất hữu cơ không hoà tan Tiếp theo nước được chảy vào bể lắng sơ bộ 4 Bể lắng được cấu tạo 4 khoang có vách ngăn song song để cho dòng chải chậm lại nhằm lắng các tạp chất hữu cơ không tan, và ngăn ngừa các vi khuẩn dạng sợ phát triển làm trương phồng bùn hoạt tính nước thải được đưa vào bể hiếu khí aeroten –có bùn hoạt tính hồi lưu từ bể 9, nước thải được sục khí nén từ bể 13 Trong quá trình sục khí xảy ra hiện tượng kết vón và hấp thụ các tạp chất nhỏ

ở dạng huyền phù bơỉ bùn hoạt tính Các dạng này sẽ được tách ra khỏi nước ở bể lắng 6, lúc này lượng tạp chất của nước giảm 30-40% Cặn từ bể lắng 4 và 6 được lấy ra định kỳ và chứ vào bể chứa

16, phơi khô ,nước thải sau bể 6 đã sáng màu và chải vào bể đệm 7,

để ổnn định dòng chải và vào tiếp bể hiếu khí 8 Ở bể này nước được làm sạch bằng bùn hoạt tính , bể có cấu tạo hình chữ nhật có vách nngăn chia làm 2 phần , và được thổi khí qua hệ thống dàn nén khí từ 13 Bể làm việc với =mức độ thổi khí cho 1m3 là 22-26

m3/m3 và bùn hoạt tính là 2000 – 5000 mg/l Hiệu quả xử lý ở đây đạt từ 80 –95% Sau đó nước thải chảy tiếp và bể lắng 9 và lưu lại

ở đaay 2,5h Bùn thu được hồi lưu lại bể hiếu khí 5 và 8 Sau thời gian lưu ở bể 9 nước được chảy vào bể clo 10 bằng nước clo đựng

ở bể 12 , rồi chảy sang bể tiếp xúc 11 lưu lại trong 30 phút để sất khuẩn và cuối cùng là nước sạch chảy vào ao hồ

III12 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất cồn từ rỉ đường ở trong nước