NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG THỦY LỰC ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ CAFE BẰNG CÔNG NGHỆ UASB

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do lựa chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nội dung nghiên cứu. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3 1.1. Sơ lược về ngành công nghiệp chế biến cà phê ở Việt Nam. 3 1.2. Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến cà phê ở Sơn La. 4 1.2.1. Tình hình phát triển cà phê ở Sơn La. 4 1.2.2. Tình hình sơ chế cà phê tại Sơn La. 5 1.3. Công nghệ sơ chế cà phê 5 1.4. Ô nhiễm do nước thải sơ chế cà phê tại Sơn La. 7 1.5. Thành phần, tính chất nước thải sơ chế cà phê. 8 1.6. Phương pháp xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB). 9 1.6.1. Nguyên lý hoạt động. 9 1.6.2. Ưu nhược điểm của hệ thống UASB 1. 9 1.7. Tải trọng thủy lực. 10 1.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng thủy lực của bể UASB. 11 1.8.1. Thời gian lưu nước trong hệ thống (HRT). 11 1.8.2. Vận tốc nước dâng trong bể. 11 1.8.3. Thể tích của hệ thống xử lý. 11 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1. Đối tượng 12 2.1. Các phương pháp nghiên cứu. 13 2.1.1. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm. 13 2.1.2. Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu. 14 2.1.3. Phương pháp so sánh và đánh giá kết quả. 14 2.2. Nội dung nghiên cứu. 14 2.2.1. Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê. 14 2.2.2. Tải trọng thủy lực ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý bằng công nghệ UASB. 14 2.2.3. Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống UASB khi có sự thay đổi của tải trọng thủy lực. 15 2.3. Phạm vi nghiên cứu. 16 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17 3.1. Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê. 17 3.2. Sự ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến hiệu quả xử lý của UASB. 18 3.2.1. Tải trọng thủy lực 0.0354 m3m2.h 18 3.2.2. Tải trọng thủy lực 0.0425 m3m2.h 23 3.2.3. Tải trọng thủy lực 0.0531 m3m2.h 29 3.3. Thảo luận kết quả. 33 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC  

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

LÊ THỊ PHƯƠNG THẢO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG THỦY LỰC ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ

CAFE BẰNG CÔNG NGHỆ UASB

HÀ NỘI, 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

LÊ THỊ PHƯƠNG THẢO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG THỦY LỰC ĐẾN QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ

CAFE BẰNG CÔNG NGHỆ UASB

Ngành : Công nghệ kỹ thuật môi trường

Mã ngành : 52510406

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thu Huyền

TS Nguyễn Văn Nam

HÀ NỘI, 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết rằng tất cả quá trình làm đồ án đều theo hướng dẫn của T.SNguyễn Thu Huyền và T.S Nguyễn Văn Nam – giảng viên Khoa Môi trường, trườngĐại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Mọi kết quả trong đồ án đều trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn ViệtNam Các kết quả thực hiện được chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nàokhác

Mọi sao chép trích dẫn đều có căn cứ tài liệu đầy đủ, không sao chép gian lận viphạm quy chế đào tạo, nếu vi phạm thì tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước hộiđồng và nhà trường

Hà Nội, tháng 05 năm 2017

Sinh viên

Lê Thị Phương Thảo

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thiện đồ án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn

và giúp đỡ quý báu của thầy cô và các bạn

Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô Khoa Môi trường đặc biệt làcác thầy cô trong Bộ môn Công nghệ môi trường – trường Đại học Tài nguyên và Môitrường Hà Nội đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ ích và cần thiết trong suốt quátrình học tập và nghiên cứu tại trường

Tôi xin cảm ơn T.S Nguyễn Thu Huyền và T.S Nguyễn Văn Nam – giảng viênTrường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, thầy cô đã hết lòng giúp đỡ, dạybảo, định hướng cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Tôi xin cảm ơn các thầy, cô quản lý Phòng thí nghiệm - Trường Đại học Tàinguyên và Môi trường Hà Nội đã hết sức tạo đều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trìnhphân tích, nghiên cứu nội dung của đồ án

Tôi cũng xin cảm ơn gia đình ông Quàng Văn Tính - người dân trồng cà phê tạibản Phiềng Tam, xã Chiềng Đen, Thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La, đã giúp đỡ trongquá trình lấy mẫu nước thải sơ chế cà phê tại địa bàn

Cuối cùng, tôi xin dành sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đãluôn quan tâm, chia sẻ và động viên, khích lệ giúp tôi vượt qua những khó khăn tronghọc tập cũng như trong cuộc sống, giúp tôi có được những kết quả như ngày hôm nay

Dù đã cố gắng hết sức thực hiện và hoàn thành đồ án Tuy nhiên, do kiến thức cònhạn hẹp, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được những ýkiến đóng góp, phê bình của quý thầy, cô

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 05 năm 2017

Sinh viên

Lê Thị Phương Thảo

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do lựa chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

1.1 Sơ lược về ngành công nghiệp chế biến cà phê ở Việt Nam 3

1.2 Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến cà phê ở Sơn La 4

1.2.1 Tình hình phát triển cà phê ở Sơn La 4

1.2.2 Tình hình sơ chế cà phê tại Sơn La 5

1.3 Công nghệ sơ chế cà phê 5

1.4 Ô nhiễm do nước thải sơ chế cà phê tại Sơn La 7

1.5 Thành phần, tính chất nước thải sơ chế cà phê 8

1.6 Phương pháp xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB) 9

1.6.1 Nguyên lý hoạt động 9

1.6.2 Ưu nhược điểm của hệ thống UASB [1] 9

1.7 Tải trọng thủy lực 10

1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng thủy lực của bể UASB 11

1.8.1 Thời gian lưu nước trong hệ thống (HRT) 11

1.8.2 Vận tốc nước dâng trong bể 11

1.8.3 Thể tích của hệ thống xử lý 11

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

2.1 Đối tượng 12

2.1 Các phương pháp nghiên cứu 13

2.1.1 Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 13

2.1.2 Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu 14

2.1.3 Phương pháp so sánh và đánh giá kết quả 14

2.2 Nội dung nghiên cứu 14

2.2.1 Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê 14

2.2.2 Tải trọng thủy lực ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý bằng công nghệ UASB 14

2.2.3 Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống UASB khi có sự thay đổi của tải trọng thủy lực 15 2.3 Phạm vi nghiên cứu 16

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17

3.1 Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê 17

3.2 Sự ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến hiệu quả xử lý của UASB 18

3.2.1 Tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h 18

3.2.2 Tải trọng thủy lực 0.0425 m3/m2.h 23

3.2.3 Tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 29

3.3 Thảo luận kết quả 33

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Denamd Nhu cầu oxy hoá sinh học

COD Chemical Oxygen Denamd Nhu cầu oxy hoá hoá học

HRT Hydraulic Retention time Thời gian lưu nước

MLSS Mixed liquor Suspended Soild Nồng độ sinh khối lơ lửng

OLR Organic loading Rate Tải trọng hữu cơ

UASB Upfow Anaerobic Slugde Blanket Thiết bị xử lý kỵ khí với dòng chảy

ngược qua lớp bùn hoạt tính

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cây cà phê ở Việt Nam 3

Hình 1.2: Quy trình sơ chế cà phê bằng phương pháp ướt 6

Hình 1.3: Mô hình bể UASB 9

Hình 2.1: Nước thải ở cơ sở sơ chế cà phê 12

Hình 2.2: Nước thải bảo quản ở nhiệt độ phòng 12

Hình 2.3: Mô hình hệ thống UASB 13

Hình 3.1: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của COD với tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h 19

Hình 3.2: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của BOD5 với tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h 20

Hình 3.3: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của SS với tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h 22

Hình 3.4: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của COD với tải trọng thủy lực 0.0425 m3/m2.h 24

Hình 3.5: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của BOD5 với tải trọng thủy lực 0.0425 m3/m2.h 25

Hình 3.6: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của SS với tải trọng thủy lực 0.0425 m3/m2.h 28

Hình 3.7: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của COD với tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 29

Hình 3.8: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của BOD5 với tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 31

Hình 3.9: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của tổng N với tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 32

Hình 3.10: Sự thay đổi hiệu quả xử lý của SS với tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 33

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Diện tích trồng cà phê của Việt Nam theo khu vực 4

Bảng 1.2: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sơ chế cà phê [5] 8

Bảng 2.1 Bảng chế độ vận hành bể UASB theo sự thay đổi của tải trọng thủy lực 15

Bảng 3.1: Nồng độ ô nhiễm của nước thải sơ chế cà phê tại một cơ sở sản xuất ở xã Chiềng Đen, TP Sơn La, tỉnh Sơn La 17

Bảng 3.2: Các thông số hoạt động bể khi có sự thay đổi tải trọng thủy lực 18

Bảng 3.3: Kết quả phân tích COD với tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h 18

Bảng 3.4: Kết quả phân tích BOD5 với tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h 20

Bảng 3.5: Kết quả phân tích tổng N với tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h 21

Bảng 3.6: Kết quả phân tích SS với tải trọng thủy lực 0.0354 m3/m2.h 22

Bảng 3.7: Kết quả phân tích COD với tải trọng thủy lực 0.0425 m3/m2.h 23

Bảng 3.8: Kết quả phân tích BOD5 với tải trọng thủy lực 0.0425 m3/m2.h 25

Bảng 3.9: Kết quả phân tích tổng N với tải trọng thủy lực 0.0425 m3/m2.h 26

Bảng 3.10: Kết quả phân tích SS với tải trọng thủy lực 0.0425 m3/m2.h 27

Bảng 3.11: Kết quả phân tích COD với tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 29

Bảng 3.12: Kết quả phân tích BOD5 với tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 30

Bảng 3.13: Kết quả phân tích tổng N với tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 31

Bảng 3.14: Kết quả phân tích SS với tải trọng thủy lực 0.0531 m3/m2.h 32

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Sơn La hiện là tỉnh có diện tích cà phê lớn nhất vùng Tây Bắc với khoảng 12.000

ha, tập trung chủ yếu ở thành phố Sơn La, huyện Mai Sơn và huyện Thuận Châu Sảnlượng cà phê tươi bình quân đạt 15 - 20 tấn quả tươi/ha Thời vụ bắt đầu từ tháng 9,tháng 10 đến tháng 1 sang năm là cao điểm trong thu hoạch và chế biến cà phê Cà phêchủ yếu được sơ chế theo phương pháp ướt là ngâm ủ và rửa bằng nước để tách vỏ.Lượng nước tiêu thụ bình quân khoảng 2 – 4 m3/tấn quả tươi Quá trình sản xuất này

đã tạo ra một lượng lớn nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao.Cứ bước vào vụthu hoạch, khu vực đầu nguồn nước thành phố Sơn La lại đứng trước nguy cơ ô nhiễm

do các cơ sở sơ chế cà phê tại khu vực này chưa quan tâm đúng mức đến việc xử lýnước thải cà phê Cách mà các cơ sở tại đây xử lý nước thải cà phê đó là đào ao lót bạt

ni lông hay xây kè đá xung quanh Đặc biệt là những hố nước thải đen ngòm, bốc mùihôi thối nồng nặc và hoàn toàn lộ thiên Tuy nhiên, vô hình chung, cách làm này càngkhiến cho các chất độc hại ngấm sâu vào lòng đất gây ra ô nhiễm nguồn nước ngầm.Các cơ sở sản xuất này đều đóng tại khu vực đầu nguồn nước đã gây ảnh hưởngnghiêm trọng đến nguồn cung cấp nước và chất lượng nước của Xí nghiệp cấp nước số

1 Sơn La Mặc dù đã nhiều lần bị xử phạt hành chính về hành vi gây ô nhiễm môitrường, thế nhưng các cơ sở chế biến cà phê vẫn chưa khắc phục được tình trạng này.Việc đầu tư hệ thống xử lý nước thải hiện đại giá trị hàng chục tỷ đồng là việc làmkhông hề đơn giản

Do vậy, việc đào ao lót bạt ni lông tích chứa nước thải vẫn là những giải pháp tạmthời để hạn chế trước mắt việc xả thải trực tiếp ra môi trường Vấn đề đặt ra là phải cóbiện pháp xử lý hợp lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường khu vực, đồng thời phảiphù hợp với điều kiện kinh tế địa phương, giúp doanh nghiệp và người dân yên tâmsản xuất

Hệ thống xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB) là mộttrong những thiết bị cao tải đã được sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp trongnhiều thập kỷ Hệ thống UASB có ưu điểm là vận hành đơn giản, chịu được tải trọnghữu cơ cao và có thể điều chỉnh tải trọng hữu cơ theo từng thời kỳ sản xuất của nhàmáy Ngoài ra hệ thống này tiêu thụ năng lượng ít, diện tích xây dựng công trình nhỏ

và không phát tán mùi hôi Khí phát sinh trong quá trình xửlý nước thải có thể thu hồi

và được sử dụng làm nhiên liệu Tuy nhiên, nhược điểm là thời gian khởi động hệ

thống này thường kéo dài do sự phát triển của bùn kỵ khí rất chậm và bùn phân tán dễ

bị rửa trôi khi xử lý ở tải trọng hữu cơ cao

Hệ thống UASB hoạt động đạt hiệu quả tốt nhất thì hệ thống phải phụ thuộc vàonhiều yếu tố kiểm soát: tải trọng thủy lực, tải trọng hữu cơ, nhiệt độ, pH Trong đó tảitrọng thủy lực là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả xử lý của bể

Vì vậy đề tài đồ án hướng tới “Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến quá

trình xử lý nước thải sơ chế cafe bằng công nghệ UASB”.

2 Mục đích nghiên cứu

- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sơ chế cà phê của hệ thống UASB khi có sựthay đổi của tải trọng thủy lực

- So sánh, nhận xét và đưa ra mức tải trọng thủy lực phù hợp nhất cho hệ thống

3 Nội dung nghiên cứu.

- Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê

- Đánh giá sự thay đổi hiệu quả xử lý nước thải sơ chế cà phê của hệ thống UASB khi có sự thay đổi của tải trọng thủy lực

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Sơ lược về ngành công nghiệp chế biến cà phê ở Việt Nam.

Cây cà phê là một trong những cây công nghiệp quan trọng ở vùng nhiệt đới nóichung và ở Việt Nam nói riêng Cà phê có tính thích nghi rộng, chịu được hạn So vớimột số cây công nghiệp khác cà phê là cây dễ trồng, tuổi thọ cao, ít mắc bệnh nguyhiểm, cho năng suất cao, thu nhập khá Vì thế, diện tích cây trồng cà phê ở nước tatrong những năm gần đây tăng lên đáng kể Niên vụ 2000/2001 là 410.000 ha, niên vụ2009/2010 là 500.000 ha, niên vụ 2014/2015 là 617.700 ha

Hình 1.1: Cây cà phê ở Việt Nam

Cà phê không chỉ đơn thuần là một sản phẩm nông nghiệp thuần túy, nó thực sự trởthành ngành kinh tế đóng vai trò ngày càng quan trọng trong nền kinh tế thế giới Trênthế giới đã công nhận và sử dụng rộng rãi thuật ngữ “ Coffe Industrial” – ngành côngnghiệp cà phê Với tổng giá trị toàn cầu là khoảng 100 tỷ USD (chỉ sau dầu hỏa).Ngành cà phê không chỉ là một sản phẩm chế biến mà đó còn là các yếu tố tài chính,thương mại, đầu tư, văn hóa, du lịch sinh thái, du lịch cà phê, Cà phê chính là mặthàng được đầu tư nhiều nhất thế giới

Việt Nam là nước thứ hai trên thế giới về sản lượng cà phê xuất khẩu nhờ vị trí địa

lý thuận lợi, tài nguyên thiên nhiên (nước, rừng, không gian), khí hậu nhiệt đới giómùa, thổ nhưỡng, sinh thái môi trường và con người với vốn văn hóa bản địa Cà phêđược xuất khẩu sang 70 quốc gia trên thế giới, trong đó 14 thị trường đứng đầu đãchiếm đến 80% tổng kim ngạch xuất khẩu cà phê của cả nước Trong mùa vụ2013/2014, Đức đã vượt lên trên Mỹ để trở thành nước nhập khẩu cà phê lớn nhất củaViệt Nam Với lượng nhập khẩu tăng mạnh, Bỉ trở thành thị trường cà phê lớn thứ bacủa Việt Nam Xuất khẩu cà phê chế biến, cà phê rang, cà phê xay và cà phê hòa tanngày càng tăng trong vài năm trở lại đây, dự báo xuất khẩu các mặt hàng này mùa vụ

2013/2014 khoảng 55.000 tấn, tăng 21% so với mùa vụ trước, với các thị trường chính

là Trung Quốc, Nga, Hồng Kông, Hàn Quốc, Nhật Bản và Mỹ

Những năm qua, cà phê không chỉ được mở rộng diện tích ở Tây Nguyên, ĐôngNam Bộ mà còn phát triển khá mạnh tại các tỉnh miền núi phía Bắc như Sơn La, LaiChâu, Yên Bái, Hà Giang, Tuyên Quang,… Trong đó, khu vực phía Bắc là vùng phân

bố chủ yếu của cây cà phê chè, khu vực phía Nam là vùng phân bố của cây cà phê vối.Ước tính tổng diện tích cà phê trên cả nước niên vụ 2016 – 2017 đạt 668.200 ha Càphê là một mặt hàng nông nghiệp xuất khẩu quan trọng của Việt Nam có kim ngạch từ

600 triệu USD/năm, chỉ đứng sau gạo

Bảng 1.1: Diện tích trồng cà phê của Việt Nam theo khu vực

1.2 Tổng quan về ngành công nghiệp chế biến cà phê ở Sơn La.

1.2.1 Tình hình phát triển cà phê ở Sơn La.

Được xem là một trong những loại cây công nghiệp chủ lực của vùng Tây Nguyênnhưng những năm gần đây cây cà phê đã được phát triển mạnh tại khu vực các tỉnhmiền núi phía Bắc mà trong đó Sơn La hiện là tỉnh có diện tích cà phê lớn nhất vùngTây Bắc Đến niên vụ 2016/2017, diện tích trồng cà phê tại Sơn La đạt 12.000 ha, tậptrung chủ yếu ở Thành phố Sơn La, huyện Mai Sơn và huyện Thuận Châu Hàng năm,mùa vụ thu hoạch cà phê bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 1 sang năm Sản lượng trungbình ước tính đạt 15 – 20 tấn quả/ha

1.2.2 Tình hình sơ chế cà phê tại Sơn La.

Cà phê là một trong những loại cây trồng chủ lực, có giá trị kinh tế cao, phù hợpvới điều kiện đất đai, khí hậu của tỉnh và trình độ canh tác của nông dân tại Sơn La [5]

Cà phê được chế biến chủ yếu theo phương pháp ướt với quy mô cụm hộ gia đình

và quy mô công nghiệp

 Đối với chế biến theo quy mô cụm hộ gia đình

- Công suất chế biến khoảng 10 – 15 tấn quả tươi/ngày; thời vụ sản xuất từ tháng

9 đến hết tháng 1 năm sau Tổng sản lượng chế biến khoảng 800 tấn quả/vụ - 1200 tấnquả/vụ;

- Tỷ lệ cụm hộ gia đình tham gia chế biến chiếm khoảng 30% - 40% tổng sảnlượng (khoảng 36.000 – 48.000tấn/vụ); số lượng cụm hộ tham gia chế biến khoảng 40

- 60 cụm hộ [5]

 Đối với chế biến theo quy mô công nghiệp

- Công suất chế biến khoảng 20 tấn quả tươi - 55 tấn quả tươi/ngày; thời vụ tập

trung: từ tháng 10 đến hết tháng 12 hàng năm Tổng sản lượng chế biến khoảng 2000tấn quả tươi đến 5000 tấn quả tươi/vụ;

- Tỷ lệ cơ sở công nghiệp chế biến chiếm khoảng 20% - 30% tổng sản lượng

(khoảng 24.000 – 36.000tấn/vụ); số lượng cơ sở tham gia chế biến: 04 cơ sở [5]

1.3 Công nghệ sơ chế cà phê

Trong kỹ thuật chế biến cà phê nhân có 2 công nghệ chính đang được áp dụng phổbiến là: công nghệ chế biến khô và công nghệ chế biến ướt

 Công nghệ chế biến cà phê bằng phương pháp khô

Là một công nghệ đơn giản, chỉ có một công đoạn chính là làm khô quả cà phê tươiđến một mức độ nhất định, rồi dùng máy xay loại bỏ các lớp vỏ thịt bọc ngoài để lấynhân Công nghệ này phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, thời gian chế biến kéo dài, sảnphẩm tạo ra có chất lượng không cao

 Công nghệ chế biến cà phê bằng phương pháp ướt

Là một công nghệ chế biến phức tạp, công nghệ chế biến ướt bao gồm các giai đoạnphân loại, xay xát, rửa quả tươi để loại bỏ vỏ, thịt và chất nhờn bên ngoài nhân để có càphê thóc, sau đó làm khô để có cà phê nhân sống Phương pháp này cho sản phẩm chấtlượng tốt, giảm được đáng kể diện tích sân phơi (so với phương pháp khô thì mặt bằngchế biến giảm 70 – 80%), không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Tuy nhiên, công nghệnày đòi hỏi thiết bị máy móc, phức tạp và phát sinh lượng nước thải lớn Quy trình sơchế cà phê bằng phương pháp ướt được thể hiện như sau:

Nguyên liệu đầu vào

Nước thải

Nước thải

Nước thải

Đất, cành, lá

Hình 1.2: Quy trình sơ chế cà phê bằng phương pháp ướt

Cà phê quả sau khi được thu hái tập trung tại cơ sở sản xuất, được sàng tuyển phânloại sau đó được sát nghiền vỏ cùng với nước, hỗn hợp này được tách vỏ và chuyểnvào bể ngâm khoảng 8 giờ - 12 giờ để loại bỏ phần thịt quả, sau đó hỗn hợp này đượccho thêm nước và đánh nhớt tách bỏ phần nước thải, phần hạt sẽ được chuyển ra sânphơi, phơi trong khoảng 1- 2 ngày Hạt cà phê sau khi phơi được đưa vào các lò sấytĩnh hoặc lò sấy quay để làm khô đến độ ẩm khoảng 20-30%, sau đó lạo bỏ phần trấuthành cà phê nhân để bán trực tiếp hoặc chế biến sâu

1.4 Ô nhiễm do nước thải sơ chế cà phê tại Sơn La.

Hiện nay, phương pháp chế biến cà phê ướt được sử dụng phổ biến

Trung bình lượng nước tiêu thụ khoảng 2 – 4 m3/ tấn quả tươi Nước thải trong quátrình sơ chế phát sinh chủ yếu trong các công đoạn sau [5]:

- Rửa thô: Đây là giai đoạn nước thải sinh ra có thành phần chủ yếu là chất rắn lơlửng, các chất ô nhiễm không cao

- Xay xát vỏ: Giai đoạn này nước thải phát sinh ít nhưng có thành phần rất đậmđặc, có độ đục và hàm lượng cặn cao

- Đánh nhớt : Đây là giai đoạn phát sinh nước thải đáng kể nhất của quy trình chếbiến, nước thải có thành phần hữu cơ cao và độ nhớt lớn

- Rửa sạch : nước thải có lưu lượng ít, thành phần hữu cơ tương đối cao

- Nước thải vệ sinh : phát sinh từ công đoạn vệ sinh các thiết bị, máy móc chế biến.Ngoài ra, nước thải còn phát sinh trong quá trình chế biến của công nhân

Nước thải trong quá trình chế biến quả cà phê tươi đã không được xử lý, gây ảnhhưởng nghiêm trọng tới nguồn nước và môi trường khu vực xung quanh Nhà máynước Thành phố Sơn La - nơi cung cấp nước sinh hoạt cho khoảng gần 12.000 hộ dân

đã ít nhất 7 lần tạm ngừng cung cấp nước chỉ trong 2 tháng cuối năm 2016 Nguyênnhân ban đầu được xác định là do nguồn nước từ đầu nguồn chảy về cung cấp cho nhàmáy bị ô nhiễm nghiêm trọng Riêng năm 2015, nhà máy nước thành phố phải ngừngcấp nước khoảng 20 lần, trong đó, nguyên nhân chủ yếu vẫn là do ô nhiễm từ hoạtđộng xả thải nước thải cà phê khu vực đầu nguồn Tại khu vực đầu nguồn nước từhuyện Thuận Châu chảy về thành phố Sơn La, những bể chứa nước thải trong quátrình chế biến cà phê của các cơ sở được lưu giữ lâu ngày, đen đặc, bốc mùi nằm ngaycạnh nguồn nước Cà phê tươi được sơ chế chủ yếu bằng phương pháp ướt, tách vỏ,ngâm ủ, với mỗi tấn quả sử dụng từ 2 - 4 m3 nước Điều đáng nói, hầu hết các cơ sởchế biến cà phê lại phân tán, đều không có hệ thống xử lý nước thải mà chỉ làm các bểchứa tạm thời để tự thẩm thấu hoặc bơm lên ao trữ để làm phân bón hoặc tưới cây.Nhiều năm qua, dù các cơ quan chức năng tỉnh Sơn La đã nhiều lần vào cuộc, tiếnhành kiểm tra, thanh tra, xử lý vi phạm tại khu vực đầu nguồn cấp nước, nhưng vẫnkhông giải quyết được dứt điểm Không ít cơ sở đã từng bị đình chỉ hoạt động hoặc bịxử phạt hành chính nhiều lần do hoạt động kinh doanh không phép, không có cam kếtbảo vệ môi trường, xả trộm chất thải chưa qua xử lý ra môi trường, nhưng thời giansau lại hoạt động bình thường, thậm chí nhiều cơ sở còn mở rộng quy mô sản xuất

1.5 Thành phần, tính chất nước thải sơ chế cà phê.

Thành phần chính của nước thải từ các nhà máy chế biến cà phê chủ yếu là các chất

có trong lớp nhờn và một phần nhỏ chất hữu cơ có trong vỏ quả trong quá trình tách vỏ

có thể đi vào nước thải như: nhớt, đường, các chất hữu cơ và hương liệu tự nhiên [5]

- Nhớt: Phần nhớt là phần chất nhầy bọc quanh hạt cà phê Thành phần chủ yếucủa nó là xenllulozo, đường và pectin Phần nhớt rất khó bị phân huỷ Trong nước thải

cà phê nó thường kết tủa thành một lớp đen trên bề mặt Lớp chất rắn này có thể làmtắc đường ống thải và giảm lượng ôxi trong nước

- Đường: Đường phát sinh chủ yếu từ lớp nhớt trên Trong quá trình lên men,đường bị phân huỷ thành rượu và khí cacbonic Sau đó, rượu được biến thành axitaxetic, và vì thế mà làm cho độ pH của nước thải chế biến cà phê bị giảm Độ pH củanước thải cà phê thường ở khoảng 3 - 4 Nếu nước thải cà phê không được xử lý màđược thải trực tiếp ra sông hồ, độ pH của các nơi này sẽ bị giảm Rất nhiều sinh vậtdưới nước không thể chịu được pH quá thấp

- Các thành phần các chất hữu cơ: Trong vỏ quả chủ yếu chứa các thành phần:Protein, chất béo, Xellulozo, tro, hợp chất không có N, Cafein Tuy nhiên, với côngnghệ sử dụng hiện nay là tách vỏ quả nên lượng vỏ quả hầu hết đều được

- thu gom, lượng vỏ quả bị nghiền nát đi vào nước thải ít có nên các thành phần cótrong vỏ quả đi vào nước thải được hạn chế

- Hương liệu tự nhiên: Đây là các chất có sẵn trong quả cà phê để tạo màu đỏ choquả cà phê, chúng làm nước thải cà phê có màu xanh đậm hoặc đen, làm cho nước thải

cà phê có độ màu cao Các chất màu làm thay đổi màu nguồn nước

Bảng 1.2: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sơ chế cà phê [5]

Nhận xét: Nồng độ ô nhiễm trong nước thải: TSS (mg/l): 6560-6780 vượt tiêu

chuẩn cho phép 65.6 – 67.8 lần; BOD (mg/l): 8280 – 9126, vượt tiêu chuẩn cho phép165.6 – 182.52 lần; COD (mg/l) 11700-12120, vượt tiêu chuẩn cho phép 78 – 80.8 lần;Tổng Phot pho (mg/l): 47.9 - 59.9, vượt tiêu chuẩn cho phép 8 – 10 lần; Tổng N(mg/l): 50 – 150, vượt tiêu chuẩn cho phép 1.25 – 3.75 lần

1.6 Phương pháp xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB).

1.6.1 Nguyên lý hoạt động.

Hình 1.3: Mô hình bể UASB

Nước thải được đưa vào từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy rakhi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt Khí sinh ra trong điều kiện kỵkhí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hìnhthành và duy trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạtbùn và cùng với khí tự do nổi lên phía trên mặt bể Tại đây quá trình tách pha khí –lỏng – rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha Khí theo ống dẫn qua qua bồn hấp thụchứa dung dịch NaOH Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống dưới Nướcthải theo máng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo [1]

1.6.2 Ưu nhược điểm của hệ thống UASB [1].

 Ưu điểm :

- Ít tiêu tốn năng lượng vận hành: do quá trình phân hủy là quá trình giả lập tựnhiên với cường độ cao, sự phân hủy xảy ra chủ yếu do các vi sinh vật kỵ khí tạo ra

cho nên khi vận hành bể tốn ít chi phí Chi phí chủ yếu là quá trình bơm nước vào bể

và quá trình tuần hoàn bùn, hút bùn

- Công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp: khi bể đã đi vào hoạt động thì quátrình vận hành dễ dàng, không đòi hỏi sử dụng công nghệ cao

- Quá trình hoạt động của bể tạo ra được lượng bùn hoạt tính cao nhưng lượng bùnsinh ra không nhiều dẫn đến giảm được chi phí xử lý bùn phát sinh

- Lượng bùn phát sinh dễ dàng tách khỏi nước

- Đạt hiệu quả cao trong việc xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao

- Tạo nguồn năng lượng có ích từ khí mê tan (CH4)

 Nhược điểm:

- Quá trình khởi động bể tốn thời gian (giai đoạn nuôi cấy bùn hạt), khó kiểmsoát quá trình

- Tăng sinh khối chậm

- Quá trình kỵ khí diễn ra chậm hơn hiếu khí

- Nhảy cảm với nhiệt độ, pH, chất độc

- Dễ mất ổn định

- Không xử lý được hoàn toàn chất ô nhiễm

1.7 Tải trọng thủy lực.

Tải trọng thủy lực là lượng nước chảy vào bể tính trên một đơn vị diện tích trongmột đơn vị thời gian, đơn vị đo lường là m3/m2.h

Tải trọng thủy lực phụ thuộc:

- Thời gian lưu nước trong bể

- Tốc độ nước dâng trong bể

Tải trọng thủy lực của bể được xác định theo công thức [1]:

S × HR T

Trong đó:

 TTTL: tải trọng thủy lực của bể, đơn vị m3/m2.h

 Q: thể tích nước có thể lưu lại trong bể, đơn vị (m3)

 S: diện tích của bể, đơn vị (m2)

 HRT: thời gian lưu nước trong bể, đơn vị (h)

Thời gian lưu của nước thải (HRT) được tính bằng công thức [1]:

Trong đó:

 Q: thể tích của thiết bị, lít

 V: tốc độ dòng, lít/ngày

 Tải trọng thủy lực ảnh hưởng đến bể UASB

Khi tải trọng thủy lực trong bể quá thấp dẫn đến thời gian lưu nước trong bể quácao, tốc độ nước dâng trong bể nhỏ thì bùn kỵ khí trong bể sẽ không tồn tại ở trạngthái lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy bể làm cho nước thải sẽ không tiếp xúc được với visinh vật kỵ khí trong bể và không phân hủy được chất hữu cơ trong nước thải Thờigian lưu mước lớn dẫn đến diện tích xây dựng bể lớn, tốn chi phí xây dựng

Khi tải trọng thủy lực trong bể quá cao dẫn đến thời gian lưu nước trong bể thấp,tốc độ nước dâng trong bể lớn, bùn kỵ khí trong bể sẽ bị cuốn theo nước thải đi rangoài Khi thời gian lưu nước quá thấp dẫn đến vi sinh vật kỵ khí không đủ thời gian

để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải

Vì vậy cần phải duy trì một mức tải trọng thủy lực để hiệu quả xử lý đạt kết quả tối

ưu nhất

1.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng thủy lực của bể UASB.

Tải trọng thủy lực phụ thuộc vào các yêu tố:

- Thời gian lưu nước trong bể

- Vận vốc nước dâng trong bể

- Thể tích của hệ thống xử lý

1.8.1 Thời gian lưu nước trong hệ thống (HRT).

Thời gian lưu nước (HRT) tùy theo loại nước thải và điều kiện môi trường, phải đủlâu để cho phép các hoạt động trao đổi chất kỵ khí xảy ra Thời gian lưu nước trong bểphải đủ lâu để tạo điều kiện cho vi sinh vật xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải

1.8.2 Vận tốc nước dâng trong bể.

Vận tốc nước chảy trong bể ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý của bể, vận tốcphải đảm cho bùn hoạt tính kỵ khí trong bể vừa ở trạng thái lơ lửng vừa đảm bảo bùnkhông bị cuốn theo nước thải đi ra khỏi bể Vận tốc là một trong những yếu tố quantrọng ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình xử lý

1.8.3 Thể tích của hệ thống xử lý.

Thể tích của bể là thể tích mà bể có thể chứa được nước trong một khoảng thờigian nhất định Thể tích bể ảnh hưởng lớn đến vận tốc nước chảy trong bể, thời gianlưu nước của bể, lưu lượng nước có thể xử lý của bể từ đó sẽ ảnh hưởng gián tiếp đếnquá trình xử lý nước thải của bể

Thể tích bể được đo lường bằng đơn vị m3

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng

a Nước thải

Nước thải lấy tại bể chứa nước thải của một cơ sở sơ chế cà phê tại bản PhiềngTam, xã Chiềng Đen, thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La Nước thải sơ chế cà phê sau khilấy về được bảo quản trong can dung tích 20 lít, dự trữ ở nhiệt độ phòng

Hình 2.1: Nước thải ở cơ sở sơ chế cà phê

Hình 2.2: Nước thải bảo quản ở nhiệt độ phòng

Hệ thống UASB với các thông số:

- Thể tích bể: 20 lít

- Kích thước làm việc của bể UASB: D x L = 200 x 800 mm

- Nhiệt độ của bể UASB được duy trì theo nhiệt độ môi trường và từ 25 –350C

- Thời gian hoạt động của bể từ ngày 1/3/2017 đến ngày 8/5/2017

Hình 2.3: Mô hình hệ thống UASB.

2.1 Các phương pháp nghiên cứu.

2.1.1 Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm.

a Xác định tải trọng hữu cơ

Tải trọng hữu cơ được xác định theo công thức [1]:

- Sử dụng pH meter cầm tay đo trực tiếp tại hệ thống.

- Sử dụng giấy quỳ tím

c Xác định tổng chất rắn lơ lửng (SS) theo TCVN 6625:2000

d Xác định hàm lượng tổng Nitơ bằng phương pháp Kendan theo TCVN 5987 –1995

e Xác định nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) bằng phương pháp chuẩn độDicromat theo TCVN 6491 – 1999

f Xác định nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) bằng phương pháp pha loãng và cấy

có bổ sung Allythiourea theo TCVN 6001 – 1:2008

2.1.2 Phương pháp tổng hợp và xử lý số liệu.

- Tổng hợp các kết quả phân tích COD, BOD, SS và Tổng N theo các mức tảitrọng thủy lực khác nhau

2.1.3 Phương pháp so sánh và đánh giá kết quả.

- So sánh hiệu quả xử lý của COD, SS, BOD và Tổng N khi có sự thay đổi củatải trọng thủy lực

- Đánh giá sự thay đổi hiệu quả xử lý

2.2 Nội dung nghiên cứu.

2.2.1 Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế cà phê.

Nước thải sơ chế cà phê được lấy mẫu tại một cơ sở sơ chế cà phê nằm trên địa bànbản Phiềng Tam, xã Chiềng Đen, thành phố Sơn La, tỉnh Sơn La Mẫu nước thải nàyđược phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, BOD, SS, Tổng N, tổng P

2.2.2 Tải trọng thủy lực ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý bằng công nghệ UASB.

 Tải trọng thủy lực

Hệ thống hoạt động với sự thay đổi tải trọng thủy lực ở 3 giai đoạn 0.0354 m3/m2.h;0.0425 m3/m2.h và 0.0531 m3/m2.h

 Ảnh hưởng của thời gian lưu

Hệ thống hoạt động với sự thay đổi HRT trong từ 18 giờ, 15 giờ, 12 giờ Nước thải

từ cơ sở chế biến được đưa về phòng thí nghiệm và được pha loãng đến nồng độ thíchhợp bằng nước máy

 Ảnh hưởng tốc độ nước dâng trong bể.

Phụ thuộc vào thời gian lưu nước trong bể, mà ở mỗi khoảng thời gian lưu nướckhác nhau nó sẽ ảnh hưởng đến tốc độ nước dâng

 Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ

Thí nghiệm tiến hành với việc tăng tải trọng hữu cơ OLR trong khoảng 0.467 – 1.4

Ký hiệu thí nghiệm

COD1 = 350

-500 0.467 - 0.667 TN1 – 18COD2 = 550 -

2.2.3 Đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống UASB khi có sự thay đổi của tải trọng thủy lực.

Đánh giá sự ảnh hưởng của tải trọng thủy lực đến quá trình xử lý nước thải sơ chế

cà phê dựa trên bốn chỉ tiêu: SS, BOD5, COD và Tổng N thông qua việc phân tích giátrị đầu vào và đầu ra của các chỉ tiêu

Từ đó đưa ra kết luận về mức tải trọng thủy lực nào thì hiệu quả xử lý của hệ thốngUASB đạt hiệu quả tốt nhất

2.3 Phạm vi nghiên cứu.