Luận văn nghiên cứu công nghệ usbf Ứng dụng Để xử lý nước thải chế biến biến thực phẩm giàu n p

Từ góc độ xử lý và bảo vệ môi trường, nước thải ngành công nghiệp này có thể phân thành 2 nhóm là: Nước thải giàu các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, photphơ vá nước thải có hàm lượng nitơ,

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO _

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYÊN HỮU NAM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ USBF ỨNG DỤNG ĐÉ XỬ LÝ NƯỚC THÁI CHÉ

BIEN THỰC PHĂM GIẢU N,P

LUAN VAN THAC SY

KY THUAT MOI TRUONG

Tà Nội — Năm 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO _

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYÊN HỮU NAM

KỸ THUẬT MỖI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẦN KHOA HOC:

PGS.TS BANG XUAN THEN

Hà Nội — Nam 2014

Aracrobic/anoxic/oxic (ky khíthiểu khishiéu khi)

Anoxic/oxic (thiếu khíhiều khí)

Phương pháp phân tích theo tiêu chuẩn của IIệp hội sức khỏe Cộng

đồng Mỹ

Anaerobic ammonium oxidation

THệp hội các quốc gia Dong Nam A Nhu cau oxy sinh héa (Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh hóa trong 5 ngày

Nhu ciu oxy hóa hoc (Chemical Oxygen Demand)

Cổ phần

Công nghiệp thực phẩm

Chất thái rắn Công ty

Hàm lượng oxy hòa tan trong nude (Dissolved Oxygen)

Tỷ số thức ăn/ sinh khối (Food/Aicroogranism)

(Œ«gBOD/kgMLSS ngây)

“Thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Retention Từme) (giờ)

[lam lượng sinh khối (Mixed liquid volatile suspended solid) ứng/1)

TH Nhà máy

Tốc dộ tải lượng hữu cơ (Organic loading ralc) kgCOD/wẺ ngày)

Photpho Tổể phân ứng hoạt động gián doan (Sequencing Batch Reactor)

Single reactor system for Hing-rate Ammonium Removal Over Nitrite

Chất rắn lơ lửng (Suspended solid) (mg/l)

'Tiêu chuẩn Việt Nam

University of Cape Town

Lọc sinh học đồng ngược (pllow Sludge Blankel Filtration)

Virginia Initiative Plant in Norfolk

Vi khuẩn Xuất nhập khẩu

Tổ chức thương mại Thế Giới

DANH MUC CAC BANG

Bang 1 1 Thanh phan nước thải từ phân xưởng chế biến thuỷ sản 16

Bang 1 2 Đặc trưng thành phân nước thải giết mồ động vật tại lò mỗ (Oberding -

Bảng 1 3 Đặc trưng dịch hẻm của một số cơ sở sẵn xuất cần 17

Bảng 1 4 Dặc tính nước thái chưa xử lý một số cơ sở sản xuất bia wee 1B Tiẳng 1 5 Kêt quả phân tích nước thải cơ sở giết mô Miể Trì 21 Bảng 1 6 Kết quả vận hành một vải nhà máy với thiết bị LSBE 4T

Bảng 2 1 Tính chất dặc trưng của nước thải tại cơ sở piết mô lợn #1

Bang 2 2 Các phương pháp phân tích mẫu nước 53

Bảng 3 1 Chỉ tiêu nước thải dầu vào nghiên cứu tính toán thiết kế mô hình

Bảng 3 2 Cá hằng số động học của vi sinh vật Lự đưỡng và dị dưỡng 62

Bang 3 3 Bang giá trị chuyển đổi các thông số động học theo nhiệt độ 63

Bảng 3 4 Đặc lrưng chất lượng nước thải đầu vào trong quá trình nghiên oứu 74

Bảng 3 5 Kết quá nghiên cửu ảnh hưởng thời gian lưu nước thải 76

“177

Bang 3 7 Hiệu quá xứ lý BOD vai thời gian lưu là 19 giỏ 78

Bảng 3 8 Hiệu quả xử lý chất hữu cơ (BOD;) -79

Bang 3 9 Kết quả nghiên hiệu quả xử lý nitz 81

Bang 3 10 Kết quả nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ 82

Bang 3 11 Két qua nghiên cửu ảnh hưởng tổng Photpho đòng vào

Bảng 3 12 Kết quá nghiên cứu ảnh hưởng tổng Photpho dong vio 85

DANH MUC CAC HINH VE, DO THI

Hình 1 1 Céng nghé giét mé lon tai Co sé ME Tri teers 20

llinh 1, 2 Cac giai đoạn hoạt động trong bé SBR "—— ˆ-

Hình 1 3 Sơ dỗ công nghệ xử lý nơ, photpho trong mương oxy hỏa 25

Hình 1 4 Sơ đỗ công nghệ xử lý niơ, photpho theo quy trình A2/O

Enh 1 5 Sơ dé công nghệ xử lý nợ, photpho theo quy trình Bardenpho Š giai

1lình 1 6 Sơ đỗ công nghệ xử lý nitơ, photpho theo quy trình ƯCT 27

Hình 1 7 Sơ đồ công nghệ xử lý nitơ, photpho theo quy trình VIP 28 Hình 1 8 Sơ đê Sharon Anammox ¬— 1 Hình 1 9 Sơ đỗ quá trình xử lý N-NH,¿! 31

Hình 1 10 Sơ độ nguyên lý của mô hình công nghệ USBE seers BB llinh 1 11 Bé USBF bang thép không gi 6 Strathmore, Alberta, Anh 35

Hình 1 12 Cơ chế loại bö Phốt pho bằng biện pháp sinh học 40

1Tình 1 13 Ilinh đáng không gian thường sử dụng cho thiết bị USBIF 43

1ình 1 14 Giản đồ không gian lớp bùn lơ lửng của công nghệ USDF 4

Hình 1 15 Hình ảnh thiết bị USBE trong nhà máy xử lý nước thai Pinzolo (Y)

Hình 2 1 Hình ảnh thiết bị LSBE quy mô phòng thí nghiệm công suất

Hình 2 2 Phương pháp nghiên cứu trên mé hinh 50 litingay "¬— SS 1Tình 2 3 Sơ dé bd sung ché phẩm vi sinh vào mô hình thiết bị -

1 Sơ đỗ mô hình USBE trong phòng thí nghiệm "— -

3 Kết quả nghiên đầu ra tương ứng với HRT là 9; 11; 15; 17 và 19 giờ

¬.-

4 Kết quả nghiền dầu ra tương ứng với HRTT là 9; 11; 15; 17 và 19 giờ

6 Biểu đỗ thể hiện tổng nitơ của dòng nước thải vào ra mô hình 82

7 Biểu để thể hiện TN dòng nước thải vào ra mô hình 83

8 Biểu dỗ thể hiện photpho đông nước thải vào và ra mô hình 84

9 Biểu đồ thể hiện tổng photpho động nước thải vào ra mô hình 85

MUC HI

DANH MỤC CAC BANG

® Dôi tượng và phạm vi nghiên cứu " - ti

1.2.2 Đặc trưng nước thải ngành giết mỗ gia súc, gia cầm 16

1.2 Đặc trưng nước Ihải ngành sắn xuất rượu - bia 17

1.1.4 Dặc trưng nước thải ngành sản xuất đường seo, T

1.3.2.IIiện trạng môi trường nước thải " - "¬ Ẻ

14 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thai gidu nite, photpho 22

1.4.1.Các công nghệ xử lý dang 4p dung trên thê giới "-~`

1.5 Tổng quan về công nghệ lọc sinh học dòng ngược USBE 233

1.5.1 Sự hình thành và phát triển công nghệ Loc sinh hoc đóng nguoc (USBF)33

1.5.2.Nguyên lý hoạt động và cầu tạo của công nghệ USBE ke 35 1.5.3.Ưu nhược điểm và phạm vỉ áp dụng của công nghệ LISDT ÖƑ43

1.5.4 Thực trạng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ USBE trên thế giới và tai

'Việt Nam " " "3

2.1 Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm "—

a Thiết bị USBF quy mô phòng thí nghiệm công suất 50 lít/ngảy S1

2.1.3.1.Phương pháp phần tích các chỉ tiêu môi trưởng "¬— 2.1.3.2.Phương pháp nghiên cứu trên mô hình 50 lít/ngày $4

CHIƯƠNG II: KÉT QUÁ VẢ THÁO LUẬN se SỞ

3.2.1 Sơ đỗ thí nghiệm thiét bi USBF quy mé 50 lit/ngay trong phòng thí

3.2.Kết quả nghiên cứu trên mô bình 50 língây trong phỏng thí nghiệm 73

3.2.2.Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu nước thải (HR'E)

3 2.4 Khảo sát hiệu quả xử lý Nitơ 8ì

TAI LIEU THAM KHAO

95

95

LOL CAM ON

"Trước tiên em xin bảy tô lòng biết ơn sâu sic dén PGS.TS Đặng Xuân

Hiển, người đã luôn quan tâm, tận tỉnh chi bao va giúp đỡ em trong quá trình

hoàn thành luận văn nãy

Tìm xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường đã tân tỉnh hướng dẫn, chỉ bảo và tạo điều kiên để em có thể

thực hiện luận văn này

Cuối củng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đỉnh, bạn bè và đồng nghiệp tại

Viên Máy và Dụng cụ công nghiệp (TIM) đã luôn bên cạnh ủng hộ, giúp đổ và

động viên em trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Em xin chân thành cảm ơn:

THả Nội, ngày 20 tháng 03 năm 2014

Học viên

Nguyễn Hữu Nam

LOI CAM DOAN

Tôi là Vguyễn [fate Nam, hoc viên cao học lớp Kỹ thuật Môi trường khóa

2012-2014, dã thực hiện dễ tài “ Wghiên cứu cdng nghé USBF ting dung dé xi ly

nước thải chế biến thuc phdm giau N.P” dudi sw thông nhất của PGS.TS Đăng Xuân Ilién Téi xin cam doan những kết quả nghiên cứu và thảa luận trong luận

văn này là đúng sự thật và không sao chép ở bắt kỳ tài liệu nào khác

TIà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2014

1iọc viên

Nguyễn Hữu Nam

10

MỞ ĐẦU

$ Đặt vấn đề

Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Việt Nam đang phát triển mạnh Những thành tựu phát triển kinh tế xã hội của đất nước sau hơn 20 năm đổi mới

và phát triển tác đông tích cực tới đời sống của nhân dân Ngành công nghiệp

chế biến thực phẩm đang có cơ hội to lớn về thị trường Ở trong nước, nhu cầu tiêu đùng của người dân đối với thực phẩm chế biến ngày cảng lớn và đa dạng

Thói quen sử dụng các thực phẩm chế biển tử thịt, cá, rau quả, gạo, đã hình thánh và phát triển nhanh Việt Nam cũng đã dạt được nhiều thành tựu trong việc xuất khẩu các sản phẩm như gạo, tôm, cả, cả phê, chè, Hơn nữa, Việt Nam

tham gia khu vực mậu địch tự do ASIEAN và trẻ thành thành viên của WTO đã

thúc đầy xuất khẩu nói chung và xuất khâu nỗng sẵn, thuỷ sản chế biến nói riêng

Chế biến thực phẩm là ngành công nghiệp lớn, đa dạng với nhiều ngành hàng Từ góc độ xử lý và bảo vệ môi trường, nước thải ngành công nghiệp này

có thể phân thành 2 nhóm là: Nước thải giàu các hợp chất hữu cơ chứa nitơ,

photphơ vá nước thải có hàm lượng nitơ, photpho không cao Xem xét từ nguồn

nguyên liệu sử dụng trong chế biến, có thể thấy rằng các loại nước thải giàu nitơ, photpho thường gặp ở các ngành: chế biến thủy hải sản, chế biến từ thịt gia súc,

gia cầm, Dạng nước thải này hiện đang được quan lâm, vì ngoài bằm lượng

hữu cơ cao (tính theo BOI2) chúng còn chứa một lượng không nhỏ nitơ, pho†pho

cân được xử lý

Công nghệ để xử lý nitơ, photpho trong nước thải thường phức tạp, pêm

nhiều công đoạn xứ lý hơn các loại nước thải thông thường

Xuất phát từ những tìm hiểu thực trạng nghiên cứu trong nước về công

nghệ xử lý nước thải giàu dinh dưỡng (mtơ, photpho) nói chung và công nghệ

lọc sinh học đòng ngugc (Upflow Sludge Blanket Filtration - USBF) néi riéng,

tác giả nhận thấy, ở Việt Nam, công nghệ USBF chưa được nghiên cứu đầy đú

dé có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất, vì thể công nghệ này cũng chưa được

sứ dụng phổ hiển Thực tế cho thấy, đã có một vải khách sạn, khu nghỉ đưỡng sử

il

dụng công nghệ USBF, phần lớn đều là thiết bị nhập ngoại với giá thành cao và không hoàn toàn phủ hợp với điều kiện ở nước ta Trong khi đó, trên thế giới,

công nghệ này đã có hơn 30 năm phát triển với hàng nghìn công trinh dã vả dang

được áp dụng tại nhiều quốc gia trong lĩnh vực xử lý nước thải đô thị và nước

thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải 6 nhiễm có hàm lượng các chất dinh

dưỡng (mơ, phoipho) cao Công nghệ USHT là một công nghệ khả mới so với nhiều công nghệ xử lý sinh học khác với chỉ hơn 30 năm phát triển nhưng được

danh gia có xu hướng phát triển nhanh thay thế các công nghệ kinh did

cũ, nhờ

những ưu diểm như chỉ phí dầu tư thấp, chỉ phí vận hành, bảo trì thấp, hiệu suất

xử lý cao, lượng bùn thải bỏ ít, hạn chế mùi, linh đông và có thể thiết kế theo đơn nguyên

Hơn nữa, tại Việt Nam, ngoài việc bắt buộc tất cả các cơ sở sẵn xuất có hệ

thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải theo Luật Môi trường, việc nghiền cứu các công nghệ xử lý nước thải có hiệu quả cao và mang lại nhiễu lợi ích cho

doanh nghiệp là một dỏi hỏi thực tế hiện nay Điều nảy không chỉ dem lại những cải thiện về bảo vệ môi trường sinh thái mà còn giúp các doanh nghiệp tiết kiệm

được nhiều chỉ phí sản xuất

Do vậy, tác giá đã thực hiện đề tài “Nghiên cửu công nghệ USBT' ứng đụng để xử lỊ nước thải chế biến thực phẩm giảu N, 1” Nghiên cứu này nhằm tìm một giải pháp công nghệ tối ưu trong xử lý nước thải công nghiệp chế biển

thực phẩm và một số ngành sắn xuất công nghiệp khác, phục vụ mục tiêu bảo vệ môi trường và phát triển bền vững,

+ Mục tiêu dễ tài

Nghiên cứu được thực hiện với mục Liêu như sau

-Nghiên cứu, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả xử lý nước thải giết mỗ (BOD‹, TN TP) bằng sông nghệ UISBE trên mô hình thiết bị USBE quy mô

phỏng thí nghiệm có công suất 50 li/ngày Đồng thời, so sánh hiệu quả xứ lý với

mô hình USBE bể sung chế phẩm BIO USBE với mô hình USBF thông thường

12

$ Đối tượng và nhạm vi nghiên cứu

+ Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải giết mỗ tại cơ sở giết mỗ trên địa bản Hà Nội

-Mô hình xử lý nước thải bằng công nghé USBF

* Phạm vi nghiên cứu

- Nghiền cứu, đánh giá đựa trên các thí nghiệm mô hinh 50 lit/ngay trong

phòng thí nghiệm

= Nội dung cửa luận văn được chia (hanh 4 chương,

Chương 1: Tông quan

'Irong chương nảy, tác giả tập trung tìm hiểu tổng quan về nước thải của một số ngành chế biển thực phẩm và các công nghệ xứ lý nước thải giàu đỉnh dưỡng (nơ, photpho)

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu

Dua ra phương pháp luận về phương pháp vả tiễn trình nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Nội dung chính của chương này di sâu vào đánh giá và phân tích các kết

quả thực nghiêm được thực hiện trên 2 mô hình USBL công suất 50 língày với việc bổ sung và không bổ sung chế phẩm vi sinh vật đặc ching BIO USEF

Chương 4: Kết luận

Đưa ra các kết quả dạt dược của quá trình nghiên cứu so với mục tiêu

nghiên cửu ban đầu đề ra

CHUONG L TONG QUAN

1.1 Tổng quan về nước thải của một số ngành công nghiệp chế biến thực

phẩm

Chế biến thực phẩm là một trong những ngành sản xuất đem lại giá trị to lớn cho xã hội, đóng góp đáng kế cho sự tăng trưởng kinh tế của đất nước Truy nhiên, trong quá trình sản xuất sử dụng lượng nước khả lớn nên đã thải ra lượng nước thải tương đổi nhiễu gây tác động xấu đến môi trường, để phát sinh dich

bệnh và ảnh hưởng sức khỏe con người

Công nghiệp chế biến thực phẩm bao gồm một số ngành như:

-Sân xuất bánh kẹo

- Chế biến thực phẩm ăn nhanh

Tiên cạnh những đóng góp to lớn về mặt kinh tế, xã hội trong tiến trình

phát triển chưng của đất nước thì ngành công nghiệp chế biển thực phẩm cũng giéng như đa số các npành công nghiệp khac dang pop phan pay bite xúc trong,

xã hội về vấn để ô nhiễm môi trường, đặc biệt là vấn để ô nhiễm môi trường

nước Mặc dù nhiều nha may va co sé sin xuất đã chú ý tới việc bảo vệ môi trường, đã xây dựng các trạm xử lý nước thải, nhưng hoạt động không đúng quy

cách hoặc không hiệu quả

Công nghiệp chế biến thực phẩm là ngành sử dụng chủ yếu nguyên liệu có nguồn gốc động thực vật Vì vậy nước thải của ngành nay thường có độ ô nhiễm cao, giàu chất hữu cơ dé chuyến hóa sinh học Đây cũng là nguyên nhân chỉnh gây ô nhiễm nước mặt và nước ngầm tại khu vực sản xuất nếu không được xử lý

đến đạt tiêu chuẩn thải

1.2 Đặc trưng nước thải của một số ngành câng nghiện chế hiến thực phẩm 1.2.1 Dặc trưng nuức thải ngành chế biển thuỹ hãi sẵn

Nhu cau sử đựng nước của các cơ sở chế biển thủy sản trung bình chung

từ 30+80mẺ#tấn sản phẩm Phần nhiều các cơ sở sản xuất ở Việt Nam có lưu

lượng sử dụng nước từ 45+65 m°/lân sản phẩm Lượng nước thải sẵn xuất theo năng lực chế biển như hiện nay của các đơn vị chế biến thủy sản đông lạnh có

quy mô vừa 3+7 tân/ngày phố biến ở mức 300+500 m'/ngày

Nước thải chế biển thủy sản thường chứa nhiều các thành phần hữu cơ tổn

tại chủ yếu ở dạng keo, phân tán mụm, tạp chất lơ lỏng tạo nên đệ màu, độ đục

cho đòng thải Do quá trình phân hủy sinh hoc xảy ra nhanh nên nước thải

thường có mùi khó chịu, độc hại Thành phần không tam va dễ lắng chủ yếu là

các mảnh vụn xương thị, vây vay tử quá trỉnh cl Và nguài ra côn có các

tạp chất võ co như cát, sạn Đôi với những nhỏm sản phẩm đồng lạnh, sản

phẩm ăn liễn và đồ hộp, trong nước thải thường chứa các loại hóa chất khử

trùng, chất tây rửa từ vệ sinh nhà xưởng, thiết bị Ngoài ra, còn có thể chứa

một lượng nhỏ các loại hóa chất phụ gia thực phẩm thải ra từ khâu xử lý nguyên liệu, phối chế tính chế sản phẩm

Lưu lượng và thành phần nước thải sản xuất thuỷ hái sẵn rất khác nhau giữa các nhà máy, cơ sở sán xuất luỳ thuộc vào nguồn nguyễn liệu sử dựng,

thành phần chất sử dụng trong chế biến vả công nghệ sản xuất, quy mô sản xuất, Ví dụ thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biển thủy sản như

trong bắng 1.1 dưới đây

Bang 1 1 Thanh phần nước thải từ phân xưởng chế biến thuỷ sản [9]

Thành phần nước thải từ các phân xưởng,

1.2.2 Đặc trưng nước thải ngành giết mỗ gia súc, gia cằm

Ngành giết mổ là một ngành đòi hỏi sử dụng nước rất nhiều, hầu như các công đoạn xử lý nguyên liêu đều có nhu cầu dùng nước như: khâu rửa sơ bộ

nguyên liệu, khâu làm rã nước đả đông lạnh, xử lý nguyên liệu, chế biến (hấp,

Đặc thù của nước thải giết mồ rất giảu chất hữu cơ (nito, photpho, protein, lipit, cdc axit amin, amon, peptit, cdc axit hitu co’) Ngoai ra con co thể có

xương, thịt vụn, mỡ thừa, lông, móng, vi sinh vật, Nông độ các chất ô nhiễm

hữu cơ BOD; có thể đạt 7.000 mg/1 và COD tới 9.400 mg/1 [9] Các hợp chất

hữu cơ này làm tăng độ phì của nước đồng thời dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi hôi thối và làm ô nhiễm nguồn nước Bảng 1.2 là ví dụ về đặc trưng

16

thành phần 6 nhiễm trong nước thải giết mổ động vật ctia 16 mé Oberding (gan

Aunschen, CHLB Đức) Đặc thù ở đây là nhà máy nảy sản xuất tới 380 tấn sản

phẩm mỗi tuần với công nghệ tách thịt mỡ theo phương pháp "khổ" nên lượng

nước thải thấp, tỷ lệ nước thải trên sản phẩm chỉ khoảng 0,8 mỶ/tắn, do vậy nồng

độ các chất ô nhiễm trong nước thải cũng sẽ cao hơn

Bang 1 2 Dac trưng thành phan nước thải giết mổ đông vật tại lò mổ Oberding

- CHLB Đức [6]

8 | NHy* (tinh theo N) mg/l 230 = 1.120

9 |TSS mg/l 160 + 580

1.2.3 Đặc trưng nước thải ngành sản xuất rượu - bia

Trong sản xuất cồn: định mức nước thải cho sản xuất 1000 lịt cồn là 17:20

mẺ Trong sản xuất rượu vang hoặc rượu mùi pha chế có nhu cầu nước không lớn Nước được sử dụng chủ yếu cho rửa chai 65+70% và vệ sinh dụng cụ chứa

đựng, rửa nhà sản (30+35%) Định mức nước thai cho 1.000 lit rou biến động

từ 3+5 m Trong sản xuất cồn, rượu vấn đề môi trường đáng quan tâm nhất là nước thải Đặc biệt là dịch hèm sau tháp chưng thô có độ màu rất đậm, rất khó

[3]

Bang 1 4 Dac tính nước thải chưa xử lý một số cơ sở sản xuất bia [3]

CT liên

TT | Thôngsố | Đơnvị | biaSải oe Xã phẩm Hà | Hài vee

1.2.4 Dac trung née thải ngành sản xuất đường

Nhu cầu về nước cho sản xuất đường là rất lớn Tuỳ theo công nghệ mà nhu

18

cầu nước ở mỗi công đoạn khác nhau sẽ khác nhau Tuy nhiên có thể phân làm 3

nhóm nước chỉnh: nước lắng trong, nước lọc trong và nước công nghệ Nước thải của các nhà máy đường có độ ô nhiễm cao đến rất cao là một nguồn gây ô nhiễm rất nghiêm trọng cho môi trường xung quanh

"Theo khảo sát kiểm toán của Cục bảo vệ môi trường [3] thi chất lượng của

nước thải nhà máy đường trong các công đoạn khác nhau có những đặc trưng rất

khác nhau như sau:

~Nước làm mát trục ép của công đoạn ép có nồng độ COD biến đổi từ 277 + 290mg/l, BODs tir 245 = 255 mg/1

-Nước rửa trục ép: COD tử 2.374 + 4.762 mg/l, BOD; từ 1.300 + 1.600

phương thức bán thủ công cho nên thiết bị không đồng bô, các công đoạn được

tiền hành ngay trên sản

Do dây chuyển sản xuất đơn giản, thủ công nhiều, nên cơ sở phát sinh ra

nhiều nước thải, có lẫn nhiều tạp chất (lông, phân) do quá trình tách bỏ ở các

công đoạn không triệt đề

Dưới đây là sơ đồ công nghệ giết mổ tại Cơ sở giết mổ Mễ Tri

19

Nước - | - Nhúng vào mưc trông:

nóng - Cao long bang tay

Hình 1 1 Công nghệ giết mỗ lợn lại Cơ sở Mễ Trì 1.3.2 Hiện trạng môi trường nước thải

Cơ sở giết mỗ nằm ngay trong khu dân cư, chất thải của hoại động giết mô

pây ô nhiễm vả nguy cơ lây nhiễm cao Toàn bộ khu giết mé va làm lỏng nằm

ngay bên cạnh chuồng nuôi nhốt lợn Minh lợn vừa phanh được đặt năm trên máu, lông và phân Những con lợn được cắt thủ, bố đôi sau đó chuyển đến các chợ đầu mối bằng phương tiện vận chuyển không đúng quy định, không đảm bảo

an toàn về sinh thực phẩm

Kết quả phân tích nước thải của cơ sở như sau:

20

Bang 1 5 Kêt quả phân tích nước thải cơ sở giết mỗ Miễ Trì

Qua kết quả phân tích có thể thấy, nước thải của cơ sở giết mỗ Mễ Trì có

hàm lượng chất hữu cơ (BOD¿, COD) vá thành phần các chất định dưỡng (TN &

'LP) rất cao, gấp nhiều lần so với giá trị cho phép

* Kắt luận

Như vậy, dựa trên cơ sở các thông tin, tài liệu thu thập về đặc tính nước

thải của một số ngành công nghiệp chế biên thực phẩm như trên, có thể thầy hiện nay hầu hết các ngành đều phát sinh lượng lớn nước thải với lưu lượng và tải lượng ô nhiễm cao Đồng thời, qua những sẽ liệu đã thu thập được, có thé thay

rằng một số ngành gay phát sinh nước thái giau dinh dung (nite, photpho) dién

hình như:

- Nước thải ngành chế biến thủy hải sản

- Nước thải ngành giết mỗ gia súc, gia cầm

- Nước thải chế biến thịt các loại

Trén co sở nghiên cứu tổng quan về đặc tính nước thải của một số lĩnh vực

sin xual Wrong ngành chế biến thực phẩm kết hợp với mục tiêu cúa đề tải nghiên cửu và thực tổ điều kiên nghiên cứu, tác giá đã lựa chọn đối tượng nước thái

21

trong chế biến thực phẩm giàu nitơ, photpho là nước thải của ngành giết mồ gia

súc gia cầm, cụ thể là nước thải của thải của cơ sở giết mô lợn tại Mễ Trì

1.4 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ, photpho

1.4.1 Các công nghệ xử ly đang áp dụng trên thể giới

Hiên nay, nhiều công trình xử lý nước thải giàu dinh dưỡng (nito, photpho)

đã được nghiên cứu vả ứng dụng rộng rãi trên thế giới cũng như tại Việt Nam,

gồm các phương pháp hóa học, sinh học, vật lý Một số công nghệ được sử

dụng thông dụng trên thé giới bao gồm: Công nghệ A2/O (Ry khí - thiểu khí - hiếu khí), quy trình Bardenpho (5 bước), Quy trình UCT (Universit oƒ Cape

Town), qua trinh VIP (Virginia Initiative Plant - in Norfork, Virginia), bé Aeroten hoat déng theo mé dang SBR (Sequencing Batch Reactor), muong oxy

hóa, công nghệ ky khí, loc sinh hoc dong ngược USBE [2 6, 12, 15, 16]

1.4.1.1 Bễ Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ (dang SBR) [2, 12, 15]

Công nghệ SBR đã được ứng dụng rông rãi tại Mỹ và Canada, xử lý từng

mẻ liên tục theo chu kỳ, phủ hợp với các xí nghiệp sản xuất hóa chất, dệt nhuộm,

giấy, mỹ phẩm, thực phẩm có quy mô vừa và nhỏ

Hình 1 2 Các giai đoạn hoạt động trong bé SBR

Bể phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử lý nước thai dựa trên phương pháp bủn hoạt tính, nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra giản đoạn trong cùng một hệ thống Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước

thải, phản ứng, lắng, hút nước thải ra

® Các giai đoạn trong bé SBR

re là

Bua mute vao bé (Filling): muéc được đưa vào bể bằng cách làm đây tĩnh, làm đầy khuấy trộn, làm đầy sục khí hóa vả phân hủy chất hữu cơ

Giai đoạn phản ứng Œeactian): sục khí đề tiến hành quá trình nitrat hóa

Giai doạn ling (Settling): cac thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quả trình

lắng diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn, thời gian lắng thường không lớn hơn 2 giờ

Giai đoạn x4 nude (Discharge): nude sau khi lắng sẽ được hệ thống thu nước thảo ra đến giai đoạn khử tiếp theo, đồng thời trong quá trình này bùn lắng

du dược hình thành trong quả trình thối khí ra khối ngăn bể, các ngăn bể khác

hoạt đông lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lên tram xử lý nước

~Chế độ hoạt động linh đông có thể thay đổi theo dau vao

~Có thể loại bỏ được nitơ, photpho do điều chỉnh được quá trình trong bể

bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy

~Giảm chí phí do giảm nhiêu thiết bị so với quy trình cô điển

Nhược điểm:

~Kiểm soát quá trình rất khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc hiện đại

~-Do có nhiều phương tiện điều khiển hiện đại nên việc bảo trì bảo dưỡng

trở nên rất khó khăn

~Có khả năng nước đầu ra ở giai đoạn xả ra cuốn theo các bùn khó lắng,

váng nổi

~Do đặc điểm là không rút bùn ra nên hệ thống thổi khí dễ bị tắc

1.4.1.2, Muong oxy hoa [2, 12, 15]

Có cấu tạo hình ôvan, chiều sâu lớp nước từ 1,0+1,5m, vận tốc nước trong

muong 0,1+0,4 m/s Để đảm bảo lưu thông bùn, nước, cung cấp OXY người ta

thường lắp đặt hệ thống khuấy trộn dạng guéng quay trục ngang

Tại khu vực hai đầu mương khi dòng chảy đồi chiều, vận tốc nước ở phía

trong nhỏ hơn phía ngoài làm cho bủn lắng lại sẽ giảm hiệu quả xử lý, do đó phải

xây dựng tường hướng dòng ở hai đầu mương để tăng tốc đô dòng phía trong

Mương oxy hóa tuần hoàn hoạt động theo nguyên lý thổi khí bùn hoạt tính

kéo dài, lượng oxy cần cung cấp 1,5-1,8 kgO2/kgBODs để đảm bảo quá trình khử nitrat Hàm lượng bùn hoạt tính 2.000-6.000mg/1 Thời gian lưu nước 24-36 giờ, thời gian lưu bùn 15-33 ngày, hệ số tuần hoàn bùn 0,75-1,5 Quá trình cấp khí

đảm bảo cho việc loại bỏ các chất hữu cơ (BOD) vả ổn định bùn nhờ hô hấp nội bảo Vì vậy bùn hoạt tính dư ít gây hôi thối và khối lượng giảm đáng kể

Các chất hữu cơ trong công trình hầu như được oxy hóa hoàn toàn, hiệu

quả khử BÓD dat 85+95% Trong vùng hiếu khí diễn ra quá trình oxy hóa hiểu

khí các chất hữu cơ và nitrat hóa Trong vùng thiếu khí (hàm lượng oxy hòa tan

24

thường dưới 0.5mg/I) diễn ra quá trình hô hấp ky khí và khử nitrat

Hình 1 3 Sơ đồ công nghệ xử lý nitơ, photpho trong mương oxy hóa

Trong mương oxy hóa có các vùng hiếu khí và thiếu khí, vùng hiểu khí

(DO>2mg/!) diễn ra quá trình oxy hóa chất hữu cơ và nitrat hóa, vùng thiếu khí

(DO<0,5Smg/)) diễn ra quá trình hô hấp ky khí và khử nitrat Hiệu quả xử lý BOD

đạt $5+90%, hiéu qua xir ly nito dat 40+80%

và nitrit được bổ sung bởi hỗn hợp nước thải tuần hoàn từ sau ngăn hiếu khí (aerobic) Hàm lượng photpho tập trung trong nước thải nhỏ hơn 2mg/1 là có thể

chấp nhận được với nước thải không có công đoạn lọc và nhỏ hơn 1,5mg/1 với nước thải sau lọc

Nội tuần hoàn

Hình 1 4 Sơ đồ công nghệ xử lý nitơ, photpho theo quy trình A2/O

1.41.4 Quy trình Bardenpho (Š giai đoạn) [2, 15]

Từ bể Bardenpho 4 giai đoạn để xử lý nitơ, bổ sung thêm một giai đoạn để kết hợp khử cả nitơ và photpho Thêm giải đoạn thử 5 là quá trình yếm khí (anaeobie) để khử photpho lên đầu tiên của quy trình kết hợp khử nitơ va

photpho Sự sắp xếp các giai đoạn và tuần hoàn hỗn hợp nước thải sau các vùng cũng khác nhau và khác quy trình xử lý A2/O Hệ thống 5 bước cung cấp các

vùng thiếu khí, ky khí, hiểu khí để khử cả nitơ, photpho và hợp chất hữu cơ

Vùng thiếu khí (giai đoạn 2) để khử nitrat và được bé sung nitrat tit bé aerobic

(giai đoạn 3) Bễ aerobic cuỗi cùng tách khí Nạ ra khỏi nước và giảm hàm lượng,

photpho xuống tối đa Thời gian xử lý kéo dài hơn quy trình A2/O Tổng thời gian lưu nước là 10 + 40 ngày, tăng sinh khối của vi sinh vật

Ngô

"Nước hài TƯ

Darien igs nie | wife ani | Thếykh | ata kai

1.4.1.5 Quy trinh UCT [2, 15]

Được thiết lập tại trường dai hoc Cape Town, giéng quy trinh A2/O nhung

có 2 sự khác biệt Thử nhất, bùn hoạt tỉnh được tuần hoàn đến ngăn thiếu khí

thay vì ngăn ky khí Thứ hai,

ngăn ky khi Bùn hoạt tính đến ngăn thiếu khí, hàm lượng nitrat trong ngăn ky

khí sẽ bị loại bỏ theo đó tách được photpho trong bề ky khi Bản chất của vòng

tuần hoàn giữa các ngăn là cung cấp hợp chất hữu cơ đến ngăn ky khí Hợp chất

at hiện vòng tuần hoàn từ ngăn thiếu khí đến

từ ngăn thiếu khí bao gồm các hợp chất hữu cơ hòa tan nhưng hàm lượng nitrat

rất ít, tạo điều kiện tốt nhất để lên men ky khí trong ngăn ky khí

Naf tubo note NẠI mẫn hoàn

Hình 1 6 Sơ đồ công nghệ xử lý nito, photpho theo quy trinh UCT

1.4.1.6 Quy trinh VIP [2, 15]

Quy trinh VIP (Virginia Initiative Plant in Norfolk) giéng quy trình A2/O

va UCT ngoai trir cách tuần hoàn hỗn hợp nước thải giữa các bể Bun hoạt tính

cùng với nước thải sau bể anaerobic (da khir nitrat) được đưa lại bé anoxic

Nước thải từ bể anoxic quay trở lại đầu vào của anaerobic Trên cơ sở những dữ

liệu kiểm tra được, xuất hiện một số hợp chất hữu cơ trong nước thải đầu vào, đảm bảo sự ồn định trong hoạt đông của bể ky khí, làm giảm nhanh chóng hàm

lượng oxy theo yêu cầu

nguồn thải, tồn tại một loại vi khuẩn có khả năng oxy hóa amoni thành dạng khí

ÁN: sử dụng nitrit được hình thành từ quá trình xử lý thay thế cho việc phải sử dụng oxy cấp từ nguồn bên ngoài vào Các nhà khoa học Hà Lan và Đức đã

nghiên cứu và phát hiện ra loài vi khuẩn này thuộc chủng Planefomyce-tales

gồm hai dạng chính la Brocadia anammoxidans va Kuene-nia stuttgartiensis

Đến nay, di co 3 chi vi khuẩn anammox được phát hiện gồm Brocadia, Kuenenia va Scalindua, Vé mat phan loại các vi khuẩn anammox là những thành viên mới tạo thành phân nhánh sâu của ngành Planctomycetes, bé Planctomycetales

Ở trường hợp phát hiện đầu tiên, bùn ky khí được nuôi cấy làm giàu bằng

phương pháp mẻ liên tục (SBR) Kết quả cho thấy vi khuẩn thuộc vào phân

nhanh planctomycete sau và vi khuẩn đã được đặt tên là Candidatus Brocadia

anammoxidans Brocadia lấy từ tên của nơi đặt trạm xử ly pilot da phát hiện ra

va cs, 2001); (Pynaert vet os, 2002)

Phỏng thí nghiém thudc dai hoc Kumamoto, trong quá trình nuồi cấy liên

tục ở điều kiện ky khí trên vật liệu bám là một đạng polyester được thiết kế đặc

biệt phản ứng anammox và dấu hiệu màu đỗ đặc trưng của vi khuẩn ananmox

được phát hiện

Một trong các vấn để là các vi khuẩn anammox sinh trưởng rất chậm (thời

gian nhân đôi hơn 1Ũ ngày), nên việc nuôi cấy, phân lập gắp nhiều khó khăn

Tuy nhiên, nhờ vảo kỹ thuật phân tử, việc phát hiện trực tiến mau sdng (én situ)

và định danh các vị khudn anammox di dược thực hiện thuận lợi

+ Phảánứng Anammox

Phan tng anammox đã được xác nhận là sự Oxy hỏa sinh học NHạ† dưới điều kiện ky khí với NÓz lả phan tử nhận điện tử tạo thành Na:

NIL +NOx oy N¿~2LbO

‘Tran cơ sử cân bằng khối lượng từ thí nghiệm nuôi cấy làm giảu với kỹ

thuật mẻ liên tục (SBR), có tính đến sự tăng trưởng sinh khối, phản ứng anammox được xác định với các hệ số tỷ lượng như sau:

Hệ số tỷ lượng phản ứng anammox tinh dén sw tang trưởng sinh khối:

NI" 1 1.32NOz | O.066TICOs —> T.02N2 | 0.26NO3 1 0.066CTI20¢;No1s | 2.0370 (*)

Sự tạo thành lượng nhỏ nitrat ti nitrit duoc giá thiết là dễ sinh ra các

đương lượng khử khi đồng hóa CO;

«® Công nghệ xử lý nỉtơ trên cơ sở anammox

7È nguyên tắc, để áp dụng phản ứng anammox trơng nước thải phải chứa

NH¿' và NO; với tỷ lệ mol 1:1,32 như ở phần ứng (*)

'Lrên thực tế, nước thải chứa chủ yếu NH¿* nên:

Hoặc phai hé sung NO

Hoặc phải chuyển hỏa ~ 50% NH;,* thanh NOx để phần NO; tạo ra phán

ứng vii NHj* cén lai

29

Như vậy, các công nghệ xử lý nitơ mới sẽ bao gồm nitrit héa bán phan theo

sau la anammox

Hướng thứ hai là nguyên lý cho các ứng dụng thực tế của anammox

Công nghệ khử nitơ mới gồm nitrit hóa bán phần (partial nitritation) theo

sau là anammox: 5

Nitrit hoa ban phan anammox

Nitrit hóa bán phần: 2NH;* + 1,50; —>NH¿* + NO; +2H*+H,O

Có thé dat duoc nitrit hoa ban phần bằng cách kiểm soát điều kiên phản

ứng để ức chế vi khuẩn mitrobaeter và khuyến khích vi khuẩn nitrosomonas

+ Nhiệt dé cao (>30°C)

* DO thấp (<Img/I)

* Nồng độ NH: tự do cao

Có 2 kiểu công nghệ: Nitrit hóa và oxy hóa ky khí ammonium (Anaerobic

Ammonium Oxidation, viết tắt là AN.AMMOX ) trong 2 thiết bị riêng, ví dụ bể

SHARON (Single reactor system for Hing-rate Ammonium Removal Over

Nitrite) di được sử dụng với chức năng nitrit hoá để kết hợp với anammox thành

một quá trình xử lý hai giai đoạn Nitat hóa và anammox trong 1 thiết bị, ví dụ các quá trình: CANON; OLAND, SNAP

01

Hình 1 8 So dé Sharon — Anammox Quả trình xử lý amoni trong nước thải được thể hiện qua sơ đồ sau:

30

Hình 1 9 So dé qua trinh xt ly N-NEA*

© Qua trinh loai bé amoni théng thudng:

Qua trinh Nitrat hoa: 2NHy +402 + 2NOs+4Ht+2M0

Quả trình khử Nitrat 2NOs + 8g COD +2 H* > Ni + 3g Bin

2 NH¿+ 40;+8 COD ~>N;+ 2 H`+3g Bùn

© Qua trinh oxy hoa ky khi amoni (Anammox)

Qua trinh Nitrit hóa bán phân: 2NH,’ + 1.502= NHi* + NOy + H20 + 2H*

2NH¢ + 1.50 + 3H20 + 2H"

¢ Qua trinh SHARON - Single reactor High activity Ammonia Removal Over Nitrite

(Hellinga va cs , 1998; Van Loosdrecht và Jetfen, 1998) nitrit hoá hoàn toàn

Quả trình Nitrit hóa: 2NHi* +402 + 2NOy+4H'+2H0

Qua trình khử Nitrit 2NOz: +.4.8g COD +2 H' > No+ 1.8g Bin

2 NH#+3 Oz+4.8 COD —yN;+2 H*+1.8g Bàn

s So sánh quá trình Anammox với các quá trình xử lý nitơ truyền thống:

-Quá trình diễn ra nhanh hơn do đó giảm thời gian lưu đồng nghĩa giảm diện tích công trình; giảm 62,5% lượng ôxy cung cấp;

~Không cần Cacbon hữu cơ;

31

-Rat it bin sinh ra;

¢ So sánh quá trình SHARON với các quá trình xử lý nitơ truyền

thống:

~Quá trinh diễn ra nhanh hơn do đó giảm thời gian lưu;

-Giảm 25% lượng ôxy cung cấp so với quá trình loại bỏ amoni thông

thường,

~Giảm 40% lượng cacbon hữu cơ yêu cầu,

~Lượng bùn sinh ra chỉ bằng 40% so với phương pháp xử lý thông thường 1.4.1.8 Công nghệ ky khí [2]

Hệ thống xử lý nước thải yếm khí lần đầu tiên được xây dựng tại Đan Mạch (1929) để xử lý nước thải chế biến nắm, hệ tồn tại được khoảng 30 năm Mặc dủ

kỹ thuật ky khí có nhiều ưu điểm: giá thành vận hành rẻ, có thể thu hồi nhiên

liệu, thích hợp với nước thải có độ ô nhiễm cao, thể tích bể xử lý giảm đáng kế

trong điều kiên ấm nóng (sử dụng mật đô vi sinh cao, vi du téi 20 kg/m?) nhưng

kỹ thuật xứ lý ky khí ít được để ý, cho đến khi kỹ thuật xử lý UASB (chảy ngược

qua lớp bùn ly khí), được áp dụng thực tiễn Một số công nghệ ky khí được áp

dụng nhiều: UASB, bể lọc dạng lưu thể, ABR (phản ứng qua nhiều ngăn yếm

khí), EGSB (lớp bùn hạt dấn nở) đễ xử lý nước thải công nghiệp có độ ô nhiễm cao, Tuy nhiên, biện pháp ky khí chỉ có hiệu quả loại bỏ được chất hữu cơ, hầu

như không loại bỏ được hợp chất dinh dưỡng khi sử dụng đơn độc Mặt khác, chất lượng nước thải sau xử lý không đáp ứng được tiêu chuẩn thải (chứa nhiều

hợp chất có mùi hôi) vì vây chúng được coi là một bước tiền xử lý (bậc sơ cấp)

trong một hê thống xử lý tổng thể

1.4.1.9 Công nghệ lọc sinh học dòng ngược USBFII3]

Công nghệ lọc sinh học dong nguoc USBF là công nghệ cải tiền quy trình

xử lý bằng bùn hoạt tính, có sự kết hợp liên hoàn ba phân ving thiéu khi (Anoxic Selector), ving hiéu khi (Aerobic Selector) va vùng lắng - lọc bùn sinh học dòng

ngược (USBF) Đây chính là điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính kinh

32

điển, thường tách rời ba quá trình trên nên tốc độ vả hiệu quả xử lý thấp và tốn ít

1.51 Sự hình thành và phát triển công nghệ Lọc sinh học dòng ngược

(USBF)

Céng nghé loc sinh hoc dong nguoc USBF lần đầu tiên được giới thiệu tại

Mỹ vào cuối những năm 1970 của thế kỷ XX, với thiết kế dựa trên mô hình học

xử ly BOD, nitrat hoa (nitrification), va khwr nitrat hoa (denitrification) cua

Lawrence va McCarty, Inc No dua vao nguyén ly cua loc lớp đệm giả lỏng ở

dạng lớp giả lỏng bộ phân Vào đầu những năm 1970, công nghệ USBF da được

phát triển với những thay đổi tiếp theo Cải tiền này mở rộng ửng dung của công nghệ USBF trong xử lý sinh học nước thải và đến cuối thể kỷ 18 nó được phát triển rộng hơn thành dạng như hiện nay và ứng dụng trong một số nhà máy xử lý

nước thải

Sau đó được áp dụng ở châu Âu từ những năm 1998 trở lại đây Hiện nay, trên thể giới mô hình của Lawrence và MeCarty được áp dụng kết hợp trên nhiều dang khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm của mỗi nước

Tiềm năng cải tiến nguyên lý mới trong công nghệ xử lý nước đạt cao bằng

sự bất đầu thời ky hoang kim cla dang COMBI USBF cua tap doan EcoFluid Systems Inc, trong đó giới thiệu kích thước mới đổi với sự xử lý sinh học nước

33

thải Điểm cải tiến của công nghệ COMBI USBE là không giới hạn công suất

trong thiết kế những thiết bị xử lý mới

Công nghệ USBF đã được cấp bằng sáng chế và thương mại hóa ở Bắc Mỹ vào những năm 1990 bởi công ty EcoFluid Systems Ine (Vancouver, B.C) Cac đạng quá trình xử lý USBE khác nhau của công ty đã và đang được sử dụng trên

toàn thể giới trong 25 năm gần đây

Công nghệ USBF là hê thống xử lý

nghệ ở bang California, và nó cũng nhận được Giải thưởng Erost và Sullivan cho Công nghệ tốt hàng đầu ( 1 5j

nước thải hàng đầu trong một số công

Công nghệ USBF là mô hình cải tiến từ quá trình bùn hoạt tính truyền

thống và có tích hợp thêm ngăn thiếu khí và ngăn lắng dong chảy ngược Ngăn thiếu khí cung cấp điều kiện cần thiết cho sự khử nitrat hóa và xử lý phospho bằng quá trình hấp thu [18] Tại ngăn thiếu khí, BOD dỏng vào có vai trò như

nguồn cacbon cung cấp cho quá trình chuyển hóa nitrat thành nitơ phân tử, cơ chế của quá trình xử lý phospho ở công nghệ nảy tương tự như công nghệ A/O

và Phostrip Tuy nhiên, tổng lượng photpho được xử lý sinh học phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ BOD/P trong nước thải dòng vào [13 15 18]

Điều này khẳng định rằng hệ thống dựa vào công nghệ USBE có thể đạt chất lượng dòng ra cao và ôn định [ 10 14], đưa ra khái niệm mới trong giải quyết

vấn đề xử lý nước thải Kích thước nhỏ và tính chắc chắn của các thiết bị USBF

cùng với sự vận hành đơn giản, kiểm soát đạt tin cậy cao là cơ sở cho thiết bị xử

lý nước thải quy mô nhỏ, tới cấp hộ gia đình Ở công nghệ USBE, tất cả các quá

trình công nghệ đều được kết hợp trong một modun thiết bị đơn chiếc, do vậy

nhu cầu năng lượng, bảo dưỡng và chỉ phí sẽ ít hơn [1 3 L8]

34

in: fivữnVrrindfio: RE Retr 3 Se thuc

hiện trong lĩnh vực xử lý nước thải, nhằm mục đích giảm đồng thời hợp chất nitơ

và photpho Một vải cải tiến này, như công nghệ Bardenpho cải tiến và A2/O

có thể xử lý dinh dưỡng đạt mức cho phép, những cần diện tích lớn hơn và chỉ

phí bảo dưỡng nhiều hơn nên phương pháp đó ít được sử dụng Nhưng công nghé USBF da thay déi những điều đó và ngày càng được phát triển ở nhiều nước trên toàn thế giới Ứng dụng kỹ thuật USBE có thể áp dụng trong dải phạm

vi rộng từ nước ngầm đến nước bề mặt sử dụng trong công cộng, xử lý nước thải

đô thị, công nghiệp và nông nghiệp

1.52 Nguyên lỷ hoạt động và cấu tạo của công nghệ USBF

1.5.2.1 Nguyên lý hoạt động của công nghệ USBF [13, 18]

a Nguyên lý hoạt động chung của công nghệ USBF'

Công nghệ lọc sinh học dòng ngược USBE là công nghệ cải tiền quy trình

xử lý bằng bùn hoạt tính cổ điển kết hợp với quá trình thiểu khí (vừng anoxie) và

vùng lắng - lọc bùn lơ lửng dòng ngược (vùng lắng - lọc ngược) trong một công

trình xử lý sinh học

Mô hình được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bồ cacbon, quá trình

35

nitrat/khử nitrat và loại bỏ dinh dưỡng (xơ, phoipha) Nước thải trước khi xử lý

bằng mô hỉnh được qua song chắn rác rồi đưa vào bể điều hòa, sau đó đòng thải được bơm vào ngăn thiểu khí trộn lẫn với déng bun tuần hoàn từ ngăn lắng, ngăn nảy gố vai trò là ngăn thiếu khí thực hiện hai cơ chế đông học và trao đổi chất để

thực hiện quá trình loại bỏ cacbon, khứ nitrat vả chuyển hóa pho†pho Sau đó

nước thải tự chảy từ ngăn thiểu khí sang ngăn hiếu khí qua khe hở dưới đây Tai ngăn nảy, oxy được cấp nhờ hệ thống cấp khí Nước thải sau ngăn hiểu khí chảy vào ngăn lăng và di chuyển Lừ dưới lên, ngược chiều với dòng bùn lắng xuống

theo phương thẳng đứng Đây chính là giai đoạn thể biện ưu điểm cúa hệ thống

do kết hợp quá trình lọc và xử lý smh học nhờ bông bin hoạt tính Phần nước trong đã được xử lý phía trên chảy trản vào máng thu nước đầu ra và tự động

chảy ra ngoài

b Các quy trình phản ứng xây ra trong thiết bị USBT

Công nghệ USBF được áp dụng để xử lý chất hữu cơ dang hydratcacbon (BOD) và các chất hữu cơ chứa nitơ, photpho bằng các quá trình khử nitơ, oxy

hóa, niờat hỏa, khử nirat và chuyển hóa phospho

Quá trình khử cácben là một trong các quá trình chính được thiết kế cho mô hinh USBF Qua trinh nay đóng vai trò quan trọng trang quá trình xử lý nước

thải vì nó ảnh hưởng đến các quả trình khác Các vi sinh vật sử dụng nguỗn cacbon từ các chất hữu cơ của nước thải để tổng hợp các chất cần thiết cung cấp cho sự sinh trưởng va phát triển, sinh sản tế bào mới rong mô hình USBL, quá trình khử cacbon điễn ra ở cả 3 ngăn thiếu khí, hiểu khí và ngăn lắng - lọc

USBF

Trong tất cả các phương pháp được sử dụng dé loai bé nito, két hop hai qua trính mirat và khử mưạt là phương pháp có hiệu suất cao, Ổn định và giảm giá

thành xứ lý do don giản hệ thống, tiết kiệm diện tích cho việc thiết lập hệ thống,

'Irong công nghệ USBF hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat được kết hợp trong, một hệ thống nhưng diễn ra ở ba ngăn của thiết bị

Phospho có trong nước thải tồn tại ở dạng các hợp chất vô cơ và hữu cơ

36

Các vi sinh vat sử dung phospho duéi dang orthophosphate, polyphosphate để

duy trì hoạt động, đự trữ và vận chuyển năng lượng và phát triển tế bảo mới Trong công nghệ LISDT, việc kết hợp 3 quá trình thiếu khí, hiếu khí và lọc sinh

học cùng với dòng tuần hoàn bùn hoại tính tạo nên đòng liên tục Quá trình khử phospho được kết hợp với quá trình khử cacbon, quá trình nirat và khử nitrat

Việc kết hợp các quá trình cũng như các quá trình hỗ trợ của các vi sinh vật được luân phiên trong các điêu kiện thiếu khí và hiếu khí, từ đó thúc đây các quá trình

xử lý diễn ra vượt trội hơn mức bình thường,

Tựa trên cấu tạo của hệ thống USBDT có thể cho dong ra cé BODs < 5 mg/l,

TSS <10 mg/l ma không qua công doan loc, TN« 1,0 mg/l va TP «0,5 : 2,0mg/1

Quá trình khử nitơ và photpho trong thiết bị USDT xảy ra lần lượt như sau

+ _ Tại ngăn thiếu khí của thiết bị USBF

Tại ngăn đầu tiên của thiết bị, hỗn hợp nước thải cần xử lý vả bùn hoạt tính

(uuần hoàn từ dúy của ngăn lẳng lọc dòng ngược USBF) chảy vào ngăn thiểu

khí, déng chảy dược khuấy trộn dé dam báo đông thải duoc dao trộn hoàn toản

và giữ cho chất rắn ở trạng thái lơ lửng Tuần hoàn một phần bủn hoạt tỉnh để

cung cấp nguyên liệu cho vi sinh vật hoạt động kể cả M-NOs' (hồi lưu nguén niữra0) cho quá trình xử lý thiếu khí Nitrat được tuần hoàn trở lại vùng thiếu khí

vả được khử liên tục tối da Vũng thiểu khí này khử nitơ của tất cả nitrat có mặt

và dược bỗ xung thêm, tạo sản phẩm cuối cùng là nitơ phân tử Đồng thời dàng,

tuần hoàn bủn sẽ mang theo các vi sinh vật, nguồn cacbon tham gia vào quá trình Đây cũng là một trong những ưu điểm của mô hình này đo sự liên kết giữa

các quá trình thực hiện các chức năng khác nhau trong cùng một hệ thống đơn giản

Quả trình chuyển hỏa nïtờ

'Irong phản ứng này, BƠI) đầu vào được xem như nguồn cacbon hay nguồn năng lượng để khử niữat, nitrit (và các hợp chất mìơ có hóa trị đương) thành khí nitơ (hóa trị không) Giai đoạn biến dai từ N-NO; đến N: là giai đoạn can itoxy do & day các vị khuẩn nitrat hoạt động cần ÍL axy Ngoài ra, trong bùn

tuần hoàn khi có một số tế bào vi sinh vật bị chết và tự phân, các chất dinh

dưỡng của tế bào được hòa tan dùng lam thức ăn cho vi khuẩn khử nitrat vả vi sinh vật nói chung Khử nitat cũng có thể do chuyển hóa nội sinh của sinh khối

vi sinh vật được tạo ra

Quá trính xử lý photpho đồng thời cũng được xử lý tại ngăn thiếu khi,

tương tự như các quá trình xử lý theo phương pháp AA/O (anaerobic

anoxic/oxic) và Phosphotrip Trong qui trình USBE, sự lên men của BOI hỏa

tan xây ra trong wing thiểu khí, sản phẩm của quá trình lên men cầu thành thành phần đặc biệt của vi sinh vật có khả năng lưu giữ photpho (vi sinh vật bio-P) Các vị khuẩn sẽ tác động chuyển các hợp chất photpha đạng hữu cơ trong nước

thải thành photpho dạng hẻa tan Tổng lượng photpho được xử lý sinh học phụ

thuộc chủ yếu vào tỷ lê BOI2/P của dòng nước thải vào [2òng chứa photpho hòa

tan từ ngăn thiểu khí theo dòng nước qua ngăn hiểu khí được các vi khuẩn hấp

thụ và tích lũy vào sinh khối

Như vây ngăn thiểu khí có vai trò loại bỏ cacbon, khứ nitơ và chuyển photpho đạng hữu cơ thành photpho hỏa tan

+ _ Tại ngăn biếu khi cia thiét bj USBF

Nước thải từ ngăn thiếu khí chảy qua ngăn hiểu khí nhờ khe hở dưới đây ngăn USD Tại ngăn nảy có bố trí hệ thẳng phân phối khi cung cấp oxy cho qua

trình trao dỗi chất của vi sinh vật

Trong qua trinh nay, amon oxy héa thanh nutri và sau d6 thanh nitrat bon vi

khuẩn Nitrosomonas va Nirobacfer trang từng vùng sục khí riêng biệt Vì khuẩn

sứ dụng nguồn Carbon vô cơ (chủ yếu HƠO; và ŒO;) cùng với các chất dinh

dung (nito, photpho, vi lvong ) đễ xây dung tế bào Nguồn nitơ được vị khuẩn

sử dụng để tạo sinh khối là araoni Quả trình chuyển hóa hợp chất nito

38