3.7.1. Đề xuất quy trình
Hình 3.15. Quy trình đề nghị xử lý dịch thải từ công đoạn ủ Viscozyme trong quy trình chiết xuất lutein
Dung dịch chỉnh pH
Hóa chất keo tụ
Chế phẩm sinh học
Hóa chất oxi hóa Nước tách bùn Song chắn rác + Hố thu gom Bể điều hòa Bể keo tụ Bể lắng hóa lý Bể kỵ khí Bể hiếu khí Bể lắng sinh học Nguồn
tiếp nhận Oxi hóa bậc cao Bể chứa bùn Dịch thải Bể tạo bông Bùn thải BHL
3.7.2. Thuyết minh quy trình
Sau mỗi một mẻ ủ Viscozyme, dịch thải theo mạng lưới thoát nước riêng chảy đến hố thu gom của trạm xử lý. Tại đây, để bảo vệ thiết bị và hệ thống đường ống phía sau công trình, song chắn rác thô được lắp đặt trong hố thu gom để loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn ra khỏi dòng thải.
Sau đó, dịch thải sẽ được bơm lên bể điều hòa. Thiết bị lọc rác tinh đặt trước bể điều hòa để loại bỏ rác có kích thước nhỏ hơn như: sợi vải, … làm giảm nồng độ TSS trong dịch thải.
Tại bể điều hòa, máy khuấy trộn sẽ hòa trộn đồng đều dịch thải trên toàn bộ diện tích bể, ngăn ngừa hiện tượng lắng cặn ở bể sinh ra mùi khó chịu, đồng thời có chức năng điều hòa lưu lượng và nồng độ dịch thải đầu vào. Tại đây ta tiến hành điều chỉnh pH phù hợp bằng dung dịch chỉnh pH, để tạo điều kiện pH tối ưu cho giai đoạn xử lý keo tụ.
Tiếp theo dịch thải được bơm từ bể điều hòa sang bể phản ứng keo tụ. Hóa chất keo tụ PAC và chất trợ keo tụ PAA được châm vào bể với liều lượng nhất định và được kiểm soát chặt chẽ bằng bơm định lượng hóa chất. Dưới tác dụng của hệ thống cánh khuấy với tốc độ lớn được lắp đặt trong bể, hóa chất keo tụ được hòa trộn nhanh và đều vào trong dịch thải, hình thành các bông cặn nhỏ khắp diện tích bể. Hỗn hợp dịch thải này tự chảy qua bể keo tụ tạo bông.
Dưới tác dụng của cánh khuấy với tốc độ chậm, các bông cặn nhỏ sẽ chuyển động, va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn có kích thước và khối lượng lớn hơn nhiều lần các bông cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể lắng hóa lý.
Tại bể lắng hóa lý, các bông cặn hình thành lắng xuống đáy bể và được dẫn sang bể chứa bùn. Lượng bùn này chủ yếu chứa hàm lượng hữu cơ cao, có thể tận dụng vào các mục đích khác. Một phần dịch thải được tách khỏi bùn từ bể chứa bùn sẽ được hồi lưu lại đến bể điều hòa để tiếp tục quá trình xử lý.
Sau khi qua bể lắng hóa lý, hàm lượng COD, BOD5, TSS, độ đục, độ màu đã giảm một phần. Dịch thải tiếp tục được đưa vào hệ thống xử lý sinh học, nhờ vào hoạt động của vi sinh vật mà hàm lượng các chất hữu cơ trong dịch thải có thể tiếp tục bị phân hủy. Vì dịch thải có nồng độ các chất ô nhiễm dao động lớn, do phụ thuộc nhiều vào các quá trình công nghệ chiết rút các hoạt chất sinh học từ thực vật (mang đặc tính của các quá trình hóa sinh). Đặc biệt, nồng độ COD rất lớn do, trong quá trình thủy phân có sự lên men của vi sinh vật (tạo ra các sản phẩm lên men), bên cạnh đó dịch thải còn chứa các hợp chất màu từ nguyên liệu đầu vào của quá trình ủ Viscozyme. Đặc tính của dịch thải có tỷ số BOD5: COD ≤ 0,55 và hàm lượng COD lớn. Do vậy, trong xử lý cơ bản (bậc II) bằng phương pháp sinh học thường có 2 công đoạn: công đoạn xử lý kỵ khí (metan hóa) đặt trước, công đoạn xử lý hiếu khí đặt sau trong quy trình công nghệ [11]. Vì vậy, để xử lý hiệu quả dịch thải này nên sử dụng phương pháp kỵ khí kết hợp hiếu khí, sau đó thu hồi Biogas nếu có điều kiện.
Dịch thải qua bể kỵ khí với hệ thống kín không có mặt của oxi, tại đây sự phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật, tạo thành axit và metan. Các hidratcacbon sẽ bị phân hủy tạo thành hỗn hợp các axit hữu cơ, pH môi trường giảm tới 5 hoặc thấp hơn. Các axit hữu cơ và các hợp chất nitơ hòa tan (từ chính quá trình tự phân của vi sinh vật) lại bị phân hủy tiếp thành các hợp chất khác như muối cacbonat và các khí CO2, N2, CH4, H2. Kết quả độ axit hoạt động của dịch thải được dần nâng cao. Ở giai đoạn đầu, lên men có tính axit, các vi khuẩn phân hủy các hợp chất hidratcacbon là chủ yếu; giai đoạn sau – lên men metan với các vi khuẩn tạo thành metan. Phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong dịch thải ở khoảng nhiệt độ ôn hòa 29 – 400C và ở nhiệt độ cao 50 – 570C [11]. Tại đây cũng có thể có thêm công trình thu hồi khí CH4 để làm nguồn năng lượng cung cấp cho quá trình sản xuất và xử lý khác.
Tiếp theo, dịch thải qua bể hiếu khí. Ở đây xảy ra quá trình oxi hóa các chất hữu cơ có trong dịch thải nhờ các vi sinh vật hiếu khí có trong chế phẩm sinh học
được bổ sung vào. Để cung cấp oxi cho VSV hoạt động, ta tiến hành thổi khí liên tục cùng với bùn hoạt tính hồi lưu, thổi khí còn làm khuấy trộn dịch thải với bùn tạo điều kiện cho dịch thải và bùn tiếp xúc tốt hơn nâng cao hiệu quả oxi hóa của các vi khuẩn có trong bùn. Thời gian lưu của dịch thải ở bể hiếu khí là 8 – 20h.
Sau khi xử lý sinh học, dịch thải qua bể lắng tiếp theo, trong quá trình làm việc bùn sẽ lắng xuống dưới và được đưa vào hệ thống hồi lưu quay lại bể hiếu khí để bổ sung lượng vi sinh từ bùn, tăng cường khả năng xử lý của bể. Lượng bùn thải sẽ được thu tại bể chứa bùn cùng với bùn từ bể lắng hóa lý có thể được tận dụng vào mục đích khác.
Để loại bỏ độ màu khó xử lý và khử trùng dịch thải trước khi thải ra nguồn tiếp nhận ta sử dụng hóa chất oxi hóa như H2O2 với liều lượng thích hợp.
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
Kết luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy:
Trong dịch thải các chỉ tiêu môi trường quan trọng (COD, BOD5, TSS, độ màu) có nồng độ ban đầu rất lớn. Dịch thải có khả năng tự làm sạch kém.
Xử lý dịch thải bằng phương pháp keo tụ kết hợp sử dụng chế phẩm sinh học BIO-EM cho hiệu quả xử lý nhưng không cao. Ở điều kiện sục khí, riêng chỉ tiêu BOD5 là đạt tiêu chuẩn theo QCVN 24:2009, các chỉ tiêu còn lại có giảm nhẹ nhưng chưa đạt tiêu chuẩn.
Phương pháp keo tụ kết hợp sử dụng chế phẩm sinh học BIO-EM đạt hiệu quả nhanh và cao nhất ở điều kiện sục khí trong thời gian 2 – 4 ngày. Vì vậy, sau khoảng thời gian này không cần kéo dài thời gian xử lý thêm nữa. Hiệu suất xử lý ở điều kiện có sục khí cao hơn ở điều kiện không sục khí.
Chế phẩm sinh học BIO-EM có giá thành phù hợp, dễ sử dụng, thân thiện với môi trường tuy có đem lại hiệu quả xử lý nhưng chưa cao.
Kiến nghị
Mặc dù đã có những kết quả nhất định, nhưng do điều kiện và thời gian có hạn nên em có một số kiến nghị sau:
Nghiên cứu tối ưu hóa phương pháp keo tụ để đạt hiệu quả xử lý cao hơn trước khi đi vào hệ thống xử lý sinh học.
Với chế phẩm sinh học cần nghiên cứu liều lượng và các điều kiện tối ưu khác để xử lý đạt hiệu quả hơn.
Cần có phương pháp đánh giá mùi mang tính định lượng hơn so với phương pháp đánh giá qua nhận xét. Phân tích thêm các chỉ tiêu vi sinh trong dịch thải để đánh giá tác động của chế phẩm lên sự hoạt động của vi sinh vật.
Cần khảo sát, phân tích sâu hơn các chỉ tiêu hóa, lý trong khoảng thời gian khảo sát để thấy rõ hơn sự biến động của các chỉ tiêu này theo thời gian (xử lý và không xử lý).
Nghiên cứu sử dụng tác nhân oxi hóa H2O2 để xử lý màu và COD trong dịch thải một cách triệt để hơn.
Dựa trên kết quả thí nghiệm này cần tiến hành những thử nghiệm có quy mô lớn hơn để có những kết quả mang tính ứng dụng hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Anh
[1]. Bárzana E, Rubio D, Santamaría R. I, García-Correa O, García F, Ridaura-Sanz VE, López-Munguía A (2002), Enzyme-mediated solvent extraction of carotenoids from marigold flower (Tagetes erecta), J Agric Food Chem 50:4491–4496.
[2]. Enrique B. A., Ramiro R. M., (2005), Pre-treatment effects on the extraction efficiency of xanthophyllsfrom marigold flower (Tagetes erecta) using hexan, Food Research International 38, 159–165.
Tiếng Việt
[3]. Hoàng Thị Huệ An, Nguyễn Văn Hòa (2011), Xây dựng qui trình tách chiết và tinh chế lutein từ hoa cúc Vạn thọ (Tagetes erecta L.) trồng tại tỉnh Khánh Hòa, Đại Học Nha Trang, Kỷ yếu Hội thảo KHTN lần thứ II (tháng 4/2011) ở trường CĐSP Nha Trang (p. 87-93).
[4]. Vũ Minh Đức (2011), Hóa học vi sinh vật học nước, NXB Xây dựng, Tr. 191. [5]. Đinh Hải Hà (2010), Phương pháp phân tích các chỉ tiêu môi trường, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[6]. Nguyễn Khoa (2006), Ảnh hưởng của chế phẩm Enchoice trong điều kiện có và không sục khí lên nước thải cao su, Luận văn kỹ sư, Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.
[7]. Lâm Đức Lập (2011), Nghiên cứu quy trình sản xuất Butanol từ rơm rạ, Luận văn thạc sĩ, Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh.
[8]. Nguyễn Đức Lượng (2003), Công nghệ sinh học môi trường - tập 1, NXB ĐHQG TP.HCM.
[9]. Lương Thị Trúc Mai (2012), Sử dụng enzyme thương mại Viscozyme cải tiến quy trình chiết lutein ester từ cánh hoa cúc Vạn Thọ (Tagetes Erectal), Đồ án tốt nghiệp, Đại Học Nha Trang.
[10]. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 2006, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[11]. Lương Đức Phẩm (2007), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo dục.
[12]. Trương Thị Thật (2012), Tối ưu hóa quy trình chiết lutein ester từ hoa cúc vạn thọ Tagetes erecta L. đã được xử lý bằng Viscozyme, Đồ án tốt nghiệp, Đại Học Nha Trang. Internet: [13]. http://vietbao.vn/K [14]. http://www.lrc-hueuni.edu.vn/dongy/ [15]. http://duocthaothucdung.blogspot.com/2012/12/cay-bong-van-tho-rosier- [16]. http://visinhmoitruong.vn/Product.aspx?ProductID=98 [17]. http://sotay.anvui.vn [18]. http://luanvan.com [19]. http://phantichmoitruong.com [20]. http://www.ncbe.reading.ac.uk/ncbe/materials/ENZYMES/viscozyme [21]. http://www.emearth.com/NewFiles/Wastewater.html [22]. http://www.candor.hr/dokumenti [23]. http://www.futuretechtoday.com/em/NZOralPresen
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Các phương pháp phân tích hóa học 1. Phương pháp đo pH
- Lắc đều mẫu trước khi đổ ra cốc 100mL để đo. - Rửa sạch điện cực bằng nước cất đựng trong bình tia. - Bật máy, nhúng điện cực vào mẫu cần đo.
- Đợi cho giá trị pH trên máy ổn định rồi đọc kết quả đo trực tiếp trên màn hình. - Rửa sạch điện cực bằng nước cất rồi ngâm vào dd bảo quản điện cực.
2. Phương pháp phân tích TSS
a) Tài liệu tham khảo: quy trình được biên dịch từ “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20th Edition 1999 – 2540D’’.
b)Tiến hành:
Chuẩn bị giấy lọc
Sấy giấy lọc ban đầu ở 1050C trong 1 giờ.
Làm nguội trong bình hút ẩm 15 phút.
Cân và ghi khối lượng m0 [g].
Thực hiện quá trình đến khối lượng không đổi.
Lọc mẫu
Lắc đều mẫu, đong 1 thể tích V [mL], lọc mẫu qua giấy lọc đã chuẩn bị.
Sấy lại giấy lọc đã được lọc ở nhiệt độ 1050C trong 1 giờ.
Làm nguội trong bình hút ẩm 15 phút.
Cân và ghi khối lượng m1 [g].
Thực hiện quá trình đến khối lượng không đổi.
c)Tính kết quả
Hàm lượng chất rắn lơ lửng [mg/L] tính theo công thức: TSS [mg/L] = m1 m0 1000
V
3. Phân tích độ đục
Bật máy.
Vào mã chương trình 750 – Enter, chỉnh bước sóng về 450nm.
Lắc đều mẫu, lấy 50mL mẫu vào cốc 100mL.
Cho nước cất vào curvet ngang đến vạch trắng (25mL), nhấn ZERO cho đến khi màn hình xuất hiện 0 FTU.
Cho mẫu vào curvet tương tự với mẫu nước cất, bấm READ đọc giá trị đo trực tiếp trên màn hình.
4. Phân tích độ màu
Bật máy.
Vào mã chương trình 120 – Enter, chỉnh bước sóng về 455nm.
Lắc đều mẫu, lấy 50mL mẫu vào cốc 100mL.
Cho nước cất vào curvet ngang đến vạch trắng (25mL), nhấn ZERO cho đến khi màn hình xuất hiện 0 FTU.
Cho mẫu vào curvet tương tự với mẫu nước cất, bấm READ đọc giá trị đo trực tiếp trên màn hình.
5. Phân tích COD
a) Tài liệu tham khảo: quy trình được biên dịch từ “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20th Edition 1999 – 5220C’’.
b) Pha hóa chất:
Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,0167N : hòa tan 4,903g K2Cr2O7 (sấy ở 1050C trong 2h) trong 500mL nước cất, thêm vào 167mL H2SO4 đậm đặc và 33,3g HgSO4, khuấy tan, để nguội đến nhiệt độ phòng, định mức thành 1 lít.
Dung dịch H2SO4: hòa tan 5,5g Ag2SO4 trong 1kg H2SO4 đậm đặc (1 lít = 12,84kg), để 1 – 2 ngày cho hòa tan hoàn toàn.
Chỉ thị màu feroin: hòa tan 1,485g 1-10 phenatroline monohydrate và 0,695g FeSO4.7H2O trong nước cất và định mức thành 100mL.
Dung dịch FAS 0,1N: hòa tan 39,2g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O trong 1 lít nước cất, thêm vào 20mL H2SO4 đậm đặc và định mức thành 1 lít.
c) Tiến hành:
+ Rửa ống COD và nút bằng dd H2SO4 20% trước khi sử dụng.
+ Ống phá mẫu COD sử dụng là ống Hach – Mỹ với kích thước 16 × 100mm.
Bảng PL1. Lượng hóa chất cần thiết để phân tích COD
Vmẫu [mL] K2Cr2O7 [mL] H2SO4 [mL] Vtc [mL]
2,5 1,5 3,5 7,5
+ Cho vào ống COD V [mL] mẫu, dung dịch K2Cr2O7 0,0167N và H2SO4 đã chuẩn bị theo bảng hướng dẫn trên. Cho acid chạy dọc theo thành ống nghiệm, lắc mẫu thật đều. Làm 3 mẫu lấy kết quả trung bình.
+ Làm tương tự với mẫu trắng.
+ Cho ống COD có chứa mẫu và mẫu trắng vào bếp phá mẫu, nung ở 1500C trong 2 giờ.
+ Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ ra bình nón 250mL, thêm 2 giọt chỉ thị Ferroin, định phân bằng FAS 0,1N. Kết thúc phản ứng khi dung dịch chuyển từ màu xanh lục sang nâu đỏ. Làm tương tự với mẫu trắng.
e) Tính kết quả: COD (mg/L) = (A B) M 8000 f V Trong đó:
A, B: mL FAS dùng để chuẩn mẫu trắng và mẫu thực. M : nồng độ của dd FAS [N].
V: thể tích mẫu đem phân tích [mL]. f: hệ số pha loãng mẫu.
6. Phân tích BOD5
a) Nguyên tắc: Sử dụng chai DO có V = 300mL. Đo hàm lượng DO ban đầu và sau
b) Pha hóa chất:
+ Dung dịch đệm phosphat: hòa tan 8,5g KH2PO4; 21,75g K2HPO4; 33,4g Na2HPO4.H2O và 1,7g NH4Cl trong 500mL nước cất và định mức thành 1 lít.
+ Dung dịch MgSO4: hòa tan 22,5g MgSO4.7H2O trong nước cất, định mức thành 1 lít.
+ Dung dịch MnSO4: hòa tan 480g MnSO4.4H2O trong nước cất và định mức lên 1000mL.
+ Dung dịch CaCl2: hòa tan 27,5g CaCl2 trong nước cất, định mức thành 1 lít. + Dung dịch FeCl3: hòa tan 0,225g FeCl3.6H2O trong nước cất, định mức thành 1 lít.
+ Dung dịch H2SO4 1N hoặc NaOH 1N để trung hòa mẫu .
+ Dung dịch MnCl2.4H2O: cân 15,7143g hòa tan và định mức 100mL. + Dung dịch KI/NaOH: 10g KI và 10g NaOH hòa tan và định mức 100mL. + Dung dịch Na2S2O3 0,1N: pha 1 ống Na2S2O3 chuẩn 1N trong 1L nước cất. + Hồ tinh bột 1%: cân 1g hồ tinh bột hòa tan trong 100mL nước ấm. Thêm 0,5mL formanlin để sử dụng lâu.
c) Tiến hành:
Chuẩn bị nước pha loãng (nước cất được sục khí bào hòa oxy):
Sử dụng cho mỗi dung dịch đệm phosphate, MgSO4, CaCl2, FeCl3 là 1mL cho 1 lít nước cất bão hòa oxy và giữ ở 200C.
Nếu mẫu có độ kiềm hoặc độ axit thì phải trung hòa mẫu đến pH 6,5 – 7, 5 bằng H2SO4 hoặc NaOH loãng. Pha loãng mẫu theo tỷ lệ phù hợp.
Cố định mẫu nước: