Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhà máy bia sau xử lý kỵ khí bằng quá trình stick bed và swim bed

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o ĐẶNG MINH SƠN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA SAU XỬ LÝ KỴ KHÍ BẰNG Q TRÌNH STICK-BED VÀ SWIM-BED Chun ngành: Cơng nghệ mơi trường Mã số: 11250527 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2013 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ♦ Họ tên: ĐẶNG MINH SƠN ♦ Ngày, tháng, năm sinh: 29/11/1985 ♦ Địa liên lạc: Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh Nơi sinh: Q TRÌNH ĐÀO TẠO (Bắt đầu từ Đại học đến nay) Đại học ♦ Hệ đào tạo: Chính quy ♦ Thời gian học: Từ 06/2004 đến 06/2008 ♦ Nơi học: Trường Đại học Văn Lang, Tp HCM ♦ Ngành: Công Nghệ Môi Trường Bồi dưỡng sau đại học ♦ Thời gian: 2009 ♦ Nơi học: Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh ♦ Chun ngành: Cơng nghệ Mơi trường Cao học ♦ Thời gian học: Từ 2011đến ♦ Nơi học: Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh ♦ Chun ngành: Cơng nghệ Mơi trường Bình Định i CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS ĐẶNG VIẾT HÙNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : PGS.TS MAI THANH PHONG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 26 tháng 01 năm 2013 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) GS.TS LÂM MINH TRIẾT (CT) TS TRẦN TIẾN KHÔI (TK) TS ĐẶNG VIẾT HÙNG (PB1) PGS.TS MAI THANH PHONG (PB2) PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG (UV) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA KHOA MƠI TRƯỜNG VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên Học viên: ĐẶNG MINH SƠN MSHV: 11250527 Ngày, tháng, năm sinh: 29/11/1985 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA SAU XỬ LÝ KỊ KHÍ BẰNG Q TRÌNH SWIM-BED VÀ STICKBED II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xác định tải trọng COD vận hành thích hợp mơ hình ứng với tải trọng thí nghiệm tăng dần 0,5; 1; 1,5; 2; kg COD/m3.ngày - So sánh khả loại bỏ chất nhiễm mơ hình ứng với tải trọng COD khác III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày / / 2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày / / 2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG TS ĐẶNG VŨ BÍCH HẠNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS NGUYỄN TẤN PHONG TS ĐẶNG VŨ BÍCH HẠNH TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS.Nguyễn Tấn Phong, người thầy hướng dẫn thực luận văn tốt nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để tơi thực nghiên cứu Phịng thí nghiệm, Khoa môi trường, trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM Đồng thời xin cảm ơn tất thầy giáo, cô giáo Khoa Môi Trường - Trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM tận tình giảng dạy, truyền đạt tri thức q báu giúp tơi hồn thành chương trình đào tạo Luận văn thạc sĩ Xin chân thành cảm ơn tập thể anh chị nhân viên Phịng thí nghiệm, Khoa mơi trường, trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ nghiên cứu phân tích thử nghiệm Và cuối cùng, xin chân thành biết ơn cha mẹ, vợ con, anh chị em gia đình anh em bạn bè thân mến động viên, giúp đỡ, đồng hành suốt thời gian học trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Tp HCM, ngày 07 tháng 07 năm 2012 iv TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu khả xử lý nước thải bia sau xử lí kị khí cơng nghệ Stick-Bed Swim-Bed Mơ hình nghiên cứu gồm bể với thể tích sau: Bể thiếu khí – 11,5 lít, bể hiếu khí – 11,5 lít bể lắng – lít Mơ hình nghiên cứu kết hợp hệ thống Swim-bed Stick-Bed sử dụng giá thể nhúng chìm, bể thiếu khí sử dụng giá thể Bio-fix bể hiếu khí sử dụng giá thể Bio-fringe Nước thải nghiên cứu lấy từ trạm xử lý nước thải nhà máy bia Heniken, quận 12, tp.HCM Nghiên cứu thực từ 01/03 đến 30/06 năm 2012 phịng thí nghiệm Cơng nghệ mơi trường, Khoa mơi Trường, Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Nghiên cứu tiến hành liên tục tải trọng hữu (0,5 kgCOD/m3.ngày ; kgCOD/m3.ngày; 1,5 kg COD/m3.ngày, kg COD/m3.ngày kgCOD/m3.ngày) Mơ hình vận hành với tiêu: pH từ 6,6 – 8, DO bể Swim-bed Stick-Bed 0,5 Đồng thời, tiêu ô nhiễm đánh giá gồm: pH, TSS, COD, BOD5, TN, N-NH4+, N-NO3- , P-PO43- T.coliform Qua thời gian nghiên cứu, kết cho thấy kết xử lý chất ô nhiễm tải (1 kgCOD/m3.ngày) cao thấp tải (3 kgCOD/m3.ngày) Thành phần % hiệu loại bỏ chất nhiễm trung bình thu qua tải trọng nghiên cứu là: TSS 87%, COD 81%, BOD5 76%, TN 68%, P-PO43- 44% v ABSTRACT The Thesis names: Research on the possibility of brewery waste water treatment after anaerobic process with Stick-bed and Swim-Bed system The pilot-scale includes three tanks with volumes as: anoxic tank – 11.5 liters, aerobic tank – 11.5 liters and settling tank – liters This pilot is combination of Swim-Bed and Stickbed system which use immersion carriers, the aerobic tank uses Bio-fringe carriers and the anoxic tank uses Bio-fix carriers Waste water usage was collected from Brewery waste water treatment in district 12, Ho Chi Minh city This study was performed from 1st march to 30th June, 2012 at the environment technology laboratory, Environment Faculty, Polytechnic University Ho Chi Minh city The study was operated with organic load rates (0.5 kg COD/m3.day; 1kg COD/m3.day; 1.5 kg COD/m3.day, kg COD/m3.day and kg COD/M3.day) Operation parameters such as HRT, pH were 10h and 6.5-8, respectively DO in Stick- bed and Swim-bed were 0.5 and This study was tested with different parameters including: pH, TSS, COD, BOD5, N-NH4+, N-NO3- , P-PO43- , Total coliform In conclusion, the best removal is organic load rate (1kg COD/m3.day) and the worst removal is organic load rate (3kg COD/m3.day) In terms of overall performances the following mean removal rates were obtained: TSS 87%, COD 81%, BOD5 76%, TN 68%, P-PO43- 44% vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Bio-chemical Oxygen Demand) BF Sợi sinh học (Bio-Fringe) BTNMT Bộ tài nguyên môi trường BX Tấm sinh học (Bio-Fix) COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) C/N Tỷ lệ Carbon/Nitrogen DO Oxy hòa tan (Demand oxygen) MLSS Cặn lơ lửng hỗn hợp bùn hoạt tính (Mixed Liquor Suspended Solids) MLVSS Cặn bay hỗn hợp bùn hoạt tính (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) N-NH4+ Ammonium Nitrogen ion (Ion nitơ ammoni) N-NO2- Nitrite Nitrogen ion (Ionnitơ nitrit) N-NO3- Nitrate Nitrogen ion (Ion nitơ nitrat) P-PO43- Orthophosphate PAOs Vi sinh vật tích lũy photpho (Photphate Accumulatin Organisms) PVA – gel Polyvinyl Alcohol Gel QCVN Quy chuẩn Việt Nam SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solids) SVI Chỉ số thể tích bùn lắng (Sludge Volumn Index) TKN Tổng nitơ Kjendahl (Total Nitrogen Kjendahl) TN Tổng nitơ (Total Nitrogen) TP Tổng photpho (Total phosphorus) TSS Tổng chất rắn (Total suspended solids) VFAs Axit béo dễ bay (Volatile Fatty Acids) vii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Thành phần hóa học hoa Houblon 15 Bảng 2.2 Đặc trưng nước thải bia 15 Bảng 3.1: Thành phần nước thải nhà máy bia 44 Bảng 3.2 Lưu lượng nước tải 49 Bảng 4.1 Kết SVI qua tải trọng nghiên cứu 68 viii DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Đại mạch hai hàng đại mạch nhiều hàng 10 Hình 2.2: Quy trình sản xuất Malt 10 Hình 2.3: Sơ đồ dây chuyền sản xuất bia điển hình 12 Hình 2.4: Quá trình A/O 26 Hình 2.5: Quá trình A2O 26 Hình 2.6: Quá trình Bardenpho cải tiến ngăn 27 Hình 2.7: Quá trình UCT cải tiến 27 Hình 2.8: Quá trình VIP 27 Hình 2.9: Quá trình Johannesburg 27 Hình 2.10: Quy trình cơng nghệ tram xử lý nước thải nhà máy bia Sài Gịn - KCN Tân Đơng Hiệp B – Dĩ An – Bình Dương: 30 Hình 2.11: Quy trình công nghệ tram xử lý nước thải nhà máy bia Bavane Lieshout, Hà Lan: 30 Hình 2.12: Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải nhà máy bia VBL, quận 12 31 Hình 2.13: Cấu tạo chi tiết vật liệu tiếp xúc Bio-Fringe 33 Hình 2.14: Mặt cắt ngang sợi vật liệu tiếp xúc 33 Hình 2.15: Quy trình BF – SQ xử lý nước thải trình Swim – Bed BioFringe 34 Hình 2.16: Quy trình BF – O xử lý nước thải trình Swim – Bed BioFringe 35 Hình 2.17: Quy trình BF – AO xử lý nước thải 36 Hình 2.18: Cấu tạo giá thể BioFix 37 Hình 2.19: Q trình xử lý kị khí ứng dụng q trình Stick – Bed Bio-Fix 38 Hình 2.20: Quá trình Nitrat hóa khử Nitrat ứng dụng Stick-Bed Bio-Fix 39 Hình 2.21: Q trình chuyển hóa N nước thải phương pháp sinh học 42 Hình 2.22: Q trình chuyển hóa P xử lý nước thải phương pháp sinh học 43 Hình 3.1: Bio-fringe trước sau nghiên cứu 45 73 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ PHỤ LỤC B MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU PHỤ LỤC C KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 74 PHỤ LỤC A DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Tan Phong Nguyen and Minh Son Dang, 2012, RESEARCH ON THE POSSIBILITY OF BREWERY WASTE WATER TREATMENT AFTER ANAEROBIC PROCESS WITH SWIM-BED AND STICK-BED SYSTEM, The 2012 INTERNATIONAL CONFERENCE ON GREEN TECHNOLOGY AND SUSTAINABLE DEVELOPMENT, Ho Chi Minh city, Vietnam, September 29th – 30th, 2012 A PHỤ LỤC B MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU Hình 1: Dàn chưng cất Kieldal Hình 2: Tủ nung COD B Hình 3: Máy so màu Hanna Hình 4: Máy đo pH C Hình 5: Dàn phá mẫu Nitơ Hình 6: Bình hút ẩm D Hình 7: Tủ sấy 1050C Hình 8: Tủ nung Nitrate, Photpho E PHỤ LỤC C KẾT QUẢ PHÂN TÍCH Bảng 1: Kết phân tích COD Tải Thời gian Nồng độ Nồng độ Hiệu (ngày) đầu vào đầu (mg/l) (mg/l) Trung suất xử bình lý (%) Trung Trung bình bình nồng độ nồng độ hiệu vào(mg/l) ra(mg/l) suất (%) 310 71 77 315 68 78 309 60 80 372 63 83 385 52 86 416 66 84 10 408 57 86 13 410 45 89 15 419 35 92 16 425 40 91 17 382 37 90 20 392 21 95 22 417 42 90 24 386 36 91 27 426 51 88 28 392 39 90 30 290 20 93 31 314 28 91 34 410 69 93 35 358 33 92 382 54 86 385 34 91 F 37 387 23 94 38 366 37 90 41 371 18 96 42 391 31 92 43 434 61 86 45 427 44 89 48 395 50 87 49 372 33 91 51 397 67 83 52 378 53 86 55 340 31 91 56 364 38 89 57 383 46 88 59 430 69 84 62 352 49 86 63 366 37 90 65 412 33 92 66 408 41 90 69 426 59 86 71 435 52 88 72 418 104 75 73 406 101 78 76 375 75 80 77 388 70 82 79 364 50 86 80 362 44 88 82 389 81 79 83 365 85 72 85 422 122 71 390 46 88 388 83 79 G 89 416 116 72 90 426 89 79 93 378 79 83 96 347 66 81 99 367 190 48 100 380 212 44 102 410 196 52 103 428 150 65 106 374 118 71 108 367 99 73 110 398 135 66 113 418 163 61 115 403 128 68 354 141 60 Bảng 2: Kết phân tích BOD5 Tải Thời gian (ngày) Nồng độ Nồng độ Hiệu Trung Trung Trung đầu vào đầu suất xử bình nồng bình bình (mg/l) (mg/l) lý (%) độ nồng độ hiệu vào(mg/l) ra(mg/l) suất (%) 103 16 84 166 18 89 175 23 86 92 16 82 13 113 18 84 20 105 14 87 27 125 15 88 34 146 22 85 41 208 19 91 48 186 17 91 55 156 25 84 59 143 20 86 65 198 26 87 H 71 202 22 89 76 126 35 72 85 208 56 73 90 158 36 77 96 127 24 81 102 96 45 53 108 116 60 48 113 180 109 39 118 168 99 41 154 38 75 140 78 46 Bảng 3: Kết xử lý TN Tải Thời gian Nồng độ Nồng độ Nồng độ Nồng độ Hiệu suất (ngày) đầu vào đầu đầu vào đầu xử lý (mg/l) (mg/l) trung bình trung bình trung bình (mg/l) (mg/l) (%) 38 18.6 36 18 38 16.5 43 11.6 47 12 51 7.2 10 56 6.4 13 52 7.1 15 54 6.3 16 52 6.1 17 53 6.3 20 49 6.6 22 51 24 48 6.1 47,7 9.6 81 I 27 52 11.4 28 52 10.3 30 46 9.4 31 47 9.1 34 53 8.3 35 51 8.1 37 38 6.6 38 38 6.7 41 43 7.2 42 44 43 43 6.8 45 56 6.5 48 41 6.3 49 43 6.3 51 43 17.8 52 44 18 55 53 15.2 56 51 15.6 57 51 14.3 59 49 13.1 62 58 12.4 63 54 11.2 65 57 14.3 66 56 14 69 48 12.6 71 50 12.1 42,2 7.8 83 51,2 14.2 72 J 72 49 24.1 73 49 23.8 76 45 21.3 77 44 21.1 79 53 19.2 80 53 19 82 57 20.8 83 56 19.6 85 52 18.4 89 48 17.1 90 47 16.3 93 37 15.7 96 58 20.9 99 57 40.3 100 55 39.1 102 53 36.6 103 55 36.2 106 49 29.6 108 46 28.5 110 47 24.3 113 43 21.7 115 58 25.8 50 20 61 51,4 31.3 41 K Bảng 4: Kết phân tích NH4+ Tải Thời (ngày) gian Nồng độ Nồng độ Nồng độ Nồng độ Hiệu suất đầu (mg/l) vào đầu (mg/l) 29 4.8 30 4.5 36 5.2 37 4.8 10 43 5.4 13 36 3.8 17 46 4.3 20 32 2.8 24 33 2.6 27 38 4.2 30 36 4.1 34 42 4.4 37 31 2.8 41 33 2.8 45 41 3.9 48 31 3.1 51 37 6.3 55 31 5.9 59 41 6.4 62 44 6.4 65 41 6.1 69 33 5.3 đầu vào đầu xử lý trung bình trung bình trung bình (mg/l) (mg/l) (%) 35,8 4,2 88 36 3,6 90 38,7 6,0 85 L 71 44 5.8 72 41 7,2 76 36 6,1 79 41 6,8 82 40 6,5 85 43 6,6 89 32 5,5 93 35 5,6 96 39 5,9 99 41 14,2 102 38 12,3 106 40 12,6 108 33 10,6 110 35 8,3 113 39 8,6 115 43 9,8 38,4 6,3 83 38,4 10,9 72 Bảng 6: kết xử lý TSS Tải Thời gian Nồng (ngày) độ Nồng đầu độ Trung đầu bình Trung Hiệu Trung bình suất xử bình vào nồng độ nồng độ lý (%) hiệu (mg/l) (mg/l) vào(mg/l) ra(mg/l) suất (%) 170 23 196 153 12 92 212 15 93 17 230 23 90 20 218 8.7 96 14,6 86 93 M 24 198 97 27 246 20 34 183 7.3 96 41 194 98 49 219 97 51 126 56 157 15.7 90 63 138 12 91 71 192 19.2 90 72 100 10 79 165 19 88 83 228 43 81 96 178 30 83 99 169 62 106 130 32 75 113 152 67 64 115 210 40 77 210 153 168 165 9,6 14,0 25,5 50,3 92 93 90 62 96 91 85 70 ... Nghiên cứu khả xử lý nước thải giết mổ mơ hình Swim -bed stick- bed, Lê Quang Huy (2012) Nghiên cứu khả xử lý nước thải giết mổ mơ hình Swim -bed Stickbed Mơ hình nghiên cứu gồm bể: bể kỵ khí, bể... ngành: Cơng nghệ Mơi trường I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA SAU XỬ LÝ KỊ KHÍ BẰNG QUÁ TRÌNH SWIM -BED VÀ STICKBED II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xác định tải trọng COD vận... MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ♦Đánh giá khả xử lý nước thải sản xuất biasau trình kị khí kết hợp mơ hình Swim -bed Stick- bed với tải trọng hữu khác ♦Đánh giá khả xử lý COD, Nitơ, phốt trình Stick- Bed với