Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý nước thải từ quy trình sản xuất nước tương bằng công nghệ Uasb

NGHIEÂN CÖÙU AÛNH HÖÔÛNG CUÛA NOÀNG ÑOÄ MUOÁI ÑEÁN HIEÄU QUAÛ XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI TÖØ QUY TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG BAÈNG COÂNG NGHEÄ UASB MUÏC LUÏC DANH SAÙCH CAÙC TÖØ VIEÁT TAÉT ...................................................................... i DANH SAÙCH CAÙC BAÛNG ................................................................................... ii DANH SAÙCH CAÙC HÌNH ................................................................................... iii CHÖÔNG 1: MÔÛ ÑAÀU ........................................................................................... 1 1.1. TÍNH CAÀN THIEÁT CUÛA ÑEÀ TAØI ...............................................................2 1.2. MUÏC TIEÂU - NOÄI DUNG – PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU ...................2 1.2.1. Muïc tieâu ............................................................................................2 1.2.2. Noäi dung............................................................................................3 1.2.3. Phöông phaùp nghieân cöùu ...................................................................3 1.3. PHAÏM VI NGHIEÂN CÖÙU ...........................................................................3 1.4. YÙ NGHÓA KHOA HOÏC CUÛA ÑEÀ TAØI ........................................................3 1.5. NHU CAÀU KINH TEÁ XAÕ HOÄI ....................................................................4 CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN VEÀ NÖÔÙC THAÛI TÖØ QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG ................................................................................ 5 2.1. HIEÄN TRAÏNG SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG TAÏI VIEÄT NAM ..................6 2.1.1. Hieän traïng saûn xuaát ...........................................................................6 2.1.2. Hieän traïng moâi tröôøng.....................................................................11 2.1.2.1................................................................................................ Moâi tröôøng khoâng khí ...........................................................................11 2.1.2.2. Chaát thaûi raén ......................................................................11 2.1.2.3. Moâi tröôøng nöôùc ................................................................12 2.2. THAØNH PHAÀN VAØ TÍNH CHAÁT NÖÔÙC THAÛI TÖØ QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG..............................................................................12 2.2.1. Thaønh phaàn .....................................................................................12 2.2.2. Tính chaát .........................................................................................13 2.3. MOÄT SOÁ ÑEÀ XUAÁT NHAÈM XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI TÖØ QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG..............................................................................13 CHÖÔNG 3: TOÅNG QUAN VEÀ PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI ÖÙNG DUÏNG MOÂ HÌNH UASB .............................................................. 15 3.1. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC KÒ KHÍ..............................................................16 3.1.1. Toång quan .......................................................................................16 3.1.2. Caùc coâng ngheä xöû lyù kò khí..............................................................19 3.1.2.1. Quaù trình phaân huyû kò khí xaùo troän hoaøn toaøn ........................19 3.1.2.2. Quaù trình tieáp xuùc kò khí ........................................................20 3.1.2.3. UASB......................................................................................20 3.1.2.4. Loïc kò khí (Giaù theå coá ñònh doøng chaûy ngöôïc doøng)...............21 3.1.2.5. Quaù trình kò khí baùm dính xuoâi doøng (Vaùch ngaên) .................21 3.1.2.6. Quaù trình kò khí taàng giaù theå lô löûng.......................................22 3.2. QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ UASB .....................................................................22 3.2.1. Toång quan veà UASB........................................................................22 3.2.1.1. BEÅ UASB ...............................................................................22 3.2.1.2. Söû duïng biogas .......................................................................24 3.2.1.3. Ñieàu kieän ñeå UASB hoaït ñoäng toát .........................................26 3.2.2. Quaù trình phaùt trieån coâng ngheä UASB............................................26 3.2.3. Öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm cuûa vieäc xöû lyù nöôùc thaûi baèng coâng ngheä UASB ..............................................................................................27 3.2.4........................................................................................................ Khôûi ñoäng moâ hình UASB.........................................................................28 3.2.4.1. Buøn nuoâi caáy ban ñaàu.............................................................28 3.2.4.2. Nhieät ñoä..................................................................................30 3.2.4.3. pH...........................................................................................30 3.2.4.4. Nöôùc thaûi ................................................................................30 3.2.4.5. Haøm löôïng chaát höõu cô ..........................................................30 3.2.4.6. Khaû naêng phaân huyû sinh hoïc cuûa nöôùc thaûi............................31 3.2.4.7. Chaát dinh döôõng .....................................................................31 3.2.4.8. Haøm löôïng caën lô löûng ...........................................................31 CHÖÔNG 4: XAÂY DÖÏNG VAØ VAÄN HAØNH MOÂ HÌNH XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI TÖØ QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP UASB .................................................................................... 32 4.1. CÔ SÔÛ THÖÏC NGHIEÄM ÑEÅ XAÂY DÖÏNG MOÂ HÌNH .............................33 4.1.1........................................................................................................ Moät soá nghieân cöùu xöû lyù nöôùc thaûi cuûa caùc ngaønh thöïc phaåm öùng duïng moâ hình UASB.........................................................................33 4.1.1.1. Nghieân cöùu xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp thöïc phaåm giaøu protein vaø chaát beùo baèng beå phaûn öùng kò khí doøng ngöôïc UASB ña giai ñoaïn öa nhieät. ..........................................................................33 4.1.1.2................................................................................................ Xöû lyù nöôùc thaûi töø quy trình cheá bieán tinh boät saén baèng coâng ngheä UASB. .............................................................................36 4.1.1.3................................................................................................ Nghieân cöùu xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát tinh boät saén thu Biogas baèng heä thoáng UASB. ..............................................................38 4.1.2........................................................................................................ Löïa choïn caùc thoâng soá ...............................................................................41 4.2. XAÂY DÖÏNG MOÂ HÌNH NGHIEÂN CÖÙU ...................................................41 4.2.1........................................................................................................ Ñoái töôïng nghieân cöùu.................................................................................41 4.2.2........................................................................................................ Laáy maãu ....................................................................................................41 4.2.3........................................................................................................ Moâ hình thí nghieäm coät UASB ..................................................................42 4.2.4. Hoaù chaát phaân tích ñònh löôïng ........................................................43 4.3. PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH ..................................................................43 4.4. VAÄN HAØNH MOÂ HÌNH ............................................................................44 CHÖÔNG 5: KEÁT QUAÛ VAØ NHAÄN XEÙT ........................................................ 46 5.1. PHAÀN THÖÙ NHAÁT ...................................................................................48 5.1.1........................................................................................................ Giai ñoaïn 1: ...............................................................................................48 5.1.2. Giai ñoaïn 2: ..................................................................51 5.1.3........................................................................................................ Giai ñoaïn 3: ...............................................................................................54 5.1.4........................................................................................................ Keát quaû .....................................................................................................56 5.1.5. Keát luaän ............................................................................... 58 5.2. PHAÀN THÖÙ HAI........................................................................................59 5.2.1........................................................................................................ Giai ñoaïn 1.................................................................................................59 5.2.2........................................................................................................ Giai ñoaïn 2.................................................................................................62 5.2.3........................................................................................................ Giai ñoaïn 3.................................................................................................64 5.2.4........................................................................................................ Keát quaû .....................................................................................................66 5.2.5........................................................................................................ Keát luaän .....................................................................................................68 CHÖÔNG 6: KEÁT LUAÄN VAØ PHÖÔNG HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN ................... 69 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO i DANH MUÏC CAÙC TÖØ VIEÁT TAÉT 1) BOD (Biochemical Oxygen Demand) – Nhu caàu oxy sinh hoaù 2) COD (Chemical Oxygen Demand) – Nhu caàu oxy hoaù hoïc 3) EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) – Lôùp buøn môû roäng 4) GSS (Gas Solids Separator ) – Taùch khí raén 5) HRT (Hydraulic Retention Times) – Thôøi gian löu nöôùc 6) IC (Interal Circulation) - Löu thoâng tuaàn hoaøn beân trong 7) MS – UASB (Up – flow Anaerobic Sludge Blanket Multi Stage) - Beå sinh hoïc kò khí doøng chaûy ngöôïc qua lôùp buøn nhieàu baäc 8) SS – Solid Suspension – Chaát raén lô löûng 9) SMA – Hoaït tính methane 10) TSS – Total Solid Suspension – Chaát raén lô löûng toång coäng 11) UASB (Up – flow Anaerobic Sludge Blanket)- Beå sinh hoïc kò khí doøng chaûy ngöôïc qua lôùp buøn 12) VSS – Vaporize Solid Suspension – Chaát raén lô löûng bay hôi 13) VSV – Vi sinh vaät DANH SÁCH CÁC BẢNG ii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1. Khả năng hòa tan của CO2 trong nước ........................................ 25 Bảng 2: Các loại bùn nuôi cấy ban đầu cho bể xử lý kị khí. ...................... 29 Bảng 3. Thành phần đặc trưng của nước thải từ quy trình sản xuất bánh đậu. ............................................................................................ 34 Bảng 4. Thành phần đặc trưng của nước thải từ quy trình sản tinh bột sắn.36 Bảng 5. Đặc tính của hạt bùn sử dụng trong cột UASB............................. 37 Bảng 6. Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý .......................................... 39 Bảng 7. Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý ........................... 40 Bảng 8. Kết quả phân tích trong giai đoạn 1 ở nồng độ CODvào= 1000 mg/l (Không kiểm soát nồng độ muối) ................ 49 Bảng 9. Kết quả phân tích trong giai đoạn 2 ở nồng độ CODvào= 1500 mg/l (Không kiểm soát nồng độ muối) ................ 52 Bảng 10. Kết quả phân tích trong giai đoạn 2 ở nồng độ CODvào= 2000 mg/l (Không kiểm soát nồng độ muối) .............................................. 55 Bảng 11. Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu quả xử lý .............................. 57 Bảng 12. Kết quả phân tích trong giai đoạn 1 ở nồng độ muối 0,5 % ........ 60 Bảng 13. Kết quả phân tích trong giai đoạn 2 ở nồng độ muối 0,7 % ........ 63 Bảng 14. Kết quả phân tích trong giai đoạn 3 ở nồng độ muối 0,9 % ........ 65 Bảng 15. Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý ..................... 67 DANH SÁCH CÁC HÌNH iii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1. Sơ đồ quy trình sản xuất nước tương từ đậu nành bằng phương pháp lên men...............................................................................................8 Hình 2. Sơ đồ quy trình sản xuất nước tương từ bánh đậu bằng phương pháp hoá giải...............................................................................................9 Hình 3. Sơ đồ chuyển hoá vật chất trong điều kiện kị khí.............................. 18 Hình 4. Các dạng quá trình kị khí đã ứng dụng rộng rãi trong thực tế ........... 19 Hình 5. Sơ đồ hầm ủ UASB .......................................................................... 23 Hình 6. Mô hình thí nghiệm. ......................................................................... 42 Hình 7. Hình thái vi sinh trong bùn sử dụng trong cột UASB........................ 44 Hình 8. Hiệu quả xử lý ở nồng độ CODvào = 1000 mg/l................................. 50 Hình 9. Hiệu quả xử lý ở nồng độ CODvào = 1500 mg/l................................. 53 Hình 10. Hiệu quả xử lý ở nồng độ CODvào = 2000 mg/l............................... 56 Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu quả xử lý.................................... 57 Hình 12. Hiệu quả xử lý ở nồng độ muối 0,5 % ............................................ 61 Hình 13. Hiệu quả xử lý ở nồng độ muối 0,7 % ............................................ 64 Hình 14. Hiệu quả xử lý ở nồng độ muối 0,9 % ............................................ 66 Hình 15. Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý .......................... 67 TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO © 2008 MOITRUONGXANH.INFO – DIỄN ĐÀN MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM CHÖÔNG 1: MÔÛ ÑAÀU TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO © 2008 MOITRUONGXANH.INFO – DIỄN ĐÀN MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM 1.1. TÍNH CAÀN THIEÁT CUÛA ÑEÀ TAØI Ngaøy nay, chaát löôïng cuoäc soáng cuûa con ngöôøi ngaøy caøng ñöôïc naâng cao. Do ñoù, caùc ñoøi hoûi veà nhöõng nhu caàu haøng ngaøy, ngaøy caøng trôû neân khaét khe. Ñaëc bieät laø nhu caàu veà aåm thöïc. Chính vì theá, caùc ngaønh coâng nghieäp cheá bieán vaø saûn xuaát thöïc phaåm ñoùng moät vai troø raát quan troïng. Chòu aûnh höôûng bôûi caùch thöùc aên uoáng cuûa ngöôøi Trung Hoa, ngöôøi Vieät Nam chuùng ta raát thích cheá bieán cuõng nhö thöôûng thöùc caùc moùn aên coù söû duïng nöôùc töông ñeå laøm taêng höông vò ñaäm ñaø cho thöïc phaåm. Theâm vaøo ñoù, ñaäu töông laø moät loaïi noâng saûn coù naêng suaát raát cao vaø troàng ñöôïc ôû raát nhieàu nôi treân ñaát nöôùc ta. Do ñoù, caùc nhaø maùy saûn xuaát nöôùc töông ñöôïc xaây döïng roäng raõi treân khaép ñaát nöôùc laø moät ñieàu deã hieåu. Tuy nhieân, vieäc saûn xuaát nöôùc töông ñaõ thaûi ra moät löôïng lôn nöôùc thaûi gaây ra khoâng ít lo ngaïi cho cuoäc soáng cuûa ngöôøi daân soáng xung quanh khu vöïc nhaø maùy vaø laøm caùc caáp, caùc nhaø laõnh ñaïo phaûi ñau ñaàu bôûi vaán ñeà oâ nhieãm moâi tröôøng. Hieän traïng nöôùc thaûi chöùa löôïng chaát höõu cô cao ñöôïc thaûi tröïc tieáp ra heä thoáng nöôùc thaûi chung cuûa khu daân cö gaây oâ nhieãm nghieâm troïng laø thöïc traïng chung cuûa caùc nhaø maùy saûn xuaát nöôùc töông. Beân caïnh ñoù, chöa coù moät phöông aùn naøo ñöôïc ñöa ra nhaèm giaûi quyeát vaán ñeà böùc xuùc naøy. Do ñoù, vieäc nghieân cöùu vaø ñöa ra caùc phöông phaùp xöû lyù mang tính thieát thöïc laø raát caàn thieát. 1.2. MUÏC TIEÂU - NOÄI DUNG – PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU 1.2.1. Muïc tieâu
Nghieân cöùu khaû naêng xöû lyù nöôùc thaûi töø quaù trình saûn xuaát nöôùc töông baèng phöông phaùp UASB vaø ñaùnh giaù hieäu quaû.
Nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa noàng ñoä muoái ñeán quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi töø quaù trình saûn xuaát nöôùc töông baèng phöông phaùp UASB. TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO © 2008 MOITRUONGXANH.INFO – DIỄN ĐÀN MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM 1.2.2. Noäi dung
Nghieân cöùu xöû lyù nöôùc thaûi töø quy trình saûn xuaát nöôùc töông treân moâi tröôøng thöû nghieäm trong 3 thaùng (töø thaùng 5/2006 ñeán thaùng 7/2006) ôû caùc noàng ñoä COD trong nöôùc ñaàu vaøo töông öùng 1000 – 1500 – 2000 mg/l. Phaân tích caùc chæ tieâu pH, COD, N – NH4, P – PO4, NaCl vaø ñaùnh giaù hieäu quaû xöû lyù COD.
Nghieân cöùu aûnh höôûng cuûa noàng ñoä muoái ñeán quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi töø quy trình saûn xuaát nöôùc töông treân moâi tröôøng thöû nghieäm vôùi COD ñöôïc kieåm soaùt ôû 2000 mg/l trong 2 thaùng (töø thaùng 8/2006 ñeán thaùng 9/2006) vôùi caùc noàng ñoä muoái trong nöôùc ñaàu vaøo töông öùng 0.5 – 0.7 – 0.9 % . Phaân tích caùc chæ tieâu pH, COD, N – NH4, P – PO4, NaCl vaø ñaùnh giaù hieäu quaû xöû lyù COD. 1.2.3. Phöông phaùp nghieân cöùu
Khaûo saùt thaønh phaàn, tính chaát nöôùc thaûi töø quaù trình saûn xuaát nöôùc töông.
Xaây döïng vaø vaän haønh moâ hình thí nghieäm.
Phaân tích, ñaùnh giaù hieäu quaû xöû lyù COD treân moâi tröôøng thöû nghieäm. 1.3. PHAÏM VI NGHIEÂN CÖÙU Ñeà taøi chuù troïng nghieân cöùu trong phaïm vi sau: Nghieân cöùu, phaân tích vaø ñaùnh giaù hieäu quaû xöû lyù COD trong nöôùc thaûi saûn xuaát nöôùc töông treân moâi tröôøng nhaân taïo baèng phöông phaùp sinh hoïc kò khí öùng duïng coät UASB. Nghieân cöùu ñöôïc thöïc hieän ôû quy moâ phoøng thí nghieäm vôùi moâ hình coù dung tích 10 lít. 1.4. YÙ NGHÓA KHOA HOÏC CUÛA ÑEÀ TAØI Nöôùc thaûi töø quaù trình saûn xuaát nöôùc töông chöùa löôïng chaát höõu cô lôùn vaø coù muøi raát khoù chòu vì theá khi thaûi tröïc tieáp vaøo heä thoáng nöôùc thaûi chung cuûa khu daân TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO © 2008 MOITRUONGXANH.INFO – DIỄN ĐÀN MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM cö seõ caûn trôû quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi sinh hoaït cuûa khu daân cö, chöa keå ñeán vieäc neáu nöôùc thaûi sinh hoaït cuûa khu daân cö khoâng ñöôïc xöû lyù thì löôïng nöôùc thaûi hoãn hôïp naøy seõ gaây ra oâ nhieãm nghieâm troïng cho moâi tröôøng ñaát vaø moâi tröôøng nöôùc nôi noù bò thaûi ra. Vì vaäy ñeà taøi naøy seõ goùp phaàn tìm ra giaûi phaùp laøm giaûm söï oâ nhieãm cho moâi tröôøng noùi chung vaø moâi tröôøng nöôùc noùi rieâng. Beân caïnh ñoù, ñeà taøi naøy seõ ñöa ra moät soá thoâng soá coù theå öùng duïng trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi töø quaù trình saûn xuaát nöôùc töông. 1.5. NHU CAÀU KINH TEÁ XAÕ HOÄI Nghieân cöùu naøy seõ ñaùp öùng nhu caàu hieän nay cuûa xaõ hoäi Vieät Nam ñoù laø ñöa ra moät phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi töø quaù trình saûn xuaát nöôùc töông hieäu quaû veà coâng ngheä cuõng nhö veà kinh teá. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 5 --- CHÖÔNG 2: TOÅNG QUAN VEÀ NÖÔÙC THAÛI TÖØ QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 6 --- Nguyeân lieäu ñeå saûn xuaát nöôùc töông laø haït ñaäu töông. Ñaäu töông laø caây coâng nghieäp vaø laø caây thöïc phaåm ngaén ngaøy coù giaù trò dinh döôõng cao. Ñaäu töông ñöôïc duøng laøm thöïc phaåm cho ngöôøi vaø thöùc aên cho chaên nuoâi. Ñoàng thôøi, ñaäu töông coøn laø caây caûi taïo ñaát toát vaø laø maët haøng noâng saûn suaát khaåu quan troïng ñem laïi lôïi nhuaän cao. Chính vì vaäy, caây ñaäu töông ñang laø moät trong 10 chöông trình öu tieân phaùt trieån cuûa nöôùc ta (TS.VS. Traàn Ñình Long – Vieän Khoa hoïc Kyõ thuaät Noâng nghieäp Vieät Nam). Töø naêm 1990 trôû laïi ñaây dieän tích, naêng suaát, saûn löôïng ñaäu töông ñaõ khoâng ngöøng taêng leân. (Cuõng theo TS.VS. Traàn Ñình Long – Vieän Khoa hoïc Kyõ thuaät Noâng nghieäp Vieät Nam, dieän tích taêng 11,2%, naêng suaát taêng 46,8% vaø saûn löôïng taêng 63,9%). Cuõng töø ñoù, caùc cô sôû saûn xuaát nöôùc töông ra ñôøi ngaøy caøng nhieàu vaø phaùt trieån caøng roäng. 2.1. HIEÄN TRAÏNG SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG TAÏI VIEÄT NAM 2.1.1. Hieän traïng saûn xuaát Nöôùc töông hay coøn goïi laø xì daàu ñang ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû Ñoâng AÙ. Rieâng ôû Vieät Nam, löôïng nöôùc töông tieâu thuï haøng thaùng ngaøy caøng taêng bôûi khoâng chæ vì höông vò ñaäm ñaø thôm ngon cuûa noù maø vì khaû naêng khaéc phuïc nhöõng hö toån teá baøo ôû ngöôøi cuûa nöôùc töông. Ngöôøi ta phaùt hieän thaáy nöôùc töông - ñöôïc laøm töø ñaäu töông leân men - coù khaû naêng choáng oâxy hoaù maïnh gaáp khoaûng 10 laàn röôïu vang ñoû vaø 150 laàn so vôùi vitamin C. "Thöù nöôùc chaám naøy coøn theå hieän tieàm naêng trong vieäc laøm chaäm toác ñoä phaùt trieån caùc caên beänh tim maïch vaø suy thoaùi thaàn kinh", tröôûng nhoùm nghieân cöùu Barry Halliwell cho bieát. Nghieân cöùu cuûa Ñaïi hoïc Quoác gia Singapore cuõng tìm thaáy nöôùc töông caûi thieän tôùi 50% löu löôïng maùu chæ trong vaøi giôø sau khi söû duïng. Coù theå thaáy raèng nhu caàu tieâu thuï nöôùc töông ngaøy caøng taêng, taïi Tp Hoà Chí Minh hieän nay coù khoaûng 28 cô sôû saûn xuaát vaø phaân phoái nöôùc töông vôùi chaát TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 7 --- löôïng ñöôïc phaân laøm nhieàu loaïi. Treân caû nöôùc hieän nay coù khoaûng treân 40 nhaø maùy saûn xuaát nöôùc töông coù quy moâ töông ñoái lôùn vaø raát nhieàu cô sôû saûn xuaát nöôùc töông vöøa vaø nhoû khaùc. Tröôùc ñaây, saûn xuaát nöôùc töông ñöôïc thöïc hieän baèng phöông phaùp leân men theo quy trình sau: (Hình 1.) TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 8 --- Hình 1. Sô ñoà quy trình saûn xuaát nöôùc töông töø ñaäu naønh baèng phöông phaùp leân men. Hạt đậu tương Nuôi ủ bán rắn 2 ngày Ủ 1 tháng Ủ 12 tháng Lọc Dịch lọc Khử trùng Đóng chai Thành phẩm VSV gây mùi Ngâm, hấp, cấy mốc Nước, muối Bã tương Tương đặc Đường, gia vị TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 9 --- Hieän nay, haàu heát caùc cô sôû saûn xuaát nöôùc töông theo phöông phaùp hoaù giaûi theo quy trình sau: (Hình 2.) Hình 2. Sô ñoà quy trình saûn xuaát nöôùc töông töø baùnh ñaäu baèng phöông phaùp hoaù giaûi. Bánh dầu Xử lý nguyên liệu Trung hòa Lọc thô Thanh trùng Lắng trong Pha chế Đóng gói Thành phẩm Acid, nước So da Muối TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 10 --- Trong sô ñoà quy trình saûn xuaát nöôùc töông baèng phöông phaùp hoaù giaûi ôû Hình 2, nguyeân lieäu chính ñeå saûn xuaát nöôùc töông laø baùnh daàu (ñaäu töông bò eùp heát daàu vaø vieân thaønh töøng baùnh) vôùi haøm löôïng protein ñaït töø 40% trôû leân. Hoùa chaát duøng trong saûn xuaát nöôùc töông goàm :  Acid clohydric: phaân giaûi baùnh daàu thaønh ñaïm acid amin.  Soda: ñeå trung hoøa acid sau khi phaân giaûi xong.  Muoái: laø nguyeân lieäu quan troïng trong saûn xuaát nöôùc töông vì noù ñieàu chænh vò vaø baûo quaûn saûn phaåm.  Nöôùc: laø thaønh phaàn chính trong saûn xuaát nöôùc chaám.  Caramen: ñeå ñieàu chænh maøu cho thích hôïp. Quaù trình saûn xuaát nöôùc töông goàm caùc giai ñoaïn sau:  Xöû lyù nguyeân lieäu: Nguyeân lieäu chuû yeáu ñeå saûn xuaát nöôùc töông laø baùnh daàu coù nhieàu protein. Taïi khaâu naøy, baùnh daàu ñöôïc xay nhoû ñeå taêng khaû naêng tieáp xuùc cuûa baùnh daàu vôùi hoaù chaát. Hoaù chaát duïng ñeå phaân giaûi laø acid clohydric vaø dung dòch ñeå trung hoaø sau quaù trình phaân giaûi laø cacbonat natri.  Phaân giaûi: Quaù trình thuyû phaân xaûy ra vôùi ñieàu kieän khaét khe veà nhieät ñoä, noàng ñoä acid vaø thôøi gian thuyû phaân. Löôïng acid söû duïng phaûi ñöôïc tính toaùn chính xaùc döïa vaøo phaàn traêm khoái löôïng ñaïm toaøn phaàn.  Trung hoaø: Dung dòch thu ñöôïc sau khi thuyû phaân ñöôïc trung hoaø baèng soda.  Loïc: Dung dòch sau khi trung hoaø ñöôïc daãn vaøo thieát bò loïc. Taïi ñaây, chaát löôïng ñaïm seõ ñöôïc kieåm tra ñeå pha cheá ra nöôùc töông theo yeâu caàu. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 11 ---  Thanh truøng: Daàu soáng sau khi loïc seõ ñem ñi thanh truøng, tuyø thuoäc vaøo löôïng muoái ban ñaàu maø tính toaùn löôïng muoái theâm vaøo ñeå ñaït noàng ñoä muoái mong muoán.  Laéng trong: Daàu chính sau khi thanh truøng ñöôïc bôm qua boàn laéng. Sau thôøi gian laéng, daàu ñöôïc bôm qua heä thoáng loïc tinh. Qua kieåm tra neáu daàu ñaït yeâu caàu seõ chuyeån qua giai ñoaïn pha cheá.  Pha cheá: Tuyø thuoäc vaøo ñoä ñaïm cuûa moãi loaïi saûn phaåm khi ra chai, nhaân vieân kyõ thuaät seõ tính toaùn khoái löôïng phoái cheá vaø pha phuï gia ñeå ñieàu chænh vò phuø hôïp vôùi yeâu caàu cuûa khaùch haøng. 2.1.2. Hieän traïng moâi tröôøng 2.1.2.1. Moâi tröôøng khoâng khí Ngaøy nay, saûn xuaát nöôùc töông theo phöông phaùp hieän ñaïi, duøng acid ñeå phaân giaûi baùnh daàu chieát xuaát dòch töông, cuøng vôùi vieäc chöa coù moät coâng ngheä xöû lyù khí thaûi hoaøn chænh ñaõ daãn ñeán vieäc ñeå cho moät löôïng hôi acid thöøa thoaùt vaøo khoâng khí laøm cho moâi tröôøng taïi caùc nhaø maùy saûn xuaát vaø cheá bieán nöôùc töông bò oâ nhieãm naëng neà, aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán söùc khoeû ngöôøi lao ñoäng. Hôi acid thöøa coù taùc haïi ñeán ñöôøng hoâ haáp vaø nieâm maïc maét. Hít phaûi hôi acid coù theå bò nhieãm ñoäc gaây co thaét thanh quaûn, naëng hôn laø vieâm pheá quaûn, ñaëc bieät veà laâu daøi coù theå bò phuø phoåi. Trieäu chöùng thöôøng thaáy ôû ngöôøi laøm vieäc trong moâi tröôøng acid taïi caùc nhaø maùy saûn xuaát nöôùc töông laø ho. Maëc duø vaäy, hieän nay vaãn chöa coù bieän phaùp naøo höõu hieäu cho vaán ñeà naøy nhaát laø taïi caùc cô sôû vöøa vaø nhoû. 2.1.2.2. Chaát thaûi raén Chaát thaûi raén töø quaù trình saûn xuaát nöôùc töông chuû yeáu laø baû thaûi. Baû thaûi chính laø baùnh ñaäu ñaõ qua phaân giaûi chæ coøn laïi xaùc ñaäu. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 12 --- Beân caïnh ñoù, nguoàn phaùt sinh chaát thaûi raén do quaù trình saûn xuaát nöôùc töông coøn taäp trung ôû giai ñoaïn ñoùng goùi. Raùc chuû yeáu laø caùc loaïi bao bì, nilon, carton…Ngoaøi ra, raùc thaûi sinh hoaït cuõng goùp phaàn ñaùng keå gaây oâ nhieãm. Löôïng chaát thaûi raén trong quaù trình saûn xuaát nöôùc töông hieän nay ñang trôû thaønh vaán naïn cuûa caùc nhaø saûn xuaát cuõng nhö nhaø quaûn lyù moâi tröôøng bôûi tính chaát gaây oâ nhieãm cao vaø khoù xöû lyù cuûa noù. Chính vì theá, caàn xuùc tieán tìm ra bieän phaùp thu gom vaø xöû lyù thích hôïp ñeå loaïi boû nhöõng maàm beänh, giöõ cho moâi tröôøng trong saïch. 2.1.2.3. Moâi tröôøng nöôùc Haàu heát caùc nhaø maùy, cô sôû saûn xuaát nöôùc töông noùi rieâng vaø nöôùc chaám noùi chung ñeàu gaây oâ nhieãm moâi tröôøng nöôùc bôûi nöôùc thaûi cuûa quaù trình saûn xuaát. Hieän töôïng nöôùc thaûi chöùa löôïng hôïp chaát höõu cô cao ñöôïc thaûi tröïc tieáp ra heä thoáng nöôùc thaûi chung cuûa khu daân cö hoaëc tröïc tieáp vaøo caùc thuyû vöïc gaây oâ nhieãm nghieâm troïng laø thöïc traïng chung cuûa caùc nhaø maùy saûn xuaát nöôùc töông. Beân caïnh ñoù, nöôùc thaûi cuûa caùc quaù trình saûn xuaát naøy cuõng taùc ñoäng tröïc tieáp ñeán moâi tröôøng bôûi yeáu toá taïo muøi cuûa noù. Cho ñeán nay ôû haàu heát caùc nhaø maùy, cô sôû saûn xuaát nöôùc töông chöa coù heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi hoaøn chænh, neáu coù cuõng chæ laø raát sô saøi vaø khoâng ñaït tieâu chuaån. 2.2. THAØNH PHAÀN VAØ TÍNH CHAÁT NÖÔÙC THAÛI TÖØ QUAÙ TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG 2.2.1. Thaønh phaàn Cuõng gioáng nhö caùc ngaønh cheá bieán thöïc phaåm khaùc, nöôùc thaûi cuûa caùc nhaø maùy saûn xuaát nöôùc töông chöùa nhieàu hôïp chaát höõu cô deã phaân huûy chuû yeáu laø caùc hydratecarbon, protein vaø xelluloza. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 13 --- Ngoaøi ra, trong nöôùc thaûi cuûa caùc nhaø maùy saûn xuaát nöôùc töông coøn chöùa moät löôïng caùc hoaù chaát ñeå xuùc röûa chai vaø veä sinh thieát bò coù dính caùc loaïi daàu môõ trong quaù trình baûo trì maùy moùc. 2.2.2. Tính chaát Nöôùc thaûi do quaù trình saûn xuaát nöôùc töông coù ñoä oâ nhieãm raát cao: COD = 6000 – 11000 mg/l; pH thaáp: 4.0 – 5.4; chaát raén lô löûng (SS) raát cao. Chính vì vaäy, vieäc xöû lyù cuõng gaëp nhieàu trôû ngaïi vaø khoù khaên. Ñaëc bieät, vieäc xöû lyù maøu trong nöôùc thaûi cuõng laø moät vaán ñeà caàn quan taâm. 2.3. MOÄT SOÁ ÑEÀ XUAÁT NHAÈM XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI TÖØ QUY TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC TÖÔNG Theo keát quaû nghieân cöùu cuûa caùc nhaø khoa hoïc treân theá giôùi, chæ coù phöông phaùp sinh hoïc ñeå xöû lyù loaïi nöôùc thaûi naøy laø toát nhaát. Cô sôû cuûa phöông phaùp sinh hoïc nhaèm xöû lyù nöôùc thaûi döïa vaøo khaû naêng oxy hoùa caùc lieân keát höõu cô daïng hoaø tan vaø khoâng hoaø tan cuûa vi sinh vaät. Chuùng xöû duïng caùc lieân keát ñoù vaø moät soá chaát khoaùng nhö laø nguoàn dinh döôõng vaø taïo naêng löôïng. Trong quaù trình dinh döôõng, vi sinh vaät nhaän caùc chaát dinh döôõng ñeå xaây döïng teá baøo, sinh tröôûng vaø sinh saûn töø ñoù taêng tröôûng veà sinh khoái. Ngöôøi ta phaân loaïi caùc phöông phaùp sinh hoïc bao goàm ba loaïi chính: phöông phaùp thieáu khí, phöông phaùp hieáu khí, phöông phaùp kò khí. Phöông phaùp thieáu khí ít ñöôïc quan taâm do thôøi gian xöû lyù keùo daøi, chæ thích hôïp vôùi nhöõng nôi coù dieän tích hoà ao roäng. Phöông phaùp hieáu khí ñöôïc aùp duïng nhieàu hôn, chuû yeáu laø hieáu khí taêng cöôøng (aeroten). Phöông phaùp naøy söû duïng caùc nhoùm vi sinh vaät hieáu khí. Ñeå ñaûm baûo hoaït ñoäng soáng cuûa chuùng caàn cung caáp oxy lieân tuïc vaø duy trì nhieät ñoä trong khoaûng 20 ñeán 40 oC. Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø hieäu suaát xöû lyù cao, thôøi TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUAÙ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 14 --- gian xöû lyù ngaén. Nhöõng phöông phaùp hieáu khí taêng cöôøng cuõng coù nhöôïc ñieåm laø kinh phí xöû lyù cao do phaûi duøng ñieän cho caùc maùy bôm vaø maùy thoåi khí, khoâng coù khaû naêng xöû lyù nöôùc thaûi bò oâ nhieãm cao, taïo ra löôïng buøn thaûi lôùn vaø tính oån ñònh cuûa heä thoáng thöôøng khoâng cao. Phöông phaùp xöû lyù kò khí ñöôïc aùp duïng khaù roäng raõi, chuû yeáu laø phöông phaùp UASB vaø UASB caûi tieán. Vi sinh vaät ñöôïc söû duïng trong phöông phaùp naøy laø caùc nhoùm vi sinh vaät kò khí. Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm vöôït troäi so vôùi phöông phaùp hieáu khí taêng cöôøng laø chi phí thaáp, coù khaû naêng xöû lyù ñöôïc nöôùc thaûi coù möùc ñoä oâ nhieãm cao, taïo ít buøn thaûi vaø taïo khí sinh hoïc laø nguoàn naêng löôïng töông ñoái saïch vaø tieän duïng. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 15 --- CHÖÔNG 3: TOÅNG QUAN VEÀ PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI ÖÙNG DUÏNG COÂNG NGHEÄ UASB TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 16 --- 3.1. QUAÙ TRÌNH SINH HOÏC KÒ KHÍ 3.1.1. Toång quan Quaù trình phaân huyû kò khí laø quaù trình phaân huyû sinh hoïc chaát höõu cô trong ñieàu kieän khoâng coù Oxy. Phaân huyû kò khí coù theå chia laøm 6 quaù trình: 1. Thuyû phaân Polymer:  Thuyû phaân caùc protein.  Thuyû phaân Polysaccharide.  Thuyû phaân chaát beùo. 2. Leân men caùc amino acid vaø ñöôøng. 3. Phaân huyû kò khí caùc acid beùo maïch daøi vaø röôïu. 4. Phaân huyû kò khí caùc acid beùo deã bay hôi (ngoaïi tröø acid acetic). 5. Hình thaønh k hí methane töø acid acetic. 6. Hình thaønh k hí methane töø hydrogen vaø CO2. Caùc quaù trình naøy coù theå hoïp thaønh 4 giai ñoaïn, xaûy ra ñoàng thôøi trong quaù trình phaân huyû kò khí chaát höõu cô. 1) Thuyû phaân Trong giai ñoaïn naøy, döôùi taùc duïng cuûa enzyme do vi khuaån tieát ra, caùc phöùc chaát vaø chaát khoâng tan (polysaccharide, proteins, lipids) chuyeån hoùa thaønh caùc phöùc ñôn giaûn hôn hoaëc chaát hoøa tan (ñöôøng, caùc amino acid, acid beùo). Giai ñoaïn naøy thöôøng xaûy ra chaäm. Toác ñoä thuyû phaân phuï thuoäc vaøo pH, kích thöôùc haït buøn, ñaëc tính deã phaân huyû cuûa cô chaát. Chaát beùo thuyû phaân raát chaäm. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 17 --- 2) Acid hoùa Trong giai ñoaïn naøy, vi khuaån len men chuyeån hoùa caùc chaát hoøa tan thaønh caùc chaát ñôn giaûn nhö acid beùo deã bay hôi, röôïu, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S vaø sinh khoái môùi. Söï hình thaønh caùc acid coù theå laøm pH giaûm xuoáng ñeán 4.0. 3) Acetic hoùa Vi khuaån taïo khí H2 chuyeån hoùa caùc saûn phaåm cuûa giai ñoaïn acid hoùa thaønh acetate, CO2, H2, vaø sinh khoái môùi. 4) Methane hoùa Ñaây laø giai ñoaïn cuoái cuûa quaù trình phaân huûy kò khí. Acid acetic, CO2, H2, acid formic vaø methanol chuyeån hoùa thaønh methane, CO2 vaø sinh khoái môùi. Phaûn öùng chính taïo thaønh methane coù theå xaûy ra nhö sau: CO2 + 4H2A CH4 + 4A + 2H2O Trong ñoù, H2A laø chaát höõu cô chöùa hydro. Cuõng coù theå xaûy ra caùc phaûn öùng khaùc (khi coù vaø khi khoâng coù hydro) CO + 3H2 CH4 + H2O 4CO + 2H2O 3CO2 + CH4 Methane coù theå taïo thaønh do phaân raõ acid acetate: CH3COOH CH4 + CO2 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Ngoaøi ra, trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp chöùa SO42-, ôû ñieàu kieän kò khí, vi khuaån khöû sunfat seõ khöû SO42- thaønh H2S nhö sau: 5AH2 + SO42- 5A + H2S + 4H2O TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 18 --- Beân caïnh ñoù coøn coù caû quaù trình nitrat hoaù: 6H2A + 2NO3- 6A + 6H2O + N2 Quaù trình chuyeån hoaù vaät chaát trong ñieàu kieän kò khí ñöôïc moâ taû trong Hình 3. Hình 3. Sô ñoà chuyeån hoaù vaät chaát trong ñieàu kieän kò khí. Trong 3 giai ñoaïn thuûy phaân, acid hoùa vaø acetic hoùa COD trong dung dòch haàu nhö khoâng giaûm. COD chæ giaûm trong giai ñoaïn methane hoùa. Ngöôïc vôùi quaù trình hieáu khí, trong söû lyù nöôùc thaûi baèng phaân huûy kò khí, taûi troïng toái ña khoâng bò haïn cheá bôûi khoâng caàn cung caáp oxy. Nhöng trong coâng ngheä xöû lyù kò khí, caàn löu yù 2 yeáu toá sau:
Duy trì sinh khoái vi khuaån caøng nhieàu caøng toát.
Taïo tieáp xuùc ñuû giöõa nöôùc thaûi vôùi sinh khoái vi khuaån. VAÄT CHAÁT HÖU CÔ PROTEINS HYDROCARBON LIPIDS ACID AMIN / ÑÖÔØNG ACID BEÙO ACETATE / H2 CH4 / CO2 Thuûy phaân Acid hoùa Acetic hoùa Methane hoùa Vi khuaån lipolytic, proteolytic vaø cellulytic Vi khuaån leân men Vi khuaån taïo khí H2 Vi khuaån methane hoùa GIAI ÑOAÏN VAÄT CHAÁT LOAÏI VI KHUAÅN TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 19 --- 3.1.2. Caùc coâng ngheä xöû lyù kò khí Sô ñoà caùc daïng quaù trình kò khí ñaõ öùng duïng roäng raõi trong thöïc teá: Hình 4. Caùc daïng quaù trình kò khí ñaõ öùng duïng roäng raõi trong thöïc teá 3.1.2.1. Quaù trình phaân huyû kò khí xaùo troän hoaøn toaøn Quaù trình phaân huyû kò khí xaùo troän hoaøn toaøn thích hôïp ñeå xöû lyù nöôùc thaûi coù haøm löôïng höõu cô hoaø tan deã phaân huyû noàng ñoä cao hoaëc xöû lyù buøn höõu cô. Beå phaân huyû kò khí xaùo troän hoaøn toaøn laø beå xaùo troän lieân tuïc, khoâng coù tuaàn hoaøn buøn. Buøn vaø nöôùc thaûi ñöôïc troän ñeàu baèng heä thoáng caùnh khuaáy cô khí hoaëc tuaàn hoaøn khí biogas thoâng qua maùy neùn khí biogas vaø daøn phaân phoái khí neùn. Trong quaù trình phaân huûy löôïng sinh khoái môùi ñöôïc sinh ra vaø phaân boá ñeàu trong toaøn boä theå tích beå. Beå phaân huyû kò khí xaùo troän hoaøn toaøn khoâng giöõ sinh khoái buøn, do ño,ù thôøi gian löu nöôùc chính laø thôøi gian löu buøn. Thôøi gian löu giöõ buøn thoâng thöôøng töø 12 Công nghệ xử lý kị khí Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng dính bám Lọc kị khí Tầng lơ lửng Vách ngăn Xáo trộn hoàn toàn Tiếp xúc kị khí UASB TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 20 --- ñeán 30 ngaøy. Chính vì vaäy, theå tích beå phaân huyû kò khí xaùo troän hoaøn toaøn yeâu caàu lôùn hôn nhieàu so vôùi caùc coâng ngheä xöû lyù kò khí khaùc. Tuy nhieân, beå kò khí xaùo troän hoaøn toaøn coù theå chòu döïng toát trong tröôøng hôïp nöôùc thaûi coù chöùa ñoäc toá hoaëc khi taûi troïng taêng ñoät ngoät do haøm löôïng sinh khoái trong beå thaáp vaø thôøi gian löu nöôùc lôùn. 3.1.2.2. Quaù trình tieáp xuùc kò khí Quaù trình tieáp xuùc kò khí goàm hai giai ñoaïn:
Phaân huyû kò khí xaùo troän hoaøn toaøn.
Laéng hoaëc tuyeån noåi taùch rieâng phaàn caën sinh hoïc vaø nöôùc thaûi sau xöû lyù. Buøn sinh hoïc sau khi taùch ñöôïc tuaàn hoaøn trôû laïi beå phaân huyû kò khí. Trong quaù trình tieáp xuùc kò khí, ta coù theå kieåm soaùt ñöôïc löôïng sinh khoái, khoâng phuï thuoäc vaøo löu löôïng nöôùc thaûi, vì vaäy thôøi gian löu buøn cuõng coù theå khoáng cheá ñöôïc vaø khoâng phuï thuoäc vaøo thôøi gian löu nöôùc. Töø ñoù coù theå choïn thôøi gian löu buøn thích hôïp cho phaùt trieån sinh khoái, khi ñoù taêng taûi troïng, giaûm thôøi gian löu nöôùc ñoàng thôøi giaûm chi phí cho vieäc xaây döïng coâng trình xöû lyù. Trong giai ñoaïn thöù hai cuûa quaù trình tieáp xuùc kò khí, khi söû duïng heä thoáng laéng troïng löïc, ñeå taêng cöôøng khaû naêng laéng cuûa boâng buøn, tröôùc khi laéng, hoãn hôïp nöôùc vaø buøn ñi qua boä phaän taùch khí nhö thuøng quaït gioù, khuaáy cô khí hoaëc taùch khí chaân khoâng. Heä thoáng tieáp xuùc kò khí coù theå hoaït ñoäng ôû taûi troïng chaát höõu cô töø 0,5 ñeán 10kgCOD/m3/ngaøy vôùi thôøi gian löu nöôùc töø 12 giôø cho ñeán 5 ngaøy. 3.1.2.3. UASB Quaù trình UASB ñöôïc thöïc hieän theo nguyeân lyù doøng chaûy ngöôïc qua lôùp buøn. Beå UASB laø beå xöû lyù sinh hoïc kò khí hoaït ñoäng theo nguyeân taéc nöôùc thaûi TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 21 --- phaân phoái vaøo töø ñaùy beå vaø ñi ngöôïc qua lôùp buøn sinh hoïc coù maät ñoä vi khuaån cao, phaùt trieån maïnh ôû Haø Lan. Coâng ngheä xöû lyù kò khí öùng duïng quaù trình UASB seõ ñöôïc trình baøy roõ ôû phaàn sau. 3.1.2.4. Loïc kò khí (Giaù theå coá ñònh doøng chaûy ngöôïc doøng) Beå loïc kò khí laø coät chöùa ñaày vaät lieäu trô laø giaù theå coá ñònh cho vi sinh vaät kò khí soáng baùm dính treân beà maët. Giaù theå coù theå laø ñaù, soûi, than, voøng nhöïa toång hôïp, taám nhöïa, voøng söù… Doøng nöôùc thaûi ñöôïc phaân boá ñeàu, ñi töø döôùi leân, tieáp xuùc vôùi maøng vi sinh baùm dính treân beà maët giaù theå. Maøng vi sinh coù khaû naêng baùm dính toát do ñoù löôïng sinh khoái taêng leân trong beå ñöôïc löu giöõ trong thôøi gian daøi nhôø ñoù giaûm thôøi gian löu nöôùc ñoàng thôøi coù theå vaän haønh ôû taûi troïng raát cao. Tuy nhieân, khi öùng duïng coâng ngheä naøy cuõng coù theå gaëp moät soá troû ngaïi sau:  Khi söû duïng giaù theå laø ñaù hoaëc soûi thöôøng bò taéc do caùc chaát lô löûng hoaëc maøng vi sinh khoâng baùm dính giöõ laïi ôû caùc khe roãng giöõ caùc vieân ñaù hoaëc soûi.  Trong beå loïc kò khí, doøng chaûy quanh co vaø tích luyõ sinh khoái do ñoù deã daøng taïo ra caùc vuøng cheát. Khi caùc vuøng cheát ngaøy caøng taêng laøm caûn trôû doøng chaûy, caùc doøng chaûy ngaén hình thaønh daãn ñeán giaûm hieäu quaû xöû lyù. Ñeå khaéc phuïc nhöõng nhöôïc ñieåm naøy, ngöôøi ta duøng vaät lieäu nhöïa toång hôïp coù caáu truùc thoaùng, ñoä roãng cao (95%) laøm giaù theå thay cho soûi ñaù keát hôïp vôùi laép ñaët heä thoáng phaân phoái khí döôùi lôùp vaät lieäu nhaèm taïo ra söï xaùo troän, traùnh hình thaønh caùc vuøng cheát. Beân caïnh ñoù, kieåm tra ñònh kì vaø loaïi boû chaát raén khoâng baùm dính baèng caùch xaõ ñaùy beå vaø röûa ngöôïc. 3.1.2.5. Quaù trình kò khí baùm dính xuoâi doøng (Vaùch ngaên) TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 22 --- Quaù trình naøy thích hôïp cho xöû lyù nöôùc thaûi coù haøm löôïng SS cao. Trong quaù trình naøy, nöôùc thaûi vaøo chaûy töø treân xuoáng qua lôùp giaù theå module. Giaù theå naøy taïo neân caùc doøng chaûy nhoû töông ñoái thaúng theo höôùng töø treân xuoáng. Ñöôøng kính doøng chaûy nhoû khoaûng 4 cm. Vôùi caáu truùc nhö treân, quaù trình kò khí baùm dính xuoâi doøng traùnh ñöôïc hieän töôïng bít taéc vaø tích luyõ chaát raén khoâng baùm dính maø quaù tình loïc kò khí thöôøng gaëp phaûi. 3.1.2.6. Quaù trình kò khí taàng giaù theå lô löûng Quaù trình naøy thích hôïp ñeå xöû lyù nöôùc thaûi coù noàng ñoä höõu cô thaáp nhö nöôùc thaûi sinh hoaït. Trong quaù trình naøy, vaät lieäu söû duïng laøm giaù theå cho vi sinh baùm dính coù daïng haït nhoû nhö caùt, than hoaït tính… Vaät lieäu haït coù ñöôøng kính nhoû neân tyû leä dieän tích beà maët / theå tích raát lôùn taïo sinh khoái baùm dính lôùn. Ngöôøi ta thöôøng laép ñaët theâm heä thoáng suïc khí nhaèm taïo ra söï xaùo troän ñuû lôùn ñeå giöõ lôùp vaät lieäu ôû traïng thaùi lô löûng. Haøm löôïng sinh khoái trong beå raát lôùn coù theå leân ñeán 40 000 mg/l. 3.2. QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ UASB 3.2.1. Toång quan veà UASB Beå UASB laø beå sinh hoïc kò khí doøng chaûy ngöôïc qua lôùp buøn (Upflow anaerobic sludge blanket) ñöôïc goïi vôùi nhieàu teân tuyø theo quy moâ xöû lyù nhö, loø phaûn öùng UASB, beå UASB, ôû quy moâ phoøng thí nghieäm thöôøng ñöôïc goïi laø coät UASB. 3.2.1.1. Beå UASB Loaïi beå UASB naøy ñöôïc thieát keá bôûi Lettinga vaø caùc coäng söï vieân vaøo 1983 ôû Netherlands. Loaïi beå UASB naøy thích hôïp cho vieäc xöû lyù caùc chaát thaûi coù haøm löôïng chaát höõu cô cao vaø thaønh phaàn vaät chaát raén thaáp. Beå UASB goàm 2 khu vöïc: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 23 --- khu vöïc phaân huûy vaø khu vöïc laéng. Trong khu vöïc phaân huyû chia thaønh hai lôùp: lôùp buøn ñaëc ôû döôùi ñaùy coät vaø moät lôùp thaûm buøn ôû giöûa haàm, khu vöïc laéng chöùa dung dòch loûng ôû phía treân. Nöôùc thaûi ñöôïc naïp vaøo beå UASB töø ñaùy haàm, noù ñi xuyeân qua lôùp thaûm buøn roài ñi leân treân vaø ra ngoaøi. Caùc chaát raén trong nöôùc thaûi ñöôïc taùch ra bôûi thieát bò taùch chaát khí vaø chaát raén trong haàm. Caùc chaát raén seõ laéng xuoáng lôùp thaûm buøn do ñoù noù coù thôøi gian löu tröõ trong coät cao vaø haøm löôïng chaát raén trong haàm taêng. Luùc beå UASB môùi baét ñaàu hoaït ñoäng khaû naêng laéng cuûa caùc chaát raén raát thaáp nhöng khi noù ñaõ ñöôïc tích tröõ nhieàu vaø taïo thaønh caùc haït buøn thì khaû naêng laéng taêng leân vaø seõ goùp phaàn giöõ laïi caùc VSV hoaït ñoäng. Khoaûng 80 ñeán 90% quaù trình phaân huûy dieãn ra ôû thaûm buøn naøy. Thaûm buøn naøy chieám khoaûng 30 ñeán 60% theå tích cuûa beå UASB. Hình 5. Sô ñoà beå UASB Trong ñoù: 1. Ñaàu vaøo 2. Ñaàu ra 3. Biogas TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 24 --- 4. Thieát bò giöõ buøn (VSV) 5. Khu vöïc laéng 3.2.1.2. Söû duïng biogas Döïa treân cô sôû nhieät trò cuûa Biogas (4500 – 6300 Kcal/m3), Hesse (1982) öôùc tính raèng 1m3 Biogas ñuû ñeå:
Chaïy moät ñoäng cô 1 ngöïa trong 2 giôø
Cung caáp moät ñieän naêng khoaûng 1.25 KWh
Cung caáp naêng löôïng ñeå naáu aên ngaøy 3 buoåi cho gia ñình 5 ngöôøi
Thaép saùng trong voøng 6 giôø (ñoä saùng töông ñöông ñeøn 60 W)
Chaïy 1 tuû laïnh 1m3 trong 1 giôø
Chaïy moät loø uùm 1m3 trong nöûa giôø Nhö vaäy 1m3 Biogas töông ñöông vôùi 0,4 kg daàu diesel, 0,6 kg daàu hoûa, 0,8kg than. Söû duïng Biogas ñeå chaïy ñoäng cô Diesel: trong caùc heä thoáng xöû lyù keát hôïp yeám khí vaø hieáu khí ngöôøi ta caàn söû duïng ñieän naêng ñeå chaïy maùy bôm, maùy neùn khí... do ñoù Biogas ñöôïc söû duïng ñeå chaïy ñoäng cô diesel, chuùng ta neân loaïi boû CO2 vaø H2S ñeå ñaït hieäu quaû cao vaø giaûm ñoä aên moøn maùy doH2S .  Caùch loïc CO2 Vì CO2 coù theå hoøa tan trong nöôùc do ñoù vieäc suïc Biogas qua nöôùc ñöôïc coi laø phöông phaùp ñôn giaûn nhaát ñeå loaïi CO2. Ngoaøi ra CO2 coøn coù theå bò haáp thu bôûi nhöõng dung dòch kieàm, do ñoù ta cuõng coù theå duøng dung dòch NaOH, Ca(OH)2 vaø KOH ñeå loaïi CO2. Caùc phöông trình phaûn öùng nhö sau: 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O (q) Na2CO3 + CO2 + H2O 2NaHCO3 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 25 --- Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O 1 kg voâi nung hoøa tan trong 1m3 nöôùc ñuû ñeå loaïi 300 L CO2. Khaû naêng hoøa tan cuûa CO2 trong nöôùc ñöôïc theå hieän trong baûng Baûng 1. AÙp suaát Nhieät ñoä (oC) atm kg/cm2 0 10 20 30 40 1 1,03 0,40 0,25 0,15 0,10 0,10 10 10,3 3,15 2,15 1,30 0,90 0,75 50 51,7 7,70 6,95 6,000 4,80 3,90 100 103 8,00 7,20 6,66 6,00 5,40 200 207 - 7,95 7,20 6,55 6,05 (Theo Nonhebel (1972), trích daãn bôûi Chongrak, 1989) Baûng 1. Khaû naêng hoøa tan cuûa CO2 trong nöôùc (kg CO2/100 kgH2O)  Loaïi H2S NaCO3 ôû phöông trình (q) coù theå duøng ñeå loaïi H2S trong Biogas qua phaûn öùng sau: H2S + Na2CO3 NaHS + NaHCO3 Moät caùch ñôn giaûn khaùc laø cho Biogas ñi qua maït saét troän laãn vôùi daêm saét phay. Phaûn öùng loaïi H2S nhö sau: Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 26 --- Sau khi söû duïng oxyt saét ñöôïc taùi sinh baèng caùch ñem Fe2S3 phôi naéng, ta coù: 2Fe2S3 + 3O2 2Fe2O3 + 3S2 3.2.1.3. Ñieàu kieän ñeå UASB hoaït ñoäng toát UASB hoaït ñoäng toát vôùi caùc ñieàu kieän sau:  Buøn kò khí coù tính laéng toát.  Coù boä phaän taùch khí - raén nhaèm traùnh röûa troâi buøn khoûi beå. Phaàn laéng phía treân coù thôøi gian löu nöôùc ñuû lôùn, phaân phoái vaø thu nöôùc hôïp lyù seõ haïn cheá doøng chaûy roái. Khi ñoù haït buøn ñaõ taùch khí ñeán vuøng laéng coù theå laéng xuoáng vaø trôû laïi ngaên phaûn öùng.  Heä thoáng phaân phoái nöôùc ñaàu vaøo ñaûm baûo tieáp xuùc toát giöõa nöôùc thaûi vaøo vôùi buøn sinh hoïc. Maët khaùc, khí biogas sinh ra seõ taêng cöôøng söï xaùo troän giöõa nöôùc thaûi vaø buøn, vì vaäy khoâng caàn khuaáy cô khí. 3.2.2. Quaù trình phaùt trieån coâng ngheä UASB Coâng ngheä UASB ñaõ ñöôïc söû duïng roäng raõi trong lónh vöïc xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp töø tröôùc naêm 1997. Loø phaûn öùng UASB thoâng thöôøng thích hôïp xöû lyù caùc loaïi nöôùc thaûi coù noàng ñoä COD khaù cao vôùi taûi troïng töø khoaûng 10 ñeán 15 Kg COD/m3/ngaøy. Vì theá, coâng ngheä UASB ñöôïc ñaùnh giaù laø coâng ngheä khaù hoaøn chænh. Tuy nhieân, vôùi muïc tieâu höôùng ñeán vieäc ñaït ñöôïc hieäu xuaát xöû lyù cao hôn ñaõ laøm xuaát hieän moâ hình UASB thöù hai vôùi lôùp buøn kò khí trong loø phaûn öùng daøy hôn goïi taét laø EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) vaø coù quaù trình löu thoâng tuaàn hoaøn beân trong goïi laø IC (Interal Circulation). Ñaây cuõng ñöôïc xem laø moät thaønh coâng lôùn trong vieäc caûi tieán loø phaûn öùng UASB. Sau khi ra ñôøi, loø phaûn öùng UASB caûi tieán ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong nhieàu naêm qua. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 27 --- Maët khaùc, ñeå ñaùp öùng nhu caàu ngaøy caøng cao trong lónh vöïc xöû lyù nöôùc thaûi, loø phaûn öùng UASB laïi ñöôïc caûi tieán leân moät baäc. Chính nhôø söï caûi tieán naøy maø ta coù theå kieåm soaùt ñöôïc nhieät ñoä trong loø phaûn öùng. Töø ñoù, taïo ñieàu kieän nhieät ñoä thích hôïp cho quaù trình phaùt trieån cuûa vi sinh vaät, naâng cao hieäu quaû xöû lyù. Tuy nhieân, cuøng vôùi vieäc coù theå xöû lyù moät löôïng nöôùc thaûi lôùn hôn, löôïng biogas sinh ra cuõng nhieàu hôn, ñieàu naøy daãn ñeán khuynh höôùng gaây ra hieän töôïng traøo buøn töø loø phaûn öùng UASB. Ñeå giaûi quyeát vaán ñeà treân, moät daïng loø phaûn öùng UASB laïi ñöôïc nghieân cöùu. Keát quaû, ngöôøi ta ñaõ ñöa ra moät daïng loø phaûn öùng UASB coù chia ngaên beân trong vaø coù gaén thieát bò taùch khí raén (Gas Solids Separator - GSS). Vôùi daïng loø phaûn öùng UASB naøy, löôïng buøn ñöôïc duy trì cao, ñoàng thôøi vaãn ñaûm baûo hieäu suaát xöû lyù vaø löôïng biogas thu ñöôïc. Ngaøy nay, söï phaùt trieån cuûa coâng nghieäp, ñaëc bieät laø coâng nghieäp thöïc phaåm daãn ñeán vieäc taïo ra moät löôïng nöôùc thaûi hoãn taïp khoång loà. Chính vì vaäy, vieäc xöû lyù nöôùc thaûi cuõng ngaøy caøng gaëp nhieàu khoù khaên. Coù raát nhieàu phaùt minh vaø nghieân cöùu ñaõ ñöa ra raát nhieàu coâng ngheä cuõng nhö kyõ thuaät nhaèm ñem laïi hieäu quaû xöû lyù ngaøy caøng cao cho vaán ñeà nöôùc thaûi. Vaø coâng ngheä UASB ñöôïc xem laø khaù hoaøn chænh vaø ñöôïc öùng duïng roäng raõi khoâng chæ bôûi hieäu quaû xöû lyù cao maø coøn bôûi nhöõng öu ñieåm veà kinh teá vaø kyõ thuaät vaän haønh cuûa noù. 3.2.3. Öu ñieåm vaø nhöôïc ñieåm cuûa vieäc xöû lyù nöôùc thaûi baèng coâng ngheä UASB  Öu ñieåm  Löôïng buøn sinh ra ít.  Loø phaûn öùng töông ñoái ñôn giaûn vaø chi phí xaây döïng thaáp.  Chi phí vaän haønh vaø baûo döôõng thaáp. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB --- 28 ---  Khoâng ñoøi hoûi cung caá