VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ---o0o---ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 608506 Tên đề tài NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN
Trang 1VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
-o0o -ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 608506
Tên đề tài
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ
XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT THẠCH DỪA
PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN BẾN TRE
Học viên thực hiện : TRẦN MINH HƯƠNG Cán bộ hướng dẫn : PGS TS NGUYỄN VĂN PHƯỚC
Tp Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2011
Trang 2VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
oOo
-NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC
Ngày, tháng, năm sinh : 30/12/1973 Nơi sinh : Nam ĐịnhChuyên ngành : Công nghệ môi trường
I TÊN ĐỀ TÀI
Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa phù hợp với điềukiện Bến Tre
II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Nhiệm vụ: Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa đạtQCVN 24:2009/BTNMT, cột A phù hợp với điều kiện Bến Tre
Nội dung:
- Khảo sát hiệu quả tách dầu, SS trên mô hình tách dầu, cặn bằng trọng lực
- Nghiên cứu hiệu quả khử COD trên mô hình lọc kỵ khí và lọc hiếu khí và độnghọc quá trình
- Phân tích, đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa đạt QCVN24:2009/BTNMT, cột A phù hợp với điều kiện Bến Tre
III HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
GS TS NGUYỄN VĂN PHƯỚC
NCS NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG
Ngày tháng năm 2011PHÒNG ĐÀO TẠO PHÒNG CHUYÊN MÔN CHỦ NHIỆM NGÀNH
Trang 3MỤC LỤC
1 Đặt vấn đề 3
2 Tổng quan 3
2.1 Tổng quan về quy trình sản xuất và tính chất nước thải thạch dừa 3
2.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ xử lý 3
2.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải dự kiến nghiên cứu 3
3 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 3
3.1 Mục tiêu nghiên cứu 3
3.2 Đối tượng nghiên cứu 3
3.3 Nội dung nghiên cứu 3
3.4 Phương pháp nghiên cứu 3
3.5 Lựa chọn công nghệ 3
3.6 Mô hình thực nghiệm 3
3.6.1 Mô hình tách dầu và cặn bằng trọng lực 3
3.6.2 Mô hình lọc sinh học kỵ khí giá thể xơ dừa 3
3.6.3 Mô hình lọc sinh học hiếu khí 3
3.6.4 Mô hình liên tục tách dầu - lọc kỵ khí - lọc hiếu khí 3
4 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và tính mới của đề tài 3
5 Các chương mục dự kiến của luận văn 3
6 Tiến độ thực hiện 3
7 Phần chuẩn bị của học viên 3
8 Tài liệu tham khảo 3
9 Ý kiến của GVHD 3
Trang 41 Đặt vấn đề
Bến Tre là một tỉnh đồng bằng sông Cửu Long với cây dừa là loại cây nông nghiệpchủ yếu Tỉnh có hơn 47.000ha đất trồng dừa, chiếm 2/3 diện tích trồng dừa và sảnlượng dừa cả nước Sản lượng dừa hằng năm trên 350 triệu trái Dự kiến năm 2015,Bến Tre sẽ có khoảng 52.500 ha trồng dừa, sản lượng 390 triệu trái[15]
Dừa và các sản phẩm ngành dừa được xác định là ngành kinh tế mũi nhọn của tỉnh.Các sản phẩm chế biến từ dừa có thực phẩm (kẹo dừa, nước cốt dừa, thạch dừa … ),chế biến công nghiệp, thủ công mỹ nghệ, vật liệu xây dựng, dược phẩm … Giá trị xuấtkhẩu các sản phẩm từ dừa chiếm 60 triệu USD, đóng góp 40% vào tổng giá trị xuấtkhẩu của tỉnh Bến Tre Sản xuất ngành dừa giúp giải quyết việc làm cho hơn 300 ngànlao động [15]
Sản xuất thạch dừa đã trở nên một nghề khá phổ biến ở Bến Tre hiện nay Toàn tỉnh cóhơn 160 cơ sở sản xuất, riêng trên địa bàn thị xã có hơn 100 cơ sở sản xuất thạch dừa
Đa phần là các cơ sở nhỏ, sản xuất mang tính tiểu thủ công nghiệp, trình độ kỹ thuậtcủa lao động chưa cao, chưa có hệ thống xử lý nước thải, mặt bằng và vốn đầu tư chocác công trình xử lý nước thải hạn chế Hiện tại, nước thải sản xuất thạch dừa chưađược xử lý thích hợp Nước thải thạch dừa có COD, BOD và SS khá cao (có thể đến4.600, 3.200 và 1.700 mg/L), khi thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nguồnnước kênh rạch, sông ngòi tiếp nhận, làm ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh, giảm giátrị cảnh quan và cấp nước của các thủy vực Từ sản lượng trung bình năm 9.000 tấnthạch dừa hiện nay, có thể hiểu rằng hàng năm hệ thống sông rạch Bến Tre đang phảitiếp nhận hơn 60.000 m3 nước thải xử lý chưa đạt tiêu chuẩn hoặc chưa qua xử lý Trong bối cảnh đó, rất cần một giải pháp xử lý nước thải sản xuất thạch dừa phù hợp,
có thể áp dụng rộng rãi để đảm bảo phát triển bền vững nghề sản xuất thạch dừa Luậnvăn này có mục tiêu đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa đạt QCVN24:2009/BTNMT, cột A phù hợp với điều kiện Bến Tre
2 Tổng quan
2.1 Tổng quan về quy trình sản xuất và tính chất nước thải thạch dừa
Thạch dừa là sản phẩm giải khát lên men từ nước dừa tươi nhờ giống vi khuẩn
Acetobacter xilinum Quy trình sản xuất thạch dừa được trình bày trong hình 1 sau
đây
Trang 5Nước dừa Đun sôi Đường, muối khoáng
Hạ nhiệt
Lên men trên khay
Nhân giống vi khuẩn
Acetobacter xilinum
Nước thải rửa khay Thạch thô
Rửa Cắt nhỏ Đun sôi
Để ráo, rửa Đun sôi Đóng gói Thạch dừa
Axit Acetic
Nước thải rửa thạch
Nước thải rửa thạch Nước thải rửa bình
Khử trùng Chất bảo quản, hương liệu
Hình 1 Quy trình chung sản xuất thạch dừa
Trong sản xuất thạch dừa, nước thải chủ yếu phát sinh ở các công đoạn rửa thạch, rửakhay và vệ sinh bình nhân giống Ngoài ra, còn có nước thải vệ sinh nồi nấu và bểchứa thạch thô với tần suất xả thải thấp và lưu lượng rất thấp Lưu lượng nước thải ướctính 5 -10m3/tấn thạch dừa thành phẩm
Bảng 1 Tỉ lệ lưu lượng nước thải qua từng công đoạn
1 Nước thải rửa các bình nhân giống 5–10 SS, độ đục
2 Nước thải rửa khay, rửa nồi, rửa bồn 5–10 BOD, COD, SS, Dầu mỡ
3 Nước thải rửa thạch 80–90 BOD, COD, SS, Dầu mỡ
Nguồn: Khoa Môi trường – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Trang 6Bảng 2 Tính chất nước thải thạch dừa so với QCVN 24:2009
(**) Nước thải cơ sở Nguyễn Thị Tước, 154C, Khu Phố 3, Phường 7, Bến Tre.
Nước thải sản xuất thạch dừa có pH axit yếu, nếu để lâu pH sẽ giảm do xảy ra quátrình lên men Loại nước thải này có thành phần hữu cơ cao, các chỉ tiêu COD, BOD
có độ dao động lớn, hàm lượng chất lơ lửng cũng khá cao nhưng dễ lắng (lắng hơn80% sau 2 giờ lắng tĩnh)
2.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ xử lý
Các nghiên cứu ngoài nước
Các nghiên cứu xử lý nước thải ngành dừa và thạch dừa được công bố không nhiều.Tóm tắt về các nghiên cứu này như sau:
- T Mungcharoen, Đại học Kasetsart, Thái Lan năm 1996 đã nghiên cứu hệthống xử lý nước thải sản xuất thạch dừa quy mô pilot[11] Nước thải thạch dừa
có BOD 4.700mg/L, lấy từ cơ sở sản xuất có công suất 3.000kg thạch dừa/ngày,tạo 30m3 nước thải/ngày Nghiên cứu đã so sánh 3 phương án xử lý: dùng hệthống hồ, hồ làm thoáng và hệ thống hỗn hợp Kết quả cho thấy nếu giá ðất thấphõn 104 USS/m2 thì nên chọn xử lý bằng hệ thống hồ; ngược lại thì xử lý bằng
hồ làm thoáng sẽ thích hợp hơn
- Piyanoot Kongkitpisal, Đại học Mahidol, Thái Lan năm 1998 đã nghiên cứu xử
lý nước thải thạch dừa bằng lọc kị khí [19] Nước thải thạch dừa trong nghiên cứu
có COD 1.954 - 4.943 mg/L, công nghệ sản xuất tạo 5-7m3 nước thải/tấn thạchdừa thành phẩm Hiệu suất khử COD và SS của lọc kị khí với tải trọng hữu cơ0,48 kg/ m3.ngày là 79,5% và hiệu quả xử lý giảm đi khi tải trọng hữu cơ tănglên Ở tải trọng hữu cơ 4,57kg/m3.ngày, hiệu quả xử lý COD và SS lần lượt là60,1 và 66,9% Nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả xử lý bằng lọc kị khí vớithời gian lưu là 48h cao hơn 24h
Trang 7- J D Mannapperuma nghiên cứu thu hồi dầu từ các nhà máy kẹo dừa bằng côngnghệ tuyển nổi, UF và thẩm thấu ngược Nước thải sau xử lý có thể tái sử dụng[16].
- Nhà máy sản xuất dầu dừa và kẹo dừa Rathkerawwa, Sri Lanka áp dụng thànhcông công nghệ UASB để xử lý nước thải đồng thời thu biogas [16]
- Jayamanne M D.A Athula năm 2007 nghiên cứu hệ thống lọc sinh học kỵ khívật liệu nổi (UAFF) để xử lý nước thải kẹo dừa Hiệu quả khử COD đạt 96,3%,khử BOD 97,7%[9]
- J I Soletti năm 2005 nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất nước cốt dừa và cơmdừa nạo sấy bằng keo tụ kết hợp tuyển nổi khí hòa tan cho thấy có thể khử 85%COD[6]
- Anna Maria I Cuevas nghiên cứu hiệu quả của công nghệ lọc kị khí dòng chảyngược trong xử lý nước thải kẹo dừa[17]
Các công nghệ xử lý nước thải cho ngành chế biến thực phẩm trên thế giới đã đượcnghiên cứu và triển khai rất hiệu quả, nhưng nhìn chung chi phí đầu tư và vận hànhthường cao hơn các cơ sở sản xuất trong nước Một vài công nghệ điển hình đã ápdụng xử lý nước thải chế biến thực phẩm như sau:
- Nhà máy Ethel M Chocolate, tại Nevada, Mỹ sử dụng đất ngập nước nhân tạo
đề xử lý nước thải kẹo[13]
- Candy Manufacturing Plant áp dụng công nghệ xử lý gồm trung hòa, tuyển nổi,bùn hoạt tính và hồ sinh học cho xử lý nước thải bánh, kẹo
- Nhà máy sản xuất bánh kẹo Bimbo - Ricolino đặt tại Mexico có công nghệ xử
lý nước thải gồm bẫy dầu, thùng quay tự rửa (lỗ ra 880micromet), bể điều hòa,
hệ thống keo tụ - tuyển nổi, bể UASB cải tiến, lọc sinh học MBBR (moving bedbiofilm reactor) cải tiến, bể lắng và lọc cát[14]
- Brazil Candy Manufacturing Plant áp dụng hệ hybrid kỵ khí tốc độ cao và đấtngập nước để xử lý nước thải[18]
Các nghiên cứu trong nước
Viện Công nghệ và Khoa học quản lý môi trường - Tài nguyên năm 2010 đã thực hiện
“Nghiên cứu quy trình kỹ thuật công nghệ xử lý nước thải chế biến ngành dừa: Cơmdừa nạo sấy và kẹo dừa”Error: Reference source not found Công nghệ đề xuất gồmlắng tách dầu trong 24h, keo tụ - tạo bông, xử lý kỵ khí và xử lý hiếu khí bằng hệ VSV
lơ lửng, lắng, lọc áp lực và khử trùng (xem hình 2)
Trang 8
Hình 2 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải cơm dừa nạo
sấy Error: Reference source not found
Một số công trình và các đề tài nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thực phẩm đượctổng hợp như sau:
- Xí nghiệp bánh kẹo Hải Hà áp dụng phương án vi sinh tải trọng cao: FBR (yếmkhí, thiếu khí và hiếu khí) được chuyển giao công nghệ bởi Công ty NisshoIwai, Tetsugen, Organo
- Công ty VinaBico: Áp dụng công nghệ SBR để xử lý nước thải sản xuất bánhkẹo
- Công ty CP Mía đường Quảng Ngãi đang có kế hoạch áp dụng công nghệOXYLAG của Pháp đưa ra Nước thải của quá trình sản xuất được gọi là dịchhèm, thường có màu vàng sẫm ngả đen do có chứa carame( (C12H18O9)n) Côngnghệ áp dụng nguyên lý đó là nâng dẫn nước, hớt váng, dẫn qua rây, trung hòa
Trang 9lọc tinh, loc thô Công nghệ đặc biệt chú ý nhiều sử dụng bùn hoạt tính tại cáckhâu xử lý đặc biệt là hồ sinh học - Đề tài khoa học cấp bộ của Viện côngnghiệp thực phẩm “Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải trong công nghiệpđường bột và đồ uống” được thực hiện vào năm 2001.
- Đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước của Viện công nghiệp thực phẩm “Nghiên cứucông nghệ và thiết kế, chế tạo hệ thống UASB cải tiến để xử lý nước thải côngnghiệp thực phẩm có độ ô nhiễm cao - KC 04-02”
- Đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước của Viện công nghiệp thực phẩm “Nghiên cứu
hệ thống sinh học hoạt lực cao, điều khiển tự động trong quá trình xử lý kị khíđối với nước thải bị ô nhiễm chất hữu cơ cao - KC04-21”
- Đề tài “Nghiên cứu khoa học QMT06.03” của Đại học Quốc gia Hà Nội Đốitượng áp dụng nghiên cứu là nước thải làng nghề chế biến lương thực (sản xuấtbún, miến hoặc tinh chế tinh bột) thường chứa các tạp chất có khả năng phânhủy sinh học (tỷ lệ BOD5/COD khoảng từ 0,6 - 0,7) nên có thể được xử lý tốtbằng các phương pháp xử lý sinh học Bằng phương pháp lọc sinh học kị khí vàhiếu khí, nước thải có thể được xử lý đạt tiêu chuẩn Việt Nam về nước thảicông nghiệp TCVN 5945:2005
Luận văn này lựa chọn phương pháp lọc sinh học để xử lý nước thải Vật liệu lọc sửdụng sẽ là xơ dừa - nguồn vật liệu sẵn có và rẻ tiền tại tỉnh Bến Tre Xơ dừa đã đượcnghiên cứu sử dụng làm giá thể dính bám cho vi sinh vật trong các công trình xử lýhiếu khí và kỵ khí, ứng dụng thành công tại các công trình xử lý nước thải sản xuấttinh bột mì tại làng nghề Hoài Hảo, huyện Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định (2005), xử lýnước thải sản xuất tiêu sọ tại xã Đạo Nghĩa, huyện Đăk RLấp, tỉnh Đăk Nông, (2006),
xử lý nước thải sản xuất kẹo dừa (2009) và tại Công ty TNHH Đông Á, TX Bến Tre,Tỉnh Bến Tre, xử lý nước thải chế biến cao su (năm 1999 - 2001)
2.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải dự kiến nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và tồng quan về hiệu quả xử lý của các các phương pháp xử lý lựachọn nghiên cứu được trình bày tóm tắt sau đây
(1) Phương pháp tách dầu mỡ và cặn bằng trọng lực
Phương pháp này dựa trên sự khác biệt về tỉ trọng giữa dầu (0,915-0,918) vànước (1,015 - 1,086) để tách thành phần này khỏi nước thải Với thời gian lắngthích hợp, tùy hàm lượng dầu và bản chất dầu ban đầu, phương pháp này có thểcho hiệu quả tách dầu có thể đạt 75%
Bể lắng còn tách được một lượng cặn trong nước thải cũng do chênh lệch tỉtrọng so với nước, do vậy làm giảm được COD, BOD và vi khuẩn trong dòngnước thải đi vào các công trình xử lý phía sau Hiệu quả xử lý là 40 - 90% vớichỉ tiêu TSS, 25 - 40% với BOD5 và 50 - 60% với vi khuẩn [12]
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, không sử dụng năng lượng
Trang 10(2) Phương pháp xử lý nước thải bằng lọc sinh học kỵ khí
Lọc sinh học hiếu khí sử dụng hệ vi sinh vật dính bám trên các giá thể (sỏi, đádăm, sứ, gỗ, nhựa PP, PVC, than xỉ, xơ dừa …) có độ rỗng và diện tích bề mặtriêng lớn để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Vi sinh vật phát trát trêncác giá thể tự nhiên tạo thành màng biofilm, bản chất là các polymer ngoại bào,dày 0,1 - 4mm
Quá trình phân giải các chất hữu cơ trong môi trường diễn ra theo 3 giai đoạn:thủy phân, axit hóa và lên men metan Quá trình thủy phân làm phân giải cáchợp chất cao phân tử như lipid, polysacchrides, protein, axit nucleic thành cácchất đơn giản hơn như axit béo, đường đơn, axit amin, purine, pirimidine Ởgiai đoạn 2, các vi sinh vật lên men axit sẽ biến đổi tiếp tục các sản phẩm trên
và các mạch vòng đơn giản thành các sản phẩm như propionat, butyrate,succinate, lactate, ethanol và các cơ chất cho vi khuẩn lên men metan sửdụng gồm: H2, CO2, format, methanol, methylamin và acetat Giai đoạn cuốicùng của lên men kỵ khí tạo sản phẩm CH4 và CO2 được thực hiện bởi 2 conđường chính: (1) từ cơ chất H2 và H2O và (2) từ cơ chất là axit axetic[8]
Trong quá trình xử lý kỵ khí nước thải sản xuất thạch dừa, các thành phần hữu
cơ đặc trưng như axit lauric, axit linoleic, axit myristic, các triglyxerit đượcchuyển hóa thành các axit đơn giản và cuối cùng là CH4, CO2 và nước
Các vi sinh vật thủy phân và axit hóa là những loại hiếu khí hay kỵ khí tùy tiện.Riêng nhóm vi sinh vật lên men metan là loại kỵ khí bắt buộc có thời gian thế
hệ dài và rất nhạy cảm với điều kiện môi trường
Hiệu quả khử COD và khoảng thông số thiết kế của lọc kỵ khí và lọc kỵ khíđệm cố định tham khảo từ một số tài liệu có trong bảng 4 dưới đây
Bảng 3 Khoảng thông số thiết kế lọc kỵ khí tham khảo Quá trình Tải trọng,
kg COD/m 3 ngày
Thời gian lưu nước,
h
Hiệu quả khử COD,
%
Ghi chú Tài liệu
tham khảo
COD vào 6.000mg/L, giá thể
Trang 11(3) Phương pháp xử lý nước thải bằng lọc sinh học hiếu khí
Tương tự như lọc kỵ khí, lọc hiếu khí cũng xử lý nước thải dựa trên khả năngphân giải các chất hữu cơ của các vi sinh vật nằm trong lớp biofilm trên giá thểdính bám Lớp biofilm hiếu khí gồm 2 lớp, lớp bên ngoài gồm các vi sinh vậthiếu khí và kỵ khí tùy ý, lớp bên trong sát vật liệu dính bám là các vi sinh vật
kỵ khí Vi sinh vật của hệ thống lọc hiếu khí gồm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí tùy
ý và kỵ khí bắt buộc, nấm, tảo, động vật nguyên sinh Ngoài ra, cả các sinh vậtcao hơn như giun, ấu trùng côn trùng, ốc sên cũng có mặt
So với xử lý bằng bùn hoạt tính lơ lửng thì lọc sinh học hiếu khí đơn giản, dễvận hành, hoạt động tốt ở tải trọng cao, có thể chịu sốc tải, tạo ra bùn đặc hơn,
Hiệu quả khử COD,
%
tham khảo
Lọc hiếu khí giá thể sợi
dẻo (Flexible fibre
[3]
24
94 96
nước thải sản xuất kẹo dừa, COD vào:
2.000mg/L, giá thể xơ dừa
3 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải thạch dừa đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột Aphù hợp với điều kiện mặt bằng và kinh phí hạn chế