Xác định các thông số động học sinh học phục vụ các xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuật trên mô hình bùn hoạt tính

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao. Do đó, các đòi hỏi về những nhu cầu hằng ngày, ngày càng trở nên khắt khe, đặc biệt là nhu cầu về ẩm thực. Chính vì thế, các ngành công nghiệp chế biến và sản xuất thực phẩm đóng một vai trò rất quan trọng. Chòu ảnh hưởng bởi phong tục tập quán của người Hoa, nhiều người Việt Nam chúng ta có xu hướng thích thưởng thức các món ăn có sử dụng nước tương để làm tăng hương vò đậm đà cho thực phẩm. Thêm vào đó, đậu tương là một loại nông sản có năng suất rất cao và được trồng ở nhiều nơi trong cả nước. Do đó, ngành sản xuất nước tương hiện nay khá phát triển trong lónh vực thực phẩm tại Việt Nam . Tuy nhiên, việc sản xuất nước tương đã tạo ra một lượng lớn nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao gây ra không ít lo ngại cho cuộc sống của người dân sống xung quanh khu vực nhà máy. Hiện trạng nước thải chứa lượng lớn chất hữu cơ cao thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung của các khu dân cư không qua xử lý gây ô nhiễm nghiêm trọng là thực trạng chung của một số các cơ sở sản xuất nước tương quy mô vừa và nhỏ hiện nay. Vì thế, trong khi hệ thống xử lý nước thải nước tương của một số nhà máy hoạt động hiệu quả, hệ thống xử lý của các cơ sở khác lại chưa đạt được như mong muốn, nhất là các cơ sở với quy mô sản xuất vừa và nhỏ. Bên cạnh lý do khoản đầu tư và vận hành hệ thống xử lý làm tăng chi phí sản xuất, một trong những nguyên nhân khiến hiệu quả xử lý chưa đạt yêu cầu là do thiếu các nghiên cứu cụ thể với loại nước cần xử lý. Đó là những nghiên cứu không đòi hỏi chi phí cao nhưng lại có ý nghóa thực tiễn lớn trong SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI việc nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải nước tương. Trong quá trình xử lý nước thải nước tương thì giai đoạn xử lý sinh học đóng vai trò then chốt để loại bỏ các yếu tố ô nhiễm hữu cơ luôn hiện diện trong nước thải. Trong số các phương pháp xử lý sinh học thì xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính là lựa chọn thông dụng nhất đối với các hệ thống xử lý nước thải nước tương do chi phí đâu tư và vận hành hợp lý. Trước những vấn đề đặt ra ở trên, đề tài “ Xác đònh các thông số động học sinh học phục vụ quá trình xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận bằng bùn hoạt tính” được hình thành nhằm cải thiện hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải đối với các nhà máy đã có hệ thống xử lý , đồng thời có vai trò như một tài liệu tham khảo đối với các nhà đầu tư , những người thiết kế hệ thống xử lý nước thải nước tương để hệ thống hoạt động hiệu quả sau khi xây dựng. 1.2. MỤC TIÊU – NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.2.1. Mục tiêu  Khảo sát khả năng xử lý nước thải sản xuất nước tương bằng phương pháp bùn hoạt tính.  Tìm ra các thông số động học cụ thể để hoàn thiện quá trình xử lý nước thải. 1.2.2. Nội dung  Nghiên cứu xử lý nước thải từ một quy trình sản xuất nước tương điển hình trên mô hình thử nghiệm trong 2 tháng ( từ tháng 5/2009 đến tháng 6/2009), bằng phương pháp sinh học hiếu khí ( bùn hoạt tính).  Xác đònh các thông số động học sinh học phục vụ xử lý nước thải ở ba điều kiện thích nghi, tónh và động . Từ đó rút ra thông số động học phù SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI hợp nhất cho quá trình xử lý loại nước thải trên bằng phương pháp bùn hoạt tính. 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu  Khảo sát thành phần, tính chất nước thải từ quá trình sản xuất nước tương.  Xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm  Phân tích, đánh giá và xử lý các thông số trong quá trình xử lý nước thải trên mô hình thí nghiệm. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu, phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý COD trong nước thải sản xuất nước tương trên môi trường nhân tạo bằng phương pháp sinh học hiếu khí ứng dụng bùn hoạt tính. Nghiên cứu thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với mô hình có dung tích 24l. 1.4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Sản xuất nước tương đang là một trong những lónh vực phát triển của ngành thực phẩm. Nên nước thải trong quá trình sản xuất nước tương cũng ngày một tăng lên, vì thế việc xác đònh được các thông số động học tốt nhất cho quá trình xử lý của nước thải có ý nghóa rất thực tế. Nó có thể là tài liệu nhằm nâng cao hiệu quả xử lý cho các hệ thống xử lý hiện hữu. Đồng thời là thông số tham khảo trong quá trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải nước tương. SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỂ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG Nguyên liệu để sản xuất nước tương là hạt đậu tương có tên khoa học là Glycine max Merrill. Đậu tương là cây công nghiệp và là cây thực phẩm ngắn ngày có giá trò dinh dưỡng cao. Đậu tương dùng làm thực phẩm cho người và thức ăn cho chăn nuôi. Đồng thời, đậu tương còn là cây cải tạo đất tốt và là mặt hàng nông sản xuất khẩu quan trọng đem lại lợi nhuận cao. Chính vì vậy, cây đậu tương đang là một trong 10 chương trình ưu tiên phát triển của nước ta ( TS.VS.Trần Đình Long – Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Việt Nam). Từ năm 1990 trở lại đây diện tích canh tác, năng suất, sản lượng đậu tương đã không ngừng tăng lên. Cũng theo TS.VS. Trần Đình Long – Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Việt Nam, diện tích trồng tăng 11,2%, năng suất tăng 48,6% và sản lượng tăng 63,9%. Cũng từ đó, các cơ sở sản xuất nước tương ra đời ngày càng nhiều và phát triển ngày càng rộng với nhiều thương hiệu nổi tiếng. Nước tương hay còn gọi là xì dầu đang được sử dụng rộng rãi ở Đông Nam Á. Riêng ở Việt Nam, lượng nước tương tiêu thụ hằng tháng ngày càng tăng bởi không chỉ vì hương vò đậm đà thơm ngon của nó mà còn vì khả năng khắc phục những hư tổn tế bào ở người của nước tương. Người ta phát hiện nước tương – được làm từ đậu tương lên men – có khả năng chống ôxy hóa mạnh gấp khoảng 10 lần rượu vang đỏ và 150 lần so với vitamin C. SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI “ Thứ nước chấm này còn thể hiện tiềm năng trong việc làm chậm tốc độ phát triển các căn bệnh tim mạch và suy thoái thần kinh”, trưởng nhóm nghiên cứu Barry Halliwell cho biết. Nghiên cứu của Đại Học Quốc Gia Singapore cũng tìm thấy nước tương cải thiện tới 50% lưu lượng máu chỉ trong vài giờ sau khi sử dụng. Có thể thấy rằng nhu cầu tiêu thụ nước tương ngày càng tăng. Tại thành phố Hồ Chí Minh hiện nay có khoảng 50 cơ sở sản xuất và phân phối nước tương với chất lượng được phân thành nhiều loại. Trên cả nước hiện nay có khoảng trên 70 nhà máy sản xuất nước tương có quy mô tương đối lớn và rất nhiều cơ sở sản xuất nước tương vừa và nhỏ khác. 2.1. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TẠI VIỆT NAM 2.1.1. Quy trình sản xuất nước tương SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI 2.1.1.1. Sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải (hình 2.1) SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 6 Bánh dầu Xử lý nguyên liệu Acid, nước Trung hòa Phân giải Lọc thô Thanh trùng Muối Lắng trong Pha chế Đóng gói Thành phẩm Soda Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI Bánh dầu là đậu tương bò ép hết dầu và viên thành từng bánh với hàm lượng protein đạt từ 40% trở lên. Nước tương sản xuất theo quy trình này sẽ tạo ra thành phẩm nhanh hơn, nhờ sử dụng acid để phân giải tinh bột và protein. Nhưng đồng thời quy trình này cũng sinh ra chất độc 3 – MCPD như 1 sản phẩm phụ gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng. Vì vậy, các nhà máy sản xuất nước tương ở nước ta hiện nay đã dần chuyển sang sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men truyền thống nhưng cũng có kết hợp hóa giải. SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI 2.1.1.2. Sản xuất nước tương bằng lên men kết hợp với hóa giải bằng axit (Hình 2.2) SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 8 Khô đậu nghiềng nhỏ Rang Điều chỉnh pH Nuôi mốc Ngâm Trung hòa, lọc Thủy phân 2 Trộn mốc Làm nguội Thủy phân 1 Mốc giống A.oryzae Nước nóng 60 0 C Thanh trùng, điều vò T 0 phòng Thời gian : 30 – 34h Ca(OH) 2 Nước tương thành phẩm Axit HCl Bã Axit hữu cơ Nước nóng 60 0 C Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI 2.1.1.3. Thuyết minh quy trình Nếu ta chỉ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men truyền thống thì sẽ gặp nhiều khó khăn như thời gian sản xuất ra sản phẩm chậm, và nước tương cũng không có mùi thơm và hương vò đặc trưng. Nhưng nếu ta sử dụng phương pháp hóa giải thì có được các yêu cầu đó. Vì vậy, phương pháp này là sự kết hợp hoàn hảo để nhà máy sản xuất nước tương đáp ứng được yêu cầu của khách hàng. Trong qui trình sản xuất nước tương theo phương pháp lên men kết hợp hóa giải bằng axit sulfuric gồm có các giai đoạn chính:  Xử lý nguyên liệu : công đoạn xử lý nguyên liệu có 3 bước chính  Xay nhỏ : nhằm tăng khả năng xúc tác của enzyme thủy phân.  Phối liệu và trộn nước : trộn thêm 10% bột bắp hoặc bột mì, thêm 60 – 70 % nước so với lượng bột trên  Hấp chín : nhằm tiêu diệt vi sinh vật và giúp nấm mốc phát triển tốt hơn.  Nuôi nấm mốc : trong khi nuôi nấm cần lưu ý các yếu tố Nhiệt độ từ 28 – 32 0 C; độ ẩm từ 85 – 90% và phải thoáng khí  Thủy phân: lượng axit sulfuric sử dụng là 5% dung dòch HCl , thời gian thủy phân là 24h tại nhiệt độ 97 ± 3 0 C.  Thanh trùng sản phẩm : có thể tiến hành bằng hai cách : đun trực tiếp hoặc dùng hơi nước từ nồi hơi. Nhiệt độ thanh trùng từ 60 – 70 0 C. 2.1.1.4. Giới thiệu về cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận Đòa chỉ: 295/14/6 Kinh Dương Vương, phường An Lạc, quận Bình Tân. Quy mô sản xuất khoảng 1,2 triệu chai/ năm Số lượng công nhân là 40 người. SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI 2.1.2. Những vấn đề môi trường trong sản xuất nước tương 2.1.2.1. Môi trường không khí Do thời gian trước đây, khi còn sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải, dùng acid để phân giải bánh dầu chiết xuất dòch tương, cùng với việc chưa có công nghệ xử lý khí thải hoàn chỉnh đã dẫn đến một lượng hơi acid thừa thoát vào không khí làm cho môi trường tại các nhà máy sản xuất và chế biến nước tương bò ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người lao động. Hơi acid thừa có tác hại đến đường hô hấp và niêm mạc mắt. hít phải hơi acid có thể bò nhiễm độc gây co thắt thanh quản, nặng hơn là viêm phế quản, đặc biệt về lâu dài có thể bò phù phổi. Triệu chứng thường thấy ở người làm việc trong môi trường acid tại các cơ sở sản xuất nước tương là ho. Tuy gần đây, các cơ sở sản xuất đã chuyển sang sản xuất sạch hơn với phương pháp lên men. Nhưng môi trường không khí vẫn chưa được cải thiện. 2.1.2.2. Chất thải rắn Chất thải rắn từ quá trình sản xuất nước tương chủ yếu là bả thải. Bã chính là bánh đậu đã qua phân giải chỉ còn lại xác đậu. Bên cạnh đó, nguồn phát sinh chất thải rắn do quá trình sản xuất nước tương còn tập trung ở giai đoạn đóng gói. Rác chủ yếu là các loại bao bì, nilon, carton… Ngoài ra, rác thải sinh hoạt cũng góp phần đáng kể gây ô nhiễm. Lượng chất thải rắn trong quá trình sản xuất nước tương hiện nay đang trở thành vấn nạn của các nhà sản xuất cũng như nhà quản lý môi trường bởi vì tính chất gây ô nhiễm cao và khó xử lý của nó. Chính vì thế, cần xúc tiến tìm SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 10 [...]... bẩn hay không Các thành phần sinh học chính bao gồm :  Các động vật nước  Các thực vật nước  Động vật nguyên sinh, vi khuẩn, virut… 3.2 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dò dưỡng hoại sinh có trong nước thải Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm... CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC NÓI CHUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG BÙN HOẠT TÍNH NÓI RIÊNG 3.1.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI 3.1.1.Khái niệm nước thải Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy tràn qua các vùng đất ô nhiễm Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia làm 3 loại :  Nước thải sinh hoạt  Nước thải công nghiệp  Nước mưa tràn qua vùng... trạng chung của các nhà máy sản xuất nước tương Bên cạnh đó, nước thải của các quá trình sản xuất này cũng tác động trực tiếp đến môi trường bởi yếu tố tạo mùi của nó Cho đến nay ở hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tương vừa và nhỏ chưa có hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh, nếu có cũng chỉ là xơ sài và không đạt tiêu chuẩn 2.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG 2.2.1... động chất hữu cơ – vi khuẩn – động vật – nguyên sinh Khi bùn lắng xuống là “ bùn già” hoạt tính bùn bò giảm Hoạt tính của bùn có thể được hoạt hóa trở lại bằng cách cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và cơ chất hữu cơ. Công thức bùn hoạt tính thường dùng trong các tính toán là C5H7O2N 3.3.2.Vi sinh vật hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính Thành phần của vi sinh vật hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính chứa... 3.2.2.Phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo Các phương pháp sinh học xử lý nước trong điều kiện tự nhiên có nhiều nhược điểm như: Quá trình xử lý hay quá trình hoạt động của sinh vật trong nước cần xử lý không được kiểm soát chặt chẽ Hiệu suất xử lý theo phương pháp này thường không cao do sự không ổn đònh về số lượng và số loài VSV tự nhiên có trong nước thải Các yếu tố khác... thu gom và xử lý thích hợp để loại bỏ những mầm bệnh, giữ cho môi trường trong sạch 2.1.2.3 Môi trường nước Hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tương nói riêng và nước chấm nói chung đều gây ô nhiễm môi trường nước bởi bởi nước thải của quá trình sản xuất Hiện tượng nước thải chứa lượng hợp chất hữu cơ cao được thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung của khu dân cư hoặc trực tiếp vào các thủy... khỏi nước thải trong giai đoạn xử lý sơ bộ Đối với các tạp chất vô cơ có trong nước thải thì phương pháp xử lý sinh học có thể khử các chất sunfit, muối amon, nitrat … các chất chưa bò oxy hóa hoàn toàn Sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2, nước, khí N2, ion sulfat… 3.2.1 Phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên Phương pháp này dựa trên khả năng làm sạch sinh học trong... nước thải cần phải xác đònh xem nước thải làm môi trường dinh dưỡng để nuôi vi sinh vật có thích hợp không, có kìm hãm, ức chế đến sinh trưởng và tăng sinh khối của chúng hay không?  pH của nước thải pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá trình tạo bùn và lắng Nói chung, pH thích hợp cho xử lý nước thải ở Aerotank là 6,5 – 8,5  Nhiệt độ Nhiệt độ nước thải. .. lắng I & II cũng như bùn hoạt tính dư của trạm xử lý nước thải Ngoài ra, bể còn được dùng để phân hủy rác nghiền, phế thải rắn hữu cơ Các trạm xử lý nước thải đều có thể sử dụng công trình này  Bể UASB – bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược : được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải của các nhà máy công nghiệp thực phẩm Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3 – 5 năm/lần nếu nước thải đưa vào đã qua bể... quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính Bùn họat tính là các bông cặn có màu nâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp phụ từ nước thải và là nơi cư trú cho các loại vi khuẩn cùng các vi sinh vật bậc thấp khác, như nguyên sinh động vật sống và phát triển Trong nước thải có những hợp chất hữu cơ hòa tan – loại hợp chất dễ bò vi sinh vật . hợp lý. Trước những vấn đề đặt ra ở trên, đề tài “ Xác đònh các thông số động học sinh học phục vụ quá trình xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận bằng bùn hoạt tính được hình. hiện diện trong nước thải. Trong số các phương pháp xử lý sinh học thì xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính là lựa chọn thông dụng nhất đối với các hệ thống xử lý nước thải nước tương do chi phí. khi hệ thống xử lý nước thải nước tương của một số nhà máy hoạt động hiệu quả, hệ thống xử lý của các cơ sở khác lại chưa đạt được như mong muốn, nhất là các cơ sở với quy mô sản xuất vừa và