Nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải của nhà máy nhiên liệu sinh học, đề xuất phương án cải tạo hệ thống xử lý nước thải nhằm xử lý hiệu quả độ màu và COD của nhà máy bioethanol

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY NHIÊN LIỆU SINH HỌC, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHẰM XỬ LÝ HIỆU QUẢ ĐỘ MÀU VÀ COD CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL NHIÊN LIỆU SINH HỌC DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY NHIÊN LIỆU SINH HỌC, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHẰM XỬ LÝ HIỆU QUẢ ĐỘ MÀU VÀ COD CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL NHIÊN LIỆU SINH HỌC DUNG QUẤT Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS NGHIÊM TRUNG DŨNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS NGUYỄN NGỌC LÂN Hà Nội – Năm 2014 C C DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ix MỞ ĐẦU CH NG I: T NG QUAN 1.1 H ệ x l 1.1.1 H ệ x 1.1.2 H 1.2 tr ƣ s s 1.2.2 Đặc đ ể l u t B et a ƣớ h 1.2.1 Qu tr yê l ệ h u u t B et ước t yê l ệ từ y từ p át s ắ từ ắ ê u sắ t hế V tN l u u sắ s u t Et từ u u sắ 1.3 1.4 h hƣ ế h 1.4.1 Phƣơ ƣ ƣớ h h y hệ xử l ƣớ h h y l ắ l 12 h 14 h h họ 14 1.4.1.1 P ươ p áp ý ế k í 14 1.4.1.2 P ươ p áp ý 1.4.2 P ươ p áp ó ếu k í: 15 ý: 16 1.4.2.1 P ươ p áp ke tụ - t bô : 17 1.4.2.2 P ươ p áp p p ụ: 19 1.4.2.3 P ươ p áp ó : 20 1.4.2.4 P ươ p áp c: 24 i 1.4.2.5 Các P ươ p áp k ác: 25 HƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN ỨU 27 ố ƣợ 2.1 2.2 Th ế ị ứ 27 ứ 28 2.2.1 T ết bị P ò 2.2.2 T ết bị p hƣơ 2.3 t í : 28 t 28 h 2.3.1 Các t ô hâ í h 28 số đ nhanh 28 2.3.2 P ươ p áp p â tíc COD 28 2.3.3 P ươ p áp p â tíc 2.3.4 P ươ p áp p â tíc độ àu 29 2.4 Xử l CH ượ cặ 29 ố l ệ : 29 NG III: HIỆN TRẠNG N ỚC THẢI VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ N ỚC THẢI TẠI NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT 30 3.1 H ệ ƣớ h 3.1.1 N uồ ước t 3.1.2 Đặc trư 3.2 H ệ h p át s ước t hệ hố 3.2.1 Cô y xử l l D từ Q 30 b et p át s từ ƣớ h h ý ước t Du b et y Du l D ữu củ Qu t 30 Q et Qu t 30 31 Du Qu t [4] 31 3.2.2 Đá u qu HTXLNT có củ b et Du Qu t 34 3.3 ề x D h Q hệ h h ệ HTXLNT h y l 38 ii 3.3.1 Cơ sở t u c í đá 3.3.2 Lự c p ươ 38 cô tố ưu 41 3.3.3 Cơ sở ý t u ết củ p ươ p áp 41 HƢƠNG IV KẾT QU XỬ LÝ NGHIÊN ỨU VÀ HOÀN THIỆN ÔNG NGHỆ Ộ MÀU VÀ OD TRONG NƢỚ TH I NHÀ MÁY IOETHANOL DUNG QUẤT 45 4.1 Kế q ứ q y 4.1.1 Đố tượ hò cứu qu 4.1.2 Qu tr t í 4.1.3 Kết qu tr ôp ò ưở củ pH tớ 4.1.3.2 Ả ưở củ 4.1.3.3 Ả ưở củ t 4.1.3.4 Ả ưở củ 4.2.1 Đố tượ 4.2.3 Kết qu 4.3.1 C Q t ết 4.3.2 H 4.3.3 Dự t ượ t k àu vật ượ c l hệ ƣ 54 55 t trườ t ết bị P ôp p p ụ 50 H p p ụ 52 t trợ ắ ôp u 55 t: 56 t trườ 58 àu, COD vào HTXLNT nhà máy 61 ục cô 4.3.4 Bá cá tổ c hệ xử l p áp tíc ức c 46 Ke tụ t cứu qu l D t í tr í h hợ 45 u su t ý 46 cứu qu 4.2.2 Quy trình thí h ứ q y t í t ết bị J test 45 cứu qu h ệ 45 ôp ò 4.1.3.1 Ả 4.2 Kế q 4.3 G hí ợp 61 tr cầ c p í ác t ýc ợp đá t ố iii 65 ước t s uc 65 s u ý 66 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Tài l ệ ế V ệ 69 T lệ ế A h 69 PHỤ LỤC 74 iv DANH HTXLNT Hệ hố xử l ƣớ h NLSH: Nh ê l ệ QCVN Q y h ẩ V ệ Na UASB: ể ù C TỪ VIẾT TẮT h họ ỵ hí ò h y ƣợ (U fl w a a l FBR: Fixed bed reactor IC: Internal circulation FB: Fluidized bed AAO: Anaerobic Anoxic Oxic – SBR: Sequencing Batch Reactor – PAC: Poly Aluminium Chloride HS: Humic substance – Abs/cm Absorbance at 475 nm per cm pathlength cells PFS Poly Ferric Sulfate AS Aluminium sulfate – Nhôm sulfate AOP Advanced Oxidation Process – UF Ultrafiltration – V lọ RO Reverse Osmosis – Thẩ NF Nanofiltration – Lọ RFCC Residual Fluidized Catalytic Cracking – xú Pozzolan Vậ l ệ h x PZC h ă h h ) h họ h ẻ ƣớ h hệ h ứ ù ệ h h xy hóa â a ƣợ a ế hợ vớ a x hy h q x ẽ í h h ( ì h a ê vậ l ệ ó í h Point of Zero Charge – ệ hệ xử l la ậ ộ ệ ể ệ í h ê ề v ể h vậ l ệ h ẳ ệ )hụ ằ ề pHPZC G ị H ể h hụ (z l , a l hự ế SMP ẳ ệ , , …) ị h hỏ hơ Soluble microbial product – hế hí ị H ị hẩ ƣớ h ) vi a ể ị h hứa vậ l ệ ẳ ệ h H y, h h hầ hâ h y h họ (yế hí, DANH B 1-1: S ượ B 1- : Một số cồ C BẢNG u tr b et t ế đ – 2012 â dự đ vậ ởV t Nam B 1- : D sác 14- b et ởV tN đ â dự dự k ế t độ đ B 1-4: T s u t cồ sắ [ ] B 1- : Đặc trư p ầ , tí dịc c t củ ước t è s u t áp c từ cô t ô củ đ củ ột số à B et [4] B 1- : Đặc đ ể s u tr B Du B - :T Du c ế k í– p ầ , tí c t củ ước t s u t b et ếu k í [ ] 12 ước t từ cô đ củ Qu t [4] 30 p ầ , tí c - : Kết qu p â tíc c et Du -4: B củ Qu t (số tổ t củ ước t B et t ượ HTXL s sá Du Du ước t u p â tíc ợp t ô Et B ng 3- : B B àu tr b et Qu t [4] 31 B B â tố t ýs -1: T b et s u bể k trù – củ e nhà máy) 34 số vậ t ố ý àu s u c Qu t 37 p ươ ý độ àu, COD c củ ước t Qu t 39 4-1: Kết qu p â tíc ẫu ước t cứu tr p ò t í 45 B 4- : T ô số c t ượ ước t đầu t ết bị P vii t 56 B 4- : Tổ ợp tru tố ưu đ ều k B 4-4: Sơ B 4- : Dự t c b ý tr ục cô p í ó c c p í ó c t ết bị P tr t c t ýc viii t ý tr trườ c tr 59 p ươ ước t t đề u t 65 65 37 Zhang T., McMurray F (2006), Spent FCC catalyst based coagulating and flocculating agent and method for making it, United State Patent No US 2006/0003891 38 Zhen Liang, Yanxin Wang, Yu Zhou, Hui Liu, Wu Z (2010), Stoichiometric relation ship in coagulation of melanoidin dominated molasses wastewater”, Journal of Desalination, 250, pp 42-48 73 PH P 1: ột số kết qu t P 2: Cơ sở t tr P ; p ó t, ù t p át s ố vớ quy ề u t; 3: Sơ su t 300 P t C 4: t ết ị P ; ột số t ự tế 74 t ƣớ t Et Du Qu t PH C t ết kết qu t í đá ưở ước t Hó STT T củ et t sử d ẫu RFCC FeCl3 PAA HCl kg/m3 g/m3 g/l g/m3 NaOH kg/m3 độ FeC 3,64 g/m3, RFCC 2,0 kg/m3 đế Du pH sau ắ C1 Qu t tr t ết bị p t trườ u qu lý màu COD Màu trƣớ (PtCo) Màu H u H u COD COD sau qu qu trƣớ s u ử lý lý màu lý (%) COD (%) (mg/l) (mg/l) (%) TSS TSS trƣớ sau ử (g/l) (g/l) QCVN Chi phí Ghi 40: 2011/ ) BTNMT 13-N1/2 3,64 0,525 0,1 4,0 3270 105 96,8 823 123 85,1 159 45 24.645 150 13-N2/2 3,64 0,42 0,1 4,0 3420 106 96,9 768 141 81,6 162 45 24.242 150 13-N3/2 3,64 0,315 0,1 4,1 3530 94 97,3 747 133 82,2 145 41 23.840 150 13-N4/2 3,64 0,42 0,1 4,1 3280 89 97,3 742 119 84,0 137 51 24.242 150 13-N5/2 3,64 0,105 0,1 4,1 3960 121 96,9 825 131 84,1 160 55 23.035 150 13-N6/2 3,64 0,315 0,1 4,1 3430 104 97,0 708 138 80,5 154 51 23.840 150 13-N7/2 3,64 0,21 0,1 4,0 3240 89 97,3 772 113 85,4 165 51 23.437 150 13-N8/2 3,64 0,525 0,1 4,1 3100 78 97,5 655 138 78,9 188 44 24.645 150 13-N9/2 3,64 0,315 0,1 4,2 3440 110 96,8 766 124 83,8 175 45 23.840 150 10 13-N10/2 3,64 0,525 0,1 4,0 3180 104 96,7 645 137 78,8 120 39 24.645 150 11 13-N11/2 3,64 0,42 0,1 4,0 3300 106 96,8 664 131 80,3 120 44 24.242 150 12 13-N12/2 3,64 0,315 0,1 4,0 3310 98 97,0 626 137 78,1 122 44 23.840 150 13 13-N13/2 3,64 0,21 0,1 4,0 3090 76 97,5 655 128 80,5 115 42 23.437 150 14 13-N14/2 3,64 0,42 0,1 4,0 3113 65 97,9 655 118 82,0 118 52 24.242 150 Hó STT T t sử d ẫu RFCC FeCl3 PAA HCl kg/m3 g/m3 g/l g/m3 NaOH kg/m3 pH sau ắ Màu trƣớ (PtCo) Màu H u H u COD COD sau qu qu trƣớ s u ử lý lý màu lý (%) COD (%) (mg/l) (mg/l) (%) TSS TSS trƣớ sau ử (g/l) (g/l) QCVN Chi phí Ghi 40: 2011/ ) BTNMT 15 13-N15/2 3,64 0,315 0,1 4,0 3440 103 97,0 766 147 80,8 205 39 23.840 150 16 13-N16/2 3,64 0,525 0,1 3,9 4430 111 97,5 829 175 78,9 210 38 24.645 150 17 13-N17/2 3,64 0,42 0,1 4,1 4300 101 97,7 754 137 81,8 132 43 24.242 150 18 13-N18/2 3,64 0,525 0,1 4,0 4310 102 97,6 725 129 82,2 154 36 24.645 150 19 13-N19/2 3,64 0,525 0,1 4,0 4260 113 97,3 745 143 80,8 124 35 24.645 150 20 13-N20/2 3,64 0,42 0,1 4,1 4180 120 97,1 754 139 81,6 156 36 24.242 150 21 Trung bình 3,64 0,3885 0,1 4,0 3579 100 97 731 134 82 151 44 24.121 ợp kết qu tố pH ke tụ - Tổ d T Quá trình xử l p ò K u ước t et t í ẫu HP1.1 HP1.2 HP1.3 HP1.4 HP1.5 HP1.6 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 COD (mg/l) 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 TSS (mg/l) 100 100 100 100 100 100 FeCl3 40% (ml) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 RFCC (g/l) 4 4 4 HCl 10% (ml) 16 12 10 659 176 321 664 769 1125 COD (mg/l) 301 173 186 231 305 389 pH 4,5 5,5 6,2 6,5 8,4 8,3 H/s XL màu (%) 86,47 96,80 93,41 86,37 84,21 76,90 H/s xl COD(%) 72,64 86,09 83,09 79,00 72,27 64,64 TSS (mg/l) 66,80 11,70 16,10 44,60 66,00 71,10 ( l) pH ba ầ ộ (P / ) H xử l ộ Sa xử lý – 5.000Pt/Co tr số Thể í h T ƣớc xử l độ àu p p ụ đố vớ (P / ) Tổng hợp kết tối ưu FeCl3 40% nước thải ethanol dải độ màu 3.500 – 5.000 Pt/Co phòng thí nghiệm T K số HP1.9 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 100 100 100 100 100 100 2,1 2,3 2,5 2,7 3,5 1,5 1,5 1,4 1,3 0,8 4 4 4 4 4 4 362 279 146 159 162 177 COD (mg/l) 301 240 165 155 150 147 pH 5,5 5,6 5,5 5,7 5,4 5,6 H/s xl màu (%) 92,46 94,19 96,96 96,69 96,63 96,31 H/s xl COD (%) 72,64 78,18 85,00 85,91 86,36 86,64 TSS (mg/l) 19,00 5,00 3,00 1,00 1,00 1,00 ( l) pH ộ (P / ) COD (mg/l) TSS (mg/l) FeCl3 40% (ml) Trong trình HCl 36 % (ml) xử l pH RFCC (g) ộ Sa xử lý ẫu HP1.7 HP1.8 Thể í h T ƣớ xử l u (P / ) HP1.10 HP1.11 HP1.12 Tổng hợp kết tối ưu hàm lượng RFCC nước thải ethanol dải độ màu 3.500 – 5.000 Pt/Co phòng thí nghiệm K T số HP1.2 HP1.2 HP1.2 HP1.2 HP1.3 1000 1000 1000 1000 1000 1000 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 COD (mg/l) 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 TSS (mg/l) 100 100 100 100 100 100 FeCl3 40% (ml) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 HCl 36% (ml) 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 RFCC (g) 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 4 4 4 462 289 253 137 147 155 145 150 147 140 143 140 5 4 5.6 5.5 5.5 5.6 5.5 5.6 H/s xl màu (%) 90.38 93.98 94.73 97.15 96.94 96.77 H/s xl COD (%) 86.82 86.36 86.64 87.27 87.00 87.27 ( l) pH Quá trình ẫu HP1.2 Thể í h Trƣớ u ộ (P / ) A101 5% (ml) ộ (P / ) COD (mg/l) S u TSS (mg/l) lý pH Tổng hợp kết tối ưu thời gian keo tụ nước thải Ethanol dải độ màu 3.500 – 5.000 Pt/Co phòng thí nghiệm T K số u ẫu KT1.307 KT1.308 KT1.309 KT1.310 KT1.311 KT1.312 Thể í h ( l) 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 8,3 8,3 8,3 8,3 8,3 8,3 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 COD (mg/l) 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 TSS (mg/l) 100 100 100 100 100 100 FeCl3 (40%)ml 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 10 15 20 30 60 2 2 2 HCl 36% (ml/l) 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 pH 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 ) 183 165 142 135 140 155 Sau xử H/s xl màu (%) lý COD (mg/l) 96,2 96,6 97,1 97,2 97,1 96,8 180 157 140 125 130 145 H/s xl COD (%) 83,6 85,7 87,3 88,6 88,2 86,8 TSS (mg/l) 2,30 1,50 1,00 0,80 0,82 0,85 pH T ƣớ xử l ộ (P / Quá Th a ( trình xử PAA (ppm) lý ộ (P / ) ) Tổng hợp kết tối ưu thời gian hấp phụ nước thải Ethanol dải độ màu 3.500 – 5.000 Pt/Co phòng thí nghiệm T K số HP1.14 HP1.15 HP1.16 HP1.17 HP1.18 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 COD (mg/l) 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 TSS (mg/l) 100 100 100 100 100 100 FeCl3 40% (ml) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 4 4 4 4 4 4 10 15 20 30 60 434 374 177 155 154 154 COD (mg/l) 412 335 159 157 150 149 pH 5,6 5,6 5,6 5,5 5,6 5,5 90,96 92,21 96,31 96,77 96,79 96,79 62,55 69,55 85,55 85,73 86,36 86,45 22,70 16,80 9,60 4,80 4,10 4,10 ( l) pH ộ (P / ) Trong HCl 10% (ml) pH ì h xử lý RFCC (g) T.gian h.p (phút) ộ Sau xử l ẫu HP1.13 Thể í h T ƣớ xử l u (P / H/ xử l H/ xử l TSS (mg/l) ) ( ) OD (%) Tổng hợp kết tối ưu nồng độ trợ lắng Polymer nước thải Ethanol dải độ màu 3.500 – 5.000Pt/Co phòng thí nghiệm T Ký hi u số HP1.19 HP1.20 Thể í h ( l) HP1.22 HP1.23 HP1.24 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 4.870 COD (mg/l) 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 1.100 TSS (mg/l) 124 124 124 124 124 124 FeCl3 40% (ml) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 12 12 12 12 12 12 4 4 4 4 4 4 0,5 1,5 239 201 156 137 140 139 COD (mg/l) 150 145 145 140 145 167 pH 5,7 5,7 5,5 5,6 5,7 5,7 140 120 110 100 100 100 H/s xl màu (%) 95,02 95,81 96,75 97,15 97,08 97,10 H/s xl COD (%) 86,36 86,82 86,82 87,27 86,82 84,82 TSS (mg/l) 3,00 2,00 3,00 1,00 1,00 1,00 ộ (P / ) Trong HCl 10% (ml) pH trình xử l RFCC (g/l) Polymer 0,05% (ml/l) ộ Sau xử l HP1.21 1.000 pH T ƣớ xử l ẫu (P / V ù lắ ) ( l) PH Cơ sở t t p ó C2 t, ù t p áp h í h ố hế ƣợ ế a hế p át s ó u, t ƣa a ựa h ị, ố vớ ốlệ yê l â hí hệ ằ vậ v vậ h h hự ế h , h y BSR-BF: Cơ sở t h t hí hóa h Ở đâ : : Nồ p ó ố vớ ỗ độ ó c : Đơ - Cơ sở t t Tổ ượ bù s Tr đó: X: Tổ ượ Y: Hà - Tổ ó c ƣợ ệ : h t sử dụ ó c : Số ượ t t (t ƣợ í h đ ều k tí t sử dụ ù t hƣ a : tố ưu (k / ): VNĐ/ tr t rắ s bù s u k c t rắ s ước t t p át s r s u ép bù tí c r (k / s u: ) qu ép bùn (%) r tí t e cô t ức s u: (2.3) Y: Tổ k ố ượ c t rắ s Z: Lưu ượ - Y tí t e cô r tr ước t t ức s u: ỗ ( ợp ý(k / /ngày) ) ) Tr đó: H: Nồ độ ó c R: Nồ độ c J: Số ượ t rắ ó c t ýc í ữ tr sử dụ ước t t ý sử dụ 10 tr tr tr đầu (k / ỗ b ý (k / ) p áp t ) PH C3 11 PH Một số tượ C4 bù ổ bể p c u ề XLNT et 12 ứ PA1 bể ắ Du Qu t hóa lý dâ Một số t ết bị P 13 t trườ ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY NHIÊN LIỆU SINH HỌC, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ... NHIÊN LIỆU SINH HỌC, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHẰM XỬ LÝ HIỆU QUẢ ĐỘ MÀU VÀ COD CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL NHIÊN LIỆU SINH HỌC DUNG QUẤT Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG... tíc COD 28 2.3.3 P ươ p áp p â tíc 2.3.4 P ươ p áp p â tíc độ àu 29 2.4 Xử l CH ượ cặ 29 ố l ệ : 29 NG III: HIỆN TRẠNG N ỚC THẢI VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ N ỚC THẢI