Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý nước thải nhà máy bia bằng công nghệ AAO kết hợp giá thể tiên tiến

Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG-TPHCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Lê Đức Trung Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Đặng Viết Hùng Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 18 tháng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS TS Nguyễn Phước Dân PGS.TS Lê Đức Trung PGS.TS Đặng Viết Hùng TS Nguyễn Xuân Dương TS Nguyễn Nhật Huy Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Mai Xuân Thưởng MSHV: 7140481 Ngày, tháng, năm sinh: 23/06/1990 Nơi sinh: Sóc Trăng Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường MN: 60 52 03 20 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA BẰNG CÔNG NGHỆ AAO KẾT HỢP GIÁ THỂ TIÊN TIẾN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu hiệu xử lý nước thải nhà máy bia mơ hình AAO kết hợp với giá thể Biofringe BioFix tải trọng 3, 4; 5; ố; kgCOD/m3.ngày Đánh giá hiệu xử lý mơ hình tiêu COD, NII4+, TKN, TN, TP ss Xác định thơng số vận hành tối ưu mơ hình III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/01/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG Tp HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2016 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luân văn tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Tấn Phong người tận tình hướng dẫn tài trợ kinh phí suốt q trình nghiên cứu Tác giả xin gửi lời cảm ơn thầy cô khoa Môi Trường Tài Nguyên, Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh; truyền đạt kiến thức quý báu, tảng vững cho tác giả thực luận văn Tác giả xin cảm ơn thầy, cô, anh, chị phòng Thí nghiêm Khoa Mơi Trường Tài Ngun tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực đề tài mơ hình thí nghiệm hoạt động Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha, mẹ bạn tôi, người động viên, tạo động lực đồng hành tơi suốt q trình thực luận văn Chân thành cảm ơn! TP HCM, tháng 12 năm 2016 Mai Xuân Thưởng TÓM TẮT Nghiên cứu sử dụng tnnh AAO kết hợp giá thể tiên tiến Biofringe (Swim - bed) Biofix (Stick - bed) để xử lý nước thải nhà máy bia Mô hình nghiên cứu bao gồm bể: bể kỵ khí (10 lít), bể thiếu khí (10 lít), bể hiếu khí (10 lít) bể lắng (2.5 lít) Bể kỵ khí bể thiếu khí sử dụng cơng nghệ Stick - bed với BioFix làm giá thể, bể hiếu khí sử dụng công nghệ Swim - bed với giá thể Biofringe Nước thải nghiên cứu lấy từ hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bia Việt Nam, Quận 12, Tp.Hồ Chí Minh Mơ hình vận hành chạy thích nghi thời gian 30 ngày với tải trọng kgCOD/m3.ngày, sau tiến hành đánh giá hiệu xử lý COD, NĨỈ4+, NO2', NO/ TKN, TN, TP, ss tải trọng 4, 5, ố, kgCOD/m3.ngày tương ứng với chế độ tải (1-4) Kết nghiên cứu cho thấy, hiệu suất xử lý COD đạt từ 79.23% - 97.3%, Ammonia từ 67.8% - 88.4%, TKN từ 78% - 92.1%, TN từ 37% - 77.5%, TP từ 56.5 - 87% ss từ 81.7% - 89.1% Nhìn chung, hiệu suất xử lý mơ hình cao chế độ (4 kgCOD/m3.ngày) thấp chế độ (7 kgCOD/m3.ngày), nồng độ nitơ đầu hệ thống cao khoảng 64.3 mg/1 nên chưa đạt tiêu chuẩn xả thải ABSTRACT Anaerobic/Anoxic/Oxic (AAO) process combined with Biofringe (Swim-bed) and BioFix (Stick-bed) carrier applied brewery wastewater treatment The volume of reactor has been designed with tanks: anaerobic tank (10 L), anoxic tank (10 L), aerobic tank (10 L) and settling tank (2.5 L) Anaerobic tank and anoxic tank have used Stick - bed technology with Biofix material as biomass carrier, aerobic tank have used Swim - bed technology using BioFringe material as biomass carrier Brewery wastewater was collected from equalization tank of wastewater treatment system which was loacated at Viet Nam Brewery Limitted Company (VBL), District 12, Ho Chi Minh city The pilot-scale was operated in 30 days with loading rate: kg COD/m3.day Then evaluating the efficiency to remove organic (COD), Ammonia (NĨỈ4+), Total Nitrogen Kjeldahl (TKN), Total Nitrogen (TN), Total Phosphorus (TP) and Settleable Solids (SS) at loading rates: 4, 5, 6, kgCOD/m3.d with mode (Run 1- 4), respectively The result of the experimentation shows that the removal efficiency of COD from 79.23% to 97.3%, Ammonia from 67.8% to 88.4%, TKN from 78% to 92.1%, TN from 37% to 77.5%, TP from 56.5 to 87% ss from 81.7% to 89.1% Overall, the highest removal efficiency was at Run (4 kgCOD/m3.d) and the lowest at Run (7 kgCOD/m3.d), but total nitrogen concentration was also high about 64.3 mg/L so it was not qualified enough to dismiss into environment V CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập -Tự - Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên: Mai Xuân Thưởng MSHV: 7140481 Ngày tháng năm sinh: 23/06/1990 Giới tính: Nam Nơi sinh: Sóc Trăng Chun ngành: Kỹ thuật mơi trường Tên đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu xử lý nước thải nhà máy bia công nghệ AAO kết hợp giá thể tiên tiến Ngày bắt đầu: 11/01/2016 Ngày hoàn thành: 04/12/201ố Cán hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Tấn Phong Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Những kết số liệu luận văn chưa công bố hình thức Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước Nhà trường cam đoan HCM, ngày 13 tháng 12 năm 2016 Mai Xuân Thưởng vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii LỜI CAM ĐOAN vi DANH MỤC BẢNG X DANH MỤC HÌNH xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phạm vi đối tượng nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Phương pháp nghiên cứu hồi cứu 1.5.2 Phương pháp phân tích 1.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiêm mô hình 1.5.4 Phương pháp xử lý số liệu nhận xét 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.7 Tính đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA VÀ GIÁ THỂ TIÊN TIẾN 2.1 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia 2.1.1 Công nghệ sản xuất bia 2.1.2 Đặc tính nước thải nhà máy bia 2.1.3 Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải nhà máy bia 7 2.2 Một số nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải bia 2.2.3 Trong nước 2.2.4 Nước 2.3 Tổng quan giá thể 11 2.3.1 Tổng quan giá thể BioFinge 11 2.3.2 Tổng quan giá thể BioFix 13 2.3.3 Các trình xử lý mơ hình ứng dụng giá thể 13 2.3.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng giá thể nước 15 2.4 Tổng quan công nghệ AAO 18 2.4.1 Giới thiệu công nghệ AAO 18 2.4.2 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ AAO 19 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 3.1 Mơ hình nghiên cứu 23 3.2 Nước thải 25 3.3 Bùn nuôi cấy 25 3.4 Nội dung thí nghiệm 25 3.5 Phưomg pháp lấy mẫu, phân tích 26 3.5.1 Phưomg pháp lấy mẫu 26 3.5.2 Phưomg pháp phân tích 26 3.5.3 Phưomg pháp xử lý số liệu 27 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 29 4.1 Giai thích nghi mơ hình 29 4.2 Giai đoạn khảo sát 33 đoạn 4.2.1 Khả xử lý COD 33 4.2.2 Khả xử lý nitơ 36 4.2.3 Khả xử lý photpho 41 4.2.4 Khả xử lý ss 43 4.2.5 Hiệu trì MLSS mơ hình tải trọng 44 4.2.6 Hiệu suất xử lý thông số vận hành tải trọng khác 45 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 5.1 Kết luận 47 5.2 Kiến nghị 47 Tài liệu tham khảo 49 Lý lịch trích ngang 53 Phụ lục 54 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong aerobic Swim - bed processes Japanese Journal of Water Treatment Biology Vol 45 No.3 123-136 2009 [31] , Yingjun Cheng et al, 2007 Excess sludge reduction and biomass characteristics in Swim - bed wastewater treatment process Japanese Journal of Water Treatment Biology Vol 43 No.2 73-82 2007 51 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ♦ Họ tên: Mai Xuân Thưởng ♦ Ngày, tháng, năm sinh: 23/06/1990 ♦ Nơi sinh: Sóc Trăng ♦ Địa liên lạc: 260, tháng 2, P12, Quận 10 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO (Bắt đầu từ Đại học đến nay) Đại học ♦ Chế độ học: Chính quy ♦ Thời gian học: Từ 09/2009 đến 11/2013 ♦ Nơi học: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Tp Hồ Chí Minh ♦ Chun ngành: Cơng nghệ mơi trường Cao học ♦ Thời gian học: Từ 07/2014 đến ♦ Nơi học: Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc Gia - Tp.Hồ Chí Minh ♦ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường 52 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong PHỤ LỤC 53 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong PHU LUC A: CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Trong q trình nghiên cứu đề tài, nhóm nghiên cứu gửi báo tham dự hội nghị quốc tế chuyên ngành môi trường, chấp nhận báo cáo hội nghị: - Tên báo: “Enhanced the efficiency brewery wastewater treatment by using Anaerobic/Anoxic/Oxic process combined advanced carrier” - Đăng tham luận tại: Hội nghị th EIT-WRE & RCEnvE 2017 tổ chức Chonburi, Thái Lan vào ngày 23-24/01/2017 54 Học viên: Mai Xuân Thường > số liệu đầu mơ hình: J Tải trọng kgCOD/m3.ngày GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong J Tải trọng kgCOD/m3.ngày Ngày lấy mẫu + NH4 (mg/L) NO2 NO3 (mg/L) (mg/L) COD sau COD đầu kỵ TP TKN khí * (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) ss (mg/L) 25/10/2016 9.08 17.63 4.81 11.20 1,115.00 77.54 4,47 60.00 28/10/2016 10.08 16.45 7.55 11.84 1,095.30 66.12 4.25 40.00 01/11/2016 9.52 21.32 5.64 10.64 1,024.15 63.21 6.26 42.00 04/11/2016 9.52 17.58 9.21 11.20 1,213.50 105.00 5.61 50.00 08/11/2016 10.64 23.4 6.29 12.51 1,004.63 84.53 3.93 45.00 11/11/2016 10.08 24.7 4.54 15.12 958.80 86.22 3.09 38.00 15/11/2016 8.40 13.57 8.61 11.20 1,015.40 88.80 3.31 40.00 18/11/2016 9.40 15.04 8.72 11.76 1,026.23 74.52 4.12 52.00 22/11/2016 7.84 23.74 7.17 10.60 1,222.10 83.45 4.25 48.00 25/11/2016 9.75 18.71 6.85 10.60 1,108.30 82.16 3.89 54.00 TP ss (mg/L) (mg/L) s Tải trọng kgCOD/m3.ngày Ngày lấy mẫu NH/ (mg/L) NO,NO,(mg/Ẽ) (mg/L) TKN (mg/L) COD sau COD đầu ky khí (mg/L) (mg/L) 15/07/2016 14.81 22.45 11.15 16.00 934.76 100.00 6.55 50.00 19/07/2016 17.55 24.40 9.86 18.40 895.40 102.30 5.39 40.00 22/07/2016 10.64 28.48 9.24 22.40 911.45 108.00 5.02 40.00 26/07/2016 16.21 30.12 10.14 18.80 938.53 105.00 2.59 40.00 57 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong 29/07/2016 15.57 28.00 10.25 16.48 955.50 106.20 4.04 80.00 02/08/2016 16.45 21.33 12.80 21.60 932.41 94.20 1.71 60.00 09/08/2016 15.40 26.40 9.17 17.11 905.20 103.30 4.58 40.00 16/08/2016 16.94 19/08/2016 11.45 26.74 10.63 13.52 914.50 84.20 4.80 43.00 23/08/2016 13.44 29.54 12.10 19.04 922.10 82.80 2.85 40.00 22.10 8.45 20.10 899.50 86.60 3.73 80.00 J Tải trọng kgCOD/m3.ngày COD sau COD đầu TP kỵ (mg/L) khí ’ (mg/L) (mg/L) ss Ngàỵ lấy mẫu NH4+ (mg/L) 09/09/2016 16.72 30.40 13.56 22.40 1,012.00 107.50 6.99 60.00 13/09/2016 17.28 33.76 9.92 29.12 999.78 115.50 5.81 72.00 16/09/2016 16.72 34.70 13.99 28.56 1,004.43 105.40 5.45 58.00 20/09/2016 17.00 21.30 24.00 30.24 1,111.54 114.00 6.23 65.00 23/09/2016 20.16 27.50 12.86 20.44 1,205.30 102.00 6.80 70.00 27/09/2016 12.32 24.50 8.95 17.84 1,190.87 107.70 5.55 67.00 04/10/2016 12.32 29.49 10.61 19.45 1,200.40 98.80 8.87 80.00 07/10/2016 11.20 22.70 18.72 12.88 1,223.40 116.00 5.55 73.00 11/10/2016 12.32 32.80 12.17 18.55 1,194.30 91.30 6.77 64.00 14/10/2016 13.44 36.50 16.85 20.30 1,225.30 105.50 6.87 74.00 NO2 NO3 (mg/Ẽ) (mg/L) TKN (mg/L) 58 (mg/L) Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong J Tải trọng kgCOD/m3.ngày COD sau COD đầu kỵ TP TKN khí ’ (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) Ngàỵ lấy mẫu NH4+ (mg/L) 29/11/2016 26.32 44.51 18.25 31.84 1,624.50 526.70 10.52 76.00 02/12/2016 22.40 53.20 13.88 28.45 1,575.45 623.40 10.97 81.00 06/12/2016 23.50 47.52 11.15 33.25 1,645.20 737.30 11.50 79.00 07/12/2016 24.45 50.32 15.55 29.45 1,690.40 525.50 9.80 92.00 08/12/2016 27.30 55.10 19.33 35.47 1,524.50 548.50 10.15 84.00 12/12/2016 25.74 48.15 17.25 38.75 1,585.70 601.80 15.90 77.80 13/12/2016 29.15 53.28 13.40 35.60 1,615.65 668.40 14.20 87.00 14/12/2016 27.35 42.65 18.25 30.15 1,667.50 493.80 13.15 84.00 15/12/2016 29.55 39.45 16.47 38.10 1,511.40 521.67 12.80 75.00 16/12/2016 32.54 52.25 17.50 42.50 1,588.45 615.50 14.20 89.00 NO2 NO3 (mg/L) (mg/Ẽ) 59 ss (mg/L) Học viên: Mai Xn Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Mơ hình thực tế lúc chạy không tải 60 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong 61 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Cân phân tích 62 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Bình hút chân khơng Giàn chưng cât Kjeldahl 63 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Máy so màu 64 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Bếp nung TKN Tủ sấy 105°C Thiết bị hút ẩm 65 Học viên: Mai Xuân Thưởng GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Các dụng cụ dùng phân tích Ị ** Bep nung nitrate, photpho 66 ... TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA BẰNG CÔNG NGHỆ AAO KẾT HỢP GIÁ THỂ TIÊN TIẾN II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu hiệu xử lý nước thải nhà máy bia mơ hình AAO kết hợp. .. QUAN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA VÀ GIÁ THỂ TIÊN TIẾN 2.1 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia 2.1.1 Công nghệ sản xuất bia 2.1.2 Đặc tính nước thải. .. 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ xử LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA VÀ GIÁ THẺ TIÊN TIẾN 2.1 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia 2.1.1 Công nghệ sản xuất bia Các công đoạn sản xuất bia thể Hình 2.1