Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế phẩm xử lý nước thải nhà máy rượu Đồng Xuân, tỉnh Phú Thọ

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

59
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Nghiên cứu chế phẩm xử lý nước thải nhà máy rượu Đồng Xuân, Tỉnh Phú Thọ” được thực hiện nhằm góp phần hỗ trợ vào việc xử lý nước thải cho nhà máy rượu, tạo ra nguồn nước thải sạch có thể tái sử dụng cho con người.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế phẩm xử lý nước thải nhà máy rượu Đồng Xuân, tỉnh Phú Thọ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- LÊ THỊ BÍCH HẰNG NGHIÊN CỨU CHẾ PHẨM XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY RƯỢU ĐỒNG XUÂN, TỈNH PHÚ THỌ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2010 1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------- LÊ THỊ BÍCH HẰNG NGHIÊN CỨU CHẾ PHẨM XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY RƯỢU ĐỒNG XUÂN, TỈNH PHÚ THỌ Chuyên ngành : Vi sinh vật học Mã số : 60 42 40 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. BÙI THỊ VIỆT HÀ Hà Nội - 2010 2
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Bùi Thị Việt Hà đã tận tình giúp đỡ, dìu dắt và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Vi sinh vật học, khoa Sinh học – Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo cho tôi suốt thời gian qua. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã giúp đỡ tôi và động viên tôi rất nhiều. Với lòng biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu nói trên. Hà Nội, tháng 12 năm 2010 Học viên Lê Thị Bích Hằng 3
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 Chương I TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................... 11 1.1- KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI NƯỚC THẢI ................................... 3 1.1.1- Khái niệm: .................................................................................... 3 1.1.2 Phân loại nước thải: .................................................................... 11 1.1.3 Các hiện tượng ô nhiễm nước .................................................... 12 1.1.3.3- Ô nhiễm về mặt sinh học ....................................................... 15 1.1.4. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhiễm bẩn của nước thải .................. 15 1.2. Đặc tính của nước thải nhà máy rượu Đồng Xuân - Phú Thọ ....... 16 1.3. Các biện pháp xử lý nước thải ......................................................... 17 1.3.1. Phương pháp cơ học .................................................................. 17 1.3.2. Phương pháp hóa học ................................................................ 18 1.3.3. Phương pháp hóa lý ................................................................... 18 1.3.4. Phương pháp xử lý sinh học: ..................................................... 19 1.3.4.1 Phương pháp xử lý hiếu khí .................................................... 20 1.3.4.2. Phương pháp thiếu khí (anoxic) ............................................. 22 1.3.4.3. Quá trình khị khí (anaerobic) ................................................. 23 1.4. CHẾ PHẨM SINH HỌC ................................................................. 28 1.4.1 Các vi sinh vật quan trọng trong xử lý nước thải ..................... 28 1.4.2 Các chất hữu cơ và các enzym vi sinh vật phân giải chúng ...... 29 1.4.2.1 Tinh bột và enzym amylaza .................................................... 30 1.4.2.2. Xenluloza và enzym xenlulaza ............................................... 31 1.5. Tình hình nghiên cứu chế phẩm sinh học trong nước và ngoài nước ......................................................................................................... 32 4
1.5.1.Trong nước .................................................................................. 32 1.5.2 Ngoài nước: ................................................................................. 34 CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP............................... 35 2.1. NGUYÊN LIỆU ............................................................................... 35 2.1.1. Vi sinh vật................................................................................... 35 2.1.2. Hoá chất...................................................................................... 35 2.1.3. Thiết bị, dụng cụ ........................................................................ 35 2.1.4. Môi trường (xem phụ lục) ......................................................... 35 2.2. PHƯƠNG PHÁP .............................................................................. 35 2.2.1. Phương pháp phân lập và tuyển chọn vi sinh vật .................... 35 2.2.1.1. Phân lập vi sinh vật ................................................................. 35 2.2.1.2. Tuyển chọn các chủng vi sinh vật ........................................... 36 2.2.2. Phương pháp xác định hoạt tính enzym và hoạt tính kháng sinh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.2.3. Xác định sinh khối bằng phương pháp đo mật độ quang học – OD (optical density) ............................................................................. 37 2.2.4. Phương pháp đếm số lượng tế bào ............................................ 37 2.2.5. Phương pháp xác định vi khuẩn G(+) hay G(-)........................ 37 2.2.7. Phương pháp xác định ảnh hưởng của các điều kiện nuôi cấy đến khả năng tổng hợp enzym và kháng sinh .................................... 38 2.2.8. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến hoạt tính enzym ................. 38 2.2.9. Xác định tính đối kháng ............................................................ 39 2.2.10. Phương pháp tạo chế phẩm ..................................................... 39 2.2.11. Phương pháp xác định một số đặc điểm sinh học của vi khuẩn ... 39 2.2.12. Phân loại theo sinh học phân tử .............................................. 40 2.2.13. Xác định nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) (ISO 8245:1987(E)) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5
ml mẫu ........................................................................................................ 43 2.2.14.Xác định nhu cầu oxy hóa sinh hóa (BOD5) [60]. ................... 44 2.2.15. Xác định oxy hóa hòa tan (DO) (ISO 8245: 1987) .................. 44 2.2.16. Xác định chất rắn tổng số (TS) (ISO 8245:1987).................... 44 2.2.17. Xác định chất rắn huyền phù: ................................................. 45 2.2.19. Xác định pH ............................................................................. 45 2.2.20. Xác định các vi sinh vật sống trong nước thải ........................ 45 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................. 47 3.1. VI KHUẨN PHÂN GIẢI HỢP CHẤT HỮU CƠ ........................... 47 3.1.1. Tuyển chọn các chủng vi khuẩn có khả năng sinh enzym cao. 47 3.1.2. Phân loại các chủng vi khuẩn được lựa chọn ........................... 48 3.1.2.1. Phân loại theo phương pháp truyền thống ........................... 48 3.1.3. Lựa chọn các điều kiện nuôi cấy thích hợp cho sinh tổng hợp enzym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.1.3.1. Lựa chọn môi trường nuôi cấy thích hợp ............................... 53 3.1.3.2. Lựa chọn pH nuôi cấy thích hợp ............................................ 56 3.1.3.3. Lựa chọn nhiệt độ nuôi cấy thích hợp .................................... 57 3.1.3.4. Lựa chọn thời gian nuôi cấy thích hợp................................... 58 3.1.3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền của enzym ..................... 59 3.1.3.6. Ảnh hưởng của pH đến độ bền enzym .................................... 60 3.1.3.7. Ảnh hưởng của thời gian đến độ bền enzym .......................... 62 3.1.3.8. Khả năng sinh kháng sinh của ba chủng ............................... 63 3.2. BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM ............................ 64 3.2.1. Tính đối kháng của các chủng ................................................... 64 3.2.2. Quy trình lên men dịch:............................................................. 64 3.2.2.1. Tỷ lệ giống thích hợp đối với lên men dịch ............................. 64 3.2.2.2.Hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy ..................................... 65 6
3.2.2.3. Tỷ lệ chế phẩm ........................................................................ 66 3.2.2.4. Thử nghiệm xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí quy mô 100 lít.................................................................................................. 68 3.3. Quy trình lên men xốp: .................................................................... 70 3.3.1. Lựa chọn chất mang cho lên men xốp ...................................... 71 3.3.2 Tỷ lệ thích hợp đối với lên men xốp ........................................... 72 3.3.3. Thời gian ủ thích hợp đối với lên men xốp ............................... 73 3.3.4. Thử nghiệm xử lý nước thải với chế phẩm lên men xốp trong phòng thí nghiệm ................................................................................. 73 KẾT LUẬN ................................................................................................. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 7
CÁC CHỮ VIẾT TẮT (Abbreviations) _________________________________ CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT Fivedays Biochemical Nhu cầu oxy sinh học trong 5 BOD5 Oxygen Demend ngày nuôi cấy Ndays Biochemical Oxygen Nhu cầu oxy sinh học trong n BODn Demand ngày nuôi cấy COD Chemical oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan TS Total Solid Tổng lượng chất rắn DS Dissolved Solid Chất rắn hòa tan SS Suspended Solid Các chất rắn huyền phù NA Nutrient agar Thạch dinh dưỡng 8
MỞ ĐẦU Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trên trái đất. Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tự nhiên và trong cuộc sống con người. Từ 3000 năm trước công nguyên người Ai Cập đã biết dùng hệ thống tưới nước để trồng trọt và ngày nay con người đã khám phá nhiều khả năng của nước đảm bảo sự phát triển của xã hội trong tương lai, nước rất quan trọng trong nông nghiệp, công nghiệp, trong sinh hoạt thể thao giải trí và cho tất cả các hoạt động khác của con người. Vậy mà ngày nay nguồn nước trên hành tinh chúng ta đang bị đe dọa. Các hoạt động công nghiệp từng ngày từng giờ thải vào các dòng sông hàng ngàn tấn chất bẩn và độc hại. Các hoạt động của con người cũng tạo nên sự ô nhiễm nghiêm trọng. Con người dùng nguồn nước để sống nhưng cũng thải vào nguồn nước những sản phẩm độc hại đầu độc lại chính mình. Nước ta thực hiện sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, theo đó nhiều khu công nghiệp, chế xuất với hàng nghìn nhà máy, doanh nghiệp ra đời, song do công tác xây dựng hạ tầng kỹ thuật thiếu đồng bộ, trong đó khá nhiều nơi ít quan tâm đến việc xử lý chất thải, cho nên hàng nghìn tấn chất thải rắn, lỏng… hàng năm cứ thể đổ vào các ao hồ sông suối gây ô nhiễm trầm trọng tới nguồn nước, đây là mầm mống gây ra các bênh tật, kể cả những bệnh hiểm nghèo như ung thư dạ dày, gan, ruột,v.v… 1m3 nước thải có thể làm nhiễm bẩn 10m3 nước sạch dó đó nguồn nước ngày càng cạn kiệt và thiếu hụt nghiêm trọng. Điều đó khiến cho việc cung cấp nước cho con người trở thành vấn đề hết sức khó khăn. Chính vì vậy, xử lý nước thải để có thể quay vòng cho nước trở lại đang là một vấn đề được chú trọng nghiên cứu mang lại cuộc sống tốt cho con người. Trong một quy trình công nghệ xử lý nước thải bao gồm nhiều công trình và thiết bị nối tiếp theo đặc tính kỹ thuật có thể chia làm ba loại: Cơ học, hóa học và sinh học, trong đó xử lý sinh học là quy trình xử lý nước thải lợi dụng sự hoạt động, sống và sinh trưởng của vi sinh vật để đồng hóa các chất hữu cơ trong chất thải, biến các chất hữu cơ thành khí và vỏ tế bào của vi sinh vật để loại khỏi nước. 9
Trên Thế giới, vấn đề nghiên cứu bảo vệ môi trường đã được chú ý từ lâu, nhiều nước đã đưa ra được công nghệ và thiết bị tiến tiến, đã hướng đến một nền sản suất nước sạch, nghiên cứu và đã tạo ra những chế phẩm sinh học làm sạch môi trường nước bị ô nhiễm như chế phẩm EM của Nhật hoặc GEM… Nghiên cứu và phát triển chế phẩm sinh học tại Việt Nam chỉ thực sự phát triển từ năm 1995, các trung tâm nghiên cứu ngày càng chú trọng trong việc phát triển và phát minh các loại chế phẩm mới phục vụ cho hoạt động sản xuất kinh tế và bảo vệ môi trường… Nhà máy Cồn, Rượu Sài Gòn- Đồng Xuân tại Thanh Ba- Phú Thọ được thành lập 15/9/1965, chuyên sản xuất cồn thực phẩm công xuất 1,5 triệu lít cồn, 3 triệu lít rượu phục vụ cho đời sống dân sinh và xuất khẩu. Do đó hàng năm nhà máy thải ra hàng nghìn m3 nước thải. Bản chất của nước thải sản suất rượu có nhiều chất hữu cơ và các yếu tố vi lượng, đồng thời không có những độc tố, rất thích hợp cho vi sinh vật sống và phát triển, đây chính là cơ sở cho việc xử lý nước thải công nghiệp sản suất rượu bằng phương pháp sinh học. Mặc dù nhà máy đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải nhưng chưa triệt để, hệ thống xử lý nước thải của nhà máy cũng được xây dựng bao gồm quy trình xử lý sinh học nhưng còn đơn giản, lượng nước thải ra sau khi xử lý vẫn chưa đạt được mức tiêu chuẩn cho phép. Để góp phần hỗ trợ vào việc xử lý nước thải cho nhà máy rượu, tạo ra nguồn nước thải sạch có thể tái sử dụng cho con người chúng tôi đã tiến hành đề tài “ Nghiên cứu chế phẩm xử lý nước thải nhà máy rượu Đồng Xuân, Tỉnh Phú Thọ ” 10
Chương I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1- KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI NƯỚC THẢI 1.1.1- Khái niệm: Nước thải là nước được tạo ra trong quá trình sử dụng hoặc được tạo ra trong quá trình công nghệ và không còn giá trị trực tiếp đối với quá trình công nghệ đó nữa [13]. 1.1.2 Phân loại nước thải: Có một số cách phân loại nước thải đó là: - Phân loại theo nguồn chất thải - Phân loại theo tác nhân ô nhiễm (ô nhiễm vật lý, ô nhiễm hóa học, ô nhiễm vi sinh vật, ô nhiễm nhiệt và ô nhiễm phóng xạ). Tùy theo nguồn thải ra mà người ta phân loại nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp hay nước thải nông nghiệp [20]. Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước thải của một cộng đồng dân cư, được thải ra từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học cơ quan, có chứa đựng các chất thải trong quá trình sống của con người [16] Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (hydratcacbon, protein, lipit), có nguồn gốc từ động thực vật, là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật…Nước thải bao gồm 99,9% nước và 0,1% chất rắn trong đó khoảng 58% là chất hữu cơ, 42% là chất vô cơ và một lượng lớn các vi sinh vật. Các chất vô cơ phân bố ở dạng tiềm tan nhiều hơn so với các chất hữu cơ. Các chất hữu cơ phân bố ở dạng keo và không tan [36]. Nước thải công nghiệp Nước thải công nghiệp được thải ra từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải… Đặc điểm của nước thải công 11
nghiệp là có chứa các chất độc hại, các kim loại nặng, các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (phenol, chất hoạt động bề mặt…), các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học từ các cơ sở sản xuất công nghiệp thực phẩm… Mỗi loại nước thải từ các quy trình sản xuất công nghiệp khác nhau thì có tính chất khác nhau [40]. Tính chất đặc trưng của nước thải một số ngành công nghiệp như sau: Bảng 1.1: Tính chất đặc trưng của một số ngành công nghiệp Dệt sợi tổng Sản suất thịt Các chỉ tiêu (mg/l) Chế biến sữa hợp hộp BOD5 1000 1500 1400 COD 1900 3300 2100 Tổng chất rắn 1600 8000 3300 Chất rắn lơ lửng 300 2000 1000 Nitơ 50 30 150 Phốtpho 12 - 16 Dầu mỡ - - 500 Clorua - - - Phenol - - - - Nước thải nông nghiệp: Được thải ra từ các quá trình sản suất nông nghiệp, nguồn gây ô nhiễm thường là các chất thải động vật. Đặc tính ô nhiễm chất thải động vật chứa hàm lượng cao chất hữu cơ dễ phân hủy nitrat, và nhiều loại vi sinh vật gây bệnh. Ngoài ra nước thoát từ đồng ruộng có thể cuốn theo thuốc trừ sâu, phân bón vô cơ và hữu cơ. Nước thải nông nghiệp cũng được coi là nguồn chính gây ô nhiễm cho sông, hồ [40]. 1.1.3 Các hiện tượng ô nhiễm nước Hiện tượng ô nhiễm nước thể hiện ở mặt vật lý hóa học và sinh học [36] 12
1.1.3.1- Ô nhiễm vật lý: Hiện tượng ô nhiễm về mặt vật lý thể hiện ở màu sắc, độ đục của nước, và hiện tượng nhiễm nhiệt. - Ô nhiễm màu thường do các chất hữu cơ màu gây nên, tuy nhiên cũng có một số chất vô cơ có màu đậm, đặc biệt là những hợp chất chứa sắt và crom. - Độ đục nước: Các chất gây đục cho nước bao gồm cả chất vô cơ và hữu cơ. Các chất hữu cơ trong nước được dùng làm thức ăn cho vi sinh vật. Sự phát triển của vi sinh vật lại gây thêm độ đục cho nước.Những chất dinh dưỡng vô cơ (như nitơ và phốtpho) có mặt trong nước thải từ vùng sản suất nông nghiệp sẽ làm thúc đẩy sự phát triển của tảo vì vậy làm cho độ đục của nước tăng lên. - Ô nhiễm nhiệt độ: nước thải ra từ các nhà máy nhiệt điện, nước làm sạch các máy móc, nước sản xuất thường có nhiệt độ cao làm cho nhiệt độ ở các thủy vực tăng lên (nước thải của các quá trình làm lạnh thường có nhiệt độ cao hơn 10-150C so với nhiệt độ nước đưa vào làm nguội). Ô nhiễm nhiệt độ làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước gây ra tình trạnh kỵ khí. Tình trạng kỵ khí do nhiệt độ tăng tạo điều kiện cho sản sinh các sản phẩm phân hủy độc hại và do vậy hiện tượng ô nhiễm ngày càng trở nên trầm trọng hơn. Bảng 1.2: Các đặc tính vật lý, hóa học, sinh học của nước thải và các nguồn thải Đặc tính Nguồn thải Màu Nước thải sinh hoạt, công nghiệp, do sự thối giữa tự nhiên của các hợp chất hữu cơ. Vật lý Mùi Do sự phân rã của các hợp chất hữu cơ trong nước thải Từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp hay do sự sói mòn đất. Chất rắn 13
Hữu cơ Từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp,các khu Hydratcacbon thươngmại Chất béo Từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp, các khu Hóa Thuốc trừ sâu thương mại học Các hợp chất Nước thải công nghiệp Phenol Nước thải công nghiệp Protein Từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp, các khu thương mại Dầu mỏ Nước thải công nghiệp Các hợp chất hữu cơ bay hơi Từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp, các khu thương mại Các chất khác Do sự thối giữa tự nhiên của các chất hữu cơ. Vô cơ Từ nước thải sinh hoạt Các chất có tính k i ềm Từ nước thải sinh hoạt Các hợp chất clo Nước thải công nghiệp Kim loại nặng Từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp, các khu thương mại Phốtpho Từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp, các khu Lưu huỳnh thương mại Khí CH4 Nước thải sinh hoạt đang phân hủy H2S Nước thải sinh hoạt đang phân hủy Các Động vật Từ các sông suối tự nhiên và các nhà máy xử lý thành Thực vật Từ các sông suối tự nhiên và các nhà máy xử lý phần Vi khuẩn Nước thải sinh hoạt sinh Vi rút Nước thải sinh hoạt học 14
- Ô nhiễm do các hợp chất vô cơ ví dụ như kim loại nặng như As, Cd, Cr, Cu, Pb, Mn, Hg, Zn… - Ô nhiễm các hợp chất hữu cơ về khả năng phân hủy sinh học có thể chia làm hai loại như sau: chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học(hydratcacbon, protein, chất béo…) và chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (hydrocacbon vòng thơm, các chất đa vòng ngưng tụ…). Trong thành phần hữu cơ từ nước thải sinh hoạt có khoảng 40-60% protein, 25-50% hydrocacbon, 10% chất béo. Trong số các chất thải hữu cơ thì đặc biệt nguy hiểm là các thuốc trừ sâu còn dư thừa và tích đọng trong đất nước gây tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe của cộng đồng [32]. Hiện tượng ô nhiễm hóa học còn thể hiện ở các đặc tính về mùi và vị của nước. Nước thải công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ hóa học như muối sắt, mangan, clo tự do, hydrosunfua, các phenol và những hydrocacbon không no …làm cho nước có vị không tốt. Mùi của nước thường được gây ra do những chất có mùi mạnh như amoniac, các phenol, các sunfua, xyanua…Ngoài ra sự có mặt của nhiều loại rong tảo và những động, thực vật khác đang bị thối giữa làm cho nước có mùi hôi thối rất khó chịu [33]. 1.1.3.3- Ô nhiễm về mặt sinh học Tác nhân gây ô nhiễm sinh học thường là các vi khuẩn gây bệnh, một số loại nấm, tảo,virut, động vật nguyên sinh, các loại giun ký sinh và bất cứ loại động vật nào do một nguyên nhân nhất định mà sinh sôi trong nước hoặc có tính chất gây hại [16]. 1.1.4. Các chỉ tiêu đánh giá độ nhiễm bẩn của nước thải Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá độ nhiễm bẩn của nước thải là nồng độ hợp chất chứa trong nước được đặc trưng bởi: Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand – BOD), nhu cầu oxy hóa hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD) Chất rắn tổng số (Total Solids – TS) và chất huyền phù (Suspendend Solids–SS)… [18,19,24,33] - Nhu cầu oxy hóa (BOD – Biochemical Oxygen Demand) 15
Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy sử dụng để oxy hóa sinh hóa hiếu khí các hợp chất hữu cơ trong thời gian nhất định để đảm bảo cho quá trình oxy hóa diễn ra. Để oxy hóa hòa tan hoàn toàn 21-28 ngày. Nói chung người ta xác định tiêu chuẩn nuôi cấy ở 200C trong năm ngày. Thường BOD5/ BODn = 58% Oxy hóa sinh học thể hiện qua phản ứng sau đây: Chất hữu cơ + O2 VSV CO2 + H2O + NH3 + sinh khối (tế bào mới) BOD được dùng để đánh dấu độ nhiễm bẩn của nước thải, BOD càng lớn thì độ nhiễm bẩn càng lớn. Đơn vị tính BOD thường sử dụng là mg/l. Trong hệ thống xử lý người ta thường sử dụng đơn vị Kg/m3 - Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD- Chemical Oxy gen Demand): Là lượng oxy sử dụng để oxy hóa hóa học các chất hữu cơ thành CO2 và H2O. Hợp chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ → CO2 + H2O + Cr3+ Nhu cầu oxy hóa càng lớn thì mức độ ô nhiễm của nước thải càng cao. Đây là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải và người ta cũng sử dụng chỉ tiêu BOD, COD làm những chỉ tiêu cơ bản trong việc quy định tiêu chuẩn và phân loại nước thải. - Chất rắn tổng số (TS –Total solid): Chất rắn tổng số là toàn bộ chất rắn ở dạng hòa tan và lơ lửng có trong nước thải. TS được tính bằng khối lượng chất khô còn lại khi bốc hơi hết nước trong nước thải (sấy 1030C - 1050C đến trọng lượng không đổi). Đơn vị tính: mg/l - Chất rắn huyền phù (SS- suspended solid): Chất rắn huyền phù là lượng chất rắn lơ lửng có trong nước thải được giữa trên giấy lọc và được sấy ở nhiệt độ 1030C - 1050C đến khối lượng không đổi. Đơn vị tính: mg/l. - Chất rắn hòa tan (DS – Disolved Solids): DS = TS – SS 1.2. Đặc tính của nước thải nhà máy rượu Đồng Xuân - Phú Thọ Nước thải công nghiệp sản xuất rượu gồm: - Nước làm mát máy, nước trao đổi nhiệt nồi hơi... lưu lượng nước lớn nhưng ít ô nhiễm. 16
- Nước rửa thiết bị dịch hóa, đường hóa tinh bột, thiết bị nấu rượu, nước làm lạnh, nước rửa thiết bị lọc, rửa bã...chứa nhiều tinh bột. - Nước rửa thiết bị lọc rượu thành phẩm và rửa tec lên men có nhiều xác nấm men. - Nước vệ sinh nhà xưởng chứa nhiều bã malt. Do nguyên liệu chính nhà máy dùng để nấu rượu là sắn có thành phần chủ yếu là tinh bột và xenluloza nên bã malt cũng gồm chủ yếu là tinh bột và xenluloza còn lại sau khi nấu rượu. Nói chung nước thải nhà máy rượu không chứa các độc tố và dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật. - Nhà máy đã xây dựng hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp sinh học, hệ thống xử lý cũng bao gồm có bể khị khí và bể hiếu khí, tuy nhiên nước thải ra sau quá trình xử lý vẫn chưa đạt chỉ tiêu cho phép, nước có mùi rất hôi, và màu nâu đậm. Vì đây là nước mà nhà máy cho là đã xử lý nên sau đó được thải ra các cống rãnh xung quanh, đặc biệt ở gần khu vực đó có rất nhiều nhân cư sinh sống gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của người dân. 1.3. Các biện pháp xử lý nước thải Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải khác nhau nhưng có thể chia thành 3 phương pháp chính: - Phương pháp cơ học - Phương pháp hóa học và lý học - Phương pháp sinh học Việc lựa chọn phương pháp nào là tùy thuộc vào đặc tính của từng loại nước thải và mức độ cần làm sạch. 1.3.1. Phương pháp cơ học Phương pháp này thường dùng để xử lý sơ bộ, ít khi là quá trình kết thúc của quá trình xử lý công nghiệp. Phương pháp này dùng để loại bỏ tạp 17
chất không tan hay tạp chất cơ học trong nước thải. Các tạp chất này có thể là vô cơ hay hữu cơ [5]. Các phương pháp thường dùng là: Lọc qua lưới, lắng, xyclon thủy lực, lọc cát, ly tâm. 1.3.2. Phương pháp hóa học Cơ sở của phản ứng hóa học là các phản ứng hóa học của các chất bẩn có trong nước thải và hóa chất cho thêm vào. Những phản ứng diễn ra thường là phản ứng oxy hóa, trung hòa, keo tụ và nhiều hiện tượng vật lý khác [5]. Các phương pháp ozon hóa có khả năng đạt được hiệu suất cao do ozon là chất oxy hóa mạnh, dễ dàng nhường đi oxy nguyên tử. Thực chất của phương pháp hóa học là nhờ các phản ứng oxy hóa khử mà các chất bẩn chất độc hại trong nước được chuyển thành các chất không độc hại, một phần ở dạng cặn, một phần ở dạng khí. Vì vậy để khử các chất độc hại trong nước thải thường dùng nhiều phương pháp nối tiếp: oxy hóa khử - lắng cặn- hấp phụ. 1.3.3. Phương pháp hóa lý Cơ sở của phương pháp này trong xử lý nước thải là dựa trên quá trình keo tụ, hấp phụ, trích ly, tuyển nổi, trao đổi ion, tinh thể hóa, màng bán thấm… [6] - Keo tụ: Là làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ để liên kết chất bẩn dạng lơ lửng và kết chúng thành các bông có khích thước lớn hơn, các bông này khi lắng xuống sẽ khéo theo các chất không tan trong nước xuống theo. - Hấp phụ: Là tách các chất bẩn và khí hòa tan khỏi nước thải bằng cách tập trung các chất đó trên bền mặt chất mang. - Trích ly: Là tách các chất bẩn hòa tan khỏi nước thải bằng dung môi, dung môi này không tan trong nước và độ hòa tan của chất bẩn trong dung môi phải cao hơn trong nước. - Chưng bay hơi: Chưng cất nước thải để các chất độc hòa tan trong đó phải bay hơi theo hơi nước 18
- Tuyển nổi: Dùng các tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo các chất bẩn lên mặt nước, sau đó loại tác nhân tuyển nổi và chất bẩn khỏi nước. Khi tuyển nổi thường dùng các hạt khí nhỏ, phân tán và bão hòa trong nước thải. Các hạt chất bẩn có bám bọt khí nhẹ dần sẽ nổi lên. - Thẩm tích dializ (màng bán thấm): Dùng màng xốp, bán thấm không cho các hạt keo đi qua để tách ta khỏi nước thải. 1.3.4. Phương pháp xử lý sinh học: Cở sở của phương pháp là dựa vào khả năng hoạt động sống của vi sinh vật. Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như C, P, N… Trong quá trình trao đổi chất, vi sinh vật phân hủy và sử dụng các hợp chất hữu cơ để sinh năng lượng phục vụ cho hoạt động sống và xây dựng tế bào mới làm tăng sinh khối [5]. Các vi sinh vật quan trọng trong xử lý nước thải sinh học bao gồm nhiều loại vi sinh vật khác nhau như vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, nguyên sinh động vật protozoa, các thể kí sinh và cộng sinh tảo…Trong đó vai trò chủ yếu là vi khuẩn [26]. Theo Wright và Hobbie (1966), các vi khuẩn nước có thể sử dụng axetat và glucoza ở nồng độ 1-10μg/l. Do đó chúng vượt hẳn các loài khác khi xử lý nước thải [26]. Tùy thuộc vào độ nhiễm bẩn của nước mà các loài vi khuẩn có mặt trong nước thải có mặt số lượng nhiều ít khác nhau. Bên cạnh đó, trong nước thải còn có nhiều loại nấm. Nấm là cơ thể dị dưỡng cacbon hoàn toàn và do vật phụ thuộc vào sự có mặt chât hữu cơ. Chúng có khả năng phân giải protein, đường, tinh bột, mỡ và còn có thể phân giải cả peptin, hemixenluloza, lignin và kitin [31]. Phần lớn quá trình sinh học bao gồm của phức hợp những quần thể sinh học tương tác với nhau. Khi thiết kế hoặc phân tích một quá trình xử lý sinh học, cần quan tâm đến cả một hệ sinh thái vi sinh vật phát triển trong nước thải [26]. Quá trình xử lý sinh học trong nước thải là quá trình gồm 3 giai đoạn [ 13,19,15]. 19
- Giai đoạn 1: Khuếch tán nhằm di chuyển và tiếp xúc chất hữu cơ lên bề mặt vi sinh vật. Hiệu quả của công đoạn này phụ thuộc vào các quy luật khuếch tán và trạng thái thủy động của môi trường. - Giai đoạn 2: Di chuyển các chất hữu cơ qua màng bàn thấm của tế bào bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào. - Giai đoạn 3: Chuyển hóa các chất trong tế bào tạo ra năng lượng cho quá trình sinh sản và phát triển của tế bào.Giai đoạn này đóng vai trò quan trọng nhất quyết định mức độ và hiệu quả xử lý nước thải. Nói chung thành phần và hàm lượng chất hữu cơ có ảnh hưởng rất mạnh đến quần thể vi sinh vật và hệ enzym được nó tổng hợp nên [31]. Có 3 nhóm phương pháp xử lý nước thải sinh học: - Phương pháp kị khí (anerobic) - Phương pháp hiếu khí (aerobic) - Phương pháp thiếu oxy (anoxic) 1.3.4.1 Phương pháp xử lý hiếu khí Phương pháp hiếu khí dùng để loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bị vi sinh vật phân hủy ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các vi sinh vật hiếu khí oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước [2]. VSV Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + Năng lượng VSV Chất hữu cơ + O2 +W Tế bào mới. Tế bào mới + O2 → CO2 + H2O + NH3 Tổng cộng: Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + NH3 Trong phương pháp hiếu khí, NH3 cũng được chuyển hóa bằng oxy hóa khử vi sinh vật tự dưỡng (quá trình nitơrat hóa). 2NH4++ 3 O2 Nitrosomonas 2NO2- + 4H+ + 2 H2O 2NO2- + 3 O Nitrobacter 2NO - 3 itrobacter Tổng cộng: NH4+ +2 O2 VSV NO3- + H+ + H2O + Năng lượng Điều kiện cần thiết cho quá trình PH= 5,5 – 9,0, oxy hòa tan 0,5 mg/l 20