xử lý nước thải bằng công nghệ umbr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ KIM TRÚC NGHIÊN CỨU BỂ PHẢN ỨNG SINH HỌC NHIỀU LỚP CHẢY NGƯỢC (UMBR) XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HCM Tháng 07 năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ KIM TRÚC NGHIÊN CỨU BỂ PHẢN ỨNG SINH HỌC NHIỀU LỚP CHẢY NGƯỢC (UMBR) XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HCM Tháng 07 năm 2011 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH …………o0o………… Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Phước Dân TS. Bùi Xuân Thành Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Đức Trung Cán bộ chấm nhận xét 2: TS – NCVCC. Nguyễn Quốc Bình LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM B ẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH Ngày 15 tháng 07 năm12011 (Tài liệu này có thể tham khảo tại thư viện Khoa Môi Trường – ĐH Bách Khoa TP.HCM) TP. HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên Học viên : Nguyễn Thị Kim Trúc Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 09/04/1984 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường MSHV: 09250516 Khóa : 2009 – 2011 I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu bể phản ứng sinh học có nhiều lớp chảy ngược (UMBR) xử lý nước thải khu công nghiệp. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD, BOD 5 ) của công nghệ upfow multi layer bioreactor (UMBR) trong xử lý nước thải công nghiệp 2. Nghiên cứu khả năng xử lý nitơ, photpho của công nghệ upfow multi layer bioreactor (UMBR) trong xử lý nước thải công nghiệp III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/06/2010 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/07/2011 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Nguyễn Phước Dân TS. Bùi Xuân Thành Đề cương Luận văn Cao học đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL. CHUYÊN NGÀNH TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL.NGÀNH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Họ tên sinh viên: NGUYỄN THỊ KIM TRÚC Phái: Nữ Ngày tháng năm sinh: 09 – 04 – 1984 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Công nghệ môi trường MSHV: 09250516 Tên đề tài: nghiên cứu bể phản ứng sinh học có nhiều lớp chảy ngược (UMBR) xử lý nước thải khu công nghiệp Ngày bắt đầu: Ngày 30/06/2010 Ngày hoàn thành: Ngày 15/07/2011 Cán bộ hướng dẫn: PSG.TS. NGUYỄN PHƯỚC DÂN TS. BÙI XUÂN THÀNH Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và số liệu trong luận vă n chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường về sự cam đoan này. Tp. HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2011 Nguyễn Thị Kim Trúc LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập và nghiên cứu, tôi đã hoàn thành Luận văn Thạc sỹ chuyên ngành Công nghệ Môi trường. Để hoàn thành chương trình đào tạo và Luận văn Thạc sỹ, tôi xin chân thành biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô, bạn bè và các tổ chức: - Xin tỏ lòng cảm ơn đến tập thể Thầy Cô Khoa Môi trường – Đại học Bách khoa – Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh, là những người đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức trong thời gian tôi theo học tại trường. - PGS.TS. Nguyễn Phước Dân, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, tận tình hướng dẫn, chỉ dẫn khoa học và cho lời khuyên chân thành. - TS. Bùi Xuân Thành, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, đã tận tình hướng dẫn trong nghiên cứu khoa học và động viên lúc khó khăn. - Ban quản lý khu công nghiệp Lê Minh Xuân, cán bộ quản lý trạm xử lý nước thải tập trung tại Lê Minh Xuân đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợ i cho tôi trong quá trình đặt mô hình nghiên cứu tại khu công nghiệp Lê Minh Xuân. - Bạn cùng lớp cao học, Khoa Môi trường, Đại học Bách Khoa TPHCM. - Các sinh viên K2007, Khoa Môi trường, Đại học Bách Khoa TPHCM. - Ba, mẹ, anh em trong gia đình đã cổ vũ và ủng hộ tôi trong suốt thời gian qua. Trận trọng cảm ơn! Tp.HCM, ngày 15 tháng 07năm 2011 Nguyễn Thị Kim Trúc TÓM TẮT Mô hình bể phản ứng sinh học nhiều lớp chảy ngược (UMBR) là mô hình bùn hoạt tính kết hợp bể phản ứng sinh học nhiều lớp chảy ngược bao gồm vùng kị khí/thiếu khí với sự phát triển của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Bể UMBR hoạt động như là một bể lắng sơ bộ, bế sinh học kết hợp kị khí/thiếu khí, vùng nén bùn và sử dụng năng lượng thấp do dòng xáo tr ộn ngược trong bể. Nghiên cứu mô hình UMBR xử lý nước thải khu công nghiệp nhằm mục đích tìm ra giá trị tối ưu của hai biến hoạt động là thời gian lưu (HRT) và tỷ lệ tuần hoàn nội bộ (IR). Trước tiên, thí nghiệm với IR 200%, 300% và 400% được thử nghiệm với nước thải khu công nghiệp ở HRT (9.6h) thống nhất. Thí nghiệm với IR 400% đã cho thấy sự hiệu quả tối ưu với hi ệu suất cao đối với quá trình nitrat hóa (> 80%), khử nitrat (> 80%) và loại bỏ nhu cầu ôxy hóa học COD (khoảng 88%). Nghiên cứu cũng thực hiện thử nghiệm tiếp theo với các thí nghiệm ở thời gian lưu nước là 6.8h và 4.8h với cùng loại nước thải IR tối ưu là 400%. Từ các thí nghiệm cho thấy tại HRT 25h và IR 400% cho hiệu quả xử lý tốt nhất với hiệu quả xử lý BOD 5 , COD, SS, TKN, N-NH 4 , T–N, TP và độ màu lần lược 94%, 81%, 78%, 82%, 99% , 74%, 48% và 74%. ABSTRACT In this study, a simple dual sludge process was developed for insdustrial wastewater treatment. Up-flow multi-layer bioreactor (UMBR) is a hybrid system using dual sludge that consists of an up-flow multi-layer bioreactor as anaerobic/anoxic suspended growth microorganisms followed by activated sludge. The UMBR acts as a primary settling tank, anaerobic/anoxic reactor, thickener and requires low energy due to mixing using up-flow stream. The optimization of two operational variables, total hydraulic retention time (HRT) and internal recycle (IR) . First, IRs of 200%, 300%, 400%were tested with synthetic-wastewater at uniform HRT (9.6h) rate. The IR of 400% proved optimum with high efficiencies for nitrification (>80%), denitrification (>80%) and total chemical oxygen demand (COD) removal ( approximately 88%). This was followed by experimentation with HRT of 6.8h, and 4.8 at optimized IR 400%. The average results obtained from this study at flow rate of IR 400% and HRT 25h shown that removal of BOD 5 , COD, SS, TKN, N-NH 4 , T–N, TP and color were 94%, 81%, 78%, 82%, 99% , 74%, 48% and 74%, respectively. i MỤC LỤC 2.1.2. Thành phần và tác hại của nước thải công nghiệp 5 2.2 Giới thiệu khu công nghiệp Lê Minh Xuân. 7 2.3 Tổng quan về quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải 10 2.3.1 Quá trình nitrat hóa 10 2.3.2 Quá trình khử nitrat 12 2.3.3 Nguyên lý loại bỏ phốtpho 13 2.4 Tổng quan về một số quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp với xử lý chất dinh dưỡng trong nước thải 15 2.4.1 Quá trình Phoredox (A/O) 15 2.4.2 Quá trình kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí kết hợp (A2O) 15 2.4.3 Quá trình Bardenpho cải tiến 5 ngăn 16 2.4.4 Quá trình UCT cải tiến 17 2.4.5 Quá trình VIP 17 2.3.6 Quá trình Johannesburg 18 2.5 Tổng quan công nghệ UMBR trong xử lý nước thải 19 2.5.1 Nguyên lý công nghệ upflow multi-layer bioreactor (UMBR) 19 2.5.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ UMBR trong và ngoài nước: 20 2.5.2.1 Nghiên cứu ngoài nước: 20 2.5.2.2 Nghiêu cứu trong nước: 24 CHƯƠNG III 26 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 3.1 Nội dung nghiên cứu 26 26 3.2 Mô hình và vật liệu nghiên cứu 27 3.2.1 Mô hình pilot 27 3.2.2 Vật liệu nghiên cứu 30 3.2.2.1 Nước thải thử nghiệm 30 ii 3.2.2.2 bùn nuôi cấy 31 3.3 Điều kiện vận hành 32 3.3.1 các thông số vận hành mô hình 32 3.3.2. Kiểm soát các thông số vận hành 33 3.4 Phương pháp phân tích 33 4.1 Giai đoạn 1: thay đổi tỉ lệ tuần hoàn nội bộ (IR) 36 4.1.1 Nồng độ COD 37 4.1.2 Độ màu 39 4.1.3 chất rắn lơ lửng (SS) và độ đục 41 4.1.4 Tổng nitơ (TN) 44 4.1.5 Tổng Phospho (TP) 48 4.2 Giai đoạn 2: cố định IR, thay đổi thời gian lưu nước (HRT) 50 4.2.1 Hiệu quả xử lý COD 50 4.2.2 Nồng độ BOD 5 52 4.2.3 Độ màu 54 4.2.4 Rắn lơ lửng (SS) 55 4.2.4 Nồng độ tổng nitơ (TN) 56 4.2.6 Nồng độ tổng Phospho (TP) 58 4.2.7 pH giai đoạn 2 của mô hình UMBR 59 4.3 Đánh giá nồng độ sinh khối và mật độ bùn của UMBR 60 4.4 Đánh giá thông số vận hành thích hợp đối với công nghệ UMBR 62 4.5 So sánh hiệu quả xử lý của hệ thống UMNR và hệ thống bùn hoạt tính thông thường tại KCN Lê Minh Xuân 63 4.5.1 chất lượng nước đầu ra. 63 4.5.2 So sánh hiệu quả kinh tế của UMBR và bùn hoạt tính thông thường tại KCNLMX. 66 CHƯƠNG V 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 5.1 Kết luận 70 5.2 Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHẦN PHỤ LỤC 75 [...]... khí Nước rỉ Bể tạo bơng Bùn dư Bùn tuần hồn NaO HCl Váng nổi Máy ép bùn Bể bùn hoạt Bón cây Bể lắng thứ cấp NaOCl Nguồn tiếp nhận Bể khử trùng Hình 2.2 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải KCN Lê Minh Xn 8 Hiệu quả xử lý của trạm xử lý nước thải tập trung Trạm xử lý tiếp nhận nước thải đầu vào từ doanh nghiệp trên lý thuyết phải đạt tiêu chuẩn cột C TCVN 5945-2005 Với cơng nghệ được áp dụng, chất lượng nước. .. cho các loại nước thải có nồng độ Nito cao từ một số lĩnh vực như: Nước thải sinh hoạt, nước 3 thải y tế, nước thải từ lò mổ, nước thải chăn ni heo, nhà máy chế biến cafe, thực phẩm và một số ngành nghề khác… Việc nghiên cứu mơ hình UMBR ứng dụng kết hợp ba q trình sinh học: kị khí, thiếu khí, hiếu khí trong một đơn vị xử lý nước thải nhằm đơn giản hóa hệ thống mà vẫn mang lại hiệu quả xử lý cao Vì vậy... trong và ngồi nước về cơng nghệ xử lý UMBR trong các loại nước thải, các yếu tố ảnh hưởng đến q trình xử lý nitrat hóa và khử nitrat trong nước thải Phương pháp phân tích hóa học, sinh học các thơng số mơi trường của nước thải trong phòng thí nghiệm 2 Tính tốn và xử lý số liệu phân tích bằng các cơng thức tốn học và phần mềm Excel 1.6 Ý nghĩa đề tài 1.6.1 Tính mới của đề tài Hiện nay, cơng nghệ upflow... dưỡng thiết bị Nghiên cứu cơng nghệ Upflow Multi-layer Bioreactor (UMBR) để xử lý nước thải khu cơng nghiệp, là cơng nghệ kết hợp ba q trình kị khí, thiếu khí, vùng nén bùn trong một đơn vị xử lý nước thải Đây chính là điểm khác với hệ thống xử ký bùn hoạt tính kinh điển, thường tách rời ba q trình nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp Với sự kết hợp này sẽ đơn giản hố hệ thống xử lý, tiết kiệm vật liệu, năng... cao Vì vậy việc ứng dụng cơng nghệ UMBR cho xử lý nước thải khu cơng nghiệp mang tính thực tiễn cao 4 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu chung về nước thải cơng nghiệp 2.1.1 Nguồn gốc nước thải cơng nghiệp Nước thải cơng nghiệp là nước thải được sinh ra trong q trình sản xuất cơng nghiệp từ các cơng đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất như nước thải khi tiến hành vệ sinh cơng... 4.11 Hiệu quả xử lý nitơ giai đoạn 1 44 Hình 4.12 Hiệu quả xử lý TKN 46 Hình 4.13 Thành phần TKN trong nước thải đầu ra giai đoạn 1 46 Hình 4.14 Q trình nitrat của UMBR giai đoạn 1 47 iv Hình 4.15 Hiệu quả xử lý Photpho 49 Hình 4.16 Hiệu quả xử lý Phospho 49 Hình 4.17: Hiệu quả xử lý COD giai đoạn 2 51 Hình 4.18: Hiệu quả xử lý COD ở bể UMBR và mơ hình... hiệu quả xử lý cao, thường được dùng trong các hệ thống xử lý nước thải khép kín Nhược điểm: chi phí vận hành cao, khơng thích hợp cho các hệ thống xử lý nước thải có quy mơ lớn Phương pháp hóa lý Phương pháp sinh học Các phương pháp hóa lý bao gồm: keo tụ, tuyển nổi, trao đổi ion, hấp phụ…Bản chất của phương pháp này là áp dụng các q trình vật lý và hóa học để đưa chất phản ứng nào đó vào nước thải nhằm... thời hệ thống có thể xử lý nước thải với tải lượng hữu cơ cao Vì những lý do thiết yếu đó, đề tài “ nghiên cứu bể sinh học nhiều lớp chảy ngược xử lý nước thải khu cơng nghiệp” được tiến hành 1 1.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng tuần hồn nội bộ (IR) đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ, nitơ và photpho Xác định tải trọng COD thích hợp của q trình UMBR cho nước thải cơng nghiệp Nghiên... Johannesburg 18 Hình 2.9 : Bể UMBR 19 Hình 2.10 : Mơ hình sử dụng bể UMBR bể xử lý nước thải chăn ni 21 Hình 3.1: Các giai đoạn vận hành nghiên cứu 26 a Mặt bằng mơ hình UMBR 28 b Hình mơ hình pilot UMBR 28 Hình 3.2: Mơ hình UMBR 28 Hình 3.3: Mặt cắt cơng nghệ mơ hình UMBR 29 Hình 4.1 : Hiệu quả xử lý COD ở các giai đoạn 1 38 Hình... dụng, chất lượng nước sau xử lý đạt cột B, QCVN 24:2009/BTNMT trước khi xả thải vào kênh 8 Mẫu nước thải sau xử lý tại TXLNTTT được phân tích mỗi ngày tại Phòng Thí Nghiệm của KCN và được gửi phân tích theo từng thời điểm tại trung tâm Cơng Nghệ Mơi Trường - CENTEMA Số liệu phân tích cho thấy về dài hạn, hiệu quả xử lý của TXLNTTT tương đối cao Tuy nhiên nước thải sau xử lý của TXLNTTT một số ngày . Tổng quan công nghệ UMBR trong xử lý nước thải 19 2.5.1 Nguyên lý công nghệ upflow multi-layer bioreactor (UMBR) 19 2.5.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ UMBR trong và ngoài nước: 20 . cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD, BOD 5 ) của công nghệ upfow multi layer bioreactor (UMBR) trong xử lý nước thải công nghiệp 2. Nghiên cứu khả năng xử lý nitơ, photpho của công nghệ upfow. Bioreactor (UMBR) để xử lý nước thải khu công nghiệp, là công nghệ kết hợp ba quá trình kị khí, thiếu khí, vùng nén bùn trong một đơn vị xử lý nước thải. Đây chính là điểm khác với hệ thống xử ký