Tiểu luận công nghệ xử lý nước thải nhà máy đường words

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH MÍA ĐƯỜNG2CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM NHÀ MÁY ĐƯỜNG3CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG51.Sơ đồ quy trình xử lý nước thải3.62.Thuyết minh quy trình:73.Hệ vi sinh vật xử lý nước thải73.1 Hệ vi sinh vật kị khí (bể UASB):8Quá trình tạo hạt bùn:83.2 Hệ vi sinh vật hiếu khí10Tài liệu tham khảo17

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH MÍA ĐƯỜNG 2

CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM NHÀ MÁY ĐƯỜNG 3

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG 5

1 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải[3] 6

2 Thuyết minh quy trình: 7

3 Hệ vi sinh vật xử lý nước thải 7

3.1 Hệ vi sinh vật kị khí (bể UASB): 8

Quá trình tạo hạt bùn: 8

3.2 Hệ vi sinh vật hiếu khí 10

Tài liệu tham khảo 17

CH ƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH MÍA ĐƯỜNG NG 1: T NG QUAN V NGÀNH MÍA Đ ỔNG QUAN VỀ NGÀNH MÍA ĐƯỜNG Ề NGÀNH MÍA ĐƯỜNG ƯỜNG NG

Ngành công nghiệp mía đường là một trong những ngành công nghiệp chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta Trong năm 1998, cả nước đã sản xuất được 700.000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước Trước năm 1990, hầu hết trang thiết bị, máy móc, dây chuyền công nghệ trong các nhà máy đường đều cũ kỷ, lạc hậu, trình độ và chất lượng sản phẩm còn thấp Trong những năm gần đây, do sự đầu tư công nghệ và thiết bị hiện đại, các nhà máy đường đã không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, nước thải của ngành công nghiệp mía đường luôn chứa một lương lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon, nitơ, phốtpho Các chất này dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi thối làm ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận Phần lớn chất rắn lơ lửng có trong nước thải ngành công nghiệp đường ở dạng vô cơ Khi thải ra môi trường tự nhiên, các chất này có khả năng lắng và tạo thành một lớp dày ở đáy nguồn nước, phá hủy hệ sinh vật làm thức ăn cho cá Lớp bùn lắng này còn chứa các chất hữu cơ có thể làm cạn kiệt oxy trong nước và tạo ra các lọai khí như H 2S, CO 2, CH 4 Ngoài ra, trong nước thải còn chứa một lượng đường khá lớn gây ô nhiễm nguồn nước Chính vì tầm quan trọng của công tác bảo vệ môi trường,

đề tài về xử lý nước thải ngành công nghiệp mía đường mang tính thực tế Đề tài sẽ góp phần đưa ra các quy trình xử lý chung cho loại nước thải này, giúp các nhà máy có thể tự xử lý trước khi xả ra cống thóat chung, nhằm thực hiện tốt những quy định về môi trường của nhà nước [1]

CH ƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH MÍA ĐƯỜNG NG 2: HI N TR NG Ô NHI M NHÀ MÁY Đ ỆN TRẠNG Ô NHIỄM NHÀ MÁY ĐƯỜNG ẠNG Ô NHIỄM NHÀ MÁY ĐƯỜNG ỄM NHÀ MÁY ĐƯỜNG ƯỜNG NG

Đường có trong nước thải chủ yếu là đường sucroza và các loại đường khử như glocose

và fructoze, trong đó:

Các loại đường này dễ phân hủy trong nước Chúng có khả năng gây kiệt oxy trong nước, làm ảnh hưởng đến hoạt động của quần thể vi sinhvật nước

Theo điều tra cho thấy nước thải sản xuất đường có pH biến động lớn (nước thải khâu lọc có pH = 9.5), hàm lượng BOD5 và COD rất cao (BOD5: 300-2000mg/l; COD: 600- 4350mg/l), hàm lượng cặn tổng số lên đến 870 -3.500mg/l- Nước thải từ khu ép mía: BOD cao, có chứa nhiều dầu mỡ

Nước thải của các nhà máy sản xuất mía thường được phân thành các loại sau:

- Nước thải loại 1:

Là nước thải từ các cột ngưng tụ tạo chân không của các thiết bị (bốc hơi, nấu đường, )

Đây là loại nước thải bị ô nhiễm rất nhẹ, thường có trị số BOD5 thấp (20-25mg/l),

SS = 30-50 mg/l, COD = 50-60 mg/l Lưu lượng nước thải loại này thường từ 0,97-1,2m3/ tấn mía

- Nước thải loại 2

Là nước thải từ các nguồn nước làm nguội máy, thiết bị trong dây chuyền sản xuất của nhà máy

Theo nguồn nhiễm bẩn, nước thải loại 2 bao gồm nước làm nguội dầu (nhiễm bẩn dầu nhớt), nước làm nguội đường (nhiễm bẩn đường) do không tránh khỏi được những

dò rỉ nhất định, nước lam nguội máy, thiết bị khi thải ra sẽ bị nhiễm bẩn ( dầu mỡ, đường ) giá trị BOD5 thường dao động từ 200-400mg/l

Lưu lượng của loại nước thải này thường nhỏ khoảng 0.25m3/ tấn mía

Gồm tất cả các nguồn nước thải còn lại như nước rủa vệ sinh ở các khu vực trong nhà máy: nước xả đáy nồi hơi, nước thải phòng TN, nước rò rỉ đường ống, nước thải lọc vải, vệ sinh máy móc thiết bị Nước thải loại 3 có độ ô nhiễm rất cao, BOD5 = 1200-1700mg/l, COD thông thường khoảng 2200mg/l, PH < 5.0, SS=780-900, ngoài ra còn có dầu mỡ, màu, mùi

Lưu lượng nước thải loại 3 thường bằng 50% tổng lượng nước thải trong nhà máy

và dao động trong khoảng từ 0,99-1,3m3/ tấn mía

❖Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vô cơ Nước rửa mía cây chủ yếu chứa các hợp chất

vô cơ Trong điều kiện công nghệ bình thường, nước làm nguội, rửa than và nước thải

từ các quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng không đáng kể

❖Chỉ có một phần than hoạt tính bị thất thoát theo nước, một ít bột trợ lọc, vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơ lửng trong nước Nhưng trong điều kiện các thiết bị lạc hậu, bị rò rỉ thì hàm lượng các chất rắn huyền phù trong nước thải có thể tăng cao Các chất thải của nhà máy đường làm cho nước thải có tính axit Trong trường hợp

❖Ngoài các chất đã nói trên, trong nước thải nhà máy đường còn thất thoát lượng đường khá lớn, gây thiệt hại đáng kể cho nhà máy Ngoài ra còn có các chất màu anion

và cation (chất màu của các axit hữu cơ, muối kim loại tạo thành) do việc xả rửa liên tục các cột tẩy màu resin và các chất không đường dạng hữu cơ (các axit hữu cơ), dạng

Các nhóm khuẩn nêu trên đều hô hấp hiếu khí, sử dụng oxy để oxy hóa các chất Gluxit,

quá trình sống của chúng, cho nên quá trình oxy hoá kèm theo sự tạo thành sinh khối vi sinh vật gọi là bùn hoạt tính

Trong bài này, chúng tôi tập trung xử lý nước thải loại 3 vì mức độ ô nhiễm của nước thải này cao, chi phối, ảnh hưởng đến toàn bộ nước thải của nhà máy Nước thải loại này chủ yếu từ khu sản xuất, sinh hoạt của nhà máy [2]

CH ƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH MÍA ĐƯỜNG NG 3: QUY TRÌNH X LÝ N Ử LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG ƯỚC THẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG C TH I NHÀ MÁY Đ ẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG ƯỜNG NG

Hiện nay, đã có nhiều phương pháp để xử lý nước thải như vật lý, hóa học, sinh học, so với 2 phương pháp còn lại thì phương pháp sinh học được mọi người chú ý hơn

cả Biện pháp sinh học sử dụng đặc điểm quý của vi sinh vật, đặc điểm đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất là khả năng đồng hóa được rất nhiều nguồn cơ chất khác nhau của vi sinh vật từ tinh bột, cellulose, cả nguồn dầu mỏ và đẫ xuất của nó đến các hợp chất cao phân tử như protein, lipit,….Thực chất của phương pháp này là nhờ vào hoạt động sống của vi sinh vật để biến đổi các hợp chất hữu cơ cao phân tử có trong nước thải thành các hợp chất đơn giản hơn

Những phương pháp xử lý sinh học chủ yếu: Xử lý hiếu khí, kị khí và kết hợp

hiếu-kị khí

Chúng tôi lựa chọn kết hợp 2 phương pháp hiếu khí- kị khí cho quy trình xử lý nước thải tính ưu việt của chúng, phương pháp kết hợp này có những ưu, nhược điểm sau:

- Có thể xử lý được nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao và có khả năng phân huỷ được các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn, phức tạp ở kị khí

và xử lý triệt để nước thải còn lại ở bể hiếu khí

- Lượng bùn dư sinh ra ít

- Sản phấm của quá trình xử lý yếm khí là khí sinh học (Biogas) thành phần

- Thời gian lưu của nước thải trong thiết bị lâu ở xử lý kị khí, nên chi phí ban đầu cho xây dựng cơ bản khá cao

- Thời gian ổn định công nghệ dài

- Quy trình vận hành tương đối phức tạp

- Nếu thiết bị hở khí thoát ra gây ô nhiễm môi trường không khí

Quy trình xử lý nước thải

1 S đ quy trình x lý n ơ đồ quy trình xử lý nước thải[3] ồ quy trình xử lý nước thải[3] ử lý nước thải[3] ước thải[3] c th i[3] ải[3].

Bể điều hòa

Bể UASB

Bể AEROTANK

Xả ra ngoài

Bùn

Phân vi sinh

Song chắn rác Nước thải

Bể lắng

2 Thuy t minh quy trình: ết minh quy trình:

Nước thải ra từ khu sản xuất, sinh hoạt được đưa qua song chắn rác để loại bỏ các rác bẩn thô

Sau khi được xử lý sơ bộ nước thải được đưa qua bể điều hòa nhằm ổn định lưu lượng, nồng độ và pH của nước thải khu nước thải sinh hoạt, tránh cặn lắng và làm thoáng sơ bộ, qua đó oxy hóa một phần chất hữu cơ, làm tăng hiệu quả xử lý nước thải của các công trình sau, tạo chế độ làm việc ổn định và liên tục cho các công trình xử lý, tránh hiện tượng hệ thống xử lý bị quá tải

Sau đó, nó được chuyển đến bể UASB ở đây nước thải sẽ được xử lý nhờ vi khuẩn

kị khí Về nguyên lý, nước thải đi từ dưới lên qua một lớp bùn kị khí, quá trình xử lý nước thải xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với lớp bùn hạt Khí sinh

ra trong điều kiện kỵ khí chủ yếu là khí CH4 và CO2, một ít sinh khối mới và một vài tạp chất khác Sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính vào các hạt bùn và cùng với khí

tự do nổi lên trên mặt bể Tại đây quá trình tách pha khí, lỏng, rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha Khí theo ống dẩn tới buồng hấp thu chứa NaOH 5-10% Bùn sau khi tách bọt khí lại lắng xuống Nước thải theo màng tràng răng cưa đến bể xử lý Aerotank tiếp theo

Tại đây các chất hữu cơ có trong nước thải được phân hủy bằng các vi khuẩn hiếu khí tồn tại ở dạng lơ lửng với mật độ cao (bùn hoạt tính) trong điều kiện sục khí

Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ phải luôn cung cấp đầy đủ không khí cho bể aerotank hoạt động Hệ thống hai máy thổi khí và các hệ thống phân tán khí được sử dụng để cung cấp ôxy cho quá trình xử lý hiếu khí Lượng ôxy đưa vào trong quá trình

xử lý hiếu khí phụ thuộc vào lượng ôxy hòa tan trong nước (DO).VSV phân giải và hấp thụ chất hữu cơ tạo sinh khối và kết tụ lại lắng xuống đáy bể.Phần nước phía trên tiếp

tục chảy qua bể lắng Do VSV tăng sinh rất nhanh nên phần bùn dư được hút định kỳ.

Bể lắng

Ở bể lắng toàn bộ nước cặn từ bể lọc sinh học, bao gồm cặn và màng vi sinh vật, nước thải sau đó thải ra nguồn, còn bùn từ bể lắng sẽ được bơm đưa về bể hiếu khí hoặc được xử lý để làm phân bón

3 H vi sinh v t x lý n ệ vi sinh vật xử lý nước thải ật xử lý nước thải ử lý nước thải[3] ước thải[3] c th i ải[3].

3.1 H vi sinh v t k khí (b UASB): ệ vi sinh vật xử lý nước thải ật xử lý nước thải ị khí (bể UASB): ể UASB):

- Ở trong bể này chủ yếu sử dụng vi sinh vật kị khí nhằm xử lý nước thải có nồng

độ chất thải cao

Phương pháp này được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng BOD và hàm lượng cặn lơ lửng lớn (BOD > 1800 mg/1, ss > 300 - 400 mg/1), dựa vào các quá trình chuyến hoá các chất hữu cơ của vi sinh vật hô hấp yếm khí hoặc tuỳ tiện [4]

- Về nguyên tắc, quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí phải thu nhận được 3 thành phần sau xử lý: bùn thải, nước đã qua xử lý và khí sinh học

Lý thuyêt spaghetti trong việc tạo thành bùn hạt:

- Sự hình thành bùn hạt trong thực tế là một quá trình tự nhiên Hiện tượng này thường xuất hiện trong tất cả các hệ thống xử lý nước thải dùng công nghệ sinh học đáp ứng được những điều kiện cơ bản

- Một trong những lý thuyết để giải thích quá trình tạo hạt của bùn là lý thuyết “spaghetti”, trong đó vi sinh vật dạng sợi đan xen vào nhau tạo thành một viên nấm (viên spaghetti)

- Các viên ban đầu này có thể hình thành một bề mặt lôi kéo các vi sinh vật khác tham gia vào quá trình phân huỷ và hình thành bùn hạt

Quá trình t o h t bùn: ạo hạt bùn: ạo hạt bùn:

- Trong nước thải có các hạt chất rắn lơ lửng khó lắng, các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào và phát triển thành các hạt bông cặn

- Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng ở trong nước và lớn dần lên do hấp phụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật,

nguyên sinh vật và các chất độc

- Những hạt bông này khi ngừng thổi khí hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dinh dưỡng cho vi sinh vật trong nước cạn kiệt sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ thành bùn [5]

- Qúa trình xử lý chất thải của vi sinh vât kị khí trong bể diễn ra 3 giai đoạn chính:

a Giai đoạn thủy phân và lên men:

- Giai đoạn này được thực hiện trong những điều kiện khác nhau: ẩm hay nóng,

kị khí hoàn toàn, không hoàn toàn

- Giai đoạn này thực hiện việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các acid béo dễ bay hơi (đặc biệt là acid acetic), các chất khí (CO2, H2) và amoniac

- Thời gian sinh trưởng của các vi khuân ở giai đoạn này ngắn hơn so với các giai đoạn khác

- Giai đoạn này được gọi là “pha hóa nước” hay “pha axit hóa” Gọi là hóa nước có nghĩa là nó thủy phân các vật chất hữu cơ phức tạp đế có sản phấm bùn lỏng

- Các vi khuẩn trong hệ sinh vật thực hiện quá trình này: E.coli, B.subtilus, …

E.coli

b Giai đọan aceton:

- Đây là giai đoạn đặc biệt với các vi khuẩn được gọi là “khử bắt buộc proton” hoặc “vi khuẩn sản sinh đòi hỏi hydro” Sản phẩm của giai đoạn này là acetat

c Giai đoạn tạo methane (lên men metan)

- Người ta tìm thấy 2 nhóm có khả năng thực hiện 2 phản ứng đặc trưng bởi hô hấp kị khí

> Nhóm thứ nhất gọi là acetoclastes, tạo metan từ phân hóa acid acetic

CH3COOH ► CH4 + CO2

- Phản ứng này rất chậm và rất ít năng lượng Khoảng 70% metan được sản xuất ra từ phản ứng này

> Nhóm thứ hai gọi là hydrogenophiles, suy giảm CO2, tạo metan

Phản ứng này nhiều năng lượng hơn và xảy ra nhanh hơn phản ứng trên [6]

3.2 H vi sinh v t hi u khí ệ vi sinh vật xử lý nước thải ật xử lý nước thải ết minh quy trình:

Phương pháp xử lý hiếu khí sử dụng các vi sinh vật hô hấp hiếu khí hoặc tuỳ tiện đế phân giải các hợp chất hữu cơ có trong nước thải

Phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp (BOD < 1000 mg/1)

Quá trình oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải xảy ra bên trong tế bào vi sinh vật, dưới tác dụng của các enzyme nội bào các chất hữu cơ được chuyển hoá phục vụ cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Cơ chế của quá trình oxy hoá các chất hũu cơ bao gồm các giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: Giai đoạn khuếch tán, các chất ô nhiễm trong nước thải di chuyển tới bề mặt tế bào vi sinh vật do sự khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử Tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào quá trình tải khuếch tán và trạng thái thuỷ động của môi trường

- Giai đoạn 2: Do có sự chênh lệch nồng độ của các chất trong và ngoài tế bào, nên các chất ô nhiễm trên bề mặt tế bào vi sinh vật sẽ di chuyển qua màng bán thấm nhờ quá trình khuếch tán của các chất Giai đoạn này có thể có một số chất không khuyếch tán qua màng tế bào được do kích thước phân tủ' lớn hoặc tồn tại dưới dạng dễ tan, có phân tử lượng nhỏ hơn dễ khuếch tán hơn có thể đi vào

tế bào vi sinh vật được

- Giai đoạn 3: Giai đoạn này xảy ra quá trình chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật đồng thời sản sinh ra năng lượng phục vụ quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

- Các giai đoạn trên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hoá trong tế bào vi sinh vật đóng vai trò quyết định đến mức độ và hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí

- Dưới tác dụng của vi sinh vật hô hấp hiếu khí hoặc tuỳ tiện, các chất ô nhiễm sẽ được chuyển hoá:

- Các quá trình bao gồm:

+ Qúa trình oxy hóa chất hữu cơ: (đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào) CxHyOzN + O2 vsv CO2 + NH3 + H2O + Q (1)

+ Qúa trình tổng hợp tế bào: (tổng hợp xây dựng tế bào)

CxHyOz + NH3 + O2 vsv C5H7NO2 + CO2 + H2O + Q (2)

(C5H7NO2: Công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh vật)

+ Qúa trình oxy hóa nội bào (tự oxy hóa): nếu tiếp tục tiến hành QT oxy hóa thì khi không đủ chất dinh dưỡng, Qúa trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra qúa trình tự oxy hóa:

C5H7NO2 + O2 vsv CO2 + NH3 +H2O + Q (3)

Trong quá trình oxy hóa sinh hóa hiếu khí, các chất hữu cơ chứa N, S, P cũng được chuyển thành NO3-, SO42-, PO43-, CO2, H2O

NH3 + O2 vsv HNO 2 + O2 + vsv HNO3 (4)

- và (2): lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của NT

- (1), (2), (3), (4): lượng oxy tiêu tốn gần gấp 2 lần lượng oxy cho 2 phản ứng đầu

- Khi môi trường cạn nguồn C hữu cơ, các loại vi khuẩn nitơrít hóa (nitrosomonas) và

Nitơrat hóa (nitrobater) thực hiện quá trình nitơrat hóa theo 2 giai đoạn:

55NH4+ + 76O2 + 5CO2 nitrosomonas C5H7NO2 + 54NO2- + 52H2O + 109 H+

400 NO2- + 19 O2 + NH3 + 2 H2O + 5CO2 nitrobater C5H7NO2 + 400 NO3

Quá trình tự' oxy hoá luôn đi kèm theo sự tạo thành tế bào (sinh khối) Sự chuyển hoá hoá học là nguồn cung cấp năng lượng cho các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển

- Trong các phản ứng trên:

CxHyOzN: là công thức tống quát của các chất hữu cơ trong nước thải

C5H7NO2: là công thức biểu thị thành phần hoá học chính của tế bào vi sinh vật trong giai đoạn hô hấp nội bào

Q: là năng lượng giải phóng hoặc thu vào