Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải sản xuất cồn trên mô hình Hybrid USBF

Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 1 CHÖÔNG MÔÛ ÑAÀU Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 2 1.1 ÑAËT VAÁN ÑEÀ 1.1.1 Tính caáp thieát cuûa ñeà taøi OÂ nhieãm moâi tröôøng töø nöôùc thaûi saûn xuaát coàn ñang laø vaán ñeà böùc thieát caàn giaûi quyeát. Thöïc traïng hieän nay, haàu nhö khoâng coù nhaø maùy coàn naøo ñaït tieâu chuaån thaûi cho pheùp do haøm löôïng höõu cô quaù cao (50.000 - 100.000 mg/l). chuû yeáu laø xaùc naám men, carbonhydrate, moät soá chaát höõu cô khoa phaân huyû chaát taïo maøu, ñoä ñuïc lôùn coù maøu ñen thaåm, muøi ñöôøng vaø muøi chua ñaët tröng, nhieät ñoä cao vaø laø moái quan taâm cuûa. xaõ hoäi vaø caùc nhaø moâi tröôøng vì taûi löôïng oâ nhieãm khaù cao. Do ñoù vieäc giaûm thieåu noàng ñoä oâ nhieãm ñaït tieâu chuaån laø heát söùc khoù khaên, ñoøi hoûi phaûi keát hôïp nhieàu phöông phaùp vaø nhieàu ban ngaønh vaø chính vì theá môùi coù söï ra ñôøi cuûa ñeà taøi naøy . Hieän nay, nhieàu coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn ñaõ ñöôïc aùp duïng ôû nöôùc ta nhö: aùp duïng phöông phaùp sinh hoïc kò khí (UASB), phöông phaùp hoaù lyù (keo tuï) keát hôïp phöông phaùp sinh hoïc hieáu khí (buøn hoaït tính), hoà sinh hoïc (kò khí, tuøy nghi, hieáu khí). Tuy nhieân, thöïc teá cho thaáy caùc heä thoáng hoaït ñoäng khoâng hieäu quaû vaø khaù phöùc taïp. Vaán ñeà ñaët ra laø phaûi nghieân cöùu moät coâng ngheä xöû lyù vöøa coù hieäu quaû veà maët kinh teá vaø phuø hôïp vôùi ñieàu kieän saûn xuaát ôû nöôùc ta. Moâ hình UASB keát hôïp loïc sinh hoïc kò khí (USBF) coù theå ñaùp öùng ñöôïc ñieàu naøy, ñaëc bieät coâng ngheä treân chöa ñöôïc nghieân cöùu treân nöôùc thaûi saûn xuaát coàn 1.2. Muïc tieâu nghieân cöùu Nghieân cöùu xöû lyù nöôùc thaûi coàn baèng coâng ngheä sinh hoïc kò khí, ñaùnh giaù khaû naêng thu hoài naêng löôïng töø nguoàn thaûi oâ nhieãm höõu cô cao 1.3. Phöông phaùp nghieân cöùu 1.3.1 Phöông phaùp nghieân cöùu lyù thuyeát  Thu thaäp taøi lieäu trong vaø ngoaøi nöôùc coù lieân quan ñeán noäi dung nghieân cöùu.  Khaûo saùt thöïc teá oâ nhieãm nöôùc thaûi saûn xuaát coàn. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 3  Toång quan cô sôû lyù thuyeát söû duïng USBF ñeå xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn röôïu.  Toång hôïp phaân tích, so saùnh vaø ñaùnh giaù laäp keá hoaïch nghieân cöùu xöû lyù.  Xaùc ñònh giôùi haïn nghieân cöùu vaø phöông aùn thöïc nghieäm. 1.3.2 Phöông phaùp nghieân cöùu thöïc nghieäm  Xaùc ñònh thaønh phaàn vaø ñaëc tính nöôùc thaûi saûn xuaát coàn  Laäp keá hoaïch thöïc nghieäm 1.3.4 Phöông phaùp thoáng keâ, xöû lyù soá lieäu Döïa treân caùc lyù thuyeát veà xaùc suaát thoáng keâ, xöû lyù caùc soá lieäu nhaän ñöôïc trong quaù trình thí nghieäm 1.4. Noäi dung nghieân cöùu  Toång quan veà coâng ngheä saûn xuaát coànvaø moät soá coâng ngheä xöû lyù ñang ñöôïc aùp duïng ôû nöôùc ta.  Toång quan veà xöû lyù kò khí vaø coâng ngheä USBF.  Xaùc ñònh thaønh phaàn, tính chaát nöôùc thaûi saûn xuaát coàn.  Thieát laäp vaø nghieân cöùu moâ hình USBF. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 4 CHÖÔNG 1 TOÅNG QUAN VEÀ NGAØNH COÂNG NGHIEÄP SAÛN XUAÁT COÀN TÖØ MAÄT RÆ ÑÖÔØNG Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 5 1.1 TIEÀM NAÊNG CUÛA NGAØNH SAÛN XUAÁT COÀN TRONG TÖÔNG LAI 1.1.1 Öu ñieåm cuûa nhieân lieäu ethanol Giaù thaønh reû, taùc ñoäng tích cöïc ñeán moâi tröôøng (löôïng khí CO2 do xe hôi chaïy baèng coàn loûng thaûi ra chæ baèng 1/12 so vôùi xe chaïy baèng xaêng. Toång hôïp caùc chæ soá oâ nhieãm moâi tröôøng cho thaáy, möùc ñoä oâ nhieãm moâi tröôøng cuûa xe chaïy baèng coàn chæ baèng 30% cuûa xe chaïy xaêng. Neáu xe söû duïng nhieân lieäu hoãn hôïp coàn xaêng thì seõ giaûm ñöôïc 20-30% löôïng khí CO, giaûm khoaûng 25% löôïng khí thaûi CO2, ñoàng thôøi coøn giaûm bôùt ñöôïc löôïng khí thaûi caùc chaát coù haïi nhö chì…) 1.1.2 Ethanol – nguoàn nhieân lieäu thay theá ñaày trieån voïng Nguoàn daàu moû theá giôùi ñang caïn kieät daàn, coäng vôùi tình hình baát oån taïi caùc khu vöïc giaøu daàu moû nhö Iran, Irag, Nigeria… khieán nguoàn cung khoâng ñaûm baûo lieân tuïc gaây lo ngaïi cho caùc nöôùc “khaùt daàu” phuïc vuï cho neàn kinh teá phaùt trieån. Vì theá, tìm kieám nguoàn naêng löôïng thay theá ñang ñöôïc caùc nöôùc ñaët leân haøng ñaàu. Trong soá nhöõng nhieân lieäu thay theá, ethanol noåi leân nhö moät öùng cöû vieân saùng giaù nhaát, ñaùp öùng ñöôïc nhöõng tieâu chuaån nhö giaù reû, deã saûn xuaát, thaân thieän vôùi moâi tröôøng. Ethanol laø chaát phuï gia ñeå taêng trò soá Octane (trò soá ño khaû naêng kích noå) vaø giaûm khí thaûi ñoäc haïi cuûa xaêng trong chính saùch naêng löôïng cuûa caùc nöôùc khoái EU, Myõ, Australia, Trung Quoác, Nhaät Baûn… ñeàu chuù troïng ñeán öùng duïng ethanol. Myõ laø nöôùc söû duïng nhieàu daàu moû nhaát theá giôùi. Trong nhöõng phaùt bieåu gaàn ñaây, toång thoáng Myõ Bush keâu goïi daân chuùng “cai nghieän” daàu moû. Oâng ñaët vaán ñeà nghieân cöùu tìm nhieân lieäu thay theá ñeå bôùt leä thuoäc nöôùc ngoaøi. Xaêng ôû Myõ ñöôïc pha ethanol phoå bieán laø E10 (hoãn hôïp goàm 10% ethanol vaø 90% xaêng khoâng chì) vaø E85. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 6 Hình 1.1 Moät truï bôm xaêng E85 ôû thaønh phoá Lexington-Myõ Tuy Myõ vaø nhöõng nöôùc tieân tieán khaùc raát chuù troïng phaùt trieån nhieân lieäu ethanol nhöng Brazil môùi laø nöôùc daãn ñaàu vaø neáu muoán baét kòp Brazil trong saûn xuaát vaø tieâu thuï ethanol thì Myõ caàn caû thaäp nieân nöõa. 1.1.3 Ethanol – nieàm töï haøo cuûa Brazil Brazil laø nöôùc xuaát khaåu ñöôøng ñöùng haøng ñaàu treân theá giôùi. Ñieàu ñaùng chuù yù laø song song vôùi vieäc duy trì vò trí daãn ñaàu treân thò tröôøng ñöôøng, Brazil ñaõ taän duïng ñöôïc phaàn ræ ñöôøng ñeå saûn xuaát ethanol. Chæ caàn maát 3 ngaøy cheá bieán laø ñaõ coù ñöôïc nhieân lieäu ethanol saün saøng cho ngöôøi tieâu duøng. Hieän nay, ôû ñaát nöôùc Nam Myõ naøy, cöù 100 chieác xe hôi baùn ra thì coù tôùi 80 chieác laø xe “lai”-chaïy baèng xaêng hay ethanol ñeàu ñöôïc. Hai thöù nhieân lieäu naøy deã mua vaø ethanol reû hôn 1/3 so vôùi xaêng daàu neân raát ñöôïc thò tröôøng öa chuoäng. Caùc loaïi xaêng ñöôïc söû duïng ôû ñaây ñeàu ñöôïc pha cheá 25% ethanol (E25). Brazil hieän coù 17 trieäu oâ toâ söû duïng E25 vaø 3 trieäu oâ toâ söû duïng 100% ethanol. Brazil ñaët chæ tieâu saûn xuaát 16.6 tyû lít nhieân lieäu ethanol naêm 2006. Khoaûng 80% saûn löôïng seõ ñöôïc duøng cho thò tröôøng xe hôi trong nöôùc. Brazil coù theå tieát kieäm ñöôïc 400 tyû USD tieàn nhaäp khaåu xaêng daàu. Hôn theá nöõa, Brazil seõ thu veà nguoàn ngoaïi teä lôùn khi xuaát khaåu ethanol sang caùc nöôùc khaùc. Tröôùc maét, Nhaät Baûn ñang xem xeùt kí hôïp ñoàng nhaäp khaåu 6 tyû lít ethanol cuûa Brazil. Naém baét thôøi cô, töø nay Moät truï bôm xaêng E85 ôû thaønh phoá Lexington-Myõ Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 7 ñeán naêm 2012, Brazil seõ ñöa vaøo hoaït ñoäng treân 70 nhaø maùy chuyeân saûn xuaát ethanol. 1.1.4 Trieån voïng cho ethanol Nhöõng nhaø phaân tích cho raèng muoán caïnh tranh vôùi ethanol thì giaù daàu phaûi haï xuoáng coøn 35USD/thuøng. Ñieàu naøy haàu nhö khoâng theå xaûy ra trong tình hình theá giôùi hieän nay. Ngöôøi ta döï baùo nhu caàu nhieân lieäu ethanol toaøn caàu ñeán naêm 2010 coù theå taêng gaáp 4 laàn, leân khoaûng 80 tyû lít, vaø chæ trong 2 ñeán 3 naêm nöõa caùc con taøu khoång loà chôû ethanol seõ xuoâi ngöôïc khaép caùc ñaïi döông, nhö hình aûnh taøu chôû daàu hieän nay. 1.1.5 Chieán löôïc nhieân lieäu saïch cho Vieät Nam Vieät Nam ñöôïc ñaùnh giaù laø nöôùc coù nhöõng tieàm naêng ñeå saûn xuaát nhieân lieäu sinh hoïc. Veà nguoàn nguyeân lieäu cho saûn xuaát coàn: naêm 2003 caû nöôùc coù 7.45 trieäu ha troàng luùa, thu hoaïch ñöôïc 34.5 trieäu taán thoùc, naêng suaát trung bình 4.63 trieäu taán/ha; coù 910000 ha troàng ngoâ, thu hoaïch 2.933 trieäu taán; coù 220000 ha troàng khoai, naêng suaát 7.24 taán/ha, 2 vuï; coù 372000ha troàng saén (coù khaû naêng taêng dieän tích leân 500000 ha), naêng suaát 14.1 taán/ha (hieän ñang troàng thöû gioáng môùi naêng suaát 40 taán/ha); coù 50 nhaø maùy cheá bieán saén thaønh tinh boät xuaát khaåu, söû duïng 100000 taán/naêm cho saûn xuaát coàn; coù 306400 ha troàng mía, naêng suaát bình quaân 54 taán/ha, thu hoaïch 16.5 trieäu taán mía, haøm löôïng ñöôøng 12-14%, ñeán cuoái naêm 200, caû nöôùc coù 43 nhaø maùy ñöôøng, toång coâng suaát 82450 taán mía/ngaøy, 592000 taán ræ ñöôøng, saûn xuaát ñöôïc 200 trieäu lít coàn. Theo thoâng tin töø trung taâm xuùc tieán thöông maïi vaø ñaàu tö TPHCM: Vieät Nam seõ ñaåy maïnh phaùt trieån nhieân lieäu sinh hoïc vaø muïc tieâu döï kieán ñeán naêm 2025 seõ saûn xuaát vaø ñöa vaøo söû duïng xaêng E5 (95% xaêng khoaùng vaø 5% ethanol) vaø daàu B5 (95% diesel khoaùng vaø 5% diesel sinh hoïc) treân phaïm vi caû nöôùc, ñaùp öùng ñuû nhu caàu thò tröôøng. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 8 Theo loä trình ñöôïc tieán só Nguyeãn Xuaân Dinh – Vuï phoù Vuï Naêng löôïng vaø daàu khí – Boä Coâng Thöông ñöa ra, ñeán naêm 2015 seõ söû duïng phoå caäp toaøn quoác xaêng E5 vaø B5, caùc heä thoáng biogas, suaát khaåu E100 vaø B100. Ñeán naêm 2025, nhieân lieäu sinh hoïc seõ cung caáp 10% nhu caàu nhieân lieäu loûng, söû duïng phoå bieán nhieân lieäu E10 vaø B10 treân toaøn quoác. Ñaëc bieät theo tieán só Ñaëng Tuøng, Vuï tröôûng Vuï Khoa hoïc vaø Coâng ngheä (Boä Coâng thöông), sang naêm 2007, nhieàu nhaø maùy saûn suaát coàn coâng nghieäp ñeå saûn xuaát nhieân lieäu ñaõ ñöôïc doàn daäp trieån khai ôû Vieät Nam. Cuï theå, coâng ty coå phaàn Coàn sinh hoïc Vieät Nam ñaõ ñaàu tö xaây döïng nhaø maùy saûn xuaát coàn coâng nghieäp vôùi coâng suaát 66000m3/ naêm taïi Ñaéc Laéc. Beân caïnh ñoù caùc döï aùn ñaàu tö lieân doanh lieân keát giöõa Coâng ty ñöôøng Biieân Hoøa vôùi coâng ty cuûa Singapore kí keát hôïp taùc thaùng 8/2007 ñaàu tö nhaø maùy saûn xuaát coàn sinh hoïc coâng suaát 50000taán/naêm. Maëc duø chöa thaät söï phaùt trieån raàm roä vaø nhieân lieäu sinh hoïc chöa ñöôïc öùng duïng roäng raõi nhöng vieäc ñaàu tö phaùt trieån nhieân lieäu sinh hoïc ôû Vieät Nam ñöôïc coi laø höôùng ñi taát yeáu. 1.2 TÌNH HÌNH CHUNG 1.2.1 Theá giôùi Coâng nghieäp coàn röôïu laø moät ngaønh xuaát hieän töø raát laâu treân theá giôùi, noù laø nguoàn nguyeân lieäu, ñöôïc öùng duïng trong moät soá ngaønh coâng nghieäp khaùc. Hieän nay, saûn löôïng coàn röôïu haøng naêm vaãn tieáp tuïc gia taêng ôû caùc nöôùc treân theá giôùi. 1.2.2 Vieät Nam Ngaønh saûn xuaát coàn röôïu theo kieåu coâng nghieäp ôû nöôùc ta xuaát hieän töø naêm 1898 do ngöôøi Phaùp thieát keá vaø xaây döïng. Khi ñoù, ôû nöôùc ta chæ coù moät soá nhaø maùy röôïu nhö: Haø Noäi, Nam Ñònh, Bình Taây, Chôï Quaùn...Toång naêng suaát cuûa taát caû caùc nhaø maùy lôùn nhoû vaøo khoaûng 15 trieäu lit /naêm. Ñeán thôøi ñieåm 1980 – 1985 thì haøng Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 9 naêm ta coù theà saûn xuaát treân 30 trieäu lit coàn. Coù theå noùi, thôøi gian naøy haøm löôïng coàn röôïu trong caû nöôùc ñaït möùc cao nhaát. Vaøo nhöõng naêm 1986 – 1987, do ñoåi môùi cô cheá quaûn lyù neân haøng loaït phaân xöôûng, nhaø maùy phaûi ñoùng cöûa. Trong hoäi thaûo “Döï aùn chieán löôïc phaùt trieån khoa hoïc coâng ngheä ngaønh röôïu bia nöôùc giaûi khaùt”, theo ñeà nghò cuûa caùc chuyeân gia ñeán naêm 2005 nöôùc ta coù khaû naêng saûn xuaát khoaûng 180 ñeán 200 trieäu lit coàn tinh khieát. Trong ñoù, coàn töø nguoàn nguyeân lieäu tinh boät chieám 30 – 40%, coøn laïi laø coàn töø maät ræ. Baûng 1.1 . Tình hình saûn xuaát coàn cuûa moät soá doanh nghieäp STT Teân coâng ty Saûn löôïng (trieäu lit) Coàn thoâ (trieäu lit) Coàn tinh luyeän (trieäu lit) 1. Ñöôøng Quaûng Ngaõi 5 5 2. Taây Ninh 10 2 8 3. Ñaéc Laéc 5 5 4. Bình Döông 3 1 2 5. Khaùnh Hoaø 3 3 6. Mieàn Taây 4 4 Trong chieán löôïc vaø muïc tieâu phaùt trieån ngaønh röôïu Vieät Nam cuûa Boä Coâng nghieäp trình Chính phuû duyeät, nhu caàu veà saûn löôïng coàn röôïu vaø möùc tieâu thuï bình quaân ñaàu ngöôøi töø naêm 2000 ñeán naêm 2005 ñöôïc ñöa ra trong baûng 1.2 sau: Baûng 1.2. Nhu caàu veà saûn löôïng coàn röôïu vaø möùc tieâu thuï bình quaân ñaàu ngöôøi töø naêm 2000 ñeán naêm 2005 STT Chæ soá Ñôn vò Naêm 2000 Naêm 2005 1 Möùc tieâu thuï bình quaân ñaàu ngöôøi/naêm Lit 8.03 7.69 2 Möùc taêng tröôûng trung bình/naêm % 0.77 0.91 3 Saûn löôïng coàn Trieäu lit 50 150 4 Saûn löôïng röôïu Trieäu lit 10 30 Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 10 Baûng 1.3. Nhu caàu coàn tinh cheá STT Teân coâng ty Saûn löôïng tieâu thuï coàn tinh luyeän (trieäu lit) 1 Coâng ty döôïc phaåm 26 1 2 Coâng ty NGK Chöông Döông 0.5 3 Coâng ty Hiram Walker 1 Tieàm naêng cuûa thò tröôøng Vieät Nam: theo öôùc tính thò tröôøng Vieät Nam coù söùc tieâu thuï khoaûng 30 trieäu lit röôïu moãi naêm. Ñaây laø moät khoái löôïng töông ñoái lôùn. Ñieàu naøy mang laïi cho ngaønh coâng nghieäp coàn röôïu moät cô hoäi vaø cuõng laø thöû thaùch. ÔÛ caùc nöôùc vaø caû ôû Vieät Nam, coàn ñöôïc duøng ñeå pha cheá röôïu vaø cho caùc nhu caàu khaùc nhau nhö: y teá, nhieân lieäu ñoát, nguyeân lieäu cho caùc ngaønh coâng nghieäp khaùc. 1.3 NGUYEÂN LIEÄU Maät ræ ñöôøng: laø thöù phaåm trong quaù trình saûn xuaát ñöôøng (laø chaát loûng ñaëc saùnh laïi sau khi ñaõ ruùt ñöôøng baèng phöông phaùp coâ vaø keát tinh, chieám tyû leä 3 – 5% tuyø thuoäc vaøo chaát löôïng mía, ñieàu kieän canh taùc vaø ñieàu kieän saûn xuaát. Thoâng thöôøng, haøm löôïng chaát khoâ trong maät ræ ñöôøng laø 70 – 85%, nöôùc chieám 15 – 30%.Trong ñoù, ñöôøng chieám khoaûng 60%, bao goàm 35 - 40% saccarosa, 20 – 25% ñöôøng khöû; löôïng coøn laïi laø chaát phi ñöôøng: 30 – 32% laø hôïp chaát höõu cô vaø 8 – 10% laø chaát voâ cô. Chaát höõu cô khoâng chöùa N goàm coù pectin, chaát nhaày furfunol, acid... Ngoaøi ra coøn coù caùc hôïp chaát khoâng leân men ñöôïc nhö caramen, chaát maøu. Hôïp chaát höõu cô chöùa N chuû yeáu laø ôû daïng amin nhö acid glutamic, alanine ... Löôïng N trong maät ræ ñöôøng mía chæ khoaûng 0.5 ñeán 1%. Do chöùa ít N neân khi leân men maät ræ ñöôøng, chuùng ta thöôøng boå sung nguoàn nitrogen ôû daïng ureâ hoaëc amoni sulfate. 1.4 QUY TRÌNH SAÛN XUAÁT Nghieân cöùu quaù trình saûn xuaát laø ñieàu quan troïng vaø caàn thieát ñeå ñaùnh giaù toång quaùt caùc loaïi chaát thaûi seõ toàn taïi trong nöôùc thaûi ñoàng thôøi ñaùnh giaù sô boä noàng ñoä Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 11 cuûa töøng loaïi chaát thaûi ñoù trong nöôùc thaûi, töø ñoù giuùp ta ñeà xuaát vaø tieán haønh quaù trình nghieân cöùu hieäu quaû, giaûi quyeát toát caùc söï coá xaûy ra khi vaän haønh moâ hình. Quy trình coâng ngheä saûn xuaát coàn töø maät ræ ñöôøng goàm caùc giai ñoaïn cô baûn sau: 1.4.1 Chuaån bò dòch ñöôøng leân men (xöû lyù maät ræ) Trong maät ræ ñöôøng coù nhöõng thaønh phaàn vaø tính chaát hoùa hoïc gaây aûnh höôûng khoâng toát cho quaù trình leân men cuûa naám men (chaát maøu, chaát keo). Ñeå loaïi boû nhöõng chaát naøy, ngöôøi ta thöôøng söû duïng H2SO4 ñaäm ñaëc. Vì theá nöôùc thaûi ra thöôøng coù pH raát thaáp. UÛ vaø leân men maät ræ ñöôøng ôû ñieàu kieän thích hôïp : Ræ ñöôøng ñöôïc uû leân men ôû nhieät ñoä 25 – 27 oC trong caùc boàn leân men kín. Naám men ñöôïc söû duïng laø naám men Saccharomyces cerevisea (nguoàn cung caáp: Coâng ty men thöïc phaåm Mauri – La Ngaø). Ngay sau khi haøm löôïng ñöôøng trong dung dòch leân men giaûm xuoáng coøn 5.5 – 6.0 g/ 100ml thì cho vi khuaån Butylic granulobacter vaøo (2 – 3% theå tích dòch) vaø sau ñoù giöõ nhieät ñoä leân men ôû 29 – 30oC trong thôøi gian 2 ngaøy ôû pH = 5. Dòch leân men coù chöùa 4.8 – 5.8% röôïu, ñöôïc taùch sinh khoái naám men vaø chöng caát. 1.4.2 Chöng caát dòch leân men Nhaèm taùch coàn vaø caùc chaát deã bay hôi ra khoûi dung dòch : ngöôøi ta thöôøng chöng caát coàn trong nhöõng thaùp chöng caát laøm töø kim loaïi. Thaùp ñöôïc caáu taïo töø nhieàu ñóa ngöng tuï khaùc nhau. Sau khi chöng caát ñôït 1, ta thu ñöôïc coàn thoâ. Coàn thoâ laø loaïi coàn chöùa haøm löôïng coàn khoâng cao (noàng ñoä khoaûng 40o), ngoaøi ra coøn chöùa khaù nhieàu chaát khi chöng caát bò cuoán theo vaøo coàn. Coàn thoâ khoâng ñöôïc söû duïng trong coâng ngheä thöïc phaåm. Coàn thoâ chæ ñöôïc duøng trong saûn xuaát coâng nghieäp hoaù chaát, deät nhuoäm, thuoäc da, sôn, y teá. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 12 Baûng 1.4 Thaønh phaàn tính chaát trong coàn thoâ saûn xuaát töø maät ræ Stt Thaønh phaàn Soá löôïng Stt Thaønh phaàn Soá löôïng 1 2 3 4 Noàng ñoä coàn (%V) Ester (mg/l) Daàu fusen (%) Andehyd acetic (%) 89.1 276.5 0.43 0.004 5 6 7 Ñoä axit (mg/l) Furfurol Röôïu metylic 60.6 Khoâng khoâng 1.4.3 Chöng caát loaïi taïp chaát vaø thu hoài coàn tinh Sau khi chöng caát laàn 2, coàn ñöôïc taùch khoûi daàu cao phaân töû, loaïi bôùt nöôùc, khi ñoù ta thu ñöôïc coàn coù noàng ñoä cao khoaûng 96o-98o. Heä thoáng chöng caát bao goàm: o Thaùp chöng caát. o Thieát bò ngöng tuï hoài löu. o Thieát bò laøm laïnh Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 13 Hình 1.2. Sô ñoà coâng ngheä quy trình saûn xuaát coàn töø maät ræ ñöôøng Maät ræ vaø nöôùc Leân men Thaùp chöng caát thoâ Thaùp chöng caát tinh CO2 laøm saïch hoùa loûng Coàn tinh 96-98o Nöôùc thaûi Coàn thoâ 40 – 45 o Xöû lyù maät ræ Pha loaõng maät ræ Butylic granulobacter Saccharomyces cerevisea Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 14 1.5 THAØNH PHAÀN VAØ TÍNH CHAÁT NÖÔÙC THAÛI Nöôùc thaûi cuûa ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát coàn chöùa haøm löôïng chaát höõu cô raát cao, chuû yeáu laø xaùc naám men, carbonhydate, moät soá hôïp chaát höõu cô khoù phaân huûy, chaát taïo maøu, andehyde, phenol, melanine, ñoä ñuïc lôùn, coù maøu vaøng ñaäm, muøi ñöôøng vaø muøi chua ñaëc tröng, nhieät ñoä cao (75-85oC).  Khi nöôùc thaûi môùi ñöôïc laáy ra töø thaùp chöng caát thöôøng khaù noùng, ñaäm muøi ñöôøng vaø coù maøu ñen.  Sau khoaûng 2 ngaøy, nöôùc thaûi trôû neân chua, coù maøu vaøng ñaäm, coù vaùng noåi maøu traéng treân beà maët, do khi ñöôïc laáy ra töø thaùp chöng caát nöôùc thaûi coù cuoán theo ra moät ít naám men vì theá naám men tieáp tuïc phaân huûy taïo khí CO2 neân coù hieän töôïng suûi boït khí li ti.  Sau ñoù khoaûng 1 tuaàn nöôùc thaûi trôû neân coù muøi haêng vaø hoâi noàng raát khoù chòu. Baûng 1.5. Keát quaû thaønh phaàn vaø tính chaát cuûa nöôùc thaûi coàn röôïu Chæ tieâu Khoaûng giaù trò QCVN 24 pH 4.26 – 5.03 5-9 COD (mg/l) 25114 – 86027 400 N Kjeldalh (mg/l) 999 – 1529 60 P toång (mg/l) 18.41 – 86.20 8 BOD5 (mg/l) 19750 – 58420 100 SS (mg/l) 132 – 586 200 Nguoàn: PTN Coâng ngheä Moâi tröôøng, Vieän Moâi Tröôøng & Taøi Nguyeân 2009 Nhìn chung, nöôùc thaûi saûn xuaát coàn laø moät trong nhöõng nguoàn thaûi gaây oâ nhieãm nghieâm troïng nhaát hieän nay. Theo khaûo saùt thöïc teá, haàu heát caùc nhaø maùy saûn xuaát coàn ñeàu khoâng theå xöû lyù trieät ñeå haøm löôïng oâ nhieãm höõu cô. Nöôùc ñaäm ñaëc, hoâi noàng. Ñoä maøu, haøm löôïng caramel; sunfat, kali vaø amonia trong thaønh phaàn nöôùc thaûi cao, hôn nöõa, tæ leä BOD5/COD dao ñoäng trong khoaûng 0,5-0,6. keát Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 15 quaû naøy cho thaáy hieäu quaû xöû lyù baèng phöông phaùp sinh hoïc coù theå ñaït khoaûng 70%. 1.6 TAÙC ÑOÄNG CUÛA NÖÔÙC THAÛI SAÛN XUAÁT COÀN TÖØ MAÄT RÆ ÑÖÔØNG LEÂN MOÂI TRÖÔØNG XUNG QUANH Qua keát quaû phaân tích thí nghieäm, ta thaáy nöôùc thaûi saûn xuaát coàn cuûa coâng ty Leâ Gia coù möùc ñoä oâ nhieãm khaù lôùn. Nöôùc thaûi coù noàng ñoä höõu cô cao, chuû yeáu coù nguoàn goác töø nhöõng hôïp chaát hoøa tan, ñoä maøu vaø ñoä ñuïc khaù cao, pH thaáp vaø chöùa löôïng lôùn vi sinh vaät, naám men. Nöôùc thaûi khoâng ñöôïc xöû lyù khi ñoå vaøo keânh raïch seõ daãn ñeán nhöõng haäu quaû sau: Baûng 1.6. AÛnh höôûng cuûa caùc thaønh phaàn oâ nhieãm ñeán nguoàn tieáp nhaän Thaønh phaàn Thoâng soá ñaùnh giaù Aûnh höôûng Chaát höõu cô BOD, COD, TOC Söï khoaùng hoùa/oån ñònh chaát höõu cô gaây neân thieáu huït DO taïi nguoàn tieáp nhaän gaây aûnh höôûng ñeán heä thuûy sinh vaät trong nöôùc. Neáu thieáu huït traàm troïng daãn ñeán ñieàu kieän yeám khí hình thaønh sinh ra muøi hoâi. Ñoä kieàm / ñoä acid pH pH naèm ngoaøi giôùi haïn chòu ñöïng cuûa thuûy sinh vaät. Aûnh höôûng ñeán quaù trình xöû lyù sinh hoïc. Aûnh höôûng ñeán ñoä hoaø tan cuûa caùc kim loaïi naëng trong ñaát vaø thay ñoåi ñoä ñoäc cuûa kim loaïi trong nöôùc. Aûnh höôûng ñeán muøa maøng. Nhieät ñoä Aûnh höôûng ñeán heä thuûy sinh vaät trong nöôùc. Maøu Laøm maát ñi veû myõ quan Kim loaïi naëng Cd, Cr, Co, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg Ñoäc vôùi sinh vaät Chaát raén TSS Giaûm ñoä roãng cuûa ñaát, gaây thieáu huït oxy trong ñaát. Giaûm ñoä truyeàn quang trong nöôùc, gaây aûnh höôûng ñeán khaû naêng quang hôïp cuûa caùc sinh vaät töï döôõng trong nöôùc. Muøi do phaân huûy kî khí. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 16 Ví duï veà söï oâ nhieãm do ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát coàn töø maät ræ ñöôøng gaây ra treân thöïc teá: Coâng ty coå phaàn mía ñöôøng Hieäp Hoøa ôû thò traán Hieäp Hoøa, huyeän Ñöùc Hoøa, tænh Long An gaây oâ nhieãm moâi tröôøng nghieâm troïng. Maëc duø Sôû Taøi nguyeân-moâi tröôøng ñeà nghò ñoùng cöûa nhaø maùy naøy tôùi 4 laàn, nhöng ñeán nay nhaø maùy vaãn ñöôïc UBND tænh cho pheùp hoaït ñoäng do lo ngaïi neáu ñoùng cöûa nhaø maùy naøy seõ aûnh höôûng ñeán GDP chung cuûa tænh. Nhaø maùy ñöôøng Hieäp Hoøa naèm ngay beân caïnh con soâng Vaøm Coû Ñoâng cuûa tænh Long An. Muøi maät ræ ñöôøng ñaëc tröng xoäc ra khu daân cö ôû caïnh nhaø maùy raát khoù chòu. Ngöôøi daân ôû ñaây ñaõ phaûi ngöûi muøi naøy caû chuïc naêm nay. Nhöõng luùc soâng caïn seõ thaáy nöôùc thaûi maøu naâu ñoû töø beân trong nhaø maùy tuoân ra, ñuïc ngaàu. Toùm laïi, nöôùc thaûi töø ngaønh saûn xuaát coàn ñang laø moät vaán ñeà quan taâm cuûa xaõ hoäi vaø caùc nhaø moâi tröôøng vì taûi löôïng oâ nhieãm höõu cô laø khaù lôùn. Keát quaû phaân tích thí nghieäm cho thaáy noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm vöôït quaù tieâu chuaån raát nhieàu laàn, do ñoù vieäc giaûm thieåu noàng ñoä oâ nhieãm laø moät vieäc raát khoù khaên, ñoøi hoûi söï keát hôïp cuûa nhieàu phöông phaùp xöû lyù sinh hoïc keát hôïp vôùi caùc phöông phaùp hoaù hoïc. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 17 CHÖÔNG 2 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI SAÛN XUAÁT COÀN TÖØ MAÄT RÆ ÑÖÔØNG Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 18 Vieäc löïa choïn phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi phuï thuoäc vaøo caùc yeáu toá sau:  Ñaëc tính cuûa nöôùc thaûi: caàn xaùc ñònh thaønh phaàn cuï theå caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi, daïng toàn taïi cuûa chuùng (lô löûng, keo, hoaø tan…). Khaû naêng phaân huyû sinh hoïc vaø ñoä ñoäc caùc thaønh phaàn höõu cô, voâ cô trong nöôùc thaûi.  Möùc ñoä yeâu caàu xöû lyù: chaát löôïng nöôùc ñaàu ra thoaû maõn yeâu caàu hay tieâu chuaån cuï theå naøo ñoù.  Chi phí xöû lyù, ñieàu kieän maët baèng, ñòa hình taïi nôi döï kieán xaây döïng heä thoáng xöû lyù.  Cheá ñoä xaû vaø ñaëc ñieåm nguoàn tieáp nhaän; ñieàu kieän thuyû vaên taïi khu vöïc ñoù. 2.1 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI SAÛN XUAÁT COÀN 2.1.1 Phöông phaùp cô hoïc Ñeå taùch caùc haït lô löûng ra khoûi nöôùc thaûi, ngöôøi ta thöôøng duøng caùc phöông phaùp cô hoïc nhö: loïc qua song chaén raùc hoaëc löôùi chaén raùc, laéng döôùi taùc duïng cuûa löïc ly taâm, troïng löïc. Vieäc löïa choïn phöông phaùp xöû lyù phuï thuoäc vaøo kích thöôùc haït, tính chaát hoaù lyù, noàng ñoä haït lô löûng, löu löôïng nöôùc thaûi vaø möùc ñoä laøm saïch caàn thieát. 2.1.1.1 Loïc qua song chaén raùc, löôùi chaén raùc Ñaây laø böôùc xöû lyù sô boä, muïc ñích cuûa quaù trình laø khöû caùc taïp chaát gaây ra söï coá trong quaù trình vaän haønh ôû caùc coâng trình sau: laøm taéc bôm, ñöôøng oáng daãn. Do ñoù böôùc naøy cuõng ñoùng vai troø quan troïng trong vieäc ñaûm baûo an toaøn vaø thuaän lôïi cho caû heä thoáng 2.1.1.2 Laéng Trong xöû lyù nöôùc thaûi, quaù trình laéng thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå loaïi taïp chaát daïng huyeàn phuø thoâ ra khoûi nöôùc. Ñeå tieán haønh quaù trình naøy ngöôøi ta thöôøng duøng caùc daïng beå laéng ngang, beå laéng ñöùng. Trong nöôùc thaûi saûn xuaát tinh boät luoân chöùa moät löôïng tinh boät bò thaát thoaùt do khoâng ñuû thôøi gian laéng, sau khi thaûi boû chuùng seõ laéng tuï trong heä thoáng coáng raõnh Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 19 gaây taéc ngheõn ñöôøng oáng. Ta coù theå cho laéng tieáp moät thôøi gin tröôùc khi thaûi boû, phaàn caën laéng coù theå laøm thöùc aên cho gia suùc. 2.1.2 Phöông phaùp hoùa hoïc 2.1.2.1 Trung hoøa Nöôùc thaûi thöôøng coù chöùa acid hoaëc kieàm do ñoù coù ñoä pH khaùc nhau. Ñeå ñaûm baûo hieäu quaû cho caùc coâng trình sinh hoïc phía sau vaø traùnh hieän töôïng aên moøn ta caàn phaûi ñöa pH veà 6.5 ÷8.5 tröôùc khi khi thaûi vaøo nguoàn tieáp nhaän hay ñeán coâng trình xöû lyù tieáp theo. 2.1.2.2 Khöû truøng Phöông phaùp naøy duøng ñeå khöû khuaån trong nöôùc thaûi. Thoâng thöôøng nöôùc thaûi sau xöû lyù baèng phöông phaùp sinh hoïc coù theå chöùa ñeán 106 vi khuaån trong 1ml nöôùc thaûi. Thoâng thöôøng ngöôøi ta duøng caùc chaát coù tính oxy hoaù cao ñeå khöû vi khuaån. 2.1.2.3 Oxy hoùa Phöông phaùp oxy hoaù coù taùc duïng : khöû truøng nöôùc, chuyeàn moät nguyeân toá hoaø tan sang keát tuûa, bieán ñoåi caùc chaát khoâng phaân huyû sinh hoïc thaønh nhieàu chaát ñôn giaûn hôn….. Caùc chaát oxy hoùa thoâng duïng : Ozon (O3), Chlorine (Cl2), Hydro peroxide (H2O2), Kali permanganate (KMnO4). 2.1.3 Phöông phaùp hoùa lyù Cô sôû cuûa phöông phaùp naøy laø döïa treân nhöõng phaûn öùng hoaù hoïc dieãn ra giöõa caùc chaát oâ nhieãm vaø hoaù chaát theâm vaøo. Nhöõng phaûn öùng dieãn ra thöôøng laø phaûn öùng oxy hoaù khöû, phaûn öùng trung hoaø hay phaûn öùng phaân huyû. Caùc phöông phaùp hoaù lyù thoâng thöôøng: phöông phaùp keo tuï, phöông phaùp tuyeån noåi…. 2.1.3.1 Keo tuï Quaù trình keo tuï taïo boâng ñöôïc aùp duïng ñeå khöû maøu, giaûm löôïng caën lô löûng trong xöû lyù nöôùc thaûi. Chaát keo tuï coù taùc duïng laøm cho caùc haït raát nhoû trôû thaønh caùc haït Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 20 coù kích thöôùc lôùn töø ñoù laéng deã daøng hôn. Caùc chaát keo tuï thoâng thöôøng laø pheøn nhoâm, pheøn saét… ñöôïc keát hôïp söû duïng vôùi polymer trôï keo tuï ñeå taêng hieäu quaû xöû lyù cho quaù trình. Caùc chaát naøy trung hoaø ñieän tích caùc haït keo trong nöôùc, ngaên caûn söï chuyeån ñoäng hoãn loaïn cuûa caùc ion giuùp vieäc lieân keát taïo boâng thuaän lôïi. Phöông phaùp naøy loaïi boû ñöôïc haàu heát caùc chaát baån lo löûng trong nöôùc thaûi tuy nhieân chi phí xöû lyù cao, do ñoù aùp duïng phöông phaùp naøy khoâng hieäu quaû veà maët kinh teá. 2.1.3.2 Tuyeån noåi Phöông phaùp tuyeån noåi duøng ñeå taùch caùc haït raén hoaëc caùc haït loûng ra khoûi nöôùc thaûi. Trong nhieàu tröôøng hôïp tuyeån noåi coøn ñöôïc söû duïng ñeå taùch caùc taïp chaát tan nhö caùc chaát hoaït ñoäng beà maët. Trong xöû lyù nöôùc thaûi ñöôïc duøng ñeå loaïi boû daàu môõ, caën lô löûng, buøn hoaït tính….Phöông phaùp tuyeån noåi coù öu ñieåm laø hoaït ñoäng lieân tuïc, phaïm vi öùng duïng roäng raõi, chi phí ñaàu tö vaø vaän haønh khoâng lôùn. Coù theå thu caën vôùi ñoä aåm nhoû, hieäu quaû xöû lyù cao, coù theå thu hoài taïp chaát. 2.1.3.3 Haáp phuï Phöông phaùp haáp phuï thöôøng ñöôïc aùp duïng ôû giai ñoaïn xöû lyù sau cuøng ñeå khöû trieät ñeå caùc chaát höõu cô hoaø tan sau xöû lyù sinh hoïc. Phöông phaùp naøy coøn duøng ñeå xöû lyù cuïc boä moät löôïng nhoû caùc chaát coù ñoäc tính cao vaø khoâng theå phaân huyû baèng con ñöôøng sinh hoïc. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp laø khaû naêng xöû lyù cao, coù theå thu hoài, taùi söû duïng ñöôïc chaát thaûi. Chaát haáp phuï coù theå laø than hoaït tính (phoå bieán nhaát ), caùc chaát toång hôïp, moät soá chaát thaûi cuûa saûn xuaát nhö : xæ… 2.1.4 Phöông phaùp sinh hoïc Nöôùc thaûi saûn xuaát coàn töø maät ræ ñöôøng chöùa haøm löôïng chaát höõu cô raát cao (tæ leä BOD/COD = 0,6) neân duøng phöông phaùp sinh hoïc ñeå xöû lyù laø hôïp lyù. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 21 Phöông phaùp sinh hoïc ñöôïc öùng duïng ñeå xöû lyù caùc chaát höõu cô hoøa tan hoaëc caùc chaát phaân taùn nhoû, chaát keo cuõng nhö moät soá chaát voâ cô nhö : H2S, sulfide, ammonia, … döïa treân hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät. Vi sinh vaät söû duïng chaát höõu cô vaø moät soá khoaùng chaát laøm nguoàn thöùc aên vaø taïo naêng löôïng ñeå duy trì hoaït ñoäng soáng. Saûn phaåm cuoái cuøng cuûa quaù trình phaân huûy sinh hoïc laø: khí CO2, nitô, H2O, ion sulfate, CH4, sinh khoái vi sinh vaät … Phöông phaùp xöû lyù sinh hoïc trong ñieàu kieän hieáu khí Quaù trình phaân huyû sinh hoïc hieáu khí laø quaù trình söû duïng caùc vi sinh vaät nhaèm oxy hoaù caùc hôïp chaát höõu cô trong ñieàu kieän coù oxy. Quaù trình xöû lyù hieáu khí goàm ba giai ñoaïn: Oxy hoaù caùc chaát höõu cô: CxHyOz + O2 → CO2 + H._.2O + ΔH Toång hôïp teá baøo môùi: CxHyOz + O2 + NH3 → Teá baøo vi khuaån + CO2 + H2O - ΔH Phaân huyû noäi baøo: C5H7O2 + O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + ΔH Trong 3 loaïi phaûn öùng ΔH laø naêng löôïng ñöôïc sinh ra hay haáp thu vaøo. Caùc chæ soá x, y, z tuyø thuoäc vaøo daïng chaát höõu cô bò oxy hoaù. Ngoaøi ra trong quaù trình hieáu khí, NH4+ vaø H2S cuõng bò loaïi tröø nhôø quaù trình ntrate hoaù vaø quaù trình sulphate hoùa cuûa sinh vaät töï döôõng. NH4+ + 2O2 = NO3- + 2H+ + H2O + ΔH H2S + 2O2 = SO42- + 2H+ + ΔH 2.1.4.1 Aerotank Laø coâng trình xöû lyù nöôùc thaûi coù daïng beå ñöôïc thöïc hieän nhôø buøn hoaït tính vaø ñöôïc cung caáp oxy baèng khí neùn hoaëc laøm thoaùng, khuaáy ñaûo lieân tuïc. Trong ñieàu kieän Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 22 nhö theá buøn phaùt trieån ôû traïng thaùi lô löûng vaø cho hieäu suaát phaân huyû caùc chaát höõu cô khaù cao. Buøn hoaït tính laø taäp hôïp nhöõng vi sinh vaät coù trong nöôùc thaûi keát cuïm vaø taïo thaønh caùc cuïm boâng buøn coù khaû naêng haáp thuï vaø phaân huyû caùc chaát höõu cô khi coù maët oxy hoaø tan. Caùc boâng naøy coù maøu naâu, deã laéng. Khi öùng duïng quaù trình buøn hoaït tính caàn chuù yù caùc ñieåm sau:  Caàn phaûi caân baèng dinh döôõng trong nöôùc thaûi theo tæ leä BOD5 :N :P bình thöôøng laø 100 :5:1; ñoái vôùi xöû lyù keùo daøi laø 200:5:1  Chæ soá theå tích buøn SVI : laø soá ml nöôùc thaûi ñang xöû lyù laéng ñöôïc 1g buøn sau 30 phuùt.  Chæ soá MLSS: laø chaát raén toång hôïp trong chaát loûng, raén, huyeàn phuø, goàm buøn hoaït tính vaø chaát lô löûng coøn laïi chöa ñöôïc vi sinh keát boâng. 2.1.4.2 Loïc sinh hoïc hieáu khí Cô cheá hoaït ñoäng nhôø quaù trình dính baùm cuûa moät soá vi khuaån hieáu khí leân lôùp vaät lieäu giaù theå. Do quaù trình dính baùm toát neân löôïng sinh khoái taêng leân vaø thôøi gian löu buøn keùo daøi neân coù theå xöû lyù ñöôïc nöôùc thaûi coù taûi troïng cao. Tuy nhieân heä thoáng deã bò taéc do quaù trình phaùt trieån nhanh choùng cuûa vi sinh hieáu khí neân thôøi gian hoaït ñoäng deã bò haïn cheá. 2.1.4.3 Loïc sinh hoïc nhoû gioït Laø loaïi beå loïc sinh hoïc vôùi vaät lieäu tieáp xuùc khoâng ngaäp trong nöôùc. Caùc vaät lieäu loïc coù ñoä roãng vaø dieän tích tieáp trong moät ñôn vò theå tích laø lôùn nhaát trong ñieàu kieän coù theå. Nöôùc ñeán lôùp vaät lieäu chia thaønh caùc doøng hoaëc caùc haït nhoû chaûy thaønh lôùp moûng qua khe hôû cuûa vaät lieäu, ñoàng thôøi tieáp xuùc vôùi maøng sinh hoïc ôû treân beà maët vaät lieäu vaø ñöôïc laøm saïch nhôø caùc vi sinh vaät treân maøng phaân huyû hieáu khí caùc chaát höõu cô coù trong nöôùc. 2.1.4.4 Ñóa quay sinh hoïc Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 23 Goàm caùc ñóa troøn, phaúng ñöôïc laép treân moät truïc. Caùc ñóa naøy ñöôïc ñaët ngaäp moät phaàn trong nöôùc vaø coù toác ñoä quay chaäm khi laøm vieäc. Khi quay maøng sinh hoïc baùm dính treân beà maët ñóa tieáp xuùc vôùi chaát höõu cô trong nöôùc thaûi sau ñoù tieáp xuùc vôùi oxy khi ra khoûi nöôùc. Nhôø quay lieân tuïc maø maøng sinh hoïc vöøa ñöôïc tieáp xuùc vôùi chaát höõu cô, vöøa tieáp xuùc vôùi oxy vì vaäy chaát höõu cô ñöôïc phaân huyû nhanh. 2.2 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI SAÛN XUAÁT COÀN TÖØ MAÄT RÆ ÑÖÔØNG TÖØNG ÑÖÔÏC NGHIEÂN CÖÙU LOÏC KÎ KHÍ NÖÔÙC THAÛI BEÅ ACID HOAÙ UASB HIEÁU KHÍ BUØN HOAÏT TÍNH KEO TUÏ Thuyeát minh phöông aùn löïa choïn nghieân cöùu: Nöôùc thaûi töø thaùp chöng caát ñöôïc ñöa vaøo beå acid hoùa, nôi ñaây seõ dieãn ra giai ñoaïn acid hoùa cuûa quaù trình kî khí. Quaù trình naøy ñöôïc tieán haønh ôû pH 5 – 5.5. Sau khi ñöôïc leân men, nöôùc thaûi ñöôïc trung hoøa baèng NaOH (hoaëc Na2CO3), ñöa pH veà 6.5 – 7.0, chaâm dinh döôõng vaø bôm leân UASB. Töø UASB, nöôùc thaûi laïi tieáp tuïc ñöôïc ñöa vaøo beå loïc kî khí. Taïi ñaây, quaù trình phaân huûy kî khí laïi tieáp tuïc ñöôïc dieãn ra. Sau ñoù, nöôùc thaûi ñöôïc ñöa qua quaù trình sinh hoïc hieáu khí nhaèm taän duïng khaû naêng oxy hoùa cuûa vi sinh hieáu khí. Nöôùc thaûi sau xöû lyù hieáu khí ñöôïc tuaàn hoøan trôû laïi UASB vôùi tyû leä veà löu löôïng laø 1 nöôùc thaûi vaøo: 3 nöôùc tuaàn hoaøn nhaèm muïc ñích pha loaõng. Sau quaù trình hieáu khí, coù theå noàng ñoä COD vaø ñoä maøu cuõng coøn cao, do ñoù, phaûi tieáp tuïc tieán haønh nghieân cöùu khaû naêng xöû lyù hoaù lyù cuûa nöôùc thaûi. Phöông aùn ñöôïc löïa choïn ôû ñaây laø keo tuï. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 24 CHÖÔNG 3 TOÅNG QUAN VEÀ PHÖÔNG PHAÙP XÖÛ LYÙ SINH HOÏC KÒ KHÍ Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 25 3.1 CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT CUÛA QUAÙ TRÌNH XÖÛ LYÙ KÒ KHÍ Hình 3.1. Caùc giai ñoaïn phaân huûy kî khí Trong ñoù, caùc phaûn öùng hoùa hoïc chính bao goàm: Cao p.töû  CO2 + H2 + CH3COO- + C2H5COOH + C3H8COOH CH3COO- + H2O  CH4 +HCO3- + Q 4H2 + HCO3- +H2O  CH4 + H2O + Q Ñeå thöïc hieän caùc quaù trình treân 2 nhoùm vi khuaån caàn thieát cho phaân huûy kò khí thöôøng hieän dieän laø Nhoùm vi khuaån bieán döôõng cellulose vaø nhoùm vi khuaån sinh khí metan. Söï taêng tröôûng cuûa vi khuaån vaø caùc vi khuaån trong beå Biogas tuøy thuoäc loaïi cô chaát söû duïng vaø ñieàu kieän nhieät ñoä. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 26 Nhoùm vi khuaån bieán döôõng cellulose: Nhöõng vi khuaån naøy ñeàu coù enzym cellulosase vaø naèm raûi raùc trong caùc hoï khaùc nhau, haàu heát caùc tröïc truøng, coù baøo töû. Chuùng coù maët trong caùc hoï: Clostridium, Plectridium, Caduceus, Endosponus, Terminosponus. Chuùng bieán döôõng trong ñieàu kieän yeám khí cho ra: CO2, H2 vaø moät soá chaát tan trong nöôùc nhö Format, Acetat, Alcool methylic, Methylamine. Caùc chaát naøy ñeàu ñöôïc duøng ñeå dinh döôõng hoaëc taùc chaát cho nhoùm vi khuaån sinh khí metan. Nhoùm vi khuaån sinh khí metan: Moãi loaøi vi khuaån metan chæ coù theå söû duïng moät soá chaát nhaát ñònh. Do ñoù vieäc leân men kî khí baét buoäc phaûi söû duïng nhieàu loaøi vi khuaån metan. Coù nhö vaäy quaù trình leân men môùi ñaûm baûo trieät ñeå. Ñieàu kieän cho caùc vi khuaån metan phaùt trieån maïnh laø phaûi coù löôïng CO2 ñaày ñuû trong moâi tröôøng, coù nguoàn nitô (khoaûng 3,5 mg/g buøn laéng), tyû leä C/N = 1:20 toát nhaát laø cung caáp nitô töø cacbonnat amon, clorua amon. Trong quaù trình leân men kî khí caùc loaøi vi sinh vaät gaây beänh bò tieâu dieät khoâng phaûi do nhieät ñoä maø do taùc ñoäng toång hôïp cuûa nhieàu yeáu toá khaùc nhau, trong ñoù coù möùc ñoä kî khí, taùc ñoäng cuûa caùc saûn phaåm trao ñoåi chaát, taùc ñoäng caïnh tranh dinh döôõng... Möùc ñoä tieâu dieät caùc vi sinh vaät gaây beänh trong quaù trình kî khí töø 80 ñeán 100% (ñoái vôùi Myobacterium: thôøi gian löu trong beå biogas töø 6-20 ngaøy).Vieäc thoáng keâ 2 nhoùm vi khuaån treân laø cô sôû cho vieäc löïa choïn caùc cheá phaåm sinh hoïc tham gia xöû lyù nöôùc thaûi vôùi muïc tieâu taêng taûi troïng vaø thu hoài hieäu quaû haøm löôïng khí sinh hoïc. Quaù trình phaân huûy kò khí chaát höõu cô chia laøm 4 giai ñoaïn Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 27 3.1.1 Giai ñoaïn thuûy phaân Trong böôùc naøy, caùc chaát höõu cô phöùc taïp ñöôïc chuyeån hoaù thaønh nhöõng hôïp chaát hoaø tan ñôn giaûn coù khoái löôïng phaân töû nhoû. Quaù trình naøy coù söï tham gia cuûa chaát xuùc taùc sinh hoïc tieát ra bôûi vi khuaån leân men, thöôøng dieãn ra chaäm vaø COD trong quaù trình naøy haàu nhö khoâng thay ñoåi. Proteins bò phaân huûy thaønh amino acids, carbonhydrates ñöôïc chuyeån hoaù thaønh ñöôøng hoaø tan (monosaccharides vaø disaccharides) vaø lipids ñöôïc chuyeån hoùa thaønh acid beùo maïch daøi vaø glyderine. Quaù trình naøy xaûy ra chaäm. Toác ñoä thuûy phaân phuï thuoäc vaøo pH, kích thöôùc haït vaø ñaëc tính deã phaân huûy cuûa cô chaát. Chaát beùo thuûy phaân raát chaäm. 3.1.2 Giai ñoaïn axit hoùa Nhöõng hôïp chaát hoaø tan taïo ra trong böôùc thuûy phaân, ñöôïc vi khuaån leân men söû duïng, vaø sau khi acid hoaù taïo thaønh nhöõng hôïp chaát höõu cô ñôn giaûn nhö acid beùo bay hôi, alcohol, lactic acid, vaø nhöõng hôïp chaát voâ cô nhö khí CO2, hydrogen, ammonia vaø hydrogen sulphide. Caùc saûn phaåm chính trong quaù trình naøy laø:  Acid formic HCOOH.  Acid acetic CH3COOH.  Acid propionic CH3CH2COOH.  Acid iso – butylic CH3CH2CH2COOH.  Acid iso – valeric CH3CH2CH2CH2COOH. Thaønh phaàn vaø tyû leä nhöõng saûn phaåm naøy phuï thuoäc vaøo caáu taïo vaø thaønh phaàn chaát höõu cô ñaàu vaøo. Quaù trình naøy cuõng ñöôïc dieãn ra nhanh choùng. Khi khí H2 ñöôïc sinh ra (vôùi ñieàu kieän buøn ñöôïc tích luõy trong heä thoáng), noàng ñoä COD giaûm nheï, thoâng thöôøng nhoû hôn 10%. Söï hình thaønh caùc axit coù theå laøm pH giaûm xuoáng 4. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 28 3.1.3 Giai ñoaïn acetat hoùa Saûn phaåm acid hoaù bò chuyeån hoaù thaønh saûn phaåm cuoái cuøng: acetate, hydrogen, vaø carbon dioxide. Khoaûng 70% COD hieän dieän trong doøng vaøo bò chuyeån hoaù thaønh acid acetic vaø phaàn coøn laïi laø chaát nhöôøng ñieän töû hydrogen. Tuyø thuoäc vaøo traïng thaùi oxy hoaù cuûa chaát höõu cô ban ñaàu, söï hình thaønh acetic acid coù theå theo sau bôûi söï hình thaønh carbon dioxide hoaëc hydrogen. Ñieàu naøy coù theå thaáy töø nhöõng phöông trình sau ñaây : Khi y<2z : CxHyOz + 4 1 (4x – y – 2z) H2O 8 1 (4x + y – 2z) CH3COOH + (2z – y) CO2 Khi y>2z: CxHyOz + (x –z) H2O 2 x CH3COOH + 2 1 (y – 2z) H2 Trong hoãn hôïp chaát oâ nhieãm höõu cô, caû hai quaù trình treân coù theå xaûy ra ñoàng thôøi nhöng thoâng thöôøng hydrogen hình thaønh nhieàu hôn CO2. Do ñoù, söï chuyeån hoaù chaát höõu cô doøng vaøo thaønh acetic acid thöôøng theo sau laø söï hình thaønh hydrogen. 3.1.4 Giai ñoaïn metan hoùa Methane hoùa laø giai ñoaïn cuoái cuøng trong toaøn boä quaù trình phaân huûy, tieáp tuïc chuyeån hoaù nhöõng thaønh phaàn ñaõ ñöôïc taïo ra tröôùc ñoù (hydrogen, acid formic, methanol, methylamine, vaø acid acetic) theo caùc phöông trình sau: Hydrogen: 4 H2 + HCO3- CH4 + 3 H2O - 136 kJ Acid formic: 4 HCOO- + H+ + H2O CH4 + 3 HCO3- - 130 kJ Methanol: 4 CH3OH 3 CH4 + HCO3- + H+ + H2O - 105 kJ Methylamine: 4 CH3NH3+ + 3 H2O 3 CH4 + HCO3- + H+ + 4 NH4+ - 75 kJ Acid acetic: CH3COO- + H2O CH4 + HCO3- - 31 kJ Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 29 Phöông trình thöù 1 (sinh CH4 töø H2) taïo ra enthalpy lôùn hôn so vôùi phöông trình thöù 5 (sinh CH4 töø CH3COO-). Do ñoù, vi khuaån sinh methane töø hydrogen phaùt trieån maïnh hôn vi khuaån sinh methane töø acetate. Methane ñöôïc taïo ra töø acetate (vi khuaån acetotrophic) hoaëc töø söï khöû carbon dioxide bôûi hydrogen (vi khuaån hydrogenotrophic). Khí methane ñöôïc giaûi phoùng khoûi dung dòch, vì theá noàng ñoä COD giaûm ñaùng keå, töø 70 – 95 %. HCO3- trong dung dòch ôû traïng thaùi caân baèng vôùi khí CO2 (phuï thuoäc vaøo pH), do ñoù khí biogas sinh ra coù chöùa CH4 vaø CO2 (thoâng thöôøng 70 – 90 % CH4 vaø 10 – 30 % CO2). Nhöõng nhoùm vi khuaån khaùc nhau trong quaù trình chuyeån hoaù chaát höõu cô doøng vaøo söû duïng hoaït tính ñoàng hoaù vaø dò hoaù. Do ñoù, song song vôùi vieäc taïo ra nhöõng saûn phaåm leân men khaùc nhau, sinh khoái môùi ñöôïc hình thaønh keát hôïp vôùi boán quaù trình ñaõ neâu ôû treân. Ñeå thuaän tieän, ba quaù trình ñaàu ñoâi khi ñöôïc goäp laïi vôùi nhau vaø goïi laø leân men acid, trong khi ñoù quaù trình thöù tö goïi laø leân men methane. Hai ñieåm quan troïng ñoái vôùi caùc giai ñoaïn khaùc nhau dieãn ra trong quaù trình phaân huûy kî khí laø: 1) Khöû chaát höõu cô – COD trong giai ñoaïn leân men acid bò giôùi haïn vaøo vieäc giaûi phoùng khí H2. Chæ coù khoaûng 30% chaát höõu cô chuyeån hoùa thaønh khí CH4 theo con ñöôøng hydrogenotrophic. Do ñoù, ñieàu kieän caàn thieát ñeå khöû chaát höõu cô hieäu quaû trong heä thoáng xöû lyù kî khí laø haøm löôïng Acetotrophic methanogen phaùt trieån ñaày ñuû. 2) Quaù trình leân men acid coù xu höôøng gaây ra söï giaûm pH do vieäc taïo thaønh acid beùo bay hôi vaø nhöõng chaát trung gian coù khaû naêng phaân ly taïo ra ion H+. Do vi khuaån methane chæ phaùt trieån toát ôû pH trung tính, söï khoâng oån ñònh seõ gia taêng neáu vì lyù do naøo ñoù, toác ñoä taïo ra khí methane töø acid nhoû hôn toác ñoä taïo acid: vieäc taïo ra acid seõ coù xu höôùng giaûm pH, do ñoù laøm giaûm ñi hoaït tính cuûa vi khuaån sinh methane. Treân thöïc teá, vaàn ñeà naøy ñöôïc goïi laø “leân men chua” cuûa beå phaûn öùng kî khí, ñaây laø vaán ñeà phoå bieán nhaát laøm cho heä thoáng phaûn öùng kî khí hoaït ñoäng Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 30 keùm hieäu quaû. Söï coá leân men chua coù theå traùnh ñöôïc baèng caùch duy trì söï caân baèng hôïp lyù giöõa leân men acid vaø methane, coù nghóa laø khaû naêng phaân huûy methane vaû khaû naêng ñeäm cuûa heä thoáng phaûi ñuû cao. Trong coâng trình xöû lyù kò khí caàn löu yù ñeán 2 yeáu toá quan troïng:  Duy trì sinh khoái vi khuaån caøng nhieàu caøng toát.  Taïo tieáp xuùc ñuû giöõa nöôùc thaûi vôùi sinh khoái vi khuaån. Khi 2 yeáu toá treân ñöôïc ñaùp öùng, coâng trình xöû lyù kò khí coù theå aùp duïng taûi troïng raát cao. 3.2 CAÙC YEÁU TOÁ MOÂI TRÖÔØNG AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN QUAÙ TRÌNH KÎ KHÍ Caùc yeáu toá moâi tröôøng aûnh höôûng ñeán quaù trình kî khí laø: nhieät ñoä, pH, haøm löôïng muoái, chaát dinh döôõng, vaø ñoäc chaát trong doøng thaûi ñi vaøo beå phaûn öùng kî khí. 3.2.1 Nhieät ñoä Xöû lyù nöôùc thaûi trong ñieàu kieän kò khí do quaàn theå vi sinh vaät hoaït ñoäng, moãi nhoùm chuûng vi sinh vaät seõ sinh tröôûng vaø phaùt trieån toát ôû mieàn nhieät ñoä thích hôïp. Nhieät ñoä toái öu cho quaàn theå vi sinh vaät sinh metan laø khoaûng 35-55oC, döôùi 10oC caùc chuûng naøy hoaït ñoäng raát keùm. Nhöng vieäc ñieàu chænh nhieät ñoä theo yù muoán trong quaù trình vaän haønh heä thoáng laø ñieàu raát khoù khaên, do ñoù caùc nghieân cöùu veà aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñeán quaù trình phaùt trieån cuûa vi sinh vaät ñaõ choïn 2 muøa ñaëc tröng laø muøa heø vaø muøa ñoâng, keát quaû cho thaáy: veà muøa ñoâng, nhieät ñoä giaûm xuoáng thaáp, caùc vi sinh vaät bò öùc cheá hoaït ñoäng vì vaäy hieäu quaû xöû lyù thaáp hôn nhieàu so vôùi muøa heø. Nhö vaäy trong heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi coâng suaát lôùn, coù theå taän duïng khí CH4 ñeå gia nhieät nöôùc thaûi ñaàu vaøo, laøm taêng nhieät ñoä moâi tröôøng vaøo muøa ñoâng, hieäu quaû xöû lyù cuûa heä thoáng seõ toát hôn. Toác ñoä phaûn öùng chuyeån hoùa cöïc ñaïi ôû nhieät ñoä 35-40oC ñoái vôùi vi khuaån mesophilic vaø 55-60oC ñoái vôùi vi khuaån thermophilic. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 31 3.2.2 Aûnh höôûng cuûa pH Giaù trò vaø tính oån ñònh cuûa pH trong beå phaûn öùng kî khí laø cöïc kyø quan troïng vì giaù trò pH trong moâi tröôøng aûnh höôûng raát lôùn ñeán quaù trình hoaït ñoäng, sinh saûn vaø phaùt trieån cuûa vi sinh vaät. Ñoái vôùi töøng nhoùm, töøng loaøi vi sinh vaät coù moät khoaûng pH toái öu, haàu heát caùc quaù trình phaân huûy kî khí hoaït ñoäng toát nhaát ôû giaù trò pH gaàn trung tính. Trong xöû lyù kò khí sinh metan coù 2 nhoùm thöïc hieän: nhoùm vi sinh vaät thöïc hieän quaù trình axit hoùa laøm cho pH cuûa moâi tröôøng giaûm ñi (khi ñoä pH xuoáng thaáp thì quaù trìng axit hoùa chaäm laïi). Nhoùm thöù 2 thöïc hieän quaù trình metan hoùa phaùt trieån toát ôû giaù trò pH gaàn trung tính hoaëc trung tính. ÔÛ giaù trò pH thaáp hôn 6.3 hay cao hôn 7.8, toác ñoä phaân huûy cuûa methane giaûm xuoáng. Quaàn theå vi khuaån leân men acid ít nhaïy caûm vôùi giaù trò pH thaáp hoaëc cao. Do ñoù leân men acid chieám öu theá hôn leân men methane, chuùng coù theå gaây neân hieän töôïng “leân men chua” trong beå phaûn öùng. Ngoaøi ra khi pH thaáp moät soá protein seõ bò bieán tính. Nhöõng protein bieán tính naøy bò phaân huyû raát chaäp vaø sinh ra löôïng buøn raát nhieàu. Do ñoù buøn deã bò cuoán troâi laøm tuoåi buøn thaáp vaø aûnh höôûng xaáu ñeán quaù trình xöû lyù. AÛnh höôûng cuûa pH leân quaù trình hoaït ñoäng cuûa vi khuaån metan lieân quan ñeán noàng ñoä VFA sinh ra trong beå phaûn öùng. Lyù do laø vì khi pH thaáp thì haøm löôïng acetate töï do taêng leân. Chaát naøy raát ñoäc ñoái vôùi hoaït ñoäng cuûa vi khuaån metan trong beå phaân huyû kî khí. AÛnh höôûng cuûa vieäc “shock – pH” phuï thuoäc vaøo haøm löôïng VFA, pH, vaø thôøi gian shock. 3 yeáu toá naøy caøng cao thì caøng nguy hieåm. 3.2.3 Ñoä kieàm Ñoä kieàm laø ñôn vò ño löôøng tính ñeäm hoaëc khaû naêng trung hoaø axit cuûa quaù trình phaân huyû. Quaù trình kieåm soaùt pH hieäu quaû ñoøi hoûi ñoä kieàm phaûi taêng trong quaù Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 32 trình phaân huyû. Ñoä kieàm bicacbonat neân duy trì khoaûng treân 2500 mg/l ñeå naâng cao tính oån ñònh cuûa quaù trình phaân huyû. Ñoä kieàm bicacbonat, pH vaø CO2 coù moái töông quan vôùi nhau. Khi ñoä kieàm bicacbonat giaûm xuoáng döôùi 500 mg/l, vôùi söï sinh ra CO2 bình thöôøng thì pH ñeán gaàn giaù trò 6. Moät vaán ñeà quan troïng trong vieäc kieåm soaùt pH laø VFA ñöôïc taïo ra trong suoát giai ñoaïn acid hoaù . Neáu löôïng kieàm saün coù laø ñuû phaûn öùng sau seõ xaûy ra. Ví duï ñoái vôùi acetat: CH3COOH + Na+ + HCO3- = CH3COO- + Na+ + CO2 + H2O Chæ sau khi phaàn lôùn bicarbonate ñöôïc söû duïng heát bôûi caùc acid ñöôïc taïo ra, söï giaûm pH seõ xaûy ra. Khi ñoä kieàm bicacbonat bò phaù huyû bôûi söï taêng VFA thì vieäc boå sung ñoä kieàm laø caàn thieát. Döïa vaøo söï oån ñònh cuûa quaù trình phaân huyû kî khí vaø khaû naêng saûn sinh ñoä kieàm maø coù boå sung ñoä kieàm hay khoâng. Vieäc coá gaéng boå sung pH maø khoâng laøm taêng ñoä kieàm khoâng ñuû ñeå khoâi phuïc laïi heä thoáng. Ñeå laøm taêng ñoä kieàm vaø ñeàu khieån pH trong quy moâ phoøng thí nghieäm thöôøng duøng NaHCO3 ñeå boå sung hay thay theá cho NaOH. Tuy nhieân noàng ñoä Na+ quaù cao coù theå laø ñoäc toá cho quaù trình phaân huyû. Ñoä kieàm cuõng coù theå taêng leân nhôø boå sung voâi. Hoaëc ñöôïc sinh ra nhôø quaù trình phaân huyû protein thaønh amonia, sau ñoù keát hôïp vôùi H2CO3 trong dung dòch vaø taïo thaønh daïng ñeäm NH4 HCO3. Neáu coù theå thì quaù trình phaân huyû xaûy ra trong ñieàu kieän ñoä kieàm taêng vaø pH oån ñònh maø khoâng coù phaûi boå sung töø beân ngoaøi. 3.2.4 Aûnh höôûng cuûa thôøi gian löu thuûy löïc ñeán quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi Thôøi gian köu thuûy löïc laø moät trong nhöõng yeáu toá quan troïng quyeát ñònh ñeán hieäu suaát xöû lyù cuûa heä thoáng. Neáu thôøi gian löu thuûy löïc ngaén, hieäu suaát xöû lyù seõ thaáp vaø ngöôïc laïi. Tuy nhieân neáu keùo daøi quaù thôøi gian xöû lyù thì chi phí ñaàu tö ban ñaàu cuûa heä thoáng seõ lôùn do kích thöôùc coâng trình lôùn. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 33 3.2.5 Caùc hôïp chaát gaây öùc cheá ñeán quaù trình phaân huûy kò khí 3.2.5.1 Hôïp chaát chöùa S Quaù trình chuyeån hoaù cuûa vi khuaån khöû Sulphate caàn hydrogen, tuy nhieân hydrogen cuõng caàn cho quaù trình sinh methane. Ñieàu naøy taïo neân söï caïnh tranh giöõa vi khuaån khöû Sulphate vaø vi khuaån sinh methane. Vi khuaån khöû Sulphate taïo ra nhieàu enthalpy hôn so vôùi vi khuaån sinh methane, ñieàu ñoù khieán vi khuaån khöû sulphate phaùt trieån nhanh hôn. Phöông trình phaûn öùng: Sulphate: SO42- + 4 H2 + H+ HS- + 4 H2O - 152 kJ Sulphite: HSO3- + 3 H2 HS- + 3 H2O - 172 kJ So vôùi: 4 H2 + HCO3- CH4 + 3 H2O - 136 kJ Caû HSO3- vaø H2S ñeàu gaây öùc cheá ñoái vôùi vi khuaån sinh methane ôû noàng ñoä töông öùng laø 50 mg/l vaø 3%. 3.2.5.2 Hôïp chaát chöùa N N toàn taïi trong nöôùc thaûi döôùi caùc daïng sau:  Daïng oxy hoaù: NO2- vaø NO3-.  Daïng khöû (N-Kjeldalh): NH4+, protein, amino acid, maøng teá baøo... Aûnh höôûng cuûa NO2- vaø NO3-: NO2- vaø NO3- ñeàu gaây öùc cheá quaù trình methane hoaù (NO2- gaây ñoäc hôn NO3-) vì söï giaûi phoùng oxy seõ gaây ñoäc ñoái vôùi vi khuaån sinh methane. Aûnh höôûng cuûa N-Kjeldalh: NH4+ khoâng gaây aûnh höôûng ñeán quaù trình khöû COD vôùi noàng ñoä 8: NH4+  NH3 + H+ phaûn öùng theo chieàu töø traùi sang phaûi, vaø NH3 ñöôïc xem laø ñoäc hôn so vôùi NH4+. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 34 3.2.5.3 Oxy Oxy ñoäc ñoái vôùi vi khuaån kî khí baét buoäc nhö vi khaån methane. Tuy nhieân khi buøn kî khí coù chöùa moät löôïng lôùn vi khuaån hieáu khí khoâng baét buoäc thì baát cöù löôïng oxy naøo vaøo heä thoáng xöû lyù cuõng ñeàu bò tieâu thuï raát nhanh. Thöïc teá, oxyhaàu nhö khoâng bao giôøgaây ra söï coá ngoaïi tröø tröôøng hôïp xöû lyù nöôùc thaûi coù noàng ñoä chaát höõu cô thaáp. Baûng 3.1. Caùc hôïp chaát gaây ñoäc vaø öùc cheá quaù trình kî khí Chất Noàng ñoä gaây öùc cheá vöøa (mg/l) Noàng ñoä gaây öùc cheá maïnh (mg/l) Ion : Na+ 3500 – 5500 8000 K+ 2500 – 4500 12000 Ca2+ 2500 – 4500 8000 Mg2+ 1000 – 1500 3000 NH4+ 1500 – 3000 3000 S2- 200 200 Cu2+ 0,5 (tan) 50 – 70 (tổng) Cr(VI) 3 (tan) 200 – 250 (tổng) Cr(III) 180 – 420 (tổng) 2 (tan) Baûng 3.2. Caùc hôïp chaát gaây ñoäc vaø öùc cheá quaù trình kî khí (tieáp theo) Chất Noàng ñoä gaây öùc cheá vöøa (mg/l) Noàng ñoä gaây öùc cheá maïnh (mg/l) Hydrocarbon chöùa Clo: methylchloride trichloro-ethylene tetrachloro-ethylene chloroform 10-20 1 1 1 Hoaù chaát coù hoaït tính cao: formaldehyde glutaraldehyde 100-200 25-50 10 10 Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 35 hoãn hôïp formaldehyde / glutaraldehyde (50/50) arylonitril 30 Dung moâi : butylacetate acetonitril toluene methyl-isobutyl ketone 1000 1000 100 100 Nguồn: Parkin vaø Owen (1986) 3.3 COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ KÎ KHÍ BAO GOÀM Hình 3.2. Caùc coâng ngheä xöû lyù kî khí 3.3.1 Quaù trình phaân huûy kò khí xaùo troän hoaøn toaøn Ñaây laø loaïi beå xaùo troän lieân tuïc, khoâng tuaàn hoaøn buøn. Beå thích hôïp xöû lyù nöôùc thaûi coù haøm löôïng chaát höõu cô hoaø tan deã phaân huûy noàng ñoä cao hoaëc xöû ly buøn höõu cô. Thieát bò xaùo troän coù theå duøng heä thoáng caùnh khuaáy cô khí hoaëc tuaàn hoaøn khí biogas ( ñoøi hoûi coù maùy neùn khí biogas vaø phaân phoái khí neùn ). Trong quaù trình phaân huûy löôïng sinh khoái môùi sinh ra vaø phaân boá trong toaøn boä theå tích beå. Haøm löôïng chaát lô löûng ôû doøng ra phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn nöôùc thaûi vaøo vaø yeâu caàu xöû lyù.  Thôøi gian löu sinh khoái chính laø thôøi gian löu nöôùc. Coâng ngheä xöû lyù kî khí Sinh tröôûng lô löûng Sinh tröôûng baùm dính Xaùo troän hoaøn toaøn Tieáp xuùc kî khí UASB Loïc kî khí Taàng lô löûng Vaùch ngaên Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 36  Thôøi gian löu buøn thoâng thöôøng töø 12 - 30 ngaøy.  Taûi troïng ñaëc tröng cho beå naøy laø 0.5 - 0.6 kgVS/m3.ngaøy. Do haøm löôïng sinh khoái trong beå thaáp, thôøi gian löu nöôùc lôùn neân loaïi beå naøy thích hôïp vaø coù theå chòu ñöïng ñöôïc toát trong tröôøng hôïp coù ñoäc toá hoaëc khi taûi troïng taêng ñoät ngoät. 3.3.2 Quaù trình tieáp xuùc kò khí Quaù trình naøy goàm 2 giai ñoaïn: Phaân huûy kî khí xaùo troän hoaøn toaøn vaø 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 huûy kî khí. Löôïng sinh khoái coù theå kieåm soaùt ñöôïc, khoâng phuï thuoäc vaøo löu löôïng nöôùc thaûi neân thôøi gian löu buøn coù theå khoáng cheá ñöôïc vaø khoâng lieân quan ñeán thôøi gian löu nöôùc. Khi thieát keá coù theå choïn thôøi gian löu buøn thích hôïp cho phaùt trieån sinh khoái, luùc ñoù coù theå taêng taûi troïng, giaûm thôøi gian löu nöôùc, khoái tích coâng trình giaûm daàn ñeán chi phí ñaàu tö kinh teá hôn.  Haøm löôïng VSS trong beå tieáp xuùc kò khí dao ñoäng trong khoaûng 4000-6000 mg/l.  Taûi troïng chaát höõu cô töø 0.5 ñeán 10 kg COD/m3 .ngaøy.  Thôøi gian löu nöôùc töø 12 giôø ñeán 5 ngaøy. Heä thoáng laéng troïng löïc phuï thuoäc vaøo tính chaát boâng buøn kò khí. Caùc boït khí biogas sinh ra trong quaù trình phaân huyû kî khí thöôøng baùm dính vaøo caùc haït buøn laøm giaûm tính laéng cuûa buøn. Ñeå taêng cöôøng khaû naêng laéng cuûa buøn, tröôùc khi laéng cho hoãn hôïp nöôùc vaø buøn ñi qua boä phaän taùch khí nhö thuøng quaït gioù, khuaáy cô khí hoaëc taùch khí chaân khoâng vaø coù theå theâm chaát keo tuï ñaåy nhanh quaù trình taïo boâng. 3.3.3 Xöû lyù sinh hoïc kò khí doøng chaûy ngöôïc qua lôùp buøn Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 37 Nöôùc thaûi ñöôïc phaân boá vaøo töø ñaùy beå vaø ñi ngöôïc leân qua lôùp buøn sinh hoïc coù maät ñoä vi khuaån cao. Khi tieáp xuùc vôùi nhöõng haït buøn keát boâng ôû thaûm buøn, vi khuaån seõ xöû lyù chaát höõu cô vaø chaát raén seõ ñöôïc giöõ laïi. Caùc haït buøn seõ laéng xuoáng thaûm buøn vaø ñònh kì ñöôïc xaû ra ngoaøi. Khí thu ñöôïc trong quaù trình naøy ñöôïc thu qua pheãu taùch khí laép ñaët phía treân. Caàn coù taám höôùng doøng ñeå thu khí taäp trung vaøo pheãu khoâng qua ngaên laéng. Trong boä phaän taùch khí, dieän tích beà maët nöôùc phaûi ñuû lôùn ñeå caùc haït buøn noåi do dính baùm vaøo caùc boït khí biogas taùch khoûi boït khí. Döôùi ñieàu kieän kò khí veà cô baûn laø methane vaø carbon dioxide gaây ra moät söï xaùo troän beân trong. Khí ñöôïc taïo ra beân trong lôùp buøn seõ coù khuynh höôùng baùm vaøo caùc granule. Khí töï do cuøng vôùi caùc haït-khí seõ noåi leân phía treân cuûa thieát bò. Caùc haït-khí naøy noåi leân beà maët seõ ñuïng vaøo ñaùy cuûa taám höôùng doøng taùch khí vaø caùc boït khí naøy seõ taùch ra. Caùc haït buøn ñaõ ñöôïc taùch khí veà cô baûn seõ rôi xuoáng laïi beà maët lôùp buøn. Khí töï do seõ thoaùt ra nhôø boä phaän thu laép ôû ñænh thieát bò. Nöôùc thaûi coù chöùa caùc chaát raén coøn soùt laïi seõ ñi ngang qua vuøng laéng nôi taùch buøn coøn soùt laïi. Ñeå giöõ cho lôùp buøn ôû traïng thaùi lô löûng, toác ñoä beà maët höôùng leân cuûa nöôùc thaûi phaûi naèm trong khoaûng 0.6 - 0.9 m / h. Sau moät thôøi gian hoaït ñoäng, trong heä thoáng hình thaønh 3 lôùp: phaàn buøn ñaëc ôû ñaùy heä thoáng, moät lôùp thaûm buøn ôû giöõa heä thoáng goàm nhöõng haït buøn keát boâng vaø phaàn chöùa biogas ôû treân cuøng. Ñaëc ñieåm quan troïng cuûa UASB laø xöû lyù ñöôïc COD cao hôn nhöõng quaù trình kî khí khaùc do taïo ñöôïc buøn ñaëc. Noàng ñoä chaát raén ôû ñaùy beå coù theå leân ñeán 50 –100 g/l. Söï hình thaønh buøn haït laøm taêng khaû naêng xöû lyù cuûa nöôùc thaûi. Quaù trình hình thaønh buøn haït phuï thuoäc nhieàu vaøo baûn chaát nöôùc thaûi, pH, dinh döôõng, vaän toác nöôùc daâng. Quaù trình hình thaønh buøn haït voâ cuøng phöùc taïp. Giaû thuyeát “spaghetti” do tieán só W.Wiegan ñöa ra laø hôïp lyù nhaát maëc duø coù raát nhieàu giaû thuyeát ñaõ ñöôïc ñöa ra. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 38 Theo giaû thuyeát naøy, caùc vi khuaån sôïi keát dính vaøo nhau taïo ra caùc haït maàm. Cô sôû cuûa giaû thieát: caùc vi khuaån sinh methane (Methanosaete) coù theå thích nghi toát vôùi cô chaát thaáp laø caùc vi khuaån sôïi. Nhöõng haït ban ñaàu (quaû caàu spaghetti) do Methanosaete taïo thaønh ñoùng vai troø laø beà maët baùm dính hoaëc nhöõng giaù theå cho nhöõng vi sinh khaùc trong quaù trình phaân huûy kî khí. Hình 3.3. Sô ñoà moâ taû söï taïo buøn haït theo thuyeát spaghetti. I: vi khuaån hình sôïi Methanosaete II : söï hình thaønh caùc boâng do keát dính. III: söï hình thaønh quaû caàu spaghetti. IV: caùc haït buøn hoaøn chænh. Beân trong moãi haït buøn laø haøng tæ teá baøo vi khuaån vaø haøng trieäu loaïi vi khuaån khaùc nhau. Theo ñònh luaät Stock, toác ñoä laéng cuûa haït tyû leä vôùi luõy thöøa baäc hai cuûa kích thöôùc haït. Do coù kích thöôùc lôùn, buøn haït laéng raát nhanh. Nhôø vaäy UASB coù theå chòu taûi troïng thuûy löïc raát cao maø khoâng sôï buøn bò cuoán troâi. Khoù kieåm soaùt traïng thaùi vaø kích thöôùc haït buøn, caùc haït buøn thöôøng khoâng oån ñònh vaø raát deã bò phaù vôõ khi coù söï thay ñoåi moâi tröôøng. Vieäc naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch naâng taûi troïng höõu cô moät caùch töø töø. Vôùi taûi troïng ban ñaàu thaáp, ta cho vi sinh thích nghi ñeán khi ñaït ñeán traïng thaùi oån ñònh roài daàn daàn naâng taûi leân cao hôn. Thôøi gian naøy keùo daøi khoaûng 3-6 thaùng. Sau ñoù Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 39 UASB seõ hoaït ñoäng oån ñònh vaø coù khaû naêng chòu quaù taûi cuõng nhö noàng ñoä chaát thaûi khaù cao. Moät trong nhöõng öu ñieåm cuûa quaù trình naøy laø löôïng buøn sinh ra raát nhoû vaø naêng löôïng ñieän tieâu hao raát thaáp. UASB coù öu ñieåm laø hieäu quaû xöû lyù cao, thôøi gian löu nöôùc trong beå ngaén, thu ñöôïc khí CH4 phuïc vuï cho nhu caàu veà naêng löôïng, caáu taïo beå ñôn giaûn, deã vaän haønh, naêng löôïng phuïc vuï vaän haønh beå ít. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân ._. O 3/ l) Độ kiềm vào Độ kiềm ra Hình 5.5. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thiên độ kiềm ở tải trọng 1kgCOD/m3.ngày Nhaän xeùt: Ñoä kieàm vaøo dao ñoäng trong khoaûng töø 119-142mgCaCO3/l. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 67 Ñoä kieàm coù xu höôùng taêng theo thôøi gian ñaëc bieät ôû giai ñoaïn cuoái taûi troïng. Nhö vaäy, quaù trình thích nghi cuûa vi sinh vaät ôû noàng ñoä COD = 2000mg/l caøng luùc caøng toát, söï phaân huûy chaát höõu cô nhieàu hôn neân sinh khí cuõng nhieàu hôn ñaëc bieät laø khí CO2 laøm taêng ñoä kieàm ra. Ñoä kieàm taêng töø 56 – 106 mgCaCO3/l. Cheânh leäch giöõa ñoä kieàm vaøo vaø ñoä kieàm ra trung bình khoaûng 85mgCaCO3/l.  Ñaàu giai ñoaïn, ñoä kieàm taêng ít 56 ñôn vò. Cuoái giai ñoaïn, ñoä kieàm taêng nhieàu hôn töø 90 – 106 ñôn vò. 0 2 4 6 8 10 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Thôøi gian (ngaøy) V FA (m eq /l) VFA Hình 5.6. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thiên VFA ở tải trọng 1kgCOD/m3.ngày Nhaän xeùt: Ñaàu giai ñoaïn, VFA cao nhaát ñaït 10.5meq/l. Töø ngaøy thöù 1 – ngaøy thöù 5, VFA giaûm 5.6 ñôn vò. Töø ngaøy thöù 5 – ngaøy thöù 7, VFA taêng nheï 3.5 ñôn vò. Töø ngaøy thöù 7 – cuoái giai ñoaïn, VFA giaûm. Quan saùt thaáy buøn ôû phaàn UASB xaùo troän maïnh hôn, buøn ôû phaàn loïc kò khí baùm nhieàu vaøo xô döøa vaø baét ñaàu taïo thaønh boâng, coù khí thoaùt ra leân treân maët nöôùc. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 68 Baøn luaän: Hieäu quaû xöû lyù khaù cao vaø oån ñònh ngay töø nhöõng ngaøy ñaàu cuûa taûi troïng laø do vi sinh vaät ñaõ thích nghi toát ôû giai ñoaïn thích nghi.Tuy nhieân hieäu xöû lyù oån ñònh hôn ôû caùc ngaøy cuoái taûi troïng. Ñoä kieàm cuûa nöôùc thaûi ra taêng nhieàu laø do quaù trình methane hoùa taïo ra ion HCO 3 - töø caùc phaûn öùng sau: 4HCOO - + H + + H 2 O → CH 4 + 3HCO 3 - - 130 kJ 4CH 3 OH → 3CH 4 + HCO 3 - + H + + H 2 O - 105 kJ 4CH 3 NH 3 + + 3H 2 O → 3CH 4 + HCO 3 - + H + + 4NH 4 + - 75 kJ CH 3 COO - + H 2 O → CH 4 + HCO 3 - - 31 kJ Ñoä kieàm taêng daàn theo thôøi gian chöùng toû raèng quaù trình methane hoùa caøng luùc caøng chieám öu theá. Buøn coù khí sinh ra thænh thoaûng troài leân maët nöôùc, nöôùc sau xöû lyù coù muøi hoâi laø do khí NH 3 , H 2 S; coù moät ít buøn bò troâi ra ngoaøi. Baûng 5.4: Keát quaû khaûo saùt theo chieàu cao moâ hình ôû taûi troïng 1kgCOD/m3.ngaøy. Vò trí pH Ñoä kieàm (mgCaCO3/l) COD (mg/l) Hieäu quaû (%) VFA (meq/l) 1 6.98 119 2095 10.55 30.5 2 6.72 209 1837 21.56 41.0 3 6.47 218 1458 37.75 35.8 4 6.92 220 1204 48.59 29.08 5 7.21 224 1198 48.85 23.9 6 7.26 234 1056 54.91 18.2 7 7.46 236 800 65.84 6.32 8 7.88 245 731 68.79 5.16 Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 69 0 500 1000 1500 2000 2500 1 2 3 4 5 6 7 8 Vị trí nồng độ COD (mg/l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Hiệu suất (%) COD HQXL Hình 5.7. Ñoà thò bieåu dieãn noàng ñoä COD, hieäu quaû khöû COD theo chieàu cao ôû taûi troïng 1kgCOD/m3.ngaøy. noàng ñoä CODv=2342mg/l 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 Vị trí pH pH Hình 5.8. Ñoà thò bieåu dieãn noàng ñoä pH theo chieàu cao ôû taûi troïng 1kgCOD/m3.ngaøy. noàng ñoä CODv=2342mg/l Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 70 0 50 100 150 200 250 300 1 2 3 4 5 6 7 8 Vị trí Độ kiềm (mgCaCO3/l) Độ kiềm Hình 5.9 Ñoà thò bieåu dieãn noàng ñoä kieàm theo chieàu cao ôû taûi troïng 1kgCOD/m3.ngaøy. noàng ñoä CODv=2342mg/l 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 2 3 4 5 6 7 8 Vị trí VF A (m eq /l) VFA Hình 5.10. Ñoà thò bieåu dieãn noàng ñoä VFA theo chieàu cao ôû taûi troïng 1kgCOD/m3.ngaøy. noàng ñoä CODv=2342mg/l Nhaän xeùt:  Bieán thieân COD theo chieàu cao: COD nöôùc thaûi sau xöû lyù coøn khoaûng 731 mg/l ñaït hieäu quaû xöû lyù 68,79%: • Töø vò trí 1 – 3: COD giaûm i ́t, ñaït hieäu quaû xöû lyù khoaûng 37,75% • Töø vò trí 3 – 8: COD giaûm kha ́ maṇh vaø ñaït ñeán oån ñònh ôû van soá 7 vaø 8  Bieán thieân pH theo chieàu cao: pH cuûa nöôùc thaûi giaûm ôû caùc vò trí ñaàu roài taêng daàn theo chieàu cao Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 71 • Töø vò trí 1 – 3: pH giaûm 0,51 ñôn vò • Töø vò trí 3 – 8: pH taêng, ñaëc bieät laø ôû vò trí soá 7 vaø 8 taêng ntöø 0,2 – 0,4 ñôn vò  Bieán thieân ñoä kieàm theo chieàu cao: Ñoä kieàm taêng nhieàu ôû caùc vò trí ñaàu vaø oån ñònh ôû caùc vò trí sau • Töø vò trí 1 – 2: taêng nhanh 90 ñôn vò Töø vò trí 2 – 8: taêng nheï vaø khaù oån ñònh khoaûng 5 – 40 ñôn vò  Bieán thieân VFA theo chieàu cao: VFA ban ñaàu taêng khaù maïnh, sau giaûm daàn theo chieàu cao vôùi hieäu quaû xöû lyù 65% • Töø vò trí 1 – 3: VFA taêng khaù cao khoaûng 12 ñôn vò. • Töø vò trí soá 3 – 8: VFA giaûm daàn khoaûng töø 1 – 15 ñôn vò Baøn luaän:  Vuøng UASB ( vò trí 1 – 3): pH giaûm 0,51 ñôn vò, VFA taêng 12 ñôn vò chöùng toû quaù trình axit hoùa ñaõ laøm giaûm pH. Tuy nhieân COD ôû vuøng naøy cuõng giaûm nhieàu ñaït hieäu quaû xöû lyù 68% chöùng toû raèng quaù trình methane hoùa cuõng dieãn ra nhöng quaù trình axit hoùa chieám öu theá hôn.  Vuøng loïc kò khí: pH nöôùc thaûi taêng, VFA giaûm ñaït hieäu quaû xöû lyù 65% chöùng toû laø quaù trình methane hoùa taêng daàn theo chieàu cao moâ hình. Vì vaäy theo chieàu cao moâ hình löôïng ion bicacbonat taïo ra caøng nhieàu laøm cho ñoä kieàm taêng theo chieàu cao moâ hình 5.2.2 Keát quaû khaûo saùt ôû taûi troïng 2kgCOD/m 3 .ngaøy COD = 4000mg/l, HRT = 2 ngaøy Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 72 Baûng 5.5: Keát quaû khaûo saùt moâ hình ôû taûi troïng 2kgCOD/m3.ngaøy. Ngaø y pH vaø o pH ra COD vaøo mg/l COD ra mg/l Ñoä kieàm vaøo mgCaCO3/l Ñoä kieàm ra mgCaCO3/l VFA (meq/l) Hieäu quaû khöû COD (%) 1 6.78 7.35 4400 1230 340 640 11,38 72.07 2 6.81 7.36 3893 1178 315.2 591 10,86 69.74 3 6.95 7.29 4267 1229 333.6 626 14,6 71.19 4 6.81 7.39 4089 1119 320 544 9,43 72.63 5 6.8 7.10 3978 1119 320 632 8,38 71.87 6 6.86 7.09 4576 1126 338.4 636 7,36 75.39 7 6.72 7.29 4125 1132 328.4 696 8,03 72.57 8 6.92 7.19 4170 1204 333.2 688 7,57 71.14 6 6,2 6,4 6,6 6,8 7 7,2 7,4 7,6 7,8 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) pH pH vào pH ra Hình 5.11. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thiên pH ở tải trọng 2kgCOD/m3.ngày Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 73 0 1000 2000 3000 4000 5000 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) COD (mg/l) 0 20 40 60 80 100 Hieäu quaû (%) COD vaøo COD ra HQXL COD Hình 5.12. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thiên COD ở tải trọng 2kgCOD/m3.ngày 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) Ñ oä ki eàm (m gC aC O 3/ l) ñoä kieàm vaøo ñoä kieàm ra Hình 5.13 Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thiên ñoä kieàm ở tải trọng 2kgCOD/m3.ngày Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 74 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1 2 3 4 5 6 7 8 thôøi gian (ngaøy) VF A (m eq /l) VFA Hình 5.14. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thiên VFA ở tải trọng 2kgCOD/m3.ngày Nhaän xeùt:  Hieäu quaû xöû lyù COD: nhìn chung khaù toát ngay töø nhöõng ngaøy ñaàu vaø tieán ñeán oån ñònh ôû nhöõng ngaøy cuoái taûi troïng, nöôùc thaûi sau khi xöû lyù COD coøn khoaûng 1100 – 1200mg/l, hieäu quaû xöû lyù dao ñoäng trong khoaûng 69 – 75%.  pH: Vì hieäu quaû xöû lyù khaù oån ñònh ngay töø nhöõng ngaøy ñaàu neân pH nöôùc thaûi ra dao ñoäng cuõng khaù oån ñònh, taêng khoaûng 0.7 – 1.1 ñôn vò.  Ñoä kieàm: ngaøy ñaàu thì ñoä kieàm taêng cao 300 ñôn vò, ñeán nhöõng ngaøy tieáp theo ñoä kieàm taêng khaù maïnh töø 300 – 368 ñôn vò. Nöôùc thaûi sau xöû lyù coù ñoä kieàm töø 500 – 700 mgCaCO 3 /l.  VFA: hieäu quaû xöû lyù VFA cao hôn taûi tröôùc vaø oån ñònh khoaûng 80% - 87%.  Löôïng khí sinh ra cuõng nhieàu hôn ôû taûi troïng tröôùc, buøn baùm dính toát khoâng coøn hieän töôïng troâi buøn ra ngoaøi Baøn luaän:  Tuy ôû taûi troïng cao hôn nhöng hieäu quaû xöû lyù cuûa moâ hình khaù oån ñònh chöùng toû raèng moâ hình thích nghi khaùtoát ôû taûi troïng cao vaø khoâng bò soác taûi.  Ñoä kieàm taêng hôn so vôùi taûi troïng tröôùc chöùng toû laø ñoä kieàm tæ leä vôùi löôïng cô chaát söû duïng, laøm cho nöôùc thaûi coù tính ñeäm cao. Vì vaäy trong quaù trình methane hoùa seõ traùnh ñöôïc hieän töôïng soác pH. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 75  Hieäu quaû xöû lyù VFA taêng vaø oån ñònh hôn ôû taûi tröôùc chöùng toû raèng vi khuaån methane hoùa hoaït ñoäng toát hôn ñeå chuyeån hoùa VFA thaønh khí biogas. Baûng 5.6: Keát quaû khaûo saùt theo chieàu cao moâ hình ôû taûi troïng 2kgCOD/m3.ngaøy. Vò trí pH Ñoä kieàm (mgCaCO3/l) COD (mg/l) Hieäu quaû (%) VFA (meq/l) 1 7,00 295 3598 10.05 20,4 2 6,9 540 3266 18.35 29,6 3 6,78 742 2045 48.88 38,5 4 7,11 830 1654 58.65 10,6 5 7,26 745 1532 61.70 8,35 6 7,37 722 1383 65.43 8,24 7 7,53 680 1125 71.88 7,60 8 7,64 645 942 76.45 7,37 6,2 6,4 6,6 6,8 7 7,2 7,4 7,6 7,8 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí pH pH Hình 5.15. Ñoà thò bieåu dieãn pH theo chieàu cao ôû taûi troïng 2kgCOD/m3.ngaøy Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 76 0 200 400 600 800 1000 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí Ñoä kieàm (mgCaCO3/l) Ñoä kieàm Hình 5.16. Ñoà thò bieåu dieãn ñoä kieàm theo chieàu cao ôû taûi troïng 2kgCOD/m3.ngaøy 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí COD (mg/l) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hieäu suaát (%) COD HQXL COD Hình 5.17. Ñoà thò bieåu dieãn COD theo chieàu cao ôû taûi troïng 2kgCOD/m3.ngaøy Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 77 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí VF A (m eq /l) VFA Hình 5.18. Ñoà thò bieåu dieãn VFA theo chieàu cao ôû taûi troïng 2kgCOD/m3.ngaøy Nhaän xeùt:  Bieán thieân COD theo chieàu cao: COD giaûm khaù maïnh sau UASB, coøn ôû phaàn loïc kò khí giaûm nheï vaø oån ñònh, COD nöôùc thaûi ra khoaûng 942 mg/l. • Töø vò trí 1 – 3: COD giaûm khoaûng 48,88% • Töø vò trí 3 – 6: COD giaûm ít khoaûng 65,43% • Töø vò trí 6 – 8: COD giaûm nheï vaø raát oån ñònh ñaït hieäu quaû xöû lyù 76,45%  Bieán thieân pH theo chieàu cao: pH giaûm ôû phaàn UASB, sau ñoù taêng ôû phaàn loïc kò khí, nöôùc thaûi ra coù pH khoaûng 7.64: • Töø vò trí 1 – 3: pH nöôùc thaûi giaûm 0.22 ñôn vò • Töø vò trí 3 – 4: pH nöôùc thaûi taêng 0.33 ñôn vò • Töø vò trí 4 – 8: pH nöôùc thaûi taêng oån ñònh hôn khoaûng 0.11 – 0.16 ñôn vò.  Bieán thieân ñoä kieàm theo chieàu cao: ñoä kieàm taêng khaù maïnh sau UASB, taêng ñeàu hôn ôû phaàn loïc kò khí, ñoä kieàm nöôùc thaûi ra khoaûng 645mgCaCO3/l: •Töø vò trí 1 – 3: ñoä kieàm taêng khaù maïnh khoaûng 447 ñôn vò Töø vò trí 3 – 8: ñoä kieàm taêng nheï vaø oån ñònh khoaûng 10 – 88 ñôn vò.  Bieán thieân VFA theo chieàu cao: VFA sau UASB taêng nhanh, ñeán phaàn loïc kò khí thì baét ñaàu giaûm daàn theo chieàu cao, nöôùc sau xöû lyù coù VFA khoaûng 7,92 meq/l: Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 78 • Töø vò trí 1 – 3: VFA taêng nhanh khoaûng 23 ñôn vò • Töø vò trí 3 – 4: VFA giaûm nhanh khoaûng 25 ñôn vò • Töø vò trí 4 – 8: VFA giaûm ñeàu vaø oån ñònh khoaûng 1 – 7 ñôn vò Baøn luaän: Töø nhaän xeùt treân ta thaáy ôû vò trí soá 1 – 3 thì hieäu quaû xöû lyù COD cao hôn taûi troïng tröôùc, ñoä kieàm vaø VFA cuõng taêng khaù maïnh. Ñieàu naøy chöùng toû raèng UASB chòu ñöôïc taûi troïng cao, hieäu quaû xöû lyù cuûa vuøng UASB khaù toát. VFA taêng khaù nhanh ôû vuøng UASB chöùng toû raèng quaù trình axit hoùa caùc hôïp chaát taïo ra trong quaù trình thuûy phaân dieãn ra maïnh trong vuøng UASB. 5.2.3 Keát quaû khaûo saùt ôû taûi troïng 3kgCOD/m 3 .ngaøy COD = 6000mg/l, HRT = 2 ngaøy Baûng 5.7: Keát quaû khaûo saùt moâ hình ôû taûi troïng 3kgCOD/m3.ngaøy. Ngaø y pH vaø o pH ra COD vaøo mg/l COD ra mg/l Ñoä kieàm vaøo mgCaCO3/l Ñoä kieàm ra mgCaCO3/l VFA (meq/l) Hieäu quaû khöû COD (%) 1 6.9 7.55 4982 1591 440 972 11.1 68,08 2 7.02 7.51 4662 1264 434 1086 8.2 72,89 3 6.92 7.64 4529 1325 433 1169 18.6 70,74 4 7.18 7.68 5608 1502 450 1092 14.3 73,21 5 6.86 7.8 6277 1548 456 1022 8.4 75,34 6 7.14 7.91 6336 1513 459 950 7.2 76,12 7 6.96 7.74 6215 1363 457 1030 8.6 78,07 8 7.12 7.64 6391 1404 460 1065 6.9 78,03 Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 79 6 6,5 7 7,5 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) pH pH vaøo pH ra Hình 5.19. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thiên pH ở tải trọng 3kgCOD/m3.ngày 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) Ñ oä ki eàm (m gC aC O3 /l) Ñoä kieàm vaøo ñoä kieàm ra Hình 5.20. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thiên Ñoä kieàm ở tải trọng 3kgCOD/m3.ngày Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 80 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) C O D (m g/ l) 0 20 40 60 80 100 H ie äu su aát % COD vaøo COD ra HQXL COD Hình 5.21. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thieân COD ở tải trọng 3kgCOD/m3.ngày 0 5 10 15 20 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) VF A (m eq /l) VFA Hình 5.22. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thieân VFA ở tải trọng 3kgCOD/m3.ngày Nhaän xeùt: ÔÛ taûi troïng 3kgCOD/m 3 .ngaøy vôùi thôøi gian löu nöôùc HRT = 2 ngaøy, töông öùng vôùi noàng ñoä COD nöôùc thaûi vaøo khoaûng 6000mg/l thì nöôùc thaûi ra coù COD dao ñoäng khaù lôùn khoaûng 1200 – 1500 mg/l. Giaù trò COD ra lôùn hay nhoû phuï thuoäc vaøo giaù trò COD vaøo vaø phuï thuoäc vaøo quaù trình thích nghi (ôû giai ñoaïn ñaàu cuûa quaù trình thích nghi COD ra thöôøng cao vaø giaûm daàn veà cuoái giai ñoaïn). Keát quaû khaûo saùt haøng ngaøy nhö sau: Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 81  Hieäu quaû xöû lyù COD khaù toát: ôû 3 ngaøy ñaàu tieân hieäu quaû xöû lyù COD dao ñoäng trong khoaûng 68 – 70%, ôû nhöõng ngaøy tieáp theo hieäu quaû COD oån ñònh trong khoaûng 70 – 78%.  pH nöôùc thaûi vaøo dao ñoäng trong khoaûng trung tính thì pH nöôùc thaûi ra taêng khoaûng 0.5 – 0.9 ñôn vò.  Ñoä kieàm vaøo dao ñoäng trong khoaûng khoâng lôùn töø 433 - 460mgCaCO3/l. Ñoä kieàm ra haèng ngaøy ôû taûi troïng naøy taêng giaûm baát thöôøng. Trong suoát quaù trình thích nghi ñoä kieàm taêng giaûm theo ñöôøng ziczaéc, nhö vaäy heä ñeäm trong beå khoâng toát. Ñoä kieàm ra cao nhaát laø 1169mgCaCO3/l, ñoä kieàm ra thaáp nhaát laø 886mgCaCO3/l. Ñoä kieàm taêng töø 490 – 736 ñôn vò. Cheânh leäch giöõa ñoä kieàm vaøo vaø ñoä kieàm ra trung bình khoaûng 587mgCaCO3/l. Tuy vaäy, ñoä kieàm ôû taûi troïng naøy trung bình vaãn cao gaáp 1,5 laàn so vôùi taûi troïng tröôùc.  Ngaøy ñaàu tieân, VFA ñaït 11.1meq/l. Ngaøy thöù 2, VFA ñaït giaù trò lôùn nhaát 18.6meq/l. Töø ngaøy thöù 3 – ngaøy thöù 5, VFA giaûm 4,3 ñôn vò. Töø ngaøy thöù 5 – ngaøy thöù 9, VFA oån ñònh, dao ñoäng trong khoaûng 7meq/l. Baøn luaän: Tuy vôùi noàng ñoä COD khaù cao nhöng hieäu quaû xöû lyù COD vaãn toát vaø oån ñònh nhö taûi troïng tröôùc. Döïa vaøo soá lieäu ta thaáy ôû 2 – 3 ngaøy ñaàu tieân thì quaù trình methane hoùa dieãn ra chöa maïnh meõ vì ñoä kieàm taêng ít, hieäu quaû xöû lyù VFA ít.Ñeán nhöõng ngaøy sau thì quaù trình methane hoùa dieãn ra maïnh meõ vaø khaù oån ñònh. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 82 Baûng 5.8: Keát quaû khaûo saùt theo chieàu cao moâ hình ôû taûi troïng 3kgCOD/m3.ngaøy. Vò trí pH Ñoä kieàm (mgCaCO3/l) COD (mg/l) Hieäu quaû (%) VFA (meq/l) 1 6.96 506 5387 10.22 21,4 2 6.82 1062 4795 20.08 28,6 3 7.27 1164 2914 51.43 20,3 4 7.3 1171 1647 72.55 18,6 5 7.35 1234 1458 75.70 16,7 6 7.34 1245 1392 76.80 15,3 7 7.38 1306 1374 77.10 13,2 8 7.64 1347 1242 79.30 12 0 500 1000 1500 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí Ñ oä ki eàm (m gC aC O 3/ l) Hình 5.23. Ñoà thò bieåu dieãn ñoä kieàm theo chieàu cao ôû taûi troïng 3kgCOD/m3.ngaøy Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 83 0 2 4 6 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 vò trí pH pH Hình 5.24. Ñoà thò bieåu dieãn pH theo chieàu cao ôû taûi troïng 3kgCOD/m3.ngaøy 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí COD (mg/l) 0 20 40 60 80 100 Hieäu quaû (%) COD HQXL COD Hình 5.25. Ñoà thò bieåu dieãn COD theo chieàu cao ôû taûi troïng 3kgCOD/m3.ngaøy Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 84 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí VF A (m eq /l) VFA Hình 5.26. Ñoà thò bieåu dieãn VFA theo chieàu cao ôû taûi troïng 3kgCOD/m3.ngaøy Nhaän xeùt: Bieán thieân COD theo chieàu cao:COD giaûm ôû vuøng UASB, nöôùc thaûi ra coù COD khoaûng 1242mg/l: + Töø vò trí 1 - 3: hieäu quaû xöû lyù COD ñaït khoaûng 51,43% + Töø vò trí 3 – 8: hieäu quaû xöû lyù COD ñaït khoaûng 51% – 79% Bieán thieân pH theo chieàu cao: pH ban ñaàu giaûm sau taêng daàn theo chieàu cao, nöôùc thaûi ra coù pH khoaûng 7.64 + Töø vò trí 1 – 2: pH nöôùc thaûi giaûm 0.14 ñôn vò + Töø vò trí 2 – 3: pH taêng khoaûng 0.45 ñôn vò + Töø vò trí 3 – 8:pH taêng nheï vaø khaù oån ñònh khoaûng 0.03 – 0.05 ñôn vò, rieâng vò trí soá 8 taêng nhieàu hôn khoaûng 0.26 ñôn vò. Bieán thieân ñoä kieàm theo chieàu cao: ñoä kieàm taêng nhanh ôû vuøng UASB + Töø vò trí 1 – 2: ñoä kieàm taêng 556 ñôn vò + Töø vò trí 2 – 3: ñoä kieàm taêng 102 ñôn vò + Töø vò trí 3 – 8: ñoä kieàm taêng nheï khoaûng 50 – 100 ñôn vò Bieán thieân VFA theo chieàu cao: + Töø vò trí 1 – 2: VFA taêng 7.2 ñôn vò + Töø vò trí 2 – 3: VFA giaûm 1 ñôn vò Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 85 + Töø vò trí 3 – 8: VFA giaûm khoaûng 25 ñôn vò, Baøn luaän: ÔÛ taûi troïng naøy vuøng UASB hoaït ñoäng toát hôn ôû taûi troïng tröôùc, nöôùc thaûi ra vuøng UASB ñaït hieäu quaû xöû lyù khoaûng 79%. Trong vuøng UASB thì töø vò trí soá 1 – 2 quaù trình axít hoùa chieám öu theá, ñeán vò trí soá 3 thì quaù trình methane hoùa laïi chieám öu theá, trong khi ôû caùc taûi tröôùc thì ôû vò trí soá 3 quaù trình axit hoùa vaãn coøn chieám öu theá. Ñieàu ñoù giaûi thích taïi sao vuøng UASB hoaït ñoäng hieäu quaû hôn caùc taûi tröôùc. ÔÛ giai ñoaïn naøy ñoä kieàm raát cao khoaûng 1347mgCaCO3/l, nöôùc coù tính ñeäm cao taïo ñieàu kieän cho quaù trình methane hoùa dieãn ra maïnh meõ. ÔÛ vuøng UASB amonia taêng ít hôn vuøng kò khí do amonia tham gia toång hôïp teá baøo ôû vuøng UASB nhieàu hôn,Vì ôû vò trí 1 – 2 quaù trình axit hoùa chieám öu theá neân VFA taêng vaø pH giaûm 5.2.4 Keát quaû khaûo saùt ôû taûi troïng 6kgCOD/m 3 .ngaøy COD = 6000mg/l, HRT = 1 ngaøy Baûng 5.9: Keát quaû khaûo saùt moâ hình ôû taûi troïng 6kgCOD/m3.ngaøy. Ngaø y pH vaø o pH ra COD vaøo mg/l COD ra mg/l Ñoä kieàm vaøo mgCaCO3/l Ñoä kieàm ra mgCaCO3/l VFA (meq/l) Hieäu quaû khöû COD (%) 1 7.14 7.17 6456 5045 520 1009 24,3 21,86 2 7.13 7.27 6260 4645 525 1016 19,8 25,80 3 7.02 7.37 6075 3214 540 1204 20,4 47,09 4 6.99 7.13 5320 2389 500 1236 13,7 55,09 5 6.99 7.38 5169 2045 510 1270 15,3 60,44 6 7.01 7.64 6000 1346 524 1329 14,7 77,57 7 7.03 7.28 6150 1367 530 1391 15,2 77,77 8 7.18 7.46 5509 1288 542 1501 12,6 76,62 Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 86 6,6 6,8 7 7,2 7,4 7,6 7,8 1 2 3 4 5 6 7 8 thôøi gian (ngaøy) pH pH vaøo pH ra Hình 5.27. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thieân pH ở tải trọng 6kgCOD/m3.ngày 0 2000 4000 6000 8000 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) C O D (m g/ l) 0 20 40 60 80 100 H iệ u su ấ t (% ) COD vaøo COD ra HQXL COD Hình 5.28. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thieân COD ở tải trọng 6kgCOD/m3.ngày 0 500 1000 1500 2000 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) Ñ oä ki eàm (m gC aC O 3/ l) Ñoä kieàm vaøo mgCaCO3/l Ñoä kieàm ra mgCaCO3/l Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 87 Hình 5.29. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thieân ñoä kieàm ở tải trọng 6kgCOD/m3.ngày 0 5 10 15 20 25 30 1 2 3 4 5 6 7 8 Thôøi gian (ngaøy) V FA (m eq /l) VFA Hình 5.30. Ñoà thò bieåu dieãn sự biến thieân VFA ở tải trọng 6kgCOD/m3.ngày Nhaän xeùt:  Bieán thieân COD: hieäu quaû xöû lyù COD khoâng oån ñònh, dao ñoäng khoaûng 21% - 78% • ÔÛ 2 ngaøy ñaàu do vi sinh vaät chöa thích nghi ñöôïc ôû taûi troïng cao hôn neân hieäu quaû xöû lyù chæ ñaït ñöôïc khoaûng 25%. • ÔÛ nhöõng ngaøy tieáp theo hieäu quaû COD taêng hôn haún khoaûng 45% - 78%û  Bieán thieân pH: pH nöôùc thaûi ra taêng khoaûng 0,03 – 0,63 ñôn vò, pH nöôùc thaûi ra khoaûng 7,13 – 7,64.  Bieán thieân ñoä kieàm: so vôùi taûi troïng tröôùc thì ñoä kieàm taêng ít oån ñònh hôn taêng khoaûng 1000 – 2000 ñôn vò, nöôùc thaûi ra coù ñoä kieàm khoaûng 2200 – 3900mgCaCO3/l.  Bieán thieân VFA: giaûm ít hôn so vôùi taûi troïng tröôùc,hieäu quaû xöû lyù dao ñoäng trong khoaûng 60 – 87%, nöôùc thaûi ra coù VFA dao ñoäng trong khoaûng 13 – 23,46meq/l. Baøn luaän: Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 88 ÔÛ taûi troïng naøy coù hieän töôïng soác taûi ôû nhöõng ngaøy ñaàu cuûa taûi troïng, hieäu quaû xöû lyù chæ ñaït khoaûng 25%, hieäu quaû xöû lyù VFA chæ ñaït khoaûng 60%, nöôùc thaûi ra coù VFA khoaûng 23 – 24 meq/l. Chöùng toû raèng giai ñoaïn axít hoùa ñang chieám öu theá. Nhöng ôû nhöõng ngaøy sau do ñaõ thích nghi vôùi noàng ñoä nöôùc thaûi cao neân hieäu quaû xöû lyù ñaõ taêng hôn haún 45 – 78%, luùc naøy giai ñoaïn methane hoùa baét ñaàu chieám öu theá hôn, VFA ra coøn 12.6 meq/l. Baûng 5.10: Keát quaû khaûo saùt theo chieàu cao moâ hình ôû taûi troïng 6kgCOD/m3.ngaøy. Vò trí pH Ñoä kieàm (mgCaCO3/l) COD (mg/l) Hieäu quaû (%) VFA (meq/l) 1 7.08 1065 6018 0 30,2 2 6.91 1154 3441 42,82 39,7 3 6.84 1324 1957 67,48 20,3 4 7.37 1387 1675 72,17 18,7 5 7.4 1448 1527 74,63 16,4 6 7.46 1469 1461 75,72 15,5 7 7.52 1507 1440 76,07 16,1 8 7.48 1519 1408 76,60 12,6 6,4 6,6 6,8 7 7,2 7,4 7,6 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí pH pH Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 89 Hình 5.31. Ñoà thò bieåu dieãn pH theo chieàu cao ôû taûi troïng 6kgCOD/m3.ngaøy 0 500 1000 1500 2000 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí Ñ oä ki eàm (m gC aC O3 /l) Ñoä kieàm Hình 5.32. Ñoà thò bieåu dieãn ñoä kieàm theo chieàu cao ôû taûi troïng 6kgCOD/m3.ngaøy 0 2000 4000 6000 8000 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí COD (mg/l) 0 20 40 60 80 100 Hieäu suaát % COD HQXL COD Hình 5.33. Ñoà thò bieåu dieãn COD theo chieàu cao ôû taûi troïng 6kgCOD/m3.ngaøy Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 90 0 10 20 30 40 50 1 2 3 4 5 6 7 8 Vò trí VF A (m eq /l) VFA Hình 5.34. Ñoà thò bieåu dieãn VFA theo chieàu cao ôû taûi troïng 6kgCOD/m3.ngaøy Nhaän xeùt: Bieán thieân COD theo chieàu cao: vuøng UASB hieäu quaû xöû lyù giaûm hôn haún chò ñaït 6,15% nöôùc thaûi ra coù COD = 1408 mg/l ñaït hieäu quaû xöû lyù laø 76,6%: • Töø vò trí 1 – 3: hieäu quaû xöû lyù ñaït 22,67% • Töø vò trí 3 – 4: hieäu quaû xöû lyù ñaït 44,42% • Töø vò trí 4 – 8: hieäu quaû xöû lyù khaù oån ñònh dao ñoäng trong khoaûng 58 – 76 %. Bieán thieân pH theo chieàu cao: ôû vuøng UASB pH giaûm, vuøng loïc kò khí pH taêng • Töø vò trí 1 – 3: pH giaûm 0,76 ñôn vò • Töø vò trí 3 – 4: pH taêng 0,48 ñôn vò • Töø vò trí 4 – 8: pH taêng nheï khoaûng 0,03 – 0,06 ñôn vò Bieán thieân ñoä kieàm theo chieàu cao: ñoä kieàm taêng maïnh ôû vuøng UASB, nöôùc thaûi ra coù ñoä kieàm khoaûng 1519mgCaCO3/l • Töø vò trí 1 – 3: ñoä kieàm taêng khoaûng 300 ñôn vò • Töø vò trí 3 – 8: ñoä kieàm taêng ít khoaûng 10 – 200 ñôn vò Bieán thieân VFA theo chieàu cao: VFA ôû vuøng UASB giaûm, VFA nöôùc thaûi ra laø 12,6meq/l ñaït hieäu quaû xöû lyù laø 83,5% • Töø vò trí 1 – 3: VFA taêng 9,7 ñôn vò • Töø vò trí 3 – 4: VFA giaûm maïnh khoaûng 9,4 ñôn vò Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 91 • Töø vò trí 4 – 8: VFA giaûm töø 1 – 8 ñôn vò Baøn luaän: Taêng taûi troïng baèng caùch taêng thôøi gian löu nöôùc ñaõ laøm giaûm hieäu quaû xöû lyù cuûa vuøng UASB xuoáng coøn 6,15% ñaây cuõng laø nhöôïc ñieåm cuûa vuøng UASB so vôùi vuøng loïc kò khí. Do coù söï keát hôïp giöõa UASB vaø loïc kò khí neân buøn khoâng bò troâi ra ngoaøi do UASB bò soác taûi. Tuy nhieân nöôùc thaûi ra vaãn ñaït hieäu quaû xöû lyù khaù cao laø 76,6% nhôø tính oån ñònh maøng vi sinh vaät cuûa vuøng loïc kò khí. ÔÛ vuøng UASB chuû yeáu dieãn ra quaù trình axit hoùa neân pH giaûm, VFA taêng. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 92 CHÖÔNG 6 KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 93 6.1 KEÁT LUAÄN Vôùi noàng ñoä COD cao, tyû soá BOD/COD > 0.5, nöôùc thaûi saûn xuaát coàn hoaøn toaøn coù khaû naêng xöû lyù baèng phöông phaùp sinh hoïc. Tuy nhieân, quaù trình xöû lyù sinh hoïc khoâng cho keát quaû xöû lyù COD trieät ñeå, do ñoù, vieäc tieán haønh caùc bieän phaùp xöû lyù hoaù lyù laø hoaøn toaøn caàn thieát. Hieäu quaû khöû COD cao nhaát ñaït xaáp xæ 80%, Ñoä kieàm ra caøng luùc caøng taêng cho thaáy heä ñeäm cuûa nöôùc thaûi toát Taûi troïng caøng cao thì VFA caøng taêng. USBF coù khaû naêng xöû lyù nöôùc thaûi coàn vôùi hieäu quaû cao töø 70 -79%, moâ hình hoaït ñoäng oån ñònh vaø ít bò soác taûi Keát quaû khaûo saùt ôû caùc taûi troïng 1; 2; 3 kg COD/m 3 .ngaøy cho thaáy: heä thoáng hoaït ñoäng hieäu quaû vaø oån ñònh nhaát ôû taûi troïng 3 kg COD/m 3 .ngaøy vôùi hieäu quaû xöû lyù COD ñaït khoaûng 79%. 6.2 HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN LUAÄN VAÊN Do haïn cheá veà thôøi gian thöïc hieän luaän vaên neân chæ khaûo saùt ñeán noàng ñoä CODv=6000mg/l. Thöïc teá, noàng ñoä COD cuûa nöôùc thaûi coàn raát cao töø 20000mg/l – 100000mg/l. Khaû naêng vaän haønh cuûa moâ hình vaãn hoaït ñoäng toát ôû noàng ñoä CODv=6000mg/l. Höôùng tôùi taêng daàn noàng ñoä cao hôn cho ñeán khi khaû naêng xöû lyù cuûa heä thoáng giaûm xuoáng. 6.3 KIEÁN NGHÒ Do haïn cheá veà thôøi gian laøm luaän vaên neân khoâng nghieân cöùu theâm aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá khaùc nhö: pH, nhieät ñoä, chaát raén lô löõng (SS), ñoä maøu trong nöôùc thaûi. Tieáp tuïc nghieân cöùu loaïi vaät lieäu loïc naøo thích hôïp cho moâ hình. Coù theå tieán haønh nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù treân hai moâ hình USBF vaø UASB ñeå phaân tích roõ hôn öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa hai moâ hình, ñeå vieäc löïa choïn moâ hình mang tính thuyeát phuïc hôn. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 94 Tieáp tuïc nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù cuûa moâ hình USBF treân caùc loaïi nöôùc thaûi töông töï. Heä thoáng chæ xöû lyù ñöôïc khoaûng 80% COD, vì theá caàn keát hôïp nhieàu coâng ngheä xöû lyù khaùc tröôùc khi thaûi ra nguoàn tieáp nhaän.  Ví duï nhö caàn theâm beå laéng phía tröôùc coâng trình ñeå laéng caën mòn (xaùc naám men), löôïng caën naøy khaù lôùn, neáu nhö khoâng taùch ra seõ aûnh höôûng ñeán quaù trình sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa heä buøn lô löûng. Theâm quaù trình haáp phuï than hoaït tính hoaëc quaù trình oxy hoùa ñeå khöû ñoä maøu. Nghieân cöùu hieäu quaû xöû lyù nöôùc thaûi saûn xuaát coàn treân moâ hình Hybrid USBF Trang 95 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Traàn Hieáu Nhueä, Thoaùt nöôùc vaø xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp, NXB Khoa hoïc kyõ thuaät, 2001. 2. TS Laâm Minh Trieát, Xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp _ Tính toaùn thieát keá coâng trình, Vieän taøi nguyeân moâi tröôøng, 2001 3. Metcalf& Eddy, Wastewater engineering – Treatment and reuse, Mc Graw Hill, 2003. 4. C.P. Leslie Grady, Biological wastewater treatment, Marcel Dekker, New York, 1999. 5. Shigehisa Iwai, Wastewater treatment with microbial films, Technomic Publishing, 1994. 6. David P.Chynoweth, Anearobic digestion of biomass, Elsevier apllied science, 1987 7. Biothane System International, Process Operation Manual Biobed EGSB/SBR Aeration, Australia, 1999. 8. Robert Shlesser, Processes, feedstocks, and current economic feasibility of fuel grade ethanol production in Hawaii, Hawaii State Department of Business,Economic Development & Tourism, 1994, 9. K. V. Rajeshwari et al, A novel process using enhanced acidification and a UASB reactor for biomethanation of vegetable market waste, Waste Wanagement & Research, 19, 2001, p.292-300 10. Bileen Wolmarans* and Gideon H de Villiers, Start-up of a UASB effluent treatment plant on distillery wastewater, Water SA, 28, 2002, p. 63-68. 11. SMB Barbosa Correa, E Ruiz and F Romero, Evolution of operational parameters in a UASB wastewater plant, Water SA, 29, 2003, p. 345-352. ._.