NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI QUÁ TRÌNH KEO TỤ VÀ ANOXIC/OXIC XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT CÔNG TY NÔNG DƯỢC KOSVIDA

Nghiên cứu quá trình anoxic/oxic xử lý nước thải rửa sàn, thiết bị và nước thải sản xuất sau keo tụ ñược thực hiện qua 2 giai ñoạn: Giai ñoạn 1: Là giai ñoạn tạo môi trường thích nghi ñể

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗

NGUYỄN THỊ HỒNG MINH

NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI QUÁ TRÌNH KEO TỤ VÀ ANOXIC/OXIC XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT CÔNG TY NÔNG DƯỢC KOSVIDA

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Ngành: Kỹ Thuật Môi Trường

Người hướng dẫn: TS NGUYỄN NHƯ SANG

Thành Phố Hồ Chí Minh

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Như Sang ñã tận tình hướng dẫn, ñóng góp nhiều ý kiến quý báu và giúp ñỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình nghiên cứu ñể hoàn thành luận văn này

Chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trường Đại Học Nông Lâm TP HCM ñặc biệt

là các thầy cô trong khoa Môi Trường và Tài Nguyên ñã tận tình chỉ dạy, truyền ñạt cho tôi kiến thức và kinh nghiệm trong quá trình học tập tại trường

Xin cảm ơn ban lãnh ñạo và các nhân viên Công ty TNHH Nông Dược KOSVIDA, Công ty TNHH Môi Trường và Xây Dựng Sài Gòn Xanh ñã luôn tạo mọi ñiều kiện

và hỗ trợ cho tôi thực hiện ñược nghiên cứu

Xin cảm ơn những thành viên trong lớp DH06MT ñã luôn bên cạnh, ñộng viên và giúp ñỡ tôi rất nhiều trong học tập cũng như trong thực hiện luận văn này

Cuối cùng, với tất cả lòng biết ơn tôi xin cảm ơn gia ñình, những người thân và bạn

bè ñã luôn là nguồn ñộng viên, ñiểm tựa vững chắc và tạo cho tôi có ñủ nghị lực trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Dù ñã cố gắng, nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh ñược những sai sót, kính mong nhận ñược sự góp ý và sửa chữa của thầy cô

và các bạn về luận văn tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Thị Hồng Minh

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài “Nghiên cứu triển khai quá trình keo tụ và anoxic/oxic xử lý nước thải thuốc

bảo vệ thực vật Công ty nông dược Kosvida” ñược thực hiện tại trạm xử lý nước

thải công ty Thời gian thực hiện từ 1/2 - 30/6/2010

Đề tài nghiên cứu gồm 2 nội dung chính:

Nghiên cứu quá trình keo tụ xử lý nước thải sản xuất thuốc bảo vệ thực vật của công ty nông dược Kosvida Quá trình keo tụ không cần phải ñiều chỉnh pH, hóa chất keo tụ là PAC với liều lượng 10.000 mg/l và chất trợ keo tụ polymer cation với liều lượng là 1,5 mg/l Hiệu quả khử COD ñạt ñược từ 80 ñến 85%

Nghiên cứu quá trình anoxic/oxic xử lý nước thải rửa sàn, thiết bị và nước thải sản xuất sau keo tụ ñược thực hiện qua 2 giai ñoạn:

Giai ñoạn 1: Là giai ñoạn tạo môi trường thích nghi ñể vi sinh vật hiếu khí và thiếu khí phát triển và làm quen với môi trường nước thải Ở giai ñoạn này tải trọng COD của bể oxic từ 0,5 – 0,9 kgCOD/m3.ngày và tải trọng T-N của quá trình từ 0,1 – 0,12 kgN/m3.ngày Hiệu quả xử lý COD và T-N ñạt ñược lần lượt

là 85% và 59%

Giai ñoạn 2: Được thực hiện ngay sau giai ñoạn 1 với tải trọng chính thức của

mô hình Tải trọng COD của bể oxic dao ñộng trong khoảng 1,1 – 1,6 kgCOD/m3.ngày và tải trọng T-N từ 0,19 – 0,23 kgN/m3.ngày Hiệu quả ñạt ñược trong giai ñoạn này ñối với khử COD và T-N lần lượt là 80% và 65%

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KLTN

1 TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu triển khai quá trình keo tụ và anoxic/oxic xử lý nước thải

Công ty nông dược KOSVIDA”

2 NỘI DUNG KLTN:

- Tổng quan quy trình sản xuất và nước thải thuốc bảo vệ thực vật (TBVTV) tại Công ty nông dược Kosvida

- Tổng quan cơ sở lý thuyết và các nghiên cứu liên quan về xử lý nước thải TBVTV, quá trình keo tụ và quá trình anoxic/oxic (A/O)

- Nghiên cứu triển khai và vận hành của quá trình keo tụ trong xử lý nước thải sản xuất TBVTV Kosvida

- Nghiên cứu triển khai và vận hành của quá trình A/O trong xử lý vệ sinh, rửa sàn

và nước thải sản xuất sau quá trình keo tụ của Kosvida

- Lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu, xử lý số liệu, trình bày kết quả nghiên cứu, thảo luận và ñánh giá hiệu quả xử lý

3 THỜI GIAN THỰC HIỆN: Bắt ñầu: 01/02/2010 Kết thúc 30/6/2010

4 HỌ TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Như Sang

Nội dung và yêu cầu KLTN ñã ñược thông qua khoa và bộ môn

Ngày Tháng Năm 2010

Ban chủ nhiệm khoa Giáo Viên Hướng dẫn TS Lê Quốc Tuấn TS Nguyễn Như Sang PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ)………

Đơn vị………

Ngày bảo vệ………

Điểm tổng kết………

Nơi lưu trữ luận văn………

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KLTN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH HÌNH vii

DANH SÁCH BẢNG viii

DANH SÁCH PHỤ LỤC ix

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 2

1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI 4

2.1.1 Quy trình sản xuất 4

2.1.2 Nguồn gốc, thành phần và tính chất nước thải 7

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 8

2.2.1 Nghiên cứu trong nước 8

2.2.2 Nghiên cứu ngoài nước 9

2.2.3 Cơ sở lựa chọn phương án nghiên cứu 9

2.3 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH KEO TỤ 10

2.3.1 Cơ chế của quá trình keo tụ 10

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình keo tụ 12

2.4 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH ANOXIC/OXIC 13

2.4.1 Quá trình bùn hoạt tính 13

2.4.3 Quá trình khử nitrate 15

Chương 3 MÔ HÌNH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

3.1 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 17

3.1.1 Mô hình nghiên cứu quá trình keo tụ 17

3.1.2 Mô hình nghiên cứu quá trình A/O 20

3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 22

3.2.1 Quá trình keo tụ 22

3.2.2 Quá trình A/O 23

3.3 PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU, PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 27

3.3.1 Phương pháp phân tích mẫu 27

3.3.2 Địa ñiểm và chu kỳ lấy mẫu 28

3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 29

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

4.1 KẾT QUẢ 30

4.2 THẢO LUẬN 37

4.2.1 Quá trình keo tụ 37

4.2.2 Quá trình A/O 38

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

5.1 KẾT LUẬN 41

5.2 KIẾN NGHỊ 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ LỤC 45

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Quy trình sản xuất TBVTV của Công ty Kosvida 6

Hình 3.1 Sơ ñồ công nghệ mô hình nghiên cứu quá trình keo tụ 17

Hình 3.2 Sơ ñồ công nghệ mô hình nghiên cứu quá trình A/O 19

Hình 4.1 pH của nước thải ñầu vào và ñầu ra quá trình keo tụ 30

Hình 4.2 TDS của nước thải ñầu vào và ñầu ra quá trình keo tụ 31

Hình 4.3 COD của nước thải ñầu vào, ñầu ra và hiệu suất của quá trình keo tụ 31

Hình 4.4 pH của các bể của mô hình A/O trong quá trình nghiên cứu 32

Hình 4.5 TDS ñầu vào và ñầu ra tại 2 bể lắng II trong quá trình A/O 33

Hình 4.6 COD ñầu vào và ñầu ra tại 2 bể lắng II trong quá trình A/O 33

Hình 4.7 Tải trọng COD ở bể oxic và hiệu suất khử COD 35

Hình 4.8 T-N ñầu vào và ñầu ra của quá trình A/O 35

Hình 4.9 Tải trọng và hiệu suất khử T-N của quá trình A/O 36

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Kết quả phân tích nước thải 7

Bảng 3.1 Kích thước mô hình bể trộn + phản ứng 18

Bảng 3.2 Kích thước mô hình bể lắng I 18

Bảng 3.3 Kích thước mô hình bể anoxic 20

Bảng 3.4 Kích thước mô hình bể oxic 21

Bảng 3.5 Kích thước mô hình bể lắng II 21

Bảng 3.6 Các thông số vận hành quá trình keo tụ 22

Bảng 3.7 Các thông số vận hành của bể anoxic trong giai ñoạn 1 23

Bảng 3.8 Các thông số vận hành của bể oxic trong giai ñoạn 1 24

Bảng 3.9 Các thông số vận hành của bể lắng II trong giai ñoạn 1 25

Bảng 3.10 Các thông số vận hành của bể anoxic trong giai ñoạn 2 26

Bảng 3.11 Các thông số vận hành bể oxic trong giai ñoạn 2 26

Bảng 3.12 Các thông số vận của bể lắng II trong giai ñoạn 2 27

Bảng 3.13 Phương pháp phân tích mẫu 28

Bảng 3.14 Điểm lấy mẫu và chu kỳ lấy mẫu 28

DANH SÁCH PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Kết quả phân tích các thông số ñầu vào và ñầu ra quá trình keo tụ 45

Phụ lục 2: Kết quả phân tích các thông số ñầu vào và ñầu ra quá trình A/O 46

Phụ lục 3: Tính toán tải trọng và hiệu quả xử lý của quá trình A/O 47

Phụ lục 4: Một số hình ảnh của trạm xử lý nước thải 48

Trong cơ cấu ngành của nước ta hiện nay thì nông nghiệp vẫn ñang là ngành ñóng vai trò quan trọng và ngày càng phát triển hơn nhờ vào tiến bộ khoa học kỹ thuật Sản xuất nông nghiệp ñược ñẩy mạnh, ñã thúc ñẩy các ngành công nghiệp phục vụ nông nghiệp, trong ñó ngành sản xuất thuốc bảo vệ thực vật (TBVTV) là một trong những ngành chủ ñạo Sản xuất tăng lên ñồng nghĩa với việc càng nhiều chất ô nhiễm phát sinh hơn do quá trình sản xuất mà nguồn ô nhiễm này cần phải ñược xử

lý trước khi xả vào môi trường

Thực tế cho thấy ñể xử lý loại nước thải này, việc áp dụng phương pháp hóa học và hóa lý ñạt ñược hiệu quả cao, tuy nhiên cần một lượng lớn hóa chất cho quá trình xử

lý sẽ gây tốn kém và ảnh hưởng ñến lợi nhuận của công ty, mặt khác sau xử lý còn phát sinh một lượng lớn sản phẩm phụ không mong muốn Do ñó việc kết hợp giữa phương pháp hóa lý và sinh học một cách hợp lý sẽ ñem lại hiệu quả và tiết kiệm ñược chi phí cho quá trình xử lý vì phương pháp sinh học dễ vận hành, chi phí xử lý không cao mà quá trình xử lý chỉ sản sinh ra lượng nhỏ sản phẩm phụ là bùn hoạt tính Tuy nhiên việc kết hợp hai phương pháp hóa lý và sinh học trong nước thải

TBVTV lại chưa ñược nghiên cứu và áp dụng rộng rãi Do ñó, ñề tài “Nghiên cứu triển khai quá trình keo tụ và anoxic/oxic xử lý nước thải thuốc bảo vệ thực vật

công ty nông dược Kosvida” ñược thực hiện nhằm mở ra một hướng mới trong xử

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN

 Thu thập tài liệu lý thuyết và các nghiên cứu trong, ngoài nước có liên quan ñến

xử lý nước thải TBVTV, quá trình keo tụ và quá trình A/O

 Vận hành triển khai mô hình nghiên cứu gồm:

- Mô hình quá trình keo tụ xử lý nước thải sản xuất

- Mô hình quá trình A/O xử lý nước thải rửa sàn, thiết bị và nước thải sản xuất sau keo tụ

 Lấy mẫu, phân tích một số chỉ tiêu ñối với nước thải ñầu vào và ñầu ra của 2 mô hình

 Tổng hợp kết quả có ñược, xử lý số liệu và trình bày kết quả nghiên cứu ở dạng biểu ñồ

 Thảo luận và ñánh giá hiệu quả xử lý của mô hình

 Địa ñiểm thực hiện ñề tài là hiện trường trạm xử lý nước thải của công ty

 Các thông số ñánh giá gồm: pH, TDS, COD, T-N, tải trọng COD, tải trọng T-N

và hiệu suất xử lý

 Thời gian nghiên cứu từ 1/2/2010 – 30/6/2010

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI

2.1.1 Quy trình sản xuất

Quá trình sản xuất của công ty gồm 2 công ñoạn chính như sau:

- Tổng hợp chất trung gian – Methyl isocyanate (MIC)

Natricyanate (SDC) và natricacbonat (SA) ñược cho chung với dung môi ortho diclobenzen (ODCB) và 1,2,4 triclobenzen (TCB) vào bồn chứa có bộ phân gia nhiệt Tại ñây SDC và SA ñược khuấy trộn ñều với dung môi ODCB và TCB Sau

ñó hỗn hợp ñược gia nhiệt ñến nhiệt ñộ 1900C trong 3h nhằm tách nước Sau khi tách nước, hỗn hợp này ñược ñưa ñịnh lượng vào bể phản ứng cùng với DMS ñể giữa DMS và hỗn hợp xảy ra phản ứng và hình thành MIC Toàn bộ phản ứng ñược thực hiện trong ñiều kiện nhiệt ñộ 1800C và áp suất chân không Sản phẩm MIC ñược sinh ra sẽ ñược thu hồi bằng cách cho qua thiết bị ngưng tụ và chứa trong bồn chứa ñể chờ bơm chuyển qua sản xuất sản phẩm Dung dịch còn lại trong bể phản ứng sẽ ñược bơm qua bể gia nhiệt ñể làm bay hơi dung môi Dung môi sẽ ñược tận thu qua hệ thống ngưng tụ và tuần hoàn lại cho quá trình sản xuất

- Tổng hợp ra sản phẩm

2-(1-metylpropyl) phenyl metyl cacbamat (BPMC)

Để sản xuất ra BPMC, một lượng MIC sẽ ñược bơm vào bể phản ứng cùng với ortho-sec-butylphenol (OSBP) và triethyl amin (TEA) Phản ứng ñược tiến hành ở ñiều kiện nhiệt ñộ là 400C và áp suất chân không Sản phẩm BPMC ở dạng lỏng sẽ ñược chứa trong thùng phuy lưu trữ và tiêu thụ

Carbofuran

Để tổng hợp carbofuran, một lượng MIC ñược cho vào bể phản ứng cùng với dihydro-2,2΄-dimethyl-7-benzofuranol (7-OH), toluene và TEA Hỗn hợp ñược khuấy trộn và cho phản ứng ở ñiều kiện nhiệt ñộ là 410C ñể hình thành carbofuran Hỗn hợp sản phẩm ñược ñưa qua hệ thống làm lạnh ñể kết tinh carbofuran, sau ñó ñược ñưa qua máy ly tâm ñể tách carbofuran ra Carbofuran sau ñó ñược sấy khô và ñóng thùng thành phẩm lưu trữ và tiêu thụ

2,3-Hỗn hợp lỏng gồm toluene và các cặn sẽ ñược ñưa qua hệ thống chưng cất ñể thu hồi dung môi tuần hoàn tái sử dụng cho sản xuất

Toàn bộ thiết bị trong dây chuyền sản xuất ñều ñược kết nối với nhau bởi hệ thống ñường ống và van kỹ thuật ñược ñiều khiển bởi hệ thống ñiện ñiều khiển Các ñường ống ñều ñược dẫn về bơm chân không ñể bơm hút tạo áp suất chân không tại các bể phản ứng Áp suất chân không ñược sử dụng ñể vận hành hệ thống là 0,1bar Quy trình sản xuất ñược thể hiện bằng sơ ñồ ở hình 2.1

Hình 2.1 Quy trình sản xuất TBVTV của Công ty Kosvida

SDC,SA,ODCB,TCB

Bồn chứa có bộ phận gia nhiệt

Làm lạnh- kết tinh

Ly tâm

Sấy

Carbonfuran 7-OH, TAE, toluene

Đóng gói, thành phẩm Đóng gói, thành phẩm

Tuần hoàn tái sử dụng toluene

Thuê

xử lý

2.1.2 Nguồn gốc, thành phần và tính chất nước thải

Nước thải tại công ty xuất phát từ 2 nguồn chính:

Nguồn nước thải sản xuất: Có nồng ñộ chất ô nhiễm cao gồm các dung môi hữu cơ, các muối vô cơ, có mùi xốc ñặc trưng, màu vàng nhạt, nhiệt ñộ dao ñộng trong khoảng 40 – 500C Đây là nguồn nước thải khó xử lý vì ñộ mặn cao với TDS dao ñộng trong khoảng 45.000 – 55.000 mg/l có thành phần chủ yếu là SO4-, với ñộ mặn như thế sẽ gây ức chế các vi sinh nếu ñưa trực tiếp vào công trình sinh học Nồng

ñộ COD của nước dao ñộng trong khoảng 3.000 – 4.000 mg/l

Bảng 2.1 Kết quả phân tích nước thải

(Nguồn: Công ty TNHH nông dược Kosvida)

Nguồn nước thải rửa sàn và vệ sinh thiết bị: Chứa một lượng nhỏ các chất ñộc hại

do rửa trôi các chất còn bám lại trên mặt thiết bị Nguồn nước thải này có nồng ñộ ô nhiễm thấp hơn nhiều so với nước thải sản xuất Nhận xét cảm quan thấy rằng nước

có mùi nhẹ, trong và không thấy cặn lơ lửng khi quan sát bằng mắt thường Nồng

ñộ COD dao ñộng trong khoảng 600 – 1000 mg/l

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.2.1 Nghiên cứu trong nước

Nguyễn Văn Phước và cộng sự (2006) ñã có công trình nghiên cứu xử lý nước thải thuốc trừ sâu công ty Syngenta, COD của nước thải lên ñến 20.000 – 30.000 mg/l, tính chất nước thải có tính ñộc hại cao Công nghệ xử lý ñược nghiên cứu bao gồm: kiềm hoá nhằm khử ñộc tính của thuốc trừ sâu, keo tụ khử cặn, lọc sinh học kết hợp

kỵ khí, bùn hoạt tính, lọc hiếu khí với giá thể xơ dừa, phản ứng fenton và cuối cùng

là hấp phụ trên than hoạt tính Nước thải ñầu ra bảo ñảm ñạt tiêu chuẩn thải loại A theo TCVN 5945 – 2005 Kết quả nghiên cứu với quá trình keo tụ ñạt hiệu suất 21 – 52% với phèn sắt ở nồng ñộ phèn từ 1000 – 7500 mg/l với các nồng ñộ pha loãng nước thải là 0, 2, 4, 6, 8 và 10 lần Hệ thống sinh học bao gồm lọc kị khí kết hợp bùn họat tính và lọc hiếu khí, hiệu quả xử lý COD lên ñến 95% trong ñó quá trình bùn hoạt tính ñạt hiệu suất 80%

Đỗ Khắc Uẩn và cộng sự (2009) ñã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của nhôm sunfate ñến quá trình xử lý ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng trong hệ thống A/O bằng mô hình pilot với nguồn nước thải tự tạo với COD = 450 mg/l và T-N = 40 mg/l Thời gian lưu nước ở bể thiếu khí là 4h và 5,3h ở bể hiếu khí Nhôm sunfate ñược bổ sung vào quá trình ñể xác ñịnh ảnh hưởng ñến hiệu quả của quá trình xử lý Nồng ñộ oxy hòa tan trong bể hiếu khí ñược duy trì ở mức 2,5 - 3 mg/l Kết quả nghiên cứu trong giai ñoạn hệ thống hoạt ñộng không bổ sung nhôm sunfate, chất lượng nước ñầu ra ñạt nồng ñộ COD nằm trong khoảng 8 – 12 mg/l, hiệu suất khử COD ñạt 90 - 95% và hiệu suất khử nitơ ñạt ñến 88%

Lê Quang Huy và cộng sự (2009) sử dụng mô hình thiếu khí từng mẻ ñể xử lý oxit nitơ nồng ñộ cao trong nước rác cũ với nồng ñộ T-NOx khoảng 1000mg/l Hiệu quả khử nitơ qua cơ chế khử nitrite lại cho hiệu quả cao khi bổ sung ñủ nguồn C cho quá trình Tỷ lệ COD bổ sung:N-NO2 thích hợp là 1,5:1 và tỷ lệ COD khử:NO2 khử

là 2,2:1,0 trong ñó 30% COD khử là COD sẵn có trong nước thải Hiệu quả khử nitrite có thể ñạt ñến 95% với tải trọng ñạt 0,115 kgN-NO2khử/m3.ngày hay 0,015

gN-NO2khử/gMLSS.ngày Với kết quả này ñem lại hiệu quả khử nitơ ammonia của

cả quá trình xử lý sinh học ñạt khoảng 80 - 85%

2.2.2 Nghiên cứu ngoài nước

Wang, Y và cộng sự (2005) ñã nghiên cứu kết hợp xử lý nitơ và carbon trong nước thải chế biến thực phẩm có COD từ 1500 - 2000mg/l và T-N từ 300 - 500mg/l, sử dụng mô hình pilot kết hợp hệ thống A/O kết hợp màng Kết quả nghiên cứu vận hành hệ thống trong ñiều kiện thích hợp, hiệu suất khử COD, N-NH4+ và T-N lần lượt là 94, 91 và 74% ở thời gian lưu nước là 6h Tải trọng COD và T-N lớn nhất của hệ thống ñạt ñược là 3,4 kgCOD/m3.ngày và 1,26 kgN/m3.ngày

Welander, U và cộng sự (1997) ñã sử dụng mô hình bể sinh học có vật liệu tiếp xúc nghiên cứu xử lý nitơ sinh học trong nước rỉ rác ñô thị Quá trình nitrate hóa ñược nghiên cứu trong mô hình gồm 2 bể oxic sử dụng vật liệu tiếp xúc với diện tích bề mặt khác nhau tương ứng là 210m2/m3 và 390m2/m3 vật liệu Thể tích vật liệu chiếm 60% thể tích mỗi bể Quá trình khử nitrate diễn ra trong bể anoxic có hệ thống khuấy trộn cơ khí, vật liệu tiếp xúc chiếm 40% thể tích bể với diện tích bề mặt vật liệu là 210m2/m3 Nước thải sau quá trình nitrate hóa trong bể oxic 1 ñược cấp vào bể anoxic cùng với nguồn carbon bổ sung, lúc ñầu là acid acetic và sau ñó

là methanol ñể ñẩy mạnh quá trình khử nitrate Ở ngày vận hành thứ 19 của quá trình, bể oxic 2 mới bắt ñầu ñi vào vận hành ñể so sánh hiệu quả của 2 loại vật liệu ñối với quá trình nitrate hóa Nhiệt ñộ nước rỉ rác dao ñộng trong khoảng 10 – 260C trong suốt quá trình nghiên cứu, quá trình nitrate hóa diễn ra tốt trong giai ñoạn này Kết quả nghiên cứu cho thấy hầu như không có sự chênh lệch nhiều về hiệu suất ñối với 2 loại vật liệu ñã dùng Tốc ñộ nitrate hóa cao nhất ñạt ñược là 24gN/m3.h Tốc

ñộ khử nitrate cao nhất ñạt ñược xấp xỉ 55gN/m3.h Khi hệ thống ñược vận hành trong ñiều kiện tối ưu, nitơ vô cơ hầu như ñược khử hoàn toàn và hiệu suất khử T-N ñạt xấp xỉ 90% Hiệu suất khử COD khoảng 20% trong quá trình nghiên cứu

2.2.3 Cơ sở lựa chọn phương án nghiên cứu

Việc lựa chọn công nghệ xử lý ñược cân nhắc dựa trên những lý do sau:

Ngoài nguồn ô nhiễm carbon, nước thải TBVTV còn có nồng ñộ T-N cao Do ñó quá trình xử lý cần phải cân nhắc ñến việc kết hợp khử COD và T-N

Phương pháp sinh học ñược xem là phương pháp xử lý có hiệu quả cao, giá thành

xử lý rẻ mà chất lượng nước ñầu ra có thể ñạt ñược ở nồng ñộ các chất gây ô nhiễm

có thể chấp nhận ñược Bên cạnh ñó, quá trình xử lý thân thiện với môi trường do không sử dụng hóa chất và quá trình xử lý ít sinh ra sản phẩm phụ nguy hại Từ những nghiên cứu về quá trình xử lý COD kết hợp T-N, quá trình A/O ñược ñánh giá là có hiệu quả xử lý cao và ổn ñịnh, do ñó rất thích hợp ñể áp dụng vào quá trình

xử lý theo yêu cầu

Tuy nhiên, do thành phần nước thải sau khi ñược khảo sát có COD khá cao, chứa lượng muối hòa tan lớn, tỷ lệ BOD/COD < 0,4 và các thành phần chất ñộc nên không thích hợp ñể ñưa trực tiếp vào công trình sinh học Do ñó nước thải cần phải ñược xử lý hóa lý trước

Quá trình keo tụ ñược xem xét và áp dụng trong mô hình nghiên cứu vì ñược sử dụng phổ biến, quá trình vận hành ñơn giản và hiệu quả xử lý ổn ñịnh ñối với chất hữu cơ và vô cơ Rất thích hợp ñể xử lý nước thải sản xuất TBVTV trước khi ñược

xử lý sinh học

2.3 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH KEO TỤ

2.3.1 Cơ chế của quá trình keo tụ

Để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo, thậm chí cả nhũ tương polymer và các tạp chất khác, người ta áp dụng phương pháp keo tụ nước thải

Các chất keo tụ thường dùng là muối nhôm hoặc muối sắt hóa trị III hay còn gọi là phèn nhôm, phèn sắt Và trong thời gian gần ñây chất keo tụ không phân ly (dạng cao phân tử: PAC) ñược sử dụng nhiều nơi trên thế giới vì chúng cho phép nâng cao ñáng kể hiệu quả của quá trình keo tụ và lắng bông cặn sau ñó Các muối này ñược ñưa vào dưới dạng muối hoà tan, trong dung dịch chúng phân ly thành các cation và anion theo phản ứng sau:

Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO4FeCl3 → Fe3+ + 3Cl-Trước ñây, các ion Al3+ và Fe3+ ñược xem là yếu tố ảnh hưởng chính ñược theo dõi trong quá trình keo tụ Tuy nhiên những sản phẩm thủy phân của chúng mới là nhân

2-tố chính gây nên sự liên kết giữa các hạt keo (Metcalf & Eddy, 2003) Nhờ hoá trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các phức chất hexa Me(H2O)63+ (trong ñó Me3+ có thể là Al3+ hay Fe3+) Sự thủy phân của các ion kim loại hóa trị III ñược thể hiện như sau:

[Me(H2O)6 ]3+ ↔ [Me(H2O)5OH]2+ + H+

Sự diễn tiến của quá trình thủy phân phụ thuộc vào liên kết của các anion với kim loại và tính chất vật lý, hóa học của dung dịch Sản phẩm tạo ra là hydroxit Me(OH)3 kết tủa lắng xuống Trong môi trường kiềm mạnh hoặc acid mạnh, các hydroxit Me(OH)3 sẽ tiếp tục thủy phân như sau Ví dụ ñối với nhôm hydroxit: Trong môi trường kiềm: Al(OH)3 + OH- ↔ Al(OH)4 -

Trong môi trường acid : Al(OH)3 + 3H+ ↔ Al3+ + 3H2O

Các sản phẩm hydroxyt tạo thành là các sản phẩm mang nhiều nguyên tử kim loại Các hợp chất này mang ñiện dương mạnh và có khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang ñiện tích âm tạo thành bông cặn Các hydroxyt sắt tạo thành khác nhau tuỳ thuộc vào pH và các ñiều kiện của quá trình, song chúng ñều là các hợp chất mang ñiện dương và có hoạt tính tạo bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn Các bông keo này khi lớn sẽ hấp phụ, cuốn theo các hạt keo, hạt bẩn hữu cơ, chất mang mùi vị,… tồn tại ở trạng thái hoà tan hoặc lơ lững trong nước

Để tăng cường quá trình tạo bông keo với mục ñích tăng tốc ñộ lắng, người ta tiến hành quá trình keo tụ bằng cách cho thêm vào nước thải các hợp chất cao phân tử gọi là chất trợ keo tụ Việc sử dụng các hợp chất trợ keo tụ cho phép hạ thấp liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và nâng cao tốc ñộ lắng của bông keo Các chất trợ keo tụ có hai nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp Các chất trợ keo tụ

có nguồn gốc tự nhiên là tinh bột, dextrin, các ete, xenlullo và dioxit silic hoạt

tính,… trong khi ñó các chất có nguồn gốc tổng hợp thường dùng là polyacryamit, polyacrylic axit, polydiallydimetyl-amon,…

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình keo tụ

1 pH: Là một yếu tố cực kỳ quan trọng ñối với quá trình keo tụ pH tối ưu cho quá trình keo tụ phụ thuộc vào từng loại nước thải và loại phèn sử dụng

2 Liều lượng chất keo tụ: Quá trình keo tụ không phải là một phản ứng hóa học thông thường, nên lượng chất keo tụ cho vào không thể dựa vào các tính toán ñể xác ñịnh Tùy vào loại nước khác nhau, tùy vào hàm lượng chất keo mà phải tiến hành thực nghiệm ñể xác ñịnh trị số pH tối ưu tương ứng

3 Độ ñục ban ñầu: Một số loại nước cần keo tụ có ñộ ñục thấp, nghĩa là hàm lượng các chất lơ lửng thấp, khả năng liên kết với các chất keo tụ thấp cho nên hiệu quả keo tụ không cao Lúc này phải tạo ñộ ñục ban ñầu bằng cách cho thêm các chất trợ keo tụ như vôi

4 Chất hữu cơ: Các chất hữu cơ là mục tiêu keo tụ chính của quá trình keo tụ Một

số chất hữu cơ hòa tan gây khó khăn cho quá trình keo tụ

5 Anion, cation trong nước: Sự có mặt của các ion này trong nước có khả năng làm giảm tính ổn ñịnh của hệ keo, tăng khả năng keo tụ của chúng

6 Hiệu ứng khuấy: Trong quá trình keo tụ, một trong những yếu tố quyết ñịnh nữa

là tốc ñộ khuấy trộn ñược cung cấp Quá trình keo tụ phải ñược ñảm bảo sự khuấy trộn thích hợp theo từng giai ñoạn riêng biệt giúp cho chất keo tụ tiếp xúc ñược với hạt keo và các bông keo tiếp xúc với nhau tạo thành các bông lớn hơn nhằm ñạt ñến hiệu quả tạo bông là tốt nhất

7 Thế năng zeta của hệ: Thế năng ξ của hệ quyết ñịnh ñến pH tối ưu cho quá trình keo tụ

8 Nhiệt ñộ keo tụ: Một số chất keo tụ bị ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ của nước thải Ở nhiệt ñộ quá cao, do chuyển ñộng nhiệt các bông keo tạo thành khó có khả năng lớn, hiệu quả lắng kém ñi

2.4 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH ANOXIC/OXIC

2.4.1 Quá trình bùn hoạt tính

Quá trình bùn hoạt tính là quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ trong nước thải với

sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí ñể oxy hóa các chất hữu cơ chứa C, N, P, S thành CO2, H2O và các muối khoáng tương ứng Trong quá trình này, hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính (tập hợp các vi sinh vật) ñược xáo trộn và sục khí liên tục, khi

ñó các VSV ñược xáo trộn ñều với các chất hữu cơ trong nước thải và chúng sử dụng chất hữu cơ như nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình sinh trưởng, chúng nhận các chất dinh dưỡng ñể xây dựng tế bào sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng ñược tăng lên Khi VSV phát triển và ñược xáo trộn bởi không khí, các cá thể VSV kết thành khối với nhau tạo thành khối VSV hoạt tính gọi là bùn hoạt tính

Quá trình bùn hoạt tính thường ñược thực hiện trong bể oxic (aerotank) ở ñó nước chảy liên tục vào bể ñồng thời không khí nén cũng ñược thổi vào bể ñể khuấy trộn bùn với nước thải và cung cấp oxy cần thiết cho VSV phân hủy các chất hữu cơ Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải trong bể hiếu khí gọi là hỗn hợp chất lỏng Hỗn hợp này sau khi ra khỏi bể oxic ñược ñưa ñến bể lắng II và bùn hoạt tính ñược lắng lại ở ñó Phần lớn bùn hoạt tính (trên 50%) ñược tuần hoàn lại bể oxic ñể giữ cho khả năng phân hủy chất hữu cơ tốt Phần bùn hoạt tính còn lại sẽ ñược nén ñể làm giảm ñộ ẩm và sau ñó xử lý chúng bằng các quá trình xử lý bùn thích hợp

Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình bùn hoạt tính gồm:

1 Nồng ñộ oxy hòa tan: Phải ñảm bảo cung cấp ñủ lượng O2 một cách liên tục >= 1,5 mg/l

2 pH: Giá trị pH ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào trong tế bào Đối với ña số vi sinh vật, khoảng giá trị pH tối ưu là 6,5 - 8,5

3 Nhiệt ñộ nước thải: Ảnh hưởng rất lớn ñến chức năng hoạt ñộng của vi sinh vật

4 Lượng dinh dưỡng: Để các quá trình sinh hóa diễn ra bình thường, các nguyên

tố dinh dưỡng không ñược thấp hơn giá trị cần thiết, thông thường tỷ lệ COD : N : P phải ñảm bảo là 150 : 5 : 1 Nếu thiếu các nguyên tố dinh dưỡng sẽ kìm hãm

và ngăn cản các quá trình oxy hóa sinh hóa

5 Nồng ñộ muối vô cơ: Không ñược vượt quá 10g/l

6 Nồng ñộ ñộc chất: Trong nước có nhiều ñộc chất ở một ngưỡng nào ñó có thể gây ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật

2.2.2 Quá trình nitrate hóa

Cùng với quá trình khử carbon trong bể oxic, quá trình khử nitrate xảy ra do hoạt ñộng của 2 loại vi sinh vật tự dưỡng là Nitrosomonas và Nitrobacter qua 2 bước sau:

Bước 1: Ammonium ñược chuyển thành nitrite ñược thực hiện bởi loài Nitrosomonas:

NH4+ + 1.5 O2 → NO2- + 2 H+ + H2O (1) Bước 2: Nitrite chuyển thành nitrate ñược thực hiện bởi loài Nitrobacter :

NO2- + 0.5 O2 → NO3- (2) Tổng hợp 2 phản ứng ñược viết lại như sau :

NH4+ + 2 O2 → NO3- + 2 H+ + H2O (3) Phương trình phản ứng (1) và (2) tạo ra năng lượng cho sự sinh trưởng và phát triển của tế bào Dựa trên phương trình tổng quát (3) thì lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa amonium là 4,57gO2/gN trong ñó nhu cầu cho quá trình nitrite hóa là 3,43gO2/g và 1,14gO2/g cho quá trình oxy hóa nitrite thành nitrate

Cùng với năng lượng ñạt ñược, ion ammonium ñược tiêu thụ vào trong tế bào Phản ứng tạo sinh khối ñược viết như sau :

1 Oxy hòa tan (DO): Nồng ñộ DO = 4 - 7 mg/l, tốc ñộ nitrate hóa tốt, DO = 1mg/l thì tốc ñộ chỉ bằng 90% tốc ñộ ở nồng ñộ DO cao hơn Tốc ñộ nitrate hóa trong bùn hoạt tính gấp ñôi khi nồng ñộ DO tăng từ 1 ñến 3 mg/l

2 pH: Có ảnh hưởng lớn ñến tốc ñộ nitrate hóa Tốc ñộ nitrate hóa giảm ñáng kể nếu giá trị pH dưới 6,8 Tại giá trị pH từ 5,8 ñến 6, tốc ñộ nitrate hóa bằng 10 ñến 20% tại pH 7 Nitrate hóa xảy ra mạnh ở pH tối ưu trong khoảng 7,5 – 8 (Metcalf & Eddy, 2003) Quá trình nitrate sinh H+ nên làm giảm pH trong nước xuống nên trong trường hợp pH bị giảm xuống quá thấp cần phải bổ sung kiềm vào quá trình

3 Nồng ñộ ammonia và nitrite: Quá trình oxy hóa ammonia bị ức chế khi nồng ñộ khí ammonia trong khoảng 5 - 20 mg/l

Phương trình năng lượng sử dụng chính nguồn nước thải làm nguồn carbon:

C10H19O3N + 10 NO3- → 10CO2 + 5N2 + 3H2O + 10OH- + NH3Phương trình năng lượng sử dụng methanol làm nguồn carbon:

5CH3OH + 6NO3- → 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OH

-Phương trình năng lượng sử dụng acetate làm nguồn carbon:

5CH3COOH + 8NO3- → 10CO2 + 4N2 + 6H2O + 8OH

-Quá trình khử nitrate ñòi hỏi cung cấp cả nguồn carbon có thể phân hủy sinh học và nitrate Điều này có thể thực hiện bằng một trong ba cách sau ñây:

1 Cấp nguồn carbon từ bên ngoài như methanol hoặc acetate

2 Sử dụng BOD nước thải chứa carbon làm nguồn carbon có thể phân hủy thực hiện bằng cách:

- Tuần hoàn lại phần lớn nước sau khi ñã nitrate hóa ñến vùng thiếu khí ñầu sơ

ñồ

- Dẫn một phần nước thải thô ñầu vào hay ñầu ra sau xử lí sơ bộ vào vùng chứa nitrate

3 Sử dụng nguồn carbon của tế bào trong quá trình hô hấp nội sinh

Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình khử nitrate gồm:

1 Nồng ñộ chất nhận eclectron như nitrate, nitrite, DO và sulfate Sư hiện diện của DO phải loại trừ trước khi tiến hành khử nitrate hóa

2 Bản chất tự nhiên của chất cho electron: Hợp chất hữu cơ ñược vi sinh vật sử dụng làm nguồn electron cho trao ñổi năng lượng cũng như nguồn carbon cho tổng hợp tế bào Những hợp chất vô cơ như H2 và S2- chỉ cung cấp electron cho trao ñổi năng lượng

3 Phạm vi phản ứng khử nitrate hóa Sự thiếu chất cho electron làm cho quá trình chuyển ñổi bị ngưng

4 Ảnh hưởng của tốc ñộ sinh trưởng riêng của vi khuẩn nitrate hóa ñến nhu cầu chất cho electron

Chương 3

MÔ HÌNH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

3.1 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU

3.1.1 Mô hình nghiên cứu quá trình keo tụ

Mô hình quá trình keo tụ bao gồm bể trộn + phản ứng và bể lắng I ( xem hình 3.1):

Bể trộn + phản ứng: Nhiệm vụ của bể trộn + phản ứng là khuấy trộn ñều nước thải

với hóa chất keo tụ, sau ñó hỗn hợp nước thải này chảy qua bể lắng keo tụ Kích thước cụ thể ñược thể hiện ở bảng 3.1

Bể lắng I : Bể lắng keo tụ tiếp nhận nước thải từ bể phản ứng và loại bỏ bùn sau khi

lắng dưới tác dụng của trọng lực, phần nước trong sau khi lắng tự chảy vào bể trung chuyển, phần cặn lắng ñược xả ñịnh kỳ về bể chứa bùn Các thiết bị trong bể lắng gồm ống trung tâm phân phối nước, hệ thống xả bùn và máng răng cưa thu nước Kích tước chi tiết của mô hình bể lắng ñược thể hiện rõ trong bảng 3.2

Hình 3.1 Sơ ñồ công nghệ mô hình nghiên cứu quá trình keo tụ

Bảng 3.1 Kích thước mô hình bể trộn + phản ứng

3.1.2 Mô hình nghiên cứu quá trình A/O

Mô hình nghiên cứu gồm: bể anoxic, 2 bể oxic (A, B), 2 bể lắng II (A, B) (xem hình 3.2)

Bể anoxic: Được tạo môi trường thiếu khí ñể khử nguồn nitrate có trong nước 2

máy khuấy ñộng chìm giúp hòa trộn các nguồn nước vào bể và tránh lắng bùn trong

bể Các thông số thiết kế của mô hình bể anoxic ñược tóm tắt trong bảng 3.3 Bể anoxic tiếp nhận các nguồn nước vào như sau:

• Nước thải sản xuất sau khi qua quá trình keo tụ;

• Nước thải vệ sinh thiết bị nhà xưởng;

• Nước tuần hoàn từ 2 bể oxic;

• Nước sông pha loãng;

Bảng 3.3 Kích thước mô hình bể anoxic

Bể Oxic: Trong mô hình bao gồm 2 bể oxic hoạt ñộng song song Bể oxic ñược

cung cấp oxy từ thiết bị làm thoáng và phân phối khí ñều trong bể nhờ các ñĩa phân phối khí, tạo môi trường hiếu khí cho quá trình xử lý các chất bẩn hữu cơ xảy ra nhờ các vi sinh hiếu khí Đồng thời vật liệu tiếp xúc ñược bổ sung vào ñể tạo ñiều kiện cho các vi sinh dính bám sinh trưởng trên bề mặt vật liệu Tăng cường khả năng oxy hóa nhờ sự tồn tại của 2 loại vi sinh lơ lửng và dính bám trong bể Kích thước chi tiết ñược thể hiện trong bảng 3.4