- Đỏnh giỏ chất lƣợng và giỏ trị về mặt cung cấp nƣớc tƣới và dinh dƣỡng của nƣớc thải một số nhà mỏy đƣờng và cồn thuộc tỉnh Thanh Húa.
- Nghiờn cứu trong phũng thớ nghiệm cỏc phƣơng phỏp xử lý nƣớc thải phự hợp phục vụ mục đớch tỏi sử dụng nƣớc thải nhà mỏy cồn.
- Đề xuất cỏc giải phỏp xử lý nƣớc thải cho một nhà mỏy đƣờng/cồn tại Thanh Húa nhằm mục đớch tỏi sử dụng tƣới tiờu cho mớa.
2.1.2. Phương phỏp nghiờn cứu
Nghiờn cứu tập trung vào cỏc vấn đề sau:
+ Phõn tớch chất lƣợng nƣớc thải của nhà mỏy đƣờng gồm: Độ màu, TS, SS, COD, BOD5, DO, pH, Coliform, clorua, cỏc chất dinh dƣỡng và cỏc KLN.
+ Phõn tớch chất lƣợng nƣớc thải và nghiờn cứu xử lớ bằng phƣơng phỏp húa lớ – đụng keo tụ và phƣơng phỏp sinh học - bể aerten để đề xuất hoàn thiện cụng nghệ xử lớ cho nƣớc thải nhà mỏy cồn nhằm mục đớch nƣớc sau xử lớ đạt tiờu chuẩn tƣới tiờu nụng nghiệp.
2.1.2.1. Phương phỏp đụng keo tụ
Nƣớc thải từ nhà mỏy sản xuất cồn cú đặc điểm là độ màu và hàm lƣợng chất hữu cơ COD rất cao, trong đú hàm lƣợng chất hữu cơ trơ chiếm từ 20 – 25% [3]. Thụng thƣờng phƣơng phỏp húa lớ đụng keo tụ đƣợc bố trớ trƣớc hoặc sau xử lớ sinh học yếm – hiếu khớ nhƣng do nƣớc thải cú hàm lƣợng chất hữu cơ quỏ cao (COD và BOD đều cao), nếu theo đỳng quy trỡnh xử lớ sơ bộ bằng keo tụ trƣớc khi xử lớ sinh học yếm khớ thỡ rất tốn kộm do phải sử dụng một lƣợng húa chất keo tụ rất lớn để tỏch cỏc chất hữu cơ khú phõn hủy sinh học và diện tớch bể phải lớn hơn mà hiệu quả xử lớ lại khụng cao. Để giảm bớt hàm lƣợng chất hữu cơ trong nƣớc thải, đồng
Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội Viện khoa học và công nghệ môi tr-ờng
Luận văn thạc sỹ Khóa 2010 - 2012 41 thời thu đƣợc lƣợng Biogas khỏ lớn phục vụ cho sản xuất, giảm chi phớ đầu tƣ và vận hành cho cỏc bể xử lớ, nờn cú thể tiến hành xử lớ sinh học yếm khớ trƣớc sau đú xử lớ húa lớ đụng keo tụ. Mặt khỏc ở đõy đƣa quỏ trỡnh đụng keo tụ vào giữa quỏ trỡnh xử lớ sinh học yếm và hiếu khớ vỡ nƣớc sau xử lớ yếm khớ cú tỷ số 5 0,5
COD BOD
khụng đảm bảo điều kiện cho quỏ trỡnh xử lớ hiếu khớ. Đồng thời nhằm mục đớch giảm bớt chất hữu cơ khú phõn hủy sinh học trƣớc khi đƣa nƣớc thải vào xử lớ tiếp bằng bể aeroten để nõng cao hiệu quả xử lớ và giảm tiờu hao năng lƣợng cho bể aeroten.
Quỏ trỡnh đụng keo tụ sử dụng chất keo tụ là poly aluminium chloride (PAC) và chất trợ keo tụ là polyacrylamide (A101).
PAC (poly aluminium chloride, [Al2(OH)nCl6-n.xH2O]m (1≤ n ≤5, m ≥ 10)) là loại phốn nhụm tồn tại ở dạng cao phõn tử, cú cấu tạo mạch thẳng gồm nhiều nhỏnh, dễ hũa tan trong nƣớc và nú hoạt động hiệu quả nhất ở khoảng pH từ 6,5 ữ 8,5. Phốn PAC cú nhiều ƣu điểm hơn so với cỏc loại phốn nhụm thụng thƣờng khỏc nhƣ: [7]
+ Hiệu quả lắng trong cao hơn 4 ữ 5 lần, thời gian keo tụ nhanh, tăng độ trong của nƣớc.
+ Ít làm biến động độ pH của nƣớc
+ Khụng cần hoặc dựng rất ớt chất trợ keo tụ, khụng cần cỏc thiết bị và vận hành phức tạp.
+ Cú khả năng loại bỏ cỏc chất hữu cơ tan và khụng tan cựng kim loại nặng tốt hơn phốn sunfat.
+ Giảm thể tớch bựn khi xử lý
+ Liều lƣợng sử dụng thấp, bụng cặn to, dễ lắng. + Ít ăn mũn thiết bị.
A101 (polyacrylamide – [-(-CH2CHCONH2-)n]) là một loại polymer kết tỏch tổng hợp, tan trong nƣớc, phõn tử của nú tớch điện õm và cú khối lƣợng phõn tử từ 1200 – 2200 x 104. A101 đƣợc sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp và hiệu quả kết tỏch cao nhất khi pH > 7. A101 đƣợc dựng trong quy trỡnh xử lớ nhằm mục đớch
Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội Viện khoa học và công nghệ môi tr-ờng
Luận văn thạc sỹ Khóa 2010 - 2012 42 làm tăng khả năng keo tụ tạo bụng của nƣớc thải, giỳp cỏc bụng bựn hỡnh thành to hơn, vỡ vậy hiệu quả lắng sẽ tốt hơn. Do A101 cú phõn tử lƣợng lớn, độ nhớt cao và tỷ lệ cỏc monomer trong phõn tử cao nờn nú cú tớnh kết tỏch chọn lọc và hiệu quả cao. [7]
1. Mụ tả thớ nghiệm
Thớ nghiệm sử dụng cỏc dụng cụ nhƣ bỡnh jatest dung tớch 1 lớt, mỏy khuấy từ, bỡnh định mức thể tớch 1000ml, 500ml, 250ml, 200ml, 100ml, pipet 10ml, 5ml và một số dụng cụ khỏc. Nƣớc thải đƣợc cho vào bỡnh jatest dung tớch 1000ml, mỗi bỡnh cho 500ml nƣớc thải và tiến hành keo tụ với lƣợng cỏc chất keo tụ (PAC) và trợ keo (A101) khỏc nhau. Thời gian đụng tụ là 1 phỳt với tốc độ khuấy khoảng 100 vũng/phỳt, thời gian keo tụ 8 phỳt với tốc độ khuấy khoảng 30 vũng/phỳt, sau khi đụng keo tụ xong để lắng 30 phỳt.[18]
2. Điều kiện thớ nghiệm
Nƣớc thải sau khi lấy về đƣợc bảo quản trong tủ lạnh, thớ nghiệm đƣợc tiến hành ở nhiệt độ phũng. Giỏ trị pH của nƣớc thải đo đƣợc thớch hợp với dải pH của chất keo tụ và trợ keo nờn khụng cần phải điều chỉnh pH trong quỏ trỡnh thực hiện.
Húa chất pha xong đƣợc bảo quản trong bỡnh thủy tinh kớn và giữ ở nhiệt độ phũng, thời gian lƣu húa chất khoảng 1 tuần sau khi pha.
2.1.2.2. Phương phỏp sinh học hiếu khớ sử dụng hệ thống pilot aeroten
1. Mụ tả thớ nghiệm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiết bị Aeroten thực nghiệm cú dung tớch 60 lớt, mẫu nƣớc thải sau đụng - keo tụ từ thựng chứa đƣợc đƣa vào bể theo nguyờn lý thựng cao vị. Khụng khớ cấp vào bể nhờ bộ phận phõn phối khớ bố trớ ở đỏy bể nối với mỏy thổi khớ ở bờn ngoài bể. Sau khi cấp khụng khớ cựng với sinh khối vào bể quỏ trỡnh ụxy húa sinh học sẽ diễn ra trong bể. Nƣớc sau xử lý cho chảy qua ngăn lắng và nƣớc trong cho chảy tràn qua van xả vào thựng chứa. Một phần bựn ở bể lắng sẽ đƣợc tuần hoàn trở lại bể aeroten, phần bựn dƣ đƣợc xả vào thựng chứa bựn.
Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội Viện khoa học và công nghệ môi tr-ờng
Luận văn thạc sỹ Khóa 2010 - 2012 43
Hỡnh 2.1: Sơ đồ bể Aeroten thực nghiệm
2. Điều kiện thớ nghiệm
Trong suốt quỏ trỡnh nghiờn cứu nhiệt độ đƣợc duy trỡ ổn định ở 20 – 400 C và pH trong khoảng từ 6,8 – 8,5. Lƣợng oxy hũa tan khoảng từ 3,2–3,6mgO2/l và đảm bảo dinh dƣỡng cho VSV hiếu khớ hoạt động theo tỷ lệ BOD:N:P là 100:5:1.
3. Chuẩn bị thớ nghiệm
Chuẩn bị sinh khối
- Tiến hành nhõn giống và chọn lựa cỏc loài vi sinh vật cú khả năng xử lý nƣớc thải chứa rỉ đƣờng bằng cỏch sau:
+ Chuẩn bị nƣớc thải cú chứa rỉ đƣờng đó qua quỏ trỡnh tiền xử lý bằng biogas và quỏ trỡnh keo tụ (bằng PAC và A101). (1)
+ Lấy sinh khối của hỗn hợp cỏc hệ vi khuẩn khỏc nhau, đƣợc nuụi sẵn bằng tổ hợp cỏc loại nƣớc thải khỏc nhau. (2)
+ Cho phần sinh khối (2) với khối lƣợng 2g sinh khối khụ (cú hàm ẩm 20%), cho vào phần nƣớc (1) với thể tớch 8 lớt nƣớc thải. Sau đú tạo cỏc điều kiện thớch hợp cho quỏ trỡnh sinh học hiếu khớ trong bỡnh nuụi cấy bằng cỏch sục khụng khớ vào bỡnh bằng mỏy sục khớ với cỏc quả sục nhằm chia nhỏ và phõn tỏn cỏc bọt khớ
Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội Viện khoa học và công nghệ môi tr-ờng
Luận văn thạc sỹ Khóa 2010 - 2012 44 một cỏch đồng đều hơn. Kiểm soỏt hàm lƣợng DO trong nƣớc (thƣờng từ 3,2
3,6 mgO2/l). Cứ 2 ngày một lần bổ sung thờm cỏc nguồn dinh dƣỡng cần thiết cho sự sinh trƣởng và phỏt triển của VSV (nhƣ bổ sung khoảng 1 - 2g đƣờng saccarozo, một số muối vụ cơ nhƣ NH4Cl, (NH4)2SO4, KH2PO4, K2HPO4, …. Duy trỡ ổn định và theo dừi quỏ trỡnh tăng sinh khối của vi sinh vật trong 7 ngày liờn tục.
Sau thời gian 7 ngày thu toàn bộ lƣợng sinh khối trong bỡnh nuụi vi sinh để cho vào bể phản ứng mới (sử dụng nƣớc thải mới) để đỏnh giỏ khả năng xử lý (COD và độ màu) của cỏc loài vi sinh đó đƣợc hoạt húa.
- Đỏnh giỏ khả năng phỏt triển của sinh khối sau khi đƣợc nhõn giống và hoạt húa thụng qua khối lƣợng sinh khối.
Sau 7 ngày, lấy 1lớt nƣớc trong bể đem lọc bằng phễu Buckner, để khụ tự nhiờn đến độ ẩm 20%, đem cõn thu đƣợc khối lƣợng là 0,771g/lớt. Nhƣ vậy
Tổng sinh khối thu đƣợc = 0,771 x 8(lớt) = 6,168 (g)
So với lƣợng sinh khối ban đầu cho vào là 2g thỡ lƣợng sinh khối nuụi sau thời gian 7 ngày đó tăng lờn 4,168g. Điều đú chứng tỏ đó làm giàu đƣợc cỏc loài vi sinh vật cú khả năng phõn hủy rỉ đƣờng.
Chuẩn bị nước thải để xử lớ
Nƣớc thải sau keo tụ để lắng rồi lấy dịch trong đem thực hiện quỏ trỡnh xử lớ hiếu khớ. Mẫu nƣớc thải đƣợc lấy từ 8-10 lớt để nghiờn cứu.
2.2. Cỏc chỉ tiờu phõn tớch và phƣơng phỏp đo
Trong suốt quỏ trỡnh làm thực nghiệm cỏc thụng số cú liờn quan đến quỏ trỡnh xử lớ đƣợc đo và phõn tớch thƣờng xuyờn.
1. pH: Đƣợc đo bằng mỏy đo pH meter 330i.
2. Định lượng nhu cầu oxy húa húa học (COD): COD đƣợc xỏc định bằng phƣơng
phỏp hồi lƣu đúng.
Nguyờn tắc của phương phỏp: Dựng chất oxi húa mạnh (K2Cr2O7) để oxi húa cỏc hợp chất hữu cơ trong nƣớc thải. COD đƣợc xỏc định thụng qua lƣợng K2Cr2O7 tiờu tốn. 1mol dicromat (Cr2O72- ) tƣơng đƣơng với 1.5 mol oxy (O2).
Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội Viện khoa học và công nghệ môi tr-ờng
Luận văn thạc sỹ Khóa 2010 - 2012 45 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cơ chế phản ứng: Hầu hết cỏc hợp chất hữu cơ bị oxi húa bởi hỗn hợp sụi của bicromatkali và axit sunfuric đặc với xỳc tỏc Ag2SO4.
Chất hữu cơ + Cr2O72- → Cr3+ + H2O (Cr2O72- + 14H+ + 6e → Cr3+ + 7H2O)
Phản ứng đƣợc tiến hành ở 1500C trong khoảng 2 giờ trong mụi trƣờng axit H2SO4 đặc với xỳc tỏc Ag2SO4. Lƣợng K2Cr2O7 dƣ đƣợc chuẩn lại bằng muối mohr với chỉ thị Feroin.
3. Định lượng nhu cầu oxi húa sinh húa (BOD): Sử dụng thiết bị oxy top
Nguyờn tắc: Dựa trờn sự chờnh lệch ỏp do CO2 đƣợc hấp thụ nhờ kiềm mạnh ở thể rắn
Nguyờn tắc hoạt động của sensor BOD: Quỏ trỡnh ủ đƣợc tiến hành trong hệ kớn. Khớ CO2 tạo thành trong quỏ trỡnh ủ bị hấp thụ bằng kiềm mạnh làm ỏp suất bờn trong chai giảm dần. Sự giảm ỏp đƣợc chuyển qua một bộ vi xử lớ trong sensor và chuyển thành giỏ trị BOD tƣơng ứng.
4. Xỏc định tổng chất rắn (TS): Đƣợc định lƣợng bằng phƣơng phỏp khối lƣợng 5. Xỏc định hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS): Đƣợc định lƣợng bằng phƣơng phỏp
khối lƣợng
6. Xỏc định nitơ tổng số bằng phương phỏp kjeldahl
Nguyờn lớ: Phƣơng phỏp kjeldahl dựa trờn nguyờn lớ chuyển toàn bộ N trong hợp chất hữu cơ thành muối amon bằng cỏch cụng phỏ với H2SO4 đậm đặc (xỳc tỏc K2SO4 : CuSO4 : Se theo tỷ lệ 100:10:1). Xỏc định hàm lƣợng NH4+ bằng dụng cụ kjeldahl khi cho muối amon tỏc dụng với kiềm. Thu NH3 bằng dung dịch axit boric và chuẩn độ amon borat bằng dung dịch chuẩn HCl 0,01M.
H3BO3 + NH3 = NH4H2BO3 H2BO3
-
+ H+ = H3BO3
7. Xỏc định photpho tổng số
Nguyờn lớ: Sử dụng axit pecloric cựng axit nitric hũa tan cỏc hợp chất photpho. Xỏc định hàm lƣợng photpho trong dung dịch bằng phƣơng phỏp trắc quang “màu xanh molypden”.
Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội Viện khoa học và công nghệ môi tr-ờng
Luận văn thạc sỹ Khóa 2010 - 2012 46
Chƣơng 3
KẾT QUẢ NGHIấN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đỏnh giỏ chất lƣợng và giỏ trị về mặt cung cấp nƣớc tƣới và dinh dƣỡng của nƣớc thải một số nhà mỏy đƣờng và cồn thuộc tỉnh Thanh Húa của nƣớc thải một số nhà mỏy đƣờng và cồn thuộc tỉnh Thanh Húa
Nƣớc thải đƣợc lấy vào cỏc đợt khỏc nhau phụ thuộc vào từng giai đoạn sản xuất của cỏc nhà mỏy.
Đợt 1: Lấy mẫu nƣớc thải vào giai đoạn nhà mỏy nghỉ ộp (thỏng 7/2010) Đợt 2: Lấy mẫu nƣớc thải vào giai đoạn đầu mựa ộp (thỏng 12/2010) Đợt 3: Lấy mẫu nƣớc thải vào giai đoạn giữa mựa ộp (thỏng 02/2011) Đợt 4: Lấy mẫu nƣớc thải vào giai đoạn cuối mựa ộp (thỏng 4/2011)
3.1.1. Đỏnh giỏ chất lượng nước thải một số nhà mỏy đường và cồn thuộc tỉnh Thanh Húa
3.1.1.1. Đỏnh giỏ chất lượng nước thải nhà mỏy đường Lam Sơn Thanh Húa
Nƣớc thải nghiờn cứu đƣợc lấy ở 2 vị trớ: - Hồ sinh học số 1 (HSH 1)
- Hồ sinh học số 5 (HSH 5)
Sau khi lấy về đƣợc tiến hành phõn tớch một số chỉ tiờu và kết quả phõn tớch nhƣ sau:
Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội Viện khoa học và công nghệ môi tr-ờng
Luận văn thạc sỹ Khóa 2010 - 2012
47 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.1: Chất lượng nước thải của nhà mỏy sản xuất đường Lam Sơn
Chỉ tiờu HSH 1 HSH 5 QCVN 40 : 2011/BTNMT Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 A B Màu (Co-Pt), pH=7 7 21 17 15 4 12 11 10 50 150 TS (mg/l) 407 320 440 450 282 292 320 360 SS (mg/l) 72 78 330 305 71 69 213 180 50 100 DO (mg/l) 5,92 6,2 4,7 5,62 7,06 7,4 6,55 6,36 COD (mg/l) 56,9 49 75 70 25,6 20 46 39 75 150 BOD5 (mg/l) 20OC 32 27 44 38 17 14 26 22 30 50 Coliform (MPN/100ml) 90 240.000 110.000 31,5 40 24 930 80 3000 5000 Tổng dầu mỡ (mg/l) 10 5,2 1 0,1 2 3,6 0,9 0 5 10 Clorua (Cl-) (mg/l) 196 343 248 5,5 75 346 186 1 500 1000 pH 8 7,1 7,6 7,69 8,2 6,9 - 8,11 6,0-9 5,5-9 T - N (mg/lớt) 11,2 14 8,4 7,8 11,2 12 9,8 8,96 20 40 T - P (mg/lớt) 1,8 4 2,02 1,71 1,4 3,5 1,49 0,98 4 6 T - K2O (mg/lớt) 20 10 7,23 12,41 5 4,11 Cu (mg/lớt) 0,06 0,06 0,07 0,05 0,06 0,06 0,06 0,03 2 2 Pb (mg/lớt) 0,03 0,03 0,05 0,05 0,03 0,02 0,04 0,02 0,1 0,5 Cd (mg/lớt) 0,005 0,005 0,007 0,004 0,005 0,004 0,005 0,002 0,05 0,1 Zn (mg/lớt) 0,2 0,2 0,4 0,25 0,09 0,08 0,09 0,06 3 3 Cr (mg/lớt) 0,34 0,26 0,4 0,3 0,05 0,09 0,08 0,07 0,05 0,1
Tr-ờng đại học Bách khoa Hà nội Viện khoa học và công nghệ môi tr-ờng
Luận văn thạc sỹ Khóa 2010 - 2012 48 Nƣớc thải nhà mỏy đƣờng Lam Sơn trƣớc khi vào hệ thống xử lớ cú giỏ trị COD từ 1.500 ữ 2.000mg/l, BOD khoảng 1.000 ữ 1.400mg/l tựy vào từng giai đoạn ộp của nhà mỏy và nú đƣợc xử lớ bằng cụng nghệ húa lớ kết hợp với sinh học hiếu khớ, sau đú đƣa ra cỏc hồ sinh học để xử lớ tiếp. Kết quả phõn tớch nƣớc thải tại hồ sinh học số 1 (HSH 1) và số 5 (HSH 5) (hỡnh 2.6) cho thấy:
Tại hồ số 1: Cỏc chỉ tiờu độ màu, COD, BOD5, tổng dầu mỡ khoỏng, clorua, cỏc kim loại nặng (KLN)…(bảng 4.1) khỏ thấp, đạt QCVN 40:2011/BTNMT loại B, một số chỉ tiờu nhƣ độ màu, COD xấp xỉ ngƣỡng loại A của quy chuẩn này. Tuy nhiờn, hàm lƣợng chất rắn lơ lửng (ở giai đoạn giữa và cuối vụ ộp) và lƣợng Coliform (ở giai đoạn đầu và giữa vụ ộp) vẫn cũn khỏ cao (SS vƣợt khoảng trờn 3 lần, coliform vƣợt khoảng 20 đến 50 lần so với QCVN 40:2011/BTNMT loại B).
Tại hồ số 5: Hàm lƣợng cỏc chất hữu cơ (COD, BOD5), tổng dầu mỡ khoỏng, clorua, cỏc KLN, cỏc chất dinh dƣỡng…đều rất thấp, nằm dƣới ngƣỡng loại A- QCVN 40:2011/BTNMT. Riờng hàm lƣợng chất rắn lơ lửng vẫn cũn cao hơn so với QCVN 40:2011/BTNMT loại B. Nếu nƣớc thải này tận dụng để tƣới tiờu cho cõy trồng (chủ yếu là vựng mớa nguyờn liệu và lỳa khu vực xung quanh nhà mỏy), theo QCVN 39:2011/BTNMT cỏc chỉ tiờu đều đạt mức cho phộp.
Do cỏc hồ (từ số 1 đến số 5) đƣợc thiết kế thụng nhau nờn chất lƣợng nƣớc thải ở hồ số 1 và hồ số 5 khụng cú sự khỏc biệt nhiều. Nhƣ vậy, cú thể núi chất lƣợng nƣớc sau xử lớ của nhà mỏy đƣờng Lam Sơn đạt QCVN 40:2011/BTNMT loại A và đƣợc phộp thải ra nguồn tiếp nhận.
3.1.1.2. Đỏnh giỏ chất lượng nước thải nhà mỏy đường Nụng Cống Thanh Húa