Treatment of slaughter wastewater using two stages anaerobic reactor with PVA gel as a biomass carrier

TÓM TẮT Nghiên cứu này sử dụng mô hình kỵ khí hai bậc AD- W8 để xử lý nước thải giết mổ của nhà máy Công ty TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản VISSAN.. DANH MỤC VIẾT TẮT XLNT X

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TĂNG THẾ HUỲNH

XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT MỔ GIA SÚC BẰNG MÔ HÌNH KỴ

KHÍ HAI BẬC KẾT HỢP VỚI GIÁ THỂ PVA-GEL

TREATMENT OF SLAUGHTER WASTEWATER USING TWO STAGES ANAEROBIC REACTOR WITH PVA GEL AS

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM Ngày……Tháng 01 Năm 2019 Thành phần đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1:

2:

3:

4:

5: Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập- Tự do – Hạnh phúc

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TĂNG THẾ HUỲNH

Ngày tháng năm sinh: 05-06-1989

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường

MSHV: 1680866 Nơi sinh: An Giang MS: 60 52 03 20

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Vận hành mô hình kỵ khí 2 bậc AD-W8 dùng để xử lý nước thải giết mổ gia súc.Vận hành mô hình với các tải trọng có và không có kết hợp với giá thể PVA-gel để đánh giá khả năng xử lý chất ô nhiễm của mô hình ở các tải trọng khác nhau

Đánh giá hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và dinh dưỡng

So sánh hiệu quả xử lý có và không có sử dụng giá thể PVA-gel

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/08/2018

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG

PGS.TS Nguyễn Tấn Phong

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

LỜI CẢM ƠN

Trên hết, em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy PGS TS Nguyễn Tấn Phong, giảng viên hướng dẫn cho luận văn tốt nghiệp của em Trong suốt thời gian thực hiện luận văn, Thầy luôn hỗ trợ nhóm về mặt kiến thức chuyên môn, kỹ năng thực hiện cũng như kinh phí để thực hiện luận văn này Sự biết ơn chân thành và sâu sắc nhất xin gửi đến thầy

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô trong Khoa Môi trường và Tài nguyên cũng như quý ThầyNhững kiến thức quý báu mà quý Thầy, Cô truyền đạt là nền tảng vững chắc để chúng tôi hoàn thành luận văn này

Về phía quý Công ty TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản VISSAN, xin chân thành cảm ơn đến Ban lãnh đạo, tập thể công, nhân viên quý công

ty đã tạo điều kiện tốt nhất để nhóm được thu thập mẫu nước thải cho mô hình nghiên cứu

Em xin chân thành cảm ơn đến các Thầy, Cô, anh, chị, bạn bè, các em sinh viên tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ Môi trường Nâng cao đã hỗ trợ nhiệt tình trong suốt thời gian thực hiên luận văn này

Chân thành cảm ơn đến tập thể bạn bè đã luôn bên cạnh hỗ trợ, giúp đỡ chúng tôi trong thời gian học tập tại trường

Và cuối cùng, xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình, đã luôn bên cạnh và động viên chúng tôi suốt cuộc đời học tập của mình

Trân trọng!

TP HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2018

Tăng Thế Huỳnh

TÓM TẮT

Nghiên cứu này sử dụng mô hình kỵ khí hai bậc AD- W8 để xử lý nước thải giết mổ của nhà máy Công ty TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản (VISSAN) Mô hình được đặt tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường và Tài Nguyên, với 2 bể phản ứng dung tích 5 lít mỗi bể, hai bể được mắc nối tiếp nhau và nối với hai

bể thu khí phía sau để đo lượng khí sinh học sinh ra sau quá trình xử lý ở mỗi bể phản ứng Nước thải dùng để vận hành trong mô hình này được lấy từ nhà máy xử lý nước thải tập trung của Công ty TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản (VISSAN) Với hàm lượng chất dinh dưỡng như Nitơ, Phospho và COD khá cao Bùn

kỵ khí cho vào mô hình với nồng độ MLSS ở hai bể phản ứng của mô hình AD-W8 được duy trì với nồng độ khoảng 1500mg/l Nhiệt độ hai bể phản ứng giữ ở khoảng 35 đến 370C do được điều chỉnh bằng 2 tấm gia nhiệt bao quanh hai bể phản ứng Và giá trị pH đầu vào khoảng 6.8 đến 7.5 Mô hình được vận hành thích nghi ở tải trọng 4 kgCOD/m3/day, sau đó mô hình vận hành tăng tải với các tải trọng 6kgCOD/m3

/day, 8 kgCOD/m3/day, 10 kgCOD/m3/day, 8 kgCOD/m3/day + PVA-gel, 10 kgCOD/m3/day + PVA-gel

Quá trình theo dõi mô hình với các chỉ tiêu phân tích: Nhu cầu oxy hoá học (COD), Hàm lượng photpho tổng (TP), Total Kjeldahl Nitơ (TKN), hàm lượng Amonium (NH4+) và khả năng sinh khí sinh học của mô hình Kết quả phân tích các chỉ tiêu ở các tải trọng sẽ dùng để đánh giá khả năng xử lý loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải dùng để vận hành mô hình Từ đó, đưa ra các kết luận và đề nghị phù hợp để xử lý nước thải đạt hiệu suất cao và đạt theo yêu cầu của QCVN

ABSTRACT

This study uses two-phase anaerobic model AD- W8 to treat slaughter wastewater of the factory of Vietnam Animal Husbandry Industry Co., Ltd (VISSAN) The model is located at the lab of Environment and Natural Resources Department, with 2 reaction tanks of 5 liters each, two tanks are connected one after the other and connected to two rear air gathering tanks to measure biogas volume generated after treatment in each reactor tank Wastewater used for operation in this model is taken from the centralized wastewater treatment plant of Vietnam Animal Husbandry Industry Co., Ltd (VISSAN) Quite high nutrient content such as Nitrogen, Phosphorus and COD, anaerobic sludge fed to the model with the concentration of MLSS in two reaction tanks of AD-W8 model is maintained at a concentration of about 1500mg/l The temperature of two reaction tanks remains at about 35 to 37 0 C due to being adjusted by two heating plates surrounding two reaction tanks And input pH value is about 6.8 to 7.5 The model is operated appropriately at 4 kgCOD/ m3/day, then the operation model increases load with 6kgCOD/m3/day, 8kgCOD /m3/day, 10kgCOD/m3/day, 8kgCOD /m3/day + PVA-gel, 10kgCOD/m3/day + PVA-gel

Monitoring the model with analytical criteria: Chemical oxygen demand (COD), total phosphorus content (TP), Total Kjeldahl Nitrogen (TKN), Amonium (NH 4+ ) content and biogas generation capacity of the model Results from analysis of indicators at loads will be used to assess the ability to handle, remove pollutants in wastewater used

to operate the model From there, to make conclusions and recommendations appropriate to treat wastewater with high efficiency and meet requirements of QCVN

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan rằng báo cáo khóa luận này là do chính em thực hiện Tất cả

số liệu thu thập được thu thập và xử lý trung thực không sao chép từ bất cứ đề tài nghiên cứu khoa học nào

TP HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2018

Tăng Thế Huỳnh

MỤC LỤC

Mục lục

Danh mục viết tắt

Danh mục hình

Danh mục bảng

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG II TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về đơn vị lấy nước thải 3

2.2 Công suất và quy trình sản xuất của công ty VISSAN 3

2.2.1 Công suất và quy trình giết mồ heo 3

2.2.2 Công suất và quy trình giết mổ trâu bò 5

2.2.3 Quy trình sản xuất xúc xích tiệt trùng 6

2.2.4 Quy trình sản xuất thịt nguội 7

2.2.5 Quy trình sản xuất đồ hộp 8

2.3 Đặc tính nước thải của nhà máy xử lý nước thải của công ty VISSAN 9

2.3.1 Nước thải sinh hoạt 9

2.3.2 Nước thải sản xuất 9

2.3.3 Tình chất nước thải giết mổ và chế biến thịt động vật VISSAN 9

2.4 Tổng quan về PVA-gel 10

2.5 Phương pháp xử lý kỵ khí 11

2.5.1 Tổng quan về Phương pháp xử lý kỵ khí 11

2.5.2 Các giai đoạn của xử lý kỵ khí 12

2.5.3 Các sản phẩm của quá trình kỵ khí 13

2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí 14

2.6 Tình hình nghiên cứu 14

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 14

2.6.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 15

CHƯƠNG III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Tổng quan về mô hình kỵ khí AD-W8 16

3.1.1 Cơ chế hoạt động của thiết bị AD-W8 16

3.1.2 Các thông số kỹ thuật 17

3.2 Nguyên vật liệu đưa vào mô hình 18

3.3 Các chỉ tiêu phân tích 18

3.3.1 Nhu cầu oxy hóa học COD 18

3.3.2 Hàm lượng photpho 20

3.3.3 Hàm lượng MLSS và MLVSS 20

3.3.4 Giá trị Total Kjeldahl Nito (TKN) 21

3.3.5 Hàm lượng Amonium (NH4+) 22

3.3.6 Đặc tính của hạt PVA-gel 22

3.3.7 Sản lượng khí sinh học 23

3.4 Các giai đoạn nghiên cứu 23

3.4.1 Giai đoạn thích nghi 23

3.4.2 Giai đoạn tăng tải 24

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Đánh giá khả năng loại bỏ COD 29

4.1.1 Tải trọng 6 kgCOD/m3.day 29

4.1.2 Tải trọng 8 kgCOD/m3.day (không có giá thể và có giá thể) 30

4.1.3 Tải trọng 10 kgCOD/m3.day (không có giá thể và có giá thể) 34

4.1.4 So sánh khả năng xử lý COD và khả năng sinh khí qua các tải trọng 37

4.2 Đánh giá khả năng loại bỏ Nitơ trong nước thải 39

4.2.1 Mối quan hệ tương quan giữa amoni và nitơ hữu cơ trong TKN 42

4.3 Đánh giá khả năng loại bỏ phospho (TP) trong nước thải qua các tải trọng 45 4.4 Tính toán năng lượng sinh ra ở tải trọng 8 kgCOD/m3ngày + PVA gel 47

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Quy trình giết mổ heo

Hình 1.2: Quy trình giết mổ trâu, bò

Hình 1.3: Quy trình sản suất xúc xích tiệt trùng

Hình 1.4: Quy trình sản suất thịt nguội

Hình 1.5: Quy trình sản suất đồ hộp

Hình 1.6a: Các hạt PVA-gel (vạch kẻ ngang chỉ 2mm)

Hình 1.6b: Cấu trúc lỗ rỗng hạt PVA-gel (vạch kẻ ngang chỉ 10 )

Hình 1.7: Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí

Hình 2.1: Sơ đồ mô phỏng mô hình AD-W8

Hình 3.1: Biểu đồ thể hiện nồng độ COD ở tải trọng 4 kgCOD/m3.day

Hình 3.2: Biểu đồ thể hiện nồng độ COD ở tải trọng 6 kgCOD/m3.day

Hình 3.3: Biểu đồ thể hiện lượng khí sinh học sinh ra ở tải trọng 6 kgCOD/m3.day Hình 3.4: Biểu đồ thể hiện nồng độ COD ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day

Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện nồng độ COD ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day

Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện lượng khí sinh học sinh ra ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện lượng khí sinh học sinh ra ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day + PVA-gel

Hình 3.8: Biểu đồ thể hiện lượng khí sinh học sinh ra ở cột R1 của tải trọng 8 kgCOD/m3.day có và không có giá thể

Hình 3.9: Biểu đồ thể hiện nồng độ COD ở tải trọng 10 kgCOD/m3.day

Hình 3.10: Biểu đồ thể hiện nồng độ COD ở tải trọng 10 kgCOD/m3.day + PVA-gel

Hình 3.11: Biểu đồ thể hiện lượng khí sinh học sinh ra của tải trọng 10 kgCOD/m3.day Hình 3.12: Biểu đồ thể hiện lượng khí sinh học sinh ra của tải trọng 10 kgCOD/m3.day + PVA-gel

Hình 3.13: Biểu đồ so sánh khả năng xử lý COD của các tải trọng

Hình 3.14: Biểu đồ so sánh khả năng sinh khí sinh học của các tải trọng

Hình 3.15: Hàm lượng amoni ở tải trọng 6kgCOD/m3

.day

Hình 3.16: Hàm lượng amoni ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day

Hình 3.17: Hàm lượng amoni ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day + PVA-gel

Hình 3.18: Hàm lượng amoni ở tải trọng 10 kgCOD/m3.day

Hình 3.19: Hàm lượng amoni ở tải trọng 10 kgCOD/m3.day + PVA-gel

Hình 3.20: Tỷ lệ hàm lượng amoni và nitơ hữu cơ ở tải trọng 6 kgCOD/m3.day

Hình 3.21: Tỷ lệ hàm lượng amoni và nitơ hữu cơ ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day

Hình 3.22: Tỷ lệ hàm lượng amoni và nitơ hữu cơ ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day + PVA Hình 3.23: Tỷ lệ hàm lượng amoni và nitơ hữu cơ ở tải trọng 10 kgCOD/m3.day

Hình 3.24: Tỷ lệ hàm lượng amoni và nitơ hữu cơ ở tải trọng 10 kgCOD/m3.day + PVA gel

Hình 3.25: Hàm lượng TP ở tải trọng 8 kgCOD/m3.day và 8 kgCOD/m3

.day + PVA gel

Hình 3.26: Hàm lượng TP ở tải trọng 10 kgCOD/m3.day và 10 kgCOD/m3

.day + PVA gel

DANH MỤC BẢNG

Bảng1: Kết quả phân tích mẫu nước thải của công ty VISSAN Bảng 2: Thành phần các chất trong khí biogas

DANH MỤC VIẾT TẮT

XLNT Xử lý nước thải

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)

COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

MLSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng (Mixed Liquor Suspended Solids) MLVSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)

HRT Thời gian lưu nước (Hydraulic retention time)

SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solids)

TKN Tổng Nitơ Kjedahl TN Tổng Nitơ (Total Nitrogen)

TP Tổng Photpho (Total Phosphorus)

TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids)

VS Chất rắn bay hơi (Volatile Solids)

TS Tổng chất rắn (Total Solids)

VFAs Acid béo dễ bay hơi (Volatile Fatty Acids)

AD Bể phân huỷ kỵ khí (Anaerobic Digester)

OLR Tải trọng hữu cơ (Organic Loading Rate)

VSV Vi sinh vật

PVA-gel Poly vinyl alcohol gel

VISSAN Công ty TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản

1

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

Ngày nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, sự phát triển của nền kinh tế cũng như chất lượng đời sống người dân ngày càng được nâng cao nên nhu cầu về việc tiêu thụ thực phẩm có nguồn gốc từ động vật ngày càng cao Do đó ngành chăn nuôi cũng như việc giết mổ gia súc gia cầm ngày một tăng cao Tuy nhiên, việc giết mổ gia súc gia cầm tăng cao đưa ra những thách thức mà ngành môi trường cần có những giải pháp kỹ thuật cho việc xử lý nước thải của quá trình giết mổ gia súc gia cầm

Đề tài “Xử lý nước thải giết mổ bằng mô hình kỵ khí hai bậc kết hợp với giá thể” được thực hiện nhằm xây dựng một phương pháp kỹ thuật tốt hơn cho việc xử lý nước thải giết mổ gia súc gia cầm:

1.1 Nội dung của đề tài bao gồm các vấn đề sau

- Khảo sát khả năng xử lý nước thải giết mổ bằng phương pháp kỵ khí hai bậc của mô hình AD-W8 thông qua các chỉ tiêu như COD, TP, Amoni,TKN, nitơ hữu cơ, pH

- Đánh giá khả năng xử lý của mô hình khi chưa có kết hợp của giá thể gel) và có giá thể (PVA-gel)

(PVA Tính toán nhận xét khả năng sinh khí của mô hình khi chạy với các tải trọng COD khác nhau

1.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: nước thải từ việc giết mổ của Công ty cổ phần kỹ nghệ Việt Nam súc sản (VISSAN)

- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu này được thực hiện trên mô hình kỵ khí hai bậc AD-W8 của công ty Armfiled trên quy mô phòng thí nghiệm được đặt tại phòng thí nghiệm phân tích Môi trường, khoa Môi Trường và Tài Nguyên, trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

1.3 Ý nghĩa khoa học

Đánh giá vai trò của giá thể PVA gel trong sự kết hợp với quá trình xử lý kỵ khí hai bậc

2

1.4 Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của đề tài được ứng dụng trong việc xử lý nước thải của quá trình giết mổ gia súc trên quy mô lớn Có thể áp dụng việc xử nước thải của quá trình xử lý kỵ khí hai bậc với các phương pháp sinh học khác để nâng cao khả năng xử lý các chất ô nhiễm như COD, N, P

- Bước đầu kết hợp xử lý nước thải với giá thể làm tiền đề cho việc nghiên cứu

xử nước thải của các ngành khác với thành phần khác nhau

3

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về đơn vị lấy nước thải

Nước thải nghiên cứu được lấy từ Công ty TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản (VISSAN) địa chỉ 420 Nơ Trang Long, phường 13, quận Bình Thạnh, Thành Phố Hồ Chí Minh Là công ty chuyên hoạt động trong lĩnh vực công nghệ giết

mổ gia súc, đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh, cung cấp thịt tươi sống cũng như thịt đóng hộp cho nhu cầu của người dân

2.2 Công suất và quy trình sản xuất của công ty VISSAN

2.2.1 Công suất và quy trình giết mổ heo

- Công nghệ giết mổ heo theo công nghệ của Đức với công suất 2.400 con/ca/6h

- Quy trình giết mổ heo:

4 Khám nghiệm

Gây choáng

Thọc huyết Rửa

Trụng nước nóng

Cạo lông

Cắt đầu

Rửa Cạo

Nước thải chứa huyết rơi vãi

Lông, móng, huyết dư , nước thải

Rửa

Tiêu thụ thịt tươi

Mổ bụng

Cắt đôi Xuất

5

2.2.2 Công suất và quy trình giết mổ trâu bò

Công nghệ giết mổ trâu, bò theo công nghệ của Đức với công suất 300 con/ca/6h

Hình 1.2: Quy trình giết mổ trâu, bò

6

2.2.3 Quy trình sản xuất xúc xích tiệt trùng

Công suất thiết kế: 8000 tấn/ năm

Hình 1.3: Quy trình sản suất xúc xích tuyệt trùng

Đóng gói Lưu kho Thanh trùng

Nguyên liệu

Cắt thịt

Xoay nhuyễn

Nhồi định

7

2.2.4 Quy trình sản xuất thịt nguội

Công suất thiết kế 5000 tấn/ năm

Hình 1.4: Quy trình sản suất thịt nguội

Đóng gói chân không Xắt lát

Nguyên liệu

Nấu hấp Định hình Xay nhuyễn Massage Xăm muối

vi khuẩn), khi thải ra ngoài môi trường nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nặng với môi trường

Dựa vào số lượng nhân viên trong công ty trung bình khoảng 1800 người/ ngày và lượng nước sử dụng trung bình 143,2 m3/ngày.đêm có thể ước tính được tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt

Vì vậy, công ty có biện pháp xử lý nước thải trước khi xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận và hiện nay nước thải sinh hoạt tập trung vào hệ thống thu gom chung của nước thải sản xuất đưa về hệ thống xử lý nước thải tập trung để đạt tiêu chuẩn trước khi thải

ra nguồn tiếp nhận

2.3.2 Nước thải sản xuất

Chủ yếu là các chất hữu cơ phát sinh từ quá trình lưu giữ, giết mổ gia súc, từ các thực phẩm hư hỏng… nên chỉ tiêu SS, BOD, COD cao nên cần phải được ưu tiên xử

lý trước khi đưa ra trực tiếp nguồn tiếp nhận

Do hệ thống xử lý nước thải là hệ thống chung nên sẽ gom tất cả các loại nước thải nêu trên để xử lý nên có sự pha loãng nồng độ giữa nước thải sinh hoạt, sản xuất tính chất nước thải có phần thay đổi

2.3.3 Tính chất nước thải giết mổ và chế biến thịt động vật VISSAN

Tính chất nước thải của công ty VISSAN có kết quả phân tích mẫu nước nghiên cứu có kết quả như sau:

Bảng1.1: Kết quả phân tích mẫu nước thải của công ty VISSAN

2.4 Tổng quan về PVA – gel (poly vinyl alcohol – gel)

PVA – gel là một polymer tổng hợp và không độc hại được sử dụng rộng rãi cho việc cố định vi sinh vật trong xử lý nước thải các hạt PVA-gel có đường kính 4mm (hình 1.6a) với thể tích khoảng 10% và trọng lượng riêng là 1,025g các hạt này có tính thấm nước và có cấu trúc lỗ rỗng (Kuraray Co Osaka, Japan)

Bởi vì PVA-gel có nhiều đặc tính hấp dẫn như là : có khả năng hút nước, phản ứng hình thành màng, và khả năng chống oxy hóa cao, nên nó là một chất tiềm năng trong việc mang sinh khối mà có thể áp dụng trong các ngành công nghiệp như lên men thuốc, thực phẩm hóa học và các kỹ thuật sinh thái (Bai et al., 2010)

Hiện nay trên thế giới thì hạt PVA-gel được sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp và nước thải hộ gia đình thông qua việc làm giá thể cho vi sinh vật phát triển

Nó cũng được áp dụng cho xử lý nước thải với nồng độ cao của các mô hình kỵ khí trong phòng thí nghiệm (Tran ct al., 2006: Quan et al., 2010; Li et al., 2011)

Hình 1.6a: các hạt PVA-gel (vạch

kẻ ngang chỉ 2mm)

Hình 1.6b: cấu trúc lỗ rỗng hạt PVA-gel (vạch kẻ ngang chỉ 10 )

Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, con người đã sử dụng VSV làm sạch môi trường, xử lý các chất độc hại, sử dụng VSV trong việc chế tạo phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc đến môi trường và bảo vệ sự cân bằng sinh thái Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó phân hủy Phần lớn các chất hữu cơ trong nước đóng vai trò là cơ chất đối với vi sinh vật Nó tham gia vào quá trình dinh dưỡng và tạo năng lượng cho vi sinh vật Vì thế, công nghệ xử lý nước thải bằng sinh học thường được áp dụng vì dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải, các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm chất dinh dưỡng và tạo năng lượng Chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng, sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa, nhưng do trong môi trường có các vi khuẩn giúp cho quá trình chuyển hóa, phân hủy chất hữu

cơ nên khi xử lý nước thải cần xem xét nước thải có các vi sinh vật hay không để lợi dụng sự có mặt của nó và nếu có thì tạo điều kiện tốt nhất cho các vi sinh vật phát triển

 Phương pháp xử lý sinh học chia làm hai loại:

- Phương pháp kỵ khí: sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong môi trường không có oxy

- Phương pháp hiếu khí: sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện môi trường cung cấp oxy liên tục

Mà trong đó thì quá trình kỵ khí là quá trình hiện nay được quan tâm nhiều hơn vì

ưu điểm của quá trình này là có thể thu hồi lại năng lượng từ chất thải xem như một

2.5.2 Các giai đoạn của xử lý kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải ở điều kiện không có oxy trong không khí với trạng thái nhiệt độ và pH thích hợp để thu được sản phẩm khí cuối cùng là

CH4, CO2, N2, H2,… , và trong đó thì khí metan (CH4) chí tỷ lệ cao nhất khoảng 50 đến 70% Quá trình phân hủy kỵ khí được tổng quát bằng sơ đồ sau:

Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2S + H2 + NH3 + tế bào vi sinh vật

Quá trình phân hủy kỵ khí có thể tổng hợp bằng ba giai đoạn chính sau:

* Giai đoạn thủy phân

Giai đoạn 1 (Thuỷ phân và lên men axit): Giai đoạn này được thực hiện trong các điều kiện rất khác nhau: ôn hoà (30 - 400C) hay nóng (450C) Dưới tác dụng của các loại men khác nhau do nhiều loài vi sinh vật tiết ra các chất hữu cơ phức tạp như Hidrat cacbon, Protein, Lipit dễ dàng bị phân huỷ thành các chất hữu cơ đơn giản, dễ bay hơi như Etanol, các Axit béo như Axit Axetic, Axit Butyric, Axit Propionic, Axit Lactic… và các khí gas, CO2, H2 và NH3 pH của dung dịch giảm xuống tới 5 và có thể thấp hơn nữa nên được gọi là giai đoạn thuỷ phân và lên men axit Giai đoạn này

có mùi thối

* Giai đoạn acid hóa, acetat hóa

Giai đoạn 2 (Chấm dứt lên men axit): Các axit béo hữu cơ và các hợp chất hữu cơ tan chứa nitơ tiếp tục bị phân huỷ thành hợp chất Amon, Amin, Cacbonat và một ít

CO2, N2, CH4, H2 … Bùn được tạo ra có màu đen, nhớt rồi tạo bọt nổi lên thành màng Sản phẩm lên men tạo mùi khó chịu hôi thối do H2S, Indol, Scatol, Mecaptan… được sinh ra và pH của môi trường tăng dần lên

13

* Giai đoạn metan hóa

Giai đoạn 3 (Lên men Metan hay lên men kiềm): Các sản phẩm như Axit béo các hợp chất chứa nitơ tiếp tục bị phân huỷ bởi các vi khuẩn Metan tạo ra nhiều CO2,

CH4, pH của môi trường tăng lên và chuyển sang môi trường kiềm Quá trình lên men Metan có thể xảy ra ở hệ sinh thái “lạnh” (10 - 150C), ôn hoà (30 - 400C) và thậm chí

có trong biogas:

Hình 1.7: Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí

Sunfua hydro 200 – 400 ppm (theo thể tích)

2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí

Yếu tố cần lưu ý đầu tiên là nhiệt độ Vùng nhiệt độ để quá trình phân hủy kỵ khí khá rộng và mỗi vùng nhiệt độ sẽ thích hợp cho từng nhóm vi sinh vật kỵ khí khác nhau Vùng nhiệt độ ấm - trung bình: 20 – 450C và vùng nhiệt độ cao - nóng: 45 –

650C sẽ thích hợp cho sự hoạt động của nhóm vi sinh vật lên men metan Một số nhóm vi sinh vật kỵ khí có khả năng hoạt động ở vùng nhiệt độ thấp - lạnh: 10 – 150C Khi nhiệt độ < 100C thì vi khuẩn tạo metan hầu như không hoạt động Nhiệt độ tối ưu

là 350C

pH là yếu tố thứ hai có ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình phân huỷ kỵ khí Trong quá trình xử lý kỵ khí các giai đoạn phân hủy có ảnh hưởng trực tiếp qua lại lẫn nhau, làm thay đổi tốc độ quá trình phân hủy chung Nước thải mới nạp vào công trình thì nhóm vi sinh vật axit hóa thích nghi hơn nhóm vi sinh vật metan hóa Khi pH giảm mạnh (pH < 6) sẽ làm cho khí metan sinh ra giảm đi Khoảng pH tối ưu dao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 - 8,5

Các chất có mặt trong môi trường ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và phát triển của Vi sinh vật kỵ khí Oxy được coi là độc tố của quá trình này Một số dẫn xuất của Metan như CCl4, CHCl3, CH2Cl2 và một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn …), các chất như HCHO, SO2, H2S cũng gây độc cho vi sinh vật kỵ khí NH4+ gây ức chế cho quá

15

trình kỵ khí và S2- được coi là chất gây ức chế cho quá trình metan hóa Các chất có tính oxi hoá mạnh như thuốc tím, các halogen và các muối có oxi của nó, ozone… được coi là chất diệt khuẩn hữu hiệu hiện nay Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra thuận lợi khi nước thải có đầy đủ nguồn cacbon, nitơ, photpho và một số nguyên tố vi lượng với một tỷ lệ thích hợp tức là thành phần nước thải hay bùn cặn có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men

2.6 Tình hình nghiên cứu

2.6.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Năm 2012, Lê Thị Cẩm Chi, Lê Hoàng Nghiêm, Võ Huỳnh Kim Long đã nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dòng chảy ngược với chất mang hạt PVA gel để xử

lý nước thải chế biến thủy sản Nghiên cứu cần các hạt PVA gel đã có vi sinh bám dính (cần 44 ngày chạy mô hình với nước thải cao su), và sau 129 ngày chạy mô hình chỉ ra rằng hiệu suất loại bỏ COD dao động khoảng từ 86,7% đến 91,8% ở tải trọng 20kg COD/m3.ngày

Năm 2017, Đặng Vũ Bích Hạnh, Nguyễn Thị Diệu Hạnh, Nguyễn Phước An nghiên cứu mô hình AD-W8 để xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp với 80% là nước thải từ thủy sản Nghiên cứu này đã cho thấy mô hình kỵ khí hai bậc AD-W8 cho kết quả xử lý COD đạt từ 85% đến 90% với các tải trọng COD khác nhau cao nhất là 90% với tải trọng 4kg COD/m3.ngày

2.6.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

2007, Zhang Wenjie, Wang Dunqiu, Koga Yasunori, Yamamoto Taichi, Zhang

Li, Fukurawa Kenji nghiên cứu sự hình thành bùn trong bể phản ứng UASB khi cho PVA gel Nghiên cứu này với mục đích là dùng PVA gel làm giá thể để cho vi sinh vật tăng sinh và phát triển sau 117 ngày chạy mô hình nghiên cứu thì tải trọng COD tăng lên đến 22,5 kg COD/m3

.ngày với hiệu suất xử lý đạt đến hơn 87%

2011, Đỗ Phương Khanh, Lại Minh Quân, Wenjie Zhang, Daisuke Hira, Kenji Furukawa nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đối với xử lý COD với PVA gel là chất mang trong bể phản ứng UASB Nghiên cứu chỉ ra rằng khi nhiệt độ giảm thì tỷ lệ loại

17

CHƯƠNG III NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

3.1 Tổng quan về mô hình kỵ khí AD-W8

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là phương pháp mà chỉ có sự hiện diện của vi sinh vật trong điều kiện không có không khí (O2) Phương pháp này nhanh chóng trở nên phổ biến trong việc xử lý nước thải công nghiệp vì chúng đem lại nhiều lợi ích đáng kể hơn so với quá trình sinh học hiếu khí như lượng bùn sinh ra ít hơn, vận hành dễ dàng, sản phẩm sinh ra có thể được dùng để làm nhiên liệu mới Thiết bị phân hủy kỵ khí Armfield Anaerobic Digestion W8 (AD–W8) được thiết kế như một thiết bị thử nghiệm và để cung cấp dữ liệu vận hành cho mục đích thiết kế của nhà máy Thiết bị này có các đơn vị riêng lắp trên một khung bằng thép không gỉ được trang bị một bảng giám sát và điều khiển tự động Đây là một thiết bị nghiên cứu công nghiệp dùng để:

• Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải, bao gồm sự cân bằng chất rắn, cacbon và khí sinh học để xác định khả năng loại bỏ (COD/BOD)

• Xác định nhiệt độ hoạt động tối ưu, tỷ lệ và tốc độ tiêu thụ nước thải đầu vào

• Quan sát ảnh hưởng của pH và nồng độ dinh dưỡng đầu vào

• Nghiên cứu sự ổn định của quá trình

• Xác định kiểm soát động học của quá trình

18

Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng mô hình AD-W8

3.1.1 Cơ chế hoạt động của thiết bị AD-W8

Thiết bị phân hủy kỵ khí AD – W8 (hình 8) gồm 2 bể phản ứng chính (1) và (2)

ký hiệu R1, R2 giống hệt nhau, có thể tích 5 lít với cơ chế vận hành dòng chảy ngược hướng lên có trang bị bộ kiểm soát nhiệt độ và lưu lượng nước thải cho phép vận hành

ở điều kiện ổn định Nước thải được bơm bằng bơm cấp liệu (6) và (7) theo ống dẫn

có đường kính 8mm đến đầu bể R1, R2

Tiếp đó, nước thải theo ống dẫn có đường kính 4mm xuống đáy bể, dòng chảy ngược hướng lên qua lớp bùn phân hủy kỵ khí Tại đây, nước thải tiếp xúc với lớp bùn

có chứa các vi sinh vật kỵ khí có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ Bên trong

bể kỵ khí (1) và (2) có một đầu dò nhiệt độ nhằm điều chỉnh nhiệt độ trong bể luôn ở trạng thái ổn định nhờ vào 2 tấm gia nhiệt 200W bao quanh bể Hai tấm gia nhiệt này được kích hoạt bằng bộ điều khiển nhiệt độ (8), (9) Điểm cài đặt nhiệt độ trong phạm

vi môi trường xung quanh đến 55oC Khí được sinh ra trong quá trình phân hủy kỵ khí trong 2 bể phản ứng (1), (2) theo ống dẫn đường kính 8mm vào 2 bể thu khí tướng ứng (3) và (4) theo cơ chế chiếm chỗ của nước Phần nước bị đẩy ra ngoài chính là phần thể tích khí sinh ra Khí này chủ yếu là CO2, CH4, và một phẩn nhỏ các khí khác Lượng khí CO2 phản ứng với H2O tạo thành H2CO3 Tuy nhiên acid này là một acid yếu, làm cho quỳ tím hóa hồng do đó nhanh chóng phân ly thành CO2 và H2O trong

19

một khoảng thời gian rất ngắn Chính vì vậy, để tránh trường hợp khí CO2 bị hòa tan vào trong nước ta có thể dùng nước muối với nồng độ NaCl là 3% Điểm lấy mẫu khí (GS) và mẫu nước (LS) được ký hiệu trên hình Bể trung gian (5) được dùng để chứa nước thải từ bể phản ứng (1) và đảm bảo lượng nước đi vào bể phản ứng (2) không bị thiếu hụt

3.1.2 Các thông số kỹ thuật

Bể phản ứng: gồm 2 bể giống hệt nhau Thể tích danh nghĩa 5 lít, thể tích sử dụng

4 lit, đường kính bể là 150mm, cao 250mm

Bộ điều khiển nhiệt độ: gồm 2 tấm gia nhiệt 200W quấn quanh 2 bể phản ứng với

bộ điều khiển PID từ một bộ cảm biến nhiệt độ được đặt bên trong bể phản ứng, thiết lập trong phạm vi xung quanh 55oC, tấm gia nhiệt được bảo vệ bằng bộ cắt nhiệt

85oC

Bơm nạp liệu: gồm 2 máy bơm nhu động giống hệt nhau: tốc độ thay đổi sử dụng công tắc 10 vòng quay tới 4 vòng/phút với ba đường kính ống: 1,6; 3,2 và 4,0mm, tốc

độ dòng chảy từ 0,2 đến 5,8 l/ngày

Bộ thu khí: gồm 2 bể thu khí giống hệt nhau Sức chứa khí có thể từ 0 – 5l/ngày

3.2 Nguyên vật liệu đƣa vào mô hình

20

mêtan từ bùn kỵ khí tạo thành, khi đốt khí tạo ra từ bùn kỵ sẽ có ngọn lửa màu xanh đặc trưng

 Chuẩn bị nước thải vận hành mô hình

Nước thải được sử dụng để vận hành mô hình kỵ khí 2 bậc AD – W8 được lấy từ nhà máy xử lý nước thải VISSAN với những đặc tính như sau:

Nồng độ BOD, COD, N, P cao

Nước thải có đặc tính dễ phân hủy sinh học do BOD/COD ~ 0,75

Nồng độ COD của nước thải từ 1300 đến 1500

Nước thải được lấy từ bể điều hòa của hệ thống xử lý nước thải

 Hạt PVA-gel

PVA gel sử dụng trong nghiên cứu này được mua từ công ty KURAKAY AQUA của Nhật

3.3 Các chỉ tiêu phân tích

3.3.1 Nhu cầu oxy hóa học COD

Chỉ tiêu COD được dùng để xác định toàn bộ hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp Trong khi đó, chỉ tiêu BOD không đánh giá được lượng chất hữu cơ đầy đủ có mặt trong nước thải vì chưa tính đến lượng chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và cũng chưa tính một phần chất hữu cơ tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn mới

Nhu cầu oxy hoá học (COD) được định nghĩa là lượng oxy cần thiết để quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ có trong nước thải thành CO2 và nước Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác định khi dùng một tác nhân oxy hóa mạnh trong môi trường acid Nhu cầu oxy hóa học sử dụng chất oxy hoá là kali dichromat (K2Cr2O7) được sử dụng kết hợp với axit sulfuric đậm đặc (H2SO4)

6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+  6Fe3+ + 3Cr3+ + 7H2O Trị số COD chính là lượng oxy tính từ hàm lượng K2Cr2O7 tham gia phản ứng như sau:

( )

Trong đó:

Vđ - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất, có đun, ml

Vođ - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất, không đun, ml

Vm - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cần phân tích, ml

Vmẫu - thể tích dung dịch mẫu, ml

 Nguyên tắc phân tích Phân tích Phospho gồm 2 bước

- Chuyển hóa P từ các dạng về dạng tan của phosphat đơn (ortho phosphat)

- Phân tích dạng tan này dựa vào phương pháp so màu Lọc qua giấy lọc 0,45m

để tách 2 dạng tan và dạng huyền phù lơ lững của P Cho thêm 0,25g K2S2O8 và 0,5

ml acid phá mẫu rồi đem nung ở 120oC đến khi còn 10ml Sau đó cho thêm 1 giọt chỉ thị phenophtalein rồi trung hòa bằng NaOH 6N (chuyển sang màu hồng) và strong acid (mất màu hồng) Định mức hỗn hợp bằng nước cất đến 25ml Tiếp theo cho 1ml molydate và 3 giọt ZnCl2 đợi 10p rồi đem so màu ở bước sóng 690 nm của máy DR-

5000

Ở nhiệt độ cao, trong môi trường acid Photpho được chuyển về dạng orthophosphat và sẽ phản ứng với amonium molybdate để phóng thích acid molybdate sau đó acid này sẽ bị khử bởi ZnCl2 cho molybdenum có màu xanh dương

PO43- + 12 (NH4)2MoO4 +24 H+ (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4+ +12H2O (NH4)3PO4.12MoO3 + Sn2+ Molybdenum (xanh dương) + Sn4+

Xác định TP bằng phương trình đường chuẩn như sau:

23

3.3.3 Hàm lƣợng MLSS và MLVSS

Mục đích của việc phân tích MLSS nhằm xác định nồng độ bùn hoạt tính có trong

bể sinh học kỵ khí Xác định hàm lượng MLSS được thực hiện tương tự như xác định hàm lượng chất rắn TSS Hàm lượng MLSS được xác định bằng cách làm bay hơi hơi nước bằng tủ sấy ở nhiệt độ 105oC và cân phần khô còn lại Nếu tiếp tục nung phần chất rắn khô còn lại ở 550  50oC và cân phần còn lại để xác định hàm lượng MLVSS

3.3.4 Giá trị Total Kjeldahl Nito (TKN)

Total Kjeldahl Nitơ (TKN) là tổng của nitơ hữu cơ, ammonia (NH3) và ammonium (NH4+) trong phân tích hóa học của đất, nước và nước thải

 Nguyên tắc xác định: (TCVN 5987:1995)

Chuyển các hợp chất nitơ trong mẫu thử thành amoni sunfat bằng cách vô cơ hóa với acid sunfuric có chứa lượng lớn kali sunfat để tăng điểm sôi của hỗn hợp và có CuSO4 làm xúc tác Các phân tử chứ nitơ dưới tác dụng của H2SO4 tạo thành NH3 Lượng N-NH3 được kết hợp với lượng H2SO4 dư tạo thành (NH4)2SO4 tan trong dung dịch:

24

2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 Giải phóng amoni sunfat bằng cách thêm kiềm Na2S2O3 và chưng cất vào hỗn hợp dung dịch axit boric và chỉ thị

(NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + H2O + NH3

NH3 bay ra cùng với nước sang bình hứng chứa H3BO3:

NH4OH + 4H3BO3 (NH4)2B4O7 + H2O Công thức tính toán:

NH4 sẽ ảnh hưởng đến động vật, con người ở một số nồng độ nhất định với khoảng

pH tương ứng nên cần phải duy trì hàm lượng nitơ dưới ngưỡng cho phép nhằm đảm bảo an toàn

Chuẩn độ bằng

dd H2SO4 0,02N

CO2, CH4, và một phẩn nhỏ các khí khác Lượng khí CO2 phản ứng với H2O tạo thành

H2CO3 Tuy nhiên acid này là một acid yếu, làm cho quỳ tím hóa hồng do đó nhanh chóng phân ly thành CO2 và H2O trong một khoảng thời gian rất ngắn Chính vì vậy,

để tránh trường hợp khí CO2 bị hòa tan vào trong nước ta có thể dùng nước muối với nồng độ NaCl là 3%