Biện pháp xử lý - Các biện pháp kỹ thuật áp dụng đ- 123docz.net

III.2. Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi tr-ờng n-ớc

III.2.2. Các biện pháp kỹ thuật áp dụng để xử lý n-ớc thải đối với ngành sản xuất tinh bột sắn

III.2.2.2. Biện pháp xử lý

N-ớc thải sau khi phân luồng đ-ợc xử lý bằng các ph-ơng án khả thi khác nhau. Với những đặc tr-ng chủ yếu của n-ớc thải chế biến tinh bột sắn là: hàm l-ợng chất hữu cơ cao và cặn lơ lửng lớn, pH thấp, n-ớc thải sản xuất tinh bột còn chứa các chất khó hoặc chậm chuyển hoá nh-: dịch bào, xơ sắn, pectin...Vì vậy công nghệ xử lý n-ớc thải chế biến tinh bột sắn t-ơng đối phức tạp. Ph-ơng pháp khả thi và hiệu quả để xử lý n-ớc thải sản xuất tinh bột là xử lý bằng ph-ơng pháp sinh học. Tuy nhiên, để nâng cao hiệu quả xử lý ng-ời ta th-ờng kết hợp với các ph-ơng pháp cơ học và hoá lý.

a. Xử lý cơ học:

Bao gồm các quá trình xử lý sơ bộ, lắng và lọc. Ph-ơng pháp này th-ờng

đ-ợc sử dụng trong giai đoạn tiền xử lý nhằm tách các vật rắn nổi có kích th-ớc lớn, tách các tạp chất rắn có thể lắng (lọc) ra khỏi n-ớc thải để bảo vệ bơm và đ-ờng ống, đồng thời giảm tải l-ợng chất ô nhiễm cho hệ thống xử lý tiếp theo.

Có thể áp dụng ph-ơng pháp lắng lọc cơ học để xử lý n-ớc thải của qúa trình chuẩn bị nguyên liệu. Qúa trình bóc vỏ, rửa sạch cuốn theo một l-ợng lớn đất, cát, sạn, vỏ gỗ… Những tạp chất này có kích th-ớc t-ơng đối lớn, dễ dàng tách loại bằng lắng trọng lực. Phần cặn lơ lửng có kích th-ớc nhỏ hơn đ-ợc tách nhờ lọc, và ph-ơng pháp lọc đơn giản là lọc cát.

Ngoài ra đối với n-ớc thải quá trình trích ly, chiết suất (lọc thô) có hàm l-ợng tinh bột và zenluloza lớn cũng cần lắng để tách cặn thô tr-ớc khi xử lý sơ cấp.

N-ớc sau lắng có hàm l-ợng SS, TS giảm, tạo thuận lợi cho qúa trình xử lý tiếp theo.

Cặn lắng chứa sơ mịn và tinh bột có thể tận dụng làm thức ăn gia súc hoặc làm phân bón.

b. Xử lý hoá lý:

Ph-ơng pháp hóa lý bao gồm: keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion… Các ph-ơng pháp hóa lý th-ờng đ-ợc ứng dụng để tách các chất ô nhiễm ở dạng keo, hoà tan, chất hoạt động bề mặt hay kim loại nặng trong n-ớc thải. Trong đó keo tụ là ph-ơng pháp đơn giản, xử lý hiệu qủa n-ớc thải có hàm l-ợng cặn lơ lửng lớn, nên có thể chọn để xử lý n-ớc thải công đoạn trích ly, chiết suất.

Tác nhân keo tụ đ-ợc sử dụng trong xử lý n-ớc thải tinh bột sắn th-ờng là những chất có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp có thể là polyme hữu cơ (PAA),

đây là một trong những chất khá phổ biến, rẻ tiền, dễ sử dụng và đặc biệt là không gây ô nhiễm thứ cấp do dễ dàng tự hủy chỉ trong thời gian ngắn. Đặc biệt, trong xử lý n-ớc thải tinh bột sắn không nên dùng chất đông keo tụ có nguồn gốc là muối vô

cơ (muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng) vì trong bùn thải sau xử lý có chứa muối các kim loại nặng sẽ không tận dụng bùn thải làm thức ăn cho gia súc hoặc ph©n bãn vi sinh.

Nhờ tác dụng t-ơng hỗ giữa tác nhân keo tụ và các hạt rắn (pectin không tan, xơ mịn, hạt tinh bột nhỏ…), tạo thành tập hợp hạt có kích th-ớc và tỷ trọng lớn nên dễ dàng tách loại nhờ quá trình lắng.

c. Xử lý sinh học:

Là ph-ơng pháp đặc biệt hiệu qủa để xử lý n-ớc thải của chế biến thực phẩm nói riêng và các loại n-ớc thải có chứa hàm l-ợng chất hữu cơ cao nói chung.

Cơ sở của ph-ơng pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân giải các chất ô nhiễm mà chủ yếu là các chất hữu cơ có trong n-ớc thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh d-ỡng để xây dựng và đổi mới tế bào, đồng thời khai thác năng l-ợng cho qúa trình sống. Nhờ hoạt động sống của vi sinh vật, các chất ô nhiễm đ-ợc chuyển hóa, n-ớc thải đ-ợc làm sạch.

Ph-ơng pháp sinh học có -u điểm nổi bật là khá đơn giản, rẻ tiền, hiệu quả

chuyển hóa BOD cao, không gây ô nhiễm thứ cấp, ngoài ra còn có thể thu đ-ợc lợi ích từ việc thu biogas trong quá trình phân hủy sinh học làm nhiên liệu khí đốt.

Dựa vào ph-ơng thức hô hấp của vi sinh vật trong quá trình phân giải chất hữu cơ mà chia thành hai ph-ơng pháp:

- Xử lý sinh học hiếu khí - Xử lý sinh học yếm khí 1. Ph-ơng pháp xử lý yếm khí:

Là ph-ơng pháp dùng cho xử lý n-ớc thải có hàm l-ợng BOD và cặn lơ lửng lớn (BOD > 1800 mg/l, SS 300 400 mg/l), dựa vào các qúa trình phân giải của vi   sinh vật hô hấp yếm khí hoặc tùy tiện.

Cơ chế của qúa trình xử lý yếm khí:

Qúa trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ th-ờng xảy ra theo 4 giai đoạn:

+/ Giai đoạn thủy phân:

D-ới tác dụng của các enzim Hydrolaza, các hợp chất hữu cơ có phân tử l-ợng lớn nh- gluxit, lipit, protein bị thủy phân thành các chất hữu cơ có phân tử l-ợng nhỏ hơn nh- đ-ờng đơn giản, axit béo, axit amin, …

(C6H10O5)n + (n-1)H2O nC6H12O6

Tinh bét oligasacarit glucoza

Sau đó glucoza lại tiếp tục đ-ợc chuyển hóa đến các sản phẩm trung gian. Các hợp chất hữu cơ phân tử l-ợng lớn nh- zenlulo, lignoxenlulo… đ-ợc phân hủy chậm và không triệt để do cấu trúc phức tạp.

+/ Giai đoạn lên men axit hữu cơ

D-ới tác dụng của vi sinh vật sản phẩm của giai đoạn thủy phân tiếp tục đ-ợc chuyển hóa thành các axit béo, axit hữu cơ có phân tử l-ợng nhỏ nh-: axit propionic, axit succinic, axit butyric, axit axetic, axit focmic,…hoặc các r-ợu, aldehit, axeton

Thủy phân Thủy phân

và một số axit amin.

+/ Giai đoạn lên men axit axetic

Các sản phẩm từ giai đoạn lên men axit sẽ đ-ợc chuyển hóa đến axit axetic nhờ các vi khuẩn axetic theo các phản ứng sau:

CH3CH2-OH + H2O CH3COOH + 2H2

CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + CO2 + 3H2

3CH3CH-COOH 2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2

+/ Giai đoạn metan hóa

D-ới tác dụng của các vi khuẩn metan hóa, các axit hữu cơ đơn giản ( 4C) sẽ  bị decacboxyl hóa. Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong xử lý yếm khí có thu biogas, hiệu qủa xử lý cao khi các sản phẩm trung gian đ-ợc khí hóa hoàn toàn.

Có hai cơ chế tạo thành khí metan:

- Do decacboxyl các axit hữu cơ và các chất trung tính:

CH3COOH CH4 + CO2

4CH3CH2COOH 7CH4 + 5CO2

2CH3-(CH2)2COOH 5CH4 + 3CO2 2C2H5OH 3CH4 + CO2

CH3-CO CH- 3 2CH4 + CO2

- Khí CH4 tạo thành do cơ chế khử CO2 nhờ H2 hoặc H+ CO2 + 8H+ CH4 + 2H2O

CH4 chủ yếu tạo thành theo cơ chế decacboxyl (chiếm 70%), còn lại là do cơ

chế khử CO2(30%).

❖ Xử lý n-ớc thải bằng ph-ơng pháp yếm khí có rất nhiều -u điểm:

- Có thể xử lý với n-ớc thải có hàm l-ợng ô nhiễm rất cao và có khả năng phân hủy các chất hữu cơ có phân tử l-ợng lớn, cấu tạo phức tạp mà ph-ơng pháp

H2O H2O H2O

Etanol axit axetic

Axit propionic axit axetic

Axit lactic axit propionic axit axetic

hiếu khí hầu nh- không xử lý đ-ợc.

- Chi phí năng l-ợng cho xử lý thấp, giá thành vận hành dễ chấp nhận.

- L-ợng bùn tạo ra nhỏ nên không cần đầu t- cho khâu xử lý bùn d-.

- Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ trong qúa trình xử lý là khí sinh học (biogas) thành phần chủ yếu là CH4, CO2 và có thể dùng làm nhiên liệu.

❖ Tuy nhiên bên cạnh đó ph-ơng pháp xử lý yếm khí cũng có một số nh-ợc

điểm khó khắc phục nh-:

- Thời gian l-u của n-ớc thải trong thiết bị dài, do đó chi phí đầu t- cho xây dựng cơ bản lớn.

- Thời gian ổn định công nghệ dài thông th-ờng từ 3-6 tháng.

- Quy trình vận hành t-ơng đối phức tạp.

- Hiệu qủa xử lý chỉ đạt 70-85%.

- Bùn có mùi đặc tr-ng.

N-ớc thải trích ly, chiết suất tinh bột có hàm l-ợng ô nhiễm rất cao (BOD = 5.000-9.000 mg/l), hàm l-ợng cặn lơ lửng lớn. Với những đặc tr-ng trên thì n-ớc thải này chỉ có thể dùng ph-ơng pháp yếm khí. Tuy nhiên, dòng ra sau xử lý yếm khí cần đ-a qua xử lý cấp II nh-: lọc sinh học, hiếu khí…để đạt đ-ợc tiêu chuẩn dòng thải loại B tr-ớc khi xả vào nguồn tiếp nhận.

Giới thiệu một số thiết bị xử lý yếm khí:

Trên thế giới hiện nay có các dạng thiết bị xử lý yếm khí nh- sau:

* Bể lọc yếm khí có các vi sinh vật gắn trên các giá thể. Bể có thể thiết kế để n-ớc thải chảy xuôi từ trên xuống hoặc chẩy ng-ợc. Hiệu suất của loại thiết bị này là từ 75 95%. ng dụng cho các dòng thải có COD từ 5.000 15.000, thời gian – ứ  khởi động có thể từ 3 9 tháng tuỳ thuộc vào loại n-ớc thải đem xử lý. Thời gian  l-u thuỷ lực của thiết bị là 4  12h [20].

* Bể xử lý yếm khí tiếp xúc. N-ớc thải ch-a xử lý đ-ợc hoà trộn hoàn toàn với bùn tuần hoàn từ bể lắng. Hỗn hợp n-ớc bùn sau xử lý sẽ đ-ợc chảy qua bể lắng tách bùn. Loại thiết bị này có thể ứng dụng cho n-ớc thải có COD từ 1500  5000mg/l, thời gian l-u thuỷ lực 2 10h. Tuổi bùn th-ờng lấy từ 14 18 ngày. – – Hiệu suất khử COD của thiết bị là 75 90%. Thời gian khởi động từ 12 40 ngày – – tuỳ theo tính chất của n-ớc thải đem xử lý [20].

* Bể UASB: N-ớc thải đ-ợc chảy vào đáy của bể phản ứng và đ-ợc phân phối

để n-ớc thải chảy qua một lớp vật liệu có vi sinh vật sinh tr-ởng lơ lửng. Trong quá

trình đi qua lớp vật liệu thì đồng thời xẩy ra phản ứng, khí sinh ra gồm methane và CO2 đ-ợc thu ở trong nón thu khí. N-ớc thải đ-ợc chảy qua lớp bùn lắng. Để giữ

cho lớp vi sinh vật lơ lửng thì tốc độ n-ớc chảy th-ờng giới hạn trong khoảng 0,6  0,9m/s. Tải trọng của loại bể này có thể lên đến 96kg/m3.ngày, thời gian l-u thuỷ khoảng 24 48h. Thời gian khởi động 1 2 tháng [20].  

Do các loại thiết bị yếm khí có nh-ợc điểm là thời gian khởi động lâu do đó

để đáp ứng nhu cầu của Nhà máy tinh bột sắn Đaklak xử lý n-ớc thải đồng thời thu hồi khí biogas để sấy khô các sản phẩm, chọn bể xử lý yếm khí UASB.

2. Ph-ơng pháp xử lý hiếu khí:

Ph-ơng pháp hiếu khí là ph-ơng pháp sử dụng các vi sinh vật hô hấp hiếu khí hoặc hô hấp tuỳ tiện để phân giải các hợp chất hữu cơ có trong n-ớc thải. Thông th-ờng ph-ơng pháp này chỉ đ-ợc áp dụng cho n-ớc thải có hàm l-ợng BOD thấp (<1500 mg/l).

Cơ chế của quá trình xử lý hiếu khí:

- Oxy hóa các hợp chất hữu cơ không có Nitơ: (hydrocacbua, gluxit, lipit, pectin… và các chất hữu cơ phân tử l-ợng nhỏ khác).

CxHyOz + (x+y/4 z/2)O– 2 xCO2 + y/2 H2O

- Oxy hóa các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ (peptit, protein, axit amin, hợp chất hữu cơ chứa N phi protein…)

CxHyOz + (x+y/4 z/2 3/4)O– – 2 xCO2 + (y-3)/2 H2O + NH3

- Qúa trình oxy hóa luôn kèm theo sự tạo thành sinh khối vi sinh vật (bùn hoạt tính) CxHyOz + (x+y/4 z/2 3/4)O– – 2 C5H7NO2 + n(x- 5)CO2 + n(y-4)/2H-

- Quá trình tự hủy của bùn

C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + 2H2O + E

NH3 + O2 HNO2 + O2 HNO3

❖ Ưu điểm của xử lý hiếu khí là tốc độ oxy hóa nhanh, thời gian l-u trong hệ thống thấp 6  10h, không gây mùi nh- xử lý yếm kh í.

❖ Nh-ợc điểm của ph-ơng pháp này là tốn năng l-ợng để sục khí, chỉ xử lý VSV

enzim

enzim VSV

VSV

đ-ợc n-ớc thải có hàm l-ợng chất hữu cơ thấp. Sau xử lý sinh ra một l-ợng bùn lớn và cần có giải pháp cho xử lý bùn sau lắng.

Trong quá trình chế biến sắn, các loại n-ớc thải tinh lọc, n-ớc vệ sinh thiết bị, nhà x-ởng, n-ớc thải sinh hoạt cùng với n-ớc dòng ra sau xử lý yếm khí có thể

đ-a vào xử lý tập trung bằng ph-ơng pháp hiếu khí.

Trong các ph-ơng pháp hiếu khí nh-: lọc sinh học, aeroten, hồ hiếu khí… thì

sử dụng hệ thống Aeroten vẫn là ph-ơng pháp hiệu quả nhất và phổ biến nhất để xử lý n-ớc thải có hàm l-ợng chất ô nhiễm không cao lắm, nh- n-ớc thải ô nhiễm vừa và n-ớc thải sau xử lý yếm khí.

d. Giới thiệu một số dây chuyền công nghệ xử lý n-ớc thải tinh bột sắn

1. Xử lý n-ớc thải bằng các hồ sinh học: Nguyên lý làm việc của ph-ơng pháp đ-ợc chỉ ra ở Hình 3.3

N-ớc thải đ-ợc đ-a vào bể điều hoà và lắng lọc sơ bộ để tách các tạp chất thô, sau đó qua hệ thống các hồ (4 6 hồ) với vận tốc không lớn. N-ớc thải trong 

hồ đ-ợc làm sạch nhờ các quá trình phân huỷ tự nhiên của các vi sinh vật yếm khí và tuỳ tiện. Các hồ này có độ sâu khoảng 3m, n-ớc thải sau xử lý qua hồ đối chứng và thải ra nguồn tiếp nhận.

Xử lý n-ớc thải theo ph-ơng án này có:

❖ Ưu điểm: Vốn đầu t- không lớn, vật t- trang thiết bị đơn giản, dễ vận hành nên không cần nhiều công nhân, công nhân vận hành không cần trình độ cao. Quá trình xử lý chủ yếu làm sạch tự nhiên nên tự động hoá không cao.

❖ Nh-ợc điểm:

- Cần một diện tích mặt bằng lớn (khoảng 60.000m2 với tổng dung tích các hồ gần 10.000m3), do đó tốn diện tích sử dụng.

- Hiệu suất xử lý n-ớc thải sau xử lý không cao do phụ thuộc nhiều vào thời tiết.

- Thời gian l-u n-ớc thải dài: 40 60 ngày N-ớc thải và bùn sinh học tích tụ   lâu ngày trong các hồ sinh học sẽ gây mùi hôi thối, ảnh h-ởng đến môi tr-ờng không khí của khu vực. Đồng thời, nếu gia công đáy các hồ không tốt sẽ gây ô nhiễm n-ớc ngầm do sự thẩm thấu các chất ô nhiễm vào các tầng đất.

Dạng xử lý này hiện đang đ-ợc áp dụng tại một số nhà máy: Nhà máy chế biến tinh bột sắn Đaklak, Nhà máy tinh bột sắn Thừa Thiên Huế, nhà máy tinh bột sắn Vedan...nh-ng hiệu quả xử lý không đạt tiêu chuẩn.

N-ớc thải rửa củ Bể lắng cát N-ớc thải sản xuất

Bể phản ứng lắng và tách cặn

Hồ yếm khí 1

Hồ yếm khí 2

Hồ yếm khí 3

Hồ yếm khí 4

Hồ tuỳ tiện 1

Hồ tuỳ tiện 2

Hồ đối chứng

Sân phơi bùn

Nguồn tiếp nhận ChÊt keo tô

Hình 3.3: Sơ đồ xử lý n-ớc thải bằng các hồ sinh học Bể điều hoà, điều

chỉnh pH

2. Xử lý n-ớc thải kết hợp hoá lý và sinh học hiếu khí: Nguyên lý làm việc của ph-ơng pháp đ-ợc thể hiện Hình 3.4

N-ớc thải

N-ớc thải sau xử lý Khử trùng Clo

Bùn d- Hoá chất phản

ứng, chất keo tụ Bể nén

bùn Sân phơi

bùn Bể điều hoà,

điều chỉnh pH

Bể phản ứng keo tô

Bể lắng cấp 1

BÓ Aeroten

Bể lắng cấp 2

Bể phản ứng keo tô

Bể lắng cuối Hoá chất phản

ứng, chất keo tụ

Bùn d-

Chôn lấp

Hình 3.4. Sơ đồ xử lý n-ớc thải kết hợp hoá lý và sinh học hiếu khí

N-ớc thải đ-ợc thu gom vào bể điều hoà để điều hoà l-u l-ợng và nồng độ tr-ớc khi vào hệ thống xử lý. Từ bể điều hoà n-ớc thải đ-ợc qua bể đông keo tụ số 1

để tạo bông tách các chất rắn hữu cơ dạng lơ lửng có kích th-ớc nhỏ, sau đó đ-ợc chảy tràn sang bể lắng cấp 1 để tách bông cặn. N-ớc thải sau xử lý hoá lý và lắng cấp 1 đ-ợc chuyển vào bể xử lý sinh học Aeroten (theo ph-ơng pháp bùn hoạt tính) và sau đó đ-ợc đ-a sang bể lắng cấp 2 để tách bùn. Để đảm bảo n-ớc thải đạt yêu cầu tr-ớc khi thải ra môi tr-ờng, sau khi qua bể lắng cấp 2, n-ớc thải đ-ợc xử lý hoá lý thêm một lần nữa, cách xử lý lần 2 t-ơng tự nh- lần 1, sau đó qua bể lắng cuối. N-ớc sau bể lắng cuối đ-ợc khử trùng rồi thải ra môi tr-ờng. Bùn thải của quá

trình xử lý đ-ợc đ-a vào bể nén bùn. Bùn đ-ợc tách n-ớc bằng sân phơi bùn và đem chôn lấp.

Xử lý n-ớc thải bằng ph-ơng pháp này có -u, nh-ợc điểm nh- sau:

❖ Ưu điểm: Hiệu quả xử lý cao, thích hợp với n-ớc thải có hàm l-ợng chất rắn lơ

lửng cao: N-ớc thải quá trình rửa củ, rửa sàn thiết bị, n-ớc thải sinh hoạt...

❖ Nh-ợc điểm: lớn nhất của ph-ơng pháp là tiêu tốn hoá chất nên giá thành xử lý cao. Quá trình đông keo tụ t-ơng đối phức tạp và nếu điều chỉnh quá trình đông keo tụ không tốt có thể ảnh h-ởng đến hiệu quả xử lý của bể Aeroten. Bùn của quá trình xử lý không thể tận dụng làm phân bón vi sinh đ-ợc mà chỉ đem chôn lấp .

Ph-ơng án này đang đ-ợc áp dụng xử lý tại Nhà máy Văn Yên – Yên Bái công suất 50 tấn sản phẩm/năm.

3. Xử lý n-ớc thải kết hợp hoá lý và sinh học yếm khí (thu hồi biogas). Nguyên lý làm việc của ph-ơng pháp đ-ợc thể hiện Hình 3.5

N-ớc thải đ-ợc thu gom về bể điều hoà để điều hoà l-u l-ợng và nồng độ, sau đó đ-a sang bể phản ứng tạo bông. Tr-ớc khi vào bể phản ứng tạo bông n-ớc thải đ-ợc điều chỉnh pH tại bể trung hoà bằng sữa vôi hoặc kiềm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý sinh học cũng nh- quá trình tạo bông. Sau đó đ-ợc đ-a vào bể lắng tách cặn. Khoảng 25 30 % BOD đ-ợc loại bỏ từ quá trình này. Sau đó 

đ-ợc xử lý bằng quá trình yếm khí UASB (thu hồi biogas). Trong bể UASB n-ớc thải đi từ d-ới lên trên qua 1 lớp đệm bùn yếm khí. Khí sinh học (biogas) tạo thành chứa chủ yếu CH4 và CO2 đ-ợc xử lý và nén vào két chứa. Hiệu suất xử lý yếm khí khoảng 70-80%. N-ớc thải tiếp tục đ-ợc xử lý trong bể Aeroten, nhờ khí làm thoáng cung cấp vào n-ớc ở mật độ cao và l-ợng oxy cần thiết sẽ đ-ợc cung cấp cho bùn hoạt tính để loại bỏ ô nhiễm hữu cơ trong n-ớc. Khoảng 70 85% BOD bị loại bỏ.  Hỗn hợp n-ớc và bùn từ bể aeroten chảy sang bể lắng cấp 2 để tách bùn, một phần