Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Đề Tài XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Lê Thu Hà Nhóm thực hiện : Nguyễn Đức Hùng Lê Xuân Bách Trần Phương Nguyễn Trung Kiên.A Lớp : K2CNSH2 Hà nội 4 – 2011NỘI DUNG BÁO CÁO PHẦN I : ĐẶT VẤN ĐỀ PHẦN II: TỔNG QUAN ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN NƯỚC THẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG 2.2 HIỆN TRẠNG 2.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA CHỦNG VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG XỬ LÝ 2.4 TÌNH HÌNH TRONG NƯỚC VÀ THẾ GIỚI VỀ VẤN ĐỀ 2.4.1 TRÊN THẾ GIỚI 2.4.2 TẠI VIỆT NAM PHẦN III: ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ 3.1 QUY TRÌNH 3.2 THUYẾT MINH QUÁ TRÌNH XỬ LÝ 3.3.1 ƯU ĐiỂM 3.3.2.NHƯỢC ĐiỂM PHẦN IV : KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Phần I : Đặt vấn đề Các hoạt động kinh tế, phát triển của xã hội đang là nguyên nhân chính gây ra sự biến đổi môi trường và khí hậu trên toàn thế giới. Những hoạt động đó, một mặt sẽ làm cải thiện đời sống của con người, nhưng mặt khác lại làm cạn kiệt, khan hiếm nguồn tài nguyên thiên nhiên, gây ô nhiễm và suy thoái môi trường trên thế giới Hệ thống thoát nước hiện tại không đủ năng lực để đáp ứng nhu cầu thoát nước thải và nước mưa ở các khu đô thị, trung tâm công nghiệp và các khu vực nông thôn. Các thuỷ vực ao hồ, sông suối và kênh rạch cũng ngày càng ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và chất thải công nghiệp. Nhiều chất ô nhiễm công nghiệp đã ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người. Việt Nam có tới 110 khu công nghiệp đang hoạt động, nhưng chỉ gần 1/3 trong số đó có hệ thống phù hợp để xử lý nước thải và các chất thải độc hại khác. Ngành sản xuất đường mía cũng nằm trong tình trạng đó, với một lượng lớn nước dùng để sản xuất và vệ sinh đã thải ra ngoài môi trường một lượng lớn nước thải, cùng với một lượng lớn khí thải và chất thải rắn. Vấn đề nước thải đang trở nên nhức nhối hơn bao giờ hết.Ở nước ta vấn đề bảo vệ môi trường là vấn đề chiến lược có tầm quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội. Trước tình hình đó, loài người đang tìm mọi giải pháp để bảo vệ môi trường. Công nghệ xử lý nước thải ngày càng đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học và các biện pháp sinh học đã chứng minh hiệu quả triệt để, hơn hẳn những biện pháp xử lý hóa lý khác. Hiện nay nhiều mô hình xử lý nước thải trong nhà nhà máy sản xuất đường đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới cũng như trong nước, cụ thể là hệ thống xử lý bằng bể bùn hoạt tính; hệ thống xử lý kỵ khí kiểu UASB, kiểu tầng sôi; các kiểu dạng khác nhau của lọc sinh học kỵ khí và hiếu khí; hệ thống xử lý kết hợp kỵ khí/hiếu khí; hệ thống kết hợp xử lý bằng bùn hoạt tính với thực vật thuỷ sinh... Tuy nhiên, với mục đích nghiên cứu đề xuất mô hình xử lý nước thải sản xuất đường theo tiêu chí mô hình đơn giản, dễ vận hành, chi phí ít năng lượng, chúng tôi xin đưa ra mô hình kết hợp quá trình kỵ khí và hiếu khí, trong đó, giai đoạn xử lý kỵ khí thực bằng thiết bị kiểu UASB còn bước xử lý hiếu khí bằng lọc nhỏ giọt có ống thông gió. ( ( Phần II : Tổng Quan 2.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN NƯỚC THẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG Công nghệ sản xuất đường là sử dụng lượng nước lớn cho nhiều mục đích khác nhau như ép, lắng trong, cô đặc và nấu đường, quá trình kết tinh chế biến đường và cho nồi hơi. Lượng nước cần cho chế biến một tấn mía biến động từ 20-21m3. Khoảng 80% lượng nước cấp trở thành nước thải .Đường có trong nước thải chủ yếu là đương sucroza và các loại đường khử như: glucose và fructose. Các loại đường này dễ thủy phân trong nước có khả năng gây hưởng đến vi sinh vật trong nước. Các loại đường này dễ thủy phân trong nước có khả năng gây hưởng đến vi sinh vật trong nước. Theo điều tra cho tháy nước thải sản xuất đường có pH biến động lớn (nước thải khâu lọc có pH = 9,5), hàm lượng BOD5 và COD rất cao (BOD5 : 300-2000mg/l; COD : 600- 4350mg/l), hàm lượng cặn tổng số lên đến 870 -3.500mg/l- Nước thải từ khu ép mía :BOD cao,có chứa nhiều dầu mỡ. Bảng 1: Lượng nước thải trong các quá trình sản xuất đường Các loại nước thải Nhà máy đường thô (mg/l) Nhà máy tinh chế đường (mg/l) Nước rửa mía cấy 20- 30 Nước ngưng tụ 30- 40 4- 21 Nước bùn lọc 2.900- 11.000 730 Chất thải than _ 750- 1.200 Nước rửa xe các loại _ 1.500- 1.800 Bảng 2: Một số chỉ số đo được trong nước thải STT Chỉ Tiêu Đơn Vị Giá Trị Chất lượng(loai b) 1 Ph Mg/l 7.5- 8 5.5- 9 2 SS _ 1250 100 3 BOD _ 5000 50 4 COD _ 7000 80 5 N _ 16.4 30 6 P _ 7.5 6 Nước thải nhà máy đường có giá trị BOD cao và dao động nhiều Giải thích 1 số chỉ số: -BOD :Nhu cầu Oxy hóa sinh học, có nghĩa là lượng Oxy cần thiết để vi sinh vật dùng để khử các chất hữu cơ có trong nước thải, thường lấy là BOD5 (BOD trong 5 ngày)-COD : Nhu cầu Oxy hóa hóa học, là lượng Oxy cần thiết để Oxy hóa toàn bộ các chất hóa học có trong nước- SS : Hàm lượng chất rắn lơ lững có trong nước Đối với nước thải công nghiệp thì người ta thường dùng TCVN 5945 – 2005 để đánh giá mức độ ô nhiễm 2.2 HIỆN TRẠNG - Ngành công nghiệp sản xuất đường ở việt nam ra đời cũng rất sớm nhưng với quy mô nhỏ, các cơ sở sản xuất thủ công, thô sơ. Hầu hết công nghệ sản xuất đường mía trên toàn quốc còn rất lạc hậu và cũ kĩ so với thế giới. Hiện nay ngành công nghiệp mía đường nước ta đang phát triển dần dần thay đổi công nghệ sản xuất cho phù hợp với điều kiện hiện tại nhưng nói chung thì công nghệ sản xuất thì vẫn chưa hiện đại, chính vì vậy nó cũng là một ngành gây ô nhiễm môi trường rất là lớn. - Qua điều tra hiện nay cho thấy sự ô nhễm môi trương nước từ nguồn nước thải của nhà máy đường đang đe doạ đến sức khoẻ và cuộc sống của nhiều hộ dân đang sinh sống ở các khu vực nhà máy. - Toàn bộ nước thải của nhà máy đều chảy tràn lan trên các hệ thống kênh mương nhỏ rồi đổ trực tiếp ra các sông lớn làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước sông của cả một khu vực sông. Phần lớn người dân sử dụng nguồn nước từ các con sông để phục vụ mục đích sinh hoạt, không chỉ gây ô nhiễm nguồn nước mà còn gây ô nhiễm không khí do tro bụi và khói . - Tình trạng ô nhiễm này đã diễn ra hầu hết tất cả nước. Hiện nay nó là một vấn đề một bức xúc của nhiều người dân, họ đã phản ánh với nhiều cơ quan và yêu cầu phải xử lý nhưng từ phía các cơ quan chức năng vẫn chưa có biện pháp xử lý. H1. Nhà máy đường hiệp hòa H2. CTCP đường Quảng Ngãi ( ( 2.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA VI SINH VẬT Qua nghiên cứu có rất nhiều nhóm vi sinh vật sử dụnh các loại đường Saccaroza, Fluctoza, Glucoza…..để phát triển sinh khối và giải phóng CO2 và H2O. Điển hình là các nhóm vi sinh vật sau đây : - Aerobacter - Bacillus - Pseudomonas - Flavobacterium - Zooglacea - Và một số vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính như: Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter Vi khuẩn Bacillus Vi khuẩn Aerobacter Vi khuẩn pseudomonas Vi khuẩn flavobacterium H3. Một số loại vi khuẩn vật sử dụnh các loại đường Saccaroza, Fluctoza, Glucoza…..để phát triển sinh khối Các nhóm khuẩn nêu trên đều hô hấp hiếu khí, sử dụng oxy để oxy hóa các chất Gluxit, các loại đường… thành CO2 và nước, hoặc oxy hóa của các vi sinh vật cũng chính là quá trình sống của chúng, cho nên quá trình oxy hoá kèm theo sự tạo thành sinh khối vi sinh vật gọi là bùn hoạt tính.   Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường. Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn số lượng vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai đoạn này có thể do các loài có kích thườc khả kiến hoặc là đặc điểm của môi trường. Ta có sơ đồ sau : 2.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY ĐƯỜNG 2.4.1. Trên thế Giới Việc nghiên cứu xử lý nước thải sản Đường Mía bằng phương pháp sinh học đã được các nước phương tây nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới.Các hệ thống xử lý bằng bể bùn hoạt tính; hệ thống xử lý kỵ khí kiểu UASB, kiểu tầng sôi; các kiểu dạng khác nhau của lọc sinh học kỵ khí và hiếu khí; hệ thống xử lý kết hợp kỵ khí/hiếu khí và hệ thống kết hợp xử lý bằng bùn hoạt tính với thực vật thuỷ sinh... SƠ ĐỒ BỂ LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT H4 .Sơ đồ bể lọc sinh học nhỏ giọt Ở nước ta bể lọc sinh học nhỏ giọt đã được xây dựng tại nhà máy cơ khí Hà Nội ( 2.4.2. Tại Việt Nam Sự phát triển của ngành Mía Đường Việt Nam đã đem lại nhiều nguồn lợi ích cho đất nước, song chính nó cung đã thải vào môi trường một lượng chất thải khổng lồ gây ô nhiễm môi trường và gây ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Trước hiện trạng đó nước để giải quyết vấn đề này nước ta nghiên cứu một số ứng dụng để giảm thiểu xử lý một phần chất thải gây ra, đồng thời với mục đích tái chế những phế thải đó sử dụng cho mục đích khác, dưới đây là một số nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật xử lý chất thải nhà máy Đường Với mục tiêu giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải của các nhà máy đường tạo ra, đồng thời sản xuất phân sinh học có chất lượng cao từ các chất thải này, đề tài đề xuất nghiên cứu và sản xuất chế phẩm vi sinh vật mang tên Biovina, vừa có khả năng phân hủy cellulose, vừa có khả năng phân hủy chất sáp và có khả năng kích thích sinh trưởng và mùn hóa chất hữu cơ. Đề xuất nghiên cứu các điều kiện kỹ thuật lên men chất thải hữu cơ (bùn lọc) của Nhà máy đường chế phẩm Biovina như nhiệt độ, độ ẩm, pH, điều kiện thổi khí, tỉ lệ chế phẩm Biovina và từ đó tìm ra những số liệu tối ưu của các điều kiện trên, ở cả trong phòng thí nghiệm và trong điều kiện sản xuất. Công nghệ xử lý chất thải nhà máy đường để sản xuất phân sinh hóa cao cấp đă được áp dụng thành công tại Công ty Thiên Sinh, Nhà máy Đường Hiệp Hoà,  Nhà máy Đường Phan Rang, cũng như được triển khai tại các nhà máy Bến Tre, Hậu Giang .... (Chế phẩm Biovina có thể xử lý phân hủy mạt dừa thành đất sinh học cho cây trồng và xử lý rác sinh hoạt. Đây là kết quả ứng dụng mới nhất do bộ môn công nghệ sinh học, Trường Đại học Bách khoa TPHCM vừa nghiên cứu thành công) Phần III: Đề Xuất Phương Pháp Xử Lý 3.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH XỬ LÝ Nước thải vào mương ↓ Song chắn rác → rác → bãi rác ↓ Hầm bơm tiếp nhận ↓ Bể lắng đợt 1→ Bùn cát → sân phơi bùn cát ↓ Máy xục khí → Bể điều hòa ↓ Bùn hoạt tính → Bể aroten ← Bùn hồi lưu ↓ Bể lắng đợt 2 ↔ Bể ổn đinh bùn ↓ ↓ dd clorin → Bể khử trùng Bể nén bùn ↓ ↓ Nguồn tiếp nhận Phân bón vi sinh 3.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH XỬ LÝ Sơ đồ quy trình xử lý nước thải trên được diễn ra 5 bước xử lý như sau: * Bước 1. Toàn bộ nước thải của nhà máy đường thải ra sẽ được dẫn vào các mương dẫn nước để đưa về trạm xử lý, ở các mương có song chắn rác để thu gom rác có kích thước lớn như bã mía …những rác này sẽ được đưa ra bãi rác. * Bước 2. Nước thải đưa vào hầm bơm tiếp nhận sau đó dẫn tới bể lắng đợt I để thu lượng chất thải có khối lượng lớn như bùn cát…đưa đến sân phơi bùn. * Bước 3. Nước thải từ bể lắng đợt I sẽ đưa vào bể điều hoà rồi đến bể aeroten ở đây chúng ta cần phải có các máy sục khí để tăng không khí giúp cho các vi sinh vật Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, phân hủy lượng chất hữu cơ BOD và COD, ở bể aeroten thì cần có bùn hoạt tính và bùn hối lưu ở giai đoạn này nước thải sẽ được vi sinh vật phân hủy mạnh nhất. * Bước 4. Sau đó lượng nước thải dẫn tới bể lắng đợt II mục đích là lắng lượng bùn chất thải do vi sinh vật phân hủy và cuối cùng nước thải đưa vào bể khử trùng để giảm bớt mùi hôi thối trước khi thải ra nguồn tiếp nhận * Bước 5. Lượng bùn chúng ta lắng được từ bể lắng đợt II chúng ta thiết kế thu gom bùn bằng cách bơm về bể ổn định bùn và qua quá trình bể nén bùn, máy ép bùn và sử dụng các loại vi sinh vật để sản xuất phân bón vi sinh. ( 3.3.1 ƯU ĐIỂM: Quy trình xử lý nhỏ gọn, ít giai đoạn không qua cồng kềnh phù hợp với mọi địa hình Mô hình UASB kết hợp lọc nhỏ giọt có ống thông gió có khả năng xử lý nước thải sản xuất với độ ô nhiễm cao (COD trên 4000 mg/l vẫn hoạt động bình thường) và chịu tải lượng lớn (riêng cột UASB có thể xử lý trên 13 kg/COD/m3 thiết bị/ngày, đêm) hiệu suất xử lý SS, COD đạt tới 94% và 97%. Tính khả thi của qui trình xử lý dựa trên kinh nghiệm, các số liệu, các ấn bản về các nghiên cứu trên mô hình và thực tế. NHƯỢC ĐIỂM Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí có rất nhiều hạn chế như: Những hệ thống này đều được nghiên cứu và đưa vào thực tế ứng dụng cho các cơ sở xử lý quy mô lớn với cơ sở hạ tầng tốt, đồng bộ quy mô nhỏ thì khó xử lý. chi phí vận hành cho xử lý cao (tiền điện và hóa chất bổ sung), tính ổn định của hệ thống không cao, tạo ra nhiều bùn thải, nếu ta không tinh toán được xử lý được lượng bùn đó. Đối với phương pháp xử lý kị khí thông thường thì cần phải thời gian dài, không xử lý được triệt để nước sau xử lý có mùi thối Các chất trong nước thải gây ức chế quá trình xử lý và không bị phân hủy trong quá trình xử lý Các giới hạn do điều kiện khí hậu: nhất là nhiệt độ vì nó ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của các quá trình hóa học và sinh học. (đề tài mã số:TH1673 Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất đường Nông Cống – Thanh Hoá, công suất 1500 tấn mía/ngày)Phần IV: Kết Luận Hiện nay, nhu cầu tiêu thụ hành hóa ngày càng tăng. Công nghiệp sản xuất Đường Mía cũng tạo nên một lượng lớn nước xả thải vào môi trường. Các loại nước thải này chứa một hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và COD và cần phải xử lý trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Nước thải nhà máy Đường có tính chất là giàu chất hữu cơ nên sử dụng các biện pháp sinh học, trong đó phương pháp xử lý hiếu khí và xử lý kị khí là phổ biến nhất, với nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm cao thông thường người ta xử lý kết hợp kị khí và hiếu khí đạt hiệu quả cao. Đối với các nhà máy Đường địa phương nhỏ với lượng nước thải hàng ngày nhỏ thì được xử lý trong hệ thống bể lọc ngược kị khí và bể aeroten. Các kết quả quan trắc tại trạm xử lý nước thải của một số công ty cho thấy hiệu quả khử BOD và COD trong hệ thống này có thể đạt tới 95% .Ngoài ra hệ thống này hoạt động ổn định, khả năng tự động hoát cao, giá thành hạ và hợp khối với các quy mô công trình tiết kiệm diện tích xây dựng . TÀI LiỆU THAM KHẢO Ngoài ra còn nhóm còn sử dụng các tài liệu tham khảo sau : I. TÀI LiỆU INTERNET 1. 2. 3. 4. 5. II. TÀI LIỆU SÁCH Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp .Nguyễn Trọng Lương. NXB DH xây dựng Sổ tay xử lý nước . NXB ĐH xây dựng Giáo trình công nghệ xử lý nước thải . NXB khoa học kỹ thuât 4. Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn The end