2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Tiến hành thu thập, tham khảo các số liệu, dữ liệu, thơng tin có sẵn liên quan đến nội dung của đề tài nghiên cứu.
- Số liệu, thơng tin về vị trí địa lý, tình hình sản xuất và mơi trường của nhà máy đường Hịa Bình.
- Tham khảo các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước liên quan đến đề tài.
2.2.2. Phương pháp điều tra khả sát thực địa
Đã tiến hành khảo sát tại cơ sở vào tháng 4 năm 2014 và thực hiện các nội dung:
- Làm việc với lãnh đạo và cán bộ phụ trách môi trường của nhà máy. - Thăm quan dây chuyền sản xuất, hệ thống xử lý môi trường của nhà máy. - Tiến hành lấy mẫu nước thải tại 5 điểm trong hồ sinh học của nhà máy. Phương pháp lấy mẫu theo TCVN 5999: 1995.
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm a) Chuẩn bị mẫu nước thải tổng hợp a) Chuẩn bị mẫu nước thải tổng hợp
Vì khó khăn trong cơng tác lấy mẫu nước thải của nhà máy và do q trình làm thí nghiệm thực hiện khơng đúng với thời gian vụ sản xuất đường nên mẫu
nước thải sử dụng trong quá trình thực nghiệm là mẫu tự chuẩn bị có thành phần tương tự như nước thải mía đường.
Tiến hành pha mẫu giả bằng cách lấy 0,2 kg bã mía ngâm vào 10,5 L nước máy trong 30 phút sau đó vắt bỏ bã và lọc bỏ bớt cặn lơ lửng bằng lọc rây có kích thước lỗ 2 mm thu được 10 L nước sau đó tiến hành bổ sung thức ăn cho mèo whishkas với lượng 2 g/L thu được mẫu giả có thành phần tương tự như thành phần đặc trưng của nước thải mía đường như sau:
Bảng 2.1. Thành phần mẫu tổng hợp nước thải mía đường
Thơng số Đơn vị Giá trị
pH - 7,2 - 7,5 TSS mg/L 1134 - 1258 Nts mg/L 59 - 63 Pts mg/L 19 - 23 COD mg/L 2136 - 2636 BOD mg/L 1174 - 1321
Tỷ lệ dinh dưỡng COD:N:P trong khoảng 100:4:2 chứng tỏ rằng tỷ chất dinh dưỡng cung cấp đủ cho vi sinh vật kỵ khí phát triển khi so sánh với tỷ lệ dinh dưỡng COD:N:P tối thiểu trong hệ UASB là 350:5:1 [18].
b) Hóa chất dụng cụ và phương pháp phân tích
- Bổ sung chất dinh dưỡng N và P sử dụng sản phẩm thức ăn cho mèo
Whiskas.
- Hóa chất điều chỉnh pH sử dụng NaHCO3. Việc bổ sung NaHCO3 mặc dù hơi đắt nhưng nó là hóa chất an tồn cho q trình kị khí vì tăng tính đệm cho hệ kị khí. Cịn sử dụng Ca(OH)2 tuy rẻ nhưng trong q trình phản ứng với khí CO2 sinh ra sẽ tạo kết tủa CaCO3, làm mất cân bằng giữa pha khí CO2 trong hệ, có thể tạo áp suất chân không. Nếu áp suất chân không khơng được phá thì tồn bộ lượng khí
- Hóa chất phân tích các chỉ tiêu sử dụng loại tinh khiết.
- Các dụng cụ dùng trong phân tích sử dụng các thiết bị, dụng cụ phân tích COD, pH, Nts, Pts, TSS, VFA, độ kiềm...
- Các chỉ tiêu COD, tổng Nitơ, tổng photpho, chất rắn lơ lửng, chất rắn lơ lửng dễ bay hơi, độ kiềm tổng, VFA... được phân tích dựa trên các phương pháp
trong “Standard methods of examination for water and wastewater”; pH đo bằng
máy đo nhanh điện cực thủy tinh.
c) Quy trình thí nghiệm
Sơ đồ khối và hệ UASB thực nghiệm xử lý nước thải mía đường được chỉ ra ở hình 2.1 và 2.2.
Hình 2.2. Hệ UASB quy mơ phịng thí nghiệm
Tiến hành thực nghiệm xử lý nước thải mía đường bằng hệ UASB quy mơ phịng thí nghiệm tại phịng thí nghiệm Khoa Mơi trường - Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội. Hệ UASB thí nghiệm được chế tạo bằng vật liệu nhựa acrylic trong suốt dày 5 mm, đường kính trong 140 mm, chiều cao 800 mm, thể tích hoạt động 8 lít. Ở phía dưới có van tiếp liệu và van xả bùn, phía trên là van lấy mẫu, van nước ra hình chữ U để tránh thốt khí ra bên ngồi và van khí biogas ra. Bơm nước thải và bơm hồi lưu là bơm nhu động, có điều chỉnh lưu lượng dòng vào. Tại thùng chứa nước thải có lắp cánh khuấy để đảm bảo cho các thành phần nước thải luôn được khấy trộn đều. Thiết bị thu khí và đo khí được lắp đặt phía trên của hệ. Thiết bị lắng có dạng đáy nón đảm bảo cho q trình lắng đạt hiệu quả, mục đích để thu hồi và hồi lưu lượng bùn bị rửa trơi do dịng chảy ngược. Quá trình thực nghiệm được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ môi trường bên ngồi (khơng gia nhiệt cho hệ UASB) và thiết kế van hồi lưu và điều chỉnh tốc độ bơm đảm bảo tốc độ dòng dâng trong khoảng từ 0,6 - 0,9 m/h.
Quy trình vận hành hệ UASB:
Khảo sát quá trình khởi động của hệ.
Vận hành với nước thải tự chế có thành phần tương tự nước thải mía đường,
theo dõi đánh giá các thông số ảnh tới hiệu quả xử lý COD và q trình sinh khí của hệ, với các thông số trong bảng 2.2:
Bảng 2.2. Các thông số tiến hành thực nghiệm
Giai đoạn Thời gian (ngày) Thời gian lưu (giờ) Vphản ứng pHvào CODvào (mg/L) Tải trọng hữu cơ (g/L.ngày) Tốc độ dịng dâng (m/giờ) T0 mơi trường (0C) 1 15 24 8 7,3 – 7,5 2320 2,3 – 2,3 0,6 33 - 38 2 15 12 8 7,3 – 7,5 2402 4,6 – 4,8 1 33 - 37 3 10 8 8 7,4 – 7,5 2375 6,9 – 7,2 1,2 33 - 36
Các thông số đánh giá hiệu quả xử lý.
- Thời gian lưu thủy lực (HRT): Là thời gian nước thải được lưu lại trong hệ
xử lý, được tính theo biểu thức:
HRT = VQ (ngày)
Trong đó: HRT: Thời gian lưu thủy lực (ngày)
V: Thể tích hoạt động của hệ xử lý (L)
Q: Lưu lượng nước thải (L/ngày)
- Hiệu suất chuyển hóa COD:
H = CODv - CODrCODv (%)
Trong đó: CODv: Giá trị COD của dòng vào hệ xử lý (mg/L).
CODr: Giá trị COD của dòng ra khỏi hệ xử lý (mg/L).
- Tải trọng hữu cơ (OLR): Tải trọng hữu cơ được tính theo lượng COD đưa
vào hệ xử lý tính trên một đơn vị thể tích hoạt động trong một đơn vị thời gian.
OLR = Q x CODvV = CODvHRT (g/L.ngày)
- Lượng COD chuyển hóa: Là lượng COD được phân hủy trong 1 ngày.
mCODch = (CODv - CODr).Q
1000 (g/ngày)
- Hiệu suất sinh khí: Là tỷ số giữa thể tích khí sinh học thu được và tổng lượng
COD chuyển hóa, được xác định theo biểu thức sau:
Hbiogas = mCODchVbiogas (L/gCODch)
Trong đó: Vbiogas: Lượng biogas thu được (L/ngày). MCODch: tồng COD chuyển hóa được (g/ngày).
- Tốc độ xử lý COD: Là lượng COD được xử lý trong một đơn vị thể tích thiết
bị trong một đơn vị thời gian:
rv = (CODv - CODr)
HRT x 1000 (gCOD/L.ngày)
2.2.4. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu
Các số liệu sau khi được thu thập, theo dõi, phân tích... được đánh giá tổng hợp và xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel.
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả khảo sát hoạt động và các dịng nước thải cơng ty mía đường Hịa Bình
3.1.1. Hoạt động sản xuất
Hoạt động sản xuất đường có tính mùa vụ, bắt đầu từ tháng 12 năm trước đến hết tháng 3 năm sau. Các sản phẩm sản xuất là: Đường kính trắng với cơng suất thiết kế 93.000 tấn mía/năm tương ứng 9500 tấn đường/năm và năm 2013 đạt được sản lượng đường là 5.034 tấn; Rỉ mật với sản lượng 4.000 tấn/năm và phân vi sinh với sản lượng 3.500 tấn/năm.
Tiêu thụ nguyên liệu, năng lượng và phát sinh chất thải của công ty như sau: Mía nguyên liệu từ 50.000 đến 60.000 tấn/năm; nước sạch sử dụng từ 1 triệu đến
1,2 triệu m3/năm; hóa chất sử dụng vơi với khối lượng 1600 kg/ngày, lưu huỳnh sử
dụng là 520 kg/ngày và axit photphoric là 150 kg/ngày. Nước thải khoảng 2000
m3/ngày; lượng bã mía trong khoảng 170 – 190 tấn/ngày. Năng lượng tiêu thụ dùng
hết bã mía để đốt lị hơi (170 – 190 tấn/ngày).
Quy trình cơng nghệ sản xuất kèm dòng thải của cơng ty mía đường Hịa Bình với cơng suất ép 700 tấn mía/ngày.
Hình 3.1. Sơ đồ cơng nghệ kèm dịng thải cơng ty mía đường Hịa Bình
3.1.2. Đặc tính dịng và ơ nhiễm nước thải
Dịng nước thải 1
Dịng nước này khơng gây ô nhiễm phát sinh từ các khâu làm lạnh trong các thiết bị trợ tinh; thiết bị ngưng tụ của nồi cô đặc và nấu đường; nước từ bơm chân khơng. Nước thải bị nhiễm dầu, nhớt và bột mía sinh ra từ ơ làm lạnh trục máy cán
ép. Dịng nước thải này có lưu lượng khoảng Q1 = 680 m3/ngày. Dịng nước này có
giá trị COD thấp khoảng 60 mg/L, nhưng nhiệt độ của nước khá cao t = 540C. Có
thể xử sơ bộ bằng phương pháp hóa lý như tuyển nổi, lắng lọc để tái sử dụng hoặc xả thẳng vào hồ sinh học. Tải trọng COD của dòng 1 là:
LCOD 1 = Q1 x 60 = 60 680 = 40,8 kgCOD/ngày.
Dịng nước thải này ơ nhiễm nhẹ phát sinh từ các quá trình ngưng tụ hơi. Sau khi cấp nhiệt tại các thiết bị gia nhiệt, cô đặc, nấu đường, làm nguội máy làm nguội nước đường, nước thải sinh hoạt của cơng nhân, phân xưởng ép, phịng thí nghiệm, làm lạnh lị đốt lưu huỳnh, vơi sữa…Dịng này có lưu lượng khoảng Q = 175
m3/ngày. Dòng thải này được đánh giá ô nhiễm nhẹ nhưng nhiều nghiên cứu cho
thấy đây cũng là dịng ơ nhiễm với COD = 200 mg/L và BOD5 = 93 mg/L vượt tiêu chuẩn QCVN 40: 2011 cột B gấp 2 lần. Tải trọng ô nhiễm là:
LCOD 2 = Q2 x C = 200 175 = 35 kgCOD/ngày.
Đối với dịng nước thải loại này có thể tái sử dụng hoặc cho chảy trực tiếp vào hồ sinh học bởi vì nước thải loại này ô nhiễm nhẹ không ảnh hưởng đến q trình sinh học. Các cơng trình sinh học có thể xử lý tốt dịng nước thải loại này.
Dòng nước thải 3
Là dịng nước thải ơ nhiễm nặng phát sinh từ q trình lọc chân khơng, lắng (bọt và nước bùn), rửa nồi nấu đường, rửa nồi của q trình cơ đặc, rửa máy ly tâm, rị rỉ mật rỉ. Nước thải rửa lọc tuy có lưu lượng nhỏ nhưng giá trị BOD5 và các chất
lơ lửng cao. Dịng này có lưu lượng Q3 = 910 m3/ngày. Đây là dịng ơ nhiễm nặng,
hàm lượng chất hữu cơ cao và pH thấp sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình sinh học của các cơng trình xử lý sau này, theo kết quả phân tích COD = 2200 mg/L và BOD5 = 1450 mg/L vượt chỉ tiêu chuẩn rất nhiều lần và có tải lượng ơ nhiễm là:
LCOD 3 = Q3 C = 910 2200 = 2002 kgCOD/ngày.
Dòng nước thải 4
Nước thải phát sinh từ hệ thống xử lý khí thải, dịng này có lưu lượng là Q4 =
220 m3/ngày. Ơ nhiễm chính của dịng này là có giá trị COD và chất rắn lơ lửng rất
lớn. Nước thải sau khi qua bể lắng tro có hàm lượng các chất ơ nhiễm khá cao là:
SS = 4325 mg/L; COD = 2565 mg/L và dịng này có nhiệt độ khá cao t = 580C. Tải
trọng ô nhiễm là:
LCOD 4 = Q4 C = 220 2565 = 564 kgCOD/ngày.
Đối với dòng nước thải 3 và 4 cần phải xử lý cục bộ trước khi nhập chung vào hệ thống xử lý sinh học hiếu khí. Bởi vì dịng nước thải loại này có COD và
BOD5 cao, rất thích hợp cho q trình xử lý kỵ khí bằng hệ UASB có kết hợp thu hồi khí metan làm năng lượng.
Đặc tính dịng và ơ nhiễm nước thải cơng ty đường Hịa Bình được tổng hợp ở bảng 3.1:
Bảng 3.1. Đặc tính dịng và ơ nhiễm nước thải cơng ty mía đường Hịa Bình
Dịng thải Lưu lượng
(m3/ngày) Giá trị COD (mg/L) Tải trọng COD (kgCOD/ngày) Phương pháp xử lý đề xuất
1 680 60 40,8 Tuyển nổi + Tái sử
dụng
2 175 200 35 Tái sử dụng
3 910 2200 2002 UASB + aerotank
4 220 2565 564 UASB + aerotank
Kết quả phân tích mẫu nước thải cơng ty đường Hịa Bình [9]
Kết quả phân tích mẫu nước thải tại cống chung và hồ sinh học của cơng ty đường Hịa Bình được chỉ ra ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Kết quả phân tích nước thải tại cống chung và hồ sinh học cơng ty mía đường Hịa Bình
Thơng số Đơn vị Nước thải tại
cống chung
Nước thải tại hồ sinh học QCVN 40:2011/BTNMT cột B pH - 6,22 7,7 5,5 - 9 TSS mg/L 622 80 100 Nts mg/L 10,8 7,6 40 Pts mg/L 0,796 4 6 COD mg/L 861 46 150
Từ bảng 3.2 nhận thấy, nước thải tại cống chung có hàm lượng chất rắn lơ
lửng và giá trị COD cao hơn 6 lần so với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia; tổng nitơ
chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước thải công nghiệp. Các kết quả không
quá cao vì nước thải đã được pha lỗng bởi nước thải ở các cơng đoạn ít ơ nhiễm
như làm mát, rửa sàn... Các kết quả thu được cũng khá phù hợp với kết quả của các
nghiên cứu trước đây về đặc tính nước thải cơng nghiệp mía đường. Các chỉ tiêu chất lượng nước tại hồ sinh học cơng ty đường Hịa Bình đều đạt QCVN
40:2011/BTNMT cột B. Sở dĩ tất cả các chỉ tiêu đều đạt tiêu chuẩn vì nước thải tại
hồ đã được xử lý và pha lỗng bằng nước sơng lấy từ đập thủy điện Hịa Bình. 3.2. Kết quả khảo sát khả năng xử lý nước thải mía đường bằng hệ UASB
3.2.1. Kết quả giai đoạn khởi động hệ UASB
Trong quá trình khởi động hệ UASB, 2 loại bùn mồi vi sinh đã được sử dụng là bùn lấy từ hệ yếm khí xử lý nước thải chăn ni được gọi là bùn chăn nuôi với và bùn lấy từ hệ UASB của nhà máy bia gọi là bùn bia với hàm lượng của hỗn hợp bùn hoạt tính MLVSS khoảng 6300 mg/L. Vi sinh vật trong hệ được ni dưỡng và thích nghi bằng việc dùng nước thải nhân tạo pha từ bã mía và bổ sung chất dinh dưỡng với giá trị COD khoảng 2300 mg/L với thời gian lưu thủy lực là 48 giờ, tải trọng hữu cơ 1,15 g/L.ngày.
Q trình khỏi động hệ bằng bùn gốc kỵ khí là bùn chăn nuôi (gọi tắt là bùn chăn nuôi) được cho hoạt động và theo dõi trong trong 2 tuần, sau đó tiến hành lấy mẫu phân tích trong 14 ngày tiếp theo. Kết quả phân tích hiệu quả xử lý COD rất thấp, trung bình khoảng 40%. pH đầu vào trung bình 7,2; pH đầu ra trung bình 5,1. Và gần như khơng có khí biogas sinh ra. Điều này chứng tỏ q trình metan hóa đã khơng diễn ra, và sự tích tụ axit béo dễ bay hơi đã làm cho pH đầu ra của hệ giảm. Có thể lý giải cho hiện tượng này là vì bùn gốc lấy từ hệ xử lý nước thải chăn ni khơng thu khí biogas nên q trình yếm khí xảy ra trong điều kiện không nghiêm ngặt, mặt khác nước thải chăn ni có hàm lượng amoni lớn dẫn điến ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn metan. Khởi động hệ UASB với bùn chăn nuôi không thành công và phải khởi động lại hệ từ đầu với nhân kỵ khí mới.
Hình 3.2. Biến thiên giữa hiệu suất xử lý COD và pH với bùn chăn nuôi Khởi động lại hệ UASB với bùn gốc kỵ khí lấy từ hệ UASB công ty Bia Hà Khởi động lại hệ UASB với bùn gốc kỵ khí lấy từ hệ UASB công ty Bia Hà Nội – Mê Linh (gọi tắt là bùn bia), việc lựa chọn bùn gốc kỵ khí bia là phù hợp với nước thải mía đường vì nước thải nhà máy bia có tải trọng hữu cơ tương đối cao,