Ứng dụng công nghệ dòng chảy ngược kết hợp với bể hiếu khí (ufplow mutil layer bioreactor) trong xử lý nước thải cà phê

II./ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : + Thiết kế và lắp đặt mô hình bao gồm: UMBR, bể hiếu khí và bể lắng + Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của mô hình thí nghiệm thông qua các thông số hoá lý

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- o0o -

TRẦN THỊ PHI OANH

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DÒNG CHẢY NGƯỢC KẾT

HỢP VỚI BỂ HIẾU KHÍ (UPFLOW MUTIL – LAYER

Mã số : 60 85 06

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

THẠC SĨ – Khoa Môi trường - Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG Tp HCM ngày

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Ngày 03 tháng 01 năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I./ TÊN ĐỀ TÀI : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DÒNG CHẢY NGƯỢC KẾT HỢP

VỚI BỂ HIẾU KHÍ (UPFLOW MUTIL – LAYER BIOREACTOR) TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÀ PHÊ

II./ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

+ Thiết kế và lắp đặt mô hình bao gồm: UMBR, bể hiếu khí và bể lắng

+ Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của mô hình thí nghiệm thông qua các thông

số hoá lý bao gồm: COD, nitơ, phốt pho, TSS, độ màu, pH

III./ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 14/01/2013

IV./ NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:20/12/2013

V./ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS ĐẶNG VŨ BÍCH HẠNH

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG

Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn ngoài nỗ lực cố gắng của bản thân mình tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tình của thầy cô trong Khoa Môi Trường; các anh chị, bạn bè thuộc Phòng thí nghiệm khoa môi trường đã hỗ trợ tôi tận tình về mọi mặt trong suốt thời gian này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc cô Đặng Vũ Bích Hạnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, dạy dỗ cho em nhiều điều trong suốt quá trình làm luận văn

Dù đã nỗ lực hết mình nhưng với khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thiện vốn kiến thức của mình để tôi có thể tự tin tiếp bước vào đời

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2013

Học viên

Trần Thị Phi Oanh

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Mô hình ứng dụng công nghệ dòng chảy ngược (UMBR) là mô hình bùn hoạt tính kết hợp với bể phản ứng sinh học nhiều lớp chảy ngược bao gồm vùng kỵ khí/ thiếu khí với sự phát triển của vi sinh vật trong bùn hoạt tính Bể UMBR hoạt động như một

bể lắng sơ bộ, bể sinh học kết hợp kỵ khí/ thiếu khí, vùng nén bùn và sử dụng năng lượng tháp do dòng xáo trộn ngược trong bể Luận văn này nghiên cứu kết hợp giữa

làm giảm thiểu nước thải ô nhiễm ra môi trường Nước thải cà phê sử dụng trong mô

Đồng Nai Công trình nghiên cứu được thực hiện với lưu lượng nước đầu vào

nghiên cứu từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 8 năm 2013 Kết quả nghiên cứu cho thấy

hiệu quả xử lý COD là 80% - 98%; nitơ Kjeldahl là 42% - 77% ; tổng chất rắn lơ lửng

COD, nitơ Kjeldahl, photpho, tổng chất rắn lơ lửng, độ màu lần lượt là: 80% - 83%, 60% - 75%, 50% - 55%, 85% - 90%, 50% - 60%

Upflow Multi-layer Bioreactor (UMBR) is a hybrid system using dual sludge that consists of an up-flow multi-layer bioreactor as anaerobic/anoxic suspended growth microorganisms followed by activated sludge The UMBR acts as a primary settling tank, anaerobic/anoxic reactor, thickener and requires low energy due to mixing using up-flow stream In this thesis, the research contributes to reduce wastewater pollution

of the environment by adopting UMBR technologies, which combines UMBR with aerobic tanks, in the laboratory scale The coffee wastewater used in research of Vinacafé Company which belongs to Bien Hoa - Dong Nai Industrial Zone 1 The research has water flow input is 48 liters/day with 5 payload levels such as 1.5, 2, 2.5,

shows the results of processing time in 20 days with the payloads 1.5, 2, 2.5, 3 and 3.5

is 42% - 77%; total suspended solids is 95% - 99%; phosphorus is 60% - 70% and

supplements on the aerobic tank so that the effiency of treatment for COD, Kjeldahl nitrogen, phosphorus, total suspended solids and color is respectively: 80% - 83%, 60

% - 75%, 50% - 55%, 85% - 90%, 50% - 60%

LỜI CAM ĐOAN

Multi – layer Bioreactor) trong xử lý nước thải cà phê

Trần Thị Phi Oanh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iv

LỜI CAM ĐOAN vi

MỤC LỤC vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC HÌNH VẼ xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu của đề tài 2

3 Nội dung nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Phạm vi đề tài 2

6 Ý nghĩa đề tài 3

6.1 Ý nghĩa khoa học 3

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

6.3 Tính mới của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – LÝ THUYẾT 4

1.1 Tổng quan về cà phê và ngành chế biến cà phê 4

1.1.1 Vùng nguyên liệu cà phê của Việt Nam 4

1.1.2 Các loại cà phê của Việt Nam 4

1.1.3 Hiện trạng chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam 5

1.2 Các phương pháp chế biến cà phê 6

1.2.2 Phương pháp ướt 7

1.3 Xử lý nước thải cà phê bằng phương pháp sinh học 8

1.3.1 Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải 8

1.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 13

1.3.3 Một số công nghệ phổ biến áp dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải cà phê 13

1.4 Công nghệ Upflow Multi-layer Bioreactor - UMBR 15

1.3.1 Lịch sử phát triển 15

1.3.2 Nguyên lý hoạt động 15

1.3.3 Ưu điểm và khuyết điểm UMBR 16

1.5./ Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp tại Việt Nam và trên thế giới 17

1.5.1) Tình hình nghiên cứu trong nước 17

1.5.2) Tình hình nghiên cứu ngoài nước 18

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Nội dung nghiên cứu 23

2.2 Mô hình và vật liệu nghiên cứu 24

2.2.1 Mô hình 24

2.2.2 Vật liệu nghiên cứu 27

2.3 Vận hành mô hình 28

2.3.1 Các thông số vận hành 28

2.3.2 Nguyên lý vận hành 29

2.3.2 Các thông số kiểm soát 30

2.4 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 30

2.4.2 Phương pháp phân tích mẫu 32

2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu 37

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Giai đoạn vận hành thích nghi 38

3.2 Giai đoạn khảo sát chính 39

3.2.1 Hiệu quả xử lý của các nghiệm thức đơn vị UMBR 39

3.2.1.1 Hiệu quả xử lý COD 39

3.2.1.2 Hiệu quả xử lý nitơ 40

3.2.1.3 Hiệu quả xử lý phốt pho 41

3.2.1.4 Hiệu quả xử lý TSS 42

3.2.1.5 Hiệu quả xử lý độ màu 43

3.2.2 Hiệu quả xử lý của mô hình thí nghiệm 45

3.2.2.1 Hiệu quả xử lý COD 45

3.2.2.2 Hiệu quả xử lý nitơ 46

3.2.2.3 Hiệu quả xử lý phốt pho 47

3.2.2.4 Hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng 49

3.2.2.5 Hiệu quả xử lý độ màu 50

3.2.2.6 Hiệu quả xử lý pH 52

3.3 Thí nghiệm khử độ màu sau mô hình thí nghiệm (thí nghiệm Jartest) 52

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 55

1./ Kết luận 55

2./ Kiến nghị 55

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Bảng 2.1.Các thông số vận hành và các chỉ tiêu phân tích 24

Bảng 2.2.Các thành phần của mô hình thí nghiệm 25

Bảng 2.3.Thành phần và tính chất nước thải nhà máy chế biến công ty Vinacaphe 27

Bảng 2.4.Thành phần nước thải lấy tại bể thu gom và phân tích tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường 28

Bảng 2.5.Các thông số kiểm soát 30

Bảng 2.6.Vị trí lấy mẫu và các thông số phân tích 32

Bảng 2.7 Các phương pháp phân tích các thông số tại phòng thí nghiệm 33

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 : Sản lượng cà phê Việt Nam theo vùng tính đến năm 2012 (đơn vị %) 6

Hình 1.2: Sơ đồ quy trình chế biến cà phê nhân từ hạt tươi 9

Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của bể UMBR 16

Hình 1.4: Chức năng của bể UMBR 16

Hình 2.1: Tóm tắt nội dung nghiên cứu 23

Hình 2.2: Mô hình thí nghiệm 26

Hình 2.3 Bùn mô hình hiếu khí (Vật kính x 10) 35

Hình 2.4 bùn mô hình hiếu khí (Vật kính x 20) 35

Hình 2.5 Bùn mô hình hiếu khí (Vật kính x 40) 36

Hình 2.6 Nhuộm Gram bùn mô hình hiếu khí (Vật kính x 100) 36

Hình 2.7 Bùn mô hình kỵ khí (Vật kính x 10) 36

Hình 2.8 Bùn mô hình kỵ khí (Vật kính x 20) 36

Hình 2.9 Hạt bùn mô hình kỵ khí (Vật kính x 40) 36

Hình 2.10 Nhuộm Gram bùn mô hình kỵ khí (Vật kính x 100) 36

Hình 3.1 Nồng độ COD trong giai đoạn chạy thích nghi 38

Hình 3.2 Hiệu quả xử lý COD của đơn vị bể UMBR 39

Hình 3.3 Hiệu quả xử lý nitơ của đơn vị bể UMBR 41

Hình 3.4 Hiệu quả xử lý phốt pho của đơn vị bể UMBR 42

Hình 3.5 Hiệu quả xử lý TSS của đơn vị bể UMBR 42

Hình 3.6 Hiệu quả xử lý độ màu của đơn vị bể UMBR 43

Hình 3.7 Hiệu quả xử lý COD của mô hình thí nghiệm 45

Hình 3.8 Giá trị trung bình của hiệu suất xử lý COD ở các nghiệm thức trong mô hình thí nghiệm 45

Hình 3.9 Hiệu quả xử lý nitơ của mô hình 47

xii

thí nghiệm 47

Hình 3.11 Hiệu quả xử lý phốt pho của mô hình 48

Hình 3.12 Giá trị trung bình của hiệu suất xử lý phốt pho ở các nghiệm thức trong mô hình thí nghiệm 48

Hình 3.13 Hiệu quả xử lý TSS của mô hình 49

Hình 3.14 Giá trị trung bình của hiệu suất xử lý TSS ở các nghiệm thức trong mô hình thí nghiệm 49

Hình 3.15 Hiệu quả xử lý độ màu của mô hình 51

Hình 3.16 Giá trị trung bình của hiệu suất xử lý độ màu ở các nghiệm thức trong mô hình thí nghiệm 48

Hình 3.17 pH theo thời gian của mô hình 52

Hình 3.18 Thí nghiệm Jartest 52

Hình 3.19 Hiệu quả xử lý độ màu và độ đục theo pH 53

Hình 3.20 Hiệu quả xử lý độ màu và độ đục theo lượng phèn 53

Aerobic : Quá trình hiếu khí/ điều kiện kị khí/ bể xử lý hiếu khí

Aerotank : Bể hiếu khí

Anaerobic : Quá trình kị khí/ điều kiện kị khí/ bể xử lý kị khí

Anoxic : Quá trình thiếu khí/ điều kiện thiếu khí/ bể xử lý thiếu khí

BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa

COD : Nhu cầu oxy hóa học

DO : Oxy hòa tan

HRT : Thời gian lưu nước thủy lực

KCN : Khu công nghiệp

MLSS : Tổng chất rắn lơ lửng trong hệ bùn lỏng

MLVSS : Tổng chất rắn lơ lửng trong hệ bùn lỏng

NR : Tỷ lệ tuần hoàn bùn từ bể hiếu khí

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

RAS : Tỷ lệ tuần hoàn bùn từ bể lắng

SBR : Sequencing Batch Reactor - Bể sinh học từng mẻ

SRT : Thời gian lưu bùn

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu đối với các nước đang phát triển như Việt Nam, đặc biệt trong giai đoạn đổi mới hiện nay Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp, dịch vụ, kèm theo đó là dân số gia tăng, quá trình

đô thị hóa ngày càng nhanh chóng, sử dụng chưa hợp lý nguồn tài nguyên nước là các nguyên nhân chính dẫn đến các vấn đề ô nhiễm môi trường [1,2]

Xử lý nước thải ở Việt Nam đang ngày càng trở nên bức thiết cả về lượng lẫn về chất Hiện nay đang có nhiều nghiên cứu, ứng dụng công nghệ từ kinh điển như: công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí (UASB), hiếu khí (Aerotank), bể lọc sinh học … đến các công nghệ cải tiến như UMBR, MBBR, lọc màng … Các công nghệ kinh điển có những ưu điểm như: chịu tải trọng hữu cơ lớn (UASB), rất ít bùn tạo

ra, ít yêu cầu dinh dưỡng, sinh khí metan, có thể ngưng hoạt động trong thời gian dài

mà vẫn giữ được bùn, hiệu quả cao đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp, khả năng chịu biến động về nhiệt độ và tải lượng ô nhiễm, đa dạng về thiết bị … Tuy nhiên chúng cũng có các nhược điểm như: dễ mất ổn định, không xử lý được hoàn toàn chất

ô nhiễm, không có khả năng điều khiển sinh khối, tốc độ làm sạch bị hạn chế bởi quá trình khuếch tán Như vậy việc tìm kiếm một giải pháp đáp ứng về vấn đề khả năng vận hành đơn giản và hiệu quả kinh tế cao là cấp thiết Trong các công nghệ cải tiến thì

hiếu khí (Upflow Multi-layer Bioreactor - UMBR) ngày càng được quan tâm Trong công nghệ này, quá trình bùn hoạt tính kết hợp cả 3 quá trình kị khí, thiếu khí và hiếu khí trong một đơn vị xử lý nước thải Sự kết hợp trong mô hình UMBR sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu, năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống, đồng thời hệ thống có thể xử lý nước thải với tải lượng hữu cơ cao

và đây chính là sự khác biệt lớn với các công nghệ kinh điển Chính vì những lý do đó,

đề tài “ Ứng dụng công nghệ dòng chảy ngược kết hợp với bể hiếu khí (Upflow Multi – layer Bioreactor) trong xử lý nước thải cà phê ” được tiến hành nhằm góp

phần hiểu rõ hơn về tiềm năng tái sử dụng nước thải, trong đó có nước thải cà phê

2 Mục tiêu của đề tài

2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu hiệu quả xử lý và khả năng ứng dụng mô hình dòng chảy ngược (UMBR) kết hợp với bể hiếu khí đối với xử lý nước thải cà phê

2.2 Đối tượng nghiên cứu

phê Đồng Nai trên Đường 1, Khu Công Nghiệp Biên Hòa 1, Tp Biên Hòa

3 Nội dung nghiên cứu

Đồng Nai

gồm: COD, nitơ, phốt pho, TSS, độ màu, pH

4 Phương pháp nghiên cứu

thuyết của đề tài

5 Phạm vi đề tài

học Bách Khoa TP HCM

6 Ý nghĩa của đề tài

6 1 Ý nghĩa khoa học

Mô hình UMBR là công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó kết hợp

3 quá trình kị khí, thiếu khí và hiếu khí trong một đơn vị xử lý nước thải Đây chính là điểm khác với công nghệ của hệ thống xử ký bùn hoạt tính kinh điển, thường tách rời

ba quá trình nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp Kết quả thực nghiệm là cơ sở khoa học

và bổ sung thêm cho các nghiên cứu về ứng dụng công nghệ UMBR, điều mà trước đây chỉ thực hiện nghiên cứu đối với nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi, nước thải KCN

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Mô hình UMBR được ứng dụng rộng rãi trên thế giới Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài cho thấy UMBR có hiệu quả loại bỏ COD là 93%; BOD là 96%, SS là

dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải khu công nghiệp Đối với nước thải sinh hoạt, hiệu quả xử lý của UMBR đối với COD là 91%, SS là 87%, TKN là 86%,

trạm xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân thì mô hình UMBR cho hiệu quả xử lý COD

nghệ UMBR cho xử lý nước thải cà phê quy mô Pilot trước khi đưa vào thực tiễn

6 3 Tính mới của đề tài

Hiện nay, việc xử lý nitơ vẫn là một vấn đề khó khăn vì lý do chi phí khá đắt Ở Việt Nam, công nghệ UMBR kết hợp các khả năng xử lý COD, BOD, Nitơ, Phốt pho cùng một lúc trên 1 hệ thống đã được nghiên cứu ứng dụng trên Pilot để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi, nước thải KCN Tuy nhiên vẫn chưa có nghiên cứu ứng dụng nào vào trong xử lý nước thải cà phê Vì thế, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ upflow multi-layerbioreactor (UMBR) để xử lý chất thải nói chung và nước thải

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN – LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan về cà phê và nghành chế biến cà phê tại Việt Nam

1.1.1 Vùng nguyên liệu cà phê của Việt Nam:

Từ thế kỷ XIX, cây cà phê đã theo chân người Pháp đến Việt Nam [6] Việt Nam là quốc gia có khí hậu và thổ nhưỡng thuận lợi cho cây cà phê Hương vị cà phê tuỳ thuộc vào đặc điểm khí hậu, thổ nhưỡng ở địa phương mà cây cà phê phát triển bao gồm:

(Kon Tum), Chư Sê (Gia Lai) … và đặc biệt là Buôn Ma Thuột – Đắk Lăk với đặc điểm thổ nhưỡng đất đỏ bazan, ở độ cao khoảng 500m – 600m so với mặt biển cùng khí hậu mát mẻ mưa nhiều, rất phù hợp với cây cà phê Robusta Ngoài ra, ở độ cao

với nền đất đỏ bazan là vùng lý tưởng nhất cho giống Arabica phát triển và sản sinh ra hạt cà phê Arabica có chất lượng được đánh giá ngon nhất nhì thế giới

tưởng như các vùng đất Tây Nguyên, song vùng Tây Bắc với các tỉnh Điện Biên, Sơn

La có những loại đất trong nhóm đất đỏ vàng, có điều kiện thích hợp với yêu cầu sinh thái của giống Bourbon (thuộc họ Arabica), đặc biệt cà phê ở Chiềng Ban – Sơn La

Cà phê Sơn La được bón phân hữu cơ, đặc biệt không phải tưới nước, nhiều cây vài chục năm tuổi, thân to, tán rộng và hạt cà phê cho hương vị không hề thua kém so với giống cây mà người Pháp đã trồng ở Lâm Đồng

An thích hợp với loại cà phê Arabica, đặc biệt là giống Catimor (loại được lai giữa chủng Caturra với Hybrid de Timor) Cùng thuộc họ Arabica, tuy không có vị ngọt đậm như Bourbon nhưng Catimor cũng có hương thơm sâu lắng và vị chát, mặn

1.1.2 Các loại cà phê của Việt Nam:

a Cà phê Robusta :

Cà phê Robusta hay còn gọi là cà phê vối thuộc loài thực vật Coffea Canephora

này rất thích hợp với khí hậu, thổ nhưỡng trên vùng đất đỏ bazan tại Tây Nguyên, đạt

b Cà phê Arabica:

Cà phê Arabica còn được biết đến với cái tên dân gian gọi là cà phê chè Ơ nước ta chủ yếu gồm 2 giống chính là Mokka (mùi thơm quyến rũ, ngào ngạt, vị nhẹ, nhưng sản lượng rất thấp) và Catimor (mùi thơm nồng nàn, hơi có vị chua, giá xuất gấp hai lần Robusta, nhưng không thích hợp với khí hậu vùng đất Tây Nguyên mà chỉ ở Trung Bộ) Cà phê Arabica chiếm một diện tích rất ít khoảng 1% diện tích trồng cà phê Loại

cà phê này chỉ cho chất lượng tốt khi được trồng ở độ cao trên 1.000m so với mặt nước biển

c Cà phê Cherry:

Cherry hay còn gọi là cà phê mít gồm có 2 giống chính là Liberica và Exelsa Loại này không được phổ biến lắm, nhưng đây là loại có khả năng chống chịu sâu bệnh rất tốt và năng suất rất cao Được trồng ở những vùng đất khô đầy gió và nắng của vùng cao nguyên

1.1.3 Hiện trạng chế biến và xuất khẩu cà phê của Việt Nam:

Năm 2007 là đỉnh cao của xuất khẩu cà phê, kim ngạch đạt 1,8 tỷ USD tăng 219 %

so với kế hoạch và 360% so với năm 2000 Xuất khẩu cà phê Việt Nam đã đứng thứ nhì thế giới chỉ sau Brazil Tính đến cuối tháng 7/2012, Việt Nam đã xuất khẩu 1,2 triệu tấn cà phê, đạt giá trị 2,5 tỷ USD, tăng 31,6% về khối lượng và 25,4% về giá trị

so với năm 2011 Sản lượng cà phê tính theo vùng đến cuối năm 2012 cho bởi hình 1.1

Cà phê Việt Nam hiện đang có mặt hơn 80 quốc gia và vùng lãnh thổ Việt Nam có lợi thế về khối lượng cà phê xuất khẩu và mức giá rẻ hơn so với cà phê từ các nước khác Trong 3 năm qua, khối lượng cà phê Arabica xuất khẩu tăng mạnh, từ 24.000 tấn trong năm 2009 lên 50.000 tấn trong năm 2011 Giá xuất khẩu cũng tăng gấp đôi từ 2.313 USD/tấn trong năm 2009 lên 4.261 USD/tấn trong năm 2011 Sự chênh lệch giá xuất khẩu giữa cà phê Robusta và Arabica đang ngày càng được nới rộng Trong năm

2011, giá xuất khẩu cà phê Arabica đạt 4.261 USD/tấn so với mức giá 2.099 USD/tấn của cà phê Robusta [7]

Hình 1.1 : Sản lượng cà phê Việt Nam theo vùng tính đến năm 2012 (đơn vị %)

( Nguồn: Nguồn USDA và Bộ NN& PTNT)

lượng cà phê sắp tới sẽ giảm 15% do nhiều trang trại tái trồng cây cà phê Theo đó, tổng diện tích trồng cà phê được duy trì ở mức 500.000 ha vào năm 2020, với sản lượng tăng 2,4 tấn/ha và 479.000 ha với sản lượng đạt 2,5 tấn/ha vào năm 2030 Cuối năm 2012, Việt Nam đã có 571.000 ha diện tích đất trồng cà phê, với công suất chế đạt

từ 120.000 – 130.000 tấn/năm Hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất và xuất khẩu cà phê trong nước đang tập trung vào đa dạng hóa sản phẩm xuất khẩu và đồng thời đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước [7]

1.2 Các phương pháp chế biến cà phê

Hiện nay trên thế giới và Việt Nam phổ biến có hai phương pháp chế biến cà phê sống là:

1.2.1 Phương pháp khô (tự nhiên):

Trái cà phê được phơi khô dưới ánh nắng mặt trời được cào vài lần trong một ngày

và được che kín để tránh sương vào ban đêm;

Sau một vài tuần, trái sẽ khô và sẵn sàng để bóc vỏ Một số người Ethiopia và hầu hết người Brazil dùng phương pháp khô Tại Việt Nam, phương pháp này cũng được

sử dụng khá rộng rãi tại các hộ dân trồng cà phê

Đối với phương pháp khô, điều kiện chế biến đơn giản nhưng phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, thời gian chế biến kéo dài, sản phẩm tạo ra có chất lượng không cao

Với phương pháp ướt, việc sản xuất chủ động hơn nhưng tốn nhiều thiết bị, nước

và năng lượng Tuy nhiên, sản xuất theo phương pháp này rút ngắn được thời gian chế biến và cho sản phẩm có chất lượng cao hơn

Dựa trên ưu và nhược điểm của cả hai phương pháp, thông thường người ta chế biến kết hợp cả hai phương pháp Hình 1.2 cho thấy sơ đồ công nghệ sản xuất cà phê nhân bằng phương pháp kết hợp

Hạt cà phê tươi sau khi thu hoạch được công ty thu mua và vận chuyển về nhà máy Tại đây, cà phê được chuyển đến bãi tập trung để chuẩn bị cho giai đoạn chế biến

Đầu tiên cà phê được đưa qua hệ thống sàn lọc nguyên liệu Tại đây, quả được sàng

để tách cành, lá, đất… còn sót lại trong quá trình thu hoạch Quá trình này được gọi là

nguyên liệu, hạt được chuyển đến giai đoạn rửa thô Giai đoạn rửa thô được thực hiện

với mục đích là sạch lớp vỏ bên ngoài của hạt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xay

Tiếp đến, hạt theo hệ thống băng chuyền vào bồn chứa dung dịch enzim Pectinaz

để loại bỏ thịt quả Giai đoạn này được gọi là giai đoạn đánh nhớt, hay còn gọi là giai đoạn ngâm enzim.Mục đích của quá trình này là dùng enzim pectinaz phân huỷ Pectin

có trong thịt quả, giúp nhân không có độ nhớt Công đoạn đánh nhớt diễn ra từ 5 – 6 giờ, quyết đinh lớn đến chất lượng sản phẩm Sau khi đánh nhớt, nhân được rửa sạch, loại bỏ chất bẩn dính trên nhân Giai đoạn này tốn khá nhiều nước trong toàn bộ quá trình chế biến Đây cũng là công đoạn gây ô nhiễm chính vì nước thải chứa một lượng lớn chất hữu cơ dễ phân hủy

Tại công đoạn làm ráo, cà phê được trải đều trên mặt sàn (cách đất 500mm), gió được cung cấp bởi các cánh quay phía dưới Giai đoạn này xảy ra với mục đích làm ráo nước bề mặt nhân cà phê, giảm thời gian sấy khô bằng nhiệt.Sau giai đoạn làm ráo,

cà phê được đưa đến các thùng quay nhiệt (các hạt cà phê xanh được sấy tại một thùng quay riêng) Tại đây, cà phê được sấy khô hoàn toàn thành hạt nhân thành phẩm.Trước

khác nhau Riêng hạt cà phê xanh tiếp tục được chế biến như quá trình khô.[1.2]

1.3 Xử lý nước thải cà phê bằng phương pháp sinh học

1.3.1 Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải

Phốt pho và nitơ trong nước thải là nguồn chính gây nên phú dưỡng hóa bề mặt nước, do đó nitơ cần phải được loại bỏ cùng với các chất hữu cơ khác trong quá trình

xử lý nước thải Trái ngược với các dạng phốt phát không hòa tan, kết tủa với nhiều kim loại nặng và có thể được tách bởi quá trình lắng hoặc quá trình tạo bông, tất cả các

tan trong nước, vì vậy không thể loại chúng bằng phương pháp hóa học như quá trình kết tủa Để loại bỏ nitơ dạng amin và các hợp chất nitơ dị vòng khác, quá trình chuyển hóa các hợp chất này thành ammonia là gia đoạn đầu tiên trong quá trình xử lý hiếu khí hoặc kị khí, sau đó xảy ra quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa tiếp theo Vì vậy tùy thuộc vào các hợp chất nitơ trong nước thải, việc loại bỏ nitơ đòi hỏi phải trải qua

3 quá trình: amon hóa, nitrat hóa và khử nitrat hóa (Gensicke et al., 1998; Zayed and Winter, 1998)

Hình 1.2: Sơ đồ quy trình chế biến cà phê nhân từ hạt tươi

1.3.1.1 Quá trình nitrat hóa

vào 2 chủng vi khuẩn tự dưỡng: vi khuẩn oxy hóa ammonia (AOB) và vi khuẩn oxy hóa nitrite (NOB) Trong bước nitrat hóa ammonium, Nitrosomonas là loại được tìm thấy nhiều nhất trong nhóm AOB và các loại khác, bao gồm Nitrosococcus và Nitrosospira (Watson và cộng sự, 1981) Trong bước nitritt hóa kế tiếp, Nitrobacter là loại được tìm thấy nhiều nhất trong nhóm NOB và các loại khác, bao gồm Nitrospina,

Sấy khô Phân loại hạt

Thành phẩm (cà phê nhân) Nhiệt

Xay vỏ Đánh nhớt Làm ráo

Enzim

Pectinaza

Quạt gió

Nước thải, vỏ cà phê, hạt xanh Nước thải

Nguyên liệu đầu vào Sàng lọc nguyên liệu Nước cấp

Nitrococcus và Nitrospira (Watson và cộng sự, 1981) Quá trình thông thường được chỉ ra trong các phản ứng năng lượng (phản ứng 2-1 và 2-2):

Phản ứng toàn bộ về năng lượng được mô tả ở phản ứng 2-3:

tế bào vi khuẩn được mô tả ở phản ứng 2-4 (Tchobanoglous và cộng sự, 1991):

NH 4

+

+1,83O 2 +1,98HCO- → 0,021C 5 H 7 O 2 N + 0,98NO 3

+ 1,041H 2 O + 1,88H2CO 3

(2 - 4)

ứng (2-4)

Trong quá trình quá trình loại bỏ nitơ truyền thống, một lượng độ kiềm lớn được tiêu

acid nitrous Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng của vi khuẩn nitrat, nhưng việc định lượng ảnh hưởng của nó thì rất khó khăn Nhiệt độ phù hợp cho vi khuẩn

pH cũng ảnh hưởng lớn đến vi khuẩn này và pH tốt nhất cho vi khuẩn này hoạt động là

thành chất ức chế và quá trình nitrat hóa sẽ chậm hoặc dừng lại

AOB

NOB

- Khả năng nitrat hóa của các quá trình sinh học tùy thuộc vào tỉ số BOD5/TKN Theo U.S.EPA: khi tỉ số BOD5/TKN >= 5 thì quá trình oxy hóa cacsbon ở dạng kết hợp, BOD5/TKN <3 thì hai quá trình oxy hóa cacbon và nitrat hóa được tách riêng

1.3.1.2 Quá trình khử nitrat

trung gian khác dưới điều kiện thiếu khí Việc chuyển hóa này có thể đạt được do một vài loại vi khuẩn như Achromobacter, Aerobacter, Bacillus, Micrococcus, Proteus,

methanol, etanol, acetate, glucose) cho sự phát triển của vi khuẩn do chúng là vi khuẩn

dị dưỡng Do đó giá thành xử lý sẽ tăng cao, nhất là khi nước thải có hàm lượng nitơ

2,47g methanol) Việc giảm nitrat này bao gồm 2 bước chính: nitrat chuyển thành nitrit

và nitrit chuyển thành một số sản phản trung gian trước khi được khử thành khí nitơ

nitrat Sự hiện diện của oxy tự do sẽ cản trở sự hoạt động hệ thống enzim cần cho quá trình khử nitrat Thông thường thì giá trị pH tăng lên trong suốt quá trình khử nitrat thành khí nitơ do tạo ra độ kiềm pH thích hợp cho quá trình này dao động từ 7 đến 8 tùy thuộc vào cộng động vi khuẩn tham gia vào quá trình khử nitrat Tốc độ loại bỏ nitrat và tốc độ sinh trưởng của vi sinh cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, và nhiệt độ

độ (Tchobanoglous và cộng sự, 1991)

điển hình là loại hình nitơ bằng “ đi tắt” sinh học (SNBR) (Furukawa và cộng sự, 2000), (Lieu, 2006), tức là khử ngay nitrit thành nitơ phân tử thay cho khử nitrat nhằm giảm bớt nhu cầu oxy để đưa nitrit trở về nitrat và nhu cầu cacbon hữu cơ để khử nitrat

khoảng 40% nhu cầu cacbon hữu cơ được so sánh ở Bảng 2.6 (Lieu và cộng sự, 2005; Furukawa và cộng sự, 2000)

- Bản chất của quá trình loại bỏ phốtpho đó là một quá trình trải qua hai quá trình

kỵ khí và hiếu khí

tích lũy phốtpho (PAOs) phụ thuộc vào sự kết hợp giữa hai điều kiện kỵ khí và hiếu khí để tổng hợp sinh khối từ năng lượng bên trong, chất hữu cơ lên men và polyphosphate cấu thành tế bào

Axit béo bay hơi (VFA) là sản phẩm phân hủy của vi khuẩn tùy nghi Một phần của chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học bị chuyển hóa, thông qua quá trình lên men của nước thải trong ngăn kỵ khí chuyển hóa các chất hữu cơ đơn giản ví dụ như các axít béo bay hơi Sự chuyển hóa này thường được thực hiện bởi các vi khuẩn tùy nghi xảy

ra trong ngăn kỵ khí Ở đây thì không đủ thời gian cho quá trình thủy phân và chuyển hóa của các chất hữu cơ thành phần của nước thải đầu vào

Tích lũy các axít béo bay hơi bởi các vi sinh vật tích lũy phốtpho (PAOs) Vi sinh vật tích lũy phốtpho hấp thu các axít béo bay hơi nhanh và tích lũy bên trong tế

trình bùn hoạt tính Nói cách khác đây chính là đặc tính đặc trưng của PAOs trong vùng kỵ khí Giải phóng phosphate Phosphate giải phóng được tích lũy trước bởi nhóm vi khuẩn cung cấp năng lượng cho chuyển hóa cơ chất cho lên men và dự trữ trong sản phẩm chuyển hóa, như là polyhydroxybutyrate (PHB)

Sự tiêu thụ cơ chất dự trữ và đồng hóa phốtpho PHB bị oxi hóa chuyển thành dioxit và nước Photpho hòa tan bị loại bỏ khỏi nước thải bởi PAOs và tích lũy bên trong tế bào cho việc sinh ra năng lượng trong pha kỵ khí

Tế bào mới Sử dụng cơ chất và tăng mật số của PAO

Loại bỏ phốtpho bằng cách thải bỏ bùn Phốtpho thì bị hấp thu lớn trong bùn bên trong tế bào của PAOs và bị loại bỏ thông qua thải bỏ bùn thừa của hệ thống, bùn

thừa thải bỏ bao gồm nhiều vi sinh vật trong bùn hoạt tính trong đó có phần PAOs (Marcos von Sperling, 2005)

1.3.2 Các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoạt sinh có trong nước thải Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước Các vi sinh vật có thể phân hủy được hầu hết các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo Mức độ phân hủy và thời gian phân hủy phụ thuộc vào cấu tạo các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nước và nhiều yếu tố vật lý khác như: nhiệt độ, ánh sáng, oxy hòa tan v.v…

Các loại nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải một số ngành công nghiệp như thực phẩm, thủy sản, chế biến nông sản, lò mổ, chăn nuôi…và có thể cả công nghiệp giấy có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan gồm hidrocacbon, protein, và các hợp chất chứa nitơ phân hủy từ protein, các dạng chất béo…cùng một số chất vô cơ như: H2S, các sulfit, ammoniac và hợp chất chứa nitơ khác…cũng có thể đưa vào xử lý theo các phương pháp sinh học

1.3.3 Một số công nghệ phổ biến áp dụng phương pháp sinh học trong xử

lý nước thải

1.3.3.1 Bể UASB:

UASB là viết tắc của cụm từ Upflow anearobic sludge blanket, tạm dịch là bể xử lý

nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức min là 100mg/l, nếu SS>3000mg/l không thích hợp để xử lý bằng

từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp (v<1m/h) Cấu tạo của bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí , tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi

tầng vi sinh này Hệ thống tách pha phía trên bê làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng

và khí, qua đó thì các chất khí sẽ bay lên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo.Hiệu suất của bể UASB bị phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ, pH, các chất độc hại trong nước thải…

1.3.3.2 Bể Aerotank:

Aerotank truyền thống là qui trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo, các chất hữu

cơ dễ bị phân hủy sinh học được vi sinh vật hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng

để sinh trưởng và phát triển Qua đó thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng

độ ô nhiễm của nước thải giảm xuống Không khí trong bể Aerotank được tăng cường bằng các thiết bị cấp khí: máy sục khí bề mặt, máy thổi khí… Qui trình phân hủy được

mô tả như sau:

lượng nitơ trong nước thải, đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải

1.3.3.3 Bể Lọc Sinh Học:

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó chất thải được lọc qua lớp vật liệu

sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc

vị xử lý khác và chúng hoạt động liên tục trong chu trình đem lại nhiều lợi ích kinh tế

1.4 Công nghệ Upflow Multi – Layer Bioreactor – UMBR

1.4.1 Lịch sử phát triển

Bể UMBR là một công nghệ được nghiên cứu phát triển trong những năm gần đây bởi công ty Ecodigm (Hàn Quốc) Đây là một kỹ thuật mới kết hợp 4 quá trình trong một bể: lắng sơ cấp, nén bùn, quá trình thiếu khí, kị khí hình 1.1

Ứng dụng: có thể sử dụng như (1) bể lắng bùn sơ cấp nhằm loại bỏ các hợp chất

và ổn định vì ngăn ngừa được hiện tượng đống khối bùn, sủi bọt, hình thành lớp váng

Nguyên lý:

+ Kiểu dòng chảy: Nước được phân phối từ dưới lên trên

+ Kiểu khuấy trộn: Sử dụng chính dòng nước phân phối Nước đầu vào được trộn chung với bùn tuần hoàn cùng đi từ trên xuống dưới và được phân phối đều khắp đáy

bể trong nhiều vùng phản ứng khác nhau (lớp bùn dày, lớp thiếu khí, lớp kị khí)

+ Quá trình phản ứng sinh học nhiều lớp chảy ngược (KNR) là một quá trình bao gồm 3 phần chính: Một bể UMBR, một bể sục khí và một bể lắng bùn sinh học KNR bùn đơn được phát triển để xử lý nitơ va photpho của nước thải đô thị với tỉ lệ C/N thấp Bùn được tuần hoàn từ bể sục khí và bể lắng bùn sinh học

Chương 1: Tổng quan – Lý Thuyết

Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động của bể UMBR

Chức năng

Hình 1.4: Chức năng của bể UMBR

Tiết kiệm được năng lượng, chi phí xây dựng thông qua việc giảm diện tích đất cần sử dụng khi so sánh với quá trình bùn hoạt tình thông thường và các hệ thống sinh học xử lý chất dinh dưỡng khác.Thay thế được một số quá trình: Không cần bể lắng,

1.5 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải ngành công nghiệp cà phê tại Việt Nam và trên thế giới

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

hoàn từ bể hiếu khí và bể lắng lần lượt 200 – 300% và 150 – 200% Qua quá trình vận

nghiệp với thời gian lưu nước của bể UMBR và bể hiếu khí là 4.8 giờ và 7.2 giờ Lượng bùn tuần hoàn từ bể hiếu khí và bể lắng lần lượt 200 – 300% và 150 – 200% Qua quá trình vận hành và phân tích mẫu, kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng với lưu lượng

màu lần lược 94%, 81%, 78%, 82%, 99% , 74%, 48% và 74%

rỗng xử lý COD và Nitơ trong nước thải chăn nuôi heo sau Biogas Luận văn cao học

Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý COD là 60 – 80%; hiêu suất xử lý TKN là

80 – 90%; xử lý NH4

ở 90% Quá trình nitrate hoá xảy ra mạnh với mật độ bùn cao (MLSS=6.000-7.000 mg/L) và tăng dần theo thời gian vận hành hệ bùn hoạt tính.Hiệu suất xử lý độ màu của bể UMBR không ổn định do ảnh hưởng của quá trình pha hoá chất mật rỉ đường cũng như giá trị COD thay đổi

1.5.2 Tì nh hình nghiên cứu ngoài nước

học dính bám với thời gian lưu nước lần lược là 5,8 giờ và 6,4 giờ cho nước thải sinh hoạt, trong thời gian nghiên cứu 6 tháng Trong quá trình nghiên cứu cho thấy tỉ lệ TKN trên TN là 0,76 Nồng độ nitơ bị oxy hóa trong nước đầu ra của UMBR khác nhau từ 0.1 mg/l đến 7,3 mg/l và trung bình nồng độ nitơ bị oxy hóa là 2,3 mg/l Hiệu quả nitrat hóa rất ổn định ngay cả nồng độ TKN đầu vào tương đối cao (57,3 mg/l) Nồng độ nước thải trung bình của TN và TKN đầu ra là 12 mg/l và 3,7 mg/L, tương ứng với hiệu quả loại bỏ là 75% và 90% Kết quả thu được từ nghiên cứu này cho thấy rằng nồng độ của TCOD, TBOD, SS, TN, và TP đạt được 29,7 mg/l, 6.0 mg/l, 10,3 mg/l, 12,0 mg/l, và 1,8 mg/l, trong đó tương ứng với một hiệu quả loại bỏ 93%, 96%, 96%, 75% và 77%.[3]

amoni cường độ cao trong một hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi heo, mô hình sử

Bể UMBR đã được áp dụng cho việc xử lý nước thải chăn nuôi như là một bể tùy nghi

toàn trong bể UMBR, với thời gian lưu nước thực tế (HRT) là 3,5 giờ.[11]

chăn nuôi heo khoảng 0,63 Khi tải lượng TKN vào trong khoảng từ 33,6-137,1

ứng với tải lượng nitrat hóa cụ thể trong khoảng 9,8-24,6 gTKN/(kgMLVSS.ngày) trên

cơ sở công suất toàn bộ hệ thống và 20,1-50,6 gTKN/(kgMLVSS.ngày) trên cơ sở khả

được hoàn toàn nitrit hóa trong hệ thống này Trong dòng ra, hầu hết nitơ đã ở dạng

cơ tự nhiên có mặt trong xử lý nước thải cà phê thông qua quá trình oxy hóa nâng cao

kiện hoạt động khác nhau đã được tìm hiểu để tối ưu hóa hiệu suất xử lý nước thải cà phê Đặc trưng nước thải cà phê là nhu cầu oxy hóa học (COD) cao và tổng chất rắn lơ lửng thấp Kết quả xử lý nước thải cà phê bằng các quá trình đông-keo tụ và thoái quang được đánh giá cao về mặt giảm COD, màu sắc, và độ đục Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu quả xử lý COD đạt 67% trong nước thải cà phê đã được xử lý bằng hóa chất keo tụ-tạo bông với vôi và chất kết tủa T-1 Khi nước thải cà phê được xử lý bằng

được khi chiếu xạ tia cực tím kéo dài Qua xem xét 3 quá trình oxy hóa nâng cao,

87%, khi áp dụng cho nước thải cà phê [13]

việc loại bỏ các chất hữu cơ và để tăng cường loại bỏ nitơ bằng quá trình oxy hóa bởi

vi sinh vật (MCO) Diễn biến hiệu quả của mô hình được đánh giá trong giai đoạn đầu vận hành ở nhiệt độ thấp Hiệu suất loại bỏ các hợp chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng

là một kết quả của việc giảm đáng kể các chất hữu cơ và chất rắn được nạp vào hệ thống MCO Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả xử lý Nitơ của mô hình cao

- Rani Devi và cộng sự (2008) Mục đích của nghiên cứu này là đánh giá sự suy giảm nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh học (BOD) của nước thải từ các nhà máy chế biến cà phê khi sử dụng than hoạt tính tạo thành từ vỏ avacado

tác động của các thông số đang hoạt động Hiệu quả xử lý COD và BOD với vỏ

thương mại (CAC) giảm tương ứng là 99,02 % và 99,35 % Hấp phụ đẳng nhiệt cũng

đã được nghiên cứu, bên cạnh việc tính toán các thông số xử lý tối ưu để giảm tối đa nồng độ COD và BOD từ nước thải của nhà máy chế biến cà phê Khả năng hấp phụ của APC có thể so sánh với các chỉ số CAC giảm nồng độ COD và BOD, nó có thể là một kỹ thuật có lợi để xử lý nước thải tạo ra thành phần phân cấp.[15]

một hệ thống xử lý tích hợp cho nước thải cà phê (CPWW) thông qua sự kết hợp của biomethanation có sục khí và các loại thực vật ngập nước Các biomethanation được thực hiện tại thời gian lưu thủy lực (HRTs) khác nhau, sử dụng dòng chảy ngược trong bể UAHR và cho thấy HRT là 18 giờ là tối ưu Kết quả thí nghiệm cho thấy ở tải

Tải lượng ô nhiễm của nước thải giảm do sự hoạt động của vi sinh vật tăng cường, dẫn đến việc giảm độ dẫn điện (EC ), BOD, COD, và tổng chất rắn (TS) Sục khí liên tục nước thải làm giảm tối đa BOD (74,6% ), COD (68,6 % ) và TS (49,3%) Thực vật ngập nước Typha Latifolia làm giảm 85,4% BOD và 78,0 % COD.[16]

hoạt động được đề xuất gần đây sử dụng để khắc phục trở ngại lớn của bể phản ứng UASB trong khoảng thời gian dài Trước hết, một bể phản ứng khuấy trộn hoàn toàn (CSTR) hoạt động trong 8 ngày để chuẩn bị bùn Sau đó bùn được chuyển giao trực tiếp cho bể UASB Vi sinh vật tổng hợp diễn ra trong giai đoạn đầu, và kích thước floc

ở một thời gian lưu nước (HRT) trong 6 giờ và nồng độ cơ chất của 20 gCarbon.COD

ml/l Trong phương pháp này sử dụng CDMW, ưa nhiệt sản xuất H2 với kích thước hạt trung bình 1,3 mm được phát triển thành công sau 100 ngày Việc thu hồi năng lượng sinh học hơn là cố gắng trong một quá trình sau xử lý bằng cách sử dụng bể UASB

quả xử lý COD là 93% Sự phát triển hai giai đoạn hệ thống bể phản ứng UASB đạt

98%.[17]

ảnh hưởng của sục khí và thực vật khi loại bỏ các chất hữu cơ trong xử lý nước thải cà phê (CPW) được nghiên cứu trong 4 vùng ngập nước cơ bản(CWS), đặc trưng như sau: (i) rơm rạ (Lolium multiflorum) được trồng theo hệ thống hoạt động với một dòng sục khí, (ii) không được trồng theo hệ thống hoạt động với một dòng sục khí, (iii) rơm

rạ được trồng theo hệ thống hoạt động không dòng sục khí, và (iv) không được trồng theo hệ thống hoạt động không dòng sục khí Hiệu quả xử lý nhu cầu oxy hóa học, nhu cầu oxy sinh học và tổng chất rắn lơ lửng trung bình thấp nhất lần lượt là 87%, 84%, 73% thu được trong hệ thống rơm rạ được trồng không sục khí Tuy nhiên, rơm được trồng không ảnh hưởng nhiều đến việc loại bỏ các chất hữu cơ Sục khí nhân tạo trong CPW không cải thiện được hiệu quả loại bỏ các chất hữu cơ Mặt khác, nó góp phần làm tăng tỷ lệ tức thời mà đã đạt được hiệu quả xử lý COD tối đa Mặc dù sục khí không dẫn đến hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ lớn hơn, điều quan trọng là phải xem xét những lợi ích của sục khí trên việc loại bỏ các hợp chất khác.[18]

yếm khí nhiệt Trong nghiên cứu này, một bể AnMBR được hoạt động trong 82 ngày

và đã không thành công khi độ pH giảm xuống còn 6,6 Việc thiếu hụt vi chất dinh dưỡng trong các bể phản ứng đã được xác định là nguyên nhân Hệ thống đã được phục hồi bằng cách cung cấp vi chất dinh dưỡng, điều chỉnh độ pH và dòng chảy trong

22 ngày 160 ngày tiếp theo của thử nghiệm, bùn hoạt tính (15% trong hỗn hợp) được trộn vào bã cà phê Hiệu suất chuyển đổi COD là 67,4% đã đạt được dưới

GN/g-tsin) có hiệu quả để duy trì độ kiềm và pH Nồng độ vững chắc trong bể AnMBR đạt 75 g/L, nhưng nó không ảnh hưởng đáng kể màng lọc dưới một dòng 5.1

tế bào.[19]

liên tục từ nước thải ngành chế biến cà phê được thử nghiệm ở 2 chế độ khác nhau của bể: một bể phản ứng khuấy trộn hoàn toàn (CSTR) và một bể phản ứng kỵ khí dòng

được tại HRT=6 giờ trong UASB Không có hydrogenic, axit lactic chiếm ưu thế trong

bể phản ứng khuấy trộn hoàn toàn (CSTR) , trong khi axit butyric và caproic trong

do nồng độ của sinh khối trong bể cao, hơn 60.000 mg VSS/L, cung cấp đủ chất nền cho vi khuẩn axit lactic có sẵn (LAB) tồn tại Sự phong phú của LAB trong CDMW đã được khẳng định bởi quá trình lên men tự nhiên của CDMW Đó là không có thêm sinh khối bên ngoài, CDMW chủ yếu là lên men thành acid lactic trong điều kiện

hình thành thành công bằng cách sử dụng chất thải như một chất nền [20]

CHƯƠNG 2 : NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nội dung nghiên cứu : được thực hiện theo sơ đồ sau

Hình 2.1 : Tóm tắt nội dung nghiên cứu

Trong nghiên cứu này ta tiến hành khảo sát hiệu quả xử lý của bể UMBR đối với nước thải cà phê Nghiên cứu gồm 2 giai đoạn: giai đoạn chạy thích nghi và giai đoạn khảo sát chính với 5 nghiệm thức nghiên cứu Trước khi khảo sát các nghiệm thức ta tiến hành nuôi cấy bùn trong 15 ngày ở bể UMBR, bể hiếu khí và chạy thích nghi để

ổn định mô hình khi đi vào các nghiệm thức nghiên cứu Trong giai đoạn khảo sát

.ngày; 2

Các tải trọng này cố định tỷ lệ bùn tuần hoàn và tiến hành thay đổi lưu lượng, thời

+ Q = 17 lít/ngày + OLR:1,5kg COD/m3 + Thời gian lưu nước -

GIAI ĐOẠN KHẢO SÁT CHÍNH

GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI

- UMBR = 48 giờ

- Aerotank = 12giờ

+ Q = 29 lít/ngày + OLR: 2,5 kgCOD/m3 + Thời gian lưu nước

- UMBR = 38,5 giờ

- Aerotank = 9.6 giờ

+ Q = 33 lít/ngày + OLR: 3kgCOD/m3 + Thời gian lưu nước

- UMBR = 3.1 giờ

- Aerotank = 8 giờ

+ Q = 39 lít/ngày + OLR: 3,5 kgCOD/m3 + Thời gian lưu nước

- UMBR = 27 giờ

- Aerotank = 7.8 giờ

cần phải bổ sung nguồn dinh dưỡng cấp cho bể hiếu khí (nitơ và phốt pho), điều chỉnh

tỷ lệ bùn tuần hoàn từ bể hiếu khí về bể UMBR còn 500mg/l và một nhánh từ bể lắng

về bể hiếu khí để duỳ trì nồng độ bùn trong bể đạt 3.000mg/l Các thông số vận hành

và các chỉ tiêu cần phân tích cho ở bảng 2.1

Bảng 2.1: Các thông số vận hành và các chỉ tiêu phân tích

STT Nghiệm thức

Tải trọng Lưu lượng

vào (Q)

Thời gian lưu nước (HRT)

Các chỉ tiêu cần phân tích kgCOD/m3.ngày ml/phút (giờ)

pH, COD, TKN, Phốt pho, TSS

2.2.1.1 Mô hình thí nghiệm:

Mô hình thí nghiệm ứng dụng công nghệ dòng chảy ngược kết hợp với bể hiếu khí

xử lý nước thải cà phê Công nghệ dòng chảy ngược (UMBR) là một công nghệ nghiên cứu phát triển bởi công ty Ecodigm (Hàn Quốc) và được nhân rộng mô hình xử

lý ra các khu vực trong nước Hàn Quốc và thế giới Mô hình UMBR là một quá trình kết hợp nhiều lớp: kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí xử lý trong một hệ thống xử lý Sự kết hợp này sẽ làm tăng hiệu quả xử lý nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ, Nitơ, Phốt

và bể lắng

Bảng 2.2: Các thành phần của mô hình thí nghiệm

STT Thành phần mô hình Kí hiệu

Kích thước (cm) Dài Rộng Cao

7 Bơm tuần hoàn bể hiếu khí P2