Đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ mbbr (moving bed biofilm reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia

  • 130 trang
  • file .pdf
\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 đin
̀ h, 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 <400 mg/l, TN <60
mg/l, TP <13 mg/l thời gian lƣu nƣớc 8h, ở mức tải trọng 1.5, 3, 4.5 KgCOD/m3.ngày,
COD dòng vào <2200mg/l, TN <80 mg/l, TP <21 mg/l và thời gian lƣu nƣớc tƣơng
ứng là 32, 16, 10h. Kết quả cho thấy ở mức tải trọng 1 và 1.5 KgCOD/m3.ngày, cả hai
loại giá thể đều thể hiện ƣu điểm tốt, dòng ra COD <43 mg/l, TN <14 mg/l, TP <4
mg/l đáp ứng đƣợc QCVN 24:2009/BTNMT, loại A. Ở các mức tải trọng cao hơn, TN
<14 mg/l đạt loại A theo tiêu chuẩn trên, Tp <5mg/l đạt loại B theo thiêu chuẩn trên,
COD đạt hiệu quả xử lý trung bình đến 92%.
v
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 BẢNG .....................................................................................................IX
DANH MỤC HÌNH........................................................................................................ X
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ XIII
CHƢƠNG 1 ..................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................. 2
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CƢ́U ............................................................................ 3
1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CƢ́U ................................................. 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 CƢ́U.................................................................... 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 hin
̀ h ............................................................... 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
TỔNG QUAN .................................................................................................................. 5
2.1. TỔNG QUAN VỀ NƢỚC 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. TỔNG 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
PHẦN 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
MỞ 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 PHÁP NGHIÊN CƢ́U
1.4.1. Phƣơng pháp hồ i cƣ́u
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 hin
̀ h
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 liêụ
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
TỔNG QUAN
5