Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu xử lý nước thải giết mổ và chế biến thịt gia súc bằng mô hình giá thể bùn hạt giãn nở (EGSB) sử dụng giá thể mang Polyvinyl Alcohol (PVA)

NHIEM VU VÀ NOI DUNG:Đánh giá kha năng xử lý nước thai giết mồ và chế biến thịt gia súc bang môhình giá thé bùn hạt giãn nở EGSB với 2 mô hình: bùnk_ khí sử dụng giá thé mang PVA và khôn

—_— ÿJ(C—<<5rY—

BKTP HCM

NGUYÊN ĐĂNG CHÍNH

NGHIÊN CUU XU LÝ NƯỚC THÁI GIẾT MO VÀ CHE

BIEN THIT GIA SUC BẰNG MO HÌNH GIA THE BUN HATGIAN NO (EGSB) SU DUNG GIA THE MANG POLYVINYL

ALCOHOL (PVA)

Chuyén nganh: CONG NGHE MOI TRUONGMã số:

TP HO CHÍ MINH, tháng 6 năm 2014

—_— ÿJ(C—<<5rY—

p

NGUYEN DANG CHINH

NGHIEN CUU XU LY NUOC THAI GIET MO VA CHE

BIEN THIT GIA SUC BANG MO HÌNH GIA THE BUN HATGIAN O (EGSB) SU DUNG GIA THE MANG POLYVINYL

-ÐHQG -HCM

Cán bộ chấm nhận xét 1(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị va chữ ký):Cán bộ cham nhận xét 2 (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký):

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vi của Hội đông châm bảo vệ luận văn thạc si)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý

chuyền ngành sau khi luận van đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA

Họ tên học viên: Nguyễn Đăng Chính Phái: NamNgày, tháng, năm sinh: 03/06/1986 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế

Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường MSHV: 11250512

I TÊN DE TÀI:NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THAI GIẾT MO VÀ CHE BIEN THIT GIA SUCBANG MÔ HINH GIA THE BUN HAT GIAN NỞ (EGSB) SỬ DỤNG GIA THE

MANG POLY VINYL ALCOHOL (PVA)

Il NHIEM VU VÀ NOI DUNG:Đánh giá kha năng xử lý nước thai giết mồ và chế biến thịt gia súc bang môhình giá thé bùn hạt giãn nở (EGSB) với 2 mô hình: bùnk_ khí sử dụng giá thé

mang PVA và không su dung PVA

Đánh giá vai trò của giá thể mang PVA trong việc tăng cường sự hình thành

bùn hạt.

IH NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/2013IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 12/2013V CÁN BỘ HUONG DAN: PGS TS NGUYEN TAN PHONG

Tp HCM, ngày thang nam

CÁN BO HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS TS Nguyễn Tấn Phong

TRƯỞNG KHOA

Đề hoàn thành Luận văn Thạc sỹ này, lời dau tiên tôi xin được gửi lời biết ơnchân thành và sâu sắc nhất đến chương trình công ty TNHH nhà máy bia Việt Nam

Pe a) CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ TÀI NĂNG TRE

=» VIAN NINH TÀI NGUYÊN NƯỚC(VBL) ®%<=ẽE<==<=<<& và PGS-TS Nguyễn Tan Phong đã hỗ trợ kinh phíthực hiện dé tài và luôn quan tâm, tận tình hướng dẫn tôi về chuyên môn trong suốtquá trình thực hiện đề tài

Tôi cũng xin cảm ơn tat cả các Thay Cô giáo trong Khoa Môi trường, trườngĐại học Bách khoa đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức trong thời gian tôi theo học tại

trường.

Xin chân thành cảm ơn công ty Việt Nam Kĩ Nghệ Súc Sản Vissan đã tạo điềukiện cho tôi lay mẫu nước thải hoàn thành đề tài

Xin gởi lời cảm ơn đặc biệt nhất đến các anh, chị, các bạn cùng làm việc trong

phòng thí nghiệm và các em sinh viên khoa Môi trường khóa 2009, trường Đại học

Bách khoa đã luôn đồng hành, giúp đỡ và chia sẻ với tôi những lúc khó khăn nhất.Lời cuối cùng tôi xin gởi những tình cảm sâu sắc nhất đến Ba Mẹ và gia đìnhtôi, nguồn động viên tỉnh thần lớn nhất của tôi Xin cảm ơn Ba Mẹ đã nuôi dạy tôitrưởng thành, luôn yêu thương và ủng hộ tôi trong suốt thời gian qua

Tp Hỗ Chí Minh, ngày 30 tháng 6 năm 2014

Nguyễn Đăng Chính

Bun giá thé dang hạt giãn nở Expanded Granular Sludge Bed ( EGSB ) là một quátrình cải tiễn của công nghệ UASB (Upflow anearobic Slugde Blanket) dé nâng caohiệu quả xử lý và thích hop với nhiều loại nước thai Với lợi thé của mình hơnUASB , công nghệ EGSB đã được áp dụng rất phố biến ở trên thế giới Dé nâng caoưu thé của bùn hạt , nghiên cứu này sử dụng polyvinyl alcohol (PVA ) làm giá thésinh học để nâng cao hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ Mô hình phòng thí nghiệm vớiquy mô bao gồm hai mô hình EGSB với 6 lít mỗi bé phản ứng : một mô hình với 20% thé tích giá thể mang PVA trong khi cột mô hình khác không có PVA Nước thảiđược sử dụng trong thí nghiệm nay lẫy từ một công ty giết mồ thịt và chế biến thịtgia súc Nong độ sinh khối lơ lửng (MLSS), pH và độ kiềm ( mg CaCO¿”” ) duy trìmức tương ứng là 10g /1 , 6-8 và 300 - 800mg /I Tải trọng hữu cơ (OLRs) thay đổitừ 0,5 kgCOD/m”.ngày đến 8 kgeCOD/m ngay Kết quả cho thấy EGSB bể phảnứng với PVA làm giá thé sinh học có xử lý hiệu qua hơn và 6n định hơn so với mộttrong những nhà cung cấp mà không có sinh khối khác nhau OLRs bao gồm cả ởgiai đoạn tải trọng hữu cơ thấp.

lil

Expanded Granular Sludge Bed (EGSB) is an improvement process ofUASB (Upflow anearobic Slugde Blanket) so that enhancing treatmentefficiency and appropriate for many kind of wastewater With its advantagesthan UASB, EGSB techology has been applied very popular in over theworld To enhancing the advantage of granular sludge, this experiment usedpolyvinyl alcohol (PVA) as a biomass carrier to improving organic removalefficiency A lab-scale experiment included two EGSB which 10 liters ofeach reactor: one with 20% volume PVA carrier while another without PVA.Wastewater used in this experiment collecting from a slaughtering andpreparing meat company Mixed liquor suspended solid (MLSS), pH and

alkalinity (mg CaCO;~) control at I0g/1, 6-8 and 300-800mg/l Organicloading rates (OLRs) varies from 0.5 kg COD/m”.day to 8kg COD/m” day

The result showed that EGSB reactor with PVA use as a biomass carrier hasmore treatment efficiency and stable than the one without biomass carrier invary OLRs including at low organic loading stage.

9099.000 -.- ồ®^”^ iiTOM TAT 017 Ô iiiDANH MỤC HÌNH ANH cscccscscscsssssscsssssssssssssssssssssssssscsssssssssssssssssssssssssssssssesesees viiDANH MỤC BANG BIEU -° << << S9 S9 e4 44s sesesesese ViiiCHƯƠNG 1: GIỚI TIHIÍỆU 5-< << << << 2£ 2£ 5 5s se5££s££eeEeEeEesesese 11.1 DAT VAN ĐÊ LH T ng TT TT ng HT gu |1.2 ĐÓI TƯỢNG VÀ PHAM VI NGHIÊN CUU 5s <ss5°: 31.3 NỘI DƯNG NGHIÊN CỨU - G- G6312 sgk resees 31⁄4 MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU 2 G693 EsEsEekekserersees 31.5 _Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIEN CUA DE TÀI 3CHƯƠNG 2: TONG QUAIN 5-< <5 so 4 EsESESEEsESESESSEESEsEsEseseEeEsesesesee 52.1 TONG QUAN VE NGANH CÔNG NGHIỆP GIẾT MO VA CHEBIEN THIT GIA SUC - G6 E3 5119x391 1E 919158 1E 18128211 1xx 52.1.1 Tổng quan về đối tượng nghiên cứu - 2 5 2 s+s+s+cscszszszcee 52.1.2 Qui trình và công suất giết m6 heo (Nguồn: Công ty Vissan) : 52.1.2 Dac tính nước thải giết mỗ và chế biến thịt [7]: -s-s 112.1.3 Công nghệ xử lý nước thải sản xuất ee ccececeseseeseseeeeteseeteeeseeeees 142.2 TONG QUAN eVE BE PHAN UNG BUN HẠT GIAN NỞ (EGSB)VA BUN HAT K_ KHI-: cecceccecesecscecessesececececeecevecscecseevecsceceesevavacscecseevarsceceeevavavees 18

2.2.1 — Giới thiệu về bể phản ứng Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB) 182.2.2 Giới thiệu về bể phản ứng bùn ki khí giãn nở (EGSB) 20

2.2.3 — Quá trình phân hủy k khí -2-2-5 SE +E+E+EeEererereereree 21

224 Ly thuyết bùn hatk khií - ¿225cc E+E+E+EsEererererersee 27CHUONG 3: VAT LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

3.1 WAT LIEU NGHIÊN CỨU -G- ¿+ E2 kSExEE#ESE SE EsEsEekekeereed 35

3.1.1 Mô hình thí nghiỆm - - (<< 1 11333111111 119 99 1 1 ng vn 353.1.2 Nước thải ¿- - sex 1 151111 1115111111111 1111111151111 11 11111111 tee 37

3.1.3 Bin nuôi cây ban đâu ¿ - - +52 S21 1 E2 E111 1515111111111 1111 cxe 38

HVTH Nguyễn Đăng Chính V

3.2 PHƯƠNG PHAP NGHIÊN CUU wooecccccccccccessesesesessesseseseseeeee 38

3.2.1 Quy trình vận hành thí nghi@m ee eeessnecceeeesesneeeeeeeeeeneees 38

3.2.2 Phuong pháp lẫy mẫu va phân tích mẫu 2 2255-52: 393.2.3 Phương pháp xác định sinh khối + 2 2 2 s+s+s+£+£z+szxzc+ẻ 403.2.4 Phuong pháp tính toán và xử lý số liệu - - + +ccscs+szc+2 AlCHƯƠNG 4: KET QUA VA THÁO LUẬN s-5-5-<<scscsesesesesseseseee 43

Al CHẾ ĐỘ VAN HÀNH s11 E131 8 1E 3xx gi 4342 KET QUA ĐẠT ĐƯỢC CUA HAI MÔ HÌNH EGSB 44

4.2.1 Hiệu quả loại bỏ CODD -¿- - S2 SE SE 3 E2 E121 15111211111 re, 44

4.2.2 — Đánh giá sự ôn định của mô hình - - 6s xxx £eEsEsxsxzezecxz 4742.3 Đánh giá sinh khối trong quá trình vận hành: -. - 51424 Danh giá vận tốc lăng của 2 mô hình EGSB -. - 534.2.5 Đánh giá vận tốc dòng chảy ngược đối với lúc khởi động chạy thích

nghi va tải trong ban đâu đôi với mô hình có giá thé PVA: 54

42.6 Đánh giá các yếu tô khác ảnh hưởng đến qua trình xử lý của mô

hình 58

CHƯƠNG 5: KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, 5-5-5 <scscsesesssssessse 605.1 KẾT LUẬN SE 11212 T ng TT ng ri 605.2 KIÊN NGHỊ - G5111 1E 9 11212 ng 60TÀI LIEU THAM KHAO) 2 5-5-5 5° 2 2 2 << << s39 3 sseseseseSeEss 242 62DANH MỤC CAC CONG TRINH KHOA HOC 5 5-5 s5 << csese 66

3710850220155 67

Hình 2-1: Quy trình giết mổ heo - + ¿56 2E E123 E915 1 1212151115211 2111 exrk 6Hình 2-2: Quy trình giết mổ trâu, bò - - + 256223 2 E131 E1 E211 Erkred 7Hình 2-3: Quy trình sản xuất xúc xích tiệt trùng - ¿5-55 ecscesesrersred 8Hình 2-4: Quy trình sản xuất thịt nguội + ¿25 + S2 £E2E+E+ESEEErErkrrrrerersred 9Hình 2-5: Quy trình sản xuất d6 hộp ¿+ + + 2 2E 2E£E+ESEEEEEEEEEEEEErsrkrkrree 10Hinh 2-6: M6 hinh bé UASB 00001057 19Hình 2-7: Sơ đồ câu tạo be EGSB o sceeseeseeseesseesseesecesecseesecensecusesneeneecuseanesneesneenees 20Hình 2-8: Lý thuyết spaghetti trong việc tạo thành bùn hat [37] - 28Hình 2-9: PVA dạng hạt thực & 32

Hình 3-1: Mô hình EGSB với vật liệu mang PVA 5S s2 36

Hình 3-2: Hai mô hình EGSB thực té ¿55tr 37Hình 4-1: Đồ thị biểu diễn sự thay đôi COD dau va đầu ra EGSB 1 và EGSB 2 45Hình 4-2: Hiệu suất xử lý của mô hình EGSB 1 và EGSB 2 - - 5+:46Hình 4-3: Tốc độ loại COD của 2 mô hình ở các tải trọng khác nhau 47

Hình 4-4: pH trong quá trình vận hành - - (<< 11199999011 1g re 46

Hình 4-5 Độ kiềm trong quá trình vận hành - + 2 255222 £2££££zezzzscxd 49Hình 4-6: Tỉ lệ VFA/TA và hiệu suất loại COD 5- 5-5252 252 e2xcEsEsrrsrereee 51Hình 4-7: Hiện tượng nỗi bùn va trôi bin ở mô hình EGSB ở tải trọng 4 và 8

'©:09)8/88 107777 52Hình 4-8: COD dau vào va ra ở EGSBI (a) và EGSB2 55Hình 4-9 : Hiệu quả xử ly COD ở 2 vận tốc chảy ngược VỊ Và V2 ««- 56Hình 4-10: pH (a) và độ kiềm (b) trong quá trình vận hành ở các vận tốc 57

HVTH Nguyễn Đăng Chính vii

Bảng 2-1: Tải lượng BOD thai ra trong quá trình giết mô -.- 255555: 12Bảng 2-2 Tính chất nước thải công ty giết m6 và chế biến thịt động vật VISSAN 14Bảng 3-1:Thông số thiết kế mô hình - + +2 52 2+2 +E£E+E+E££E£E£E+Ez£z£E£z£xzxceeẻ 37Bảng 3-2: Thông số vận hành dự kiến - 5+ 252 52E+E2E£E£E£E+EzEzEErkrerereee 39

Bang 3-3: Phương pháp phân tích các chỉ tiÊU: 5555233332 39

Bảng 4-1: Bang thông số vận hành trong quá trình thí nghiệm 43Bảng 4-2 Các thông số vận hành trong quá trình thí nghiệm - 44Bang 4-3: Kết qua VFA của 2 bể trong quá trình vận hành: - -: 49Bang 4-4: Nồng độ bùn MLSS tại cuối mỗi tải trọng -.- ¿5-5 55s se sscecscececxd 52Bảng 4-5: Tốc độ lang của các loại is 0 re 54Bang 4-6: Ảnh hưởng của N(NH;) đến quá trình phân hủy ki khí [34] 59

HRT

OLRPACPVAUASBVFA

Anaerobic Fluidized Bed Reactor (Bê phản ứng tang sôik khí)Anaerobic Fixed Film Reactor (Bề phan ứng màng cố định)Biochemical Oxygen Demand (Nhu cau oxy sinh hóa)Chemical Oxygen Demand (Nhu cau oxy héa hoc)Expanded Granular Sludge Bed (Bề phan ứng tang bùn giãn nở)

Granular Activated Carbon (Carbon hoat tinh dang hat)Hydraulic Retention Time (Thời gian lưu nước)

Organic Loading Rate (Tải trọng hữu cơ)Powder Activated Carbon (Carbon hoạt tính dạng bột)Polyvinyl Alcohol

Upflow Anaerobic Sludge Bed

Volatile Fatty Acid (Acid béo dé bay hoi)

CHƯƠNG 1: GIỚI THIEU

1.1 ĐẶT VAN DETheo FAO (1993), thịt của gia súc và gia cầm chiếm gần 93% tong sản lượngthịt thé giới Ở các nước đang phát triển, một lượng lớn các lò mồ tổn tại Các lònày có quy mô từ đơn giản đến hiện đại Các nhà máy với quy trình giết mỗ côngnghiệp quy mô lớn thường được nhập khẩu từ các nước phát triển, thường khôngcần xây dựng hoặc không có hệ thống xử lý nước thải Nhiều cơ sở (các loại khácnhau) hoạt động thiếu vệ sinh và có nguy cơ cho sức khỏe cho cộng đồng dân cư

xung quanh.

Tại Việt Nam, Theo báo cáo của Bộ NN&PTNT, tính đến thời điểm này có53/63 tỉnh, thành phố thực hiện việc thống kê, kiểm tra, đánh giá, phân loại điềukiện vệ sinh thú y cơ sở giết mỗ (CSGM) gia súc gia cầm, với 851 CSGM đã đượckiểm tra, đánh giá Hiện nay, cả nước vẫn còn 28.285 điểm giết mồ nhỏ lẻ, trong đóphía Bắc còn tới 11.485 điểm và chỉ có 929 CSGM được cơ quan thú y thực hiệnkiểm soát (chiếm 8,05%) Các van đề môi trường chính liên quan đến việc giết m6và chế biến thịt gia súc là việc tiêu thụ nước nhiều, nước thải phát sinh khoảng

12,5m° cho 1 tấn thịt hơi [1].Xử ly k khí được xem là giải pháp lựa chọn kinh tế và hiệu quả nhất dé giảmnông độ các chất hữu cơ trong nước thai sản xuất thực phẩm trước khi vào các côngđoạn xử lý tiếp theo Quá trình Expanded Granular Sludge Bed (EGSB) là quá trìnhcải tiến của Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), được giáo sư Letttinga vàcộng sự phát triển vào năm 1983 tại Hà Lan Sự ra đời của EGSB mang lại nhữngưu thế rất lớn so với quá trình xử lý nước thải bằng UASB như giảm tối thiểu vùngchết, tăng cường sự tiếp xúc giữa nước thải và bùn, do đó tăng cường hiệu quả xử lývà tính ôn định Các nghiên cứu và ứng dụng thực tế trên thế giới cho thay EGSB cóthé xử lý hiệu quả nhiều loại nước thải với tải trọng rất cao và rút ngắn thời gian lưu

nước Mặt khác, trong quá trình k_ khí tăng trưởng lo lửng thì sự hình thành bùn hạt

là yếu tô quyết định dé vận hành thành công Tuy nhiên, cơ chế hình thành bùn hạtvẫn chưa được hiểu thấu đáo Sự phát triển của bùn hạt chịu ảnh hưởng rất lớn bởi

và duy trì bùn hạt trong các bể phản ứng Dựa vào lý thuyết của Hulshoff Pol vacộng sự (2004), quá trình hình thành bùn hạt có thể chia thành hai bước: sự hìnhthành hạt nhân và sự hình thành lớp màng sinh học cua vi khuẩn trên hạt nhânđó[2] Dé hình thành những hạt nhân ban dau, rất nhiều hợp chất hay các hạt giá thé

sinh học đã được nghiên cứu Các vật liệu tự nhiên như agar, agarose, carrageenan, collagen, alginates va chitosan) và vật liệu polymer nhân tạo

k-(polyacrylamide, polyurethane, polyethylene glycol va polyvinyl alcohol) cho thay

có tac dung tăng cường sự tao thành bun hạt [3, 4| Tuy nhiên những vật liệu nay

không đáp ứng day đủ tất cả các yêu cầu mong muốn về diện tích bề mặt, trọnglượng riêng, dạng hình cầu và chỉ phí Trong các loại vật liệu nhân tạo, polyvinylalcohol (PVA) đã được sử dụng như vật liệu mang trong nhiều nghiên cứu và chohiệu quả xử lý cao [5, 6] PVA có cau trúc dạng lỗ rỗng thích hợp cho việc bắt giữvi sinh vật và có trọng lượng riêng hơi nặng hơn nước làm tăng khả năng lắng củahạt bùn, ngăn cản sự rửa trôi bùn Nghiên cứu này sử dụng mô hình EGSB kết hợpvới giá thể mang PVA để tăng cường quá trình tạo thành bùn hạt, nhăm đánh giáhiệu quả xử lý của mô hình đối với nước thải giết m6 và chế biến thịt

Nước thải giết m6 và chế biến thịt ngoài chất hữu cơ cần xử lý ra thì còn cócác chất dinh dưỡng (N,P) cao và nồng độ SS đầu vao rat cao Trên cơ sở phân tíchnhững ưu khuyết điểm của các công nghệk_ khí tốc độ cao, dé tài lựa chọn côngnghệk_ khí EGSB với dòng tuần hoàn vừa có tác dụng tăng cường sự tiếp xúc giữanước thải và bùn, vận tốc dòng chảy ngược cao nên có khả năng chịu được nông độSS cao Tuy nhiên, vận tốc dòng nước trong bể EGSB lớn có thé rửa trôi bùn rakhỏi bể phản ứng, khó duy trì nồng độ sinh khối cao trong bể Giá thé mang PVAvới cau trúc lỗ rỗng được sử dụng làm hạt nhân để các vi sinh vật dính bám và pháttriển trên đó, tạo thành bùn hạt Trọng lượng riêng của PVA gân với trọng lượngriêng của nước giúp hạt PVA dễ dàng chuyển động trong chế độ thủy lực vận hànhvà tiếp xúc tốt với bùn Đồng thời theo các nghiên cứu, vận tốc lang của bùn hathình thành trên giá thê PVA cao hơn hắn so với bùn hạt hình thành tự nhiên, giupcho việc duy trì sinh khối cao trong bể phản ứng

HVTH Nguyễn Đăng Chính 2

Đối tượng nghiên cứu— Nước thai lay từ bể cân bang hệ thống xử lý nước thải của công ty Việt Nam

Ki Nghé Stic Sản Vissan

— Bin hat k khí hình thành trên giá thé polyvinyl alcohol (PVA) trong bể

EGSB.Pham vi nghiên cứu

Do nước thải có nồng độ COD thấp và tương đối 6n định và nghiên cứu triển

khai trên mô hình EGSB quy mô phòng thí nghiệm nên nghiên cứu đánh giá khảnăng chịu tải theo thời gian lưu của nước thải và đánh giá hiệu quả xử lý của mô

hình đối với nước thải giết m6 và chế biến thịt gia súc.1.3 NOI DUNG NGHIÊN CUU

— Kiểm soát các yếu tô thích hợp và tăng dan tai trong hữu co bang cách tăng

giảm thời gian lưu.

— Đánh giá và so sánh khả năng xử lý của bùn hạtk_ khí trong bé EGSB khi cóvà không có giá thể PVA đối với nước thải giết mồ và chế biến thịt gia súc

— Đánh giá khả năng chịu tải của mô hình EGSB.

1.4 MỤC TIỂU NGHIÊN CUU

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của công nghệ EGSB với giá

thé PVA so với công nghệ EGSB thông thường bằng việc tăng dan tải trong CODcủa mô hình từ 0.5 lên 8Kg COD/m.ngày Qua đó có đánh giá và so sánh với cáccông nghệ UASB, EGSB thông thường để có đề xuất cải tiễn các công nghệ đang

thải giết m6 và chế biến sản phẩm thịt.Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của dé tài ứng dụng trong xử lý nước thải ngành sản xuấtgiết m6 cung cấp thêm giải pháp xử lý nước thải giúp cải tao, nâng cấp công suấtcủa hệ thông cũ và giảm diện tích nếu xây dựng mới

Tính mới của dé tàiSo với các nghiên cứu trước đây về EGSB sử dụng PVA làm giá thể, thì đâycũng là nghiên cứu triển khai, trong đó thực hiện việc kiểm soát thời gian lưu vàvận tốc dòng chảy ngược, qua đó đánh giá được hiệu quả của EGSB

Đề tài được nghiên cứu là sự kết hợp của quá trình k khí với dòng chảyngược cao trong bé EGSB và giá thé mang PVA dé tăng cường quá trình hình thànhbùn hạt, nâng cao hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và ngăn quá trình rửa trôi bùn so

với quá trình bùn lơ lửng thông thường.

HVTH Nguyễn Đăng Chính 4

CHUONG 2: TONG QUAN2.1 TONG QUAN VE NGANH CONG NGHIEP GIET MO VA CHE BIEN

THIT GIA SUC2.1.1 Tổng quan về đối tượng nghiên cứu

Công ty TNHH Mot Thành Viên Việt Nam Ky Nghệ Súc Sản (VISSAN) địa

chỉ 420 Nơ Trang Long, Phường 13, Quận Bình Thạnh, Thành phố Hồ Chí Minh, làmột doanh nghiệp thành viên của Tổng Công ty Thương Mại Sài Gòn, được thànhlập từ những ngày đầu giải phóng Miền Nam và thống nhất đất nước Công ty

TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản hoạt động trong lĩnh vực công

nghệ giết m6 gia súc, dam bao các tiêu chuan vé sinh, cung cấp thit tươi sống chonhu cau của nhân dân Thanh phố trong thời kỳ nền kinh tế còn theo cơ chế bao cấp.Sau đó, Công ty đã tham gia xuất khẩu thịt đông lạnh sang thị trường Liên Xô vàcác nước Đông Âu chủ yếu là dưới hình thức Nghị định thư

2.1.2 Qui trình và công suất giết m6 heo (Nguồn: Công ty Vissan) :> Công suất giết mo:

- Khu ton trữ heo với sức chứa 10.000 con.- Day chuyền giết mỗ heo: 03 dây chuyển heo của Đức, công suất 2.400

con/ca (6h/ca).

> Qui trình giết mé heo:Heo sau khi được đưa về chuồng trại sẽ được chăm sóc, nhin ăn trong khoảng24 giờ và thường xuyên theo dõi sức khoẻ trước khi đem giết mô Sau đó các giasúc sẽ được chuyền từ khu vực tiếp nhận đến khu vực giết mồ, tại đây các gia súc sẽbị gây ngất bang điện trước khi mổ, sau khi giết m6 và được làm sạch, thịt sẽ đượcđưa vào phòng lạnh dé trữ, khi cần thì sẽ đem ra chế biến hoặc dua ra thị trường nội

địa tiêu thụ thịt tươi.

THOC HUYET E : > Nuc thải chứa

huyét roi vaiỶ

RUA ăn > Nước thải

Hình 2-1: Quy trình giết mồ heo

%_ Qui trình và công suất giêt mô trâu, bò:

> Công suất giết mo:Khu ton trữ trâu, bò với sức chứa 1.000 con

HVTH Nguyễn Đăng Chính

- Day chuyển giết mồ trâu, bò: 02 dây chuyên của Đức, sản xuất năm 1974,công suất 300 con/ca (6h/ca).

> Qui trình giết mô:

Hình 2-2: Quy trình giết mồ trâu, bò

Thuyết minh quy trình công nghệ:Trâu, bò sau khi quá trình gây choáng sẽ được đưa sang khâu chọc huyết, cắtdau, lột da, mỗ bụng và cắt đôi Sau đó được đưa qua quá trình kiểm tra, khám và

* Thị! nguội:

> Công suất thiết kế: 5.000 tân/năm

HVTH Nguyễn Đăng Chính 8

4+ Déhép> Công suất thiết kế: 110 lon/phút.

Định hình

4 Ỷ `

Nâu hấp( Ỷ `

Cắt lát“ Ỷ >

Nguyên liệu sau khi quá trình kiểm tra tiếp tục đến quá trình xay và định hìnhtheo kích thước nhất định, sau khi sản phẩm được định hình sẽ qua quá trình nauhap, cắt lát và đóng lon Sau đó, sản phẩm được đưa qua khâu thanh tring va đóng

thùng.

HVTH Nguyễn Đăng Chính 10

2.1.2 Dac tính nước thai giết mo và chế biến thịt [7]:2.1.2.1 Các thành phần chính đóng góp vào tải lượng nước thải:Lượng máu trong nước thải: trong tất cả các loại nước thải, thì nước thải từmau là có giá tri 6 nhiễm cao nhất Ban thân máu có nông độ BOD cao: từ 150.000 -200.000 mg/l, có thé đạt mức 405.000 mg/l Trong khi nước thải sinh hoạt có BODkhoảng 300mg/I Trong các giai đoạn siết, chọc tiết và lột da, máu được thải rahoàn toàn, điều này dẫn tới tong tải lượng thải là 10kg BOD /tan thịt gia súc hơi.Một tải lượng chất thải lên tới 3.0 Kg BOD trên 1 tan trọng lượng hơi trong nướcthải ra xung quanh khu vực giết m6[7].

Dé giảm tải lượng thai, các biện pháp đã được thực hiện dé thu hồi và xử lýmáu (làm đông máu) Quá trình làm khô máu có thể thực hiện trực tiếp băng nhiệtáp dụng cho lượng lớn nước chứa máu (tương ứng với tải lượng thải bằng 1,3kgBOD/ tan gia suc hoi, nhung tốt nhất là nó được thực hiện bang cach gia nhiétgián tiếp (bên ngoài) tương ứng với tải lượng xấp xi 0,3kg BOD /tan thịt hơi

Da dày: phân trong dạ dày là nguồn 6 nhiễm quan trọng thứ hai Nó có thé gópphan đáng kề vào tổng tải lượng thải nếu không được xử lý đúng cách Việc thải bỏtoàn bộ trong dạ dày lam BOD đạt 2,5Kg trên một tan thịt hoi

2.1.2.2 Các yếu tố phụ đóng góp vào tải lượng nước thai [7]:Chuông trại: chất thải tạo ra từ phân và nước tiểu, thức ăn, phân gia súc, chấttay rửa va làm sạch Chất thải sẽ đi vào cống thải do nước chảy tràn từ mang ăn, domưa và tuyết, và nước rửa chuồng trại Chất thải ở cống, giả sử loại trừ chất răn,ước tính BOD khoảng 0,25 kg/tan LWK

Quá trình giết mô: trong quá trình giết m6, các chat thải sau được tao ra:+ Mau và mô được tạo ra trong quá trình lọc da rớt xuống sàn Sự ô nhiễm doda cùng với bụi và phân là nguồn ô nhiễm thứ hai Tải lượng chất thải cũng tăng do

việc dọn vé sinh khu vực này.

+ Nước thải được tạo do sự nước tràn từ bé nước sôi chứa mau, chất ban, phânvà lông (BOD khoảng 0,15 kg/tan LWK) Máng dẫn nước thải từ quá trình làm sạchlông chứa lông, máu và chất ban sau khi thu hồi lông (0,4 kg BOD/tan LWK) Lông

đài được thu hồi có thê được chôn như chat thải ran, rửa sạch và đóng kiện dé bán

(0,7 kg BOD/ tan LWK) hay nó có thể thủy phân bang nôi áp suất (1 kg BOD/tan

LWK).

+ Chat nhay va lớp vỏ ngoài của ruột Quá trình làm sạch chất nhay va rửasạch lớp ngoài của ruột đóng góp 0,6 kg BOD/tan LWK

+ Các thành phần không ăn được như lông, đầu, phối, dạ dày cũng có mặt

trong nước thải.

Đóng gói: công đoạn cắt và lóc xương tạo ra các mảnh vụn, máu, xương vàxương vụn Tổng tải lượng thải thô đối với nhà máy chế biến ước tính 5,7-6/7 kgBOD/tan sản phẩm Quá trình chế biến thịt tạo ra chất thải từ:

+ Máu, mô và chất béo đi vào công thải trong quá trình vệ sinh;+ Gia vị để chế biến chứa đường, chất béo Quá trình ngâm có thể tạo ra chấtthải clorua cao, chỉ 25% của dịch ngâm được giữ lại trong sản phẩm

+ Khoi và năng lượng tiêu thụ (góp phan vào ô nhiễm không khí)Quá trình tách các phan ăn được: cả quá trình tach ướt lẫn tách liên tục ở nhiệtđộ thấp cũng tao ra nước thải chứa chất béo và protein còn sót lại (2 kg BOD/tan

4 Trung nước sôi, cao lông | 0.15 |

| 0.4 || 0.7 |5 Mô bụng | 2.5 |

| 15-2 || 0.2 || 06-10 |

6 Xử ly ruột 0.6

HVTH Nguyén Dang Chinh 12

7 Tách 28 Vệ sinh chung 39 Khả năng thải ra: 249-254810 Đóng gói thịt 6

2.1.3 Thống kê, đánh giá các nguồn chất thái phát sinh trong quá trình hoạt

động của công ty Vissan:

Tính chất nước thải

Nước mua chảy trànCác hạng mục công trình đã được xây dựng hoàn chỉnh Cho nên, nước mưa

sẽ bị hạn chế tham xuống đất, đồng thời làm hạn chế khả năng gây xói mòn mặt đất

Nêu hạn chê tôi đa các nguôn thải có thê gây ô nhiém nước mưa (nước thải,rác thai, dau mỡ ), nước mưa tương đôi sạch sẽ được thu gom tách riêng và thải ramôi trường tiêp nhận.

Nước thai sinh hoatNước thải phát sinh trong quá trình sinh hoạt của công nhân viên trong công

ty Nước thải này chứa chủ yếu các chất cặn bã, các chất dinh dưỡng (N,P), các chấtrắn lơ lửng (SS), các chất hữu cơ (BOD, COD và các vi khuẩn), khi thải ra ngoàimôi trường nếu không được xử lí sẽ gây ô nhiễm nặng tới môi trường

Dựa vào số lượng nhân viên trong công ty trung bình là 1790 người/ngày vàlượng nước sử dụng trung bình là 143.2m”/ngày.đêm có thé tính được tải lượng vànông độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt

Vi vậy, công ty có biện pháp xử lý nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhậnvà hiện nay nước thải sinh hoạt tập trung vào hệ thống thu gom chung của nước thảisản xuất đưa vẻ hệ thống xử lý nước thải tập trung dé xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi

thải ra nguôn tiêp nhận.

Nước thải sản xuất: chủ yếu là các chất hữu cơ phát sinh từ quá trình lưu giữ, giếtmồ gia súc gia cầm, từ các thực phẩm hư hỏng nên các chỉ tiêu SS, BOD, COD

cao nên cân phải được xử lý trước khi thải ra môi trường.Do hệ thông xử lý nước thải là hệ thông chung nên sẽ gom tât cả các loại nướcthải nêu ở trên và xử lý nên có sự pha loãng nông độ giữa nước thải sinh hoạt, sảnxuât nên kết quả phân tích mau nước nghiên cứu có kết quả như sau:

Bang 2-2 Tính chất nước thai công ty giết mồ và chế biến thịt động vat

VISSAN

Chỉ tiêu Đơn vị Nông độpH 6-8COD mg/l 600-1500BOD5 mg/l 300-1200TSS mg/l 400-1000SS mg/l 50-400

Ty lệ COD/BOD phổ biến của nước thai sản giết mốlà 1,4-1,9 cho thấy nướcthải thích hợp với xử lý sinh học [8] Với xử lý sinh học hiếu khí gây khó khăntrong vận hành như các hiện tượng bùn noi, không xu lý được ở tải trọng hữu cocao, lượng sinh khối sinh ra lớn và chỉ phí vận hành cao [9] Hơn nữa, tỷ lệBOD:N:P khoảng 100:2,4:0,3 cho thấy xử lý k_ khí ở bước đầu sẽ hiệu quả hơn so

với xu lý hiêu khí đề làm giảm 6 nhiễm trong nước thai dau ra Nước thải sau quá

HVTH Nguyễn Đăng Chính 14

trình k_ khí sẽ tiếp tục được xử lý hiếu khí, sau đó là các công trình lắng, lọc, khửtrùng để loại bỏ chất hữu cơ lại.

2.1.3.1 Một số nghiên cứu xứ lý ky khí nước thải giết mồ gia súc và chế biến

Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB)

Nghiên cứu nước thai giết mồ trong đó có khoảng 50% thô không hòa tan lơlửng COD được thực hiện để đánh giá tính khả thí của UASB quá trình cho mộtgiai đoạn xử lý yém khí của nước thải lò mồ tồn đọng ,Theo các điều kiện tai tối ưucủa 11kgCOD/m’ ngay ( 30 ° C) và 7 kgCOD/m.ngày ( 20 ° C) việc chuyển đổiloại bỏ keo và vật liệu hòa tan vào khí methane đã lên đến 87% và 82% Tuy nhiên,hệ thống vẫn xử lý rất tốt trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hòa tan keo và lên đến

mức tải của 15 và 9 kg COD m -3 ngày -1 ở 30 ° C và 20 ° C,, tương ứng, mặc du

viéc chuyén đôi các loại bỏ chất hữu co thành khí metan giảm đáng ké [10]Bé phan ứng ki khí theo mẻ (ASBR)

Xử ly nước thải lò m6 bang bể phan ứng ki khí theo mẻ (ASBR): Tổng sốCOD đã giảm từ 90% đến 96% tại giá chất hữu cơ (OLRs) khác nhau, 2,07-4,93I1kgCOD/mỶ.ngày và thời gian lưu nước 2 ngày Hòa tan COD đã giảm hon 95% ởhầu hết các mẫu Trong giai đoạn khởi động, nông độ cao của các chất ran đã bị matở đầu ra, nhưng nếu đang hoạt động trạng thái ôn định, tại tải trọng trênI1kgCOD/m.ngày, duy trì sinh khối là đầy đủ va SS nước thải trung bình 364 mg /I

[11].

Anh hưởng cua hữu co, hat hữu co, va chan thủy lực tải trọng hòa tan vào cáclò phản ứngk_ khí hàng loạt trình tự xử lý nước thải lò m6 ở 20°C Bề phản ứng kikhí theo mẻ (ASBR) xử lý nước thải lò m6 6 20°C bị tác động cua chat hữu co hòa

tan , hữu co dang hat va shock tải trong Hữu co dang hat va shock tai trọng có tác

động nhỏ va tạm thời về nông độ SCOD va VFA dau ra , nhưng nông độ SS cao đãđược quan sát trong nước thải của các bể phản ứng bị quá tải nhất Tuy nhiên, chấtran mat trong thời gian xả nước thải không ảnh hưởng đáng ké hiệu suất của ASBRs, cd lễ vi nong độ bùn SS dé bay hơi chứa ban đầu cao (VSS) (21,9 +32 g/l) Việc

duy trì nồng độ VSS cao trong bề bùn sẽ ngăn chặn tác động bất lợi lâu dài của sựmat mát sinh khối trong quá trình sốc tải bất ngờ.|12]

Kết hợp xử lý ki khí (AF)va hiếu khí (SBR) [13]Một hệ thong ki khi/hiéu khí xử lý quy mô phòng thí nghiệm gồm bộ lọc kikhí (AF) cùng với bé phản ứng theo mẻ SBR dé xử lý nước thải giết m6 AF hoạtđộng với tải trọng hữu cơ (CV) 3,7-16,5 11kgCOD/m’ ngay và thời gian lưu nước(HRT) từ 16 đến 72 giờ Hiệu qua của loại bỏ nhu cầu oxy hóa học (COD ) là từ 50đến 81% và đã được chứng minh có liên quan nghịch với tải trọng hữu cơ Tốc độsản xuất của metan là 411 ml mỗi g COD loại bỏ Mặt khác , sự phân hủy của chathữu co (OM) bang một con đường hiếu khí trong SBR theo động học bậc nhất liênquan đến nông độ OM với 85% của OM còn lại từ AF đã bị loại trong vòng 6 giờsục khí, và hơn 95 % của tong số OM đã được xử lý tương tự COD trong vòng 9h.Các điều kiện điều trị tối ưu trong hệ thong nay da duoc tim thay tại OLR = 11,011kgCOD/m ngày va HRT = 24 giờ trong AF, trong khi SBR là hiệu qua nhất vào

lúc 9 h cua sục khí.

2.1.3.2 Những công nghệ xử lý nước thai san xuất giết mồ và chế biến thịt

dang được ứng dụng o Việt Nam

Theo kết quả của Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam nghiên cứuxử lý nước thải lò m6 gia súc, gia cầm tập trung băng kỹ thuật sinh học Nghiên cứu

thực hiện xây dựng các mô hình xử lý ở phòng thí nghiệm và đánh giá hiệu quả(heo Viện Công Nghệ Môi Trưởng):

Phương pháp đông keo tụ kết hợp xứ ly phospho.Phèn nhôm, phèn sắt (HD và PAC đều có hiệu quả loại bỏ SS cao (trên 90%).Tuy nhiên, xét về hiệu quả kinh tế (giá thành) phèn nhôm được ưu tiên sử dụng vớihàm lượng 500mg/L Đề tăng hiệu quả và giảm thời gian keo tụ, trợ keo tụ, A104phù hợp nhất với hàm lượng ~ 4mg/1 Phương pháp đông keo tụ cho phép xử lý tới

80% SS và khoảng 50% COD, hàm lượng phospho cũng giảm mạnh (95 - 97%).

Thí nghiệm xứ lý yếm khí-kỹ thuật ABR (Anaerobic Baffle Reactor)

HVTH Nguyễn Đăng Chính 16

Sau giai đoạn khởi động hệ ABR, hệ hoạt động ôn định ở nông độ COD đầu

vào là 1000 mgil hay ở tải lượng là 3kg COD/m3 ngay.

Hiệu quả xử lý COD của ABR rất cao trên 90% với tải lượng hữu cơ biến đổitừ 3 đến 8,8 kgCOD/m3.ngày Với tải lượng 8,8 kgCOD/m3 ngày, chưa có dấuhiệu suy giảm hiệu quả xử lý một cách đáng kê

Quá trình thủy phân xảy ra nhanh trong khoảng thời gian lưu ngắn Sau 2h,nông độ NH," sinh ra đã chiếm 60-70 % TKN Sự phân vùng chưa thé hiện rõ rệt

trong các thí nghiệm.

Thí nghiệm xứ lý hiếu khí - phương pháp bùn hoạt tính.Mặc dù, hiệu quả xử lý COD, tốc độ oxy hóa các hợp chất chứa nitơ khá tốt,nhưng sau một thời gian hoạt động, bùn dạng sợi phát triển rất mạnh tại bể sục khídẫn tới hệ thong không hoạt động được

Thí nghiệm xứ lý hiếu khí - thiếu khí.Bao gồm hai hệ: hệ thiếu khí - hiếu khí kết hợp (predenitrification- khử - oxyhóa kết hợp) và hệ hiếu khí - thiếu khí (postdenitrification- oxy hóa - khử kết hợp):

Các kết quả thí nghiệm được tiễn hành cho thấy, quy trình công nghệ khử kếthợp oxy hóa (predenitrification) có nhiều ưu điểm và có thé là một lựa chọn khi xâydựng quy trình công nghệ tổ hợp dé xử lý nước thải giết m6 Các thông số ô nhiễmcơ bản như COD và tổng nito đều dat tới tiêu chuẩn thải cho phép (TCVN 5945 -

2005 cột B).

Quy trình công nghệ oxy hóa - khử kết hợp (postdenitrification) không mangtính khả thi về kỹ thuật thấp với hai nguyên nhân chủ yếu là vi khuẩn dạng sợi pháttriển trong bể hiếu khí và thiếu hut chất hữu cơ trong giai đoạn khử nitrat

Xứ lý theo phương pháp SBR (Sequencing Batch Reactor)

Sử dụng nước thải sau đông keo tụ và sau yếm khí Quá trình vận hành thiết bịSBR không gặp phải hiện tượng tạo bọt như khi xử lý trực tiếp với nước thải sauđông keo tụ Tuy nhiên, hiệu quả khử nitrat vẫn chưa đủ cao do phần hữu cơ dễphân hủy sinh học đã bị oxy hóa gan như triệt dé ở giai đoạn oxy hóa Với nước thảisau đông keo tụ, do hàm lượng protein trong nước thải đầu vào lớn, dẫn tới hiện

tượng tạo bọt rất mạnh tại giai đoạn thôi khí Điều này khiến cho việc vận hành thiếtbị không thé thực hiện được ngay cả tại quy mô phòng thí nghiệm.

Xứ lý phospho

Các kết quả thí nghiệm cho thấy, phốt pho có thể được loại bởi cả 3 loại chấtkeo tụ với hiệu suất khá cao Tuy nhiên, phèn nhôm nên được lựa chọn vì có tínhkhả thi cả về khía cạnh kỹ thuật và kinh tế, hiệu quả xử lý phốt pho đạt 94% vớilượng phèn sử dụng là 500mg/I mà không can bước điều chỉnh pH

Nghiên cứu xử lý băng thủy thực vật

Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm:Sang lọc cây thí nghiệm

Kết quả thu được cho thấy:- Béo tây, chuối hoa và thủy trúc có khả năng hap thu tốt nhất.- _ Tốc sinh trưởng của bèo tây cao nhất

Lựa chọn nông độ thí nghiệm (đánh giá ngưỡng chịu tai)Thí nghiệm trên nước thải giết m6 sau yếm khí:

Bèo tây thé hiện kha năng hap thu tốt hơn và chống chịu tốt với hàm lượng 6nhiễm của nước thải sau yếm khí

Xây dựng hệ xứ lý yếm khi-hiéu khíDo tính chất dễ phân hủy của phần hữu cơ nên thời gian lưu thủy lực cần thiếtđể loại bỏ chất hữu cơ trong hệ hiếu khí chỉ cần 7h Tuy nhiên, thời gian lưu thủylực cần thiết để oxy hóa NH¿” là 12h Do đó, thời gian lưu thủy lực được lựa chọncho hệ thong hiểu khí là 12h Hệ hiéu khí vận hành với nước thải sau công đoạn xửlý yếm khí có tính ồn định cao, không thay xuất hiện vi khuẩn dang sợi trong hệ.2.2 TONG QUAN eVE BE PHAN UNG BUN HẠT GIAN NO (EGSB) VA

BUN HAT K_ KHÍ:2.2.1 Giới thiệu về bể phản ứng Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB)

Bé phản ứng UASB được Lettinga và cộng sự phát triển ở Hà Lan và cuối

những năm 1970 Bun hạt được báo cáo bởi Young và McCarty (1969) trong hệ

thống loc k_ khí và được quan sát ở Nam Phi trong suốt chuyến thăm của Lettinga

HVTH Nguyễn Đăng Chính 18

trước khi phát triển bể UASB dau tiên Tuy nhiên, bể UASB không được phát triểnở thời gian đó do thiếu hiểu biết và kinh nghiệm tạo bùn hạt BÉ UASB đầu tiênđược áp dụng cho một nha máy củ cải đường ở Hà Lan B6 UASB được áp dụngthành công ở quy mô pilot và có nhiều bể phan ứng UASB quy mô thực tế chonhiều loại nước thải công nghiệp sau đó.

Có vài bể UASB vào đầu những năm 1970 nhưng những bể phản ứng naykhông được chú ý vào thời gian đó Tuy nhiên, có vài loại bể phan ứng quy mô thựctế được vận hành trên khắp thế giới, đặc biệt là ở Châu Au, phía Nam châu Mi, phíaNam châu Á và Tây Nam châu Á Bên cạnh đó, trong một cuộc khảo sát có I215 bểphản ứng k khí tốc độ cao quy mô thực tế được vận hành trên khắp thế giới từnhững năm 1970 và hầu hết các bể phản ứng bao gồm UASB và EGSB Đa số nướcthải được áp dụng là nước thải ngành sản xuất bia, nước giải khát, sản xuất cồnrượu, lên men, công nghiệp thực phẩm, giấy và bột giấy Những loại nước thải nàychiếm khoảng 90% các ứng dụng

Quá trình UASB dựa vao sự chuyển động đi lên của nước thải thông qua lớpbùn hạtk_ khí BE UASB gồm 4 phan chính: lớp bùn hạt, vùng bùn lơ lửng, hệthống tách khí-răn và phan lang [14] Lớp bùn hạt ở đáy bể phan ứng [15] Vùng

1 Lop bùn hạt A Dòng vào

Me ce et oe.Sosa Boe 2 Vùng bun lolung 8B Dong ra

3 Bộ tách 3 pha C Dong khi ra

Hình 2-6: Mô hình bể UASBbùn lơ lửng gồm các hạt bùn phân tán xáo trộn với khí sinh ra trong bể phản ứng

Nước thải vào đáy bể va bi phân hủy ở lớp bùn hạt và vùng bùn lơ lửng Thiết bịtách khí phân tách khí và từ nước thải và bùn hạt có thể lắng được [16] Một số hạtbùn có thé vào phan lắng và vùng không hoạt hóa được hình thành, chúng có thélắng trở lại bể phản ứng hay bị rửa trôi ra khỏi mô hình [15] Vận tốc dòng chảyđiển hình là 0,5 — 1 m/giờ và thường có thé xử lý đến tải trọng 10 — 15 kg/m” ngay.Hơn nữa, không có thiết bị xáo trộn riêng biệt ngoài vận tốc dong nước và khí sinhra Bé phan ứng UASB thường khởi động với 10 — 30% bùn cấy so với thé tích hoạt

HVTH Nguyễn Đăng Chính 20

giãn nở, giảm tối thiểu vùng chết, tiếp xúc giữa nước thải và bùn tốt hơn dưới sựkhuấy trộn của thủy lực, do đó tăng cường hiệu qua xử lý và tính ôn định.

So với UASB, quá trình EGSB xử lý được nước thải với tải trọng cao, có thélén dén 42,3 kg/m? ngày) [17] Hơn nữa, EGSB có thể vận hành ở thời gian lưu nướcrất ngăn (>1,5 giờ) trong khi vẫn duy trì nồng độ bùn cao trong hệ thống [18] Béphản ứng EGSB đặc biệt thích hợp với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp và trungbình Nồng độ COD dòng vào thường trong khoảng thấp hơn 1000~2000 mg/L

Nhiều nghiên cứu cho thay EGSB có thé xử lý các chất độc trong khi UASBkhông thé phân hủy được do dòng tuần hoàn trong EGSB có tác dụng pha loãngnông độ đầu vào [19]

Đặc điểm nỗi bật nhất của bề EGSB là vận tốc dong chảy ngược cao Cac giớihạn vận tốc dâng của EGSB chưa được làm rõ, tại Caldic Europoort rằng với tốc độ15m/h bùn vẫn không bi rửa trôi ra từ lò phản ứng Do đó với đặc điểm thủy lực cóthé xây dựng các bể phan ứng cao và thanh mảnh Dòng tuần hoàn có thé tách chấtrắn lơ lửng nhỏ khỏi lớp bùn Quá trình EGSB là quá trìnhk_ khí được thiết kế cảithiện nâng cao tang bùn, nâng cao khả năng tiếp xúc giữa nước thải và bùn hoạttính Do đó, EGSB xử lý được nước thải với nồng độ chất rắn lơ lửng cao mà khôngbị giảm hiệu quả [20], do van tốc lang của các hat ran thap hơn vận tốc bề mặt củachất lỏng Trong khi đó dòng vào của UASB phải đảm bảo chất rắn lơ lửng thấp, vìchất rắn lơ lửng có thể thay thế cho lớp bùn trong hệ thống

Các bể phản ứng EGSB có ưu điểm là hoàn toàn khép kín và kết quả là hoantoàn kiểm soát mùi hôi phát thải Nó cũng là có thé dé vận hành lò phản ứng dướiáp lực (tới 1 bar) Bé phản ứng có thé được làm từ bê tông, sợi thủy tinh gia cốpolyester (GRP) hoặc thép (được sơn tráng hoặc không gi) Vì vậy, có nhiễu sự lựa

chọn vật liệu xây dựng và các phương pháp xây dựng cũng khác nhau (vuông, tròn).[20].

2.2.3 Quá trình phân huy ky khí

Quá trình thúy phan (Hydrolysis)

Muốn hấp thụ được các chất hữu cơ có trong nước thải, vi sinh vật phải thựchiện các công đoạn chuyển hoá các chất này Việc đầu tiên là phải thuy phân cácchất có phân tử lượng cao thành các polymer có phân tử lượng thấp và monomer Vìchỉ khi đó các chất này mới có khả năng được hấp thụ qua màng tế bảo vi sinh vật.Đề thực hiện quá trình thuỷ phân, các vi sinh vật này phải có hệ enzyme các loại

như proteinase, lipase, cellulose, Sau quá trình thủy phân, các polymer hữu cơ

(bao gồm carbonhydrate, lipid và protein) chuyển thành các đường, acid béo và cácamino acid [21] Quá trình thuỷ phan xảy ra khá chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tốcủa môi trường như nhiệt độ, pH, cau trúc của các chất hữu cơ cần phân giải

Quá trình acid hoá (Acidogenesis)Quá trình lên men và oxy hóak_ khí được thực hiện bởi nhóm các vi sinh vậtk khí hoặc tùy nghi như Clostridium, Bifidobacterium, Desulphovibrio,

Actinomyces, và Staphylocococcus Các sản pham của quá trình thủy phân bị lênmen tạo thành các acid béo dễ bay hơi (VFA), các acid hữu cơ khác, alcohol, CO,và H; [22] Sự hình thành các acid có thé làm giảm pH xuống 4,0 Những vi sinh vậtnày lak khí bắt buộc hoặck_ khí tùy nghỉ và tiêu thụ được nhiều cơ chất, thời giansinh trưởng ngắn Hoạt động của vi khuẩn acid hóa quá cao có thé dẫn đến thất bạicho bề phản ứng bởi vì các VFA va Hp ức chế các vi khuẩn khác có mặt trong bể

phản ứng.

Quá trình acetate hoá (Acetogenesis)

Những cơ chất trung gian được sinh ra được các vi khuẩn acetate hóa chuyểnthành acetate, formate, H; và CO> Các vi khuẩn này có tốc độ tăng trưởng chậm vàđòi hỏi phải loại bỏ các điện tử như H, trong môi trường Do đó, chúng rất nhạycảm với Hạ và chỉ tăng trưởng ở áp suất riêng phần của H; dưới 107 atm

Trong giai đoạn này, acetate cũng được sinh ra do các vi khuẩn acetate hóakhác do sự chuyển hóa các bicarbonate hoặc phân hủy carbonhydrate, sử dụng H;và CO, [23] Một số loài khác cũng có thé cung cấp Hạ cho các vi khuan methanhóa băng cách chuyển hóa H; qua lại, trong khi đó Acetobacterium woodi có théphân hủy các hợp chất vòng thơm Mặc dù các vi khuẩn acetate hóa khác ít hơn các

HVTH Nguyễn Đăng Chính 22

vi khuẩn tiêu thụ H; dưới điều kiện thường, chúng rất quan trọng trong việc duy trìáp suất riêng phần H> thấp dưới điều kiện ức chế quá trình methane hóa.

Quá trình methane hoá (Methanogenesis)

Các nhóm vi khuẩn methane hóa khác nhau sinh ra khí sinh học chứa CH, vaCO; Các khí không hòa tan này phải được giải phóng khỏi hệ thống để tránh sựtích tụ gây ức chế bể phan ứng [24] Khoảng 72% khí CH, được sinh ra khi acetateđược phân hủy bởi các vi khuẩn methane hóa sử dụng acetate, thuộc loài

Methanosarcina và Methanoseata (còn gọi là Methanothrix), như phương trình sau[25]:

CH3COOH > CH, + CO, AG = -31,0 kJ [21]

Phần còn lại của khí được sinh ra bởi các vi khuẩn methane hóa sử dụng H;,

chúng sử dụng H; và CO, như phương trình dưới day [25]:

4H; + CO; > CH, + 2H;O AG = -135,6 kJ [21]

Tất cả các vi khuân methane hóa đều là vi khuẩn k khí nghiêm ngặt va đòihỏi điện thế oxy hóa — khử tối thiểu là -300 mV để tăng trưởng Giai đoạn này cũnglà giai đoạn giới hạn tốc độ của quá trình phân hủy k khí bởi vì các vi khuẩnmethane hóa tăng trưởng chậm hơn so với các loại khác Chúng cũng rất nhạy cảmvới pH < 6 và pH > 7,5 và bị ức chế bởi các VFA Hơn nữa, tất cả các loài có thétăng trưởng tự dưỡng dựa vào H; và CO; như nguồn C duy nhất để sinh ra CHạ,trong khi một số ít loài có thé sử dung formate và Methanosarcina barkeri là loàiưu thế trong bể phản ứng k_ khí, có thé sử dụng acetate Các vi khuân methane hóacó ai lực lớn với H;, do đó trong thành phan khi sinh ra thuong bao gồm 60 — 65%

CH¿, 30 — 35% CO; và một lượng nhỏ Hạ, HạS, Na và nước.

Các vi khuân phân hủy nitrate va sulfate cũng phát triển trong bếk khí, phânhủy NOx và SO,” thành NH," va S” [23] Trong suốt những quá trình nay, sự oxy

hóa alcohol, butyric acid va propionic acid thành acetate và CO, cũng như sự oxy

hóa formatae, acetate và H; cũng xảy ra Sự phân hủy nitrate có thé ảnh hưởng tớidong C và điện tử, thành phan khí và sự cạnh tranh của các vi khuẩn [26]

2.2.3.1 Các yếu tố vận hành hiệu qua

Nhiệt độ

Sự phân hủy k khí có thé xảy ra ở nhiệt độ dao động từ nhiệt độ ưa lạnh(+10°C) đến nhiệt độ thermophilic (80°C) Nói chung các bể phản ứng k khíthường vận hành ở nhiệt độ ấm (30 — 40°C) hay nhiệt độ thermophilic trung bình55°C [27] Nhiệt độ nam ngoài khoảng thích hợp có ảnh hưởng xấu tới hoạt tính của

vi sinh vatpH

Quá trình k khí thường được vận hành ở pH trung hòa (6,5 -7,6) [16] Nôngđộ VFA cao hơn 400 mg/L, độ acid ức chế các vi sinh vật sinh methane hơn là visinh vật acid hóa [21, 28] Do do, các vi sinh vật acid hóa dé dàng thích nghỉ và tiếptục sinh ra VFA tích lũy trong hệ thống, nếu không được kiểm soát nồng độ VFA sẽtiếp tục tăng lên trong khi pH tiếp tục giảm, dẫn đến hệ thống thất bại Sự 6n định

của mô hình khi tỷ lệ acid propionic và acid acetic lớn hon 1,4 [29].

Độ kiềmĐộ kiềm thích hợp (1000 — 3000 mg/L) cần duy trì như chất đệm ngăn can sựthay đối pH đột ngột Sự giảm độ kiềm dưới khoảng thông thường thường là dấuhiệu của quá trình thất bai va theo sau đó là sự thay đổi pH Sự thay đổi đáng kểphải được điều chỉnh bang cách thêm hóa chất hay thay đổi điều kiện vận hành Déquá trình 6n định và duy trì tính đệm tốt, ty lệ VFA/Độ kiểm nên dao động từ 0,1 —

0,2 [30].Đặc tính nước thải

Các vi sinh vat k khí sử dung carbohydrate, lipid, protein va các hợp chấtvòng thơm trong nước thải [31] Do đó, tính chất nước thải có ảnh hưởng đến tảitrọng của bề phản ứng [32] Tải trọng thấp và quá cao đều ảnh hưởng đến bể phanứng vì tải trọng thấp có thé tác động xấu tới khả năng lang của bùn hạt và tai trọngquá cao gây ra mat cân băng và ảnh hưởng đến các vi sinh vật methane hóa sinhtrưởng chậm [15, 21] Đối với bê UASB, Sharrma và Singh (2001) [33] và Moletta(2005) [22] báo cáo rang OLR trung bình dé xử lý nước thai sản xuất côn nên trongkhoảng 5 — 15 kgCOD/m”.ngày

HVTH Nguyễn Đăng Chính 24

Ngoài ra nước thải phải được cân bằng dinh dưỡng đảm bảo cho sự phân hủyk khí Do đó, sự có mặt của các chất dinh dưỡng là cần thiết cho phát triển của visinh vật Nước thải phải chứa tương đối lớn các dinh dưỡng đa lượng như N vàPO, và một lượng nhỏ các dinh dưỡng đa lượng hay các thành phần vết, như Fe**,Co”, Ni* S*, MoTM*, KT, Ca**, Mg**, Zn**, Mn** và Cu’* [16].

Hon nữa các vi khuẩn methane hóa là vi khuânk_ khí nghiêm ngặt, sự có mặtcủa O, phải được loại bỏ Ngoài ra, các vi khuẩn k_ khí, đặc biệt là các vi khuẩnsinh methane còn rất nhạy cảm với các chất độc như: formaldehyde, phenolic, VFA,cac acid béo mach dai, kim loai nang, S*,NO3, [15, 34]

Thời gian lưu

Thời gian lưu bùn cao thường làm tăng hiệu quả loại bỏ, giảm thé tích bể phảnứng, cho phép thích nghỉ sinh học với các chất độc, cho khả năng đệm dé chống lạisốc tải và các hợp chất độc

Thời gian lưu nước phải đủ dài dé dam bao quá trìnhk_ khí thích hợp xảy ra.2.2.3.2 Sự ứng dụng và phát triển của EGSB

Quá trình EGSB là công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học k

khí, được phát minh vào những năm 1983 bởi giáo sư Lettinga và cộng sự Công

nghệ EGSB không còn mới với thé giới , tuy nhiên tại Việt Nam công nghệ này cònrất mới lạ và chưa được nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế Riêng về công nghệEGSB có sử dụng giá thể PVA thì có 2 nghiên cứu trước đây của trường Đại HọcBách Khoa TPHCM đã nghiên cứu, đối tượng là nước thải thuỷ sản và nước thảisản xuất cồn Đây là những loại nước thải có nồng độ COD cao Những nghiên cứunày cho thầy sử dụng giá thể kị khí cho hiệu quả xử lý cao hơn so với mô hình

EGSB thông thường.

Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng EGSB trong xử lýnước thải Tuy nhiên vẫn chưa có nghiên cứu nao về việc kết hop EGSB và giá thémang PVA Một số nghiên cứu về EGSB và xử lý nước thải bằng phương pháp sinh

học như sau:

Somasiri Wijetunga, Xiu-Fen Li, Chen Jian (2010) Effect of organic load ondecolourization of textile wastewater containing acid dyes in upflow anaerobicsludge blanket reactor Journal of Hazardous Materials 177 (2010) 792-798 Trong

nghiên cứu nay, tác gia sử dụng nước thai dệt nhuộm nhân tạo bang cách thêm cácthuốc nhuộm thường sử dụng trong dệt nhuộm và Glucose để tạo chất nền COD.COD được thay đối từ nồng độ 1000-3000mg/l, nồng độ thuốc nhuộm thay đổi từ10-300mg/I Kết quả là hiệu quả khử màu đạt 85% ở tất cả các nồng độ thuốcnhuộm không ảnh hưởng nông độ cơ chat Các giá trị độ kiểm, VFA_ và tỉ lệ củachúng thé hiện sự 6n định của hệ thống ki khí

George R Zoutberg and Rob Frankin, (1996) Anaerobic treatment ofchemical and brewery waste water with a new type of anaerobic reactor; the BiobedEGSB reactor Water Science and Technology, Volume 34, pages 375-381 Trong

nghiên cứu nay, bể phan ứng EGSB quy mô thực tế được sử dung dé xử lý nướcthải công nghiệp hóa chất và công nghiệp bia Nước thải từ nhà máy hóa chất cónông độ rất cao formadehyde 5 g/L và methanol đến 10 g/L Hiệu quả loại bỏ đạtđược đối với cả hai hợp chất là trên 99% Đối với nhà máy bia, bê EGSB có vai trògiảm tải trọng COD đầu vào, giảm lượng bùn sinh ra, giảm năng lượng tiêu thụ chocông trình xử lý hiếu khí phía sau

Zhange Wenjie et al., (2008) PVA-gel beads enhance granule formation In aUASB reactor Bioresource Technology, Volume 99, pages 8400-8405 Trong

nghiên cứu này, bể phan ứng UASB quy mô phòng thi nghiệm xử lý nước thải tonghợp chứa nước ngâm ngũ cốc , sử dụng PVA-gel để tăng cường sự tạo thành bùnhạt Với hơn 117 ngày vận hành, tải trọng hữu cơ tăng đến 22,5 kgCOD/m3/ngàyvới nông độ COD dau vao khoảng 10,8 g/L, thời gian lưu nước 12 giờ Hiệu quảloại bỏ COD đạt được trên 87% Trước khi kết thúc nghiên cứu, PVA-gel có màuđen và có sự hình thành bùn hạt cao hơn nhiều so với bùn hạt tự nhiên không sửdụng PVA làm hạt nhân Bùn hạt PVA gel có vận tốc lắng trung bình là 200 m/h (5cm/s) và lượng sinh khối là 0,93 g VSS/g PVA-gel Thời gian cần thiết dé tạo thành

HVTH Nguyễn Đăng Chính 26

bùn hạt PVA-gel ngắn hơn sự tạo thành bùn hạt thông thường dưới những điều kiện

thí nghiệm trong nghiên cứu này.Nunez, L.A.and Martinez, B (1999) Anaerobic Treatment of SlaughterhouseWastewater in an Expended Granular Sludge Bed (EGSB) Reactor Water Sci.

Technol., 40, 99 2.5.2.1 Kết qua nghiên cứu nay chỉ ra rằng hiệu quả loại bỏ COD,TSS và các chất béo đạt 67, 90 và 85% tương ứng cho mỗi loại ô nhiễm trên Trongphản ứng không có sự tích tụ các chất béo Quá trình nghiên cứu khả năng xử lý axitanthranilic cho thay, khả năng loại bỏ axit này được nghỉ nhận khi tốc độ dòng chảy

ngược dưới Šm/g!ờ.Chu et al., (2005) Anaerobic treatment of domestic wastewater in amembrane-coupled expended granular sludge bed (EGSB) reactor under moderateto low temperature Process Biochemistry, vol 40, 2005, pp 1063-1070 Day la

phương pháp kết hợp mới nhằm kết hợp các ưu thé của từng chu trình Nghiên cứucho thấy lớp cặn bám trên bề mặt màng là vẫn đề lớn của quá trình mảng vì nó cókhả năng làm tăng trở lực màng Hiệu quả loại bỏ COD phụ thuộc vào vận tốc dòng

đi lên.

2.2.4 Lý thuyết bùn hạt ky khíSự ứng dụng thành công công nghệk_ khí đòi hỏi thời gian lưu của sinh khốitrong hệ thống cao, có thể băng cách cố định vi sinh vật trên giá thé tro như trongquá trình loc k khí [35] hay sự tự cố định của vi sinh vật thành dạng hạt Bùn hạtk khí lần đầu tiên được phát hiện bởi hai nhóm tác giả Young và Mc Carty và

Dorr; Oliver năm 1979 [36] Ngoài ra tại Ha Lan, bun hạt đã được nghiên cứu ứngdụng trong mô hình pilot tại phòng thí nghiệm đại hoc Wageningen cua Lettinganăm 1976.

Bùn hạt được xem là một sinh khối có một số đặc tính xác định Các đặc tínhcủa bùn hạt được nêu lên bởi bao gồm: vận tốc lang cao, có một độ bên cơ hoc nhấtđịnh, hoạt tính tạo khí methan và hoạt tính khử sunfate cao Về phương diện vi sinh

hoc, bùn hạt bao gồm một hệ vi sinh vật cân bằng, nó bao gồm tất cả các loài vikhuẩn cần thiết cho quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải.

Về mặt hình thái hoc, bùn hat được mô tả là một hạt ran có kích thước tươngđối lớn (d > 0.5 mm) với một bề mặt rõ ràng Cùng với mật độ tương đối cao, hìnhthái học ôn định, bùn hạt có khả năng lang rất tốt Trai ngược với các dạng sinhkhối 6n định khác, các phan tử vật chat mang tinh tro không những đóng vai trò hếtsức cân thiết trong sự hình thành bùn hat k khí mà còn là một trong những yếu tôrat quan trọng có liên quan đến khả năng ôn định của chúng

Sự hình thành bùn hạt trong thực tế là một quá trình tự nhiên Hiện tượng nàythường xuất hiện trong tất cả các hệ thống xử lý nước thải dùng công nghệ sinh họcđáp ứng được những điều kiện cơ bản Một trong những lý thuyết để giải thích quátrình tạo hạt của bùn là lý thuyết “spaghetti”, trong đó vi sinh vật dạng sợi đan xenvào nhau tạo thành một viên nắm (viên spaghetti) Các viên ban đầu này có thé hìnhthành một bề mặt lôi kéo các vi sinh vật khác tham gia vào quá trình phân huỷ k

Hình 2-8: Lý thuyết spaghetti trong việc tạo thành bùn hạt [37]I: Các vi khuẩn methan khác nhau II: Dan chéo nhau tạo thành bôngII: Tạo thành viên spaghetti IV: các vi khuẩn k khí gan lên bề mặt viên

spaghetti và tạo thành bùn hat

HVTH Nguyễn Đăng Chính 28