ĐỀ TÀI " NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR) ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA "

Chia sẻ: Nguyễn Lê Huy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:130

Thêm vào BST

Báo xấu

472
lượt xem 178
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, công nghiệp sản xuất bia, nƣớc giải khát ở Việt Nam đang phát triển mạnh để phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Quá trình sản xuất có thể phát sinh ra lƣợng nƣớc thải ngày càng tăng trong khi việc tăng công suất hoạt động của hệ thống xử lý nƣớc thải hiện hữu gặp phải nhiều khó khăn. Nên đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất bia” đƣa ra thêm lựa chọn cho việc nâng cấp hệ thống xử...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: ĐỀ TÀI " NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR) ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT BIA "

\s ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƢỜNG NGUYỄN HOÀNG NHƢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR) ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA Chuyên ngành : Công nghệ Môi trƣờng MSHV : 10251018 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 12/2012
CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. Trần Ứng Long Cán bộ chấm nhận xét 1 : Cán bộ chấm nhận xét 2 : Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ, TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, ngày . . . . . tháng . . . . năm 2013 ii
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ------------------------------ ------oOo------ Tp. HCM, ngày 01 tháng 05 năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : NGUYỄN HOÀNG NHƢ Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 08/10/1987 Nơi sinh : An Giang Chuyên ngành : Công nghệ Môi trƣờng 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất bia. 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Lập mô hình nghiên cứu, kế hoạch lấy mẫu, phân tích các thông số nƣớc thải đầu vào và đầu ra của mô hình MBBR đối với nƣớc thải từ bể cân bằng của nhà máy bia Sabmiller.  Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với tính chất nƣớc thải đầu vào đã đề ra.  Đề xuất phƣơng án áp dụng công nghệ 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/05/2012 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/12/2012 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Trần Ứng Long Nội dung và đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đã đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CN BỘ MÔN TS. TRẦN ỨNG LONG TRƢỞNG PHÕNG ĐT – SĐH QL. CHUYÊN NGÀNH TRƢỞNG KHOA QL NGÀNH iii
LỜI CẢM ƠN Thực hiện luận văn cao học thật sự là một thách thức lớn trong quá trình học tập và công tác, thông qua đó giúp em ho ̣c đƣơ ̣c nhiề u điề u cả trên lý thuyế t lẫn thƣ̣c tiễn cuô ̣c số ng. Để có đƣơ ̣c nhƣ̃ng trải nghiê ̣m này , em xin gƣ̉i lời cảm ơn chân thành đế n thầ y Trần Ứng Long đã tạo điều kiện và chỉ dạy em trong suố t khoảng thời gian công tác và nghiên cƣ́u. Với lòng biế t ơn, em xin kính chúc Thầ y luôn khỏe mạnh. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc Công ty TNHH Sabmiller Việt Nam, anh Mai Nghi Thuấn, anh Dƣơng Công Chung đã hỗ trơ ̣ tôi thực hiện mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu trong suốt quá trình thực nghiệm. Chúc mọi ngƣời có nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công việc. Chân thành cảm ơn gia đinh, bạn bè đã luôn động viên giúp tôi có thể vƣợt qua ̀ tấ t cả khó khăn cho tới hôm nay. Chúc mọi ngƣời luôn bình an, hạnh phúc. TP.HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2012 Nguyễn Hoàng Nhƣ iv
TÓM TẮT Hiện nay, công nghiệp sản xuất bia, nƣớc giải khát ở Việt Nam đang phát triển mạnh để phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Quá trình sản xuất có thể phát sinh ra lƣợng nƣớc thải ngày càng tăng trong khi việc tăng công suất hoạt động của hệ thống xử lý nƣớc thải hiện hữu gặp phải nhiều khó khăn. Nên đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất bia” đƣa ra thêm lựa chọn cho việc nâng cấp hệ thống xử lý nƣớc thải hiện hữu trở nên đơn giản. Mô hình sử dụng hai loại giá thể lơ lửng trong điều kiện hiếu khí tuần tự là K3 và F10 – 4 ở các mức tải trọng 1 Kg/m3.ngày, COD dòng vào
ABSTRACT In Vietnam, beverage industry have very good growth base on the social development. Manufacturing process can generate increasing amount of wastewater while increasing the operational capacity of the existing wastewater treatment system encountered many difficulties. This research was studied on application of Moving Bed Biofilm Reactor for brewing wastewater treatment, given more options for upgrading existing wastewater treatment system. This experiment use two types of media are K3 and F10 – 4 in difference organic loading rates 1 KgCOD/m3.day (outlet of UASB tank), average characteristics of wastewater: COD lower than 400 mg/l, TN lower than 60 mg/l and TP lower than 13 mg/l, hydraulic retention time is 8h ; 1.5, 3, 4.5 KgCOD/m3.day, average characteristics of wastewater: COD lower than 2200 mg/l, TN lower than 80 mg/l and TP lower than 21 mg/l, hydraulic retention time are 32, 16, 10h. The experimental result shown that in OLR 1 and 1.5 KgCOD/m3.day, effluent: COD lower than 43 mg/l, TN lower than 14 mg/l, TP lower than 4 mg/l and meet QCVN 24:2009/BTNMT, level A; the remaining OLR, TN lower 14 mg/l meet level A, TP lower 5 mg/l meet level B and average efficiency of COD is 92%. vi
Mục Lục MỤC LỤC TÓM TẮT....................................................................................................................... V MỤC LỤC .....................................................................................................................VI ̉ DANH MỤC BANG .....................................................................................................IX DANH MỤC HÌNH........................................................................................................ X DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ XIII CHƢƠNG 1 ..................................................................................................................... 1 ̉ ̀ MƠ ĐÂU ......................................................................................................................... 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................. 2 1.2. ́ MỤC TIÊU NGHIÊN CƢU ............................................................................ 3 1.3. ́ ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CƢU ................................................. 3 1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn bao gồm .............................................. 3 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3 1.4. ́ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢU.................................................................... 4 1.4.1. Phƣơng pháp hồ i cƣ́u ................................................................................... 4 1.4.2. Phƣơng pháp thí nghiê ̣m và phân tích ......................................................... 4 1.4.3. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u mô hinh ............................................................... 4 ̀ 1.4.4. Phƣơng pháp xƣ̉ lý số liê ̣u ........................................................................... 4 1.4.5. Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn ..................................................... 4 CHƢƠNG 2 ..................................................................................................................... 5 ̉ TÔNG QUAN .................................................................................................................. 5 ̉ 2.1. TÔNG QUAN VỀ NƢƠC THẢI SẢN XUẤT BIA ............................................. 6 ́ 2.1.1. Quá trình sản xuất bia .................................................................................. 6 2.1.2. Thành phần ô nhiễm .................................................................................... 8 2.1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia .................................................... 10 2.1.4. Tổng quan Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller ................... 11 2.2. TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC ................................. 16 vi
Mục Lục 2.2.1. Phƣơng pháp sinh học .............................................................................. 16 2.2.2. Phƣơng pháp sinh học loại bỏ nitrogen ..................................................... 21 2.3. ̉ TÔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR ..................................................... 27 2.3.1. Giới thiệu về công nghệ MBBR ................................................................ 27 2.3.2 Giá thể di động ............................................................................................. 28 2.3.3. Lớp màng biofilm ...................................................................................... 30 2.3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR ............ 32 2.3.5. Ứng dụng công nghệ MBBR .................................................................... 34 2.5. NHỮNG THUẬN LỢI VÀ HẠN CHẾ CỦA CÔNG NGHỆ MBBR ................. 40 2.5.1. Thuận lợi ..................................................................................................... 40 2.5.2. Hạn chế ....................................................................................................... 40 2.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR ........................ 40 2.4.1. Hệ thống xử lý nƣớc thải khu tự trị Sharjah .............................................. 40 2.4.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa................................. 44 2.4.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo Việt Nam ...................... 46 2.4.3. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy chế biến thủy sản Minh Phú – Hậu Giang ................................................................................................................... 50 CHƢƠNG 3 ................................................................................................................... 54 CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ..................................................................... 54 3.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ....................................................................... 55 3.1.1. Nƣớc thải ................................................................................................... 55 3.1.2. Giá thể........................................................................................................ 55 3.2. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................................................ 56 3.2.1. Thiết kế mô hình ........................................................................................ 56 3.2.2. Kích thƣớc trong mô hình ......................................................................... 58 3.2.3. Các chi tiết thiết bị trong mô hình ............................................................. 59 3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................................... 56 3.3.1. Thí nghiệm thích nghi trên giá thể K3 ...................................................... 57 vii
Mục Lục 3.3.2. Thí nghiệm 1.............................................................................................. 58 3.3.3. Thí nghiệm 2.............................................................................................. 59 3.3.4. Thí nghiệm 3.............................................................................................. 59 3.3.5. Thí nghiệm 4.............................................................................................. 60 3.3.6. Thí nghiệm 5.............................................................................................. 60 3.3.7. Thí nghiệm thích nghi, thí nghiệm 6; 7; 8; 9 ............................................. 61 3.4. QUY TRÌNH LẤY MẪU VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ..................... 62 3.4.1. Quy trình lấy mẫu ...................................................................................... 62 3.4.1. Phƣơng pháp phân tích .............................................................................. 62 CHƢƠNG 4 ................................................................................................................... 64 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................................................... 64 4.1. KẾT QUẢ VẬN HÀNH Ở GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI ............................... 65 4.1.1. Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể K3 ................................... 65 4.1.2. Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể F10 – 4 ............................ 68 4.2. KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIẢ THỂ K3 .............................. 71 4.2.1. So sánh hiệu quả xử lý COD, TN, TP và hàm lƣợng MLSS trên mô hình có tuần hoàn và không tuần hoàn nƣớc ở tải trọng OLR=1.5 KgCOD/m3.ngày .. 71 4.2.2. Đánh giá kết quả phân tích trên mô hình với giá thể K3 ........................... 74 4.3. KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIÁ THỂ F10-4 .............................. 79 4.2.1. Diễn biến của chỉ tiêu pH .......................................................................... 80 4.2.2. Diễn biến của chỉ tiêu DO ......................................................................... 80 4.2.3. Hiệu quả xử lý COD .................................................................................. 81 4.2.4. Hiệu quả xử lý TN, TP .............................................................................. 82 4.2.3. Diễn biến MLSS của màng vi sinh ............................................................ 83 4.4. ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR VÀO NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY SABMILLER ....................... 86 4.4.1. Đánh giá kết quả phân tích với nƣớc thải lấy từ đầu ra của bể UASB........ 86 4.4.2. Đề xuất phƣơng án nâng cấp Hệ thống xử lý nƣớc thải hiện tại ................. 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 92 viii
Mục Lục TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 94 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ........................................................................................... 96 ̀ PHÂN PHỤ LỤC .......................................................................................................... 97 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ...................................................................... 97 PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU.......... 109 ix
Danh Mu ̣c DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Ngƣỡng giá trị chung của nƣớc thải trong công đoạn sản xuất bia ................ 8 Bảng 2.2. Đặc tính nƣớc thải một số nhà máy sản xuất bia. ........................................... 9 Bảng 2.3. Thông số nƣớc thải đầu vào hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sabmiller ....................................................................................................................................... 13 Bảng 2.4. Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng ........................................... 18 Bảng 2.5. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nƣớc .............................. 23 Bảng 2.6. Thông số các loại giá thể Anox Kaldnes....................................................... 28 Bảng 2.7. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nƣớc .............................. 37 Bảng 2.8. So sánh thông số thiết kế của MBBR với các công nghệ khác..................... 40 Bảng 2.9. Thông số thiêt kế cho hệ MBBR – keo tụ - tuyển nổi .................................. 41 Bảng 2.10. Thông số thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải Sharjah ................................... 42 Bảng 2.11. Kết quả thí nghiệm của hệ thống xử lý nƣớc thải khu tự trị Sharjah .......... 43 Bảng 3.1. Các thông số nƣớc thải đầu vào của mô hình ............................................... 55 Bảng 3.2. Thông số các loại giá thể sử dụng trong mô hình ........................................ 55 Bảng 3.3. Các thông số vận hành trong giai đoạn thích nghi ........................................ 57 Bảng 3.4. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 1 .......................................................... 58 Bảng 3.5. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 2 .......................................................... 59 Bảng 3.6. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 3 .......................................................... 59 Bảng 3.7. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 4 .......................................................... 60 Bảng 3.8. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 5 .......................................................... 60 Bảng 3.9. Thời gian thực hiện mô hình trên giá thể F10 – 4 và tải trọng bề mặt.......... 61 Bảng 3.10. Diễn giải các vị trí lấy mẫu ......................................................................... 62 Bảng 3.11. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu ............................................................ 62 Bảng 4.1. Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3 ................ 65 Bảng 4.2. Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3.ngày trên giá thể F10-4 ............ 68 Bảng 4.3. So sánh kết quả vận hành mô hình MBBR trên hai loại giá thể ................... 85 ix
Danh Mu ̣c DANH MUC HÌ NH ̣ Hình 2.1. Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải. ....................................................... 7 Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia điển hình. .............................. 10 Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller. ............................. 14 Hình 2.4. Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller. ......................................... 16 Hình 2.5. Sơ đồ đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang. ........................ 21 Hình 2.6. Sơ đồ đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng. .......................... 21 Hình 2.7. Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học. ............................ 22 Hình 2.8. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR. ............................................................ 27 Hình 2.9. Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O. ......................... 29 Hình 2.10. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong............... 30 Hình 2.11. Mặt cắt lớp màng vi sinh trên giá thể K1. ................................................... 31 Hình 2.12. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng. ......................................... 32 Hình 2.13. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể. .................................................. 33 Hình 2.14. Hệ MBBR khử hữu cơ và nitrogen.............................................................. 34 Hình 2.15. Các quy trình công nghệ tách sinh khối trong nƣớc sau khi qua MBBR. ... 35 Hình 2.16. Công nghệ MBBR xử lý hữu cơ. ................................................................. 36 Hình 2.17. Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và phosphorus. .................................... 36 Hình 2.18. Quy trình xử lý BOD và chất dinh dƣỡng. .................................................. 38 Hình 2.19. AnoxKaldnesTM – bể MBBR độc lập. ......................................................... 38 Hình 2.20. HybasTM – quy trình kết hợp. ..................................................................... 39 Hình 2.21. LagoonGuardTM – quy trình hồ sinh học. .................................................... 39 Hình 2.22. BasTM – quy trình kết hợp. ........................................................................... 39 Hình 2.23. Hệ MBBR kết hợp keo tụ. ........................................................................... 41 Hình 2.24. Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và photpho. ......................................... 43 Hình 2.25. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa. ..................... 44 Hình 2.26. Lƣới chặn giá thể, thiết bị trộn tĩnh và máy thổi khí trong hệ MBBR. ....... 46 x
Danh Mu ̣c Hình 2.27. Giá thể K3 – Anox Kaldnes trƣớc khi cho vào bể MBBR. ......................... 46 Hình 2.28. Sơ đồ công nghệ Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo. ............ 47 Hình2.29 . Giá thể K3 trong giai đoạn hình thành màng của Nhà máy bia Sapporo. ... 49 Hình 2.30. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo. ........................................ 50 Hình 2.31. Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải Minh Phú – Hậu Giang. ................. 51 Hình 2.32. Trƣớc và sau khi hình thành màng trên giá thể K3 của hệ thống xử lý nƣớc thải Minh Phú – Hậu Giang. .......................................................................................... 52 Hình 3.1. Các loại giá thể sử dụng trên mô hình MBBR. ............................................. 56 Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ mô hình MBBR. ................................................................ 57 Hình 3.3. Mô hình MBBR thực tế. ................................................................................ 58 Hình 3.4. Kích thƣớc bể MBBR1-2 và bể lắng. ............................................................ 58 Hình 3.5. Các thiết bị chính trong mô hình MBBR. ..................................................... 59 Hình 3.6. Các phụ kiện trong mô hình. ......................................................................... 59 Hình 3.7. Sơ đồ mô hình thí nghiệm. ............................................................................ 60 Hình 3.8. Tóm tắt các nội dung thí nghiệm. .................................................................. 56 Hình 3.9. Men vi sinh Biosystem B560HV sử dụng nuôi cấy vi sinh. ......................... 58 Hình 3.10. Các vị trí lấy mẫu. ....................................................................................... 62 Hình 4.1. Bọt trắng nổi trên bề mặt bể phản ứng trong giai đoạn thích nghi. ............... 65 Hình 4.2. Diễn biến pH và DO trong giai đoạn thích nghi............................................ 66 Hình 4.3. Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 3 và 20. .......................... 67 Hình 4.4. Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn thích nghi. ...................................................................................................................... 68 Hình 4.5. Bọt trắng xuất hiện trên bề mặt bể MBBR trong quá trình làm đầy bể. ....... 69 Hình 4.6. Diễn biến pH và DO trong giai đoạn thích nghi trên giá thể F10-4. ............. 70 Hình 4.7. Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn thích nghi. ...................................................................................................................... 70 Hình 4.8. Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 7 và ngày thứ 20. .... 71 Hình 4.9. Diễn biến pH và DO ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3. ....................................................................................................................................... 72 xi
Danh Mu ̣c Hình 4.10. Diễn biến COD và MLSS ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3. ................................................................................................................................. 73 Hình 4.11. Diễn biến TN và TP ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3. ....................................................................................................................................... 73 Hình 4.12. Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể K3. ................................................... 74 Hình 4.13. Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3. .................................................. 75 Hình 4.14. Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể K3. ........................................ 76 Hình 4.15. Hiệu quả xử lý TN, TP thí nghiệm trên giá thể K3. .................................... 77 Hình 4.16. Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể K3. .................................... 78 Hình 4.17. Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 78 và 95. ...................... 79 Hình 4.18. Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể F10-4. ............................................... 80 Hình 4.19. Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3. .................................................. 81 4.2.3. Hiệu quả xử lý COD .................................................................................. 81 Hình 4.20. Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể F10 – 4. ................................ 82 4.2.4. Hiệu quả xử lý TN, TP .............................................................................. 82 Hình 4.21. Hiệu quả xử lý TN, TP trên giá thể F10-4. .................................................. 83 4.2.3. Diễn biến MLSS của màng vi sinh ............................................................ 83 Hình 4.22. Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể F10-4. ............................... 84 Hình 4.23. Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 56 và 77. ............... 85 Hình 4.24. Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 5............................................................ 86 Hình 4.25. Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 5. .......................... 87 Hình 4.26. Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 5. ... 87 Hình 4.27. Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 5. ....................................................... 88 Hình 4.28. Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 9............................................................ 88 Hình 4.29. Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 9. .......................... 89 Hình 4.30. Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 9. ... 89 Hình 4.31. Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 9. ....................................................... 90 Hình 4.32. Sơ đồ công nghệ đề xuất áp dụng mô hình MBBR cho nhà máy bia Sabmiller. ....................................................................................................................... 91 xii
Danh Mu ̣c DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD5 Nhu cầu oxy sinh hoá 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand 5 days) COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand) DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen) F/M Tỉ số cơ chất/vi sinh (Food/Microorganism) HRT Thời gian lƣu nƣớc thuỷ lực (Hydraulic Retention Time) MBBR Xử lý sinh học với giá thể lơ lửng (Moving Bed Biofilm Reactor) MLSS Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng ( Mixed Liquor Suspended Solids) MLVSS Hàm lƣợng chất rắn bay hơi (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) OLR Tải lƣợng chất hữu cơ (Organic loading rate) QCVN Quy chuẩn Việt Nam SRT Thời gian lƣu bùn (Sludge retention time) TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid) SVI Thể tích lắng của bùn (Sludge volume index) TKN Tổng nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl nitrogen) TN Tổng nitơ (Total Nitrogen) TP Tổng Phốtpho (Total Phosphorus) VFA Acid béo bay hơi (Volatile Fat Acid) SVI Chỉ số thể tích bùn (Sludge Volumn Index) SALR Tải trọng bề mặt (Surface Area Loading Rate) SARR Tải trọng bề mặt xử lý (Surface Area Removal Rate) UASB Bể xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngƣợc (Up-ward flow Anaerobic Sludge Blanket) KCN Khu công nghiệp xiii
Chƣơng 1. Mở đầu CHƢƠNG 1 MƠ ĐẦU ̉ 1
Chƣơng 1. Mở đầu 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Bia đƣợc đƣợc con ngƣời biết đến từ rất lâu, nhiều chứng cứ cho thấy nó có từ hơn 5000 năm trƣớc Công nguyên. Ngành công nghiệp bia bắt đầu ở Việt Nam cách đây trên 100 năm. Hiện nay, nhu cầu sống của xã hội ngày càng tăng cao: nhu cầu giải trí, vui chơi, thƣởng thức những điều thú vị mới, ...và bia là một trong những đồ uống đƣợc ƣa chuộng nhiều nhất để sử dụng trong các hoạt động này do đó chỉ trong thời gian ngắn, ngành sản xuất bia đã có những bƣớc phát triển mạnh mẽ. Mức tiêu thụ bia bình quân theo đầu ngƣời vào năm 2011 dự kiến là 28 lít/ngƣời/năm. Bình quân lƣợng bia tăng 20% mỗi năm. Các nhà máy bia đƣợc đầu tƣ và xây dựng rất nhiều. Ngoài việc sản xuất bia, các nhà máy này cũng thải ra một lƣợng lớn nƣớc thải mang đặc trƣng của ngành. Nƣớc thải do sản xuất rƣợu bia thải ra thƣờng có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nƣớc thải thƣờng có màu xám đen và khi thải vào các thủy vực đón nhận thƣờng gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân hủy của các chất hữu cơ diễn ra rất nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất nhƣ CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3…Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nƣớc thải có khả năng đe dọa nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không đƣợc xử lý hợp lý. Khu vực phía Nam hiện nay đang có nhiều thƣơng hiệu bia nổi tiếng với quy mô sản xuất lớn nhƣ nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia Việt Nam, nhà máy bia Sabmiller, nhà máy bia Sapporo… Các nhà máy bia này đã đầu tƣ rất kỹ lƣỡng ngay từ đầu cho công tác xử lý nƣớc thải để giảm thiểu ô nhiễm khi xả thải ra nguồn tiếp nhận. Tuy nhiên, công suất của nhà máy có thể nâng lên trong một giai đoạn nhất định hoặc theo thời gian sẽ mở rộng quy mô sản xuất và điều cần thiết khi này là phải có biện pháp vận hành, cải tạo để hệ thống xử lý nƣớc thải có thể đáp ứng tốt yêu cầu vận hành mới. Công nghệ xử lý sinh học hiếu khí truyền thống dựa trên hoạt động của vi sinh vật lơ lửng (quá trình bùn hoạt tính) có hiệu quả đối với chất hữu cơ và dinh dƣỡng nhƣng vẫn còn một số vấn đề đi kèm nhƣ khả năng lắng của bùn, cần khối tích phản ứng và lắng lớn, tiêu tốn năng lƣợng dòng tuần hoàn...[12]. Trong khi đó quá trình màng sinh học với giá thể di động (MBBR) đã đƣợc phát triển ở Nauy từ thập niên 80. MBBR đạt đƣợc hiệu quả xử lý sinh học cao cơ bản dựa trên sự kết hợp lợi điểm của quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học. Từ những tính chung của các vấn đề nêu trên giúp tôi xác định tính cần thiết khi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia”. 2
Chƣơng 1. Mở đầu 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cƣ́u , đánh giá hiê ̣u quả x ử lý chất hữu cơ và dinh dƣỡng của mô hình MBBR hiếu khí bằng giá thể K3 và F10-4 ở các tải trọng 1.5 kg COD/m3ngày.đêm; 3 kg COD/m3ngày.đêm và 4.5 kg COD/m3ngày.đêm Đề xuất phƣơng án cải tạo Hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Sabmiller khi cần tăng công suất hoạt động. 1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn bao gồm Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải sản xuất bia hiện nay. Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến hiệu quả xử lý nƣớc thải sản xuất bia của phƣơng pháp MBBR. Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia bằng phƣơng pháp xử lý MBBR, gồm có:  Thiết lập mô hình xử lý và phƣơng pháp vận hành mô hình.  Sử dụng giá thể K3 cho mục đích nghiên cứu.  Sử dụng giá thể F10-4 cho mục đích nghiên cứu.  Vận hành mô hình thực nghiệm với tải trọng khác nhau.  Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của mô hình nghiên cứu theo các vị trí nghiên cứu nhất định.  Đánh giá khả năng ứng dụng của phƣơng pháp MBBR vào hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Sabmiller. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu Thực nghiệm đƣợc tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm (bench-scale experiments) đặt tại phòng thí nghiệm Nhà máy bia Sabmiller, KCN Mỹ Phƣớc II, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dƣơng.  Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm:  Mô hình hiếu khí với giá thể K3.  Mô hình hiếu khí với giá thể F10-4.  Đánh giá hiệu quả xử lý COD và chất dinh dƣỡng với HRT với tải trọng: 3
Chƣơng 1. Mở đầu  Mô hình hiếu khí: OLR lần lƣợt là 1.5 kg COD/m3.ngày, 3 kg COD/m3/ngày và 4.5 kg COD/m3.ngày Nƣớc thử nghiệm: nƣớc thải sản xuất bia đƣợc lấy từ bể cân bằng và sau bể UASB của Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sabmiller. Nghiên cứu đƣợc tiến hành trong khoảng thời gian từ 01/05/2012 – 15/12/2012. 1.4. ́ ́ PHƢƠNG PHAP NGHIÊN CƢU 1.4.1. Phƣơng pháp hồ i cƣu ́ Trong quá trình thực hiện đề tài, các thông tin, tài liệu, số liệu về đối tƣợng nghiên cứu trên tất cả các nguồn nhƣ: sách báo, giáo trình, tạp chí, internet… sẽ đƣợc thu thập và sƣu tầm. Những tài liệu, số liệu này sẽ đƣợc lựa chọn, phân tích, tổng hợp làm cơ sở cho việc định hƣớng và thực hiện nghiên cứu. 1.4.2. Phƣơng pháp thí nghiêm và phân tích ̣ Toàn bộ kỹ thuật lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trƣờng đƣợc tiến hành theo đúng các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế (theo Standard Methods). 1.4.3. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u mô hinh ̀ Khảo sát hiệu quả xử lý COD và chất dinh dƣỡng trên mô hình MBBR hiếu khí. 1.4.4. Phƣơng pháp xƣ̉ lý số liêu ̣ Sử dụng các phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để phân tích và tối ƣu hoá quá trình thí nghiệm. Đồng thời xử lý số liệu kết quả thí nghiệm bằng phần mềm Excel. 1.4.5. Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn Hiện nay, nghiên cứu về hệ thống MBBR để xử lý nƣớc thải của các ngành sản xuất đặc trung nhƣ nƣớc thải sản xuât bia chỉ ở bƣớc đầu và đang hạn chế về số lƣợng. Chính vì vậy việc lựa chọn hƣớng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp lý. Kết quả nghiên cứu là cơ sở ban đầu để ứng dụng cho một hệ thống MBBR mới hoặc cải tạo, nâng cấp hệ thống cũ. 4
Chƣơng 2. Tổng quan CHƢƠNG 2 ̉ TÔNG QUAN 5