Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý nitơ phốt nước thải nhà máy bia Hà Nội vật liệu Fe0 nano Nguyễn Xuân Huân*, Lê Đức Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội 334 nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Tóm tắt: Nhà máy bia ngành công nghiệp thải lượng lớn nước thải Nước thải nhà máy bia có hàm lượng chất hữu cao kim loại nặng nhỏ Tuy nhiên, nước thải ngành cơng nghiệp gây nguy hiểm nghiêm trọng cho người, môi trường sinh vật thủy sinh không xử lý cách trước thải bỏ Nhà máy bia Hà Nội Hưng Yên sản xuất bia với công suất 50 triệu lít/năm xả nước thải khoảng 450 m 3/ngày đêm Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia đạt quy chuẩn kỹ thuật kỹ thuật quốc gia theo QCVN 40:2011/BTNMT, cột B đặc biệt nitơ phốt Vì vậy, báo nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý nitơ phốt nước thải nhà máy bia vật liệu Fe nano Kết nghiên cứu cho thấy nước thải nhà máy bia có TSS, BOD5, COD, NTS, NH4+, Tổng P Coliform tương ứng cao quy chuẩn kỹ thuật kỹ thuật quốc gia theo QCVN 40:2011/BTNMT (Cột A) 10,4; 36,7; 24,3; 3,2; 5,96; 8,02 100,7 lần Khi thêm Fe0 nano với nồng độ 0,2 g/L vào bể lắng nồng độ N-NO 3- P-PO43- sau xử lý tương ứng giảm 14,02 2,4 mg/L; tổng N tổng P tương ứng giảm 19,96 2,54 mg/L, đạt quy chuẩn cho phép Từ khóa: Fe0 nano, nhà máy bia, nước thải, nitrat, phốt phát Mở đầu1 Nhà máy bia ngành công nghiệp sử dụng lượng nước lớn tạo lượng lớn nước thải Nước thải nhà máy bia có hàm lượng chất hữu cao dễ phân huỷ có hàm lượng kim loại nặng nhỏ gây nguy hiểm nghiêm trọng cho người, môi trường thủy sinh không xử lý cách trước thải bỏ [1] Phương pháp xử lý truyền thống đông tụ/keo tụ, ly tâm, tách lắng trọng lực có hạn chế định việc xử lý (COD) hợp chất chứa nitơ, phốt có hiệu xử lý thấp, chi phí vận hành cao, hệ thống xử lý lớn tạo chất gây ô nhiễm thứ cấp [2] Một số phương pháp khác điện hóa, plasma … có hiệu xử lý tốt nhằm mục đích tái sử dụng nước thải cần chi phí cao [3 – 5] Nhà máy bia Hà Nội Hưng Yên sản xuất bia với cơng suất 50 triệu lít/năm với lưu lượng xả nước thải khoảng 450 m3/ngày đêm Hệ thống xử lý nước thải đáp ứng theo quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT, cột B đặc biệt nitơ phốt Theo Quyết định số 12/2010/QĐ-UBND ngày 29/4/2010 UBND tỉnh Hưng Yên việc bảo vệ mơi trường địa bàn tỉnh khu sản xuất, kinh doanh, dịch vụ phải có hệ thống thu gom xử lý nước thải đạt giá trị giới hạn quy định Cột A theo QCVN 40:2011/BVMT trước thải môi trường Để đạt điều này, cần phải nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý nước thải nhà máy bia Trong năm gần đây, cơng nghệ sử dụng Fe nano có nhiều tính ưu việt xử lý nhiễm môi trường như: xử lý nước thải chứa hợp chất hữu khó phân huỷ, kim loại nặng, hố chất bảo vệ thực vật Đặc biệt Fe nano vừa có tính khử, vừa có khả hấp phụ bề mặt nên có khả xử lý đồng thời nitrat phốt phát nước Vì vậy, báo nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý nitơ phốt nước thải nhà máy bia Hà Nội vật liệu Fe0 Nguyên liệu phương pháp 2.1 Nguyên liệu Vật liệu Fe0 nano có đường kính trung bình 16,7 nm, diện tích bề mặt riêng 60 m2/g chế tạo phương pháp khử FeSO4.7H2O NaBH4 có bổ sung chất phân tán polyacrylamid (PAA) [6] Nước thải nhà máy bia công đoạn hệ thống xử lý như: Tại bể điều hồ; Bể xử lý yếm khí; Bể xử lý hiếu khí; Bể lắng bể khử trùng 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp xác định số tiêu nước thải Mẫu nước thải lấy bảo quản theo TCVN 5999:1995 TCVN 6663-3:2008 Các thơng số phân tích theo tiêu chuẩn Việt Nam như: Nhiệt độ: TCVN 4557:1988; Màu: TCVN 1* Tác giả liên hệ ĐT: 0983665756 E-mail: huannx@hus.edu.vn 6185:2008; pH: TCVN 6492:2011; TSS: TCVN 6625:2000; BOD 5: TCVN 6001-1:2008; COD: TCVN 6491:1999; NTS: sử dụng hệ thống cất đạm Kjeldahj xác định theo TCVN 6638:2000; Tổng P: TCVN 6202:2008; Tổng Coliform: TCVN 8775:2011; Pb, Cd, Cu, Zn, Mn, Fe: sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử xác định máy AAS 6800 shimadzu theo TCVN 6193:1996; Tổng dầu mỡ khoáng: TCVN 5070:1995; Sunfua: TCVN 6637:2000 2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm xác định hiệu xử lý nước thải nhà máy bia Fe0 nano Mẫu nước thải nhà máy bia công đoạn xử lý khác bổ sung Fe nano với nồng độ từ 0,1 đến g/L sau bố trí phịng thí nghiệm với đặc điểm tương tự công đoạn xử lý nhà máy Mẫu sau xử lý xác định nồng độ nitrat, phốt phát lại dung dịch phương pháp so màu quang điện máy UV- VIS3200 bước sóng λ = 430 710nm, xác định sản phẩm trình khử nitrat tạo NH 4+, NO2- phương pháp so màu quang điện máy UV- VIS3200 bước sóng λ = 430 510nm Kết thảo luận 3.1 Đặc điểm, tính chất nguồn nước thải nhà máy bia Hà Nội Hiện nay, nguồn phát sinh nước thải nhà máy gồm có nước thải sinh hoạt cán bộ, công nhân viên nước thải từ trình sản xuất bia với tổng lưu lượng xả nước thải 450 m3/ngày đêm Trong đó: + Hoạt động sinh hoạt nhân viên công ty khoảng 55 m3/ngày đêm; + Nước thải sản xuất: Nước thải từ rửa bể lên men khoảng 50 m 3/ngày đêm; nước thải từ rửa chai khoảng 100 m3/ngày đêm; nước thải từ công nghệ sản xuất bia khoảng 200 m 3/ngày đêm nước vệ sinh nhà xưởng 45 m3/ngày đêm Hai nguồn nước thải thu gom đưa chung vào hệ thống xử lý nước thải tập trung nhà máy 3.1.1 Tính chất nước thải sinh hoạt nhà máy bia Hà Nội Kết phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt sau bể phốt trước đưa vào hệ thống xử lý nước thải tập trung nhà máy thể Bảng Bảng Kết phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt nhà máy bia Hà Nội QCVN 14:2008/BTNMT TT Thông số Đơn vị Kết A B pH 7,68 5-9 5–9 TSS mg/L 310 50 100 BOD5 mg/L 380 30 50 COD mg/L 450 NTS mg/L 82,5 + N-NH4 mg/L 48,4 10 N-NO2mg/L 0,55 N-NO3 mg/L 2,05 30 50 Tổng P mg/L 14,2 10 P-PO43mg/L 9,0 10 11 Tổng Coliform MPN/100ml 1,2 x 106 3.000 5.000 12 Pb mg/L 0,007 13 Cd mg/L 0,005 14 Cu mg/L 0,012 15 Zn mg/L 0,098 Kết phân tích Bảng cho thấy, nước thải sinh hoạt nhà máy bia Hà Nội có thơng số đặc trưng cho nhiễm chất dinh dưỡng, chất hữu Coliform cao Nếu so sánh với QCVN 14:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt (Cột A) TSS, BOD5, NH4+, P-PO43- Coliform tương ứng cao quy chuẩn cho phép 6,2; 12,7; 9,68; 1,5 400 lần Nước thải sinh hoạt thu gom vào hệ thống xử lý nước thải tập trung trước xả thải môi trường 3.1.2 Tính chất nước thải sản xuất nhà máy bia Hà Nội Kết phân tích chất lượng nước thải sản xuất trước đưa vào hệ thống xử lý nước thải tập trung nhà máy thể Bảng Bảng Kết phân tích chất lượng nước thải sản xuất nhà máy bia Hà Nội QCVN 40:2011/BTNMT TT Thông số Đơn vị Kết A B o Nhiệt độ C 34,2 40 40 Màu Pt/Co 240 50 150 pH 5,2 đến 5,5 đến BOD5 (20oC) mg/L 1.100 30 50 COD mg/L 1.820 75 150 TSS mg/L 520 50 100 Pb mg/L 0,012 0,1 0,5 Cd mg/L 0,008 0,05 0,1 Cu mg/L 0,035 2 10 Zn mg/L 0,118 3 11 Mn mg/L 0,092 0,5 12 Fe mg/L 0,521 13 Tổng dầu mỡ khoáng mg/L 1,05 10 14 Sunfua mg/L 4,28 0,2 0,5 15 NTS mg/L 64,3 20 40 + 16 N-NH4 mg/L 29,8 10 17 N-NO3mg/L 12,63 18 N-NO2 mg/L 1,25 19 Tổng P mg/L 32,1 20 P-PO43mg/L 18,5 21 Coliform VK/100mL 32x10 3000 5000 Kết phân tích Bảng cho thấy, nước thải sản xuất trước xử lý nhà máy bia Hà Nội có thơng số đặc trưng cho ô nhiễm chất dinh dưỡng, chất hữu Coliform cao Nếu so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải cơng nghiệp (Cột A) TSS, BOD 5, COD, NTS, NH4+, Tổng P Coliform tương ứng cao quy chuẩn cho phép 10,4; 36,7; 24,3; 3,2; 5,96; 8,02 100,7 lần Ngồi cịn độ màu sunfua vượt quy chuẩn tương ứng 4,8 21,4 lần Tuy nhiên thông số kim loại, kim loại nặng Fe, Mn, Cu, Pb, Zn, Cd lại nhỏ so với quy chuẩn Vì vậy, sử dụng Fe nano để xử lý nước thải nhà máy bia thuận lợi không chịu ảnh hưởng thông số đến hiệu xử lý [7] 3.1.3 Hiệu hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Hà Nội Để đánh giá hiệu hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Hà Nội, tiến hành lấy mẫu nước thải sau công đoạn xử lý để phân tích so sánh, đánh giá theo QCVN 40:2011/ BTNMT Kết thể Bảng Bảng Hiệu xử lý nước thải nhà máy bia Hà Nội qua công đoạn xử lý QCVN 40: Sau bể Sau xử Sau xử Sau Sau TT Thông số Đơn vị điều lý yếm lý hiếu bể khử 2011/BTNMT hịa khí khí lắng trùng A B Nhiệt độ oC 26,4 23,3 24,2 24,8 24,5 40 40 Màu Pt/Co 160 90 75 45 45 50 150 pH 6,42 6,83 6,95 6,92 6,90 – 5,5-9 BOD5 (20oC) mg/L 980 478 88,7 45,2 45,0 30 50 COD mg/L 1.480 720 124 87,5 86,9 75 150 TSS mg/L 480 310 220 85 82 50 100 Pb mg/L 0,009 0,007 0,005