Báo cáo: Nghiên cứu, xây dựng, biên soạn tài liệu về quy trình công nghệ xử lý môi trường trong công nghiệp thực phẩm

Chia sẻ: Nguyễn Văn Quân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

108
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Môi trường là một khái niệm chung để chỉ toàn bộ các yếu tố tự nhiên xung quanh ta bao gồm các hoạt động (sinh sống, ăn ở, lao động sản xuất,...) con người cũng như các qui luật sinh tồn của tự nhiên hợp thành. Cũng như các phạm trù vật chất khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo: Nghiên cứu, xây dựng, biên soạn tài liệu về quy trình công nghệ xử lý môi trường trong công nghiệp thực phẩm

bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hμ néi b¸o c¸o ®Ò tμi: nghiªn cøu, x©y dùng, biªn so¹n tμi liÖu vÒ c¸c qui tr×nh c«ng nghÖ xö lý m«i tr−êng trong c«ng nghiÖp thùc phÈm m∙ sè: b2002 - 28 - 28 - §tmt hμ néi 2004
Môc lôc Trang I 3 Më ®Çu II 4 Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò 1 4 Tæng quan vÒ n−íc th¶i 2 Ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th¶i 4 • 7 C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i ho¸ häc. • 7 C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i sinh häc.. • 8 TÝnh to¸n songch¾n r¸c • 8 TÝnh to¸nthiÕt bÞ trung hoµ & thiÕt bÞ t¹o hçn hîp • 9 TÝnh to¸n thiÕt bÞ l¾ng • 11 TÝnh to¸n bÓ läc • 11 TÝnh to¸n thiÕt bÞ tuyÓn næi • 12 TÝnh to¸n thiÕt bÞ sinh häc • 16 TÝnh to¸nthiÕt bÞläc nhá giät 17 • TÝnh to¸n thiÕt bÞ hÊp phô 17 • ThiÕt bÞ khö trïng 17 • ThiÕt bÞ lµm kh« bïn III 18 KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o IV 18 http://www.ebook.edu.vn 2
Më ®Çu: M«i tr−êng lμ mét kh¸i niÖm chung ®Ó chØ toμn bé c¸c yÕu tè cña tù nhiªn xung quanh ta bao gåm c¸c ho¹t ®éng ( sinh sèng, ¨n, ë, lao ®éng s¶n xuÊt v.v. ) con ng−êi còng nh− c¸c qui luËt sinh tån cña tù nhiªn hîp thμnh. Còng nh− c¸c ph¹m trï vËt chÊt kh¸c, m«i tr−êng lu«n vËn ®éng, thay ®æi theo nh÷ng qui luËt chung cña tù nhiªn nh− tÝnh chu tr×nh: Sinh ra, ph¸t triÓn vμ chuyÓn ho¸ thμnh d¹ng kh¸c ( mÊt ®i ). Tuy nhiªn, do nhu cÇu tån t¹i cña con ng−êi, tù nhiªn dÇn dÇn mÊt ®i c¸i b¶n tÝnh vèn cã cña nã do: C©y cèi bÞ chÆt nhiÒu h¬n trång l¹i; Tμi nguyªn má còng nh− tμi nguyªn n−íc thiªn nhiªn bÞ khai th¸c trªn diÖn réng. Tr×nh ®é còng nh− qui m« s¶n xuÊt hμng ho¸ ngμy cμng ph¸t triÓn m¹nh c¶ vÒ chiÒu réng vμ chiÒu s©u. Hμng ho¸ s¶n xuÊt nhiÒu ®ång nghÜa víi viÖc t¨ng c¸c lo¹i chÊt th¶i vμo m«i tr−êng tù nhiªn. ChÊt th¶i nãi chung bao gåm: 1. ChÊt th¶i c«ng nghiÖp: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng s¶n xuÊt, kinh doanh cña c¸c c¬ së s¶n xuÊt c«ng nghiÖp sinh ra. 2. ChÊt th¶i n«ng nghiÖp: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng s¶n xuÊt, kinh doanh cña c¸c c¬ së s¶n xuÊt c«ng nghiÖp sinh ra. 3. ChÊt th¶i sinh ho¹t: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng sèng cña con ng−êi vμ x· héi sinh ra. 4. C¸c lo¹i chÊt th¶i kh¸c: Do c¸c ho¹t ®éng cßn l¹i cña tù nhiªn vμ x· héi sinh ra. C¸c lo¹i chÊt th¶i nãi chung lμ rÊt ®a d¹ng vμ phong phó nh−ng chung qui l¹i ë ba thÓ lo¹i: • ChÊt th¶i r¾n: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng lμ c¸c chÊt r¾n. • ChÊt th¶i láng: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng lμ c¸c chÊt r¾n. • ChÊt th¶i khÝ: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng lμ c¸c chÊt khÝ. ChÝnh c¸c yÕu tè nμy ®· lμm m«i tr−êng ngμy cμng kiÖt quÖ vμ møc ®é « nhiÔm ngμy cμng cao. C¸c qui luËt tù nhiªn kh«ng cßn tu©n theo c¸c qui luËt vèn cã cña chóng n÷a. HiÖn t−îng Nino, hiÖu øng nhμ kÝnh, thuû triÒu ®á, tuyÕt gi÷a mïa hÌ råi thñng tÇng «z«n, lôt léi, thuû, h¶i s¶n chÕt hμng lo¹t v.v. lμm cho vÊn ®Ò xö lý « nhiÔm m«i tr−êng trë thμnh vÊn ®Ò tiªn phong cña bÊt kú mét Quèc gia, mét tæ chøc quèc tÕ nμo. N−íc th¶i trong nghμnh C«ng nghiÖp Thùc phÈm còng kh«ng n»m ngoμi c¸c ®Æc tÝnh trªn. Tuy nhiªn chóng cã mét sè ®Æc thï riªng ®Æc tr−ng cho tÝnh chÊt cña ngμnh nh−: N−íc th¶i Ýt chøa c¸c nguyªn tè ®éc h¹i nhÊt lμ c¸c nguyªn tè kim lo¹i nÆng. N−íc th¶i lu«n chøa c¸c hîp chÊt h÷u c¬ vμ c¸c hîp chÊt dÔ ph©n huû cao. C¸c chÊt th¶i r¾n ®a phÇn lμ c¸c lo¹i dÔ ph©n huû vμ thèi r÷a. .v.v. VÊn ®Ò xö lý chÊt th¶i lμ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò quan träng cña c«ng t¸c b¶o vÖ m«i tr−êng. http://www.ebook.edu.vn 3
Ch−¬ng I Tæng quan vÒ chÊt th¶i vμ chÊt th¶i trong nghμnh C«ng nghiÖp Thùc phÈm 1. N−íc th¶i: 1.1. N−íc th¶i nãi chung: N−íc th¶i lμ mét trong ba yÕu tè chÝnh t¸c dông trùc tiÕp lªn m«i tr−êng. N−íc th¶i cã thÓ cã nguån gèc tõ tù nhiªn, tõ c¸c c¬ së s¶n xuÊt cã sö dông n−íc, tõ c¸c lß h¬i, n−íc ng−ng hoÆc n−íc tuÇn hoμn v.v. nh−ng nãi chung ta th−êng quan t©m ®Õn: 1. C¸c chÊt h÷u c¬ cã kh¶ n¨ng tan sÏ lμm gi¶m l−îng «xy hoμ tan trong n−íc. 2. C¸c chÊt r¾n l¬ löng lμ c¸c chÊt ë ®iÒu kiÖn th−êng lμ c¸c chÊt kh«ng tan. 3. X¸c vi sinh vËt. 4. Kim lo¹i nÆng. Cyanua vμ c¸c chÊt h÷u c¬ ®éc h¹i. 5. C¸c chÊt mμu vμ c¸c chÊt g©y ®ôc. 6. C¸c chÊt hä Nitro vμ Phosphor. 7. C¸c chÊt kh«ng bÞ ph©n huû vi sinh. 8. DÇu mì vμ kim lo¹i d¹ng bät. 9. Kim lo¹i dÔ bÞ «xy ho¸. C¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n nhÊt ®Æc tr−ng cho mçi lo¹i n−íc th¶i bao gåm: • ChØ sè pH - §é kiÒm hoÆc acid cña n−íc. • COD - TÝnh ®Õn tæng nhu cÇu «xy cho ph¶n øng ph©n huû ho¸ häc. • BOD - TÝnh ®Õn tæng nhu cÇu «xy cho ph¶n øng ph©n huû sinh häc. • SS - Tæng chÊt r¾n l¬ löng. • Tæng sè Nit¬, Phosphor, L−u huúnh, Phenol, DÇu mì.v.v. • C¸c nguyªn tè ®éc h¹i. • Tæng Coliform. Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p cho phÐp x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ c¸c th«ng sè trªn, c¸c ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh th−êng xö dông cho mçi laäi thμnh phÇn lμ: 1. X¸c ®Þnh hμm l−îng c¸c chÊt h÷u c¬: C¸c chÊt h÷u c¬ cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc b»ng mét trong bèn phÐp thö sau: • KiÓm tra BOD. • KiÓm tra COD. • KiÓm tra TOC lμ tæng sè CO2 vμ c¸c lo¹i Carbon h÷u c¬. • KiÓm tra TOD lμ l−îng Carbon h÷u c¬ vμ Nit¬, Sulphua kh«ng bÞ «xy ho¸. 2. X¸c ®Þnh l−îng c¸c chÊt kh«ng tan: Cã thÓ b»ng ph−¬ng ph¸p c©n - sÊy - läc hoÆc so mμu. 3. Kim lo¹i nÆng: Cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ ( víi mét vμi nguyªn tè ) hoÆc ph−¬ng ph¸p khèi phæ, so mμu .v.v. 4. C¸c thμnh phÇn kh¸c ®−îc x¸c ®Þnh b»ng nh÷ng ph−¬ng ph¸p ®Æc tr−ng riªng. http://www.ebook.edu.vn 4
Ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th¶i. I. VÒ c¬ b¶n, viÖc xö lý n−íc th¶i th−êng ®−îc thùc hiÖn theo s¬ ®å tæng qu¸t sau: Ho¸ chÊt L¾ng Axit hoÆc kiÒm Läc nhá giät «z«n hoÆc giavel Läc N−íc Th¶i 1 TuyÓn næi Läc kþ khÝ ThiÕt bÞ khö trïng Song ThiÕt bÞ ThiÕt bÞ ThiÕt bÞ ch¾n r¸c Trung hoμ t¹o hçn hîp hÊp thô L¾ng s¬ bé Bïn t¸ch n−íc ThiÕt bÞ «xy ho¸ N−íc th¶i lo¹i 2 Chøa kim lo¹i nÆng ThiÕt bÞ Läc sinh häc lμm kh« bïn Aeroten Hå sinh häc Song Bïn ho¹t tÝnh Ch¾n r¸c N−íc th¶i lo¹i 3 L¾ng s¬ bé Chøa h÷u c¬ cao H×nh1: S¬ ®å khèi hÖ thèng xö lý n−íc th¶i Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt vμ sinh ho¹t, n−íc th¶i th−êng ®−îc ph©n thμnh ba lo¹i chÝnh: http://www.ebook.edu.vn 5
1. N−íc th¶i cã thμnh phÇn c¸c chÊt v« c¬ vμ h÷u c¬ dÔ ph©n lËp cao. 2. N−íc th¶i cã chøa hμm l−îng kim lo¹i nÆng, cao. 3. N−íc th¶i cã chøa hμm l−îng chÊt h÷u c¬ khã t¸ch cao. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña hÖ thèng: N−íc th¶i lo¹i 1 qua song ch¾n r¸c ( t¸ch c¸c t¹p chÊt cã kÝch th−íc lín ) råi qua thiÕt bÞ trung hoμ sö dông axit hoÆc baze tuú theo tÝnh chÊt cña n−íc th¶i ®Çu råi qua bÓ t¹o hçn hîp. Ho¸ chÊt cho xö lý bao gåm: Ho¸ chÊt keo tô, trî keo tô ( dïng cho n−íc sö dông bÓ l¾ng ); Ho¸ chÊt tuyÓn ( dïng cho n−íc sö dông thiÕt bÞ tuyÓn næi ); Ho¸ chÊt trî läc tô ( dïng cho n−íc sö dông thiÕt bÞ läc ). N−íc th¶i lo¹i 2 cã chøa nhiÒu kim lo¹i nÆng sau khi qua song ch¾n r¸c ®−îc ®−a vμo thiÕt bÞ t¹o m«i tr−êng ( Sö dông axit hoÆc base - th−êng lμ (CaOH)2 hoÆc NaOH t−¬ng øng ) kÕt hîp «xy ho¸ råi qua bÓ l¾ng s¬ bé. N−íc th¶i lo¹i 3 cã chøa nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ khã ph©n lËp b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng ( lo¹i nμy chñ yÕu lμ n−íc th¶i sinh ho¹t hoÆc cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt thùc phÈm ) sau khi qua song ch¾n r¸c sÏ ®−îc ®−a qua: 1. ThiÕt bÞ läc sinh häc råi bÓ aeroten sau läc sinh häc. 2. HoÆc qua hå sinh häc cã sö dông bïn ho¹t tÝnh kÕt hîp l¾ng s¬ bé. Qua thiÕt bÞ trung hoμ ( sö dông axit hoÆc baze ), thiÕt bÞ t¹o hçn hîp cïng c¸c ho¸ chÊt cÇn thiÕt råi qua thiÕt bÞ L¾ng, läc, hoÆc tuyÓn næi thÝch øng. Sau khi qua läc kþ khÝ hoÆc läc nhá giät, n−íc th¶i ®−îc ®−a qua thiÕt bÞ hÊp thô ( sö dông cho c¸c lo¹i n−íc th¶i cã nhiÒu ®éc tè ), khö trïng (b»ng giavel, «z«n hoÆc c¸c lo¹iho¸ chÊt khö trïng kh¸c ) råi th¶i ra ngoμi hoÆc ®em sö dông lai. Bïn cña tÊt c¶ c¸c c«ng ®o¹n ®−îc thu gom, qua thiÕt bÞ lμm kh« ( Ðp, läc, Ly t©m, t¹o tÊm .v.v. ). Bïn kh« ®−îc ®em ®i ch«n hoÆc lμm nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt ph©n h÷u c¬, n−íc t¸ch ®−îc ®−a tuÇn hoμn trë l¹i dßng ban ®Çu tr−íc xö lý. Ngoμi ra cßn mét vμi d¹ng n−íc th¶i ( ch¼ng h¹n cho s¶n xuÊt kim lo¹i, h¹t nh©n ) th−êng sö dông trao ®æi Ion cho xö lý n−íc th¶i. C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i ho¸ häc th−êng ®−îc sö dông thÝch hîp víi tõng lo¹i h×nh n−íc th¶i ®−îc cho trong b¶ng sau: http://www.ebook.edu.vn 6
B¶ng 1: C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i ho¸ häc. Ph−¬ng KiÓu vËn Møc ®é xö lý NhËn xÐt ph¸p xö lý hμnh Trao ®æi IonLäc tuÇn hoμn Khö kho¸ng chÊt, Cã thÓ trung hoμ & t¸ch chÊt r¾n tõ viÖc kÕt hîp hoμn thu håi n−íc & s¶n thu håi. nguyªn nhùa phÈm Ph¶n øng & Xö lý liªn tôc T¸ch triÖt ®Ó Crom & Mét ngμy c«ng suÊt cho xö lý gi¸n ®o¹n; xö lý s¬ bé hoÆc gi¸n ®o¹n kim lo¹i nÆng3 giê cho xö lý liªn tôc; Bïn cã thÓ sö dông hoÆc t¸ch n−íc. Keo tô Xö lý liªn tôc T¸ch triÖt ®Ó c¸c chÊt BÓ tuyÓn næi vμ l¾ng hoÆc khö bïn d¹ng hoÆc gi¸n ®o¹n r¾n vμ chÊt keo. liªn hîp; Cã kiÓm tra pH. HÊp thô Cét Carbon d¹ng T¸ch hoμn toμn hoÆc Carbon d¹ng bét sö dông cïng qu¸ tr×nh bét ®a phÇn h÷u c¬. ho¹t tÝnh bïn. «xy ho¸ ho¸ O3 hoÆcH2O2 «xy ho¸ hoμn toμn «xy ho¸ tõng phÇn theo h−íng t¸ch vi häc Cã xóc t¸c, liªn hoÆc mét phÇn sinh c¸c chÊt h÷u c¬ tôc, gi¸n ®o¹n B¶ng 2: C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i sinh häc: Ph−¬ng KiÓu vËn Møc ®é xö ®Êt yªu cÇu ThiÕt bÞ NhËn xÐt ph¸p hμnh lý xö lý Hå Gi¸n ®o¹n Trung b×nh Thêi gian l−u 10 - KiÓm tra vÕt hoÆc liªn tôc; 60 ngμy hoÆc liªn tôc Toμn diÖn hoÆc kþ khÝ Hå BÓ hçn hîp Cao vÒ mïa BÓ cã chiÒu s©u Sôc khÝ bÒ T¸ch bïn trong hoμn toμn hÌ, thÊp vÒ 2,44-4,88m, diÖn mÆt hoÆc s©u hå, vËn chuyÓn aeroten hoÆc liªn tôc mïa ®«ng tÝch riªng 8,55- bïn & t¸ch n−íc 17,1m2/m3.ngμy theo chu kú. Bïn ho¹t T¹o hçn hîp T¸ch h¬n Hå hoÆc bÓ Bªt«ng Sôc khÝ c¬ khÝ Bïn ®−îc t¸ch tÝnh hoμn toμn 90% chÊt h÷u cã chiÒu s©u 3,66- hoÆc khuÕch n−íc. hoÆc dßng; c¬ 6,10 m; thÓ tÝch t¸n; ph©n lo¹i Håi l−u bïn riªng 0,561- bïn vμ håi 3 3 2,62m /m .ngμy l−u Läc nhá Sö dông liªn HiÖu suÊt DiÖn tÝch bÒ mÆt ThiÕt bÞ nhùa Xö lý s¬ bé giät tôc; Cã thÓ sö trung b×nh läc 5,52 - 34,4 cao 6,10 – tr−íc POTW hoÆc cao theo m2/103m3.ngμy dông dßng 12,19 m. hoÆc tr¹m bïn tuÇn hoμn t¶i l−îng ho¹t tÝnh RBC Liªn tôc Trung b×nh §Üa Plastic T¸ch lo¹i chÊt nhiÒu giai hoÆc cao r¾n ®o¹n Kþ khÝ T¹o hçn hîp Trung b×nh T¸ch khÝ, xö kÕt hîp tuÇn lý s¬ bé b»ng hoμn; Läc POTW hoÆc dßng trªn tr¹m bïn ho¹t hoÆc d−íi tÝnh TriÖt ®Ó, läc 6,24.10-7- 4,68.10-6 Phun Gi¸n ®o¹n èng nh«m T¸ch lo¹i chÊt n−íc ngÇm vμ m3/m2.s s−¬ng hoÆc ®ång - r¾n, muèi trong n−íc t¹o h¬i thiÕc n−íc. http://www.ebook.edu.vn 7
I.2. N−íc th¶i nghµnh C«ng nghiÖp Thùc phÈm: Nghμnh C«ng nghiÖp thùc phÈm nãi chung bao gåm: C«ng nghÖ s¶n xuÊt bia, r−îu, n−íc gi¶i kh¸t. C«ng nghÖ chÕ biÕn rau qu¶. C«ng nghÖ chÕ biÕn thùc phÈm (chÕ biÕn gia sóc, chÕ biÕn t«m, c¸) C«ng nghÖ giÕt mæ gia sóc. C«ng nghÖ chÕ biÕn tinh bét, mÝa ®−êng, m× chÝnh v.v. Nãi chung, n−íc th¶i cña nghμnh C«ng nghiÖp nμy th−êng thuéc vμo nhãm n−íc th¶i lo¹i 1 vμ lo¹i 3 trong ph©n lo¹i n−íc th¶i nãi chung. M« h×nh cho xö lý c¸c lo¹i n−íc th¶i nμy th−êng lμ xö lý sinh häc hoÆc ho¸ häc - sinh häc kÕt hîp nªn chóng còng mang ®Çy ®ñ c¸c ®Æc tr−ng cña m« h×nh xö lý n−íc th¶i b»ng ho¸ häc còng nh− m« h×nh xö lý n−íc th¶i b»ng sinh häc nãi chung. 2. C¸c lo¹i h×nh chÊt th¶i r¾n: C¸c lo¹i h×nh chÊt th¶i r¾n nãi chung vμ chÊt th¶i r¾n cña Nghμnh C«ng nghÖ chÕ biÕn Thùc phÈm nãi chung th−êng bao gåm c¸c lo¹i chÊt th¶i sau: ChÊt th¶i r¾n d¹ng v« c¬ dÔ ph©n huû: Nã th−êng lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i dÔ tan trong n−íc ( th−êng lμ c¸c lo¹i muèi, acid hoÆc base v« c¬ ) vμ dÔ dμng bÞ ph©n lËp b»ng c¸c ho¸ chÊt kh¸c. Ph−¬ng ph¸p xö lý c¸c lo¹i chÊt th¶i d¹ng nμy th−êng lμ ph−¬ng ph¸p ho¸ häc víi viÖc sö dông c¸c lo¹i ho¸ chÊt t¹o víi chÊt th¶i c¸c chÊt r¾n kh«ng tan hoÆc bay h¬i vμ dÔ dμng t¸ch khái n−íc th¶i. ChÊt th¶i r¾n d¹ng h÷u c¬ dÔ ph©n huû: Chóng th−êng lμ c¸c lo¹i chÊt h÷u c¬ cã ph©n tö l−îng kh«ng lín, dÔ tan trong n−íc vμ dÔ dμng bÞ vi sinh vËt ph©n huû hoÆc chuyÓn ho¸ thμnh d¹ng Ýt ®éc h¹i. C¸c hîp chÊt d¹ng nμy th−êng lμ c¸c acid, base h÷u c¬ ph©n tö l−îng thÊp hoÆc c¸c lo¹i ®−êng, tinh bét .v.v. Ph−¬ng ph¸p xö lý c¸c lo¹i chÊt th¶i nμy th−êng lμ ph−¬ng ph¸p hå sinh häc ( yÕm, hay −a khÝ ) hoÆc läc sinh häc. C¸c chÊt th¶i r¾n d¹ng v« c¬ khã ph©n huû: Chóng th−êng lμ c¸c lo¹i bôi ®Êt, v«i v÷a, mÈu kim lo¹i v.v.. Gi¶i ph¸p tèt nhÊt cho xö lý c¸c chÊt th¶i d¹ng nμy lμ thu gom, ph©n lo¹i cho t¸i sö dông vμ lμm vËt liÖu cho san lÊp hoÆc lμm nguyªn liÖu t¸i t¹o cho s¶n xuÊt c¸c lo¹i vËt liÖu x©y dùng. C¸c lo¹i chÊt th¶i h÷u c¬ khã ph©n lËp: Chóng th−êng lμ c¸c lo¹i ®Çu mÈu ( thùc phÈm còng nh− c©y qu¶ ) thõa, da, l«ng ®éng vËt còng nh− c¸c lo¹i chÊt th¶i cña ®äng vËt v.v. Gi¶i ph¸p h÷u hiÖu nhÊt cho xö lý c¸c lo¹i chÊt th¶i d¹ng nμy lμ thu gom råi sö dông lμm nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt ph©n vi sinh hoÆc xö lý trong hå yÕm khÝ ®Ó t¹o khÝ gas ( Biogas ) hoÆc xö dông ph−¬ng ph¸p ch«n lÊp v.v. C¸c lo¹i chÊt th¶i d¹ng h÷u c¬ rÊt khã ph©n huû: Lo¹i nμy th−êng bao gåm c¸c lo¹i bao gãi nyl«ng, nhùa tæng hîp hay nh− c¸c lo¹i chÊt th¶i d¹ng sõng .v.v. : Gi¶i ph¸p tèi −u cho lo¹i h×nh chÊt th¶i nμy lμ thu gom vμ sö dông lμm nguyªn liÖu cho t¸i chÕ. 3. C¸c lo¹i h×nh chÊt th¶i khÝ: ChÊt th¶i khÝ nãi chung, chÊt th¶i khÝ trong C«ng nghiÖp chÕ biÕn Thùc phÈm nãi riªng th−êng bao gåm c¸c lo¹i bôi, khÝ ®éc h¹i nh−: CO, SOx, NxOy, khÝ th¶i c¸c lß ®èt cã chøa Phenol v.v. cÇn ®−îc xö lý tr−íc khi th¶i ra m«i tr−êng. http://www.ebook.edu.vn 8
Ch−¬ng II Ph©n lo¹i c¸c thiÕt bÞ cho xö lý n−íc th¶i: 1. Song ch¾n r¸c: Song ch¾n r¸c lμ mét lo¹i l−íi ®−îc lμm b»ng kim lo¹i, hîp kim hoÆc chÊt dÎo víi kÝch th−íc tõ mét vμi mm ®Õn vμi chôc mm tuú theo kÝch th−íc trung b×nh cña c¸c lo¹i r¸c. Song ch¾n r¸c cã lo¹i cè ®Þnh vμ lo¹i di ®éng, chóng ®−îc ®Æt ngiªng mét gãc α = 60- 90o so víi dßng ch¶y. Chóng ®−îc sö dông ®Ó t¸ch c¸c lo¹i chÊt th¶i cã kÝch th−íc cång kÒnh, dÔ t¸ch ra khái n−íc th¶i. C¬ së cña viÖc tÝnh to¸n song ch¾n r¸c bao gåm: • TÝnh sè l−îng c¸c khe hë n ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: n = qKz/bH1vtt Trong ®ã: q - L−u l−îng n−íc th¶i lín nhÊt, m3/h. Kz - HÖ sè nÐn dßng do c¸c thiÕt bÞ vít r¸c, th−êng Kz = 1,05. H1 - ChiÒu s©u líp n−íc tr−íc song ch¾n r¸c, m. Vtt - VËntèc trung b×nh qua c¸c khe hë, th−êng Vtt = 0,8 - 1 m/s. • TÝnh chiÒu réng toμn bé song ch¾n r¸c: Bs = d( n - 1 ) + bn Trong ®ã: d - BÒ dμy hay ®−êng kÝnh c¸c song ch¾n r¸c, m. b - Kho¶ng c¸ch gi÷a hai thanh hoÆc ®−êng kÝnh lç cña song, m. • ChiÒu cao song ch¾n r¸c: Th−êng ®−îc lùa chän tuú theo chiÒu s©u cña m¸ng dÉn; Th−êng mét song ch¾n r¸c cã chiÒu cao b»ng 85 - 90% chiÒu s©u r·nh. 2. TÝnh to¸n thiÕt bÞ trung hoµ vµ thiÕt bÞ t¹o hçn hîp: ThiÕt bÞ trung hoμ vμ thiÕt bÞ t¹o hçn hîp lμ hai thiÕt bÞ hÇu nh− kh«ng thÓ thiÕu trong mçi hÖ thèng xö lý n−íc nãi chung, xö lý n−íc th¶i nãi riªng. C¸c thiÕt bÞ t¹o hèn hîp th−êng ®−îc sö dông cho c¸c môc ®Ých lμm ®ång ®Òu c¸c t¸c nh©n cã gi¸ trÞ cho xö lý n−íc th¶i víi n−íc. C¸c t¸c nh©n cã thÓ lμ axit, kiÒm, chÊt keo tô hay ch− c¸c chÊt trî keo tô, chÊt khö trïng v.v. VÒ nguyªn lý vμ tÝnh chÊt ho¹t ®éng, c¸c thiÕt bÞ trung hoμ vμ thiÕt bÞ t¹o hçn hîp lμ t−¬ng ®−¬ng nhau vμ vÒ b¶n chÊt rÊt gÇn víi c¸c thiÕt bÞ khuÊy trén nªn chóng ®Òu cã thÓ tÝnh ®−îc theo nguyªn t¾c tÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ khuÊy trén. http://www.ebook.edu.vn 9
Mét thiÕt bÞ t¹o hçn hîp cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ ë d¹ng tù khuÊy trén hoÆc lμ khuÊy trén c−ìng bøc - cã sö dông thiÕt bÞ khuÊy trén riªng biÖt. Trong ®a sè c¸c tr−êng hîp, ®Ó kinh tÕ, dÔ l¾p ®Æt còng nh− chÕ t¹o, th−íng sö dông lo¹i thiÕt bÞ tù khuÊy trén. ThiÕt bÞ t¹o hçn hîp vμ trung hoμ d¹ng tù khuÊy trén th−êng ë ba d¹ng: D¹ng trén ®øng; D¹ng n»m ngang vμ d¹ng tÇng ( bËc thang ). • TÝnh to¸n thiÕt bÞ d¹ng ®øng: Th−êng dïng cho c¸c hÖ thèng xö lý cã c«ng suÊt ≤ 1.500 m3/h. Th−êng cã d¹ng: Hçn hîp ra α=30-45o Ho¸ chÊt N−íc vμo H×nh 2: S¬ ®å thiÕt bÞ khuÊy trén d¹ng ®øng. Trong thiÕt bÞ nμy, gãc t¹o thμnh gi÷a phÇn h×nh c«n vμ phÇn h×nh trô ( α ) th−êng lμ tõ 30 - 450. C¸c ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n c¬ b¶n: + VËn tèc n−íc vμo thiÕt bÞ th−êng lμ v = 1 - 1,2 m/s. + §−êng kÝnh èng dÉn n−íc vμo lμ d; d = ( 4q/πv )1/2 ( diÖn tÝch mÆt c¾t ngang f = πd2/4. + VËn tèc n−íc trong thiÕt bÞ ( phÇn h×nh trô trªn ) th−êng lμ vb = 1 mm/s + DiÖn tÝch phÇn h×nh trô trªn cña thiÕt bÞ F = q/vb Trong ®ã: F - DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang phÇn h×nh trô trªn, F = πD2/4; D - §−êng kÝnh phÇn trô, m. Q - C«ng suÊt thiÕt bÞ, m3. ChiÒu cao phÇn h×nh trô ht = ThÓ tÝch phÇn trô / TiÕt diÖn trô = Vt/F. ChiÒu cao phÇn h×nh c«n hc; hc = 1/2( D - d )ctgα/2. ThÓ tÝch phÇn t¹o hçn hîp h×nh c«n lμ Vc, Vc = ht (F + f + (Ff)1/2 )/3, m3. Mét d¹ng thiÕt bÞ t¹o hçn hîp ( trung hoμ ) kh¸c th−êng ®−îc sö dông trong c¸c d©y chuyÒn hÖ thèng xö lý n−íc th¶i lμ thiÕt bÞ t¹o hçn hîp d¹ng bËc thang - thiÕt bÞ d¹ng tÇng ( h×nh 3 ) http://www.ebook.edu.vn 10
• ThiÕt bÞ d¹ng bËc thang ( nhiÒu lç - tÇng ) Dßng vμo Ho¸ chÊt h H = 3h Dßng hçn hîp ra H b b1 H×nh 3: ThiÕt bÞ t¹o hçn hîp d¹ng bËc thang VËn tèc dßng trong thiÕt bÞ th−êng lμ v0 = 1 m/s §Ó ®¶m b¶o kh«ng khÝ còng nh− t¸c nh©n hoμ trén tèt víi n−íc, chiÒu cao cña c¸c tÊm ng¨n cÇn ngËp s©u trong n−íc tõ 10 - 15 cm; trong tr−êng hîp thiÕt bÞ d¹ng trßn, ®−êng kÝnh c¸c tÊm ng¨n lμ tõ 20 - 120 mm. Sè c¸c tÊm ng¨n ( n0 ) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 4q n0 = ---------- πv0d02 d0 - ChiÒu cao tÊm ch¾n, chän. q - C«ng suÊt thiÕt bÞ; m3/s. Tèn thÊt ¸p suÊt trªn tÊt c¶ c¸c tÊm ng¨n lμ Σh0; mv02 Σh0 = --------- 2gμ2 víi: m - Sè c¸c v¸ch ng¨n, g - Gia tèc träng tr−êng, g = 9,8 m/s2, μ - HÖ sè, μ = 0,65 khi d0 : δ = 2; μ = 0,75 khi d0 : δ = 1; δ - chiÒu dμy thμnh thiÕt bÞ. §é chªnh møc n−íc h sau mçi mét ng¨n ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Σh0 h = ------ m DiÖn tÝch mÆt c¾t phÝa cuèi thiÕt bÞ lμ fc; fc = q: vc vc - VËn tèc dßng phÝa cuèi thiÕt bÞ, m/s. • ThiÕt bÞ d¹ng n»m ngang: ThiÕt bÞ d¹ng nμy cã s¬ ®å thiÕt kÕ nh− h×nh 4: http://www.ebook.edu.vn 11
bl bn 2bl 0,13 0,13 0,13 H×nh 4: ThiÕt bÞ t¹o hçn hîp d¹ng ngang Mét thiÕt bÞ d¹ng nμy th−êng cã ba v¸ch ng¨n víi tèc ®é chuyÓn ®éng cña n−íc trong thiÕt bÞ th−êng lμ v = 0,6 m/s. DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña thiÕt bÞ lμ f; f = q:v, m2 Víi q - n¨ng suÊt thiÕt bÞ, m3/s. ChiÒu cao líp n−íc ë cuèi thiÕt bÞ lμ H; th−êng H = 0,4 - 0,5 m. Khi ®ã, chiÒu réng thiÕt bÞ lμ bl; bl = f:H. Tæn thÊt ¸p suÊt hn sau mçi ng¨n khi vËn tèc dßng n−íc lμ vt ; hn = v2/(μ2.2g). NÕu sè ng¨n lμ n th× tæn thÊt ¸p suÊt tæng lμ n.hn ( th−êng n = 3 ). ChiÒu réng khe ch¶y cña mçi tÊm ng¨n lμ bn; bn = fn:H; fn= q:2vt. 3. TÝnh to¸n thiÕt bÞ l¾ng. Qu¸ tr×nh l¾ng cÆn ®−îc thùc hiÖn trong c¸c bÓ l¾ng. §a sè c¸c h¹t l¬ löng trong n−íc khi l¾ng ®Òu tu©n theo qui luËt l¾ng víi vËn tèc l¾ng cña c¸c phÇn tö ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: v = (4g(ρs - ρl)D/(3Cdρl))1/2 Trong ®ã: v- VËn tèc l¾ng, m/s; g - Gia tèc träng tr−êng; m/s2 ρs - Tû träng cña r¾n ; g/cm3 ρl - Tû träng cña chÊt láng; g/cm3 D - §−êng kÝnh h¹t, m; Cd - HÖ sè phô thuéc chuÈn sè R©yl«n vμ d¹ng h¹t r¾n. Khi chuÈn sè R©ylon ≤ 1 vμ Cd = 24/NRe víi NRe = vDρl/μ. ⇒ v = (ρs - ρl)gD2/18μ. Khi chuÈn sè R©y lon lín th×: Cd = 18,5/NRe0,6 vμ v = Q/A víi Q - Tû lÖ dßng qua bÓ; A - DiÖn tÝch bÒ mÆt bÓ, m2. ThiÕt bÞ l¾ng trong th−êng cã ba d¹ng: L¾ng ®øng, l¾ng c«n & l¾ng n»m ngang. http://www.ebook.edu.vn 12
a. TÝnh to¸n thiÕt bÞ l¾ng ®øng: Lμ lo¹i thiÕt bÞ th−êng ®−îc sö dông nhÊt v×: • N¨ng suÊt lμm viÖc cao; • Gän, nhÑ, tèn Ýt diÖn tÝch sö dông; • DÔ s¶n xuÊt vμ l¾p ®Æt. Mét thiÕt bÞ l¾ng ®øng th−êng cã d¹ng nh− h×nh 5. Dßng ra Dßng vμo 700 d H D α Cöa lÊy bïn H×nh 5: S¬ ®å nguyªn lý mét thiÕt bÞ l¾ng ®øng DiÖn tÝch mÆt c¾t vïng l¾ng cÆn lμ F, F ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: F = q/(3,6.v.N), m2. Trong ®ã: q - C«ng suÊt l¾ng, m3/h. v - VËn tèc dßng n−íc vμo thiÕt bÞ, mm/s, th−êng v = 0,5 - 0,6 mm/s. N - Sè bÓ l¾ng. §−êng kÝnh bÓ D = (( F + f )4 /π)1/2. Víi: f - DiÖn tÝch camera t¹o b«ng cÆn; f = πd2/4 = qT/60HN víi T - Thêi gian lμm viÖc trong ngμy, th−êng T = 15 giê. H - ChiÒu cao camera, th−êng H = 0,9 Ho - ChiÒu cao toμn bÓ. N - Sè bÓ l¾ng. Kho¶ng thêi gian gi÷a hai lÇn x¶ cÆn lμ t, t = Woc.N.δ.r/q(Ccr - m ) víi: Víi: Woc- ThÓ tÝch phÇn h×nh c«n, m3. δ - Nång ®é cÆn trong n−íc, g/m3. Ccr - Nång ®é chÊt l¬ löng trong n−íc, mg/l. ChiÒu cao phÇn h×nh c«n lμ Hc, Hc ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Hc = (D - d’)/2tg(90 - α); d’ - §−êng kÝnh èng n−íc vμo, m. α - Gãc t¹o thμnh gi÷a phÇn h×nh c«n vμ phÇn h×nh trô, chän α = 30 - 450. http://www.ebook.edu.vn 13
b. TÝnh to¸n bÓ l¾ng c«n. • Khi tÝnh to¸n bÓ l¾ng c«n ta sö dông c«ng thøc sau: p = ( M - Mo ).100/M Trong ®ã: M - §é ®ôc ban ®Çu cña n−íc, mg/lÝt. Mo - §é ®ôc cña n−íc sau xö lý, mg/lÝt. p - HiÖu suÊt xö lý, %. Khi ®ã, diÖn tÝch bÒ mÆt l¾ng F = 0,21(q/uo)1,07 + f, m2. q - C«ng suÊt xö lý, m3/h. f - DiÖn tÝch bÒ mÆt c«n bªn d−íi, m2. uo - Tèc ®é l¾ng cña cÆn, mm/s. B¸n kÝnh bÓ l¾ng R = ( F/π )1/2. C, TÝnh to¸n bÓ l¾ng ngang: DiÖn tÝch bÒ mÆt l¾ng F = αq/3,6.uo Trong ®ã: α - HÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña tèc ®é l¾ng. uo - Tèc ®é l¾ng cña cÆn, mm/s. q - C«ng suÊt xö lý. ChiÒu réng bÓ B = q/( 3,6.vcp.H.N ) H - chiÒu s©u trung b×nh cña líp n−íc, m; N - Sè bÓ l¾ng; vcp = 3 - 8 mm/s. ChiÒu dμi bÓ L = F/BN 4. TÝnh to¸n bÓ läc. DiÖn tÝch bÒ mÆt läc th−êng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: F = q/( Tvl - 3,6nt1 - nt2vl - nt3vl ) Trong ®ã: Q - C«ng suÊt läc, m3/h. T - Thêi gian lμm viÖc cña bÓ trong ngμy, T = 24 h. vl - VËn tèc läc b×nh th−êng, vl = 6 m/h. n - Sè lÇn röa bÓ läc trong ngμy, th−êng n = 2. t1 - Thêi gian röa bÓ, th−êng t1 = 0,1 h. t2 - Thêi gian läc sau röa, th−êng t2 = 0,33 h. t3 - Thêi gian tÝnh cho phin läc ®Çu tiªn, th−êng t3 = 0,17 h. Sè bÓ läc N = F1/2/2. C¸c kÝch th−íc vÒ chiÒu réng, chiÒu dμi vμ chiÒu s©u cña bÓ còng nh− chiÒu dμy líp läc vμ kÝch th−íc h¹t läc ®−îc cho trongc¸c sæ tay chuyªn dông vÒ xö lý n−íc. 5. Ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi Ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi th−êng ®−îc sö dông ®Ó t¸ch lo¹i c¸c chÊt r¾n, chÊt l¬ löng còng nh− lμ t¸ch c¸c phÇn tö dÇu, mì ra khái n−íc th¶i. Qu¸ tr×nh tuyÓn næi lμ mét qu¸ tr×nh ho¸ lý phøc t¹p. Nguyªn lý c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh tuyÓn næi lμ dùa trªn kh¶ n¨ng dÝnh kÕt http://www.ebook.edu.vn 14
cña c¸c phÇn tö cã bÒ mÆt kþ n−íc vμo c¸c bät khÝ vμ næi lªn trªn mÆt n−íc vμ ®−îc t¸ch ra ngoμi b»ng c¸c thiÕt bÞ chuyªn dông. Nh÷ng phÇn tö nμo kh«ng cã kh¶ n¨ng kþ n−íc sÏ n»m l¹i trong n−íc. Ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi th−êng ®−îc sö dông trong luyÖn kim, thu håi kho¸ng s¶n còng nh− cho xö lý n−íc th¶i, nhÊt lμ n−íc th¶i cña ngμnh s¶n xuÊt giÊy vμ c«ng nghiÖp tuyÓn kho¸ng. Nguyªn lý c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi lμ tèc ®é næi lªn cña c¸c bät khÝ trong n−íc chÈy tÇng ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh Stock: V = g( ρl - ρk ).d2/18η Trong ®ã: G - Gia tèc träng tr−êng, g = 9,8 m/s2 ρl - Tû träng cña chÊt láng, kg/m3. ρk - Tû träng cña chÊt khÝ, kg/m3. D - §−êng kÝnh bät khÝ, m. η - §é hít ®éng häc cña chÊt láng, St. ThÓ tÝch tèi thiÓu cña chÊt khÝ Vk cã tû träng ρs cã thÓ lμm næi mét h¹t cã khèi l−îng lμ S ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Vk/S = ( ρs - ρk )/( ρl - ρk ).ρk ViÖc tÝnh to¸n, lùa chän c¸c kÝch th−íc cña mét bÓ tuyÓn næi tr−íc hÕt dùa trªn lo¹i h×nh n−íc th¶i ®−îc ¸p dông ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi, dùa trªn c«ng suÊt xö lý, thêi gian l−u cña n−íc còng nh− ph−¬ng ph¸p tuyÓn. C¸c sè liÖu c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi th−êng ®−îc sö dông nh− sau: Ph−¬ng ph¸p L−u KÝch C«ng suÊt Thêi gian T¶i thuû lùc l−îng th−íc bät hÊp thô, tiÕp xóc lý riªng, khÝ, l/m3 khÝ, mm Wh/m3 thuyÕt, phót m/h TuyÓn næi nh©n t¹o 100 - 400 2-5 5 - 10 5 - 15 10 - 30 TuyÓn næi c¬ häc 10.000 0,2 - 2 60 - 120 4 - 16 TuyÓn næi b»ng khÝ 15 - 50 0,045 - 40 - 80 20 - 40 3 - 10 hoμ tan 0,04 Mét hÖ thèng tuyÓn næi th−êng cã d¹ng h×nh 6: Bïn næi C¬ cÊu g¹t Kh«ng khÝ N−íc th¶i Valv ¸p lùc BÓ tuyÓn næi B¬m t¹o ¸p B×nh tÝch ¸p N−íc sau xö lý H×nh 6: S¬ ®å nguyªn lý mét bÓ tuyÓn næi http://www.ebook.edu.vn 15
6. Ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th¶i b»ng sinh häc. C¸c qu¸ tr×nh sinh häc c¬ b¶n th−êng sö dông cho xö lý n−íc th¶i lμ: Qu¸ tr×nh bïn ho¹t tÝnh; Läc nhá giät; Ph©n huû yÕm khÝ; Hå sinh häc v.v.. VÒ c¬ b¶n c¸c qu¸ tr×nh ®Òu liªn quan tíi c¸c lo¹i thiÕt bÞ sö dông, sù tiÕp xóc gi÷a vi sinh vËt víi pha láng, møc ®é t¹o hçn hîp v.v. Theo quan ®iÓm sinh häc, ®a sè c¸c qu¸ tr×nh cã thÓ ®−îc ph©n chia theo nhiÒu c¸ch, ch¼ng h¹n: Theo dßng håi l−u; Theo møc ®é lμm giμu vi sinh vËt cã ®Æc tÝnh x¸c ®Þnh b»ng c¸c tÝnh chÊt cña n−íc th¶i; Theo ®iÒu kiÖn m«i tr−êng thiÕt kÕ vμ vËn hμnh v.v. Tuú theo møc ®é phæ biÕn vμ hoμn thiÖn, c¸c qu¸ tr×nh cã thÓ ®−îc chia thμnh: Qu¸ tr×nh hiÕu khÝ, yÕm khÝ vμ quang hîp. KiÕn thøc vÒ tÕ bμo häc lμ cÇn thiÕt cho viÖc tÝnh to¸n l−îng n−íc th¶i, nhu cÇu «xy, l−îng khÝ sinh ra còng nh− sù trao ®æi chÊt gi÷a c¸c lo¹i vi sinh vËt. KiÕn thøc vÒ ho¸ nhiÖt sö dông cho tÝnh to¸n nhiÖt ®é cã thÓ ®¹t ®−îc cña qu¸ tr×nh. Quan hÖ ®éng häc c¬ b¶n cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh. NhiÒu ph¶n øng trong qu¸ tr×nh sinh häc lμ tù ®éng vμ th−êng ®−îc ®−îc gi¶ ®Þnh b»ng quan hÖ gi÷a nång ®é n−íc th¶i vμ sù sinh tr−ëng cña vi sinh vËt. ViÖc x©y dùng c¸c quan hÖ vÒ tÕ bμo häc, nhiÖt ho¸ vμ quan hÖ ®éng häc th−êng liªn quan tíi c¸c yÕu tè m«i tr−êng nh−: pH, ¸nh s¸ng, m«i tr−êng ion ho¸ v.v. C¸c ph¶n øng sinh häc cã thÓ ®−îc ph©n thμnh: Ph¶n øng hiÕu khÝ, yÕm khÝ hoÆc quang ho¸ tuú theo lo¹i vi sinh vËt ho¹t ®éng, tuú theo qu¸ tr×nh sinh häc sö dông cho xö lý n−íc th¶i. C¸c qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña vi sinh vËt th−êng ®−îc ph©n thμnh: • Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña vi sinh vËt trong ®iÒu kiÖn yÕm khÝ. • Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña vi sinh vËt trong ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ. • Qu¸ tr×nh quang ho¸. §Ó ®i s©u nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh t¹o mμng vi sinh vËt trong xö lý n−íc th¶i, tr−íc hÕt ta xÐt: a. Mµng läc sinh häc: PhÇn lín c¸c vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng x©m chiÕm bÒ mÆt cña mét vËt r¾n khi trong m«i tr−êng cã c¸c hîp chÊt h÷u c¬, muèi kho¸ng vμ «xy. ViÖc cè ®Þnh ®−îc thùc hiÖn nhê vi sinh vËt tiÕt ra mét chÊt d¹ng keo cã nguån gèc tõ exopolyme. Bªn trong chÊt keo ®ã, vi sinh vËt vÉn cã nh÷ng chuyÓn ®éng nhÊt ®Þnh. ViÖc x©m chiÕm bÒ mÆt nμy lóc ®Çu ®−îc thùc hiÖn ë mét sè ®iÓm vμ ph¸t triÓn dÇn ®Õn khi bao bäc toμn bé bÒ mÆt vËt r¾n. Tõ ®ã trë ®i, c¸c tÕ bμo míi sinh ra sÏ bao phñ lªn c¸c líp ban ®Çu. Gi÷a c¸c líp tÕ bμo cã c¸c lç xèp trèng, vi sinh vËt lu«n chuyÓn ®éng vμ h×nh thμnh líp mμng sinh häc. b. C¸c lo¹i mµng sinh häc: Trong tù nhiªn, tån t¹i ba d¹ng mμng sinh häc chñ yÕu lμ: • Mµng sinh häc d¹ng hçn t¹p: Mμng nμy gåm hai líp: + Líp ®Çu tiªn lμ mét líp máng ( kho¶ng 5 μm ) h×nh thμnh do c¸c vi sinh vËt b¸m vμo bÒ mÆt vËt r¾n. http://www.ebook.edu.vn 16
+ Líp thø hai lμ do c¸c vi sinh vËt dÝnh kÕt víi nhau nhê hîp chÊt keo exopolyme do vi sinh vËt tiÕt ra vμ bao quanh c¸c vi sinh vËt thuéc líp thø nhÊt ( líp nμy th−êng dμy kho¶ng 100 μm ). • Mµng sinh häc h×nh nÊm: Mμng nμy ®−îc t¹o thμnh tõ c¸c quÇn thÓ vi sinh vËt bã kÕt l¹i víi nhau thμnh h×nh d¹ng gièng nh− c©y nÊm. • Mµng sinh häc nhiÒu líp: Mμng nμy ®−îc h×nh thμnh tõ nhiÒu líp vi sinh vËt chång lªn nhau. c. C¬ chÕ ho¹t ®éng cña mµng sinh häc: C¸c chÊt dinh d−ìng cã thÓ ®ång ho¸ ®−îc cïng víi «xy trong n−íc cÇn xö lý sÏ vËn chuyÓn vμ khuÕch t¸n qua bÒ dμy líp mμng sinh häc cho ®Õn chõng nμo mμ c¸c ®¸m tÕ bμo ë vïng s©u nhÊt kh«ng tiÕp xóc ®−îc víi chÊt dinh d−ìng vμ «xy n÷a. Sau mét thêi gian sÏ xuÊt hiÖn sù ph©n tÇng vi sinh vËt: • Ngoμi cïng lμ c¸c líp −a khÝ: ë ®©y cã sù khuÕch t¸n «xy - Vi sinh vËt hiÕu khÝ ho¹t ®éng. • Líp sau lμ líp kþ khÝ: ë ®©y kh«ng cã sù khuÕch t¸n «xy - Vi sinh vËt kþ khÝ ho¹t ®éng. • Sù h×nh thμnh vμ møc ®é tån t¹i c¸c líp nμy thay ®æi theo lo¹i chÊt ph¶n øng ( dinh d−ìng ) vμ chÊt nÒn. VÒ c¬ b¶n, c¸c ph¶n øng sinh häc chñ yÕu trong xö lý n−íc th¶i ®−îc thÓ hiÖn theo s¬ ®å h×nh 1: C, O, H, N, P, S, C¸c vi sinh vËt Kho¸ng chÊt, Vitamin ... “ kÕt tña vi sinh vËt ” Vi sinh vËt ADP ATP Ho¸ chÊt hoÆc ¸nh s¸ng Ph©n huû vi sinh Nh−ng kh«ng mang nhiÖt H« hÊp ChÊt nhËn Hidro VËt liÖu h÷u c¬ hèn hîp S¶n phÈm th¶i ( O2, SO4-2, NO2-, NhiÖt ChÊt kh«ng NO3-, CO2, v,v, ) ph©n huû CO2, H2O, NH4 , SO4-2, + NO3-, CO2, NO2-, PO4-3, S H2, N2, H2S, O2, CH4, acid h÷u c¬, ancol, amin v.v. H×nh 7: C¸c ph¶n øng sinh häc chñ yÕu trong xö lý n−íc th¶i http://www.ebook.edu.vn 17
Víi s¬ ®å trªn, c¸c chÊt cã trong n−íc th¶i nh−: Carbon, Oxy, Hidro, Nit¬ vμ Photphor còng nh− c¸c chÊt v«, h÷u c¬ kh¸c, ban ®Çu sÏ ®−îc vËn chuyÓn ®Õn líp läc ë d¹ng hoμ tan. Tû lÖ hoμ tan hoÆc viÖc chuyÓn khèi trong líp läc cã thÓ lμm h¹n chÕ møc ®é cña c¸c ph¶n øng trªn. C¸c chÊt nhËn Hidro cã thÓ lμ c¸c vi sinh vËt hiÕu khÝ sö dông «xy cho môc ®Ých nμy, cßn c¸c vi sinh vËt yÕm khÝ sÏ sö dông c¸c nguån Sulphat, Nitrat, Carbon diocid hoÆc c¸c hîp chÊt h÷u c¬. N¨ng l−îng chØ ®−îc cung cÊp ë d¹ng n¨ng l−îng cã trong c¸c hîp chÊt ho¸ häc hoÆc nhê gradient nhiÖt do ¸nh s¸ng. PhÇn n¨ng l−îng nμy ®−îc sö dông cho ph¶n øng tæng hîp ®Ó sinh khèi, phÇn cßn l¹i tiªu t¸n do ph¸t nhiÖt. HiÖu øng nhiÖt trong thiÕt bÞ th−êng cã thÓ bá qua khi nång ®é chÊt h÷u c¬ trong n−íc th¶i lμ nhá. C¸c d¹ng s¶n phÈm th¶i còng kh¸c nhau tuú theo lo¹i vi sinh vμ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng. Trong ®ã chñ yÕu lμ c¸c lo¹i khÝ nh−: Carbondiocid, Nit¬, Oxy hoÆc Methane vμ mét sè khÝ kh¸c nh−: HidroSulphua, Amoni¾c, Mercaptan v.v. Mét yªu cÇu ®Æc biÖt cho nhiÒu qu¸ tr×nh sinh häc sö dông trong xö lý n−íc th¶i lμ viÖc t¹o ra c¸c vi sinh vËt “ tr«i næi ” cã thÓ dÔ dμng t¸ch lo¹i ra khái n−íc b»ng c¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc nh− l¾ng, läc v.v. Theo quan ®iÓm kiÓm so¸t m«i tr−êng th× c¸c vi sinh vËt sinh ra còng cã thÓ ®−îc xem nh− lμ mét s¶n phÈm th¶i, chóng cã thÓ lμm t¨ng « nhiÔm nguån n−íc. Mét ®iÒu quan träng ®èi víi c¸c vi sinh vËt sö dông cho xö lý n−íc th¶i lμ chóng ph¶i dÔ dμng ph©n lËp ®−îc khái pha láng hoÆc ph©n huû ®−îc b»ng qu¸ tr×nh tù «xy ho¸. T¹i ranh giíi pha láng, c¸c ph¶n øng sinh häc còng cã thÓ ®−îc coi lμ c¸c ph¶n øng ho¸ häc. Còng theo c¸c nhμ nghiªn cøu th×: C¸c ph¶n øng sinh häc chÞu ¶nh h−ëng m¹nh cña c¸c lo¹i vi sinh vËt cã trong m«i tr−êng xÈy ra ph¶n øng. C¸c qu¸ tr×nh hiÕu khÝ, kþ khÝ vμ quang tæng hîp cã thÓ biÓu thÞ nh− sau: HiÕu khÝ: Vi sinh vËt hiÕu khÝ ChÊt h÷u c¬ + O2 Vi sinh vËt hiÕu khÝ + CO2 + H2O Lμm xóc t¸c YÕm khÝ: Vi sinh vËt yÕm khÝ ChÊt h÷u c¬ + O2 Vi sinh vËt yÕm khÝ + CO2 + H2O + CH4 Lμm xóc t¸c Quang tæng hîp: Vi sinh vËt quang tæng hîp H2O + CO2 Vi sinh vËt quang tæng hîp + O2 Lμm xóc t¸c Cã thÓ xÈy ra c¶ ba lo¹i ph¶n øng trªn trong cïng mét thiÕt bÞ, ch¼ng h¹n trong hå th× ph¶n øng quang tæng hîp, hiÕu khÝ vμ yÕm khÝ cïng xÈy ra t−¬ng øng trªn mÆt hå, gi÷a hå vμ d−íi ®¸y. Nh−îc ®iÓm cña ph¶n øng quang tæng hîp so víi c¸c ph¶n øng kh¸c lμ Carbon v« c¬ cã thÓ chuyÓn thμnh Carbon h÷u c¬ - nguån « nhiÔm.. http://www.ebook.edu.vn 18
Mét vÝ dô cho qu¸ tr×nh hiÕu khÝ lμ chÊt h÷u c¬ ( gluco ch¼ng h¹n ) ®−îc chuyÓn ho¸ nh− sau: Qu¸ tr×nh h« hÊp ( hÊp thô ¤2 ): C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Tæng hîp: 5C6H12O6 + 6NH4+ 6 C5H7NO2 + 18H2O + 6H+ Gi¶ sö r»ng cã tû lÖ 0,5 mol vi sinh vËt/ 01 mol Gluco th×: C6H12O6 + 0,5NH4+ + 3,5O2 0,5 C5H7NO2 + 3,5CO2 + 5H2O + 0,5H+ ( C5H7NO2 - Ký hiÖu thµnh phÇn vi sinh vËt ). Mét ph−¬ng tr×nh tù «xy ho¸ cña vi sinh vËt phæ biÕn trong nhiÒu qu¸ tr×nh sinh häc sö dông cho xö lý n−íc th¶i lμ qu¸ tr×nh ph©n r· vi sinh vËt:: 5C5H7NO2 + 5O2 + H+ NH4+ + 5CO2 + 2 H2O. VÒ mÆt to¸n häc, quan hÖ vÒ l−îng gi÷a chÊt h÷u c¬ bÞ ph©n huû vμ l−îng vi sinh vËt sinh ra th−êng theo ph−¬ng tr×nh: dX/dt = -YdS/dt Trong ®ã: X - Nång ®é vi sinh vËt. S - Nång ®é chÊt. T - Thêi gian. Y - HÖ sè, Y lμ hμm cña l−îng vi sinh vËt, lo¹i chÊt cÇn ph©n huû vμ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng. Th−êng víi qu¸ tr×nh xö lý n−íc th¶i b»ng sinh häc th× lÊy Y lμ h»ng sè. C¸c yÕu tè lμm t¨ng Y th−êng lμ c¸c chÊt hä glucogen vμ polyhidroxibutyrat, c¸c chÊt cung cÊp n¨ng l−îng cho duy tr× vμ chuyÓn ®æi c¸c vi sinh vËt. d. C¸c quan hÖ ®éng häc c¬ b¶n: Gi¶n ®å sinh tr−ëng cña vi sinh vËt ®−îc thiÕt lËp trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, pH v.v. lμ h»ng sè nh− sau: MËt ®é vi sinh vËt I II III IV HÖ sè HÖ sè Ph©n r· nhá HÖ sè sinh tr−ëng Sinh T. gi¶m æn ®Þnh 0 Thêi gian H×nh 8: Gi¶n ®å sinh tr−ëng cña vi sinh vËt http://www.ebook.edu.vn 19
• Giai ®o¹n 1- Giai ®o¹n tiÒm tµng: Trong giai ®o¹n nμy, tÕ bμo tæng hîp c¸c enzym cÇn thiÕt cho sù chuyÓn ho¸ chÊt nÒn. Giai ®o¹n nμy lμ rÊt quan träng ®èi víi viÖc xö lý c¸c lo¹i n−íc mμ kh«ng ®−îc cÊy vi sinh vËt tr−íc. Trong giai ®o¹n nμy kh«ng cã sù t¸i t¹o tÕ bμo. X = X0 = C X0 - MËt ®é tÕ bμo ë thêi ®iÓm t = 0. C - H»ng sè. Nh− vËy, tèc ®é sinh tr−ëng tÕ bμo dX/dt = 0. • Giai ®o¹n 2 - Giai ®o¹n hÖ sè sinh tr−ëng æn ®Þnh: Giai ®o¹n nμy ®¹t ®−îc khi tû lÖ t¸i t¹o tÕ bμo ë møc cao nhÊt vμ gi÷ kh«ng ®æi víi nång ®é kh«ng h¹n chÕ cña chÊt nÒn. Trong giai ®o¹n nμy, tèc ®é sinh tr−ëng dX/dt t¨ng tû lÖ víi X vμ (1/X)dX/dt = μmax • Giai ®o¹n 3 - Giai ®o¹n hÖ sè sinh tr−ëng gi¶m: Giai ®o¹n nμy øng víi sù c¹n kiÖt dÇn cña m«i tr−êng nu«i cÊy víi sù biÕn mÊt cña mét hoÆc nhiÒu phÇn tö cÇn thiÕt cho sù sinh tr−ëng cña vi sinh vËt. • Giai ®o¹n 4 - Giai ®o¹n ph©n r·: MËt ®é c¸c tÕ bμo gi¶m xuèng v× tû lÖ c¸c tÕ bμo chÕt t¨ng lªn. Tæng qu¸t, qu¸ tr×nh ®−îc biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh: dX/dt = μX Trong ®ã: μ - HÖ sè ph¸t triÓn ®Æc tr−ng. Theo Michaelis - Menton th× μ = μmax ( S/( KS + S )) μmax - HÖ sè ph¸t triÓn ®Æc tr−ng lín nhÊt. KS = a - h»ng sè b·o hoμ, khi nång ®é Nit¬ lμ giíi h¹n th× KS = μmax/2. Quan hÖ gi÷a nång ®é Nit¬ ng−ng tô vμ hÖ sè ph¸t triÓn ®−îc biÓu diÔn qua ®å thÞ: HÖ sè ph¸t triÓn ®Æc tr−ng, μ μmax/2 Nång ®é Nit¬ ng−ng tô H×nh 9: §å thÞ quan hÖ gi÷a nång ®é Nit¬ giíi h¹n vµ hÖ sè ph¸t triÓn ®Æc tr−ng μ http://www.ebook.edu.vn 20