Vai trò của công nghệ sinh học đối với ngành chăn nuôi

Vai trò của công nghệ sinh học đối với ngành chăn nuôi

Trong nhiều năm gần đây, ngành này phát triển với tốc độ lớn, đặc biệt

là ngành sản xuất rượu bia

Bia có hương vị đặc trưng riêng và là loại nước giải khát có nồng độ cồn thấp, có vị đắng dễ chịu nên được ưa chuộng và vì bia không những chứa thành phần dinh dưỡng cao mà còn có tác dụng giải khát rất hữu hiệu do có chứa CO2 bão hoà Nhờ đó mà bia được sử dụng rộng rãỉ ở hầu hết các nước trên thế giới và sản lượng hàng năm của nó ngày càng tăng

Kinh tế Việt Nam cũng phát triển theo xu hướng phát triển chung của nền kinh tế thế giới nên kéo theo đó là nhu cầu tiêu thụ bia và các loại nước giải khát tăng rất nhanh

Năm 1994: sản lượng bia cả nước 300 triệu l/năm

Năm 1995 :sản lượng bia cả nước đạt trên 500triệu l/năm

Năm 1996:sản lượng bia cả nước đ¹t trên 600 triệu l/năm

Mặc dù lượng bia sản xuất tại Việt Nam mỗi năm một tăng nhưng do nhu cầu tiêu thụ của nhân dân đặc biệt là tại các thành phố lớn như Thành phố Sài Gòn, Hà Nội Nên một vài năm trở lại đây hàng loạt các nhà máy sản xuất bia được xây dựng

Bên cạnh các nhà máy bia lớn (Tiger, Heiniken, Huda ) có công suất cao, có công nghệ hiện đại, đạt tiêu chuẩn từ khâu nguyên liệu đến khâu xử lý nước thải, còn có nhiều nhà máy với công suất nhỏ xây dựng tại các địa phương Tại các cơ sở này thì vấn đề xử lý nước thải bị coi nhẹ hoặc không được quan tâm Lý do một phần là vốn đầu tư có hạn, một phần là do thiết bị

cũ, không đồng bộ… Hàng loạt các nguyên nhân đó dẫn đến việc ô nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng

Vấn đề bảo vệ môi trường ngày càng trở nên cấp thiết và mang tính chất toàn cầu vì môi trường ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến mọi hoạt động sống của con người Do đó, hiện nay các cơ sở sản xuất bia đều bắt buộc phải xử lý nước thải sơ bộ hoặc triệt để trước khi thải ra môi trường Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước thải bia, mỗi phương pháp đều có đặc trưng

và phạm vi ứng dụng riêng

Đặc điểm nổi bật là nước thải bia chứa nhiều protein, axit hữu cơ Pectin tan hoặc không tan… với nước thải có đặc tính như vậy sẽ là cơ sở để lựa chọn nhiều phương pháp xử lý khác nhau: phương pháp sinh học, phương pháp hoá học, phương pháp cơ học, phương pháp hoá lý…

Phương pháp sinh học có ưu điểm là xử lý triệt để nhưng cần có thời gian tiếp xúc, mặt bằng rộng, phù hợp với các cơ sở sản xuất lớn

Phương pháp hoá lý (lắng-lọc kết hợp) xử lý không triệt để như phương pháp sinh học nhưng chúng lại có ưu điểm là thời gian tiếp xúc ít, tốn ít diện tích

Phương pháp hoá học cần sử dụng nhiều hoá chất, tạo bùn “bẩn” nên không thể thải trực tiếp ra môi trường

Từ những ưu, nhược điểm của từng phương pháp, dựa vào khả năng đầu tư, vào diện tích sản xuất… Em chọn phương pháp xử lý nước thải bia bằng phương pháp sinh học

PhÇn ii: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

VÀ MỘT SỐ THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

i nguyªn liÖu cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bia

1 Nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất bia

Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính: Malt đại mạch, gạo tẻ, hoa houblon, nước và nấm men

+ Pentoza hoà tan 1%

+ Hexoza và pentoza không hoà tan 9%

+ Một số chất màu, chất thơm, chất đắng

b Gạo tẻ

Thường được sử dụng làm nguyên liệu phụ(10-30%)

Thành phần hoá học của gạo tính theo % chất khô

+ Tinh bột 70-75%

+ Prôtit 7-8%

+ Chất khoáng 1-1,5%

+ Các loại đường 2-5 %

- Nước làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất bia phải là nước đã qua

xử lý và đạt tiêu chuẩn của nước nguyên liệu cho sản xuất nước giải khát

+ không màu, mùi

Muối hạt: được sử dụng để tăng hiệu quả làm lạnh

Xút, ozôna… được sử dụng để pha dung dịch rửa, khử trùng, vệ sinh thiết bị

Các chất này sẽ được tuần hoàn và tái sử dụng cho đến khi loãng rồi được xả ra cùng với nước thải, làm cho pH của nước thải thay đổi

ii n¨ng lîng cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt bia.

Nhiên liệu: than (than cám, than củi), dầu (FO,DO…) được sử dụng để đốt lò hơi cung cấp hơi nước cho quá trình sản xuất

Năng lượng: điện để vận hành thiết bị, thắp sáng, bảo vệ

PHầN III: các chất thải trong sản xuất bia

ảnh hởng của CHúNG đến môi trờng

VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ Lí

I

Các chất thải trong quá trình sản xuất bia

Quá trình sản xuất bia sinh ra 3 nguồn thải chính: khí thải, chất thải rắn

và nớc thải Trong đó nguồn gây ô nhiễm chính là nớc thải Do đó nớc thải phải

ra các khí này còn là nguyên nhân gây ra ma axit phá huỷ các công trình xây dựng, thuỷ lợi, mùa màng

Muốn hạn chế lợng khí thải và không gây ô nhiễm cục bộ, giảm ô nhiễm môi trờng không khí khi hệ thống máy lạnh bị rò rỉ thì các cơ sở sản xuất phải

sử dụng than, dầu với hàm lợng lợng lu huỳnh thấp, bụi đợc tách qua xyclon lắng bụi

Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu có thể khắc phục bằng cách sử dụng phơng pháp xay ớt, bọc bằng túi vải hoặc che kín hệ thống nghiền và tải liệu

Lợng chất thải rắn chủ yếu là bã malt men bia Khoảng 100kg nguyờn liệu ban đầu cú thể thu đựơc khoảng 125 kg bó tươi với hàm lượng chất khụ 20-25%

Bã malt đợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc, bã ớt đặc biệt là trong mùa

hè rất dễ bị chuyển hoá Để bảo quản lâu hơn ngời ta có thể ủ muối bã trong các hầm xi măng đặc biệt

Men bia có giá trị dinh dỡng cao, có thể làm thức ăn bổ sung cho gia súc rất hiệu quả

Mầm malt, cỏc phế liệu tạo hạt trong cỏc quỏ trỡnh làm sạch, phõn loại, ngõm hạt đại mạch và nghiền men cũng được tận dụng làm thức ăn cho gia sỳc

Bó hoa houblon và cặn protein ớt dược sử dụng làm thức ăn gia sỳc vỡ đắng, thường được xả xuống cống, càng làm tăng lượng ụ nhiễm cho nước thải

Các chất thải rắn rất dễ dàng chuyển hoá sinh học Nếu không xử lý kịp thời sẽ bị thối rữa làm mất mỹ quan gây ô nhiễm môi trờng đất, nớc và không khí

Xỉ than đợc tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, các chất thải rắn khác: chất trợ lọc, vỏ chai vỡ, nhãn mỏc thờng đợc thu gom với rác thải sinh hoạt

3 N ớc thải.

Công nghệ sản xuất bia sử dụng một lợng nớc lớn và thải ra lợng nớc thải nhiều gấp 10-12 lần bia thành phẩm

- Nớc làm lạnh, nớc ngng: đây là nguồn nớc thải ít hoặc gần nh không bị

ô nhiễm có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

- Nớc thải từ bộ phận nấu đờng hoá: chủ yếu là nớc vệ sinh thùng nấu, bể chứa nên chứa nhiều bã malt, tinh bột, các chất hữu cơ

- Nớc thải từ hầm lên men: là nớc vệ sinh các thiết bị lên men thùng chứa, đờng ống nên có chứa bã men, các chất hữu cơ

- Nớc thải rửa chai: đây là một trong những dòng thải gây ô nhiễm lớn trong công nghệ sản xuất bia Chai trớc khi đợc đóng bia phải đợc rửa bằng nớc nóng sau đó rửa bằng dung dịch kiềm loãng nóng ( 1 – 3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch bẩn và nhãn bên ngoài chai, cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên ngoài chai, sau đó rửa sạch bằng nớc nóng và nớc lạnh Do đó dòng thải của quá trình rửa chai có độ pH cao và làm cho dòng thải chung có giá trị pH kiềm tính

- Nớc thải vệ sinh nhà xởng Công nghệ sản xuất bia có nhiều công đoạn, mỗi công đoạn tạo ra nớc thải mang đặc tính riêng H m là ợng BOD, SS trong nớc thải bia là khá cao, hàm lợng N2 lại thấp

Bảng 1: Các nguồn nớc thải chính của sản xuất bia và đặc trng của nó.

Rửa bao bì Bia, xút, nhãn chai PH cao, BOD, SS

Bảng 2: Đặc điểm chính của nớc thải bia

BOD5, 200 mg/l (trung bình) 450COD, mg/l (trung bình) 590

Công nghệ sản xuất bia là quá trình công nghệ gián đoạn phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết trong năm Do đó nớc thải của sản xuất bia cũng biến động về

lu lợng, thành phần, tính chất trong ngành sản xuất Để nghiên cứu công nghệ

và lựa chọn phơng pháp xử lý với hiệu quả cao nhất thì cần phải biết chính xác

lu lợng và đặc tính của nớc thải

ii Các biện pháp ngăn ngừa, giảm thiểu nớc thải.

Để giảm lợng nớc thải và các chất gây ô nhiễm nớc thải trong công nghệ sản xuất bia cần phải thực hiện các biện pháp sau:

- Phân luồng các dòng thải để có thể tuần hoàn sử dụng các dòng ít chất ô nhiễm nh nớc làm lạnh, nớc ngng,

- Hạn chế rơi vãi nguyên liệu, men, houblon và thu gom bã men, bã malt, bã hoa để hạn chế ô nhiễm dòng nớc rửa sàn

- Phân luồng dòng thải: tuỳ mục đích sử dụng khác nhau mà tính chất dòng thải khác nhau Cần phải tách riêng chúng để có biện pháp xử lý thích hợp cho từng dòng thải

+ Dòng thải do hơi ngng tụ làm lạnh thờng ít hoặc không gây ô nhiễm nên có thể thải trực tiếp hoặc xử lý sơ bộ để tái sử dụng (chiếm 30% so với tổng lợng nớc thải).

+ Nớc thải chứa dầu, mỡ: dòng này có lu lợng nhỏ có thể xử lý bằng cách nhập về bể phân ly có kết cấu đặc biệt để tách dầu Nếu dòng thải có lợng dầu thấp hơn tiêu chuẩn cho phép thì không cần xử lý

+ Nớc dùng vệ sinh thiết bị nấu, lên men, thùng chứa chiếm một ợng lớn và là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải xử lý Nếu không xử lý loại n-

l-ớc thải nàysẽ là môi trờng rất thích hợp cho vi sinh vật phát triển, kể cả vi sinh vật gây bệnh do đó sẽ dẫn đến gây ô nhiễm môi trờng nớc, đất nhất là tác động tới nguồn nớc trong khu vực Dòng thải này còn gây ô nhiễm thứ cấp do lên men các chất hữu cơ sinh ra các axit hữu cơ: butylic, propyonic, lactic phân huỷ protein tạo ra các axit amin và các amin đặc trng của sự thối rữa gây mùi khó chịu, các sản phẩm này cùng với các chất khí NH4, CH3, H2S gây ô nhiễm không khí

+ Nớc thải sinh hoạt, nớc ma, nớc thải bộ phận xử lý, nớc ngầm, dòng thải này không lớn, ít gây ô nhiễm có thể thải trực tiếp ra cống thải

III

* Quá trình lắng: Dựa trên nguyên lý về sự chênh lệch khối lợng riêng

giữa chất ô nhiễm và nớc:

- Lắng từng hạt riêng rẽ: lắng các hạt trong hỗn hợp huyền phù ở nồng

độ thấp Các hạt lắng hoàn toàn riêng biệt không có tác động qua lại với nhau, nhằm loại cát sỏi ra khỏi nớc thải

- Lắng keo tụ: quá trình lắng của các hạt kết tụ trong hỗn hợp huyền phù loãng do các chất keo tụ bị thuỷ phân tạo bông và kéo theo các hạt làm tăng khối lợng hạt lắng,và lắng nhanh hơn mhằm loại một phần chất rắn lơ lửng trong nớc xử lý (thờng dùng ở quá trình lắng sơ cấp và phần trên của bể thứ cấp)

- Lắng vùng: lắng các hạt lơ lửng trong hỗn hợp huyền phù có nồng độ trung bình(thờng diễn ra ở các thiết bị lắng thứ cấp,ngay sau quá trình xử lý sinh học)

- Lắng chen: quá trình lắng của các hạt trong hỗn hợp huyền phù có nồng độ ở mức tạo nên một cấu trúc, quá trình này thờng xảy ra trong lớp dới của khối bùn, nằm sâu ở đáy của bể lắng thứ cấp hay làm đặc bùn

* Lọc : Để tách các chất lơ lửng nhờ sự chênh lệch áp suất giữa hai bề

mặt vách ngăn và chất rắn đợc giữ lại trên bề mặt của lớp lọc

- Nguyên lý lọc: là kết quả kết hợp của hấp phụ bề mặt và ngăn giữ cơ học Khi nớc bắt đầu đi vào lớp lọc, vật huyền phù trong nớc do tác dụng hấp phụ và ngăn giữ cơ học đã bị lớp lọc bề mặt giữ lại Lúc này giữa các huyền phù

có thể phát sinh tác dụng và sau một thời gian bề mặt lớp lọc gióng nh đã hình thành một lớp màng lọc thêm Dới tác dụng lọc tiếp xúc lớp màng lọc đóng vai trò tác dụng lọc chủ yếu Quá trình lọc đó gọi là “lọc màng mỏng”

- Các dạng vật liệu lọc:

Vật liệu lọc là loại vật liệu lọc có độ sốc, có tính bền cơ học và tính bền hoá học đối với môi trờng lọc Trong kỹ thuật lọc thờng dùng các loại vật liệu lọc sau:

+ Vật liệu lọc dạng hạt rời: cát, sỏi, xỉ than…

+ Vật liệu lọc dạng vải: dạ, sợi thuỷ tinh…

+ Vật liệu dạng rắn xốp: lới sắt, chất dẻo

+Vật liệu lọc dạng lới

- Các dạng thiết bị lọc

Vấn đề lọc đợc nghiên cứu kỹ trong công nghệ thực phẩm dặc biệt

là khi lọc nớc bia từ dung dịch bia và thờng có các thiết bị lọc sau:

+ Máy lọc túi làm việc gián đoạn dùng vải lọc+ Máy lọc ép khung bản dùng vải lọc, làm việc gián đoạn+ Máy lọc chân không làm việc liên tục…

+ Lọc qua song chắn: nớc thải đa tới thiết bị làm sạch trớc hết phải qua song chắn rắc Tại đây các tạp vật thô nh: vỏ chai, các mẫu đá đợc giữ lại Song chắn có thể di động hoặc cố định, có thể là tổ hợp với máy nghiền nhỏ, thông dụng là các song chắn cố định, các song chắn đợc làm bằng kim loại, thanh song chắn có thể là tiết diện tròn, vuông,hoặc hỗn hợp Thanh song chắn

có tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhng nhanh bị tắc do các vật bị giữ lại nên song chắn có tiết diện hỗn hợp là thông dụng hơn cả

+ Lọc qua lới: để khử các chất lơ lửng có kích thớc nhỏ hoặc các sản phẩm có giá trị Kích thớc lỗ lới lọc thờng là : 0.5-1 mm

Lọc thờng đợc ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thớc nhỏ khỏi nớc thải mà các bể lắng không lắng đợc chúng hoặc lắng đợc nhng mất nhiều thời gian

b Ch ng cất

Là phơng pháp cổ điển, đơn giản Dùng nhiệt nâng dần nhiệt độ của nớc,

ở nhiệt độ cao các phân tử nớc bay hơi và ngng tụ lại khi đi qua hệ thống làm lạnh cho ta nớc sạch Phơng pháp này tuy đơn giản nhng giá thành cao do đó ít

2 Ph ơng pháp hoá học

Xử lý hoá học nớc thải là phơng pháp dùng các phản ứng trung hoà, oxi hoá nhằm biến đổi tạp chất độc hại thành chất không độc hại bằng cách cho vào nớc thải bẩn một số hoá chất thích hợp làm cho các tạp chất, nhất là các hợp chất hữu cơ bị kết tủa dạng bùn và loại khỏi nớc

Việc lựa chọn hoá chất và phơng pháp xử lý phụ thuộc vào kết quả kiểm tra đánh giá mức độ nhiễm bẩn và phân loại tạp chất cần xử lý

Các phơng pháp xử lý hoá học này đều có sản phẩm là bùn bẩn nên không đợc thải ra sông ngòi, hồ Loại bùn bẩn cần đ… ợc làm khô trong không khí, nếu không sử dụng làm phân bón cần phải đợc đa ra bãi rác, hoặc để san nền, lấp chỗ trũng Phơng pháp xử lý hoá học thuận lợi đối với viêc biến đổi các chất có hại thành vô hại Trong xử lý nớc thải bia thờng dùng các phơng pháp sau

a Ph ơng pháp trung hoà

Trung hoà nớc thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau

- Trộn lẫn nớc thải axit với nớc thải kiềm

- Bổ sung các tác nhân hoá học

- Lọc nớc axit qua vật liệu có tác dụng trung hoà

- Hấp thụ khí axit bằng nớc kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nớc axit.Các phơng pháp này đều dùng phơng pháp hoá học nên đây là phơng pháp đắt tiền

Việc lựa chọn phơng pháp trung hoà là phụ thuộc vào thể tích và nồng độ của nớc thải chế độ của nớc thải, khả năng sẵn có và giá thành của tác nhân hoá học Lợng bùn cặn trong quá trình trung hoà phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nớc thải cũng nh lợng tác nhân sử dụng cho quá trình

Trung hoà bằng cách trộn lẫn chất thải: phơng pháp này đợc sử dụng khi nớc thải của nhà máy là axit còn có nhà máy lân cận gần đó có nớc thải kiềm, cả hai loại nớc thải này đều không chứa các cầu tử gây ô nhiễm khác

Trung hoà bằng cách cho thêm các tác nhân hoá học: nếu nớc thải chứa quá nhiều axit hay kiềm tới mức không thể trung hoà bằng cách trộn lẫn chúng với nhau thì phải cho thêm hoá chất Phơng pháp này thờng để trung hoà axit việc lựa chọn hoá chất phải căn cứ vào đặc tính của nớc thải, nồng độ của nớc thải và xem muối tạo thành khi trung hoà ở dạng hoà tan hay lắng cặn

Nớc thải axit đợc phân thành các loại sau:

- Nớc chứa axit yếu (H2CO3, CH3COOH)

- Nớc chứa axit mạnh (HCl, HNO3)

- Nớc chứa axit sunfuaric ( H2SO4) và axit sunfuarơ (H2SO3)

Để trung hoà các axit vô cơ có thể dùng bất cứ loại kiềm nào có chứa hydroxit (OH-) trong dung dịch Hoá chất rẻ nhất là Ca(OH)2 (ở dạng nhão hay vôi sữa)

Để trung hoà các axit hữu cơ thờng dùng vôi tôi (dung dịch 5 – 10%) Cho thêm nớc amoniac sẽ tạo điều kiện cho quá trình sinh hoá sau đó diễn ra tốt, giảm đợc lợng cặn

Trung hoà nớc thải kiềm ngời ta sử dụng các axit khác nhau hoặc khí mang tính axit Thổi khí thải vào nớc thải chứa kiềm là biện pháp khá kinh tế để trung hoà khí từ ống khói chứa khoảng 14%CO2, khí CO2 tan trong nớc tạo thành H2CO3 (axit cacbonic yếu) Axit này sẽ phản ứng với nớc thải chứa kiềm

để trung hoà kiềm d

b Ph ơng pháp oxi hoá khử.

Các chất trong nớc thải có thể chia làm hai loại: vô cơ và hữu cơ Các chất hữu cơ cơ thể bị ohân huỷ bởi vi sinh vật nên phải dùng phơng pháp sinh hoá để xử lý Các chất vô cơ thờng là những nguyên tố kim loại nên tách chúng

ra khỏi nớc thờng ở dạng cặn

Trong quá trình oxi hoá, các chất độc hại thờng đợc chuyển thành chất ít

độc hơn và tách ra khỏi nớc, quá trình này tiêu tốn một lợng tác nhân hoá học lớn nên chỉ đợc dùng khi các tạp chất nhiễm bẩn trong nớc thải không thể tách chúng bằng các phơng pháp khác ví dụ: xyanua hay hợp chất hoà tan của asen

VD: Oxi hoá bằng piroluzit MnO2

Quá trình đợc tiến hành bằng cách lọc nớc thải qua lớp vật liệu này hoặc trong thiết bị khuấy trộn Piroluzit là vật liệu tự nhiên chủ yếu chứa MnO2 dùng

để oxit hoá asen As3+  As5+

H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 = H3SO4 + MnSO4 + H2OPhơng pháp khử: dùng để xử lý các hợp chất thuỷ ngân, crom, asen

Ví dụ muốn tách Asen trong nớc thải dới dạng phân tử chứa oxy hoặc ở dạng các anion AsS2, Phơng pháp phổ biến là cho chúng lắng dới dạng các hợp chất khó tan, khi nào Asen lớn (xấp xỉ 110mg/l) thì khử axit asennic bằng SO2, axit này có độ hoà tan nhỏ trong môi trờng axit và trung tính và cho chúng lắng dới dạng dioxit Asen

Để loại các ion kim loại nặng ra khỏi nớc thải bằng phơng pháp hoá học, bản chất là chuyển các chất tan trong nớc thành các chất không tan (cho thêm chất phản ứng) tách chúng ra ở dạng cặn lắng

Các bông này có khả năng hút các hạt keo và các hạt lơ lửng rồi kết hợp chúng lại với nhau

Các hạt keo có điện tích dơng yếu, các hạt lơ lửng có điện tích âm yếu nên giữa chúng có sự hút lẫn nhau

Quá trình hình thành bông keo tụ diễn ra các giai đoạn sau:

Me3+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH ↔ Me(OH)3 + H+

Me3+ + 3HOH ↔ Me(OH)3 + 3 H+

Chất keo tụ thờng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng

Việc lựa chọn chất keo tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hoá lý, giá thành và nồng độ tạp chất trong nớc

Bông hydroxit tạo thành sẽ hấp thụ và dính kết các chất huyền phù, các chất ở dạng keo trong nớc thải, ở điều kiện thuỷ động học thuận lợi những bông

đó sẽ lắng xuống đáy bể ở dạng cặn Khi sử dụng chất keo tụ thời gian lắng

t-ơng đối lớn Điều này không thích hợp với xử lý nớc thải bia vì lu lợng nớc thải bia lớn

b Ph ơng pháp tuyển nổi

Trong nớc các phần tử có bề mặt kỵ nớc sẽ có khả năng kết dính vào các bọt khí Khi cỏc bọt khí và các phần tử phân tán cùng vận động trong nớc thì các phần tử đó sẽ tập trung trên bề mặt các bọt khí và nổi lên

Tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch: Bản chất của phơng pháp

này là tạo dung dịch quá bão hoà không khí Khi giảm áp suất các bọt khí sẽ tách ra khỏi dung dịch và làm nổi chất bẩn Có hai loại tuyển nổi chân không và tuyển nổi áp suất Phơng pháp này để làm sạch nớc thải chứa hạt ô nhiễm rất mịn

Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ khí: Dùng để xử lý nớc

thải có nồng độ các hạt lơ lửng cao ( >2g/l) và đợc thực hiện nhờ bơm turbin kiểu cánh quạt

Trong xử lý nớc thải, tuyển nổi thờng đợc sử dụng để khử các chất lơ lửng làm đặc bùn sinh học Phơng pháp này có u điểm so với phơng pháp lắng

là có thể khử đợc hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm, trong thời gian ngắn, phơng pháp tuyển nổi đợc xử dụng rộng rãi trong xử lý nớc thải của nhiều nghành công nghiệp: chế tạo máy, thực phẩm và hoá chất…

c Ph ơng pháp hấp phụ:

Quá trình hấp thụ là quá trình hoá lý hút các chất (khí, lỏng hoặc các chất hoà tan trong chất lỏng) bằng các chất rắn hay chất lỏng khác Quá trình hấp thụ đợc chia thành 2 loại: hấp phụ và hấp thụ

Hấp phụ đợc chia thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hoá học với chất hấp phụ (không hình thành các liên kết hoá học)

Hấp phụ hoá học xảy ra khi chất bị hấp phụ tạo với chất hấp phụ một hợp chất hoá học trên bề mặt pha hấp phụ Lực hấp phụ hoá học khi đó là lực liên kết hoá học thông thờng nh liên kết ion, liên kết phối trí, liên kết cộng hoá trị

Sự hấp phụ trên giới hạn bề mặt vật rắn – dung dịch là sự hấp phụ có ứng dụng quan trọng trong quá trình xử lý nớc thải bằng phơng pháp hoá lý-hấp phụ Cơ sở lý thuyết của quá trình này là lý thuyết hấp phụ phân tử và lý thuyết hấp phụ chất điện ly của chất hấp phụ chất rắn

Các chất hấp phụ thờng gặp là:

- Chất hấp phụ không phân cực nh than hoạt tính, một số nhựa hữu cơ

- Chất hấp phụ phân cực nh Fe2O3, silicagen…

Muốn xử lý nớc thải theo phơng pháp hấp phụ thờng phải gắn chất hấp phụ lên trên chất mang theo phơng pháp lọc hoặc trao đổi ion Nh vậy nghiên cứu xử lý nớc thải bằng phơng pháp hấp phụ chính là nghiên cứu khả năng hấp phụ của các loại chất hấp phụ dùng để loại bỏ các tạp chất có trong nớc thải, ở

đây tạp chất đợc quan tâm nhất là các chất hữu cơ và vi khuẩn

d Ph ơng pháp trao đổi ion :

Đây là phơng pháp xử lý dựa trên nguyên lý trao đổi ion Để khử các tạp chất ở trạng thái ion trong nớc cần dùng các chất có khả năng phản ứng trao đổi ion với ion tạp chất trong nớc, thờng gọi là ionic hay nhựa trao đổi ion Các ionic chứa nhiều por, khi gặp nớc các por cho phép nớc thấm vào, do diện tích tiếp xúc bề mặt với nớc lớn nên gốc ion trao đổi dễ với các ion tạp chất cùng dấu trong nớc Kết quả là các ion tạp chất trong nớc bị giữ lại trờn ionic, còn

các ion trong ionic đi vào nớc Nh vậy ion tạp chất trong nớc đã bị khử và loại

bỏ Muốn xử lý nớc bằng phơng pháp trao đổi ion cần phải lựa chọn cột nhựa ionic thích hợp để vừa làm sạch đợc tạp chất, vừa dễ tái sinh lại nhựa

4 Ph ơng pháp sinh học

a Khái niệm

Là phơng pháp xử lý nớc thải của các nghành công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ có chứa các thành phần có khả năng phân huỷ bằng phơng pháp sinh học

Phơng pháp sinh học thờng là bớc xử lý thứ cấp sau khi nớc thải đợc xử

lý bằng phơng pháp hoá học để tách các chất độc, các phơng pháp cơ học để tách các chất huyền phù, thô

Phơng pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động sống của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây bẩn trong nớc thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dỡng khai thác năng lợng

Quá trình dinh dỡng và hô hấp của vi sinh vật thực chất là quá trình chuyển hoá, hoá sinh các chất gây ô nhiễm trong nớc thải nhờ đó nớc thải đợc làm sạch

Phơng pháp này thờng đựơc sử dụng để làm sạch nớc thải sinh hoạt cũng

nh nớc thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số chất vô cơ nh

H2S, các sunfit, amoniac, nitơ

Nớc thải có thể xử lý bằng phơng pháp sinh học sẽ đợc đặc trng bởi chỉ tiêu BOD hoặc COD Để có thể xử lý bằng phơng pháp này, nớc thải sản xuất cần không chứa chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không đợc vợt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỷ số BOD/COD ≥ 0.5

b Cơ chế của quá trình oxi hoá sinh học:

Các chất hữu cơ hoà tan, các chất keo tụ và các chất phân tán nhỏ trong nớc thải di chuyển hay khuyếch tán vào bên trong tế bào vi sinh vật Dới tác dụng của các enzim, các chất hữu cơ sẽ đợc chuyển hoá

Có 3 giai đoạn của phơng pháp sinh học:

- Giai đoạn 1: giai đoạn khuyếch tán, di chuyển chất hữu cơ từ nớc thải tới bề mặt các tế bào vi sinh vật Tốc độ này do quy luật khuyếch tán và trạng thái thuỷ động của môi trờng quyết định

- Giai đoạn 2: giai đoạn chuyển các chất hữu cơ đó qua màng thấm bằng khuyếch tán do sự chênh lệch nông độ bên trong và bên ngoài tế bào

- Giai đoạn 3: quá trình chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật thành năng lợng và tổng hợp tế bào mới Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng nhất, quyết định mức độ và hiệu quả xử lý nớc thải

Quá trình xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh hoá hiếm khí qua 3 giai

đoạn:

Oxy hoá các chất hữu cơ:

CxHyOz + O2 -> CO2 + H2OTổng hợp chất để xây dựng tế bào:

CxHyOz + O2 -> Tế bào mới + CO2 + H2O

Tế bào vi sinh vật bị oxy hoá (phân huỷ)

Tế bào VSV + O2 -> Tế bào mới + CO2 + H2O + NH4+

Tất cả các phản ứng đều xảy ra dới tác dụng của enzim Enzim ở đây chính là một chất xúc tác sinh học đặc biệt, có tính chất đặc hiệu cao đối với từng loại cơ chất Các enzim có thể thu nhận đợc từ động vật, thực vật và vi sinh vật Trong nớc thải nguồn enzim chủ yếu là do vi sinh vật tổng hợp nên, các enzim sau khi đợc tổng hợp có thể tiết ra ngoài tế bào gọi là enzim ngoại bào hoặc giữ lại trong tế bào gọi là enzim nội bào

Trong quá trình oxy hoá chất hữu cơ, thứ tự các chất bị phân huỷ là: đờng – protein – tinh bột – chất béo – cuối cùng là các chất cao phân tử

enzim

enzim

enzim

Đờng và tinh bột đợc nhiều vi khuẩn và nấm có khả năng phân huỷ theo kiểu thuỷ phân nhờ các enzim amilaza Trong điều kiện hiếu khí sự phân huỷ các đờng đơn giản và xảy ra rất nhanh

Protein bị phân huỷ dới tác dụng của hệ enzim proteaza Xenluloza ở điều kiện hiếm khí đợc phân huỷ bởi các enzim xenluloza có khả năng phân huỷ đến disacrit xenluloza hoặc glucoza

Tóm lại thành phần và hàm lợng chất hữu cơ ảnh hởng rất mạnh đến quàn thể vi sinh vật và hệ enzim đợc nó tổng hợp nên

Trong nớc thải giàu protein có nhiều vi khuẩn gây thối, còn trong nớc thải chứa nhiều xenluloza thì vi khuẩn và nấm phân giải xenluloza phát triển mạnh

c Các yếu tố ảnh h ởng đến quá trình xử lý n ớc thải bằng ph ơng pháp sinh học.

- Nhu cầu dinh dỡng: Để vi sinh vật phát triển bình thờng tỷ lệ chất dinh dỡng trong nớc thải cần thiết là:

Quá trình hiếu khí: C : N :P = 100 : 5 : 1

Quá trình yếm khí: C : N :P = 100 : 1.5 : 0.3

Nếu không đủ các chất dinh dỡng sẽ kìm hãm và ngăn cách quá trình oxy hoá sinh hoá Nếu thiếu Nitơ sẽ tạo bùn hoặc tính khó lắng, còn thiếu Phôtpho

sẽ là quá trình lắng chậm và giảm hiệu suất oxy hoá các chất hữu cơ

- ảnh hởng của pH: Đối với đa số vi sinh vật, pH tối u là từ 6,5 - 8,5 Giá trị pH ảnh hởng lớn tới quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ chất dinh dỡng vào tế bào vi sinh vật

- ảnh hởng của các chất độc hại: Các nguyên tố kim loại nặng và muối của nó có tác dụng huỷ hoại hoạt động sống bình thờng của vi sinh vật, do đó trong quá trình xử lý nớc thải phơng pháp sinh học cần phải loại bỏ các chất độc hại này dới giới hạn cho phép

* Phơng pháp yếm khí:

Sử dụng vi sinh vật yếm khí để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình

xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học và nớc thải chứa lợng chất hữu cơ cao BOD : 4 – 5g/l Đây là phơng pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn trong

đó các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ

Xử lý nớc thải, sử dụng quá trình lên men khí Metan gồm 2 pha: pha axit

và pha kiềm

Trong pha axit, các vi khuẩn tạo axit ( các vi khuẩn tuỳ tiện, các vi khuẩn yếm khí) hoá lỏng các chất rắn hữu cơ sau đó lên men và tạo ra axit bậc thấp: axit béo, cồn