Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu thành phần và hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia của chế phẩm sinh học BIO PB (Luận văn thạc sĩ)
Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT PHẠM THẾ VIỆT NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VÀ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY BIA CỦA CHẾ PHẨM SINH HỌC BIO - PB LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Hà Nội – 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT PHẠM THẾ VIỆT NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VÀ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY BIA CỦA CHẾ PHẨM SINH HỌC BIO - PB Chuyên ngành : Vi Sinh Vật Học Mã số : 60 42 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS.PHÍ QUYẾT TIẾN Hà Nội – 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Việt Nam nước có kinh tế phát triển nhanh, kéo theo phát triển nhiều ngành công nghiệp chế biến, sản xuất dịch vụ gia tăng Việc phát triển nhanh ngành tạo lượng lớn chất thải nước thải, không xử lý cách dẫn đến ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sống người dân, phát triển kinh tế diện mạo đất nước Đối với chất thải nước thải ngành sản xuất thực phẩm bia, rượu, chế biến sản phẩm đồ hộp…, thành phần chủ yếu hỗn hợp hợp chất hydocacbon, protein, lipit Đây thành phần dễ phân hủy vi sinh vật, không xử lý triệt để gây nhiễm nghiêm trọng Có thể xử lý nước thải theo nhiều cách, biện pháp xử lý hiệu sử dụng chủng vi sinh vật có khả phân hủy nhanh, đặc hiệu với loại hợp chất hữu, có giá thành thấp, ổn định không gây tác động xấu đến môi trường Trong tự nhiên, vi sinh vật với đặc tính ưu việt sẵn có hàng ngày, hàng phân hủy chất hữu phức tạp thành hợp chất trung gian hợp chất đơn giản Do vậy, hệ vi sinh vật tự nhiên xem nhà máy xử lý ô nhiễm khổng lồ Các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu để khai thác ứng dụng lợi vi sinh vật tạo điều kiện tốt cho chúng phát triển điều kiện quy mơ có kiểm sốt, bước bắt chúng phục vụ cho hoạt động sống người [9; 11] Hệ vi sinh vật sử dụng trình xử lý nước thải gồm vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn… vi khuẩn chiếm số lượng lớn Trong bể xử lý sinh học, vi khuẩn đóng vai trò hàng đầu chịu trách nhiệm phân hủy thành phần hữu nước thải Theo nhiều học giả, bùn hoạt tính có nhiều vi sinh vật thuộc chi khác như: Actinomyces, Arthrobacter, Bacillus, Corynebacterium, Deslfotomacillium, Micrococcus, Pseudomonas, Sarcina,… Nhóm nấm men xuất xử lý nước thải với vai trò chuyển hóa đường đơn thành rượu, bao gồm chi Saccharomyces, Pichia…và giúp hạn chế phát triển nhóm vi khuẩn kỵ khí khác [14; 16] Trong hệ thống xử lý nước thải công nghiệp phương pháp sinh học, hệ vi sinh vật sử dụng xử lý nước nước thải có khả phân hủy hợp chất gây Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ô nhiễm nhiều nhóm nghiên cứu ngồi nước nghiên cứu từ lâu Tuy nhiên, số hệ thống trình xử lý xảy bùn yếm khí có sẵn bùn hoạt tính chưa thể xử lý triệt để nguồn ô nhiễm thời gian xử lý kéo dài Vì vậy, bổ sung vi sinh vật hữu ích q trình xử lý chất thải không gây ảnh hưởng xấu tới môi trường giúp cho trình xử lý diễn nhanh hơn, tiết kiệm chi phí thời gian xử lý [14; 17] Thị trường chế phẩm sinh học Việt Nam nhu cầu sử dụng chế phẩm sinh học lớn áp dụng thành công số nhà máy sản xuất thực phẩm công nghiệp Tuy nhiên, với chế phẩm thương mại thị trường phong phú đa dạng, việc đánh giá chế phẩm sinh học sản xuất nước hay nhập cần phải kiểm tra đánh giá tiêu chuẩn Xuất phát từ yêu cầu nhà máy bia Hà Nội việc thử nghiệm loại chế phẩm sinh học Bio-BP nhập ngoại nhằm tăng cường hiệu xử lý nước thải hệ thống xử lý sẵn có nhà máy, yêu cầu đánh giá thành phần chế phẩm hiệu sử dụng cần thiết Ngoài ra, giai đoạn sản xuất vào mùa hè, mùi hôi từ hệ thống xử lý nước thải gây làm nhiễm nguồn khơng khí nhà máy khu vực dân cư lần cận Chính vậy, chúng tơi thực đề tài “Nghiên cứu thành phần hiệu xử lý nước thải nhà máy bia chế phẩm Bio-PB” với nội dung nghiên cứu chính: - Nghiên cứu thành phần chế phẩm sinh học Bio-PB - Nghiên cứu đặc điểm chủng vi sinh vật chế phẩm Bio-PB - Đánh giá hiệu hỗ trợ xử lý nước thải chế phẩm sinh học giai đoạn xử lý vào mùa hè 2013 Đề tài thực với hỗ trợ Viện nghiên cứu Gia Dày - Bộ Cơng Thương Phòng Cơng nghệ lên men - Viện Công nghệ sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ PHẦN I TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải hữu giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải hữu giới Sự phát triển phương pháp thứ cấp để xử lý nước thải năm đầu kỷ XX cho cải tiến đáng kể y tế công cộng môi trường suốt thời gian này, việc phát minh "bùn hoạt tính" cho quy trình xử lý nước thải Fowler cộng Đại học Manchester tiến hành Trạm Thí nghiệm Lawrence Massachusetts liên quan đến việc sục khí vào nước thải bình phủ lớp tảo [13] Các đồng nghiệp Fowler, Edward Ardern Lockett, người triển khai nghiên cứu với Văn phòng cơng ty đường sơng Manchester cơng trình xử lý nước thải Davyhulme Thí nghiệm thực lò phản ứng cách hút thu vào, việc xử lý cho hiệu cao Họ sục khí liên tục cho nước thải khoảng tháng kết đạt nitrat hóa hồn tồn ngun liệu mẫu [13] Điều bùn hoạt hóa chất (một cách tương tự than hoạt tính) q trình đặt tên bùn hoạt tính Kết cơng bố cơng trình Hội thảo 1914, lần hệ thống quy mô đầy đủ với dòng chảy liên tục lắp đặt Worcester hai năm sau Do hậu chiến tranh giới thứ phương pháp xử lý truyền bá nhanh chóng, đặc biệt Hoa Kỳ, Đan Mạch, Đức Canada [13] Vào cuối năm 1930, việc xử lý nước thải bùn hoạt tính q trình chủ yếu sử dụng tồn giớ : Actinomyces, Arthrobacer, Bacillus, Bacterium, Corynebacterium, Desulfotomacillium, Micrococcus, Pseudomonas, Sarcina … [16] Ở Mỹ, hàm lượng nitơ nước thải thường dao động khoảng 20 đến 85 mg/l nitơ dạng hợp chất hữu trung bình từ đến 35 mg/l, hàm lượng NH3 từ 12 đến 50 mg/l [32] Hàm lượng photphate nguồn nước không ô nhiễm nhỏ 0,01 mg/l Theo quy định Hà Lan, tiêu chuẩn Việt Nam, hàm lượng photphate nước uống không vượt mg/l Theo tiêu chuẩn cộng đồng chung châu Âu, nước sinh hoạt, hàm lượng photphate không vượt 2,18 mg/l [30] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Xử lý nước thải trình chế biến rau nhà khoa học Thái Lan sử dụng chủng nấm men Candida utilis CBS1517 có khả đồng hóa tốt loại đường axit hữu có nhiều thành phần nước thải, kết thu cho thấy sau 96 xử lý điều kiện phòng thí nghiệm COD giảm 89,9% pH tăng từ 3,5 lên 8,5 [20 [13]: hiệu xử lý COD T-N trình SBR cấp nước lần đạt cao, tương ứng khoảng 93% 88 ÷ 93% Tải trọng COD T-N đạt cao 0,37 kg/(m3.ngày) 0,13 kg/(m3.ngày) , COD 57%, T-N 91% [14] 1.1.2 Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải hữu Việt Nam Xử lý nước thải vấn đề thời nóng bỏng cộm Việt Nam nay, theo dự báo Tổ chức Kinh tế giới Việt Nam nước có tốc độ phát triển kinh tế vào loại nhanh giới với tốc độ tăng trưởng dự báo 7% thập kỷ tới Tuy nhiên, việc tăng trưởng kinh tế cách nhanh chóng mạnh mẽ đồng thời tạo nên thách thức áp lực tác động mặt mơi trường, đó, tác động chất thải rắn nước thải vấn đề xúc Việt Nam Hiện nay, ô nhiễm môi trường vấn đề quan tâm khơng Việt Nam mà nhiều quốc gia giới Theo báo cáo môi trường Quốc gia năm 2010 Bộ Tài Nguyên Môi Trường, từ năm 2007 đến năm 2009, ô nhiễm môi trường nước mặt tất số vượt tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 40:2011/BTNMT Các số COD, BOD vượt tiêu chuẩn từ đến 10 lần Hàm lượng NH4+ môi trường nước mặt sông Nhuệ, sông Đáy sông Cầu vượt quy chuẩn cho phép QCVN 40:2011/BTNMT cho nước mặt phù hợp với việc bảo tồn động thực vật thủy sinh là 0,2 mg/l Nước thải chăn nuôi nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước Hàm lượng nitơ tổng số nước thải chăn nuôi nằm khoảng từ 512 đến 594 mg/l, NH3 từ 304 đến 471 mg/l, hàm lượng photpho tổng số từ 13,8 ÷ 62 mg/l [7] Ngày nay, với phát triển dân số, rác thải sinh hoạt ngày gia tăng, nước rỉ rác từ hố chôn lấp khu xử lý rác thải gây ảnh hưởng lớn đến Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ đời sống người dân xung quanh, gây ô nhiễm nguồn nước mặt nước ngầm quanh khu vực Tổng hàm lượng nitơ nước thải rỉ rác dao động khoảng từ 200 ÷ 2000 mg/l, hàm lượng amoni cao, trung bình 200 mg/l, tiêu chuẩn cho phép 0,2 mg/l [6] Với xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đặc biệt từ Việt Nam gia nhập WTO, với phát triển mạnh mẽ q trình cơng nghiệp hố đất nước, chất thải công nghiệp ngày gia tăng khối lượng, đa dạng chủng loại vấn đề cấp bách xã hội, đòi hỏi phải có nhận thức đắn đầu tư thích đáng cho vấn đề xử lý nước thải Hiện công nghệ xử lý nước thải bị ô nhiễm hợp chất hữu giới Việt Nam chủ yếu sử dụng biện pháp sinh học, phương pháp xử lý hiếu khí xử lý kị khí phổ biến nhất, với nguồn nước thải có mức độ nhiễm cao thơng thường người ta xử lý kết hợp kị khí hiếu khí Kết nghiên cứu Vũ Thúy Nga cộng cho thấy cải thiện chất lượng nước thải chế biến tinh bột sắn chế phẩm vi sinh vật [11] Để nhằm khắc phục tình trạng nhiễm nước thải chế biến tinh bột sắn, công trình nghiên cứu tập trung tuyển chọn giống vi sinh vật có hoạt tính sinh học cao, sản xuất ứng dụng chế phẩm vi sinh vật để nâng cao hiệu xử lý nước thải sau biogas nhà máy chế biến tinh bột sắn Kết nghiên cứu tuyển chọn chủng vi sinh vật gồm Bacillus velezensis, Streptomyces fradiae Nitromonas sp có khả chuyển hóa tốt hợp chất hữu nước thải chế biến tinh bột sắn [11] Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn tích lũy poly-photphat xử lý nước thải Lê Quang Khôi cộng cho thấy dòng vi khuẩn tích lũy poly-P tuyển chọn có hiệu suất loại bỏ photphat hòa tan cao [8] Hai dòng vi khuẩn Acinetobacter radioresistens TGT013L Kurthia sp.TGT025L có hiệu loại bỏ PO43- cao mơi trường tổng hợp sau 25 thí nghiệm Sự loại bỏ PO43được thực hoạt động gen ppk dạng IIA q trình chuyển hóa photphat thành dạng poly-P tích lũy tế bào Kết nghiên cứu mang lại nhiều triển vọng ứng dụng dòng vi khuẩn tích lũy poly-P để xử lý photpho hòa tan nước thải chăn ni [8] Với mục đích nghiên cứu phát triển cơng nghệ xử lý hiệu đồng thời hữu chất dinh dưỡng nước thải ngành chăn nuôi lợn, nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Phạm Thị Hải Thịnh đồng tác giả, nghiên cứu ảnh hưởng số điều kiện vận hành tỷ lệ COD/T-N (tỉ lệ nhu cầu oxy hóa học tổng nitơ) chế độ sục khí đến hiệu xử lý COD T-N trình SBR nước thải chăn ni qua xử lý kị khí Với chế độ hai chu trình thiếu - hiếu khí thích hợp, hiệu xử lý COD T-N đạt cao, tương ứng khoảng 90% 80 ÷ 85% [13] Tuy nhiên nồng độ T-N nước thải chăn nuôi lợn cao thay đổi khoảng rộng, nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý nitơ trình nhằm đáp ứng cách ổn định quy chuẩn xả thải cần thiết Theo Phan Đỗ Hùng cộng cho thấy ảnh hưởng tỉ lệ cấp nước thải đến hiệu xử lý trình SBR hai chu trình thiếu - hiếu khí cấp nước hai lần so sánh với chế độ cấp nước lần Với q trình SBR hai chu trình thiếu-hiếu khí, cấp nước hai lần giải pháp để nâng cao hiệu xử lý T-N trình Thực nghiệm cho thấy, tăng tỉ lệ cấp nước (tỉ lệ lượng nước thải cấp lần thứ tổng lượng nước thải xử lý mẻ), lúc đầu hiệu suất xử lý T-N tăng, nhiên đến giới hạn định hiệu suất xử lý T-N giảm trở lại Hiệu suất xử lý T-N ba tỉ lệ cấp nước nghiên cứu cao, tỉ lệ 2/3 đạt cao nhất, khoảng 85 ÷ 90% Hiệu suất xử lý T-N thực nghiệm tỉ lệ cấp nước thấp 1/2 2/3 phù hợp với hiệu suất lý thuyết Hiệu suất xử lý COD chế độ cấp nước hai lần cao, 85 ÷ 90% tỉ lệ cấp nước 2/3, xấp xỉ với trường hợp cấp nước lần [7] 1.2 Sơ lƣợc tình hình phát thải xử lý nƣớc thải nhà máy bia Hà Nội Tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội (Habeco) có trụ sở 183 Hồng Hoa Thám, Ba Đình, Hà Nội thành lập ngày 16 tháng năm 2003 theo Quyết định số 75/2003/QĐ – BCN Bộ trưởng Bộ Công nghiệp (nay Bộ Công Thương) sở xếp lại Công ty Bia Hà Nội đơn vị thành viên; thức chuyển sang tổ chức hoạt động theo mơ hình cơng ty mẹ - cơng ty Quyết định số 36/2004/QĐ-BCN ngày 11/05/2004 Bộ trưởng Bộ Công nghiệp Ngành nghề chủ yếu Tổng công ty gồm: sản xuất, kinh doanh bia, rượu, nước giải khát bao bì; xuất nhập nguyên liệu, vật tư, thiết bị, phụ tùng, phụ liệu, hoá chất; dịch vụ khoa học công nghệ, tư vấn đầu tư, tạo nguồn vốn đầu tư, tổ chức vùng nguyên liệu, kinh doanh bất động sản, dịch vụ ngành nghề khác theo luật định Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Nước thải nhà máy bao gồm nước thải sản xuất, nước thải làm lạnh nước mưa Nước thải sản xuất bao gồm loại sau: - Nước thải trình tách đại mạch sau phân huỷ bột - Nước thải rửa thiết bị lọc - Nước rửa chai téc - Nước rửa nhà, phòng lên men, phòng tang trữ bia - Nước thải từ nồi - Nước vệ sinh * Nước thải đầu vào cơng ty có thơng số trung bình: - Lưu lượng: 50 m3/giờ - Nhu cầu Oxy hóa học (COD) : 2.400 mg/l - Nhu cầu Oxy sinh học (BOD) : 1600 mg/l - Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): 1.030 mg/l * Sơ đồ đơn giản quy trình xử lý tại: Bể điều hòa (70 m3) Bể ổn định lưu lượng Bể cân (điều chỉnh pH, 900 m3) Bể hiếu khí (550 m3) Bể yếm khí (550 m3) Bể lắng Bể yếm khí (550 m3) Bể hiếu khí (550 m3) Tuần hồn bùn Hình 1.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải Habeco Yêu cầu nước thải đầu nước thải nhà máy bia Hà Nội - Nhu cầu Oxy hóa học COD < 100 mg/l - Nhu cầu Oxy sinh học BOD < 50 mg/l - Tổng chất rắn lơ lửng TSS < 100mg/l Dòng thải Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Quy trình vận hành bể nhà máy bia Hà Nội - Bể điều hòa: nhằm thu gom hòa trộn nguồn nước thải lưu lượng ổn định - Bể ổn định lưu lượng: điều chỉnh lưu lượng thích hợp - Bể cân bằng: điều chỉnh pH nguồn dinh dưỡng bổ sung trước đưa vào xử lý - Bể yếm khí: thực q trình xử lý yếm khí nhằm giảm 60 ÷ 70 % giá trị COD BOD nước thải - Bể hiếu khí 1, bể hiếu khí 2: cung cấp đủ lượng oxy cần thiết cho phản ứng sinh hóa xảy bể cấp khí liên tục (cho xử lý hiếu khí xử lý thiếu khí) giữ cho bùn hoạt tính (chứa vi sinh vật) trạng thái lơ lửng nước thải xử lý loại bỏ thành phần hữu ô nhiễm Bể lắng: Bổ sung chất trợ lắng PAC (Poly aluminium chloride) nhằm lắng chất lơ lửng lại nước thải tác dụng trọng lực 1.3 Nguyên lý xử lý chất thải hữu nƣớc thải phƣơng pháp sinh học Những chất gây ô nhiễm nghiêm trọng thường có cấu trúc cấu thành từ nguyên tử cacbon, nitơ, lưu huỳnh, photpho hay kim loại nặng Quá trình phân giải hợp chất cacbon nitơ q trình sinh hố phức tạp thơng qua hoạt động sống vi sinh vật, nhờ mà số lượng lớn chất hữu cao phân tử phân giải thành chất có khối lượng phân tử thấp, từ vi sinh vật khác chuyển hóa thành sinh khối tế bào, khí (CO2, H2S, N2, NH4…) [14] Các hợp chất hydratcacbon bao gồm (xenluloza, tinh bột, dextrin…) có nhiều nước thải sở chế biến lương thực hay sản xuất rượu bia nhóm vi sinh vật đặc thù đảm nhận phân giải thành tiểu phần nhỏ để tế bào vi sinh vật sử dụng cho mục đích khác nhau, bao gồm: tạo sinh khối vi sinh vật, tạo sản phẩm trao đổi chất chất khí (N2, CO2)…, axit hữu axit focmic, axit axetic, axit lactic… Để phân giải xenluloza, nhiều loại vi sinh vật có khả sinh enzym hỗ trợ xúc tác trình phân giải xenluloza [20] Cơ chế phân giải xenluloza sau: xenlulaza Xenluloza → xenlobiaza Đường tan (xenlobioza) → Glucoza Tinh bột chất dự trữ chủ yếu thực vật, có mặt hạt hòa thảo, củ, thân Tinh bột gồm cấu tử amyloza (25%) amylopectin 10 ... chế phẩm Bio- PB với nội dung nghiên cứu chính: - Nghiên cứu thành phần chế phẩm sinh học Bio- PB - Nghiên cứu đặc điểm chủng vi sinh vật chế phẩm Bio- PB - Đánh giá hiệu hỗ trợ xử lý nước thải chế. .. CỨU THÀNH PHẦN VÀ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY BIA CỦA CHẾ PHẨM SINH HỌC BIO - PB Chuyên ngành : Vi Sinh Vật Học Mã số : 60 42 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS.PHÍ... yêu cầu nhà máy bia Hà Nội việc thử nghiệm loại chế phẩm sinh học Bio- BP nhập ngoại nhằm tăng cường hiệu xử lý nước thải hệ thống xử lý sẵn có nhà máy, yêu cầu đánh giá thành phần chế phẩm hiệu