Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến sữa bằng công nghệ MbMBR

NGHIÊN C U QU X C TH I CH BI N S A B NG CÔNG NGH MbMBR Chuyên ngành : Công ngh Mã s : 60.85.06 TP , Tháng 8/2012 ng C HOÀN THÀNH T I I H C BÁCH KHOA Cán b -HCM ng d n khoa h c : (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v ch ký) Cán b ch m nh n xét : (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v ch ký) Cán b ch m nh n xét : (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v ch ký) Lu cb ov t HCM ngày 28 tháng ih 2012 Thành ph n H m: (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v c a H ng ch m b o v lu Xác nh n c a Ch t ch H ng Khoa qu n lý chuyên ngành sau lu CH T CH H c s a ch a (n u có) NG NG KHOA ii NG I H C QU C GIA TP.HCM I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH c l p - T - H nh phúc T NAM NHI M V LU MSHV: 10250518 10/10/1987 TP HCM Chuyên ngành: I : 608506 TÀI: NGHIÊN C U QU X C TH I CH BI N S A B NG CÔNG NGH MbMBR II NHI M V VÀ N I DUNG: - ánh giá kh c th i ch bi n s a c a công ngh sinh h c màng nhúng chìm MBR k t h p v i giá th ng MBBR g i t t MbMBR t i t i tr ng khác : 1,0 kgCOD/m3.ngày ; 1,5 kgCOD/m3.ngày ; 2,0 kgCOD/m3.ngày ; 2,5 kgCOD/m3.ngày - d c th i sau x c sau x lý v i tiêu chu n tái s d III so sánh ch t c th gi i NGÀY GIAO NHI M V : 15/09/2011 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 30/07/2012 V CÁN B NG D N (Ghi rõ h c hàm, h c v , h , tên): Ti n HOÀNG NGHIÊM (H tên ch ký) (H tên ch ký) (H tên ch ký) iii Trong su t kho ng th i gian th c hi n lu giúp t nghi p, không dài c nh ng ki n th c kinh nghi m quý báu Và kho ng th c r t nhi u s t phía th ng d n, h tr n bè Thông qua lu n g i nh ng l i tri ân chân thành nh t u tiên, xin g i l i tri ân sâu s n TS.Lê Hoàng Nghiêm Th ng d n, ch b o t n tình t o m i u ki n cho lu c hồn thành t t nh t Tơi ng t s bi ng ki n th c quý báo mà th y khoa Mơi ih t giúp tơi hồn thành t t lu n Bên c bi y cô anh ch Phịng thí nghi m tr t u ki n t t nh t cho t i th c hi n t t lu n b n bè khóa ph t n tình Cu i cùng, l i c th tr v m t tinh ng viên r t nhi u su t trì n lu Tp H Chí Minh, ngày tháng Nguy n Th Thu Hi n iv T cơng nghi hố nhanh s l c ngày n ng n d i v c nhi gây áp c vùng lãnh th Môi ng , khu công nghi p làng ngh ngày b ô nhi m b c th i, khí th i ch t th i r n thành ph l nghi s n xu t công c khơng có cơng trình thi t b x lý ch t th i ho c có cơng trình x lý khơng hi u qu nghiên c th c nh ng th c tr ng d ng cơng ngh sinh h c màng nhúng chìm MBR k t h p v i giá ng MBBR (g i t t MbMBR c th i nói c th i ch bi n s a nói riêng c a mơ hình có th áp d ng vào th c t m t cách hi u qu Nghiên c u ti n hành v i t i tr ng 1kgCOD/m3.ngày; 1,5 kgCOD/m3.ngày; kgCOD/m3.ngày 2,5 kgCOD/m3.ngày nhà máy s a Sài Gòn DO b K t qu nghiên c u t 94 99% ( ng v ch t 51 c th i nghiên c c trì mgO2/l t i tr ng 1kgCOD/m3.ngày cho th y hi u qu x lý COD u 31 mg/l) Hi u qu x lý t 70% hi u qu x lý t nh cl yt c nh th u t i tr ng 1,5 kgCOD/m3.ngày hi u qu x t 96 i t6 18 mg/l 99% T ng photpho t i tr ng hi u qu x 60 - 74% MLSS b lúc kho ng 4915 mg/l Do amonia dịng thí nghi m nh u qu x lý t 93% Hi u qu x lý COD nh t 99% t i tr ng 2,0kgCOD/m3.ngày MLSS b x lý t ng photpho u qu nh n m kho ng 62 79% Trong dòng tr ng khơng cịn phát hi n amonia hi u qu t t kho ng 94% t i tr ng cu i 2,5 kgCOD/m3.ngày, hi u qu x lý ch ln trì m c cao Hi u qu x kho ng nh t 99% dòng mg/l Hi u qu x lý t 6000 mg/l Hi u qu x lý t t 84 nh 94% ng v i MLSS nh kho ng 87 v t i 94% ABSTRACT Industrialization, urbanization and population, which pressured heavily on water resources in the territory,accelerated The water environment in many urban areas, industrial zones and craft villages increasingly contaminated by waste water, waste gas and solid waste In big cities, hundreds of industrial production facilities are polluting the waste treatment or it no effect Before the actual situation, research used Membrance Bio submerged Reator MBR combining with Moving Bed Biofilm Reactor, MBBR (called MbMBR) BBR (called MbMBR) which assess the general waste water treatment and wastewater own dairy processing of model and can be applied into practice effectively Research conducted with the load 1.0 kgCOD/m3.ngay; 1.5 kgCOD/m3.ngay; 2.0kgCOD/m3.ngay and 2.5 kgCOD/m3.ngay Wastewater in the study were taken from dairies Saigon and DO in the tank is maintained at mg O2 / l That load 1.0 kgCOD/m3.ngay, COD removal efficiency reached 94 - 99% (COD output 6-31 mg / l) Total phosphorus removal efficiency reached from 5170% and total nitrogen removal efficiency was not stable and 70% lower than in the early days At load 1.5 kgCOD/m3.ngay, COD output was relatively stable 6-18 mg / l and processing efficiency reached 96-99% In the payload, Total phosphorus removal efficiency has increased to 60-74%, the MLSS in the tank at about 4915 mg / l Cause ammonia output was less than mg / l , total nitrogen removal efficiency increased 86-93% COD removal efficiency stabled over 99% at load 2.0 kgCOD/m3.ngay MLSS in the tank rised 5000 mg / l as total phosphorus removal efficiency stability about 62-79% In output amonia detected and total nitrogen efficiency was about 94% At the end of 2.5 kgCOD/m3.ngay load, processing efficiency indicators have stabilized and are maintained at high levels COD treatment efficiency always over 99% and output about 3-6 mg / l Total phosphorus treatment efficiency reached 84-94% corresponding to MLSS 6000 mg / l Total nitrogen treatment efficiency and stability in the range of 87-94% vi NHI M V LU L IC iii iv TÓM T T LU .v ABSTRACT vi M C L C vii DANH M C HÌNH x DANH M C B NG xiiii DANH M C CÁC T VI T T T xiv M U .1 1.1 tv 1.2 M c tiêu n i dung nghiên c u 1.3 N i dung nghiên c u c 1.4 Ph m vi gi i h 1.5 tài tài u T NG QUAN .4 2.1 T ng quan v ngành s a 2.1.1 Các nguyên li u ch bi n 2.1.2 Quá trình s n xu t 2.1.3 Thuy t minh 10 2.1.4 Ngu n g c phát sinh thành ph n c 2.2 c th i ch bi n s a 11 T ng quan v công ngh màng MBR (MEMBRANE BIOREACTOR) 13 2.2.1 T ng quan v màng (membrane) 13 2.2.2 T ng quan v b sinh h c màng vi l c 15 2.3 T ng quan v công ngh MBBR (MOVING BEB BIOLOGICAL REACTOR) 27 2.3.1 Công ngh MBBR 27 2.3.2 L p màng biofilm 30 2.3.3 Các nghiên c u ng d ng khác c a h th ng MBBR 33 2.4 S k t h p gi a MBR MBBR 34 36 U 36 vii 3.1 T u 36 3.2 Mơ hình v t li u 38 3.2.1 c th i 38 3.2.2 Bùn ho t tính 38 3.2.3 Màng 38 3.2.4 Giá th 39 3.2.5 Mơ hình 40 3.3 V n hành mơ hình 41 3.3.1 Ki m soát y u t trình v n hành 41 3.3.2 Cách th c r a màng 41 3.4 Quy trình l y m u phân tích m u 42 3.4.1 L y m u 42 3.4.2 o qu n m u phân tích ch tiêu 43 3.4.3 Phân tích m u 43 3.4.4 T n su t l y m u 45 3.4.5 45 46 K T QU VÀ TH O LU N 46 4.1 K t qu v n hành thí nghi m (Thí nghi m thích nghi) 46 4.1.1 Ch 4.1.2 K t qu phân tích ch tiêu thí nghi m 46 4.2 v n hành 46 K t qu v n hành thí nghi m (t i kgCOD/m3.ngày) 48 4.2.1 Ch 4.2.2 K t qu phân tích ch tiêu thí nghi m 48 4.3 v n hành 48 K t qu v n hành thí nghi m (t i 1,5 kgCOD/m3.ngày) 52 4.3.1 Ch v n hành 52 4.3.2 K t qu phân tích ch tiêu thí nghi m 53 Hình 12 Hi u qu x lý COD 4.4 TN3 53 K t qu v n hành thí nghi m (t i 2,0 kgCOD/m3.ngày) 57 4.4.1 Ch 4.4.2 K t qu phân tích ch tiêu thí nghi m 57 4.5 v n hành 57 K t qu v n hành thí nghi m (t i 2,5 kgCOD/m3.ngày) 62 4.5.1 Ch v n hành 62 4.5.2 K t qu phân tích ch tiêu thí nghi m 63 u qu gi a t i tr ng 66 4.6.1 Kh lý ch t h 66 viii 4.6.2 Kh 67 4.6.4 Kh lý Photpho 70 72 K T LU N VÀ KI N NGH 72 5.1 K t Lu n 72 TÀI LI U THAM KH O .74 PH L C A 76 PH L C B 81 PH L C C 86 ix Hình Qui trình s n xu t chung s n xu t s c s n xu t s a b t công ngh s ng công ngh s c s n xu t phơ mai s n xu Hình Phân lo i màng l c Hình L c vng góc l c xi dịng Hình 10 Hình d ng c a MBR ngh t màng Hình 12 Mơ t q trình x lý c a b MBBR Hình 13 H màng biofilm theo khái ni m i ch t c a màng vi sinh v t u Hình c màng Hình 3 Hình nh giá th K3 c a Kaldnes Hình Mơ hình thí nghi m Hình V trí l y m u Hình Hi u qu x lý COD TN1 Hình 4.2 Giá tr pH TN1 Hình Hình nh giá th cu i TN1 Hình 4 Hi u qu x lý COD TN2 Hình Hi u qu x lý N-NH3 Hình Hi u qu x lý TKN Hình Hi u qu x lý TP TN2 TN2 TN2 Hình MLSS MLVSS b ph n ng x Hình B Hình B 10 84 Hình B 11 Hình B 12 85 C NG HÒA XÃ H I CH T NAM QCVN 40: 2011/BTNMT QUY CHU N K THU T QU C GIA V C TH I CÔNG NGHI P National Technical Regulation on Indus trial Wastewater HÀ N I - 2011 86 L u QCVN 40:2011/BTNMT Ban so n th o quy chu n k thu t qu c gia v ch t c biên so n thay th QCVN 24:2009/BTNMT, T ng c Khoa h c Công ngh , V Pháp ch trình s 47/2011/TT- c ba aB ng 87 ng, V ng B Tài nguyên QUY CHU N K THU T QU C GIA V C TH I CÔNG NGHI P National Technical Regulation on Industrial Wastewater NH CHUNG 1.1 Ph u ch nh Quy chu nh giá tr t a thông s ô nhi m c th i công nghi p x ngu n ti p nh c th i ng áp d ng 1.2.1 Quy chu n áp d i v i t ch c th i công nghi p ngu n ti p nh n ho ng x c th i c th i công nghi p c a m t s c áp d ng theo quy chu n k thu t qu c gia riêng c th i công nghi p x vào h th ng thu gom c a nhà máy x t p trung tuân th nh c c th i qu n lý v n hành nhà máy x lý c th i t p trung 1.3 Gi i thích thu t ng Trong Quy chu n này, thu t ng c th i công nghi c hi c th i phát sinh t q trình cơng ngh c a s s n xu t, d ch v công nghi máy x c th i t công nghi p), t nhà un c th i c 88 công nghi p 1.3.2 Ngu n ti p nh c th i là: h th su i, khe, r d c bi n ven b có m nh NH K THU T 2.1 Giá tr t a thông s ô nhi x vào ngu n ti p nh c th i 2.1.1 Giá tr t a thông s ô nhi x vào ngu n ti p nh c th c th i công nghi p c th i công nghi p Cmax = C x Kq x Kf - Cmax giá tr t a thông s ô nhi x vào ngu n ti p nh c th i công nghi p c th i - C giá tr c a thông s ô nhi c th i công nghi nh t i B ng ; - Kq h s ngu n ti p nh c th nh t i m c 2.3 ng v dòng ch y c a sông, su i, khe, r h s d ng c - Kf h s ah m; m c c bi n ven b ; ng ngu n th c th i c nh t i m c 2.4 ng v i t công nghi p x vào ngu n ti p nh 2.1.2 Áp d ng giá tr t i v i thông s : nhi ho ng ng c th i; ng h s Kq Kf) , màu, pH, coliform, T ng ho phóng x 89 phóng x ng c th i công nghi p x vào h th nhà máy x c th i t p trung áp d ng giá tr Cmax nh t i c t B B ng 2.2 Giá tr C c a thông s ô nhi c th i công nghi nh t i B ng B ng 1: Giá tr C c a thông s ô nhi TT c th i công nghi p Thông s Giá tr C A B Nhi oC 40 40 Màu Pt/Co 50 150 pH BOD5 (20oC) mg/l 30 50 COD mg/l 75 150 Ch t r mg/l 50 100 Asen mg/l 0,05 0,1 Thu ngân mg/l 0,005 0,01 Chì mg/l 0,1 0,5 10 Cadimi mg/l 0,05 0,1 11 Crom (VI) mg/l 0,05 0,1 12 Crom (III) mg/l 0,2 - ng n9 n9 13 ng mg/l 2 14 K m mg/l 3 90 15 Niken mg/l 0,2 0,5 16 Mangan mg/l 0,5 17 S t mg/l 18 T ng xianua mg/l 0,07 0,1 19 T ng phenol mg/l 0,1 0,5 20 T ng d u m khoán g mg/l 10 21 Sunfua mg/l 0,2 0,5 22 Florua mg/l 10 23 Amoni (tính theo N) mg/l 10 24 T mg/l 20 40 25 T ng ph t (tính theo mg/l mg/l 500 1000 mg/l mg/l 0,05 0,1 mg/l 0,3 P) 26 Clorua (không áp d ng x vào ngu c m n, cl ) 27 28 T ng hoá ch t b o v th c v t clo h 29 T ng hoá ch t b o v th c v t ph t h 30 T ng PCB mg/l 0,003 0,01 31 Coliform vi khu n/100ml 3000 5000 91 32 T ng ho phóng x Bq/l 0,1 0,1 33 T ng ho phóng x Bq/l 1,0 1,0 C tAB nh giá tr C c a thông s ô nhi nghi p x vào ngu C tBB nh c sinh ho t; nh giá tr C c a thông s ô nhi nghi p x vào ngu M c dùng cho m c không dùng cho m h s d ng c a ngu n ti p nh c th i công c th c th i công c sinh ho t; nh t i khu v c ti p c th i 2.3 H s ngu n ti p nh c th i Kq 2.3.1.H s Kq ng v ng dòng ch y c a sông, su i, khe, r ch; kênh, nh t i B B ng 2: H s Kq ng v ng dòng ch y c a ngu n ti p nh ng dòng ch y c a ngu n ti p nh c c th i H s Kq th i (Q) tính: mét kh i/giây (m 3/s) Q £ 50 0,9 50 < Q £ 200 200 < Q £ 500 1,1 Q > 500 1,2 c tính theo giá tr trun ng dịng ch y c a ngu n ti p nh th i 03 tháng khô ki t nh p (s li u c Thu 92 c ng 2.3.2 H s Kq ng v i dung tích c a ngu n ti p nh nh t i B c th i h m y: B ng 3: H s Kq ng v idung tích c a ngu n ti p nh Dung tích ngu n ti p nh c th i c th i (V) H s Kq tính: mét kh i (m 3) 0,6 0,8 V > 100 x 106 1,0 c tính theo giá tr trung bình dung tích c a h tháng khô ki t nh m ti p nh p (s li u c 2.3.3 Khi ngu n ti pnh ng Thu c th i khơng có s li u v sông, su i, khe, r c th i 03 ng Kq = 0,9; h ng dòng ch y c a m khơng có s li u v dung tích áp d ng K t qu = 0,6 2.3.4 H s cm i v i ngu n ti p nh c th cm o v thu sinh, th thao gi i trí c l ven bi n áp d ng Kq = c bi n ven b không dùng cho m 2.4 H s H s m c l ven bi n c bi n ven b dùng cho m gi c bi n ven b o v thu sinh, th thao ho c c áp d ng Kq = 1,3 ng ngu n th i Kf ng ngu n th i K nh t i B 93 B ng 4: H s ng ngu n th i Kf ng ngu n th i (F ) H s Kf tính: mét kh 1,2 1,1 1,0 F > 5.000 ng ngu n th 0,9 c tính theo ng th i l n nh t nêu Báo cáo ng, Cam k t b o v ng ho án b o v môi ng NH 3.1 L y m nh ch chu n qu c th i áp d ng d n c a tiêu ây : - TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-1:2006) l Ch c Ph ng d n y m u k thu t l y m u; - TCVN 6663-3:2008 (ISO 5667-3: 2003) - Ch c-L ym ng d n c-L ym ng d n b o qu n x lý m u; - TCVN 5999:1995 (ISO 5667 -10: 1992) - Ch l ym c th i nh giá tr thông s ki m sốt nhi c th i cơng nghi p th c hi n theo tiêu chu n qu c gia qu c t - TCVN 4557:1988 Ch c- nh nhi 94 ; - TCVN 6492:2011 (ISO 10523:2008) Ch - TCVN 6185:2008 - Ch c- c - Ki nh màu s c; - TCVN 6001-1:2008 (ISO 5815-1:2003), Ch sinh hóa sau n ngày (BODn) nh pH ; c nh nhu c u oxy Ph y có b sung allylthiourea ; - TCVN 6001-2:2008 (ISO 5815-2:2003), Ch sinh hóa sau n ngày (BODn) c nh nhu c u oxy Ph u khơng pha lỗng; - TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) Ch c- nh nhu c u oxy hoá h c (COD) ; - TCVN 6625:2000 (ISO 11923:1997) Ch c- nh ch t r ng b ng cách l c qua l c s i thu tinh; - TCVN 6626:2000 Ch c- nh asen - h p th nguyên t (k thu t hydro); - TCVN 7877:2008 (ISO 5666:1999) Ch - TCVN 6193:1996 Ch c- c- nh thu ngân; ng, k m, cadimi c ph h p th nguyên t ng n l a; - TCVN 6222:2008 Ch c- nh crom - c nh crom hóa tr sáu th nguyên t ; - TCVN 6658:2000 Ch tr c quang dùng 1,5 diphenylcacbazid ; 95 h p - TCVN 6002:1995 Ch c nh mangan c nh s t b c quang dùng formaldoxim; - TCVN 6177:1996 Ch c ph dùng thu c th 1,10- phenantrolin; - TCVN 6665:2011 (ISO 11885:2007) Ch c- nh nguyên t ch n l c b ng ph phát x quang Plasma c p c m ng ( ICP-OES) ; - TCVN 6181:1996 (ISO 6703 -1:1984) Ch c- nh xianua t ng; - TCVN 6494-1:2011 (ISO 10304 -1:2007) Ch c hòa tan b nh bromua, clorua, c kí l ng ion Ph nh anion florua, nitrat, nitr it, phosphat sunphat hòa tan; - TCVN 6216:1996 (ISO 6439:1990) Ch c- nh ch s phenol - c ph dùng 4- t; - TCVN 6199-1:1995 (ISO 8165/1:1992) Ch oá tr l a ch n Ph c- nh phenol c ký khí sau làm giàu b ng chi t; - TCVN 5070:1995 Ch c- nh d u m s n ph m d u m ; - c nh d u m - TCVN 6637:2000 (ISO 10530:1992) Ch - TCVN 5988:1995 (ISO 5664:1984) Ch t chu - TCVN 6620:2000 Ch u h ng ngo i; c- c- nh sunfua hoà tan- nh amoni - ; c- nh amoni - 96 n th ; - TCVN 6638:2000 Ch c- - b ng h p kim Devarda; - TCVN 6202:2008 (ISO 6878:2004) Ch c- nh phôt - dùng amoni molipdat ; - TCVN 8775:2011 Ch c- nh coliform t ng s - K thu t màng l c; - TCVN 6187-1:2009 (ISO 9308-1: 2000) Ch c - Phát hi escherichia coli vi khu n coliform Ph m c màng; - TCVN 6187-2:1996 (ISO 9308 -2:1990(E)) Ch c - Phát hi vi khu n coliform, vi khu n coliform ch u nhi t escherichia coli gi m nh Ph n 2: u ng (s có xác su t cao nh t); - TCVN 6225-3:2011 (ISO 7393-3:1990) Ch c- clo t ng s Ph n - nh clo t nh clo t ng s ; c ng thu c tr sâu clo h - pháp s c ký khí chi t l ng-l ng; - nh h p ch t phospho h ng s c ký khí - K thu t c t mao qu n; - TCVN 6053:2011 Ch không m n - TCVN 6219:2011 Ch c- ng ho phóng x ng ho phóng x c n dày; c- c không m n 3.3 Ch p nh ng d n tiêu chu n qu c gia qu c t n vi n d n 97 m c 3.2 v tiêu chu n qu c gia, qu c t m c vi n d n quy chu n T CH C TH C HI N 4.1 Quy chu n áp d ng thay th QCVN 24:2009/BTNMT - Quy chu n k thu t qu c gia v c th i công nghi 25/2009/TTaB nh Quy chu n k thu t qu c gia v ng B ng ng 4.2 UBND t nh, thành ph tr c thu ngu nh m c H s Kq quy ho ch s d ng ngu d ng c phân vùng ti p c th i cv c th i công nghi p m d ng c a ngu n ti p nh thơng s nhi vi c ki m sốt ô nhi m, tính ch t c a n (giá tr l a ch n nh t i B ng ng ng h p tiêu chu n qu c gia vi n d n Quy chu n s a sung ho c thay th áp d ng theo tiêu chu n m i 98 i, b ... lý gi m chi phí (Odegaard c ng s , 1991) V i m công ngh c i b ch t h c nghiên c ng t nh m rõ r t qua nhi u nghiên c u khác Công ngh MBBR công ngh k t h p gi a i u ki n thu n l i c a trình x lý. .. m t c a giá th t ng c a vi sinh v t nh ng giá th T t c giá th có t tr ng nh lo i giá th có t tr m ng TSS vào c i t tr ng c c, nhiên m i u ki n quan tr ng nh t c a trình x lý giá th b giá th chi... L p biofilm giá th Hình 21 Hi u qu x lý COD Hình 22 Giá tr Hình 23.Hi u qu x lý TP TN3 TN4 u TN4 TN4 Hình 24 MLSS, MLVSS b ph n ng Hình 25 L p biofilm giá th TN4 Hình 26 Hi u qu x lý Amonia TN4