thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Thủ Đức

thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Thủ Đức thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Thủ Đức thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Thủ Đức thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Thủ Đức thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Thủ Đức thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Thủ Đức

Trang 1



Để hoàn thành tốt luận văn này tôi đã được sự giúp đỡ của mọi người

Trước tiên con xin cảm ơn bố mẹ, người luôn luôn giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để con hoàn thành tốt việc học tập trên giảng đường đại học Người luôn động viên, an ủi, luôn bên con khi con cần lời khuyên hay khi con vấp ngã

Em xin cảm ơn tất cả các Thầy Cô trong khoa Môi Trường - Trường Đại Học Bách Khoa đã tận tình chỉ dạy, cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn PGS – TS Nguyễn Văn Phước và Th.S Nguyễn Thị Thanh Phượng đã hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn

này

Em xin cảm ơn quý Thầy Cô phản biện đã dành thời gian quan tâm đến luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các cô chú, các anh chị tại cơ sở sản xuất tinh bột mì Thủ Đức đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn này

Xin cảm ơn tập thể lớp Kỹ thuật Môi trường khóa 2001 đã cho tôi những ngày khó quên Đặc biệt, các bạn sinh viên cùng làm việc trong Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường đã giúp đỡ tôi rất nhiều

Trang 2

MỤC LỤC

MỤC LỤC .ii

DANH SÁCH BẢNG .v

DANH SÁCH HÌNH .vi

KÝ HIỆU VIẾT TẮT viii

TÓM TẮT LUẬN VĂN ix

Chương MỞ ĐẦU .1

1 Sự cần thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Phương pháp nghiên cứu 1

4 Nội dung nghiên cứu 1

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ BIẾN TINH BỘT 3

1.1 Tổng quan về khoai mì 4

1.1.1 Cấu trúc củ khoai mì 5

1.1.2 Thành phần hoá học 6

1.2 Công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì 7

1.3 Thành phần tính chất nước thải 9

1.4 Một số công nghệ xử lý nước thải tinh bột khoai đã được áp dụng tại các nhà máy sản xuất tinh bột tại Việt Nam 10

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 12

2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý 13

2.1.1 Phương pháp cơ học 13

Trang 3

2.1.3 Phương pháp hoá học 15

2.1.4 Phương pháp sinh học 15

2.2 Tổng quan về màng vi sinh vật 31

2.2.1 Cấu tạo và hoạt động của màng vi sinh vật 31

2.2.2 Những đặc tính sinh học của màng vi sinh vật 33

2.2.3 Những ưu điểm của màng vi sinh vật 34

2.2.4 Những nhược điểm của màng vi sinh vật 35

2 3 Lựa chọn công nghệ xử lý 36

2.3.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ 36

2.3.2 Đề xuất công nghệ xử lý nước thải tinh bột 37

Chương 3 MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

3.1 Mô hình kết hợp Lọc sinh học kỵ khí và Lọc sinh học hiếu khí 39

3.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 39

3.1.2 Mô hình nghiên cứu 39

3.1.3 Nguyên tắc hoạt động 40

3.2 Phương pháp nghiên cứu 41

3.2.1 Đối tượng nghiên cứu 41

3.2.2 Tiến trình thí nghiệm 41

Chương4 KẾT QỦA VÀ BÀN LUẬN 42

4.1 Kết quả mô hình vận hành ở nồng độ COD vào: 500 mg/l 43

4.1.1 Kết quả khảo sát theo thời gian 43

4.1.2 Kết quả khảo sát theo chiều cao mô hình 45

4.2 Kết quả vận hành mô hình ờ nồng độ COD vào : 1000 mg/l 46

Trang 4

4.4 Kết quả vận hành mô hình ờ nồng độ COD vào : 4000 mg/l 54

4.5 Kết quả vận hành ở nồng độ COD vào : 6000 mg/l 59

4.6 Bàn luận 62

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64

5.1 Kết luận 65

6.2 Kiến nghị 65

PHỤ LỤC .66

PHỤ LỤC 1 67

PHỤ LỤC 2 73

PHỤ LỤC 3 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Trang 5

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hoá học trong khoai mì 6

Bảng 2 Tính chất nước thải tinh bột mì Error! Bookmark not defined

Bảng 2 1 Các hợp chất gây độc và ức chế quá trình kỵ khí 27 Bảng 2.2 Mô hình động học sử dụng quá trình xử lý kỵ khí 30 Bảng p.1 Sự biến thiên pH, COD và N-NH3 trong mô hình ở nồng độ COD = 500 mg/l 67 Bảng p.2 Theo dõi sự biến đổi các thông số theo chiều cao mô hình ở nồng độ COD =

500 mg/l 67 Bảng p.3 Sự biến thiên pH, COD và N-NH3 trong mô hình ở nồng độ COD = 1000 mg/l 68 Bảng p.4 Theo dõi sự biến đổi các thông số theo chiều cao mô hình ở COD = 1000 mg/l 68 Bảng p.5 Sự biến thiên pH, COD và N-NH3 trong mô hình ở nồng độ COD =2000 mg/l 69 Bảng p.6 Theo dõi sự biến đổi các thông số theo chiều cao mô hình ở nồng độ COD

=2000 mg/l 69 Bảng p.7 Sự biến thiên pH, COD và N-NH3 trong mô hình ở nồng độ COD = 4000 70 mg/l 70 Bảng p.8 Theo dõi sự biến đổi các thông số theo chiều cao mô hình ở nồng độ COD =

4000 mg/l 70 Bảng p.9 Sự biến thiên pH, COD và N-NH3 trong mô hình ở nồng độ COD = 6000 mg/l 71 Bảng p.10 Theo dõi sự biến đổi các thông số theo chiều cao mô hình ở nồng độ COD

=6000 mg/l 71 Bảng p 11: Bảng giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp 79

Trang 6

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc củ khoai mì theo lát cắt ngang 5

Hình 1.3 Công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột Phước Long 10

Hình 1.4 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột mì Tây Ninh 11

Hình 1.5 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất tới hạn tới tốc độ sinh trưởng 19

Hình 2.1 Thể hiện các dòng biến đổi chất trong quá trình phân hủy kỵ khí 23

Hình 2.2 Cấu tạo màng vi sinh vật 31

Hình 2.3 Công nghệ xử lý nước tinh bột bằng công nghệ kết hợp 37

Hình 3 Mô hình kết hợp Lọc kỵ khí và Lọc hiếu khí 39

Hình 4.1 Đồ thị sự biến thiên pH theo thời gian ở nồng độ COD = 500 mg/l 44

Hình 4.2 Đồ thị sự biến thiên COD theo thời gian ở nồng độ COD = 500 mg/l 43

Hình 4.3 Đồ thị sự biến thiên N-NH3 theo thời gian ở nồng độ COD = 500 mg/l 43

Hình 4.4 Đồ thị sự biến thiên pH theo chiều cao ở nồng độ COD = 500 mg/l 46

Hình 4.5 Đồ thị sự biến thiên COD theo chiều cao ở nồng độ COD =500 mg/l 45

Hình 4.6 Đồ thị sự biến thiên N-NH3 theo chiều cao ở nồng độ COD =500 mg/l 45

Hình 4.11 Đồ thị sự biến thiên COD theo chiều cao ở nồng độ COD = 1000 mg/l 49

Hình 4.12 Đồ thị sự biến thiên N-NH3 theo chiều cao ở nồng độ COD = 1000 mg/l 49

Trang 7

Hình p.1 Đồ thị sự biến thiên COD và hiệu quả khử COD ở các tải khác nhau Error! Bookmark not defined Hình 5.2 Đồ thị sự biến thiêên NH3 và hiệu quả khử NH3 tại các tải khác nhau Error! Bookmark not defined Hình p.1 Mô hình động công nghệ kết hợp lọc kỵ khí và lọc hiếu khí 74

Hình p.2 Qui trình khuấy trộn bột khoai mì 75

Hình p.3 Nước thải chảy tràn tại cơ sở sản xuất tinh bột mì 75

Hình p.4 Bã thải khoai mì 76

Hình p.5 Bể chứa nước thải tinh bột mì 76

Trang 8

KÝ HIỆU VIẾT TẮT

BOD Biological Oxyzen Demand : Nhu cầu oxy sinh hóa

COD Chemical Oxyzen Demand : Nhu cầu oxy hóa học

SS Suspended Solid : Chất rắn lơ lửng

VS Volatile Solid : Chất rắn bay hơi

VSS Volatile Suspended Solid : Chất rắn lơ lửng bay hơi

SBR Sequencing Batch Reactor : Bể xử lý theo mẻ

MBR Membrain Bio Reactor : Xử lý bằng phương pháp lọc màng sinh học

UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket : Bể bùn kỵ khí lơ lửng dòng chảy ngược

Trang 9

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Bên cạnh việc mang lại nhiều lợi ích kinh tế, sản xuất tinh bột khoai mì là một trong những ngành gây ra các tác động lớn đối với môi trường Các chất thải phát sinh trong quá trình sản xuất bao gồm nước thải, khí thải và chất thải rắn Đặc biệt, nước thải tinh bột khoai mì vơiù lưu lượng lớn và hàm lượng chất hữu cơ cao đã gây nên tình trạng

ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Ngoài ra, các công nghệ xử lý áp dụng đối với nước thải tinh bột mì hiện nay vẫn chưa đạt hiệu quả cao Do đó việc nghiên cứu xử lý nước thải của ngành chế biến tinh bột khoai mì rất cần thiết và có ý nghĩa môi trường rất lớn Qua quá trình nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ mới _ kết hợp lọc sinh học kỵ khí và lọc sinh học hiếu khí trong cùng một mô hình, luận văn đã đạt được một số kết quả sau:

 COD sau khi xử lý đạt chuẩn xả thải loại B ( TCVN 5945-1995), COD < 100 mg/l khi vận hành ở tất cả các nồng độ COD đầu vào trong giai đoạn ổn định Hiệu quả khử COD đạt khoảng 98%

 Hiệu quả xử lý N-NH3 có thể lên đến 95%

 Đề xuất công nghệ đơn giản, khả năng chịu biến động tải lượng ô nhiễm cao, chi phí thấp và không đòi hỏi việc xử lý bùn phát sinh trong quá trình vận hành

Trang 11

Chương MỞ ĐẦU

1 Sự cần thiết của đề tài

Ô nhiễm bởi nước thải tinh bột mì đang là hiện trạng bức xúc cần phải giải quyết cấp thiết tại các làng nghề sản xuất tinh bột mì Loại nước thải này đã gây tác hại trực tiếp đến môi trường sống, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Nước thải tinh bột mì vơiù lưu lượng lớn ( trung bình khoảng 45 triệu m3/ năm ở nước ta) và có nồng độ chất hữu cơ cao đang là một vấn đề đáng được quan tâm

Hiện nay, nhiều công nghệ xử lý nước thải tinh bột khoai mì đã được áp dụng ở nước ta như: áp dụng phương pháp sinh học kị khí (UASB), phương pháp hoá lý (keo tụ)ï kết hợp phương pháp sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính), hồ sinh học (kị khí, tùy nghi, hiếu khí) Tuy nhiên, thực tế cho thấy các hệ thống hoạt động không hiệu quả và khá phức tạp Vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu một công nghệ xử lý vừa có hiệu quả về mặt kinh tế cũng như về mặt kỹ thuật Từ đó luận văn đề xuất một công nghệ mới : kết hợp lọc sinh học kỵ khí và lọc sinh học hiếu khí trên cùng một công trình

2 Mục đích của đề tài

Xác định hiệu quả xử lý COD, N-NH3 trên mô hình sinh học kết hợp: Lọc sinh học kỵ khí kết hợp lọc sinh học hiếu khí cho xử lý nước thải tinh bột khoai mì

3 Phương pháp nghiên cứu

 Điều tra nghiên cứu, sưu tầm và tổng hợp tài liệu

 Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu

- Lấy mẫu theo thời gian và theo chiều cao mô hình

- Phân tích các chỉ tiêu pH, COD, N- NH3, N- tổng… theo standard method for the examination of water and wastewater, 1994

 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu thực nghiệm

4 Nội dung nghiên cứu

 Tổng quan về công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì và một số công nghệ xử lý đang được áp dụng ở nước ta

 Xác định thành phần, tính chất nước thải tinh bột khoai mì

Trang 12

 Thiết lập và nghiên cứu mô hình kết hợp :Lọc sinh học kỵ khí và Lọc hiếu khí

 Phân tích hiệu quả xử lý của mô hình động

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Xác định các thông số vận hành cho mô hình lọc sinh học kết hợp

 Đánh giá hiệu quả xử lý và khả năng áp dụng thực tiễn

 Đề xuất phương án xử lý hữu hiệu cho nước thải sản xuất tinh bột với nhiều ưu điểm như đơn giản, chi phí thấp, tiết kiệm diện tích đất…

Trang 13

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CHẾ

BIẾN TINH BỘT KHOAI MÌ

Trang 14

1.1 TỔNG QUAN VỀ KHOAI MÌ

Khoai mì (Casava) hay còn gọi là củ sắn có tên khoa học là Manihotesculenta Crantz; là cây lương thực vùng nhiệt đới, được trồng nhiều ở các nước có khí hậu nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới Nguồn gốc cây khoai mì từ khu lưu vực sông Amazone_ Châu Mỹ rồi sau đó phát triển đến các nước Châu Phi và khu vực Đông Nam Á Ở một số nước, khoai mì được dùng làm thực phẩm chính Khoai mì có thể được chế biến và sử dụng dưới dạng tươi hoặc chế biến dưới dạng lát khô, dạng bột hoặc tinh bột

Ở nước ta, từ thế kỉ 16, khoai mì đã là một trong những cây hoa màu được trồng và khai thác làm lương thực phổ biến và cho đến nay khoai mì đã trở thành một phần không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của người dân Việt Nam Củ khoai mì được sử dụng làm một trong những nguồn cung cấp glucide trong thành phần thức ăn Nhưng khi dùng khoai mì làm lương thực phải bổ sung thêm protein và chất béo mới đáp ứng đủ nhu cầu dinh dưỡng cho con người và gia súc

Khoai mì có hàm lượng tinh bột lớn và cho năng suất thu hoạch cao Từ năm 80 đến nay, sản lượng khoai mì của nước ta đạt 3 triệu tấn một năm Trong những năm gần đây, do nhu cầu phát triển của ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, chăn nuôi, nền công nghiệp trong cả nước phát triển mạnh trong đó có cây khoai mì với các giống mới có năng suất cao, hàm lượng tinh bột nhiều nên được nông dân ưa chuộng và trồng trên quy mô đại trà

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp nói chung, công nghiệp chế biến thực phẩm cũng đang trên đà phát triển mạnh và có nhu cầu lớn về tinh bột nhằm chế biến các sản phẩm như bánh kẹo, mạch nha, đường Glucoza, bột ngọt hay thực phẩm dưới dạng tinh bột qua chế biến như miến, mì tôm ….Chính vì thế ngày nay, công nghệ tách tinh bột cũng ngày càng phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu xã hội

Hiện nay ở phía nam, những vùng có diện tích trồng và thu hoạch khoai mì có sản lượng cao như Quy Nhơn, Đồng Nai, Bình Phước, Tây Ninh đã và đang xây dựng nhà máy tinh bột khoai mì với năng suất và chất lượng cao

Trang 15

1.1.1 Cấu trúc củ khoai mì

Củ khoai mì thường có dạng hình trụ, vót hai đầu, kích thước thì tuỳ thuộc vào điều kiện mà dao động trong khoảng 2 – 10 cm đường kính Cấu trúc gồm 4 phần chính như hình 1.1

Hình 1.1 Cấu trúc củ khoai mì theo lát cắt ngang

Vỏ gỗ gồm nhiều tế bào xếp sít, thành phần chủ yếu là cenlulose và hemi_cenlulose, không có tinh bột Vỏ gỗ thường chiếm 0.5 – 5% trọng lượng củ, khi chế biến vỏ gỗ thường kết dính với đất đá và các chất hữu cơ khác

Lớp vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 5 – 20 % trọng lượng củ Cấu tạo gồm các tế bào thành dày, thành tế bào chủ yếu là cenlulose,bên trong tế bào là các hạt tinh bột, các chất chứa Nitrogen và dịch bào Trong dịch bào có Tanin,sắc tố, độc tố,enzyme … Vỏ cùi có nhiều tinh bột nên khí chế biến nếu tách bỏ thì sẽ tổn thất một phần tinh bột đáng kể còn nếu giữ lại thì nhiều chất trong dịch bào làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Thịt củ khoai mì là thành phần chủ yếu trong củ, bao gồm các tế bào nhu mô thành mỏng là chính, thành phần chủ yếu là cenlulose, pentosan Bên trong tế bào là các hạt tinh bột, nguyên sinh chất, glucose hoà tan và các nguyên tố vi lượng khác Những tế bào xơ bên ngoài thịt củ chứa nhiều tinh bột, càng vào sâu bên trong lượng tinh bột càng giảm dần Ngoài tế bào nhu mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cenlulose nên cứng như gỗ gọi là xơ

Lớp vỏ gỗ Lớp vỏ cùi

Phần thịt củ Phần lõi

Trang 16

Lõi củ khoai mì nằm ở trung tâm dọc suốt theo thân củ, chiếm khoảng 0.3 – 1 % trọng lượng củ Thành phần chứa trong củ hầu như toàn bộ đều là cenlulose và hemi-cenlulose

1.1.2 Thành phần hoá học

Thành phần hoá học trong củ khoai mì thay đổi tuỳ thuộc vào giống khoai, loại đất, cách trồng Thành phần thông thường được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần hoá học trong khoai mì

( % trọng lượng củ )

(Nguồn Đoàn Dụ và các cộng sự)

Đường trong củ khoai mì chủ yếu là glucese, mantose, saccarose Khoai mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm, trong chế biến, đường hoà tan vào nước thải ra ngoài theo nước dịch

Ngoài các thành phần có giá trị dinh dưỡng, trong củ khoai mì còn có tanin, sắc tố và các hệ enzyme phức tạp Trong số các enzyme thì polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol thành orthoquinol sau trùng hợp với các chất không có gốc phenol như acid_amine tạo thành các chất màu Những chất này gây khó khăn trong việc chế biến và chất lượng của sản phẩm

Trang 17

Phaseolutanin tập trung ở vỏ cùi,dễ tách trong quá trình chế biến, hoà tan trong nước

vì vậy khi chế biến, độc tố hoà tan theo nước thải ra ngoài Trong chế biến nếu không tách dịch bào nhanh thì acid cyanhydric sẽ tác dụng với sắt trong củ hoặc trong nước tạo thành ferroxy cyanate có màu xám làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Trong thành phần khoai mì có chứa độc tố chính là Cyanide ( CN- ) Cyanide là nguyên tố chính gây độc tính cao đối với sức khoẻ con người Hàm lượng CN- trong nước thải tinh bột khoai mì trung bình khoảng 5 – 25 mg/l Trong điều kiện thông thường, CN- thường tồn tại ở dạng linamarin và có khả năng tự phân huỷ ở pH thấp

1.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ

Khoai mì là một trong những loại hoa màu có hàm lượng tinh bột tương đối cao (từ 62 đến 65% lượng chất khô) Mục đích chủ yếu của công nghệ là lấy tinh bột đến mức tối

đa có thể bằng cách phá vỡ cấu trúc thực vật, giải phóng tinh bột Do tinh bột không hoà tan trong nước, kích thước hạt nhỏ, tỷ trọng hạt tinh bột chênh lệch nhiều so với nước, nên phương pháp chủ yếu trong sản xuất là nghiền, rây, rửa và lắng hoặc ly tâm

Do đó, công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì cụ thể như sau:

Quy trình sản xuất tinh bột khoai mì gồm các khâu như sau:

Chuẩn bị nguyên liệu: Công đoạn này bao gồm thao tác rửa, cắt khúc, loại bỏ phần

rễ, lớp vỏ gỗ và đất cát bám trước khi đưa vào nghiền Nguyên liệu được đưa vào thùng rửa bằng tay hay băng chuyền Tại thùng rửa củ, đất cát và phần vỏ gỗ được chà xát bằng lô cuốn có gắn các sợi kim loại trên bề mặt kết hợp với nước rửa được bơm vào liên tục Kết thúc công đoạn này, củ được tách ra khỏi lớp vỏ gỗ Các tạp chất theo nước thải ra ngoài và được thu gom ở lưới chắn rác

Nghiền nguyên liệu và tách bã: Nguyên liệu sau khi rửa và cắt khúc qua máy mài

chuyền thành dạng bột nhão, sau đó vào máy rây tách bã Ở máy rây, nước sạch cũng được bơm vào liên tục với mục đích rửa sạch lớp bột bám trên bã Nước dịch sữa bột sau khi qua máy rây được đưa về thùng chứa và trộn với dung dịch H2SO3 để tẩy trắng bột

Tách tinh bột: Từ thùng chứa sữa bột được bơm vào máy bơm ly tâm sau đó lại được

trộn với dung dịch tẩy H2SO3 hoặc được bơm vào máy ly tâm tách dịch lần 2 Máy ly tâm hoạt động liên tục, tinh bột được tháo ra liên tục Nước sau khi qua ly tâm tách

Trang 18

dịch ra ngoài Lượng nước sạch được phun vào trong khi ly tâm dưới dạng tia nước áp lực cao để rửa bột Bể lắng cũng được dùng để lắng bột nhưng hiệu suất kém hơn chỉ phù hợp với quy mô sản xuất nhỏ Qua giai đoạn ly tâm tách dịch đồng thời rửa sạch tinh bột, sản phẩm sau khi qua ly tâm có độ trắng đạt yêu cầu Hiệu suất thu hồi bột đạt xấp xỉ 90% Tinh bột ướt có độ ẩm khoảng 40% sau đó được ly tâm một lần nữa để tách bớt nước và được sấy khô, làm nguội, đóng bao

Các cơ sở sản xuất tinh bột khoai mì thủ công ở Thủ Đức công suất trung bình, nhỏ, sản xuất theo công nghệ cổ điển được trình bày trong hình 1.2

Củ mì tươi

Sàng, tách vỏ

Rửa, cắt khúc

Tinh bột ướt

Lắng 1

Lắng 2

Vô bao

Nước, vỏ gỗ, cắt

Nước thải, vụn mì

Nước, dịch thải

Hoàn thiện tại công ty

khác

Trang 19

1.3 THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI

Quá trình sản xuất khoai mì cần sử dụng một lượng nước rất lớn ( 15 ÷ 20 m3/tấn sản phẩm ) Nước thải thông thường không được xử lý hoặc chỉ được xử lý qua loa rồi thải

ra môi trường Các chất hữu cơ trong nước phân huỷ kỵ khí gây mùi khó chịu, ô nhiễm nguồn nước, tắc nghẽn đường ống …

Bảng 2.1 Tính chất nước thải tinh bột mì

 Nước thải ngấm xuống đất làm giảm chất lượng nước ngầm

 Nước thải chảy tràn gây ô nhiễm đất và làm thay đổi đặc tính của đất từ đó làm giảm năng suất cây trồng

 Nước tràn vào ao, hồ, sông rạch bốc mùi hôi thối làm ô nhiễm nước mặt, ảnh hưởng đến đời sống thuỷ sinh

 Nước ứ đọng trong cống rãnh và quá trình lắng tụ của phần tinh bột sót lại trong nước phân huỷ kỵ khí tạo mùi hôi và tắc nghẽn đường ống

Trang 20

1.4 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT KHOAI ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG TẠI CÁC NHÀ MÁY SẢN XUẤT TINH BỘT TẠI VIỆT NAM

Hình 1.3 Công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất tinh bột Phước Long

Quy trình công nghệ như sau : nước thải sau sản xuất đi qua song chắn rác để loại bỏ các chất thải rắn của khâu gọt vỏ, băm nghiền, cắt khúc Sau đó được đưa vào bể lắng

sơ bộ Do nước thải có pH thấp và lưu lượng không đều nên được cho vào bể trung hoà và bể điều hoà COD của nước thải cao nên phải xử lý bằng bể kỵ khí UASB và tiếp tục đi qua bể Aerotank , bể lắng 2 trước khi xả vào nguồn tiếp nhận

Bể Aerotank Bể lắng 2

Máy ép bùn

Nguồn xả

Nước

thải

vào

Trang 21

Hình 1.4 Công nghệ xử lý nước thải nhà máy sản xuất tinh bột mì Tây Ninh

Nước thải sau khi đi qua các công trình xử lý sơ bộ , được đưa vào hệ thống gồm 4 bể lọc kỵ khí nhằm loại bỏ COD và hồ tuỳ tiện trước khi xả vào nguồn tiếp nhận

Nước thải tinh bột mì đầu vào

Song chắn rác

Bể lắng sơ bộ

Bể trung hoà

Trang 22

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

XỬ LÝ

Trang 23

Việc lựa chọn một phương pháp xử lý hay phối hợp nhiều phương pháp tuỳ thuộc vào các yếu tố sau:

 Đặc tính của nước thải: cần xác định thành phần cụ thể các chất ô nhiễm trong nước thải, dạng tồn tại của chúng (lơ lửng, keo, hoà tan…) Khả năng phân huỷ sinh học và độ độc các thành phần hữu cơ, vô cơ trong nước thải

 Mức độ yêu cầu xử lý: chất lượng nước đầu ra thoả mãn yêu cầu hay tiêu chuẩn cụ thể nào đó

 Chi phí xử lý, điều kiện mặt bằng, địa hình tại nơi dự kiến xây dựng hệ thống xử lý

 Chế độ xả và đặc điểm nguồn tiếp nhận; điều kiện thuỷ văn tại khu vực đó

Hiện nay, nước thải do sản xuất tinh bột khoai mì được xử lý bằng các biện pháp sau:

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

2.1.1 Phương pháp cơ học

Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, người ta thường dùng các phương pháp cơ học như: lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác; lắng dưới tác dụng của lực ly tâm; trọng lực Việc lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào kích thước hạt; tính chất hoá lý; nồng độ hạt lơ lửng; lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết

 Lọc qua song chắn rác, lưới chắn rác

Đây là bước xử lý sơ bộ, mục đích của quá trình là khử các tạp chất có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành ở các công trình sau như làm tắc bơm, đường ống dẫn… Do đó bước này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và thuận lợi cho cả hệ thống

 Lắng

Trong xử lý nước thải, quá trình lắng thường được sử dụng để loại tạp chất dạng huyền phù thô ra khỏi nước Để tiến hành quá trình này người ta thường dùng các dạng bể lắng ngang, bể lắng đứng

Trong nước thải sản xuất tinh bột luôn chứa một lượng tinh bột bị thất thoát do không đủ thời gian lắng, sau khi thải bỏ chúng sẽ lắng tụ trong hệ thống cống rãnh gây tắc

Trang 24

nghẽn đường ống Ta có thể cho lắng tiếp một thời gin trước khi thải bỏ, phần cặn lắng có thể làm thức ăn cho gia súc

2.1.2 Phương pháp hoá lý

Cơ sở của phương pháp này là dựa trên những phản ứng hoá học diễn ra giữa các chất

ô nhiễm và hoá chất thêm vào Những phản ứng diễn ra thường là phản ứng oxy hoá khử, phản ứng trung hoà hay phản ứng phân huỷ Các phương pháp hoá lý thông thường: phương pháp keo tụ, phương pháp tuyển nổi…

 Keo tụ

Quá trình keo tụ tạo bông được áp dụng để khử màu, giảm lượng cặn lơ lửng trong xử lý nước thải Chất keo tụ có tác dụng làm cho các hạt rất nhỏ trở thành các hạt có kích thước lớn từ đó lắng dễ dàng hơn Các chất keo tụ thông thường là phèn nhôm, phèn sắt… được kết hợp sử dụng với polymer trợ keo tụ để tăng hiệu quả xử lý cho quá trình Các chất này trung hoà điện tích các hạt keo trong nước, ngăn cản sự chuyển động hỗn loạncủa các ion giúp việc liên kết tạo bông thuận lợi

Phươngpháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn lo lửng trong nước thải tuy nhiên chi phí xử lý cao, do đó áp dụng phương pháp này không hiệu quả về mặt kinh tế

 Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi dùng để tách các hạt rắn hoặc các hạt lỏng ra khỏi nước thải Trong nhiều trường hợp tuyển nổi còn được sử dụng để tách các tạp chất tan như các chất hoạt động bề mặt Trong xử lý nước thải được dùng để loại bỏ dầu mỡ, cặn lơ lửng, bùn hoạt tính…

Phương pháp tuyển nổi có ưu điểm là hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụng rộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành không lớn Có thể thu cặn với độ ẩm nhỏ, hiệu quả xử lý cao, có thể thu hồi tạp chất

 Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ thường được áp dụng ở giai đoạn xử lý sau cùng để khử triệt để các chất hữu cơ hoà tan sau xử lý sinh học Phương pháp này còn dùng để xử lý cục bộ một lượng nhỏ các chất có độc tính cao và không thể phân huỷ bằng con đường sinh học Ưu điểm của phương pháp là khả năng xử lý cao, có thể thu hồi, tái sử dụng được

Trang 25

chất thải Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính ( phổ biến nhất), các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất như : xỉ

2.1.3 Phương pháp hoá học

 Oxy hóa

Phương pháp oxy hoá có tác dụng : khử trùng nước, chuyền một nguyên tố hoà tan sang kết tủa, biến đổi các chất không phân huỷ sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn…

Các chất oxy hóa thông dụng : Ozon (O3), Chlorine (Cl2), Hydro peroxide (H2O2), Kali permanganate (KMnO4)

2.1.4 Phương pháp sinh học

Phương pháp xử lý sinh học có ưu điểm lớn so với các phương pháp xử lý khác ở chỗ chi phí thấp và tính ổn định cao, bên cạnh đó hiệu quả xử lý cũng rất cao với thời gian lưu ngắn đối với các loại nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học

Ngày nay, trong công nghiệp người ta thường sử dụng biện pháp sinh học để xử lý nước thải nhờ tinh khả thi và tính kinh tế của nó

Xử lý bằng biện pháp sinh học là quá trình dựa trên sự sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật để phân huỷ các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong nước thải Các vi sinh vật này sử dụng một số hợp chất hữu cơ và các khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và sinh trưởng nên khối lượng sinh khối tăng lên

Trang 26

Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên căn cứ vào tính chất, hoạt động và điều kiện môi trường sống người ta chia phương pháp sinh học thành hai dạng: Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí và phương pháp xử lý sinh học kỵ khí

2.1.4.1 Xử lý sinh học hiếu khí

Giới thiệu

Quá trình phân huỷ sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật nhằm oxy hoá các hợp chất hữu cơ trong điều kiện có oxy

Quá trình xử lý hiếu khí gồm ba giai đoạn:

Oxy hoá các chất hữu cơ:

CxHyOz + O2  CO2 + H2O + H

Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + O2 + NH3  Tế bào vi khuẩn(C5H7O2) + CO2 + H2O - H

Phân huỷ nội bào:

C5H7O2 + O2  5CO2 + 2H2O + NH3 + H

Trong 3 loại phản ứng H là năng lượng được sinh ra hay hấp thu vào Các chỉ số x, y,

z tuỳ thuộc vào dạng chất hữu cơ bị oxy hoá

Quá trình hiếu khí sinh trưởng lơ lửng

Aerotank

Là công trình xử lý nước thải có dạng bể được thực hiện nhờ bùn hoạt tính và được cung cấp oxy bằng khí nén hoặc làm thoáng, khuấy đảo liên tục Trong điều kiện như thế bùn phát triển ở trạng thái lơ lửng và cho hiệu suất phân huỷ các chất hữu cơ khá cao

Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật có trong nước thải kết cụm và tạo thành các cụm bông bùn có khả năng hấp thụ và phân huỷ các chất hữu cơ khi có mặt oxy hoà tan Các bông này có màu nâu, dễ lắng

Khi ứng dụng quá trình bùn hoạt tính cần chú ý các điểm sau:

Trang 27

- Cần phải cân bằng dinh dưỡng trong nước thải theo tỉ lệ BOD5 :N :P bình thường là

100 :5:1; đối với xử lý kéo dài là 200:5:1

- Chỉ số thể tích bùn SVI : là số ml nước thải đang xử lý lắng được 1g bùn sau 30 phút

- Chỉ số MLSS: là chất rắn tổng hợp trong chất lỏng, rắn, huyền phù, gồm bùn hoạt tính và chất lơ lửng còn lại chưa được vi sinh kết bông

Quá trình hiếu khí sinh trưởng dính bám:

Lọc sinh học hiếu khí : Cơ chế hoạt động nhờ quá trình dính bám của một số vi khuẩn

hiếu khí lên lớp vật liệu giá thể Do quá trình dính bám tốt nên lượng sinh khối tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài nên có thể xử lý được nước thải có tải trọng cao Tuy nhiên hệ thống dễ bị tắt do quá trình phát triển nhanh chóng của vi sinh hiếu khí nên

thời gian hoạt động dễ bị hạn chế

Lọc sinh học nhỏ giọt : Là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong

nước Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích tiếp trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể Nước đến lớp vật liệu chia thành các dòng hoặc các hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch nhờ các vi sinh vật trên màng phân huỷ hiếu khí

các chất hữu cơ có trong nước

Đĩa quay sinh học : Gồm các đĩa tròn, phẳng được lắp trên một trục Các đĩa này được

đặt ngập một phần trong nước và có tốc độ quay chậm khi làm việc Khi quay màng

sinh học bám dính trên bề mặt đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải sau đó tiếp xúc với oxy khi ra khỏi nước Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa được tiếp xúc với chất hữu cơ, vừa tiếp xúc với oxy vì vậy chất hữu cơ được phân huỷ nhanh

Động học quá trình hiếu khí

 Sinh trưởng tế bào

Nuôi cấy vi sinh vật theo từng mẻ hay dòng liên tục, tốc độ tăng trưởng vi sinh có thể biểu diễn theo công thức:

Trong đó:

Trang 28

rg- tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật (g/m3.s)

µ- tốc độ sinh riêng ( giây-1)

X- Nồng độ vi sinh vật( hay nồng độ bùn hoạt tính) (mg/l)

 Cơ chất sinh trưởng giới hạn:

Ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng hoặc cơ chất giới hạn đến sinh trưởng của vi sinh vật trong nuôi cấy liên tục có thể tính theo công thức của Monod đề xuất trong các năm 1942 và 1949 dựa trên phương trình cơ bản về động học enzyme của Michaelis_Menten:

S k

S

s m





 (3-2) Trong đó :

 - Tốc độ sinh trưởng riêng ( giây-1)

m- Tốc độ sinh trưởng riêng cực đại ( giây-1)

S- Nồng độ cơ chất sinh trưởng giới hạn trong dung dịch( khối lượng/đơn vị thể tích)

Ks- hằng số tương ứng với ½ tốc độ cực đại, thể hiện sự ảnh hưởng của cơ chất ở thời điểm đạt ½ tốc độ cực đại( g/m3, mg/l)

Công thức tính tốc độ sinh trưởng :

S k

S X r

s

m

g  

 (3-3)

 Sinh trưởng tế bào và sử dụng cơ chất:

Quan hệ giữa tốc độ sử dụng cơ chất và tốc độ sinh trưởng:

su

g Y r

r  (3-4) Trong đó

rg: tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn(g/m3.giây)

Y- hệ số sử dụng cơ chất tối đa: tỉ lệ giữa sinh khối và khối lượng cơ chất được tiêu thụ trong một thời gian nhất định trong pha sinh trưởng logarit

Trang 29

rsu - Tốc độ sử dụng chất nền ( g/m3.giây)

Hình 2.1 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất tới hạn tới tốc độ sinh trưởng

Từ hai phương trình trên ta có:

k S

Y

S X r

s

m

su  

S X k r

s su

 Ảnh hưởng của trao đổi chất nội sinh:

Quá trình phân hủy nội bào được diễn tả như sau:

Nồng độ cơ chất giới hạn ( S)

m Max ( tốc độ cực đại)

2

m



ks

Trang 30

kd- hệ số phân hủy nội bào( giây-1)

X- Nồng độ tế bào( nồng độ bùn hoạt tính)( g/m3)

Như vậy cần phải kết hợp quá trình sinh trưởng và phân hủy nội bào, để tính tốc độ sinh trưởng thực tế của tế bào:

k X

S k

g - tốc độ sinh trưởng thực của quần thể vi sinh vật( giây-1)

Tốc độ sinh trưởng riêng thực của vi sinh vật theo công thức của Van Uden

d

s

S k

r

r Y

'



 (3-13)

 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng của quá trình sinh học thường được thể hiện bằng công thức:

rT - tốc độ phản ứng ở T0C

r20 - tốc độ phản ứng ở 200C

 - hệ số hoạt động do nhiệt đo

2.1.4.2 Xử lý sinh học kỵ khí

Giới thiệu

Trang 31

Quá trình xử lý sinh học kỵ khí là quá trình phân huỷ sinh học các chất hữu cơ thành sản phẩm cuối cùng là CH4 và CO2 nhờ vi sinh vật trong điều kiện không có oxy Quá trình phân huỷ kỵ khí là một quá trình diễn biến sinh hoá phúc tạp, bao gồm hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, mỗi phản ứng được xúc tác bởi một enzyme đặc biệt hay còn gọi là chất xúc tác Tuy nhiên có thể biểu diễn tổng quát quá trình theo phản ứng đơn giản sau:

Vật chất hữu cơ CH4 + CO2 +H2 +NH3 + H2S

Phân huỷ kỵ khí có thể chia thành 6 quá trình:

1 Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, chất béo

2 Lên men các amino acid và đường

3 Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu( alcohols)

4 Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi( ngoại trừ acid acetic)

4 Hình thành khí methane từ acid acetic

6 Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2

Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:

 Thủy phân

Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan( polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan( đường, các amino acid, acid béo)

Quá trình này xảy ra chậm Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất Chất béo thủy phân rất chậm

 Acid hóa:

Trang 32

Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0

 Acetic hoá( Acetogenesis) :

Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2,

CO2 và sinh khối mới

 Methane hóa( methanogenesis )

Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới

Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, COD hầu như không giảm,COD chỉ giảm trong giai đoạn methane

Trang 33

Hình 2.2 Thể hiện các dòng biến đổi chất trong quá trình phân hủy kỵ khí

Quá trình xử lý kỵ khí sinh trưởng lơ lửng

Quá trình phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn

 Đây là loại bể xáo trộn liên tục, không tuần hoàn bùn Bể thích hợp xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hoà tan dể phân hủy nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ

 Thiết bị xáo trộn có thể dùng hệ thống cánh khuấy cơ khí hoặc tuần hoàn khí biogas( đòi hỏi có máy nén khí biogas và phân phối khí nén)

Sản phẩm trung gian Propionate butyrate

Trang 34

 Trong quá trình phân hủy lượng sinh khối mới sinh ra và phân bố trong toàn bộ thể tích bể

 Hàm lượng chất lơ lửng ở dòng ra phụ thuộc vào thành phần nước thải vào và yêu cầu xử lý

 Thời gian lưu sinh khối chính là thời gian lưu nước Thời gian lưu bùn thông thường từ 12- 30 ngày

 Tải trọng đặc trưng cho bể này là 0.5- 0.6 kgVS/m3.ngày

 Do hàm lượng sinh khối trong bể thấp và thời gian lưu nước lớn nên loại bể này thích hợp và có thể chịu đựng được tốt trong trường hợp có độc tố hoặc khi tải

trọng tăng đột ngột

Quá trình tiếp xúc kỵ khí

 Quá trình này gồm 2 giai đoạn:

- Phân hủy kỵ khí xáo trộn hoàn toàn

- Lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý

 Bùn sinh học sau khi tách được tuần hoàn trở lại bể phân hủy kỵ khí

 Lượng sinh khối có thể kiểm soát được, không phụ thuộc vào lưu lượng nước thải nên thời gian lưu bùn có thể khống chế được và không liên quan đến thời gian lưu nước

 Khi thiết kế có thể chọn thời gian lưu bùn thích hợp cho phát triển sinh khối, lúc đó có thể tăng tải trọng, giảm thời gian lưu nước, khối tích công trình giảm dần đến chi phí đầu tư kinh tế hơn

 Hàm lượng VSS trong bể tiếp xúc kị khí dao động trong khoảng 4000 -6000 mg/l

 Tải trọng chất hữu cơ từ 0.5 đến 10 kg COD/m3/ ngày

 Thời gian lưu nước từ 12 giờ đến 5 ngày

 Hệ thống lắng trọng lực phụ thuộc vào tính chất bông bùn kị khí Các bọt khí biogas sinh ra trong quá trình phân huỷ kỵ khí thường bám dính vào các hạt bùn

Trang 35

làm giảm tính lắng của bùn Để tăng cường khả năng lắng của bùn, trước khi lắng cho hỗn hợp nước và bùn đi qua bộ phận tách khí như thùng quạt gió, khuấy cơ khí hoặc tách khí chân không và có thể thêm chất keo tụ đẩy nhanh quá trình tạo bông

Xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngược qua lớp bùn (Bể UASB) : Nước thải được phân

bố vào từ đáy bể và đi ngược lên qua lớp bùn sinh học có mật độ vi khuẩn cao Khí thu được trong quá trình này được thu qua phễu tách khí lắp đặt phía trên Cần có tấm hướng dòng để thu khí tập trung vào phễu không qua ngăn lắng Trong bộ phận tách khí, diện tích bề mặt nước phải đủ lớn để các hạt bùn nổi do dính bám vào các bọt khí biogas tách khỏi bọt khí Để tạo bề rộng cần thiết cần có cột chặn nước Dọc theo mô hình có các vòi lấy mẫu ( 4- 6 vòi) để đánh giá lượng bùn trong bể thông qua thí

nghiệm xác định mặt cắt bùn

Quá trình kỵ khí sinh trưởng bám dính

Lọc kỵ khí (giá thể cố định dòng chảy ngược)

 Bể lọc kỵ khí là cột chứa đầy vật liệu rắn trơ là giá thể cố định cho vi sinh vật kỵ khí sống bám trên bề mặt Giá thể có thể là sỏi, đá , than, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, xơ dừa …

 Dòng nước phân bố đều từ dưới lên, tiếp xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể Do khả năng bám dính tốt của màng vi sinh dẫn đến lượng sinh khối trong bể tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài Vì vậy thời gian lưu nước thấp, có thể vận hành ở tải trọng rất cao

 Các loại giá thể:

- Đá hoặc sỏi thường bị bít tắc do các chất lơ lửng hoặc màng vi sinh không bám dính giữ lại ở những khe rỗng giữa các viên đá hoặc sỏi

- Vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thoáng, độ rỗng cao ( 95%) nên vi sinh dễ bám dính và chúng thường được thay thế dần cho đá, sỏi Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/ thể tích của vật liệu thông thường dao động trong khoảng 100  220 m2/m3

- Hiện nay, vật liệu đang được sử dụng phổ biến là xơ dừa Xơ dừa có rất nhiều ưu điểm, xơ dừa ở Việt Nam có rất nhiều và giá thành rẻ Bên cạnh đó, xơ dừa còn

Trang 36

có diện tích bề mặt riêng lớn, độ xốp cao, dễ vận chuyển, khối lượng riêng nhỏ nên không gây áp lực thành bể Thành phần chính của xơ dừa là xenlulose, hemixenlulose và lignin, trong xơ dừa không có enzyme tự phân hủy như các cây khác trong tự nhiên do đó khả năng phân hủy của xơ dừa rất chậm; nó có thể tồn tại lâu nên rất thích hợp để làm giá thể trong lọc sinh học

 Sau thời gian vận hành dài, các chất rắn không bám dính gia tăng Điều này chứng tỏ khi hàm lượng SS đầu ra tăng, hiệu quả xử lý giảm do thời gian lưu nước thực tế trong bể bị rút ngắn lại Chất rắn không bám dính có thể lấy ra khỏi bể bằng cách xả đáy và rữa ngược

Quá trình kỵ khí bám dính xuôi dòng : Trong quá trình này nước thải chảy từ trên

xuống qua lớp giá thể module Giá thể này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối thẳng theo hướng từ trên xuống Đường kính dòng chảy nhỏ xấp xỉ 4 cm Với cấu trúc này tránh được hiện tượng bít tắc và tích lũy chất rắn không bám dính và thích hợp cho xử

lý nước thải có hàm lượng SS cao

Quá trình kỵ khí tầng giá thể lơ lửng : Nước thải được bơm từ dưới lên qua lớp vật

liệu lọc hạt là giá thể cho vi sinh sống bám Vật liệu này có đường kính nhỏ, vì vậy tỉ lệ diện tích bề mặt / thể tích rất lớn (cát, than hoạt tính hạt…) tạo sinh khối bám dính lớn Dòng ra được tuần hoàn trở lại để tạo vận tốc nước đi lên đủ lớn cho lớp vật liệu hạt ở dạng lơ lửng, giản nỡ khoảng 15  30% hoặc lớn hơn Hàm lượng sinh khối trong bể có thể tăng lên đến 10000  40000 mg/l Do lượng sinh khối lớn và thời gian lưu nước quá nhỏ nên quá trình này có thể ứng dụng xử lý nước thải có nồng độ chất hữu

cơ thấp như nước sinh hoạt

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí

Nhiệt độ : Tương tự các phản ứng sinh học khác, phân huỷ kỵ khí phụ thuộc vào nhiệt

độ.Tốc độ phản ứng chuyển hoá cực đại ở nhiệt độ 35  40oC đối với vi khuẩn mesophilic và 55  60 oC đối với vi khuẩn thermophilic

Ảnh hưởng của pH : Giá trị và tính ổn định của pH trong bể phản ứng kỵ khí rất quan

trọng vì hầu hết các quá trình phân huỷ kỵ khí đều hoạt động tốt nhất ở giá trị pH gần trung tính Ở giá trị pH thấp hơn 6.3 hay cao hơn 7.8 tốc độ phân huỷ của methane

Trang 37

giảm xuống từ đó dẫn đến giảm hiệu quả xử lý Quần thể vi khuẩn lên men acid ít nhạy cảm với giá trị pH thấp hoặc cao

Các hợp chất ức chế quá trình phân huỷ kỵ khí

 Hợp chất chứa S

Quá trình chuyển hoá của vi khuẩn khử Sulphate cần hydrogen, tuy nhiên hydrogen cũng cần cho quá trình sinh methane Điều này dẫn đến sự cạnh tranh của vi khuẩn khử Sulphate và vi khuẩn sinh methane

 Hợp chất chứa N

N tồn tại trong nước thải dưới các dạng sau:

- Dạng oxy hoá: NO2- và NO3-

- Dạng khử (N-Kjeldalh) : NH4 , protein, amino acid, màng tế bào…

Ảnh hưởng của NO2- và NO3- là chúng đều gây ức chế quá trình methane hóa vì sự giải phóng oxy sẽ gây độc đối với vi khuẩn sinh methane

NH4 không gây ảnh hưởng tới quá trình khử COD với nồng độ < 1 mg/l; tuy nhiên ở

pH >8 : NH4 chuyển hóa thành NH3 và nó được xem là rất độc

Khả năng gây ức chế hoạt động của một số chất lên quá trình sinh học kị khí được trình bày ở bảng 2.3

Bảng 2 3 Các hợp chất gây độc và ức chế quá trình kỵ khí

Các chất gây ức chế Nồng độ gây ức

chế vừa (mg/l)

Nồng độ gây ức chế mạnh (mg/l) Ion:

Trang 38

Trang 39

chế vừa (mg/l)

Nồng độ gây ức chế mạnh (mg/l) Dung môi:

Nguồn Parkin và Owen (1986)

Động học quá trình kỵ khí

Tương tự quá trình hiếu khí, động học quá trình giữ vai trò chủ đạo trong phát triển và vận hành hệ thống xử lý kỵ khí nước thải.Dựa vào kiến thức hoá sinh và vi sinh của quá trình kỵ khí, động học cung cấp cơ sở hợp lý để phân tích kiểm soát và thiết kế quá trình

Mặt khác, động học cũng liên quan đến các yếu tố môi trường vận hành ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy hoặc sử dụng chất thải

Quá trình xử lý sinh học được mô tả bằng các công thức toán học dựa trên lý thuyết quá trình nuôi cấy vi sinh liên tục Động học sinh trưởng vi sinh căn cứ vào mối quan hệ cơ bản: tốc độ sinh trưởng và tốc độ sử dụng cơ chất Nhiều mô hình toán học khác nhau như Monod, Moser, Contois, Graus…) thể hiện sự ảnh hưởng hàm lượng cơ chất giới hạn sinh trưởng đối với tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật

Các mô hình động học của quá trình phân hủy kỵ khí :

Trang 40

Bảng 2.2 Mô hình động học sử dụng quá trình xử lý kỵ khí





1

0

 Grau và cộng sự

k S

c d

k S S

c d

k k

BY

k BYS S

1

0

Trong đó:

 - tốc độ sinh trưởng riêng 1/ thời gian

m- Tốc độ sinh trưởng riêng tối đa, 1/thời gian

S – Hàm lượng cơ chất giới hạn sinh trưởng trong dung dịch, khối lượng/thể tích

ks - Hằng số bán vận tốc, hàm lượng cơ chất ở tốc độ sinh trưởng, khối lượng/ thể tích

rg - Tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn, khối lượng/ thể tích/ thời gian

Y- Hệ số sản lượng tế bào, mg/mg ( tỉ số khối lượng tế bào hình thành/ khối lượng cơ chất sử dụng, được xác định trong bất cứ thời gian của phalogarithmic)

rsu- Tốc độ sử dụng cơ chất, khối lượng/ thể tích/ thời gian

k - Hệ số sử dụng cơ chất tối đa

Vr - Thể tích bể aerotank, thể tích