Đánh giá thực trạng công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất sữa thuộc công ty cổ phần elovi việt nam và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng

Trên cơ sở đó, luận văn với nội dung: “Đánh giá thực trạng công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất sữa thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

Lê Xuân Quang

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT SỮA THUỘC CÔNG TY CỔ PHẦN ELOVI VIỆT NAM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

- -

Lê Xuân Quang

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SẢN XUẤT SỮA THUỘC CÔNG TY CỔ PHẦN ELOVI VIỆT NAM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải

TS Phạm Thị Thúy

Hà Nội - 2015

Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học vừa qua

Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy cô Bộ Công nghệ Môi trường – Khoa Môi trường.Các thầy cô đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo tôi về kiến thức chuyên môn của các môn học chuyên ngành cũng như đóng góp những ý kiến quý báu để có thể giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực môi trường

Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo hướng dẫn chính PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải – Phó chủ nhiệm Khoa Môi trường và TS Phạm Thị Thúy - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên là người đã trực tiếp tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Cục Cảnh sát PCTP về môi trường đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành tốt việc học

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi khảo sát và thu mẫu tại trạm xử lý nước thải tập chung

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những bạn bè, đồng nghiệp đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Tôi xin trân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Lê Xuân Quang

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 -TỔNG QUAN 3

1.1.Đặc tính nước thải sản xuất - chế biến sữa 3

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải chế biến sữa 4

1.2.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học 5

1.2.2.Xử lý bằng phương pháp hóa - lý 5

1.2.3 Xử lý bằng phương pháp sinh học 7

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Địa điểm và đối tượng nghiên cứu 17

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu 17

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 18

2.2 Phương pháp nghiên cứu 18

2.2.1 Phương pháp khảo sát và thu thập số liệu 18

2.2.2 Phương pháp phân tích, thu bảo quản mẫu 19

2.2.3 Phương pháp kế thừa 20

2.3 Phương pháp đánh giá khả năng xử lý 20

2.3.1 Đánh giá hiệu quả xử lý tính theo % lượng chất thải đầu vào 20

2.3.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của từng công đoạn xử lý 20

2.3.3 Đánh giá hiệu quả xử lý so với QCVN 21

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22

3.1 Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy 22

3.1.1 Bể điều hòa, kênh đo lưu lượng nước thải, kênh khuấy trộn tĩnh 23

3.1.2 Bể aerotank 24

3.1.3 Bể lắng sinh học 25

3.1.4 Bể thu bùn 25

3.1.5.Bể khử trùng 25

3.2 Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào hệ thống xử lý 26

3.3 Đánh giá chất lượng nước thải sau khi qua các công đoạn 27

3.3.1 Chất lượng nước thải sau khi qua kênh khuấy trộn tĩnh 27

3.3.2 Đánh giá chất lượng nước sau hệ thống bể aerotank và bể lắng 28 3.4 Đánh giá chất lượng nước thải sau khi xử lý 30

3.4.1 Kết quả phân tích nước thải sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lý 30 3.4.2 Đánh giá khả năng xử lý của hệ thống 32

3.5 Đánh giá sự thay đổi hiệu suất xử lý nước thải qua các năm 32

3.6 Đề xuất các biện pháp để nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống 35

3.7 Cải tạo hệ thống xử lý nước thải với lưu lượng và tải lượng thực tế 36 3.7.1 Tối ưu hóa quy trình vận hành hệ thống xử lý nước thải 36

3.7.2 Xây dựng hệ thống xử lý nước thải mới 38

3.8 Chi phí vận hành của hệ thống xử lý nước thải: 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hoá học

quốc gia SSV Settled Sludge Volume Thể tích bùn lắng

SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Kết quả phân tích nước thải ở bể điều hòa 26 Bảng 3.2 Kết quả phân tích nước thải sau kênh khuấy trộn tĩnh 27 Bảng 3.3 Chất lượng nước thải tại bể aerotank 28 Bảng 3.4 Chất lượng nước thải sau bể lắng II 28 Bảng 3.5 Kết quả phân tích nước thải sau khi qua toàn bộ hệ thống xử lý 31 Bảng 3.6 Thống kê kết quả phân tích nước thải xả ra môi trường của nhà máy 31 Bảng 3.7 Phân tích chất lượng nước thải nhà máy sữa qua các năm 33

Bảng 3.9 Thành phần nước thải sữa sau xử lý theo QCVN 40 Cột B 39

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 DAF với kỹ thuật nén khí một phần dòng đã làm trong tuần hoàn 07

Hình 1.5 Sự xâm nhập của vi khuẩn sợi vào khối bông bùn 13 Hình 1.6 Sơ đồ làm việc của hệ thống aerotank có tái sinh bùn 15 Hình 2.1 Sơ đồ cơ cấu tổ chức công ty sữa Elovi 17 Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy 23 Hình 3.2 Sơ đồ quá trình xử lý ở bể aerotank 24 Hình 3.3 Hiệu suất xử lý (%) sau bể lắng II 30 Hình 3.4 So sánh chất lượng nước qua các năm 34 Hình 3.5 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải nhà máy sữa (sau cải tạo) 42

MỞ ĐẦU

Ngày nay, công nghệ chế biến sữa đã phát triển mạnh mẽ, cho ra những sản phẩm sữa rất đa dạng và phong phú như: phomat, bơ, sữa tươi, sữa tiệt trùng, sữa đặc, sữa bột kem, sữa đậu nành, sữa chua…, đồng nghĩa với sự ra đời của rất nhiều nhà máy sản xuất sữa với quy mô lớn hơn, sản xuất với số lượng nhiều hơn

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp hiện nay trong đó

có ngành sữa thì ô nhiễm môi trường đang là vấn đề đáng báo động, đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước Thành phần nước thải của ngành chế biến sữa có chứa một lượng lớn các chất hữu cơ có thể gây ô nhiễm cho môi trường tiếp nhận nếu không được xử lý tốt,chúng đã và đang gây ra những tác động xấu không chỉ đến môi trường mà còn đến cả kinh tế và xã hội

Thực tế hiện nay, sản xuất kinh doanh sản phẩm sữa trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đã mang lại những nguồn lợi nhuận kinh tế to lớn nhưng ít nhiều cũng gây ảnh hưởng xấu đến môi trường và cảnh quan thiên nhiên Nhà máy sữa Elovi thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam là một trong những nhà máy lớn nhất miền Bắc với công suất 40 triệu lít/năm tiến tới xây dựng giai đoạn hai đạt 80 triệu lít/năm.Nhà máy

đã xây dựng một hệ thống xử lý nước thải khá hiện đại phục vụ nhu cầu sản xuất Tuy nhiên, theo thời gian và sự thay đổi các điều kiện môi trường cũng như quá trình sản xuất, vận hành, hệ thống không thể đảm bảo chắc chắn về độ tin cậy như ban đầu Do

đó, cần có những đánh giá khách quan về khả năng xử lý nước thải của hệ thống

Trên cơ sở đó, luận văn với nội dung: “Đánh giá thực trạng công nghệ xử lý nước

thải nhà máy sản xuất sữa thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng”đánh giá các yêu cầu về bảo vệ môi trường và hạn chế

những rủi ro có thể phát sinh trong quá trình xử lý nước thải Hơn nữa, không chỉ

có ý nghĩa cho việc kiểm soát chất thải ở thời điểm hiện tại, luận văn còn hướng đến việc tạo ra một cơ sở khoa học thực nghiệm cho việc thiết kế, xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý tương tự sau này; chỉ ra những ưu điểm cũng như những

thiếu sót của hệ thống xử lý; qua đó, cung cấp một nguồn tài liệu quan trọng cho việc nghiên cứu về công nghệ xử lý nước thải

Mục tiêu nghiên cứu:

- Thực trạng công nghệ của hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy sữa Elovi thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam

- Đề xuất giải pháp phù hợp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải

Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải của nhà máy sản xuất sữa thuộc Công

Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam

- Đáng giá các chỉ tiêu an toàn của nước thải qua từng công đoạn xử lý

- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất sữa thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam

- Giải pháp để nâng cao hiệu quả quá trình xử lý nước thải

CHƯƠNG 1 -TỔNG QUAN

1.1.Đặc tính nước thải sản xuất - chế biến sữa

Nước thải của nhà máy chế biến sữa nói chung là sự pha loãng của sữa và các sản phẩm từ sữa do sự rơi vãi từ các công đoạn chế biến, hoặc do sự rò rỉ được phép của thiết bị công nghệ, cùng với các hóa chất tẩy rửa, dầu mỡ dùng để vệ sinh thiết bị cũng như các dụng cụ lưu trữ [16, 17]

Dựa vào qui trình công nghệ sản xuất, nước thải sản xuất của nhà máy chế biến sữa có đặc tính là hàm lượng hữu cơ cao, chủ yếu là đường,protein, axít béo và các chất có khả năng phân hủy sinh học Tùy theo công nghệ sản xuất ra từng loại sản phẩm sữa hay tùy theo công suất nhà máy, xí nghiệp mà tính chất hóa lý của nước thải cũng rất khác nhau

- Nguồn thải từ quá trình sản xuất:

 Nước rửa các bồn chứa và că ̣n ở các trạm tiếp nhận

 Nước súc rửa các sản phẩm dư bên trong hoặc trên bề mặt của tất cả các đường ống, bơm, bồn chứa, thiết bị công nghiệp, máy đóng gói,…

 Nước rửa thiết bị, rửa sàn cuối mỗi chu kỳ hoạt động

 Sữa rò rỉ từ các thiết bị, hoặc do làm rơi vãi nguyên liệu và sản phẩm

 Một số chất lỏng khác như sữa tươi, sữa chua kém chất lượng, bị hư hỏng

do quá trình bảo quản và vận chuyển cũng được thải chung vào hệ thống thoát nước

 Nước thải từ nồi hơi, từ máy làm lạnh

 Dầu mỡ rò rỉ từ các thiết bị và động cơ

Nếu loại trừ nước thải sinh hoạt, thành phần gây ô nhiễm chính trong quá trình sản xuất sữa là sữa và các sản phẩm từ sữa (chiếm 90% tải lượng hữu cơ BOD).Vì vậy, các chỉ số cần quan tâm đối với nước thải sản xuất là BOD, COD, SS và chất béo Kết quả phân tích sữa tươi nguyên chất cho thấy giá trị COD, BOD rất cao (lần

lượt là khoảng 120.000-175.000 đối với COD và 100.000-120.000 mg/l đối với BOD5), cho nên những dung dịch sữa pha loãng cũng có ảnh hưởng ô nhiễm rõ rệt

Bản chất của chất thải sinh ra bởi các quá trình khác nhau của nhà máy chế biến sữa nói chung hoàn toàn giống nhau, đều phản ánh sự ảnh hưởng lấn át của sữa Nhìn chung, nước thải chế biến sữa ban đầu là trung tính hoặc hơi kiềm, nhưng có khuynh hướng trở nên axít hoàn toàn một cách nhanh chóng do sự thiếu hụt của oxy tạo điều kiện lên men của lactose thành axít lactic

Nước thải chế biến sữa thường có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan cao Vì vậy, chúng là nguồn thức ăn cho vi khuẩn và các vi sinh vật, gây nên sự thiếu hụt oxy nghiêm trọng do được vi khuẩn và các vi sinh vật tiêu thụ với tốc độ rất nhanh Ngoài

ra sữa cũng chứa cả nitơ và photpho, là thức ăn tốt cho thực vật có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước

- Đặc tính nước thải :

 COD = 1,5BOD

 BOD5 : 500 – 3500 g/m3

 Chất rắn lơ lửng : 100 – 1000 mg/L

 Lượng thải theo tổng Nito : từ 15 – 250 mg/L

 Tổng lượng phospho : 10 – 100 mg/L

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải chế biến sữa

Theo phân tích thành phần nguồn thải thì nước thải sản xuất sữa và sản phẩm

từ sữa chủ yếu chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi các yếu tố như ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, rác, cát bụi, dầu mỡ…

Vì thế các phương pháp được đề xuất để nghiên cứu khả năng xử lý phù hợp với nguồn thải này gồm:

- Xử lý bằng phương pháp cơ học

- Xử lý bằng phương pháp hóa lý

- Xử lý bằng phương pháp sinh học

1.2.1 Xử lý bằng phương pháp cơ học

Đối với xử lý nước thải sinh hoạt, phương pháp xử lý cơ học thường được sử dụng để tách các chất không hoà tan và một phần các chất dạng keo ra khỏi nước thải Các công trình xử lý cơ học bao gồm:

- Song chắn, lưới chắn rác: giữ lại các cặn bẩn, các chất rắn hữu cơ và vô cơ

có kích thước lớn Rác được giữ lại và chuyển tới máy nghiền rác Sau khi được nghiền nhỏ chuyển tới bể xử lý cặn Những năm gần đây song chắn rác liên hợp được

sử dụng rất phổ biến ở các trạm xử lý công suất nhỏ và vừa có tác dụng vừa tách vừa nghiền rác

- Bể lắng cát: Tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn dễ lắng (xỉ

than, cát ) không có lợi cho các quá trình làm trong, xử lý sinh hoá và xử lý cặn bã Cặn từ bể lắng cát được đưa đi tách nước trên sân phơi bùn sau đó thường được đưa

đi chôn lấp cùng với chất thải rắn khác

- Bể lắng: Tách cặn hữu cơ và vô cơ có khối lượng riêng tương đối nhỏ Chất

lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, bùn lắng được thu gom và vận chuyển lên công trình xử lý cặn

-Bể điều hòa:Có thể đặt sau song chắn rác, trước trạm bơm, bơm đều nước thải

lên bể lắng Nhằm mục đích điều hòa lưu lượng cũng như chất lượng nước cho các công trình trong hệ thống xử lý nước thải Thường có thiết bị khuấy trộn nhằm hòa trộn để san bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ hệ thống thể tích nước thải có trong bể và để ngăn ngừa cặn lắng, pha loãng nồng độ các chất độc hại nếu có, để đảm bảo chất lượng nước thải ổn định đối với hệ thống xử lý sinh học phía sau.Trong

bể cũng phải đặt các thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi

1.2.2.Xử lý bằng phương pháp hóa - lý

Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng sinh hóa diễn ra giữa các chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hóa khử, phản ứng trung hòa tạo kết tủa hoặc các phản ứng phân hủy chất độc hại Các

phương pháp hóa lý thường được ứng dụng nhiều nhất là oxy hóa và trung hòa Nói chung, bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thải[7]

1.2.2.1 Phương pháp trung hòa

Nước thải nhà máy sản xuất sữa có hàm lượng hữu cơ cao và dễ dàng bị phân hủy yếm khi trong điều kiện môi trường tự nhiên Điều này dẫn đến sự sụt giảm pH từ môi trường kiềm thành môi trường axit Vì vậy nước thải cần phải được trung hòa pH

về dải pH = 6,5 - 8,5 để đảm bảo công nghệ xử lý đạt hiệu quả

Có nhiều phương pháp để trung hòa pH, tuy nhiên đối với nước thải sản xuất sữa, phương pháp thường được lựa chọn là bổ sung thêm tác nhân hoá học dạng dung dịch bazơ (Ca(OH)2, NaOH ) và dung dịch axit (H2SO4, HCl ) do có ưu điểm dễ kiểm soát

1.2.2.2 Phương pháp tuyển nổi

Tuyển nổi là phương pháp dùng để loại bỏ các tạp chất ra khỏi nước bằng cách tạo cho chúng khả năng dễ nổi lên mặt nước nhờ các bọt khí có kích thước nhỏ được tạo thành ở áp lực cao (tuyển nổi áp lực) và có hiệu quả cao đối nước thải ngành sản xuất sữa do TSS có tỷ khối nhỏ (dầu, mỡ) Khi đó lớp bùn - bọt sẽ nổi lên trên bể tuyển nổi và được gạt ra ngoài

Phân loại các kỹ thuật tuyển nổi chủ yếu qua cách thức đưa không khí vào và tạo bọt Ta có các loại kỹ thuật tuyển nổi [7]:

- Tuyển nổi bằng khí phân tán

- Tuyển nổi chân không

- Tuyển nổi áp lực

Hình 1.1 DAF với kỹ thuật nén khí một phần dòng đã làm trong tuần hoàn

1.2.3 Xử lý bằng phương pháp sinh học

Nước thải ngành chế biến sữa có chứa nhiều chất hữu cơ có thành phần: đường, sữa, protein, chất béo động vật, cácbonhydrat, axít amin, các axít hữu cơ Các chất hữu cơ này là các chất chứa cacbon cơ bản để vi sinh vật tăng trưởng và phát triển Trong quá trình hoạt động sống của vi sinh vật hình thành nên sinh khối và

CO2

Trong thiết kế hệ thống xử lý, tùy thuộc vào điều kiện thực tế, đặc trưng,lưu lượng nước thải…mà có thể áp dụng xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Nước thải nhà máy sữa có chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao nên quá trình xử lý tự nhiên không có hiệu quả thậm chí có thể gây ô nhiễm, tác động xấu đến môi trường Chính vì vậy mà phương pháp xử lý nước thải cần phải được áp dụng là các phương pháp xử lý sinh học nhân tạo [4 ,6]

Nước trong

Bồn nén khí

Bồn nén khí

Khí nén

Bọt-SS Bồn tạo bông

(nếu cần) Nước thải

Keo tụ - tạo bông

Nước trong

Bồn nén khí

Bồn nén khí

Khí nén

Bồn nén khí

Bồn nén khí

Khí nén

Bọt-SS Bồn tạo bông

(nếu cần)

- Bước 1: Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cácbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và thành vỏ các tế bào vi sinh

- Bước 2: Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải

- Bước 3: Loại các bông cặn ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực

Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên tùy vào tính chất hoạt động và môi trường sống của chúng, có thể chia phương pháp xử lý sinh học thành:

-Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí: Là phương pháp sử dụng các

nhóm vi sinh vật yếm khí

-Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí: Là phương pháp sử dụng các

nhóm vi sinh vật hiếu khí, để đảm bảo điều kiện sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 – 40 0C

1.2.3.1 Xử lý sinh học trong điều kiện yếm khí

Quá trình phân hủy sinh học yếm khí là quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy, sản phẩm cuối cùng là CH4, CO2và sinh khối Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Vi sinh vật Chất hữu cơ -> CH4 + CO2 + H2 + NH3 +H2S + Tế bào mới

Quá trình phân hủy yếm khí xảy ra theo 4 giai đoạn

- Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử;

- Giai đoạn 2: Axít hóa;

- Giai đoạn 3: Acetate hóa;

- Giai đoạn 4: Methane hóa

Hình 1.2 Quá trình phân hủy yếm khí

Đối với phương pháp xử lý yếm khí, tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý yếm khí thành:

- Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB);

- Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc yếm khí (Anaerobic Filter Process)

Đối với nước thải ngành sản xuất sữa cần phải sử dụng phương pháp này do:

- Có thể xử lý được nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao và có khả năng phân hủy được các chất hữu cơ phân tử lượng lớn, phức tạp mà phương pháp hiếu khí không xử lý được

- Tiêu tốn năng lượng nhỏ,hiệu suất xử lý cao, sinh ra ít bùn

- Sản phẩm của quá trình xử lý này có khí sinh học (biogas) có thể dùng làm nhiên liệu

Phức chất hữu cơ Axít hữu cơ

Quá trình thủy phân

Quá trình acetate hóa và khử hydro

Quá trình methane hóa

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo UASB

Bể UASB: Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá

trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt.Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh ra từ lớp bùn

sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể Tại đây, quá trình tách pha khí-lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10% Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo

Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/h (nếu bùn ở dạng bùn hạt) pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong

khoảng 6,6-7,6 Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải luôn luôn > 6,2 vì ở pH < 6,2, vi sinh vật chuyển hóa methane không hoạt động được Cần lưu ý rằng chu trình sinh trưởng của vi sinh vật axít hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (2-3 giờ ở 350C so với 2-3 ngày, ở điều kiện tối ưu) Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu, tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật axít hóa sẽ tạo ra axít béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các axít này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate hóa

1.2.3.2 Xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí

Là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi các vi sinh vật trong điều kiện

có oxy, sản phẩm tạo ra C5H7NO2 (sinh khối tế bào), CO2, H2O Bản chất của quá trình hiếu khí là vi sinh vật sử dụng Oxy để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải tạo sinh khối và khai thác năng lượng Để duy trì ổn định hàm lượng

vi sinh vật trong bể, tiến hành tuần hoàn sinh khối trở lại bể trước khi thải ra ngoài Trong xử lý hiếu khí thì cung cấp đủ oxy là một yếu tố quyết định đến hiệu quả xử lý của công trình Oxy được vi sinh vật sử dụng để oxy hóa hợp chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời duy trì bùn ở trạng thái lơ lửng bảo đảm luôn có sự tiếp xúc giữa 3 pha khí - rắn - lỏng đảm bảo cho quá trình phân hủy hiếu khí diễn ra với hiệu suất cao nhất[6]

Xử lý hiếu khí trong điều kiện tự nhiên thường là hồ sinh học hiếu khí.Quá trình xử lý này chỉ phù hợp khi COD < 200 mg/l, hiệu suất không cao và tốn diện tích

do vậy ít được sử dụng

a) Xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay Bể aerotank còn được gọi là bể oxy hóa được cấp khí cưỡng bức Trong hệ thống, các vi sinh vật sinh trưởng, phát triển và tồn tại dưới dạng bông sinh học (bùn hoạt tính) Trong quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm, sinh khối được tạo thành, bùn sinh học được lắng ở bể lắng

thứ cấp Một phần bùn được tuần hoàn trở lại bể aerotank để ổn định hàm lượng sinh khối trong bể, phần còn lại được đưa về bể xử lý bùn dư

Bể phản ứng sinh học hiếu khí được áp dụng khá rộng rãi trong xử lý nước thải của một số nhà máy như: nhà máy sản xuất bia, đường, nước thải sinh hoạt…

Các vi sinh vật trong hệ thống aerotank có những đặc trưng sau:

- Vi sinh vật phải có khả năng chuyển hoá mạnh các hợp chất hữu cơ

- Có khả năng tạo “bông sinh học”, kích thước  = 50 - 200  m sẽ cho SVI

tối ưu (SVIopt= 80 - 150 ml/g)

- Khả năng tự huỷ cao

- Không sinh các khí gây ô nhiễm môi trường như H2S, Indol, Scatol

- Màu của bùn là màu vàng hơi ngả sang nâu là màu chuẩn

Nếu vì một lý do nào đó, bùn hơi ngả sang hồng, đỏ là do vi khuẩn có sắc tố

hồng Rhodopseudomonas phát triển Trường hợp này, môi trường trong bể oxy hoá

đã thiếu oxy và các chất dinh dưỡng N, P Rhodopseudomonas hô hấp tuỳ tiện nên

trong môi trường thiếu oxy, vi khuẩn này chuyển sang hô hấp trong điều kiện thiếu khí và phát triển làm bùn ngả sanghồng

Nếu bùn trắng ra là do thiếu dinh dưỡng, thiếu oxy Ở điều kiện này, vi khuẩn dạng sợi phát triển làm bùn xốp, thể tích lắng của bùn tăng lên, tỷ trọng của bùn giảm, bùn rất khó lắng

Nếu bùn có màu đen (do phân huỷ yếm khí các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là các hợp chất đa vòng, phenol) làm phát sinh mùi H2S, Indol, mercaptan Vi khuẩn hoại sinh sẽ phát triển, chuyển từ hô hấp hiếu khí sang hô hấp tuỳ tiện, làm giảm lượng oxy hoà tan

Trong các trường hợp trên, phải tiến hành kiểm tra độ oxy hoà tan DO và hàm lượng các chất dinh dưỡng để bổ sung kịp thời Nếu không, bùn sẽ chết dần và hiệu quả của quá trình oxy hoá là không đạt

Hình 1.4 Khối bông bùn có kích thước nhỏ (a,c)

Có hiện tượng rã bùn (a) Bông bùn hoạt động được (b) Bông bùn có vi khuẩn dạng sợi (d)

Hình 1.5 Sự xâm nhập của vi khuẩn dạng sợi vào khối bông bùn

Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả của quá trình:

- Độ oxy hòa tan: Muốn quá trình xử lý hiếu khí đạt hiệu quả cao thì phải đảm bảo cung cấp lượng oxy hòa tan đủ và đều đặn, đáp ứng đầy đủ nhu cầu oxy hóa của

vi sinh vật Độ oxy hòa tan trong bể aerotank đạt giá trị DO 4 mg/l là đảm bảo

- Nhiệt độ: Mỗi vi sinh vật thích nghi với một dải nhiệt độ phù hợp Nước thải

có nhiệt độ T = 16 -37oC là phù hợp cho quá trình xử lý hiếu khí Nhiệt độ tối ưu là

Topt = 20 - 30oC

- pH: pH có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt lực của bùn, và do đó ảnh hưởng rất

lớn đến quá trình oxy hoá Nước thải đưa vào xử lý sinh học hiếu khí có pH = 6,5 - 8,5 là phù hợp Giá trị tối ưu pHopt = 7 - 8

- Hàm lượng chất dinh dưỡng: Vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm trong

nước thải như là chất dinh dưỡng để cung cấp năng lượng cho quá trình sống Với nước thải được xử lý bằng phương pháp hiếu khí, tỷ lệ C : N : P = 100 : 5 : 1 là phù hợp

- Hàm lượng sinh khối và tỷ lệ F/M: Hiệu quả của quá trình oxy hoá được

quyết định bởi hàm lượng bùn hoạt tính trong bể phản ứng F/M phổ biến dao động từ 0,05 – 0,15 (hệ sục khí kéo dài) tới 0,2 – 0,4 (các hệ BHT và một số biến thể) Một số

hệ BHT cao tải có thể chấp nhận F/M tới 0,2 – 0,6 (ổn định tiếp xúc); 0,4 – 1,5 (sục khí cao tải) [6]

Hệ thống aerotank có tái sinh bùn:Nước thải sau khi qua bể lắng 1 được khuấy

trộn đều với bùn hoạt tính đã tái sinh đi vào bể aerotank Bùn ở đáy bể một phần được đem đi tái sinh, một phần đưa vào hệ thống xử lý bùn dư.Quá trình tái sinh bùn: Bùn được làm thoáng trong thời gian khoảng 3-6 giờ để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ hấp thụ trên bề mặt và khe hở của hạt bùn tới khi ổn định sau đó được đưa trở lại bể aerotank

Hình 1.6 Sơ đồ làm việc của hệ thống aerotank có tái sinh bùn

Các thông số liên quan đến vận hành hệ BHT :

Khả năng lắng bùn là thông số đánh giá khả năng lắng của bùn khi lấy mẫu

trong bồn phản ứng bằng ống đo thể tích, đọc thể tích bùn lắng từ 1L (1000 mL) hỗn hợp phản ứng sau 30 - 60’ để lắng, từ đây tính được thể tích bùn lắng (SSV) và chỉ số bùn (SVI )

Thể tích bùn lắng là số mL/L (hoặc chuyển %) bùn lắng đọc được sau khi để 1

L hỗn hợp phản ứng lắng sau 30 hoặc 60 phút Thường SSV đi kèm với số phút để lắng dưới dạng chỉ số dưới (SSV30 hoặc SS60)

Chỉ số bùn là thông số kiểm soát quá trình, đặc trưng cho khả năng lắng của

bùn hoạt tính, SVI = số mL thể tích của 1 g bùn hoạt tính Tính SVI từ SSV30 và nồng độ MLSS (mg/L)[18]:

)/(

)/(

30

g mg L

mg MLSS

L mL SSV

SVI đặc trưng của hệ BHT xử lý nước thải sinh hoạt với MLSS = 2000 – 3500 mg/L nằm trong khoảng 80 đến 150 mL/g [23]

Bể lắng1

Bể lắng2 Nước thải vào

Nước sau xử lý

Xử lý bùn Tuần hoàn bùn

b) Mương oxy hóa

Đây là loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hoàn toàn Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương với vận tốc thiết

kế thường > 3 m/s để xáo trộn bùn hoạt tính và tránh lắng cặn Mương oxy hóa có thể

có hình chữ nhật hoặc hình tròn

c) Bể lọc sinh học hiếu khí

Là công trình nhân tạo trong đó nước thải được lọc qua vật liệu rắn được bọc bởi một lớp màng vi sinh Bể lọc sinh học hiếu khí gồm các phần chính là: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảo tưới đều lên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống cấp khí cho bể

d) Đĩa quay sinh học

Hệ thống đĩa quay sinh học gồm các đĩa tròn, phẳng được lắp trên một trục Các đĩa này được đặt ngập một phần trong nước và quay chậm khi hoạt động Khi quay màng sinh vật bám dính trên bề mặt đĩa tiếp xúc với các chất hữu cơ trong nước thải sau đó tiếp xúc với oxy khi ra khỏi nước thải Nhờ trục quay liên tục nên màng vi sinh liên tục tiếp xúc với chất hữu cơ và oxy giúp cho quá trình phân hủy diễn ra nhanh

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Địa điểm và đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Địa điểm nghiên cứu

Công ty Cổ Phần ELOVI Việt Nam nằm tại Khu Công Nghiệp Nam Phổ Yên, Huyện Phổ Yên, Tỉnh Thái Nguyên Công ty được trang bị hệ thống dây chuyền đồng bộ, hiện đại của Tetra Pak – Thụy Điển với công suất 6000 lít sản phẩm/ giờ [1]

Nhằm giữ gìn môi trường đảm bảo sức khỏe cộng đồng, công ty đã đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải theo tư vấn của hiệp hội khoa học công trình SEEN Nguồn nước thải sau khi xử lý luôn đạt chất lượng cột B QCVN 40:2011 trước khi thải ra môi trường

Hình 2.1 Sơ đồ cơ cấu tổ chức công ty sữa Elovi

Hiện công ty đã đưa ra thị trường những sản phẩm sau:

STT có đường ELOVI

STT có đường ZINZIN

STT không đường ELOVI

STT không đường ZINZIN

STT cà phê ELOVI

STT Hương dâu ELOVI

STT Hương dâu ZINZIN

STC Cam tươi ELOVI STC Cam tươi ELOVI STC Lạc tiên tươi ELOVI STC lạc tiên ZINZIN

SCA có đường ELOVI SCA không đường ELOVI SCA Hương dâu ELOVI SCA Hương xoài ELOVI

Ngoài ra công ty còn sản xuất thêm sản phẩm sữa tươi tiệt trùng 100%

2.1.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nước thải và hệ thống xử lý nước thải sản xuất của nhà máy sữa (nước thải sinh hoạt đã có hệ thống xử lý riêng biệt) Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sữa được xây dựng dựa trên nền tảng công nghệ vi sinh vật, lấy bể xử lý hiếu khí bùn hoạt tính làm công đoạn xử lý chính các đối tượng nghiên cứu chính là:

- Các công đoạn xử lý

- Nước thải đầu vào

- Nước thải sau khi qua các công đoạn xử lý

- Nước thải sau khi ra khỏi nhà máy

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp khảo sát và thu thập số liệu

Phương pháp khảo sát được tiến hành trực tiếp trong quá trình tham quan và nghiên cứu về hệ thống xử lý, cách thức bố trí các công đoạn xử lý, đặc biệt chú ý đến

vị trí nhà máy, vị trí xây dựng hệ thống xử lý nước thải, vị trí nước thải đổ ra nguồn tiếp nhận Đặc biệt là đánh giá bằng trực quan về tình trạng hoạt động của các công

đoạn xử lý Tiến hành thu thập số liệu liên quan đến các hoạt động của nhà máy và hệ thống xử lý

2.2.2 Phương pháp phân tích, thu bảo quản mẫu

2.2.2.1 Phương pháp thu mẫu và bảo quản mẫu

Phương pháp lấy mẫutheo các tiêu chuẩn: TCVN 5999:1995; TCVN 3:2008; TCVN 6663-1:2011; TCVN 8880:2011[19]

6663-Địa điểm lấy mẫu: Toàn bộ hệ thống trạm xử lý nước thải được thiết kể mở, nước thải có thể lấy được trực tiếp từ các bể Tiến hành thu mẫu tại 4 điểm và đưa về phân tích tại Trung tâm Kiểm định Môi trường – Cục Cảnh sát Môi trường

- Mẫu thứ nhất, lấy tại giữa bể điều hòa của quá trình sản xuất

- Mẫu thứ hai, lấy tại ống dẫn nước thải ra khỏi kênh khuấy trộn tĩnh trước khi vào bể aerotank

- Mẫu thứ ba, lấy tại bể aerotank, cách mép thành bể 2m

- Mẫu thứ tư, lấy tại ống dẫn nước thải ra nguồn tiếp nhận

Thời gian lấy mẫu vào 8h00 sáng và 13h00 chiều tại các thời điểm nhà máy tăng gia sản xuất và cách nhau 1 tuần

2.2.2.2 Phương pháp phân tích

- Phân tích ngay tại hiện trường một số chỉ tiêu như pH, nhiệt độ, DO

+ Đo các chỉ tiêu về nhiệt độ, ph bằng máy đo pH (pH meter) theo TCVN 6492-1:2011

+ Đo nồng độ oxy hòa tan trong nước bằng máy đo DO ( O2-meter)

- Phân tích trong phòng thí nghiệm [19, 22]

+ Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Theo phương pháp SMEWW 2540 D (2012) + Tổng nitơ: Theo phương pháp TCVN 6624-2:2000

+ Tổng photpho: Theo phương pháp SMEWW 4500 P, E (2012)

+ BOD5: Theo phương pháp TCVN 6001-1:2008

+ COD: Theo phương pháp SMEWW 5220 D (2012)

+ Amoni: Theo phương pháp TCVN 6179-1:1996

2.2.3 Phương pháp kế thừa

Ngoài số liệu phân tích tại thời điểm tiến hành nghiên cứu, trong luận văn có

sử dụng thêm các số liệu phân tích chất lượng nước của trung tâm quan trắc và kỹ thuật môi trường Đây là nguồn số liệu được thực hiện theo chương trình quan trắc định kỳ

2.3 Phương pháp đánh giá khả năng xử lý

2.3.1 Đánh giá hiệu quả xử lý tính theo % lượng chất thải đầu vào

Khi có số liệu về chất lượng nước thải đầu vào hệ thống xử lý và chất lượng nước sau hệ thống xử lý thải ra môi trường, tiến hành đánh giá hiệu quả xử lý của toàn bộ quá trình dựa trên hiệu quả xử lý từng chỉ tiêu trong nước thải Các chỉ tiêu dùng để đánh giá hiệu quả xử lý là các chỉ tiêu thể hiện rõ nhất thành phần và bản chất của nước thải nhà máy sữa như : pH, TSS, COD, BOD5, tổng nitơ, tổng phôtpho, Amoni

Hiệu quả xử lý (%): 100

1

x C

C C

o o

2.3.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của từng công đoạn xử lý

Do hệ thống xử lý được tạo nên từ nhiều công đoạn xử lý khác nhau nên, để có thể đánh giá toàn diện về khả năng xử lý thì việc đánh giá khả năng xử lý của từng công đoạn là cần thiết Việc đánh giá hiệu quả xử lý cũng tương tự như trên:

Hiệu quả xử lý (%): 100

1

x C

C C

o o

x

x

x 

Trong đó: Cx0 : nồng độ chất x trước công đoạn xử lý (mg/l)

Cx1: nồng độ chất x sau công đoạn xử lý (mg/l)

2.3.3 Đánh giá hiệu quả xử lý so với QCVN

So sánh chất lượng nước thải sau khi xử lý với quy chuẩn của nước thải công nghiệp (QCVN 40 - cột B) là một trong những yêu cầu quan trọng nhằm đánh giá sự tuân thủ của nhà máy với những yêu cầu về bảo vệ môi trường Đây là cơ sở cho việc quản lý môi trường không những cho nhà máy sản xuất sữa thuộc Công Ty Cổ Phần Elovi Việt Nam mà còn cho tất cả các cơ sở sản xuất khác

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Công nghệ xử lý nước thải của nhà máy

Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sữa Elovi hiện tại được thiết kế với công suất 500 m3/ngày đêm với công nghệ hiếu khí truyền thống nhằm mục đích xử

lý nước thải của nhà máy sữa và nước thải của nhà máy bia, tuy nhiên trong thực tế cho tới thời điểm hiện tại Trạm chỉ được xử dụng để xử lý nước thải của nhà máy sữa với lưu lượng khoảng từ 20-40m3/ngày đêm

Đánh giá chung về trạm xử lý nước thải nhà máy sản xuất sữa:

- Về công nghệ xử lý: trạm xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí 1 bậc không phù hợp để xử lý nước thải ngành sản xuất sữa Do phương pháp này chỉ có hiệu quả đối với nước thải có hàm lượng hữu cơ thấp (BOD<600 mg/L) Bên cạnh đó, thể tích của các bể quá lớn không phù hợp để xử lý nước thải với lưu lượng 40

m3/ngày đêm

- Về thiết bị: Khi thiết kế, trạm có mức độ tự động hóa cao, trang thiết bị hiện đại Tuy nhiên, hiện tại, hệ thống trang thiết bị đã hỏng, hệ thống bơm thổi khí có công suất quá lớn gây lãng phí Hệ thống được vận hành hoàn toàn thủ công theo cảm quan và kinh nghiệm tuy nhiên cán bộ vận hành không được đào tạo bài bản

- Về chi phí xử lý: Nếu chưa xét tới chi phí khấu hao sửa chữa, bảo dưỡng trang thiết bị, nhân công, theo báo cáo vận hành trạm xử lý nước thải của nhà máy sữa ELOVI, để xử lý nước thải với lưu lượng 40m3/ngày thì tiền điện, hóa chất thực

tế sử dụng hàng tháng vào khoảng từ 18 tới 22 triệu đồng Vậy chi phí để xử lý 1 m3nước thải sẽ nằm trong khoảng 15.000 – 18.000 đồng tuy nhiên nước thải không được

xử lý triệt để

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy

3.1.1 Bể điều hòa, kênh đo lưu lượng nước thải, kênh khuấy trộn tĩnh

Nước thải từ các nguồn trong nhà máy qua hệ thống cống thu gom xung quanh tường rào được tập trung tại bể điều hòa Bể này được sử dụng như là bể thu gom do nước thải được đưa thẳng vào bể mà không có hệ thống song chắn rác để loại bỏ các tạp chất thô[3]

Bể được lắp đặt hệ thống kiểm soát pH (6,5  7,5) và các thiết bị châm xút và dinh dưỡng, tuy nhiên hệ thống này đã hỏng, không hoạt động Tại bể có bồn và động

Máy Thổi Khí

(M01 -M02- M03)

Bùn dư

NƯỚC THẢI SẢN XUẤT

BỂ KHỬ TRÙNG

(T-07)

Dinh dưỡng Trung hòa

Tuần hoàn