Xây dựng hệ thống xử lý nước thải chứa xăng dầu tại một nhà máy quân sự bằng công nghệ sinh học

TRƯNG TÂM KHOA HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ PHÂN VIỆN CÔNG NGHỆ MỚI VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG BAO CAO TONG KET KHOA HOC VA KY THUAT (Đề tài nhánh cấp Nhà nước ) XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THÁI CHỨA XĂNG DẦU TẠI MỘT NHÀ MÃY QUẦN SỰ BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC (Đề tài cấp Nhà nước: Nghiên cứu công nghệ sinh học xử lý chất thải quốc phịng đặc chúng nhiễm vỉ sinh vậtđộc hai KC - 04 - 10) CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Đại tá Phạm Sơn Dương Hà Nội - 9/2004 BULK Rig lor BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài nhánh: '' Xây đựng hệ thống xử lý nước thải chứa xăng dầu nhà máy quán công nghệ sinh học" Thuộc đề tài cấp Nhà nước: "Nghiên cứu công nghệ sinh học xử lý chất thải quốc phòng đặc chủng sựơ nhiễm sinh vật độc hại" Cơ quan chủ quản: Cơ quan chủ trì: Bộ Khoa học Công nghệ Phân viện Công nghệ Bảo vệ mơi trường Trung tâm KHKT - CNQS, Bộ quốc phịng Chủ nhiệm đề tài nhánh: Đại tá Phạm Sơn Dương Học vị: Kỹ sư Chức vụ: Phân viện trưởng Phân viện CNM & BVMT Những người thực hiện: GS TSKH Đỗ Ngọc Khuê _ Phó phân viện truéng - Py CNM &BVMT Ths Lê Thị Đức Trưởng phòng CNSH - Pv CNM & BVMT TS Nguyễn Văn Đạt Trưởng phòng CNMT - Pv CNM & BVMT CN Trần Thị Thu Hường Cán nghiên cứu P CNSH - Py CNM & BVMT Ths Nguyễn Lê Tú Quỳnh _ Cán nghiên cứu P CNSH - Py CNM & BVMT Ths Tô Văn Thiệp Cán nghiên cứu P CNMT - Pv CNM & BVMT Những quan phối hợp chính: - Các nhà máy, sở sản xuất thuộc Bộ Quốc phòng: Z551, K680 - Phịng Cơng nghệ Bảo vệ Mơi trường - Phân viện CNM & BVMIT Thời gian thực hiện: 10/2001 - 10/2004 Ngày 15 tháng năm 2004 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI CHỦ NHIỆM NHÁNH oO _— Đại tá GS,TSKH Đô Ngọc Khuê Đại tá Phạm Sơn Dương BÀI TÓM TẮT Dâu mỏ sản phẩm sử dụng rộng rãi công nghiệp, giao thông vận tải, quốc phòng Các hợp chất thải vào mơi trường trực tiếp gián tiếp gây ô nhiễm môi trường sinh thái Những vi sinh vật có khả phân huỷ dầu phân bố rộng rãi tự nhiên, chúng bao gồm nấm men, nấm mốc, vi khuẩn xạ khuẩn, trình sinh trưởng phát triển, vi sinh vật tiêu thụ đầu nhờ mơi trường làm Đề tài: "X2y dựng hệ thống xử lý nước thải chứa xăng dâu nhà máy quân công nghệ sinh học" thực dựa nguyên lý Trong trình tiến hành đề tài đã: - Đi thực địa, lấy mẫu phân tích thành phần nước thải chứa dầu mỡ bảo quản số sở sửa chữa vũ khí Kết cho thấy hàm lượng dầu mỡ nước thai sau loại dầu mỡ thudng > 50 mg/l - Nghiên cứu thử nghiệm phòng thí nghiệm để sản xuất chế phẩm vi sinh vật xử lý dầu mỡ bảo quản có nồng độ vi sinh vật đạt 10 ? - 10 !° CEU/g, hiệu suất phan huỷ đạt 99% - Xây dựng quy trình xử lý cho hiệu cao Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước thải loại B (TCVN) - Thiết kế hệ thống xử lý nước thải công suất - 7m/ngày áp dụng sở sửa chữa ngành quân khí Nước sau xử lý tái sử dụng - Công bố báo Hội nghị Khoa học Môi trường lần thứ nhất, Trung- tâm KHKT & CNQS, Bộ Quốc phòng LỜI MỞ ĐẦU . -2222S22E2E22222 1.e re NOI DUNG CHINH CUA BAO CAO Iyp) 8.0 ¡506600 1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 22x 2152222222221 7.11E 2.1112 xe 1.2 Amb ctta nh 1.3 Ảnh hưởng thành phần đầu nồng độ đầu -.2.czccccce 1.4 Ảnh hưởng độ thơng khí 2s222 222222272 EEererrrree 1.5 Ảnh hưởng nguồn dinh duong .c c.ccceccscsececcccessssseesessvesssseeeesssneesseene II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP -22- 2c2Srntrerrcrree °ˆm (ào h 2.2 Phương pháp nghiên cứu á- c + ST n4 11112 gi 2.2.1 Phương pháp phân lập tuyển chọn 25-55 cc-ScScsccecT ve 2.2.2 Nghiên cứu đặc điểm sinh lý, sinh hoá c5 555 55-25-cce 2.2.2.1 Xác định môi trường nhân giống va giữ giống tối ưu cho sinh trưởng phát triỂn scn r2 1111 rre 2.2.2.2 Xác định nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng - 7-57 10 2.2.2.3 Xác định pH tối ưu cho sinh trưởng -¿cccxcccccccccccsee 10 TIL KẾT QUẢ NGHIÊN CÚU .-2 1221212212120 ee 11 K00 kh ¡7 B.1.2 Tyr CHOM 11 11 ce sccsessescsseesnssessesssessssceseceansesseenseeseecesseeseesseesseessesceeeseees II 3.1.3 Nghiên cứu số đặc điểm sinh lý, sinh hoá -5s: 12 3.1.3.1 Xác định môi trường nhân giống giữ giống tối ưu cho sinh trưởng phát triỂn csnhvrHH n112011111 1111 1c cay 12 3.1.3.2 Xác định nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng c -c- 13 3.1.3.3 Xác định pH tối ưu cho sinh trưởng 5< ss+c+c 5-22 14 3.2 Sản xuất chế phẩm - + 2s 22222222 011.2112221222111211 reo 15 3.2.1 Các chủng vi sinh vật phân huỷ đầu mỡ bảo quản - 15 3.2.2 Lựa chọn thành phần chất mang - Sản xuất chế phẩm 15 3.2.2.1 Khả trì số lượng vi sinh vật chất mang 15 3.2.2.2 Quy trình sản xuất chế phẩm vi sinh vật phân huỷ dầu mỡ bảo 17 3.3 Xây dựng quy trình xử lý nước thải chứa dầu mỡ bảo quản 17 3.4 Thực nghiệm xử lý nước thải chứa đầu mỡ bảo quản K680 18 3.5 Xây dựng hệ thống xử lý nước thải chứa đầu mỡ bảo quản K680 19 3.5.1 Đặc điểm nước thải K680 E2 (Co K8 n9 non 2) bo E0 N6 (0 19 19 3.5.3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý .Ặ-S- 2.222 2H01 20 3.5.3.3 Các hạng mục thiết bỊ ok cnnn HH1 1114 012 xxx 21 3.4 Tính tốn giá thành Xử lý ¿G221 SnTn S111 12121 T9121218111 2111 01c KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . ss 215212111111.711111.12 2.2111 0fe v00 21 are 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO á255-2222 21122211221121112 222.11 ee 23 24 PHẦN PHỤ LỤC 2-s 2222111112117 2T E.8 11122eerrrei 26 PHẦN CHÍNH BẢO CÁO LỜI MỞ ĐẦU Dầu mỏ sản phẩm đầu mỏ loại nguyên liệu thiếu kinh tế giới Cùng với phát triển kinh tế, nhu cầu sử dụng dầu mỏ sản phẩm dâu mỏ ngày tăng Điều đồng nghĩa với ô nhiễm môi trường dầu ngày tăng Sự ô nhiễm xuất phát từ nhiều nguyên nhân: đo thất q trình khai thác, vận chuyển hay sử dụng dầu mỏ sản phẩm dầu mỏ; thải q trình có sử dụng đầu mỏ Sự nhiễm có tác động trực tiếp đến mơi trường sinh thái nói chung sức khoẻ người nói riêng Điển vụ đấm tàu Alaska năm 1991 làm 41 triệu dầu tràn gây ô nhiễm gần 2000 km bờ biển Hay Việt Nam vụ tràn đầu xảy ngày 3/10/1994 Cát Lái làm 1700 dầu diezen tràn môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới vùng cảng 30 000ha ruộng lúa, trại cá, trại vịt, thiệt hại ước tính khoảng 40 triệu USD Trong trình hoạt động sản xuất, nhà máy, trạm sửa chữa khí, kho tầng quân đội thải lượng lớn nước thải chứa dầu mỡ Nếu không xử lý trước thải môi trường, dầu sản phẩm mỡ gây ô nhiễm nghiêm trọng cho thuỷ vực tiếp nhận; tạo nên lớp màng dầu, mỡ mặt nước Cặn dầu lắng xuống đáy làm nước có mùi vị đặc trưng, lượng O; hoà tan nước giảm, gây ảnh hưởng xấu cho loại thuỷ sinh mức độ nghiêm trọng làm cho động, thực vật thuỷ vực tiếp nhận chết hàng loạt Thực tế cho thấy, với hàm lượng đầu 0,2 - 0,4 mg/1 nước có mùi dầu khó xử lý Tơm, cá sống nước có dầu nhiễm sản phẩm dầu, mỡ dẫn đến tốc độ sinh trưởng kém, chí khơng sinh trưởng thịt chúng có mùi dầu, khơng thể sử dụng [4, 5, 6] Đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng công nghệ vi sinh vào xử lý dầu mỏ sản phẩm đầu mỏ giới Việt Nam Tuy nhiên, riêng môi trường quân đội, tính chất đặc thù, nên chưa có nghiên cứu việc xử lý ô nhiễm đầu nhà máy thuộc quân đội Đây vấn để môi trường cộm quân đội số lượng nhà máy chế tạo, sửa chữa ô tô nhà máy khác có sử dụng dầu mỏ sản phẩm dâu mỏ với lượng lớn trực thuộc quân đội nhỏ Trong khuôn khổ để tài nhánh: "X4y dựng hệ thống xử lý nước thải chứa xăng dâu nhà máy quân công nghệ sinh học", tiến hành nghiên cứu bản, phục vụ trực tiếp cho việc xây dung quy trình xử lý làm nước nhiễm đầu mỡ bảo quản xây dựng hệ thống xử lý nước thải sở sản xuất để từ nhân rộng cho nhà máy, sở khác Bộ Quốc phịng I TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ô nhiễm đầu trở thành vấn đề cấp bách có tính tồn cầu Để giảm thiểu ô nhiễm dầu, người ta áp dụng nhiều biện pháp lý học, hoá học sinh học biện pháp sinh học ngày chứng minh tính ưu việt giá thành, độ an tồn cho mơi trường [3] Hiện nay, giới, nhiều cơng trình nghiên cứu xử lý ô nhiễm dầu mỏ phân huỷ sinh học (Bioremediation) thành công công bố rộng rãi Bản chất phân huỷ sinh học kích thích phát triển tập đoàn vi sinh vật địa có khả phân huỷ dầu có sẵn tự nhiên cách thay đổi yếu tố độ thơng khí, nguồn niơ photpho, chất vi lượng, chất hoạt động bể mặt sinh học có nghĩa tạo điều kiện tối ưu để vi sinh vật sử dụng thành phần dầu phát triển hoạt động [4] Các yếu tố mơi trường có ảnh hưởng lớn đến khả phân huỷ dầu vi sinh vật, yếu tố nhà khoa học nghiên cứu tương đối đầy đủ, là; nhiệt độ, pH, thành phần nông độ dầu, độ thơng khí, nguồn dinh dưỡng [7, 8, 11] 1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến khả phân huỷ dầu vi sinh vật nguyên nhân: Thứ nhất: số vi sinh vật phân huỷ dầu vi sinh vat ua 4m Theo nghiên cứu chúng tôi, chủng vi sinh vật phân huỷ dầu mà phân lập có nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng phát triển từ 30°C - 40%C Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng trao đổi chất vi sinh vật có ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng hoá học tế bào Vì nhiệt độ cao hay thấp, sinh trưởng vi sinh vật bị hạn chế từ ảnh hưởng đến khả phân huỷ dầu vi sinh vật [8] Ngoài ảnh hưởng tới sinh trưởng tế bào, nhiệt độ tác động tới khả phân huỷ đầu vi sinh vật nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp tới đặc tính lý học hoá học đầu Ở nhiệt độ thấp, độ nhớt dầu tăng lên làm giảm bay chuỗi alkan mạch ngắn làm cho trình phân huỷ sinh học diễn chậm lại Ở nhiệt độ cao, trình phân huỷ sinh học diễn mạnh 1.2 Ảnh hưởng pH pH mơi trường có ý nghĩa định sinh trưởng phát triển vi sinh vật Các ion H* OH' hai ion hoạt động lớn tất ion Do thay đổi dù nhỏ nồng độ chúng ảnh hưởng mạnh đến tế bao vi sinh vật tức ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng phát triển vi sinh vật Vì việc xác định pH thích hợp việc trì pH việc cần thiết khả phân huỷ dầu vi sinh vật Đa số vi sinh vật có pH thích hợp cho sinh trưởng phát triển khoảng - 10, vi khuẩn thích hợp mời trường trung tính có pH - 7,5; nấm thích hợp mơi trường axít có pH - Sự phân huỷ sinh học đầu xảy điều kiện pH axit kiểm thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm đầu đạt hiệu tốt khoảng pH - 7,5 1.3 Ảnh hưởng thành phần dầu nông độ dầu Cấu tạo hydrocacbon thành phần dau xử lý có ảnh hưởng lớn đến khả phân huỷ dầu vi sinh vật Thông thường, người ta chia thành phần dầu làm nhóm: hydrocacbon no, hydrocacbon thơm, nhựa asphatenes, hydrocacbon no vi sinh vật phân huỷ nhiều nhất, tiếp đến hydrocacbon thơm có trọng lượng phân tử thấp, hydrocacbon thơm có trọng lượng phân tử cao, cuối tới nhựa asphaltenes Vì vậy, thành phần dầu mà vi sinh vật' phân huỷ, hàm lượng hydrocacbon no cao, khả phân huỷ dầu vị sinh vật cao diễn với tốc độ nhanh Ngược lại, thành phần đầu vi sinh vật phân huỷ, hàm lượng hợp chất thơm phân cực nhiều khó khăn cho vi sinh vật q trình phân huỷ Nồng độ dâu có ảnh hưởng lớn đến khả phân huỷ dầu vi sinh vật Ở nồng độ thấp, dàn trải phát tán đầu vào nước dễ dàng tạo điều kiện cho vi sinh vật công phân huỷ Ở nồng độ cao, hạn chế phân huỷ vị sinh vật đặc tính dầu, chúng thường tích tụ vón cục tạo thành đám lớn làm giảm tốc độ phân huỷ dầu 1.4 Ảnh hưởng độ thông khí Các vi sinh vật phân huỷ dầu chủ yếu thuộc nhóm hiếu khí nên oxy phân tử ảnh hưởng lớn đến oxy hoá hydrocacbon Khi thơng khí tốt, khả phân huỷ đầu vi sinh vật phát huỷ tối đa Nhiều thí nghiệm chứng minh, trọng lượng dầu giảm 35,8% - 58,7% điểu kiện hiếu khí giảm - 17% điều kiện nuôi kị khil4] 1.5 Ảnh hưởng nguồn dinh dưỡng C, N, P ngun tố khống cần cho q trình sinh trưởng vi sinh vật chủ yếu hàm lượng N P Nhưng tỷ lệ C, N, P phải phù hợp để trì hoạt động có hiệu vi sinh vật phân huỷ dầu Do đó, tỷ lệ C/N hay C/P tăng hay giảm hạn chế phát triển vi sinh vật Ta điểu chỉnh tỷ lệ C/N/P tăng hay giảm bang cách bổ sung thêm khoáng dạng chế phẩm hay phân bón từ thúc đẩy khả phân huỷ sinh học chủng vi sinh vật phân huỷ dầu Điển vụ đắm tàu Alaska, người ta bổ sung 50.000 kg nitơ và: 5.000 kg photpho dudi dang chế phẩm va cách xử lý 112km bờ biển bị ô nhiễm dầu [4] Ở Việt Nam, vấn đề xử lý nhiễm đầu hệ sinh thái khác mot van dé cần thiết để bảo vệ môi trường, đặc biệt chống ô nhiễm biển giúp đất nước ta phát triển bên vững vấn đề nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Tiến sỹ Đặng Thị Cẩm Hà tập thể nhà nghiên cứu Viện Khoa học công nghệ Việt Nam đơn vị liên quan khác thành công để tài "Nghiên cứu làm ô nhiễm đầu mỏ phương pháp phân huỷ sinh học” (Bioremediation) Tuy nhiên, nay, chưa có nghiên cứu cụ thể sinh phân huỷ dầu mỡ bảo quản vũ khí, khí tài công bố Trong đề tài này, tiến hành phân lập, tuyển chọn vi sinh vật có khả phân huỷ dầu mỡ bảo quản từ mẫu đất, nước ô nhiễm chúng, nghiên cứu số đặc điểm sinh lý, sinh hố tập đồn vi sinh vật kế thừa nghiên cứu trước điều kiện thích hợp cho q trình phân huý vi sinh vật để xây dựng quy trình hệ thống xử lý nước thải sở quốc phòng II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Nguyên liệu - Các mẫu đất, nước bị nhiễm đầu mỡ bảo quản lấy từ vị trí khác K680 - Dầu thải thí nghiệm lấy từ hệ thống thu gom K680, Z551 - Hoá chất làm mơi trường phân tích mẫu đạt độ tính khiết phân tích 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phân lập tuyển chọn Để phân lập chủng vi sinh vật có khả phân huỷ dầu, đất nước bị nhiễm dầu pha lỗng ni cấy mơi trường khống dịch thể có cơng thức nhu sau (g/l): KNO,- 4; KH,PO, - 0,5; Na,PO,- 1,4; MgSO, - 0,8 có bổ sung dầu thải v6i néng 0,16g/l Nuoi cấy máy lắc tròn 250 vòng/phút nhiệt độ phòng (30 + 2°C) Sau ngày, mẫu lắc phân lập môi trường Saburo thạch đĩa Các chủng vi sinh vật phân lập giữ môi trường Saburo thạch nghiêng để sử dụng cho thí nghiệm Các chủng vi sinh vật phân lập thử khả phân huỷ đầu mơi trường khống dịch thể có bổ sung đầu thải với nồng độ 0,385 g/1 Nuôi cấy máy lắc tròn 250 vòng/phút nhiệt độ phòng (30 + 2°C) ngày Quan sát khả phát triển xác định lượng dầu cịn lại mơi trường nuôi cấy phương pháp trọng lượng 2.2.2 Nghiên cứu đặc điểm sinh lý, sinh hoá: 2.2.2.1 Xác định môi trường nhân giống giữ giống tối ưu cho sinh trưởng phát triển Các chủng vi sinh vật phân lập cấy loại môi trường khác có cơng thức sau: MTI - Mơi trường Saburo (g/l): Pepton 10 Thạch Glucose 20 Nước 20 1lit ... CỨU KHOA HỌC Tên đề tài nhánh: '''' Xây đựng hệ thống xử lý nước thải chứa xăng dầu nhà máy quán công nghệ sinh học" Thuộc đề tài cấp Nhà nước: "Nghiên cứu công nghệ sinh học xử lý chất thải quốc... nước thải chứa xăng dâu nhà máy quân công nghệ sinh học" , tiến hành nghiên cứu bản, phục vụ trực tiếp cho việc xây dung quy trình xử lý làm nước ô nhiễm đầu mỡ bảo quản xây dựng hệ thống xử lý nước. .. khuẩn, trình sinh trưởng phát triển, vi sinh vật tiêu thụ đầu nhờ mơi trường làm Đề tài: "X2y dựng hệ thống xử lý nước thải chứa xăng dâu nhà máy quân công nghệ sinh học" thực dựa nguyên lý Trong