NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH HẢI LONG

Một trong các nguồn gây ô nhiễm môi trường lớn và phổ biến ở nước ta đó là nước thải chứa nhiều chất hữu cơ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ

VÀ MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH HẢI LONG

NGÀNH: HOÁ LÝ THUYẾT VÀ HOÁ LÝ

MÃ SỐ: 62.44.3101

NGUYỂN VIẾT ĐẠI

Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN VĂN XÁ

HÀ NỘI 2005

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN 8

I.1 - Ngành chế biến nông lâm thuỷ sản và những vấn đề về môi trường 8 I.2- Tổng quan về các công nghệ xử lý nước thải 10

I.2- Các công nghệ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ 15

I.3- Công ty TNHH Hải Long và các vấn đề cần được giải quyết 22

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 30

II.1- Phương pháp xác định các chỉ số của nước thải 30

II.2- Phương pháp tính 35

II.3- Đặc tính nước thải của công ty TNHH Hải Long 36

II.4- Phương pháp mô tả thống kê, tối ưu hoá thực nghiệm 37

II.5- Phương pháp xác lập mô hình vật lý 40

II.6- Sơ đồ thí nghiệm 43

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

III.1- Giai đoạn xử lý sơ cấp đông keo tụ: 45

III.2- Giai đoạn xử lý thứ cấp - Xử lý sinh học 54

III.3- Đề xuất sơ đồ công nghệ 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH SÁCH CÁC BẢNG Tên Trang

Bảng I 1: Các phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học và hoá lý 11

Bảng I 2: Các phương pháp xử lý nước thải bằng hoá học 12

Bảng I 3: Các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học 14

Bảng I 4: Các phương pháp xử lý nước thải bằng điện hoá 15

Bảng I 5: Các sản phẩm của công ty TNHH Hải Long 23

Bảng I 6: Nguyên liệu và hoá chất sử dụng của Công ty TNHH Hải Long 26

Bảng I 7: Kết quả phân tích mẫu nước thải của công ty TNHH Hải Long 28

Bảng II 1: Pha dãy chuẩn phân tích COD 32

Bảng III 1: Xác định khoảng thực nghiệm lắng đông keo tụ 47

Bảng III 2: Mã hoá các yếu tố ảnh hưởng 48

Bảng III 3: Ma trận kế hoạch thực nghiệm kết quả thí nghiệm 49

Bảng III 4: Tính giá trị phương sai dư 50

Bảng III 5: So sánh giữa giá thành và hiệu suất tách 53

Bảng III 6: Ma trận thứ nguyên 57

Bảng III 7: Ma trận các đại lượng điều khiển hệ 62

Bảng III 8: Ma trận chuẩn số 63

Bảng III 9: Ma trận các hệ số của hệ phương trình Logarit 63

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình I 1: Cấu trúc của hạt mixen âm 16

Hình I 2: Cấu trúc hạt mixen dương 18

Hình I 3: Cấu trúc của màng sinh học khi phát triển đầy đủ 21

Hình I 4: Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất agar 24

Hình I 5: Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất bia hơi 25

Hình I 6: Sơ đồ dòng công đoạn rửa chai 26

Hình III 1: Sơ đồ thí nghiệm lọc sinh học 54

Hình IV 1: Sơ đồ công nghệ 66

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DO: ôxi hoà tan

COD: nhu cầu ôxi phân huỷ các chất hữu cơ bằng hoá học

BOD: nhu cầu ôxi phân huỷ các chất hữu cơ bằng phương pháp sinh họcTSS: tổng chất rắn lơ lửng

N.tổng: Nitrơ tổng số

P.tổng: phospho tổng số

HDT: thời gian lưu thuỷ lực

Công ty: Công ty TNHH Hải Long

NLTS: nông, lâm, thuỷ sản

VSV: Vi sinh vật

L: Mật độ tưới của tháp

Mhc: Hàm lượng chất hữu cơ (COD)

Tl: Nhiệt độ nước thải

l: Khối lượng riêng nước thải

K: Lưu lượng không khí

Tk: Nhiệt độ không khí

Hàm lượng ôxy trong khí

k: khối lượng riêng của không khí

MỞ ĐẦU

Một trong các nguồn gây ô nhiễm môi trường lớn và phổ biến ở nước ta đó

là nước thải chứa nhiều chất hữu cơ Chúng được sinh ra từ các hoạt độngkhác nhau của con người: từ sinh hoạt, chăn nuôi, sản xuất công nghiệp chếbiến thực phẩm, giấy, dệt nhuộm và chôn lấp rác thải tập trung Đặc điểm củaloại nước thải này là có hợp chất hữu cơ, nitơ và phốt pho vi sinh vật là tácnhân gây mùi thối, gây hiện tượng phú dưỡng cho các ao hồ, sông, giảm hàmlượng ôxy hòa tan trong nước gây ngạt cho động, thực vật dưới nước, làm ảnhhưởng tới sức khoẻ con người Chính vì vậy, việc nghiên cứu xử lý nhằmgiảm thiểu ô nhiễm môi trường từ các nguồn thải giàu chất hữu cơ luôn là vấn

đề cần được quan tâm Hiện nay, nhiều công trình nghiên cứu xử lý nước thảiloại hình này đã thu được kết quả khả quan có tính thực tiễn Tuy vậy, khi đặtvấn đề áp dụng một công nghệ xử lý môi trường hoàn hảo cho một đối tượng

cụ thể nào đó rất cần có một giai đoạn nghiên cứu nghiêm túc mối quan hệgiữa lý thuyết và thực tiễn nhằm giải quyết triệt để bài toán chi phí và lợi ích.Hướng nghiên cứu của bản luận văn này là lựa chọn phương án công nghệ,

mô hình hoá quy trình thiết bị xử lý môi trường nước thải cho một cơ sở côngnghiệp cụ thể

Ở Hải Phòng, Công ty TNHH Hải Long là một đơn vị hoạt động sản xuấtkinh doanh trong ngành chế biến nông, lâm, thuỷ sản Sản phẩm của Công tyrất đa dạng như bia hơi, agar, với sản lượng khoảng 15.000 lít bia hơi, 4 tấnagar thành phẩm trên một tháng Chất thải của Công ty chủ yếu là chất thảirắn hữu cơ; Nước thải chứa nhiều chất hữu cơ và chất dinh dưỡng hoà tancũng như một lượng lớn chất rắn lơ lửng, chất mang mầu với độ pH thayđổi, Công ty hiện không có hệ thống thu tách và xử lý nước thải Việc

nghiên cứu thiết kế một hệ thống công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điềukiện hạ tầng và nguồn tài chính của Công ty là cần thiết

Với mục đích trên luận văn giải quyết vấn đề “Nghiên cứu công nghệ và

mô hình hoá quá trình xử lý nước thải Công ty TNHH Hải Long” tập trung vào phương pháp hoá lý và hoá sinh kết hợp làm đề tài nghiên cứu của

Luận văn này

Đề tài được thực hiện với các nội dung sau:

Liệt kê đánh giá sơ bộ bức tranh công nghệ xử lý môi trường hiện nay.Khảo sát công nghệ sản xuất, các nguồn thải và mức độ gây ô nhiễm củaCông ty TNHH Hải Long

Xây dựng phương pháp nghiên cứu và hướng công nghệ xử lý

Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải cấp 1 bằng phương pháp đông keo tụ,dựa trên sự biến thiên của thông số COD

Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải cấp 2 bằng phương pháp hoá sinh,dựa trên sự biến thiên của thông số COD

Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý

Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng:

Phương pháp kế thừa: Một phần của Luận văn này được kế thừa từ nhữngkết quả đã có để xây dựng nghiên cứu mới phù hợp

Phương pháp tổng hợp và phân tích thống kê: Dựa trên các số liệu đã có vàkhảo sát thực địa

Phương pháp mô hình thống kê: Nghiên cứu xử lý trong phòng thí nghiệmtrên các thiết bị

Phương pháp mô hình vật lý: dựa trên lý thuyết nhóm và các kết quảnghiên cứu trên mô hình.

Sự thành công của đề tài sẽ đóng góp thêm cơ sở khoa học cho lĩnh vực xử

lý môi trường nói chung và đặc biệt là áp dụng cho loại nước thải giàu chấthữu cơ Ngoài ra sự thành công đó còn khẳng định thêm khả năng ứng dụngcủa phương pháp hoá lý - hoá sinh kết hợp trong xử lý môi trường Về mặtthực tiễn sự thành công của đề tài còn đề xuất cho Công ty TNHH Hải Longmột phương án công nghệ xử lý nước thải cụ thể, chi tiết nhiều tính ưu việt,giúp cho Công ty giải quyết được vấn đề ô nhiễm của mình trong điều kiệnkinh phí cho phép

Chương I - TỔNG QUAN I.1 - Ngành chế biến nông lâm thuỷ sản và những vấn đề về môi trường

I.1.1- Sự phát triển của ngành chế biến nông, lâm, thuỷ sản ở nước ta

Trong thời kỳ quá độ tiến lên Chủ nghĩa xã hội, nước ta tập trung phát triểntheo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước trên nền tảng vững chắccủa kinh tế nông nghiệp hiện đại Việc xây dựng một nền nông nghiệp hiệnđại phải dựa vào sự hỗ trợ của các ngành công nghiệp trong đó có ngành côngnghiệp chế biến

Công nghiệp chế biến nông, lâm, thuỷ sản (sau đây viết tắt là NLTS), pháttriển mạnh theo hướng đầu tư công nghệ hiện đại, sản xuất ra các sản phẩm

đủ khả năng cạnh tranh trên thị trường trong nước và nước ngoài; chú trọngcác mặt hàng chế biến như thuỷ sản, lương thực, ca phê, thịt, sữa, đường mật,nước giải khát, dầu thực vật, nước hoa quả, bột giấy, Ngành công nghiệpchế biến NLTS là động lực thúc đẩy ngành nông, lâm, ngư, nghiệp lạc hậucủa nước ta phát triển theo hướng hàng hoá với các vùng chuyên canh, thâmcanh hiệu quả Ngoài ra ngành này còn đóng vai trò phát huy nội lực, manglại nguồn ngoại tệ mạnh nhờ các mặt hàng xuất khẩu đa dạng Xuất khẩunông, lâm, thuỷ sản năm 2000 đạt 4,3 tỷ USD, gấp hơn 1,7 lần năm 1995,bình quân hàng năm chiếm khoảng 30% kim ngạch xuất khẩu cả nước; đã tạođược 3 mặt hàng xuất khẩu chủ lực là gạo (đứng thứ 2 thế giới), cà phê (đứngthứ 3) và thuỷ sản (chiếm 34% trị giá kim ngạch xuất khẩu toàn ngành)

Với vai trò to lớn như vậy, nghành công nghiệp chế biến NLTS cần đượcquan tâm phát triển đúng theo vị trí của nó Chúng ta cần quan tâm nghiên

cứu nâng cấp công nghệ, phát triển sản phẩm để ngành công nghiệp này xứngđáng trở thành một trong những ngành công nghiệp nền tảng.

I.1.2- Những vấn đề môi trường gặp phải

Bên cạnh những mặt tích cực to lớn, ngành công nghiệp Chế biến NLTScũng để lại cho môi trường nhiều loại chất thải ở các thể rắn, lỏng, khí

Khí thải

Ô nhiễm khí thải xuất phát từ hệ thống nồi hơi chủ yếu là bụi, CO, SO2,

NO2; thải lượng tỉ lệ thuận với lượng nhiên liệu tiêu thụ Thông thường lượngnhiên liệu tiêu thụ trên một tấn sản phẩm không lớn vì vậy thải lượng ô nhiễmkhông khí của ngành là thấp Chỉ cần có biện pháp xử lý đơn giản như sửdụng xiclon ướt là có thể xử lý đạt tiêu chuẩn thải

Nước thải

Các chất ô nhiễm theo nước thải chủ yếu là cặn lơ lửng, hợp chất hữu cơhoà tan hoặc tồn tại dạng keo, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, mầu sắc, dầu mỡvới nồng độ cao (COD từ 1500-2000) Nguồn phát thải đa dạng, xuất hiện hầuhết tại các công đoạn sản xuất Vì vậy, thải lượng ô nhiễm trong nước thải rấtcao, khi thải ra môi trường gây nhiều ảnh hưởng đến thuỷ vực tiếp nhận nhưgây tắc nghẽn dòng chảy, phì dưỡng, huỷ hoại hệ sinh thái dưới nước Do đócần phải có các nghiên cứu xử lý phù hợp cho từng đối tượng cụ thể

Chất thải rắn

Chất thải rắn có thành phần chủ yếu là rác thải hữu cơ như phế liệu, chấtcặn bã, các loại vỏ hộp cartôn ngoài ra còn các loại vỏ hộp bằng kim loại, xỉthan,… Nhìn chung đây là các loại chất thải không có nhiều nguy cơ ảnh

hưởng đến môi trường, có thể xử lý đơn giản như tái sử dụng, làm thức ăn giasúc, phân bón hữu cơ, chôn lấp,…

Tóm lại, nguồn thải của ngành công nghiệp này là đáng chú ý nhất là nướcthải với tải lượng chất ô nhiễm cao, nguy cơ ô nhiễm tiềm ẩn lớn, cần đượcnghiên cứu xử lý một cách triệt để tạo điều kiện cho ngành phát triển sạch,phát triển bền vững, muốn vậy cần có sự hiểu biết sâu sắc về các công nghệ

xử lý môi trường

I.2- Tổng quan về các công nghệ xử lý nước thải

Hiện nay, trên thế giới có nhiều công nghệ xử lý nước thải và đặc biệt lànước thải công nghiệp đã được nghiên cứu thành công và không ngừng đượchoàn thiện Nguyên tắc chung của các công nghệ này được chia thành các loại

cơ bản sau:

I.2.1- Xử lý nước thải bằng phương pháp thuỷ lực

Trong phương pháp này, các lực vật lý như trọng trường, ly tâm, được ápdụng để tách các chất không hoà tan ra khỏi nước thải Phương pháp xử lý lýhọc thường đơn giản, rẻ tiền và có hiệu quả cao khi xử lý chất lơ lửng Cáccông trình xử lý thuỷ lực được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải là: (1)song lưới chắn rác; (2) thiết bị nghiền rác; (3) bể điều hoà; (4) khuấy trộn; (5)lắng; (6) lắng cao tốc; (7) tuyển nổi; (8) lọc Việc ứng dụng các công trình cơhọc trong xử lý nước thải được tóm tắt trong bảng I.1

Bảng I 1: Các phương pháp xử lý nước thải bằng thuỷ lực

1 Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng

2 Bể điều hoà Điều hoà lưu lượng và tải trọng BOD và SS

3 Khuấy trộn Khuấy trộn hoá chất và chất khí với nước thải và

giữ cặn ở trạng thái lơ lửng

4 Tạo bông Giúp cho việc tập hợp của các cặn nhỏ thành các

hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọnglực

5 Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn

6 Tuyển nổi Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ

trọng xấp xỉ tỷ trọng của nước hoặc sử dụng để nénbùn sinh học

7 Lọc Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học

hoặc hoá học

8 Màng lọc Tương tự như quá trình lọc, tách tảo từ nước thải

sau hồ ổn định

9 Vận chuyển khí Bổ sung và tách khí

10 Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ từ nước thải

I.2.2- Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học - hoá lý

Phương pháp hoá học sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý nước thải.Các thiết bị xử lý hoá học thường kết hợp với các thiết bị xử lý thuỷ lực Mặc

dù có hiệu quả cao nhưng phương pháp xử lý hoá học thường đắt tiền và đặcbiệt có thể tạo thành các sản phẩm phụ độc hại, khó kiểm soát Việc ứng dụngcác phương pháp xử lý hoá học được tóm tắt trong bảng I.2

Bảng I 2: Các phương pháp xử lý nước thải bằng hoá học

1 Kết tủa Tách phospho và nâng cao hiệu quả của việc

tách cặn lơ lửng ở bể lắng bậc 1

2 Keo tụ Tách các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, phospho,…

3 Hấp phụ Tách các chất hoà tan, các chất hữu cơ khó tách

bằng các phương pháp thông thường

4 Khử trùng bằng các

chất ô xi hoá mạnh

diệt các vi sinh vật gây bệnh

5 Tạo bông Giúp cho việc tập hợp của các cặn nhỏ thành các

hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọnglực

6 Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn

7 Tuyển nổi Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ

trọng xấp xỉ tỷ trọng của nước hoặc sử dụng đểnén bùn sinh học

I.2.3- Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp xử lý sinh học là phương pháp ứng dụng các quá trình tựnhiên để xử lý chất thải, do đó đã khắc phục được những nhược điểm của cácphương pháp khác như không sử dụng hoá chất trong quá trình xử lý, khôngtạo sản phẩm phụ độc hại, tiêu tốn ít năng lượng, có khả năng tận dụng cácsản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khímetan) Tuy nhiên phương pháp sinh học chỉ đạt hiệu quả cao khi chất thải cóhàm lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học cao, có tỉ lệBOD5/COD  0,5 và chất thải phải không chứa chất độc đối với vi sinh vật

Mục đích của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là để xử lý cácchất hữu cơ hoà tan trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S,sunfit, amoniac, nitơ, phốt pho, dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật Visinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinhtrưởng và phát triển Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ sinh họcthường là các chất khí (CO2, N2, CH4, H2S), các chất vô cơ (NH4+, PO43-) và tếbào mới.

Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình ôxi hoásinh hoá Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hoà tan, cả chất keo vàcác chất phân tán nhỏ trong nước thải phải di chuyển vào bên trong tế bào visinh vật theo ba giai đoạn chính sau đây:

Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật

Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độbên trong và bên ngoài tế bào

Chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổnghợp tế bào mới

Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân chia thành 2loại:

- Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điềukiện không có ôxi có 2 dạng cơ bản là sử dụng dòng chảy ngang và sửdụng dòng chảy ngược từ dưới lên

- Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trongđiều kiện cung cấp ôxi liên tục cưỡng bức hoặc thông gió tự nhiên

Bảng I 3: Các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học

2 Bể lọc sinh học Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật kỵ và

hiếu khí nhờ vật liệu mang vi sinh vật

3 Bể phân huỷ kỵ khí

dòng ngược – UASB

Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ VSV kỵ khí vớidòng nước vào chảy ngược từ dưới lên

4 Hồ sinh học Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ VSV tự nhiên

5 Mương kỵ khí Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ VSV tự nhiên

I.2.4- Xử lý nước thải bằng phương pháp điện hoá

Phương pháp xử lý môi trường bằng điện hoá là sử dụng quá trình điệnphân để xử lý nước thải Đó là phương pháp sử dụng phản ứng điện cực nhưtách kim loại, hoà tan kim loại, ôxi hoá các chất có trong nước thải bằng dòngđiện, Mỗi đối tượng nước thải cần có phương pháp xử lý riêng biệt, cácphương pháp đó được tổng hợp trong bảng I.4:

Bảng I 4: Các phương pháp xử lý nước thải bằng điện hoá

1 Tách thu hồi kim loại Xử lý nước thải có hoà tan các kim loại quý,

kim loại nặng độc hại

2 Điện keo tụ với điện

cực anot hoà tan

Xử lý nước thải có nhiều chất lơ lửng phân tándạng keo, và các chất hữu cơ hoà tan

3 Điện tuyển nổi bằng

thoát ly khí ở điện cực

Xử lý nước thải có nhiều chất lơ lửng khó keo

tụ bằng các phương pháp khác

4 Ôxy hoá điện hoá Xử lý nước thải có chất hữu cơ hoà tan và các

hợp chất mang mầu có nguồn gốc hữu cơ

I.2- Các công nghệ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ.

Nước thải giàu chất hữu cơ đồng thời cũng chứa nhiều các chất ô nhiễmkhác như các dạng tồn tại của nitrơ, phốt pho, S2-, kim loại nặng, chất rắn lơlửng và chất mang mầu Việc xử lý ô nhiễm thông thường tập trung theo cáchướng sau:

I.2.1- Hướng áp dụng phương pháp hoá lý - lắng đông keo tụ

Khi áp dụng hoá lý vào xử lý môi trường nước thải giàu chất hữu cơ chủyếu vào mục đích loại bỏ chất rắt lơ lửng đồng thời giảm chỉ số COD, BOD,chất dinh dưỡng và các chất khác có khả năng kết tủa được

Các thiết bị xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý phổ biến là:

- Các dạng bể lắng,

- Các dạng bể tuyển nổi,

Hiệu suất của các công trình xử lý bằng phương pháp hoá lý thường đạt 80

- 95% chất rắn lơ lửng, 50 –55 % COD, 20-30% BOD,

Với các nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao thường nước ra sau quá trìnhhoá lý không được xử lý triệt để Nên phương pháp hoá lý chỉ dùng trongcông đoạn xử lý cấp 1.

Bản chất của phương pháp hoá lý trong xử lý nước thải chính là đưa dạngtồn tại bền của chất ô nhiễm trong nước về dạng không bền từ đó dễ dàng loại

bỏ, thông thường chúng tồn tại ở dạng lơ lửng hoặc hoà tan

I.2.1.1- Sự tồn tại của hệ keo

Các chất rắn trong nước tồn tại ở dạng huyền phù và dạng keo Đối vớidạng huyền phù khi thay đổi chế độ thuỷ lực của dòng thải như sử dụng cácdạng bể lắng trọng lực với kỹ thuật giảm đột ngột vận tốc dòng, đổi hướngdòng, sử dụng vách ngăn là có thể loại bỏ Còn chất rắn tồn tại dạng keo lạitồn tại rất bền với các kỹ thuật trên không thể xử lý được

Cấu trúc của các hạt keo rất phức tạp gồm nhiều lớp điện tích bao quanh vàmột hạt nhân keo tích điện, cấu trúc này gọi là hạt mixen

Hình I 1: Cấu trúc của hạt mixen âm

Nhân

dung dịch

bề mặt trượt

Kích thước của hạt mixen rất lớn và có bề mặt tích điện với điện thế  vìvậy các hạt mixen cùng dấu luôn luôn đẩy lẫn nhau tạo thành trạng thái bềncủa dung dịch Thế  càng lớn thì hệ keo càng bền.

Đối với hạt keo có nhân là chất hữu tự nhiên cơ thường là keo âm do trongcông thức phân tử có chứa nhiều nhóm -OH, -CHO, -COOH

I.2.1.2- Quá trình đông keo tụ

Quá trình lắng đông keo tụ chính là quá trình giảm thế  dựa vào sự hoạtđộng của các chất đông tụ, đó là các chất khi tan trong nước có khả năng thuỷphân tạo kết tủa hiđroxit hình thành các hạt keo dương, các hạt keo dương nàytương tác tĩnh điện với các hạt keo âm có sẵn trong nước thải, phá trạng tháibền của hệ tạo thành các hạt có kích thước, trọng lượng lớn hơn và dễ dànglắng xuống Để tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian làm việc của hệ thốnglắng người ta bổ sung thêm chất trợ lắng có cấu trúc là các cao phân tử vớicác nhóm chức khác nhau

Chất keo tụ thông thường là muối của nhôm và sắt hoặc các dạng tồn tạikhác của chúng Hoạt động của các chất keo tụ này theo nguyên tắc sau:

Khi cho chất đông tụ vào nước chúng phân ly thành các ion dương có hoátrị lớn +3, +2 các ion này một mặt hấp phụ lên bề mặt hạt keo làm giảm thế mặt khác chúng thuỷ phân tạo thành các hiđroxit không tan tích điện dươngMe(OH)nm+, các mầm hiđroxit này hấp phụ các ion tích điện trái dấu trongdung dịch tạo thành các hạt mixen dương theo cơ chế sau:

Ví dụ với Me3+:

Me3+ + H2O  Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + H2O  Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + H2O  Me(OH)3  + H+

Hình I 2: Cấu trúc hạt mixen dương

Thông thường chất đông tụ được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, sữa vôi,hoặc các dạng tồn tại khác của chúng Ngoài ra, người ta cũng có thể sử dụngcác loại bột ôxít kim loại khác cũng với mục đích tạo mầm hình thành hạt keodương như silíc ôxít Mỗi loại hoá chất dùng cho đông keo tụ hoạt động trongmột vùng pH tối ưu khác nhau

Với phèn nhôm khoảng pH thích hợp là 5,5 - 7,5 tại khoảng pH này lượngion nhôm tồn tại dạng Al(OH)3 đến 80-90% Hàm lượng phèn nhôm thưởngđược sử dụng trong khoảng 30 – 120 ppm tính cho hàm lượng muối nhômkhan tuỳ thuộc vào hàm lượng chất lơ lửng của từng loại chất thải

Với phèn sắt II khoảng pH ở 5 - 7,5, phèn sắt (III) khoảng pH ở 8 đến 10.I.2.1.3- Chất trợ đông tụ:

Các chất này khi cho vào nước làm tăng nhanh khả năng liên kết giữa cáchạt bông tạo thành các mảng bông to hơn đủ khả năng lắng và hấp phụ cácchất khác trong nước Trên thị trường các chất trợ đông tụ phổ biến là các loạisantangum, polyacryamid - PAA, polyacryamid biến tính - ACCOFLOCv.v… Có thể chia các chất này thành 3 loại theo nhóm phân ly là loại cation,anion, nonion

(Me(OH)nm+)x

dung dịch

Các chất đông keo tụ sử dụng trong đông keo tụ nước thải thường được sửdụng với hàm lượng từ 1-15ppm tuỳ theo từng loại nước thải.

I.2.2- Hướng áp dụng sinh học

Mục đích của việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học là nhằm loại bỏchất hữu cơ đặc biệt là chất hữu cơ hoà tan cũng như các dạng tồn tại củanitrơ và phốt pho Nguyên tắc làm việc của phương pháp này là lợi dụng quátrình sinh trưởng của vi sinh vật trong nước sẽ sử dụng chất hữu cơ và cácchất dinh dưỡng khác làm thức ăn và tách chất ô nhiễm ra khỏi nước thải dướidạng bùn sinh học (xác vi sinh vật)

Hiệu suất xử lý của phương pháp sinh học thường đạt 80 – 85% COD, 90 –95% BOD, 15 – 50% nitrơ, Vì vậy, quá trình sinh học được áp dụng để xử

lý thứ cấp, xử lý triệt để ô nhiễm nước thải

Tuy nhiên, phương pháp sinh học đã bộc lộ một số nhược điểm như:

- Không xử lý được các hợp chất mang mầu trong nước thải

- Thời gian xử lý kéo dài nên đòi hỏi phải có diện tích lớn

- Tiêu tốn nhiều năng lượng vì phải thường xuyên đảm bảo ổn định điềukiện làm việc của vi sinh vật như cung cấp đủ ôxi, ổn định nhiệt độ, độ pH,chế độ thuỷ lực

Phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học quan trọng nhất là quá trìnhhình thành và phát triển của vi sinh vật (VSV)

Thông thường VSV ở hàm lượng cao có tính co cụm thành các dạng tậphợp, tồn tại lơ lửng trong nước hoặc bám trên bề mặt của vật liệu mang (còngọi là vật liệu đệm) Ở dạng tồn tại lơ lửng thường được sử dụng trong kỹthuật bể sục khí aerotank, bể kị khí dòng ngược UASB sử dụng bùn hoạt tính

Ở dạng bám trên vật liệu đệm thường được sử dụng trong kỹ thuật lọc sinh

học nhỏ giọt hoặc lọc sinh học với vật liệu đệm ngập trong nước (còn gọi lălọc sinh học cao tải) Tập hợp VSV lơ lửng thường không bền vă có tuổi thọngắn, hình thănh, tan rồi lại hình thănh tập hợp mới rất nhanh không có tínhchất đặc trưng Ngược lại với tập hợp VSV trín bề mặt vật liệu đệm có quâtrình hình thănh vă phât triển rất phức tạp vă có tuổi thọ lớn hơn.

Kỹ thuật sử dụng vật liệu mang để tạo măng VSV thường lă đi kỉm thôngkhí tự nhiín hoặc cưỡng bức Ban đầu hình thănh câc câ thể VSV đơn lẻ tạicâc vùng lõm của bề mặt đệm tại đđy ảnh hưởng của dòng lỏng vă dòng khírất ít tạo điều kiện cho VSV hiếu khí phât triển sinh khối Lớp sinh khối banđầu năy phât triển ngăy căng mạnh nhờ chất dinh dưỡng có trong nước thải vẵxi của không khí (đđy lă quâ trình tiếp xúc 3 pha rắn- lỏng- khí) Khối VSVtrong quâ trình phât triển sinh ra lớp măng nhầy bao bọc Lớp măng năy cóvai trò chống lại tâc động của dòng chảy vì vậy chúng có tâc dụng bảo vệ rấttốt, ngoăi ra lớp măng nhầy năy còn có tâc dụng hấp phụ câc chất dinh dưỡng

vă ôxi nuôi VSV Nhờ được bảo vệ chắc chắn tập hợp VSV năy phât triểnngăy căng mạnh vă lan rộng khắp bề mặt đệm gọi lă măng sinh học

Khi lớp măng phât triển đầy đủ nó sẽ có một cấu trúc hoăn chỉnh đi từngoăi văo gồm: lớp măng nhầy, lớp VSV hiếu khí, lớp VSV kị khí (do ôxikhông thể khuếch tân sđu văo trong) (xem hình I.3)

Lớp sinh học Màng chất lỏng môi trường

Hình I 3: Cấu trúc của màng sinh học khi phát triển đầy đủ

Khi màng sinh học phát triển đầy đủ, quá trình phân huỷ ở vùng kỵ khí xảy

ra mạnh làm giảm khả năng bám dính của màng lên bề mặt vật liệu mang.Quá trình này kéo dài sẽ làm bong màng khỏi vật liệu và chu kỳ hình thànhlớp màng mới lại bắt đầu

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của màng:

- Độ pH của môi trường có ảnh hưởng lớn đến quá trình ức chế hay kíchthích sự phát triển của màng sinh học Độ pH ảnh hưởng quyết định đến năngsuất làm việc của màng thậm chí còn làm thay đổi chủng loại VSV tạo mànghoặc huỷ hoại màng

- Cấu trúc, bản chất của vật liệu được sử dụng làm đệm có ảnh hưởng lớnđến quá trình hình thành và phát triển của màng

Sự bám dính của màng sinh học lên vật liệu đệm chủ yếu nhờ lực liên kếttĩnh điện giữa các nhóm phân cực của thành tế bào VSV và các nhóm phân

cực hoặc ion của bề mặt vật liệu hoặc lỗ mao quản tự nhiên, bên cạnh đó còn

có lực Van-dec-van, trọng lực, tính thấm ướt trong dung môi nước của vậtliệu Thông thường độ rỗng xốp, độ nhám, độ phân cực của vật liệu có ảnhhưởng quyết định đến thời gian hình thành, độ dầy, độ rộng và tuổi thọ củamàng

Ngoài ra các yếu tố khác cũng tác động đến quá trình tạo màng như sứcmài mòn của dòng chảy, nhiệt độ, tỉ lệ dinh dưỡng (C, N, P), chế độ cấpdưỡng khí,

I.3- Công ty TNHH Hải Long và các vấn đề cần được giải quyết

Để phát triển công nghệ xử lý nước thải của ngành chế biến NLTS, luậnvăn đã lựa chọn nước thải của Công ty TNHH Hải long (gọi tắt là Công ty)làm đối tượng nghiên cứu Đây là một trong các công ty điển hình vể sản xuấtchế biến rong câu, sản xuất bia với quy mô khá lớn tại Hải Phòng Nước thảicủa Công ty được coi là đối tượng khó trong xử lý Dưới đây là một vài nét sơlược về hoạt động sản xuất và chất thải của Công ty

I.3.1- Các hoạt động sản xuất của Công ty

Công ty TNHH Hải Long hoạt động trong ngành sản xuất bia và chế biếnnông lâm thuỷ sản Nằm cạnh bờ sông Lạch Tray (hạ lưu của hệ thống sôngThái bình), địa chỉ của Công ty: 109 đường Trường Chinh, Kiến An, TP HảiPhòng Ngày đầu khởi nghiệp, Công ty sản xuất bia hơi và các loại bánh từbột gạo, từ năm 2001 Công ty bắt đầu sản xuất agar từ nguyên liệu rong câuchỉ vàng và rong sụn

Hiện nay, công ty có xưởng sản xuất agar, xưởng sản xuất bia, xưởng sảnxuất thử nghiệm thạch rong câu, xưởng sản xuất bánh rế Vì vậy, sản phẩmcủa Công ty khá phong phú

Bảng I 5: Các sản phẩm của công ty TNHH Hải Long

1- Xưởng sản xuất agar

Công suất: trung bình 50 tấn/năm

Công nghệ: thuỷ phân bằng axit citric

Hình I 4: Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất agar

pH  10TSS, chất hữu cơ

pH  6 Chất hữu cơ

2- Xưởng xản suất bia

Công suất: 180.000 lit/năm

Hình I 5: Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất bia hơi

Nấu - đường hoá

Từ hai sơ đồ côngnghệ cho thấy nguyênliệu chính của Công ty làrong câu, nước, malt đạimạch, hoa hublong, gạo,đường, nấm men,…ngoài ra, còn sử dụngcác hoá chất như xút,axít citric, javen

Hình I 6: Sơ đồ dòng công đoạn rửa chai

Bảng I 6: Nguyên liệu và hoá chất sử dụng của Công ty TNHH Hải Long

I.3.2- Các vấn đề về chất thải của Công ty

Các nguyên phụ liệu đi vào sản phẩm phần còn lại tồn tại ở dạng chất thảirắn và chất hoà tan cùng với hoá chất dư vào nước thải

I.3.2.1- Chất thải rắn

Chất thải rắn hàng tháng của Công ty bao gồm khoảng 20.000 kg bã rongcâu, 1.000 kg bã bia, bã hoa bia và một lượng lớn xỉ than Lượng chất thải rắnnày được Công ty thuê Công ty Môi trường đô thị Hải Phòng thu gom, vậnchuyển và xử lý chôn lấp tại bãi rác tập trung của Thành phố Hải Phòng.I.3.2.2- Nước thải

Nước thải của Công ty phát sinh từ hai nguồn với các đặc tính khác nhau:

- Nước thải từ xưởng sản xuất bia hơi: đây là nguồn nước thải chứa nhiềuchất hữu cơ với thành phần chính là tinh bột đã nấu chín, đường gluco, chấtđạm hữu cơ, phốt pho hữu cơ và một lượng lớn vi khuẩn, nấm men Nước thảinày thuộc loại dễ phân huỷ ngoài ra trong nước thải còn chứa một lượng lớnchất rắn lơ lửng có nguồn gốc hữu cơ như bã bia, bột nguyên liệu,… Tuynhiên với sản lượng bia thấp lượng nước thải sinh ra cũng không nhiều nướctính trong ngày sản xuất cao điểm lượng nước thải khoảng 30 – 40m3/ngày

- Nước thải từ xưởng sản xuất agar: đây là nguồn nước thải chứa nhiềuchất hữu cơ hoà tan có thành phần chính là tinh bột, sắc tố của rong câu (cómầu xanh đen), đạm hữu cơ, phốt pho hữu cơ, chất rắn lơ lửng có nguồn gốcchất hữu cơ như bã rong câu và chất vô cơ như bùn đất, phù sa lẫn trongnguyên liệu Ngoài ra, trong nước thải còn có một lượng lớn xút dư từ côngđoạn tẩy trắng nguyên liệu Xưởng sản xuất này mang lại nguồn lợi chính choCông ty với sản lượng vào khoảng 4 tấn/tháng nên lượng nước thải sinh ravào loại lớn đạt 700m3/ngày

Cả hai loại nước thải này được chảy chung vào một hệ thống cống trướckhi thải ra môi trường

Bảng I 7: Kết quả phân tích mẫu nước thải của công ty TNHH Hải Long

(mg/l)

COD(mg/l)

TSS(mg/l)

N.T(mg/l)

Phc(mg/l)

P.T(mg/l)

ty gây ô nhiễm nghiêm trọng và cần được xử lý đảm bảo đạt dưới tiêu chuẩncho phép trước khi thải ra môi trường

Đề tài luận văn là xử lý nước thải của Công ty và tập trung vào giải quyếtcác vấn đề sau:

- Xử lý triệt để các chất ô nhiễm hữu cơ, chất dinh dưỡng N, P, K ở nồng độcao

- Tiết kiệm diện tích, chi phí đầu tư xây dựng, chi phí vận hành hệ thống

- Đơn giản hoá quá trình vận hành hệ thống

Chương II: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM II.1- Phương pháp xác định các chỉ số của nước thải

Trong quá trình làm thí nghiệm các chỉ số pH, DO, COD, BOD5 được tiếnhành kiểm soát Các thông số chất lượng nước thải đưa vào xử lý và nước đã

xử lý cuối cùng được phân tích tại phòng thí nghiệm của Viện Tài nguyên vàMôi trường biển Vì vậy, sau đây chỉ trình bầy phương pháp đo nhanh cácthông số pH, DO, và phương pháp phân tích COD, BOD5

II.1.1- Phương pháp đo pH

pH được xác định bằng phương pháp điện cực chọn lọc với thiết bị đonhanh hiện số EC10 (USA) và điện cực thuỷ tinh (USA) Được hiệu chuẩnvới dung dịch đệm pH có các giá trị pH=7 và pH=10

II.1.2- Phương pháp đo DO

Chỉ số DO được xác định bằng phương pháp điện cực chọn lọc với máy đo

độ ôxi hoà tan YSI 52 (USA) Phương pháp này được hiệu chỉnh thườngxuyên mỗi lần đo bằng không khí ẩm

II.1.3- Phương pháp xác định COD

Phương pháp xác định COD được sử dụng là phương pháp so mầu với máytrắc quang DR/4000 (USA)

Nguyên tắc của phương pháp:

- Sử dụng tác nhân ôxi hoá là dikalicromat với xúc tác là bạc sunfat trongmôi trường axit mạnh và đun hồi lưu kín ở nhiệt độ 1500C liên tục 2 giờ Ion

Cr3+ sinh ra sau quá trình ôxi hoá được đo bằng máy trắc quang ở bước sóng

600 nm Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của phương pháp là sự có mặt

của ion Cl-, NO3- Các chất này bị loại bỏ khả năng ảnh hưởng bằng thuỷ ngân(II) sunfat và axit sunfamic dạng tinh thể tinh khiết.

Dụng cụ và hoá chất:

- Máy trắc quang DR/4000,

- Lò phá huỷ mẫu COD đạt nhiệt độ 1500C,

- Ống thuỷ tinh Bore có nắp TFP, kích thước  = 16 mm, H = 100 mm,

- Hoá chất : K2Cr2O7 , Ag2SO4, H2SO4, Hg2SO4 , axit sunfamic và kalihydrophtalat, nước cất 2 lần

o Dung dịch K2Cr2O7 0,5N hoạt hoá bằng 120ml H2SO4 đặc/1000ml,

o Axit H2SO4 đặc có hoà tan 20g Ag2SO4/1000ml

o Dung dịch sunfamic 20%

Cách tiến hành:

- Dựng đường chuẩn: chuẩn bị dãy chuẩn bằng dung dịch gốc muối kalihidrophtalat có nồng độ chính xác được pha như sau: sấy muối kalihidrophtalat tinh khiết ở nhiệt độ 1230C đến khối lượng không đổi sau đó cânchính xác 430mg và pha loãng đến 500ml, được dung dịch gốc tương ứng vớiCOD bằng 1000mgO2/lít để lạnh dùng được 3 tháng Dãy chuẩn được phatheo thứ tự từ trái sang phải và lượng các chất như bảng II.1 với ống thuỷ tinhBore đã rửa sạch và sấy khô:

Bảng II 1: Pha dãy chuẩn phân tích COD

Stt H2SO4 tinh

thể

(mg)

K2Cr2O7.0,5N(ml)

Dungdịch chuẩn(ml)

H2SO4 đặc có

Ag2SO4.(ml)

COD đượcpha(mgO2/l)

- Phân tích mẫu: Mẫu được pha loãng (nếu cần thiết) để đưa về trongkhoảng 0 – 1000 mg/l Thao tác tương tự như khi dựng đường chuẩn Khi đobằng máy DR/4000 có nhớ sẵn đường chuẩn vừa dựng, chỉ cần gọi lại chươngtrình đã cài đặt và đo độ hấp thụ quang, số hiển thị là mgO2/l

Độ chính xác của phương pháp: theo tài liệu Standard method –USA thì độchính xác của phương pháp này đạt 93 – 95 %

II.1.4- Phương pháp xác định BOD 5

BOD là lượng ôxi đã tiêu hao do các hoạt động ôxi hoá các chất hữu cơ bởi

vi sinh vật

Nguyên tắc phương pháp:

Xác định BOD là xác định sự sai khác DO của mẫu song song: mẫu thứnhất trước khi có sự hoạt động của vi sinh vật và mẫu thứ hai sau khi có sựhoạt động của vi sinh vật Thường quy ước xác định ủ 5 ngày ở nhiệt độ 200Ctrong phòng tối (tránh quang hợp), kí hiệu là BOD5.

Dụng cụ hoá chất:

- Tủ ủ ấm BOD – HACH (USA),

- Máy đo độ ô xi hoà tan YSI 52 (USA),

- Máy sục khí bão hoà ôxi,

- Chai chuyên dùng cho mẫu BOD 250ml có cổ, nút nhám,

- Nước cất 2 lần,

- Dung dịch đệm phốt phát: cân 8,5g KH2PO4, 21,75gK2HPO4, 33,4g

Na2HPO4 7H2O và 1,7g NH4Cl pha thành 1 lít dd với nước cất,

- Dung dịch MgSO4: 22,5 g MgSO4 7H2O pha thành 1 lít dd với nước cất,

- Dung dịch CaCl2: 27,1 g CaCl2 khan pha thành 1 lít dd với nước cất,

- Dung dịch FeCl3: 0,25g FeCl3 6H2O pha thành 1 lít dd với nước cất,

- Dung dịch HCl 1N, NaOH 1N,

- Dung dịch Na2SO3 0,025N,

- Dung dịch nước cấy mầm vi khuẩn (từ nước thải sinh hoạt),

Cách tiến hành:

Chuẩn bị dung dịch pha loãng:

- Nước cất bão hoà ôxi: sử dụng nước cất 2 lần và sục khí kết hợp lắc liêntục trong 30 giờ ở 200C