CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC NƯỚC THẢI

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC NƯỚC THẢI. Do đặc tính nước thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửng, trong đó chủ yếu là hidratcacbon, protein và các axit hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học. Tỉ lệ giữa BOD 5 và COD nằm trong khoảng từ 0,5 – 0,7 nên chúng thích hợp với phương pháp xử lý sinh học. Nước thải trước khi đưa vào xử lý sinh học cần qua các phương pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý để loại bỏ các tạp chất thô, các thành phần gây bất lợi cho phương pháp xử lý sinh học. Cụ thể từng phương pháp được trình bày dưới đây. II.1. Các phương pháp hỗ trợ cho phương pháp xử lý sinh học nước thải II.1.1. Phương pháp cơ học [7] Phương pháp xử lý cơ học thường là giai đoạn đầu tiên trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải (giai đoạn tiền xử lý), có nhiệm vụ loại ra khỏi nước thải tất cả các vật có thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm và làm giảm hiệu quả xử lý cho các giai đoạn sau, cụ thể: - Loại bỏ hoặc cắt nhỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải như mảnh gỗ, nhựa, gạc bông, giẻ rách, vỏ hoa quả… - Loại bỏ cặn nặng như cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại… - Loại bỏ phần lớn dầu mỡ. Các công trình bố trí trong giai đoạn tiền xử lý gồm song chắn rác, lưới chắn rác, thiết bị nghiền, cắt vụn rác (nếu cần), bể lắng cát, bể điều hòa, tách dầu mỡ, lọc cơ học… Nước thải công nghiệp sản xuất bia có chứa mảnh thủy tinh vỡ (chai vỡ), nhãn giấy, nút chai, hàm lượng chất lơ lửng cao (400 – 800 mg/l)… nên cần phải qua giai đoạn xử lý cơ học trước khi sang các giai đoạn xử lý tiếp theo. II.1.2. Phương pháp hóa học – hóa lý [8] Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lý diễn ra giữa chất bẩn với hóa chất cho thêm vào. Các phương pháp hóa học như oxi hóa, trung hòa, trao đổi ion, đông keo tụ, khử trùng; còn các phương pháp hóa lý như tuyển nổi, hấp phụ… + Phương pháp trung hoà, điều chỉnh pH Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau. Muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về vùng 6,5 – 7,5. Trung hoà có thể thực hiện bằng trộn dòng thải có tính axit với dòng thải có tính kiềm hoặc sử dụng các hoá chất như: H 2 SO 4 , NaOH, NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , CaO, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 11 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. Ca(OH) 2 , MgO, CaCO 3 … Điều chỉnh pH thường kết hợp ở bể điều hoà hay bể keo tụ. Đặc trưng chung nước thải ngành bia có giá trị pH kiềm tính do dòng thải của quá trình rửa chai có độ pH cao. Mặt khác, nước vệ sinh các thiết bị trong nhà xưởng cũng chứa axit nên có sự dao động pH qua từng công đoạn. Vì vậy, cần phải điều chỉnh pH về giá trị thích hợp cho xử lý sinh học phía sau; công đoạn này được thực hiện kết hợp trong bể điều hòa. + Keo tụ Keo tụ là một hiện tượng làm mất sự ổn định của các hạt huyền phù dạng keo để cuối cùng tạo ra các cụm hạt khi có sự tiếp xúc giữa các hạt. Người ta sử dụng các loại phèn nhôm, phèn sắt hoặc hỗn hợp hai loại phèn này để làm chất keo tụ. Hiện nay, thông thường người ta cho thêm các chất trợ keo như polymer hữu cơ để tăng cường quá trình tạo bông và lắng như polyacrylamit. Nó tan trong nước và có tác dụng như những cầu nối kết hợp các hạt phân tán nhỏ thành tập hợp hạt lớn có khả năng lắng tốt hơn. Vì vậy, việc bổ sung thêm chất trợ keo tụ sẽ giúp giảm liều lượng các chất keo tụ, giảm thời gian keo tụ và nâng cao tốc độ lắng các bông keo. Đối với nước thải ngành bia thì phương pháp này không thích hợp vì trong nước thải bia, hàm lượng các chất hữu cơ ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửng cao mà các chất này không thích hợp cho phương pháp keo tụ. + Hấp phụ Hấp phụ có nghĩa là sự chuyển dịch một phân tử từ pha lỏng đến pha rắn. Phương pháp này được dùng để loại bỏ các chất bẩn hòa tan trong nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu. Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm… Trong đó than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất. Các chất ô nhiễm trong nước thải bia là những chất có khả năng phân hủy sinh học. Hiệu quả khử các chất này bằng phương pháp sinh học tương đối dễ nên không cần sử dụng phương pháp hấp phụ. + Tuyển nổi Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt. Sau đó người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Phương pháp tuyển nổi được dùng rộng rãi trong luyện kim, thu hồi khoáng sản quý và cũng được dùng trong xử lý nước thải để tách các hạt keo lơ lửng, tách dầu Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 22 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. mỡ . Tuy nhiên, đối với nước thải ngành bia, do hàm lượng các chất lơ lửng không cao lắm và khả năng tự lắng tương đối tốt nên phương pháp tuyển nổi hầu như không được áp dụng. +Trao đổi ion Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ionit và chúng hoàn toàn tan trong nước. Phương pháp này được dùng để loại các ion kim loại cũng như các chất chứa asen, xianua, chất phóng xạ ra khỏi nước; đồng thời nó còn được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca 2+ , Mg 2+ ra khỏi nước cứng. Đối với nước thải bia thì phương pháp này hầu như không được sử dụng. + Khử trùng Dùng các chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán . để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn tiếp nhận hoặc tái sử dụng. Khử trùng có thể dùng các hóa chất hoặc tác nhân vật lý như ozon, tia tử ngoại. Các chất khử trùng thường dùng nhất là khí hoặc nước clo, nước Javen, vôi clorua, các hypoclorit, cloramin B . Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn khử trùng thường được đặt ở cuối quá trình. Đối với nước thải ngành bia, sau khi qua các phương pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý và sinh học thì hàm lượng các vi sinh vật gây bệnh đã giảm đáng kể nhưng để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng thì cần phải qua bước khử trùng cuối cùng. II.2. Giới thiệu các phương pháp xử lý sinh học nước thải Phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân giải các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào, đồng thời tổng hợp năng lượng cho quá trình sống. Nhờ hoạt động sống của vi sinh vật, các chất ô nhiễm được chuyển hoá và nước thải được làm sạch. Quá trình xử lý sinh học nước thải có thể chia làm hai quá trình là phân huỷ yếm khí và phân huỷ hiếu khí; có thể xử lý trong điều kiện tự nhiên hay trong điều kiện nhân tạo. II.2.1. Phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên [8] Cơ sở của phương pháp xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên là dựa vào hoạt động sống của hệ vi sinh vật có trong đất, nước mặt để chuyển hoá các hợp chất ô nhiễm.  Xử lý nước thải trong hồ sinh học Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 33 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. Thực chất của quá trình xử lý này là sử dụng khu hệ vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, nguyên sinh vật…) tự nhiên có trong nước mặt để làm sạch nước. Hồ sinh học là dạng xử lý trong điều kiện tự nhiên được áp dụng rộng rãi hơn cả vì có những ưu điểm như: tạo dòng nước tưới tiêu và điều hòa dòng thải, điều hoà vi khí hậu trong khu vực, không yêu cầu vốn đầu tư, bảo trì, vận hành và quản lý đơn giản, hiệu quả xử lý cao. Tuy nhiên, nhược điểm của hồ sinh học là yêu cầu diện tích lớn và khó điều khiển được quá trình xử lý, nước hồ thường có mùi khó chịu đối với khu vực xung quanh. Theo nguyên tắc hoạt động của hồ và cơ chế phân giải các chất ô nhiễm mà người ta chia ra làm 3 loại hồ: a. Xử lý nước thải bằng hồ hiếu khí: Hồ hiếu khí làm sạch nước bằng quá trình oxi hoá nhờ các vi sinh vật hiếu khí và hô hấp tuỳ tiện có trong nước. Nhu cầu oxi cho quá trình oxi hoá được đáp ứng nhờ khuếch tán bề mặt hoặc làm thoáng nhân tạo. Ở hồ làm thoáng tự nhiên, oxi không khí dễ dàng khuếch tán vào lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm cho tảo phát triển tiến hành quang hợp thải ra oxi. Để đảm bảo ánh sáng qua nước, chiều sâu của lớp nước phải nhỏ, thường là 30 – 40cm, do chiều sâu nhỏ nên thường thì diện tích lớn. Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày. Ở hồ làm thoáng nhân tạo nguồn cung cấp oxi cho vi sinh vật hiếu khí là các thiết bị khuấy trộn cơ học hoặc nén khí. Nhờ vậy, mức độ hiếu khí trong hồ thường mạnh hơn, đều hơn và độ sâu của hồ cũng lớn hơn (2 – 4,5m). Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 1 – 3 ngày. b. Xử lý nước thải bằng hồ kỵ khí Dùng để lắng và phân hủy cặn bằng phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của loại vi sinh vật kỵ khí. Loại hồ này dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm bẩn cao. Trong quá trình xử lý sinh mùi thối khó chịu nên cần đặt cách xa nhà máy. Để duy trì điều kiện kỵ khí thì chiều sâu hồ phải lớn, thường lấy bằng 2,4 – 3,6m. c. Xử lý nước thải bằng hồ tùy nghi Hồ sinh học tùy tiện sâu từ 1,5 – 2m. Ngoài tầng hiếu khí phía trên hồ còn có các tầng kỵ khí tùy tiện, kỵ khí lớp bùn cặn lắng phía dưới. Thời gian lưu nước trong hồ từ 3 – 5 ngày. Oxi cung cấp cho quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong hồ chủ yếu là do quang hợp của tảo và khuếch tán từ không khí qua bề mặt hồ. Ngoài ra các vi khuẩn tùy tiện hoặc vi khuẩn kỵ khí còn sử dụng oxi liên kết từ nitrit, nitrat, sunphat… để oxi hóa chất hữu cơ. Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 44 Chuyển hóa yếm khí Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN.  Các phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên nhìn chung khó thực hiện được là vì: - Diện tích xây dựng quá lớn, - Ô nhiễm môi trường xung quanh, - Mùa mưa sẽ khó xử lý và nước thải chảy tràn ra sông, - Vi sinh vật gây bệnh cao, - Tuổi thọ công trình thấp. II.2.2. Phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo II.2.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý sinh học yếm khí [7, 8, 9, 10, 11] Xử lý sinh học yếm khí là một trong những quá trình được sử dụng để xử lý bùn và nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao (BOD > 1800mg/l, SS = 300 -400mg/l), sản phẩm cuối cùng là CH 4 , CO 2 .  Nguyên lý của phương pháp Xử lý sinh học bằng vi sinh yếm khí là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước thải khi không có oxi. Phương pháp này dùng để ổn định cặn và xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ COD, BOD cao. Quá trình phân hủy các chất thực hiện nhờ các chủng vi khuẩn kị khí bắt buộc và kị khí không bắt buộc.  Cơ chế của quá trình xử lý yếm khí Cơ chế phân giải yếm khí: Chất ô nhiễm CH 4 +CO 2 +H 2 S+E Quá trình phân hủy các chất hữu cơ là quá trình phức tạp trong môi trường không có không khí, gồm nhiều giai đoạn và sản phẩm cuối cùng là CH 4 , CO 2 , H 2 S, NH 3 … Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân Các hợp chất hữu cơ phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit . bị phân hủy dưới tác dụng của các Enzym hydrolaza của vi sinh vật thành các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ như đường đơn, axit amin, axit hữu cơ, peptit, glyxerin . Trong giai đoạn này, các hợp chất gluxit phân tử lượng nhỏ, các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ (protein) phân hủy nhanh hơn, trong khi các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như tinh bột, các axit béo được phân hủy chậm, đặc biệt là cellulose và lignocellulose chuyển hóa rất chậm và không triệt để do cấu trúc phức tạp. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình thủy phân phụ thuộc vào các chất ô nhiễm đầu vào và các đặc trưng khác của nước thải. Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men axit hữu cơ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 55 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. Các sản phẩm thủy phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa trong điều kiện yếm khí. Sản phẩm phân giải là các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ như axit propionic, axit butyric, axit lactic ., các chất trung tính như rượu, andehyt, axeton. Ngoài ra, một số khí cũng được tạo thành như CO 2 , H 2 , H 2 S, một lượng nhỏ CH 4 . Thành phần của các sản phẩm trong giai đoạn lên men phụ thuộc vào bản chất các chất ô nhiễm, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường. Đặc biệt trong giai đoạn này, nitơ được chuyển thành NH 4 + một phần nhỏ được sử dụng để xây dựng tế bào, phần còn lại tồn tại trong nước thải dưới dạng NH 4 + . Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men axit axetic Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic . sẽ được từng bước chuyển hóa thành axit axetic. - Chuyển hóa axit lactic: 3CH 3 -CHOH-COOH → 2CH 3 -CH 2 -COOH + CH 3 -COOH + CO 2 + 2H 2 O - Oxy hóa liên kết β của các axit béo bằng cơ chế oxy hóa-khử: R – CH 3 CH 2 COOH + 2H 2 O → R n-2 – COOH + CH 3 COOH Axit béo mạch dài Axit béo mạch ngắn Axit axetic Giai đoạn 4: Giai đoạn Mêtan hóa Mêtan hóa là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình xử lý yếm khí. Dưới tác dụng của các vi khuẩn mêtan hóa, các axit hữu cơ, các chất trung tính . bị phân giải tạo thành khí metan. - Khoảng 30% khí CH 4 tạo thành do quá trình khử CO 2 : + Khử CO 2 bằng H 2 : CO 2 + 4H 2 VK → CH 4 + 2H 2 O + Khử CO 2 bằng oxy hóa khử: Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 66 4NADH2 4NAD CO2 CH4 + 2H2O Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. - Khoảng 70% khí mêtan còn lại được tạo thành nhờ các quá trình Decacboxyl hóa các axit hữu cơ và các chất trung tính. + CH 4 được tạo thành do Decacboxyl hóa axit axetic: CH 3 COOH → CH 4 + CO 2 + CH 4 được hình thành do Decacboxyl hóa các axit hữu cơ khác: 4CH 3 -CH 2 -COOH + 2H 2 O → 7CH 4 + 5CO 2 2CH 3 -(CH 2 ) 2 -COOH + 2H 2 O → 5CH 4 + 3CO 2 + CH 4 cũng có thể được hình thành do Decacboxyl các chất trung tính: 2C 2 H 5 OH → 3CH 4 + CO 2 CH 3 -CO-CH 3 + H 2 O → 2CH 4 + CO 2  Tác nhân sinh học Trong phân giải yếm khí, các quá trình thủy phân và lên men xảy ra dưới tác dụng của nhiều chủng vi khuẩn khác nhau. Thành phần hệ vi sinh vật trong phân giải yếm khí phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của các chất ô nhiễm có trong nước thải. - Vi sinh vật trong giai đoạn thủy phân và lên men axit hữu cơ: Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 77 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. + Môi trường giàu xenlulo thường có các vi khuẩn: Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes. + Môi trường giàu protein: Bacillus, Clostridium, Proteus và E.Coli + Môi trường giàu lipit: Bacillus, Pseudomonas, Alcaligenes, Bacterioides. + Môi trường giàu tinh bột: Micrococus, Lactobacillus, Pseudomonas, Clostridium. Trong đó các chủng: Lactobacillus, Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Bacterioides chiếm đa số. Phần lớn các vi khuẩn thủy phân và lên men axit hữu cơ ít nhạy cảm với môi trường. Chúng có thể phát triển trong dải pH rộng từ 2 – 7. Tuy nhiên, pH opt = 5 – 7 ở nhiệt độ 33 – 40 0 C. - Vi khuẩn axetogene: Vi khuẩn tạo axit axetic thường phát triển trong môi trường cùng với metan. Vi khuẩn Axetogene tạo H 2 trong quá trình lên men nhưng lại bị chính sản phẩm này ức chế. Vì vậy, trong môi trường có các vi khuẩn metan sử dụng H 2 hoặc H + để khử CO 2 . Một số chủng vi khuẩn Axetogene có hiệu quả metan hóa cao như: + Syntrophobacter woloni, Syn. Wolfei, Syn. Buswweni. Nhiệt độ tối ưu là 33 – 40 0 C, pH = 6 – 8. Hai nhóm vi khuẩn khác cũng có khả năng tạo axit axetic như: + Nhóm vi khuẩn khử sunphat: Selenomonosas, Clostridium và Dasolfovibrio. Trong môi trường hỗn hợp với vi khuẩn metan hóa tạo axit axetic. + Nhóm vi khuẩn Homoacetogen, tạo axit axetic từ CO 2 và H 2 . 2CO 2 + 4H 2 → CH 3 -COOH + 2H 2 O Nhóm này có ý nghĩa đặc biệt vì chúng cạnh tranh H 2 với vi khuẩn metan. - Vi khuẩn metan hóa: thuộc 2 nhóm chính + Nhóm ưa ấm (Mesophyl, lên men tạo CH 4 ở 35 – 37 0 C, pH=6,8 – 7,5): gồm Methanobacterium (trực khuẩn), Methanococcus (đơn cầu khuẩn), Methanosaccina (bát cầu khuẩn). + Nhóm ưa nóng (Thermophyl, lên men tạo CH 4 ở 55 – 60 0 C): gồm Methanobacillus, Methanospirillium, Methanothrix. Vi khuẩn lên men metan là những vi khuẩn yếm khí nghiêm ngặt. Chúng rất mẫn cảm với sự có mặt của O 2 . Do đó, thiết bị lên men phải kín, pH opt = 6,8 – 7,5.  Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học yếm khí Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 88 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. - Nhiệt độ Đây là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình bỡi vì nó ảnh hưởng tới hoạt động chuyển hóa của vi sinh vật. Nhiệt độ tối ưu cho toàn quá trình phụ thuộc vào chủng loại vi sinh vật. Trong thực tế, cả 2 nhóm ưa nóng và ưa ấm đều có khả năng phân hủy yếm khí. Dải nhiệt độ cho quá trình phân giải yếm khí rộng từ 30 – 60 0 C. Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu cho mỗi quá trình còn phụ thuộc vào đặc tính ưa nhiệt của tác nhân sinh học. Bởi chỉ một khoảng biến động nhiệt độ nhỏ cũng ảnh hưởng tới hoạt lực của vi sinh vật. Với các vi sinh vật ưa nóng, khoảng nhiệt độ tối ưu của chúng từ 55 – 60 0 C, còn với các vi sinh vật ưa ấm thì 33 – 37 0 C. Để thu được hiệu suất tạo khí metan cao và ổn định thì phải ổn định nhiệt độ trong dải ưa ấm. - Độ pH Thiết bị phân hủy yếm khí được vận hành trong khoảng pH từ 6,6 – 7,6 với khoảng tối ưu từ 7 – 7,2. Mặc dù vậy, vi sinh vật axit hóa có thể chịu được pH = 5,5 nhưng ở giá trị này vi khuẩn metan hóa bị ức chế mạnh. Thiết bị phân hủy yếm khí cần được trang bị thiết bị đo và điều chỉnh pH khi cần thiết để đảm bảo ổn định độ pH của hệ thống ở giá trị trung tính. Nếu pH xuống thấp cần bổ sung kiềm hoặc ngừng cấp liệu để thiết bị tự điều chỉnh. - Nồng độ cơ chất Vi khuẩn thực hiện quá trình phân giải yếm khí có tốc độ tạo sinh khối rất nhỏ. Thực nghiệm cho thấy tỷ lệ C/N cần duy trì ở 30/1. Các yếu tố quan trọng khác như P, Ca, K, Na cũng cần bổ sung tùy theo thành phần và tính chất nước thải cần xử lý. - Tải trọng khối (T k , kgCOD/m 3 /ngày) Tải trọng chất hữu cơ phụ thuộc vào tải lượng có trong nước thải, tải trọng thủy lực hay thời gian lưu. Khi tải lượng chất hữu cơ cao sẽ làm dư thừa các axit hữu cơ dẫn đến pH giảm, gây bất lợi cho vi khuẩn metan hóa. Tải lượng chất hữu cơ thấp sẽ không có lợi cho quá trình khí hóa. Thời gian lưu nước phụ thuộc vào đặc tính của nước thải và điều kiện môi trường. Thời gian lưu quá ngắn (tải trọng khối cao) sẽ không cho phép các vi khuẩn yếm khí, đặc biệt là vi khuẩn metan tiếp xúc và trao đổi với các chất ô nhiễm nên làm giảm hiệu quả xử lý; ngược lại thời gian lưu càng lâu càng có lợi cho hiệu quả tạo biogas và xử lý nước thải nhưng gây chi phí tốn kém. Thời gian tối ưu cho quá trình phân hủy yếm khí trong hệ thống UASB là 0,5 – 6 ngày. - Thế oxy hóa khử (hàm lượng H 2 ) trong giai đoạn tạo axit axetic Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 99 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công ty cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung lên 100 triệu lít bia/năm – Lê Trọng Ân – Lớp CNMT-K50-QN. Lactat + H 2 O → axetat + 2H 2 + CO 2 + Q Etanol + H 2 O → axetat + 2H 2 - Q Butyrat + H 2 O → axetat + 2H 2 - Q Propionat + H 2 O → axetat + 3H 2 + CO 2 - Q Các phản ứng oxy hóa khử này sẽ được thực hiện khi không có các vi khuẩn có khả năng sử dụng H 2 . Thế oxy hóa khử ảnh hưởng tới quá trình phân giải yếm khí theo nguyên lý Le Chaterier về chuyển dịch cân bằng hóa học: “Mọi sự thay đổi của các yếu tố xác định trạng thái của một hệ cân bằng sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch về phía chống lại những thay đổi đó”. Khí H 2 sinh ra từ các phản ứng trên nếu không được giải phóng sẽ gây ra áp lực lớn (nồng độ cao), làm cho cân bằng chuyển dịch về phía không sinh ra H 2 nữa và hiệu quả lên men axit axetic giảm xuống. Nhờ có quá trình metan hóa làm giảm nồng độ axetat, hơn nữa H 2 được các vi khuẩn metan hóa sử dụng để khử CO 2 tạo khí CH 4 nên nồng độ khí H 2 giảm, cân bằng sẽ chuyển dich theo hướng tạo ra sản phẩm axetat và H 2 . Nếu quá trình này diễn ra liên tục thì hiệu quả xử lý nước thải rất cao. - Các chất độc Các chất ức chế hoặc độc đối với các vi sinh vật phân giải yếm khí khá đa dạng: + Amon: Ức chế quá trình metan hóa. + Hydrocacbua halogen hóa: Ức chế quá trình metan hóa. + Hydrocacbua vòng thơm: Ảnh hưởng lớn tới nhóm vi khuẩn metan hóa. + Một số kim loại nặng.  Đặc điểm thiết bị UASB Các dạng thiết bị xử lý yếm khí rất đa dạng và phong phú. Từ loại đơn giản như hầm Biogas đến phức tạp như thiết bị UASB. Các dạng xử lý yếm khí như: thiết bị yếm khí tiếp xúc, thiết bị yếm khí giả lỏng, thiết bị xử lý chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính dòng hướng lên (UASB), thiết bị dạng tháp đệm . Trong đó, UASB là dạng xử lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý nhiều loại nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao; nó rất phù hợp cho xử lý nước thải bia. Cấu tạo Bể UASB được thể hiện trên hình vẽ 3.1. - Cấu tạo Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gạch, thường có mặt bằng hình chữ nhật, được cách nhiệt với bên ngoài. Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 1010 [...]... nhận chúng Mặt khác, các muối nitơ, phốtpho trong nước thải bia dễ gây hiện tượng phú dưỡng cho các thuỷ vực; tỷ lệ BOD5/COD = 0,5 – 0,7 thích hợp với xử lý bằng biện pháp sinh học Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học gồm xử lý sinh học hiếu khí và xử lý sinh học yếm khí Xử lý sinh học bằng vi sinh hiếu khí (phương pháp sử dụng bùn hoạt tính) thường chỉ thích hợp cho xử lý nước thải có nồng độ COD,... ÷ 0,6 : Tạo độ ổn định trong quá trình xử lý hiếu khí  Các dạng thiết bị thường gặp - Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh vật – lọc sinh học + Xử lý nước thải bằng lọc sinh học Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel 04.38681686 – Fax 04.38693551 1616 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho dự án nâng công suất của Công... phức tạp, hiệu quả xử lý phụ thuộc nhiều vào các yếu tố môi trường, biến động lớn từ 60 – 90% II.2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học hiếu khí [8, 10, 11]  Nguyên lý của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính Sử dụng các vi sinh vật để oxy hoá các chất hữu cơ và vô cơ có khả năng chuyển hoá sinh học được; đồng thời chính vi sinh vật cũng sử dụng một phần chất hữu cơ và năng lượng... (BOD5 2000 mg/l) Với nước thải của nhà máy bia Sài Gòn – Miền Trung có thành phần ô nhiễm như trên đã phân tích thì không thể xử lý trực tiếp bằng phương pháp sinh học hiếu khí... nếu chỉ xử lý bằng phương pháp sinh học yếm khí thì nước thải sau xử lý không đạt tiêu chuẩn thải (QCVN 24 – 2009 cột A, cột B) do quá trình phân huỷ yếm khí không triệt để vì hiệu suất xử lý yếm khí cao nhất cũng chỉ đạt 70 – 85% [13] Vì vậy, sau phân huỷ yếm khí thường có hệ thống phân huỷ hiếu khí để xử lý triệt để các chất ô nhiễm còn lại Do đó, trong đồ án này chọn phương pháp xử lý sinh học yếm... CNMT-K50-QN Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hoá các chất bẩn hữu cơ trong nước Các màng sinh học là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ khí và tuỳ tiện Các vi khuẩn hiếu khí tập trung ở lớp ngoài của màng sinh học, ở đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng dính... vi sinh vật có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải thành CO2, nước và các chất vô cơ khác Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để cung cấp đủ oxy cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ, dưới đáy mỗi bể có lắp hệ thống phân phối khí Để vi sinh vật phân hủy hết các chất hữu cơ có trong nước thải thì thể tích bể sinh học phải lớn và thời gian lưu lại trong bể đủ dài Hiệu quả xử lý. .. học làm việc Các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bỡi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học Màng này thường dày khoảng 0,1 – 0,4mm Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bỡi vi sinh vật hiếu khí, sau đó thấm sâu vào màng, nước hết oxi hòa tan và sẽ chuyển sang phân hủy bỡi vi sinh vật kị khí Khi các chất hữu cơ có trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp... phát sinh từ nước làm mát, nước ngưng, nước vệ sinh các thiết bị nấu, lọc, lên men, nước rửa sàn, nhà xưởng, nước rửa chai, téc chứa… Nước thải của nhà máy bia nói chung chứa hàm lượng chất hữư cơ cao ở trạng thái hoà tan và trạng thái lơ lửng, chủ yếu là các hiđratcacbon, protêin, các axit hữu cơ, là các chất có khả năng phân huỷ sinh học gây mùi hôi thối, lắng cặn, giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước. .. XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO NHÀ MÁY III.1 Đặc trưng dòng thải Tùy theo tính chất, đặc thù và mức độ ô nhiễm của từng nguồn nước thải trong công nghệ sản xuất bia (sơ đồ hình 1.3), ta có thể phân thành 3 nhóm sau đây: 1 Nhóm 1: Nước thải coi như sạch Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như không gây ô nhiễm nên có khả năng tuần hoàn sử dụng lại 2 Nhóm 2: Nước thải sinh hoạt Lượng nước . pháp xử lý sinh học. Nước thải trước khi đưa vào xử lý sinh học cần qua các phương pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý để loại bỏ các tạp chất thô, các thành. thiệu các phương pháp xử lý sinh học nước thải Phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân giải các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải. Vi sinh