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

À XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC ---------------------- KHOA : Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học BỘ MÔN : Môi Trường NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN : Lê Thị Tuyết Mai MSSV : 02DHMT152 NGÀNH : Môi Trường LỚP : 02DHMT02 Đầu đề Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương bằng công nghệ UASB Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): Ngày giao đồ án tốt nghiệp: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ tên người hướng dẫn Phần hướng dẫn 2/ Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ môn. Ngày tháng năm 2006 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PGS.TSKH. Ngô Kế Sương PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Người duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ: Điểm tổng kết: Nơi lưu Đồ án tốt nghiệp: NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... Điểm số bằng số Điểm số bằng chữ Tp HCM, ngày tháng năm 2006 (GV hướng dẫn ký và ghi rõ họ tên) PGS.TSKH. Ngô Kế Sương NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ...................................................................................................................................................................................................................................................... Điểm số bằng số Điểm số bằng chữ Tp HCM, ngày tháng năm 2006 (GV phản biện ký và ghi rõ họ tên) Lời cám ơn ab Sau nhiều tháng nghiên cứu và thực hiện, đồ án đã hoàn tất và đã đạt được những kết quả nhất định. Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy Ngô Kế Sương và thầy Lê Công Nhất Phương đã nhiệt tình, tận tâm hướng dẫn và chỉ bảo cho em thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cám ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Môi Trường, Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp HCM đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô trong Khoa Kỹ thuật Môi Trường đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua. Em xin cám ơn Ban lãnh đạo, các thầy cô và các anh chị trong Viện Sinh học Nhiệt Đới đã giúp đỡ em hoàn thành tốt công việc trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, những người thân và bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn này. Một lần nữa, xin chân thành cám ơn tất cả mọi người! TpHCM, Tháng 12/2006 Sinh viên thực hiện Lê Thị Tuyết Mai MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT i DANH SÁCH CÁC BẢNG ii DANH SÁCH CÁC HÌNH iii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2 MỤC TIÊU - NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 Mục tiêu 2 Nội dung 3 Phương pháp nghiên cứu 3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 3 NHU CẦU KINH TẾ XÃ HỘI 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG 5 HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TẠI VIỆT NAM 6 Hiện trạng sản xuất 6 Hiện trạng môi trường 11 Môi trường không khí 11 Chất thải rắn 11 Môi trường nước 12 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG 12 Thành phần 12 Tính chất 13 MỘT SỐ ĐỀ XUẤT NHẰM XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG 13 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH UASB 15 3.1. QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỊ KHÍ 16 3.1.1. Tổng quan 16 3.1.2. Các công nghệ xử lý kị khí 19 3.1.2.1. Quá trình phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn 19 3.1.2.2. Quá trình tiếp xúc kị khí 20 3.1.2.3. UASB 20 3.1.2.4. Lọc kị khí (Giá thể cố định dòng chảy ngược dòng) 21 3.1.2.5. Quá trình kị khí bám dính xuôi dòng (Vách ngăn) 21 3.1.2.6. Quá trình kị khí tầng giá thể lơ lửng 22 3.2. QUÁ TRÌNH XỬ LÝ UASB 22 3.2.1. Tổng quan về UASB 22 3.2.1.1. BỂ UASB 22 3.2.1.2. Sử dụng biogas 24 3.2.1.3. Điều kiện để UASB hoạt động tốt 26 Quá trình phát triển công nghệ UASB 26 Ưu điểm và nhược điểm của việc xử lý nước thải bằng công nghệ UASB 27 Khởi động mô hình UASB 28 Bùn nuôi cấy ban đầu 28 Nhiệt độ 30 pH 30 Nước thải 30 Hàm lượng chất hữu cơ 30 Khả năng phân huỷ sinh học của nước thải 31 Chất dinh dưỡng 31 Hàm lượng cặn lơ lửng 31 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP UASB 32 CƠ SỞ THỰC NGHIỆM ĐỂ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 33 Một số nghiên cứu xử lý nước thải của các ngành thực phẩm ứng dụng mô hình UASB 33 Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm giàu protein và chất béo bằng bể phản ứng kị khí dòng ngược UASB đa giai đoạn ưa nhiệt. 33 Xử lý nước thải từ quy trình chế biến tinh bột sắn bằng công nghệ UASB. 36 Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn thu Biogas bằng hệ thống UASB. 38 Lựa chọn các thông số 41 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 41 Đối tượng nghiên cứu 41 Lấy mẫu 41 Mô hình thí nghiệm cột UASB 42 Hoá chất phân tích định lượng 43 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 43 VẬN HÀNH MÔ HÌNH 44 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 46 5.1. PHẦN THỨ NHẤT 48 Giai đoạn 1: 48 Giai đoạn 2: 51 Giai đoạn 3: 54 Kết quả 56 Kết luận 58 PHẦN THỨ HAI 59 Giai đoạn 1 59 Giai đoạn 2 62 Giai đoạn 3 64 Kết quả 66 Kết luận 68 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD (Biochemical Oxygen Demand) – Nhu cầu oxy sinh hoá COD (Chemical Oxygen Demand) – Nhu cầu oxy hoá học EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) – Lớp bùn mở rộng GSS (Gas Solids Separator ) – Tách khí rắn HRT (Hydraulic Retention Times) – Thời gian lưu nước IC (Interal Circulation) - Lưu thông tuần hoàn bên trong MS – UASB (Up – flow Anaerobic Sludge Blanket Multi Stage) - Bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn nhiều bậc SS – Solid Suspension – Chất rắn lơ lửng SMA – Hoạt tính methane TSS – Total Solid Suspension – Chất rắn lơ lửng tổng cộng UASB (Up – flow Anaerobic Sludge Blanket)- Bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn VSS – Vaporize Solid Suspension – Chất rắn lơ lửng bay hơi VSV – Vi sinh vật DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1. Khả năng hịa tan của CO2 trong nước 25 Bảng 2: Các loại bùn nuơi 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 (Khơng kiểm sốt nồng độ muối) 49 Bảng 9. Kết quả phân tích trong giai đoạn 2 ở nồng độ CODvào= 1500 mg/l (Khơng kiểm sốt nồng độ muối) 52 Bảng 10. Kết quả phân tích trong giai đoạn 2 ở nồng độ CODvào= 2000 mg/l (Khơng kiểm sốt 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 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 hố giải. 9 Hình 3. Sơ đồ chuyển hố 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. Mơ 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 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao. Do đó, các đòi hỏi về những nhu cầu hàng ngày, ngày càng trở nên khắt khe. Đặc biệt là nhu cầu về ẩm thực. Chính vì thế, các ngành công nghiệp chế biến và sản xuất thực phẩm đóng một vai trò rất quan trọng. Chịu ảnh hưởng bởi cách thức ăn uống của người Trung Hoa, người Việt Nam chúng ta rất thích chế biến cũng như thưởng thức các món ăn có sử dụng nước tương để làm tăng hương vị đậm đà cho thực phẩm. Thêm vào đó, đậu tương là một loại nông sản có năng suất rất cao và trồng được ở rất nhiều nơi trên đất nước ta. Do đó, các nhà máy sản xuất nước tương được xây dựng rộng rãi trên khắp đất nước là một điều dễ hiểu. Tuy nhiên, việc sản xuất nước tương đã thải ra một lượng lơn nước thải gây ra không ít lo ngại cho cuộc sống của người dân sống xung quanh khu vực nhà máy và làm các cấp, các nhà lãnh đạo phải đau đầu bởi vấn đề ô nhiễm môi trường. Hiện trạng nước thải chứa lượng chất hữu cơ cao được thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung của khu dân cư gây ô nhiễm nghiêm trọng là thực trạng chung của các nhà máy sản xuất nước tương. Bên cạnh đó, chưa có một phương án nào được đưa ra nhằm giải quyết vấn đề bức xúc này. Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra các phương pháp xử lý mang tính thiết thực là rất cần thiết. MỤC TIÊU - NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục tiêu Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương bằng phương pháp UASB và đánh giá hiệu quả. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến quá trình xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương bằng phương pháp UASB. Nội dung Nghiên cứu xử lý nước thải từ quy trình sản xuất nước tương trên môi trường thử nghiệm trong 3 tháng (từ tháng 5/2006 đến tháng 7/2006) ở các nồng độ COD trong nước đầu vào tương ứng 1000 – 1500 – 2000 mg/l. Phân tích các chỉ tiêu pH, COD, N – NH4, P – PO4, NaCl và đánh giá hiệu quả xử lý COD. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến quá trình xử lý nước thải từ quy trình sản xuất nước tương trên môi trường thử nghiệm với COD được kiểm soát ở 2000 mg/l trong 2 tháng (từ tháng 8/2006 đến tháng 9/2006) với các nồng độ muối trong nước đầu vào tương ứng 0.5 – 0.7 – 0.9 % . Phân tích các chỉ tiêu pH, COD, N – NH4, P – PO4, NaCl và đánh giá hiệu quả xử lý COD. Phương pháp nghiên cứu Khảo sát thành phần, tính chất nước thải từ quá trình sản xuất nước tương. Xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm. Phân tích, đánh giá hiệu quả xử lý COD trên môi trường thử nghiệm. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài chú trọng nghiên cứu trong phạm vi sau: Nghiên cứu, phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý COD trong nước thải sản xuất nước tương trên môi trường nhân tạo bằng phương pháp sinh học kị khí ứng dụng cột UASB. Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với mô hình có dung tích 10 lít. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Nước thải từ quá trình sản xuất nước tương chứa lượng chất hữu cơ lớn và có mùi rất khó chịu vì thế khi thải trực tiếp vào hệ thống nước thải chung của khu dân cư sẽ cản trở quá trình xử lý nước thải sinh hoạt của khu dân cư, chưa kể đến việc nếu nước thải sinh hoạt của khu dân cư không được xử lý thì lượng nước thải hỗn hợp này sẽ gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường đất và môi trường nước nơi nó bị thải ra. Vì vậy đề tài này sẽ góp phần tìm ra giải pháp làm giảm sự ô nhiễm cho môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng. Bên cạnh đó, đề tài này sẽ đưa ra một số thông số có thể ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương. NHU CẦU KINH TẾ XÃ HỘI Nghiên cứu này sẽ đáp ứng nhu cầu hiện nay của xã hội Việt Nam đó là đưa ra một phương pháp xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương hiệu quả về công nghệ cũng như về kinh tế. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG Nguyên liệu để sản xuất nước tương là hạt đậu tương. Đậu tương là cây công nghiệp và là cây thực phẩm ngắn ngày có giá trị dinh dưỡng cao. Đậu tương được dùng làm thực phẩm cho người và thức ăn cho chăn nuôi. Đồng thời, đậu tương còn là cây cải tạo đất tốt và là mặt hàng nông sản suất khẩu quan trọng đem lại lợi nhuận cao. Chính vì vậy, cây đậu tương đang là một trong 10 chương trình ưu tiên phát triển của nước ta (TS.VS. Trần Đình Long – Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam). Từ năm 1990 trở lại đây diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương đã không ngừng tăng lên. (Cũng theo TS.VS. Trần Đình Long – Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, diện tích tăng 11,2%, năng suất tăng 46,8% và sản lượng tăng 63,9%). Cũng từ đó, các cơ sở sản xuất nước tương ra đời ngày càng nhiều và phát triển càng rộng. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TẠI VIỆT NAM 2.1.1. Hiện trạng sản xuất Nước tương hay còn gọi là xì dầu đang được sử dụng rộng rãi ở Đông Á. Riêng ở Việt Nam, lượng nước tương tiêu thụ hàng tháng ngày càng tăng bởi không chỉ vì hương vị đậm đà thơm ngon của nó mà vì khả năng khắc phục những hư tổn tế bào ở người của nước tương. Người ta phát hiện thấy nước tương - được làm từ đậu tương lên men - có khả năng chống ôxy hoá mạnh gấp khoảng 10 lần rượu vang đỏ và 150 lần so với vitamin C. "Thứ nước chấm này còn thể hiện tiềm năng trong việc làm chậm tốc độ phát triển các căn bệnh tim mạch và suy thoái thần kinh", trưởng nhóm nghiên cứu Barry Halliwell cho biết. Nghiên cứu của Đại học Quốc gia Singapore cũng tìm thấy nước tương cải thiện tới 50% lưu lượng máu chỉ trong vài giờ sau khi sử dụng. Có thể thấy rằng nhu cầu tiêu thụ nước tương ngày càng tăng, tại Tp Hồ Chí Minh hiện nay có khoảng 28 cơ sở sản xuất và phân phối nước tương với chất lượng được phân làm nhiều loại. Trên cả nước hiện nay có khoảng trên 40 nhà máy sản xuất nước tương có quy mô tương đối lớn và rất nhiều cơ sở sản xuất nước tương vừa và nhỏ khác. Trước đây, sản xuất nước tương được thực hiện bằng phương pháp lên men theo quy trình sau: (Hình 1.) Hạt đậu tương Nuơi ủ bán rắn 2 ngày Ủ 1 tháng Ủ 12 tháng Lọc Dịch lọc Khử trùng Đĩng chai Thành phẩm VSV gây mùi Ngâm, hấp, cấy mốc Nước, muối Bã tương Tương đặc Đường, gia vị Hình 1. Sơ đồ quy trình sản xuất nước tương từ đậu nành bằng phương pháp lên men. Hiện nay, hầu hết các cơ sở sản xuất nước tương theo phương pháp hoá giải theo quy trình sau: (Hình 2.) Bánh dầu Xử lý nguyên liệu Trung hịa Lọc thơ Thanh trùng Lắng trong Pha chế Đĩng gĩi Thành phẩm Acid, nước So da Muối Hình 2. Sơ đồ quy trình sản xuất nước tương từ bánh đậu bằng phương pháp hoá giải. Trong sơ đồ quy trình sản xuất nước tương bằng phương pháp hoá giải ở Hình 2, nguyên liệu chính để sản xuất nước tương là bánh dầu (đậu tương bị ép hết dầu và viên thành từng bánh) với hàm lượng protein đạt từ 40% trở lên. Hóa chất dùng trong sản xuất nước tương gồm : Acid clohydric: phân giải bánh dầu thành đạm acid amin. Soda: để trung hòa acid sau khi phân giải xong. Muối: là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nước tương vì nó điều chỉnh vị và bảo quản sản phẩm. Nước: là thành phần chính trong sản xuất nước chấm. Caramen: để điều chỉnh màu cho thích hợp. Quá trình sản xuất nước tương gồm các giai đoạn sau: Xử lý nguyên liệu: Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nước tương là bánh dầu có nhiều protein. Tại khâu này, bánh dầu được xay nhỏ để tăng khả năng tiếp xúc của bánh dầu với hoá chất. Hoá chất dụng để phân giải là acid clohydric và dung dịch để trung hoà sau quá trình phân giải là cacbonat natri. Phân giải: Quá trình thuỷ phân xảy ra với điều kiện khắt khe về nhiệt độ, nồng độ acid và thời gian thuỷ phân. Lượng acid sử dụng phải được tính toán chính xác dựa vào phần trăm khối lượng đạm toàn phần. Trung hoà: Dung dịch thu được sau khi thuỷ phân được trung hoà bằng soda. Lọc: Dung dịch sau khi trung hoà được dẫn vào thiết bị lọc. Tại đây, chất lượng đạm sẽ được kiểm tra để pha chế ra nước tương theo yêu cầu. Thanh trùng: Dầu sống sau khi lọc sẽ đem đi thanh trùng, tuỳ thuộc vào lượng muối ban đầu mà tính toán lượng muối thêm vào để đạt nồng độ muối mong muốn. Lắng trong: Dầu chính sau khi thanh trùng được bơm qua bồn lắng. Sau thời gian lắng, dầu được bơm qua hệ thống lọc tinh. Qua kiểm tra nếu dầu đạt yêu cầu sẽ chuyển qua giai đoạn pha chế. Pha chế: Tuỳ thuộc vào độ đạm của mỗi loại sản phẩm khi ra chai, nhân viên kỹ thuật sẽ tính toán khối lượng phối chế và pha phụ gia để điều chỉnh vị phù hợp với yêu cầu của khách hàng. Hiện trạng môi trường Môi trường không khí Ngày nay, sản xuất nước tương theo phương pháp hiện đại, dùng acid để phân giải bánh dầu chiết xuất dịch tương, cùng với việc chưa có một công nghệ xử lý khí thải hoàn chỉnh đã dẫn đến việc để cho một lượng hơi acid thừa thoát vào không khí làm cho môi trường tại các nhà máy sản xuất và chế biến nước tương bị ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ người lao động. Hơi acid thừa có tác hại đến đường hô hấp và niêm mạc mắt. Hít phải hơi acid có thể bị nhiễm độc gây co thắt thanh quản, nặng hơn là viêm phế quản, đặc biệt về lâu dài có thể bị phù phổi. Triệu chứng thường thấy ở người làm việc trong môi trường acid tại các nhà máy sản xuất nước tương là ho. Mặc dù vậy, hiện nay vẫn chưa có biện pháp nào hữu hiệu cho vấn đề này nhất là tại các cơ sở vừa và nhỏ. Chất thải rắn Chất thải rắn từ quá trình sản xuất nước tương chủ yếu là bả thải. Bả thải chính là bánh đậu đã qua phân giải chỉ còn lại xác đậu. Bên cạnh đó, nguồn phát sinh chất thải rắn do quá trình sản xuất nước tương còn tập trung ở giai đoạn đóng gói. Rác chủ yếu là các loại bao bì, nilon, carton…Ngoài ra, rác thải sinh hoạt cũng góp phần đáng kể gây ô nhiễm. Lượng chất thải rắn trong quá trình sản xuất nước tương hiện nay đang trở thành vấn nạn của các nhà sản xuất cũng như nhà quản lý môi trường bởi tính chất gây ô nhiễm cao và khó xử lý của nó. Chính vì thế, cần xúc tiến tìm ra biện pháp thu gom và xử lý thích hợp để loại bỏ những mầm bệnh, giữ cho môi trường trong sạch. Môi trường nước Hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tương nói riêng và nước chấm nói chung đều gây ô nhiễm môi trường nước bởi nước thải của quá trình sản xuất. Hiện tượng nước thải chứa lượng hợp chất hữu cơ cao được thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung của khu dân cư hoặc trực tiếp vào các thuỷ vực gây ô nhiễm nghiêm trọng là thực trạng chung của các nhà máy sản xuất nước tương. Bên cạnh đó, nước thải của các quá trình sản xuất này cũng tác động trực tiếp đến môi trường bởi yếu tố tạo mùi của nó. Cho đến nay ở hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tương chưa có hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh, nếu có cũng chỉ là rất sơ sài và không đạt tiêu chuẩn. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG Thành phần Cũng giống như các ngành chế biến thực phẩm khác, nước thải của các nhà máy sản xuất nước tương chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ phân hủy chủ yếu là các hydratecarbon, protein và xelluloza. Ngoài ra, trong nước thải của các nhà máy sản xuất nước tương còn chứa một lượng các hoá chất để xúc rửa chai và vệ sinh thiết bị có dính các loại dầu mỡ trong quá trình bảo trì máy móc. Tính chất Nước thải do quá trình sản xuất nước tương có độ ô nhiễm rất cao: COD = 6000 – 11000 mg/l; pH thấp: 4.0 – 5.4; chất rắn lơ lửng (SS) rất cao. Chính vì vậy, việc xử lý cũng gặp nhiều trở ngại và khó khăn. Đặc biệt, việc xử lý màu trong nước thải cũng là một vấn đề cần quan tâm. MỘT SỐ ĐỀ XUẤT NHẰM XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, chỉ có phương pháp sinh học để xử lý loại nước thải này là tốt nhất. Cơ sở của phương pháp sinh học nhằm xử lý nước thải dựa vào khả năng oxy hóa các liên kết hữu cơ dạng hoà tan và không hoà tan của vi sinh vật. Chúng xử dụng các liên kết đó và một số chất khoáng như là nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, vi sinh vật nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản từ đó tăng trưởng về sinh khối. Người ta phân loại các phương pháp sinh học bao gồm ba loại chính: phương pháp thiếu khí, phương pháp hiếu khí, phương pháp kị khí. Phương pháp thiếu khí ít được quan tâm do thời gian xử lý kéo dài, chỉ thích hợp với những nơi có diện tích hồ ao rộng. Phương pháp hiếu khí được áp dụng nhiều hơn, chủ yếu là hiếu khí tăng cường (aeroten). Phương pháp này sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 đến 40 oC. Phương pháp này có ưu điểm là hiệu suất xử lý cao, thời gian xử lý ngắn. Những phương pháp hiếu khí tăng cường cũng có nhược điểm là kinh phí xử lý cao do phải dùng điện cho các máy bơm và máy thổi khí, không có khả năng xử lý nước thải bị ô nhiễm cao, tạo ra lượng bùn thải lớn và tính ổn định của hệ thống thường không cao. Phương pháp xử lý kị khí được áp dụng khá rộng rãi, chủ yếu là phương pháp UASB và UASB cải tiến. Vi sinh vật được sử dụng trong phương pháp này là các nhóm vi sinh vật kị khí. Phương pháp này có ưu điểm vượt trội so với phương pháp hiếu khí tăng cường là chi phí thấp, có khả năng xử lý được nước thải có mức độ ô nhiễm cao, tạo ít bùn thải và tạo khí sinh học là nguồn năng lượng tương đối sạch và tiện dụng. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ UASB QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỊ KHÍ Tổng quan Quá trình phân huỷ kị khí là quá trình phân huỷ sinh học chất hữu cơ trong điều kiện không có Oxy. Phân huỷ kị khí có thể chia làm 6 quá trình: Thuỷ phân Polymer: Thuỷ phân các protein. Thuỷ phân Polysaccharide. Thuỷ phân chất béo. Lên men các amino acid và đường. Phân huỷ kị khí các acid béo mạch dài và rượu. Phân huỷ kị khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic). Hình thành khí methane từ acid acetic. Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2. Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân huỷ kị khí chất hữu cơ. Thuỷ phân Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và chất không tan (polysaccharide, proteins, lipids) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo). Giai đoạn này thường xảy ra chậm. Tốc độ thuỷ phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt bùn, đặc tính dễ phân huỷ của cơ chất. Chất béo thuỷ phân rất chậm. Acid hóa Trong giai đoạn này, vi khuẩn len men chuyển hóa các chất hòa tan thành các chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống đến 4.0. Acetic hóa Vi khuẩn tạo khí H2 chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, CO2, H2, và sinh khối mới. Methane hóa Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kị khí. Acid acetic, CO2, H2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới. Phản ứng chính tạo thành methane có thể xảy ra như sau: CO2 + 4H2A CH4 + 4A + 2H2O Trong đó, H2A là chất hữu cơ chứa hydro. Cũng có thể xảy ra các phản ứng khác (khi có và khi không có hydro) CO + 3H2 CH4 + H2O 4CO + 2H2O 3CO2 + CH4 Methane có thể tạo thành do phân rã acid acetate: CH3COOH CH4 + CO2 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Ngoài ra, trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp chứa SO42-, ở điều kiện kị khí, vi khuẩn khử sunfat sẽ khử SO42- thành H2S như sau: 5AH2 + SO42- 5A + H2S + 4H2O Bên cạnh đó còn có cả quá trình nitrat hoá: 6H2A + 2NO3- 6A + 6H2O + N2 Quá trình chuyển hoá vật chất trong điều kiện kị khí được mô tả trong Hình 3. VẬT CHẤT HƯU CƠ PROTEINS HYDROCARBON LIPIDS ACID AMIN / ĐƯỜNG ACID BÉO ACETATE / H2 CH4 / CO2 Thủy phân Acid hóa Acetic hóa Methane hóa Vi khuẩn lipolytic, proteolytic và cellulytic Vi khuẩn lên men Vi khuẩn tạo khí H2 Vi khuẩn methane hóa GIAI ĐOẠN VẬT CHẤT LOẠI VI KHUẨN Hình 3. Sơ đồ chuyển hoá vật chất trong điều kiện kị khí. Trong 3 giai đoạn thủy phân, acid hóa và acetic hóa COD trong dung dịch hầu như không giảm. COD chỉ giảm trong giai đoạn methane hóa. Ngược với quá trình hiếu khí, trong sử lý nước thải bằng phân hủy kị khí, tải trọng tối đa không bị hạn chế bởi không cần cung cấp oxy. Nhưng trong công nghệ xử lý kị khí, cần lưu ý 2 yếu tố sau: Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt. Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi khuẩn. Các công nghệ xử lý kị khí Sơ đồ các dạng quá trình kị khí đã ứng dụng rộng rãi trong thực tế: Cơng nghệ xử lý kị khí Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng dính bám Lọc kị khí Tầng lơ lửng Vách ngăn Xáo trộn hồn tồn Tiếp xúc kị khí UASB Hình 4. Các dạng quá trình kị khí đã ứng dụng rộng rãi trong thực tế Quá trình phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn Quá trình phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn thích hợp để xử lý nước thải có hàm lượng hữu cơ hoà tan dễ phân huỷ nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ. Bể phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn là bể xáo trộn liên tục, không có tuần hoàn bùn. Bùn và nước thải được trộn đều bằng hệ thống cánh khuấy cơ khí hoặc tuần hoàn khí biogas thông qua máy nén khí biogas và dàn phân phối khí nén. Trong quá trình phân hủy lượng sinh khối mới được sinh ra và phân bố đều trong toàn bộ thể tích bể. Bể phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn không giữ sinh khối bùn, do đo,ù thời gian lưu nước chính là thời gian lưu bùn. Thời gian lưu giữ bùn thông thường từ 12 đến 30 ngày. Chính vì vậy, thể tích bể phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn yêu cầu lớn hơn nhiều so với các công nghệ xử lý kị khí khác. Tuy nhiên, bể kị khí xáo trộn hoàn toàn có thể chịu dựng tốt trong trường hợp nước thải có chứa độc tố hoặc khi tải trọng tăng đột ngột do hàm lượng sinh khối trong bể thấp và thời gian lưu nước lớn. Quá trình tiếp xúc kị khí Quá trình tiếp xúc kị khí gồm hai giai đoạn: Phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn. Lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý. Bùn sinh học sau khi tách được tuần hoàn trở lại bể phân huỷ kị khí. Trong quá trình tiếp xúc kị khí, ta có thể kiểm soát được lượng sinh khối, không phụ thuộc vào lưu lượng nước thải, vì vậy thời gian lưu bùn cũng có thể khống chế được và không phụ thuộc vào thời gian lưu nước. Từ đó có thể chọn thời gian lưu bùn thích hợp cho phát triển sinh kh._.