Sự cấp thiết của đề tài
Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa nhanh chóng, đi kèm với quá trình đô thị hóa mạnh mẽ Trong bối cảnh này, quản lý thoát nước, xử lý nước thải (XLNT) và quản lý chất thải rắn trở thành những nhiệm vụ quan trọng nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của đô thị hóa Đầu tư vào hạ tầng thoát nước và XLNT yêu cầu nguồn vốn lớn và chi phí vận hành cao, do đó cần thực hiện các nghiên cứu kỹ lưỡng để đề xuất giải pháp tối ưu cho từng điều kiện cụ thể Điều này phản ánh tính chất phức tạp của lĩnh vực thoát nước và vệ sinh môi trường, vừa phụ thuộc vào yếu tố tự nhiên vừa mang tính xã hội sâu sắc.
Trạm XLNT là một trong những công trình quan trọng trong hệ thống thoát nước, đóng vai trò quyết định đến chất lượng nước thải trước khi được xả ra nguồn tiếp nhận.
Trên thế giới, nhiều quốc gia phát triển và một số nước đang phát triển đã triển khai các dây chuyền công nghệ xử lý nước thải (XLNT) hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường Mỗi dây chuyền công nghệ này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, cũng như phạm vi áp dụng cụ thể.
Hiện nay, hầu hết nước thải tại các đô thị và khu dân cư ở Việt Nam chưa được xử lý, bao gồm cả nước thải ô nhiễm nặng từ bệnh viện và xí nghiệp thực phẩm Nước thải này được dẫn theo các tuyến cống chung, bao gồm cả nước mưa, và đổ trực tiếp ra sông, hồ, hoặc biển, gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường và nguồn nước Ví dụ, ô nhiễm sông Thị Vải do chất thải từ Nhà máy Vedan và ô nhiễm sông Trà Khúc do nước thải của Nhà máy cồn - rượu Quảng Ngãi đã dẫn đến hiện tượng cá chết hàng loạt, làm hạn chế khả năng sử dụng tài nguyên nước.
Kể từ khi Luật Bảo vệ môi trường năm 2006 được ban hành, cùng với sự tăng trưởng kinh tế nhanh chóng của đất nước, Chính phủ đã đặc biệt chú trọng đến vấn đề thoát nước và xử lý nước thải Nhiều đô thị đã được phép triển khai các dự án đầu tư xây dựng công trình thoát nước và vệ sinh, được tài trợ từ nguồn ODA, như Dự án thoát nước.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 7 Trường Đại học Xây dựng
Thành phố Hà Nội, cùng với các thành phố như Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Quảng Ninh và Vũng Tàu, đã triển khai nhiều dự án thoát nước và vệ sinh Một số dự án trong giai đoạn 1, 2 và 3 đã hoàn thành và đi vào hoạt động, mang lại hiệu quả đáng kể cho việc cải thiện hạ tầng đô thị.
Hiện nay, việc lập dự án cho hệ thống thoát nước và xử lý nước thải tại các đô thị Việt Nam đang được thực hiện nghiêm túc, nhưng thực tế vẫn còn nhiều bất cập Các khu công nghiệp và khu vực sản xuất nhỏ gặp khó khăn trong việc xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn xả ra nguồn tiếp nhận, do thành phần chất trong nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm và chăn nuôi thường cao hơn nhiều so với nước thải sinh hoạt Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt thông thường không đáp ứng được yêu cầu môi trường, trong khi các quy trình đạt tiêu chuẩn chưa phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội địa phương, dẫn đến áp dụng hạn chế và kết quả không như mong đợi Hơn nữa, trong thiết kế trạm xử lý nước thải, các đơn vị tư vấn thường lựa chọn công nghệ nước ngoài mà không xem xét sự khác biệt về điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của Việt Nam, khiến nhiều dây chuyền công nghệ không đạt hiệu quả như kỳ vọng.
Cần thiết phải tiến hành nghiên cứu công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam nhằm xử lý nước thải (XLNT) có hàm lượng chất hữu cơ cao trong ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát Đây là yêu cầu cấp bách để bảo vệ nguồn nước và đảm bảo sự phát triển bền vững cho các khu công nghiệp và dịch vụ, đồng thời góp phần thực hiện quy hoạch và chiến lược bảo vệ môi trường trong giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước.
Mục đích của đề tài
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 8 Trường Đại học Xây dựng
- Tái sử dụng nước, chất dinh dưỡng và các sản phẩm khác
Quản lý nước thải bền vững và an toàn là điều cần thiết để đảm bảo vệ sinh môi trường Việc xử lý nước thải một cách linh hoạt giúp đáp ứng hiệu quả các yêu cầu của hệ thống quản lý nước thải, từ đó nâng cao chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao là một nhiệm vụ quan trọng tại các nhà máy chế biến thực phẩm, nước giải khát, bia rượu, cũng như trong ngành chế biến thủy hải sản, nhà hàng ăn uống và khu chăn nuôi Việc quản lý hiệu quả nguồn nước thải này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sức khỏe cộng đồng.
- Xác định quy mô, công suất của trạm xử lý nước thải với khu vực nghiên cứu
Xây dựng các modul hợp khối giúp dễ dàng lắp đặt, bảo trì và sửa chữa, đồng thời mang lại tính thẩm mỹ cao, phù hợp với điều kiện hiện trạng của khu vực cần xử lý.
Đối tượng và phạm vi của đề tài
a Đối tượng của đề tài
Nước thải từ các các nhà máy sản xuất chế biến thực phẩm, nước giải khát b Phạm vi của đề tài
Phạm vi áp dụng cho tất cả các nhà máy sản xuất, nhà hàng ăn uống có quy mô nhỏ và vừa trên toàn quốc.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp lý thuyết
- Phương pháp phân tích thống kê
Nội dung luận văn
Luận văn gồm: Phần mở đầu, 04 chương và phần tài liệu tham khảo
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 9 Trường Đại học Xây dựng
Chương 1 cung cấp cái nhìn tổng quan về nước thải sinh hoạt và nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, đồng thời giới thiệu các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo Việc hiểu rõ về đặc điểm của nước thải này là cần thiết để áp dụng hiệu quả các công nghệ xử lý, nhằm giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường Các phương pháp sinh học được triển khai trong điều kiện nhân tạo không chỉ giúp xử lý hiệu quả mà còn góp phần tái tạo nguồn nước, mang lại lợi ích bền vững cho cộng đồng.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình XLNT và đề xuất công nghệ XLNT có hàm lượng chất hữu cơ cảo đảm bảo xả vào nguồn
Chương 3: Nghiên cứu đề xuất mô hình XLNT cho Công ty Rượu & Nước giải khát Anh Đào
Chương 4: Kết luận, kiến nghị
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 10 Trường Đại học Xây dựng
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT, NƯỚC THẢI CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XLNT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO
THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI
1.1.1 Nguồn gốc, thành phần và số lượng nước thải
Nước thải là nước đã qua sử dụng cho các hoạt động như ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa và vệ sinh, phát sinh từ khu dân cư, công trình công cộng và cơ sở dịch vụ Nước thải hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người, và các dịch vụ công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn cũng sản sinh ra loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt.
Lượng nước thải đô thị rất lớn do con người xả vào hệ thống thoát nước các chất bẩn, chủ yếu là cặn, chất hữu cơ và dinh dưỡng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7957:2008 quy định về lượng chất bẩn mà mỗi người dân đô thị thải ra hàng ngày, như thể hiện trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 Lượng chất bẩn một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước
Các đại lượng Khối lượng (g/người.ngày)
BOD5 của nước thải đã lắng 30 ÷ 35
BOD5 của nước thải chưa lắng 65
Nitơ của muối amôni (N-NH4) 8
Chất hoạt động bề mặt 2÷2,5
Nước thải sinh hoạt có đặc trưng với hàm lượng chất hữu cơ cao, chiếm từ 55 đến 65% tổng lượng chất bẩn, và chứa nhiều vi sinh vật, bao gồm cả vi sinh vật gây bệnh Ngoài ra, nước thải còn chứa các vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ, đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa chất bẩn Thành phần của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
Trong luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ tại Trường Đại học Xây dựng, các tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước và điều kiện trang thiết bị vệ sinh được trình bày rõ ràng Bảng 1.2 nêu rõ thành phần nước thải sinh hoạt trong khu dân cư.
Bảng 1.2 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình
Tổng chất rắn (TS), mg/l 350-1.200 720
- Chất rắn hoà tan (TDS), mg/l 250-850 500
- Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l 100-350 220
Clorua, mg/l 30-100 50 Độ kiềm, mgCaCO3/l 50-200 100
(Nguồn: PGS.TS Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật,
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ và dinh dưỡng, tạo điều kiện cho sự phát triển của vi khuẩn, bao gồm cả vi khuẩn gây bệnh Trong nước thải đô thị, tổng số coliform dao động từ 10^6 đến 10^9 MPN/100ml, trong khi fecal coliform từ 10^4 đến 10^7 MPN/100ml Do đó, nước thải từ các khu dân cư, cơ sở dịch vụ và công trình công cộng không chỉ có khối lượng lớn mà còn chứa hàm lượng chất bẩn cao, góp phần vào ô nhiễm môi trường nước.
Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: Các chất rắn, độ đục, màu sắc, mùi vị, nhiệt độ, lưu lượng
1.1.2.1 Các chất rắn trong nước thải
Nước thải là hỗn hợp phức tạp bao gồm nước và các chất bẩn, chủ yếu phát sinh từ các hoạt động của con người Theo nghiên cứu của Stroganov X.N., thành phần chính của nước thải bao gồm các nguyên tố cacbon, hydro, ôxy và nitơ, với công thức trung bình là C12H26O6N Các chất bẩn trong nước thải có vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất và mức độ ô nhiễm của nước.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ tại Trường Đại học Xây dựng trình bày rằng nước thải sinh hoạt chứa cả phần hữu cơ và vô cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, các chất rắn không lắng được, chất hoà tan và dạng keo Thành phần chất bẩn trong nước thải được minh họa qua sơ đồ hình 1.1.
Hình 1.1 Thành phần các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt
Theo Imhoff, khối lượng chất bẩn do một người thải vào nước thải sinh hoạt trong một ngày được xác định theo bảng 1.3
Bảng 1.3 Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người.ngày
Thành phần Cặn lắng Chất rắn không tan Chất hoà tan Tổng cộng
(Nguồn: PGS.TS Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật,
Tổng chất rắn là một thành phần vật lý quan trọng của nước thải, bao gồm hai dạng chính: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng Chất rắn lơ lửng (SS) được giữ lại trên giấy lọc có kích thước lỗ 1,2 m, bao gồm cả chất rắn lơ lửng lắng được và không lắng được Phân loại chất rắn trong nước thải được thể hiện trong hình 1.2.
Các chất hữu cơ Các chất vô cơ
Protein Cacbon hydrat Các chất béo
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 13 Trường Đại học Xây dựng
Hình 1.2 Các loại chất rắn trong nước thải
Khi xả nước thải vào nguồn nước mặt, các chất rắn không hoà tan lắng đọng tại đầu cống xả, gây cản trở dòng chảy và làm thay đổi kích thước cũng như chế độ thuỷ lực của sông hồ Bùn cặn từ nước thải đô thị chứa một lượng lớn thành phần hữu cơ (từ 55-70%), dẫn đến hiện tượng lắng cặn hữu cơ và quá trình hô hấp vi sinh trong lớp bùn Điều này gây ra tình trạng thiếu ôxy, sản sinh các khí độc hại như H2S và CH4, khiến nước tại khu vực cống xả có màu đen và mùi hôi khó chịu.
1.1.2.2 Màu Đây là một trong những thông số để xác định chất lượng nước Nước sạch thường không có màu, nhìn chung màu nước thải thường là màu xám có vẩn đục Màu sắc của nước thải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như nó bị nhiễm khuẩn, khi đó nước thải sẽ có màu đen tối
Một trong những đặc điểm dễ nhận biết về ô nhiễm nước là độ trong của nước, được xác định qua độ đục Độ đục này xuất phát từ sự tồn tại của các chất lơ lửng như tảo, vi sinh vật, đất sét, bọt xà phòng và các chất tẩy rửa Phương pháp phổ biến để đo độ đục trong nước thải là phương pháp UV-Vis.
Mùi của nước thải xuất phát từ khí sinh ra trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hoặc từ các chất bổ sung khác Nước thải sinh hoạt thường có mùi mốc, nhưng khi bị nhiễm khuẩn, nó sẽ phát ra mùi trứng thối do sự hình thành khí H2S.
Chất rắn hoà tan Chất rắn keo Chất rắn lơ lửng
Khử bằng keo tụ Lắng được
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Trang 14 Trường Đại học Xây dựng
Nhiệt độ nước thải thường cao hơn nước sạch ban đầu do sự gia nhiệt từ đồ dùng gia đình và thiết bị công nghiệp Tuy nhiên, nước thấm qua đất và lượng mưa cũng góp phần làm thay đổi nhiệt độ nước một cách đáng kể Sự gia tăng nhiệt độ nước ảnh hưởng đến khả năng hòa tan oxy và tốc độ hoạt động của vi khuẩn trong nước thải.
Lưu lượng nước thải là một đặc tính vật lý quan trọng, được đo bằng m³/ngày Trong quá trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, lưu lượng này được xác định dựa trên lượng nước thải bình quân đầu người Cần lưu ý rằng lưu lượng nước thải có sự biến đổi trong suốt cả ngày.
Tính chất hoá học của nước thải thường bao gồm tính chất của các hợp chất hữu cơ và hợp chất vô cơ
1.1.3.1 Các hợp chất hữu cơ trong nước thải
Nước thải chứa nhiều tạp chất hữu cơ, bao gồm polysacarit, protein, hợp chất chứa nitơ, axit humic, lipit như dầu và mỡ, cũng như phụ gia thực phẩm, chất hoạt động bề mặt, phenol và các chất tương tự Những tạp chất này có nguồn gốc từ chất thải của người, động vật, thực vật, cũng như từ thuốc bảo vệ thực vật, dược phẩm, thuốc màu và nhiên liệu, cùng với các chất hữu cơ tạo phức, hydro cacbon và dẫn xuất của chúng.
ĐẶC THÙ CỦA NƯỚC THẢI CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ CAO
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật nghiên cứu các giải pháp xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao trong ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát quy mô nhỏ Tác giả tập trung vào việc phân tích hàm lượng chất hữu cơ cao trong nước thải từ các quá trình chế biến thực phẩm, sản xuất bia, rượu và nước giải khát, nhằm đề xuất các phương pháp xử lý hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật.
Nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, với các chỉ số BOD, COD và nồng độ N, P vượt trội so với nước thải sinh hoạt, dẫn đến mức độ ô nhiễm nghiêm trọng Sự ô nhiễm này không chỉ ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường mà còn đe dọa sức khỏe cộng đồng.
Các nhà máy và cơ sở sản xuất trong ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát thường được đặt trong các khu công nghiệp hoặc khu dân cư, dẫn đến quy mô và công suất của chúng thường không lớn Do đó, nhu cầu xả nước của các cơ sở này cũng tương đối nhỏ, với công suất xả nước thường dao động ở mức thấp.
Trong luận văn tốt nghiệp thạc sỹ, tác giả nghiên cứu về công suất xử lý nước thải trong khoảng từ 100 đến 2000 m³/ngày đêm Đây là phạm vi quan trọng mà nghiên cứu tập trung vào để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải.
Kết quả phân tích chất lượng nước thải từ một số cơ sở sản xuất nước giải khát và bia rượu cho thấy thành phần và chất lượng nước thải có sự biến đổi đáng kể Việc đánh giá này giúp xác định mức độ ô nhiễm và ảnh hưởng đến môi trường, từ đó đưa ra các biện pháp xử lý và quản lý hiệu quả hơn.
Bảng 1.4 Thành phần của nước thải sau quá trình sản xuất của Công ty nước giải khát Kirin
Nhiệt độ 20-30 0 C Tổng Nitơ 80 mg/l pH 6,5-8 Thuỷ ngân 0,005 mg/l
BOD5 1930 mg/l Tổng Crome 2 mg/l
COD 3200 mg/l Dầu và mỡ khoáng 30 mg/l
Chất rắn lơ lững (SS) 250 mg/l Tổng Coliform 10 6 -10 7 MNP/100 ml
(Nguồn: Công ty Công nghệ xanh, 08/05/2009)
Bảng 1.5 Thành phần của nước thải sau quá trình sản xuất tại Công ty bia Ong Thái Bình,
Công ty bia Nghệ An, Công ty bia Nada, Nhà máy bia Hạ Long…
Nhiệt độ 20-30 0 C Tổng Nitơ 15-45 mg/l pH 6-9,5 Thuỷ ngân 0,005 mg/l
BOD5 700-1500 mg/l Tổng Crome 2 mg/l
COD 850-1950 mg/l Dầu và mỡ khoáng 30 mg/l
Chất rắn lơ lững (SS) 150-300 mg/l Tổng Coliform