Đề tài Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa phù hợp với điều kiện bến tre

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN --------o0o-------- ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 608506 Tên đề tài NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT THẠCH DỪA PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN BẾN TRE Học viên thực hiện : TRẦN MINH HƯƠNG Cán bộ hướng dẫn : PGS. TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC NCS NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆN NAM VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc --- oOo --- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC Họ và tên : TRẦN MINH HƯƠNG Phái : Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 30/12/1973 Nơi sinh : Nam Định Chuyên ngành : Công nghệ môi trường Khóa : 2009 TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa phù hợp với điều kiện Bến Tre. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Nhiệm vụ: Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột A phù hợp với điều kiện Bến Tre Nội dung: Khảo sát hiệu quả tách dầu, SS trên mô hình tách dầu, cặn bằng trọng lực Nghiên cứu hiệu quả khử COD trên mô hình lọc kỵ khí và lọc hiếu khí và động học quá trình Phân tích, đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột A phù hợp với điều kiện Bến Tre HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS. TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC NCS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2 PGS. TS. Nguyễn Văn Phước NCS. Nguyễn Thị Thanh Phượng Ngày tháng năm 2011 PHÒNG ĐÀO TẠO PHÒNG CHUYÊN MÔN CHỦ NHIỆM NGÀNH MỤC LỤC Đặt vấn đề Bến Tre là một tỉnh đồng bằng sông Cửu Long với cây dừa là loại cây nông nghiệp chủ yếu. Tỉnh có hơn 47.000ha đất trồng dừa, chiếm 2/3 diện tích trồng dừa và sản lượng dừa cả nước. Sản lượng dừa hằng năm trên 350 triệu trái. Dự kiến năm 2015, Bến Tre sẽ có khoảng 52.500 ha trồng dừa, sản lượng 390 triệu trái[15]. Dừa và các sản phẩm ngành dừa được xác định là ngành kinh tế mũi nhọn của tỉnh. Các sản phẩm chế biến từ dừa có thực phẩm (kẹo dừa, nước cốt dừa, thạch dừa … ), chế biến công nghiệp, thủ công mỹ nghệ, vật liệu xây dựng, dược phẩm … Giá trị xuất khẩu các sản phẩm từ dừa chiếm 60 triệu USD, đóng góp 40% vào tổng giá trị xuất khẩu của tỉnh Bến Tre. Sản xuất ngành dừa giúp giải quyết việc làm cho hơn 300 ngàn lao động [15]. Sản xuất thạch dừa đã trở nên một nghề khá phổ biến ở Bến Tre hiện nay. Toàn tỉnh có hơn 160 cơ sở sản xuất, riêng trên địa bàn thị xã có hơn 100 cơ sở sản xuất thạch dừa. Đa phần là các cơ sở nhỏ, sản xuất mang tính tiểu thủ công nghiệp, trình độ kỹ thuật của lao động chưa cao, chưa có hệ thống xử lý nước thải, mặt bằng và vốn đầu tư cho các công trình xử lý nước thải hạn chế. Hiện tại, nước thải sản xuất thạch dừa chưa được xử lý thích hợp. Nước thải thạch dừa có COD, BOD và SS khá cao (có thể đến 4.600, 3.200 và 1.700 mg/L), khi thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm nguồn nước kênh rạch, sông ngòi tiếp nhận, làm ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh, giảm giá trị cảnh quan và cấp nước của các thủy vực. Từ sản lượng trung bình năm 9.000 tấn thạch dừa hiện nay, có thể hiểu rằng hàng năm hệ thống sông rạch Bến Tre đang phải tiếp nhận hơn 60.000 m3 nước thải xử lý chưa đạt tiêu chuẩn hoặc chưa qua xử lý. Trong bối cảnh đó, rất cần một giải pháp xử lý nước thải sản xuất thạch dừa phù hợp, có thể áp dụng rộng rãi để đảm bảo phát triển bền vững nghề sản xuất thạch dừa. Luận văn này có mục tiêu đề xuất công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột A phù hợp với điều kiện Bến Tre. Tổng quan Tổng quan về quy trình sản xuất và tính chất nước thải thạch dừa Thạch dừa là sản phẩm giải khát lên men từ nước dừa tươi nhờ giống vi khuẩn Acetobacter xilinum. Quy trình sản xuất thạch dừa được trình bày trong hình 1 sau đây. Nước dừa Đun sôi Đường, muối khoáng Hạ nhiệt Lên men trên khay Nhân giống vi khuẩn Acetobacter xilinum Nước thải rửa khay Thạch thô Rửa Cắt nhỏ Đun sôi Để ráo, rửa Đun sôi Đóng gói Thạch dừa Axit Acetic Nước thải rửa thạch Nước thải rửa thạch Nước thải rửa bình Khử trùng Chất bảo quản, hương liệu Hình 1. Quy trình chung sản xuất thạch dừa Trong sản xuất thạch dừa, nước thải chủ yếu phát sinh ở các công đoạn rửa thạch, rửa khay và vệ sinh bình nhân giống. Ngoài ra, còn có nước thải vệ sinh nồi nấu và bể chứa thạch thô với tần suất xả thải thấp và lưu lượng rất thấp. Lưu lượng nước thải ước tính 5 -10m3/tấn thạch dừa thành phẩm. Bảng 1. Tỉ lệ lưu lượng nước thải qua từng công đoạn STT Loại nước thải Tỉ lệ lưu lượng (%) Thành phần ô nhiễm chính 1 Nước thải rửa các bình nhân giống 5–10 SS, độ đục 2 Nước thải rửa khay, rửa nồi, rửa bồn 5–10 BOD, COD, SS, Dầu mỡ 3 Nước thải rửa thạch 80–90 BOD, COD, SS, Dầu mỡ Nguồn: Khoa Môi trường – ĐH Bách Khoa Tp.HCM Bảng 2. Tính chất nước thải thạch dừa so với QCVN 24:2009 STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị QCVN 24:2009 (cột A) Mẫu 1(*) Mẫu 2(**) 1 pH - 6,6 6,1 6-9 2 BOD mg/L 2.200 3.200 30 3 COD mg/L 3.400 4.600 50 4 SS mg/L 620 1.700 50 5 Tổng N mg/L 8 12 15 6 Tổng P mg/L 2 3 4 7 Dầu mỡ mg/L 120 180 10 Nguồn: Khoa Môi trường, ĐH Bách Khoa Tp.HCM (*) Nước thải cơ sở Nguyễn Ngọc Thảo, 143D, Khu Phố 4, Phường 7, Bến Tre; (**)Nước thải cơ sở Nguyễn Thị Tước, 154C, Khu Phố 3, Phường 7, Bến Tre. Nước thải sản xuất thạch dừa có pH axit yếu, nếu để lâu pH sẽ giảm do xảy ra quá trình lên men. Loại nước thải này có thành phần hữu cơ cao, các chỉ tiêu COD, BOD có độ dao động lớn, hàm lượng chất lơ lửng cũng khá cao nhưng dễ lắng (lắng hơn 80% sau 2 giờ lắng tĩnh). Các nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ xử lý Các nghiên cứu ngoài nước Các nghiên cứu xử lý nước thải ngành dừa và thạch dừa được công bố không nhiều. Tóm tắt về các nghiên cứu này như sau: T. Mungcharoen, Đại học Kasetsart, Thái Lan năm 1996 đã nghiên cứu hệ thống xử lý nước thải sản xuất thạch dừa quy mô pilot[11]. Nước thải thạch dừa có BOD 4.700mg/L, lấy từ cơ sở sản xuất có công suất 3.000kg thạch dừa/ngày, tạo 30m3 nước thải/ngày. Nghiên cứu đã so sánh 3 phương án xử lý: dùng hệ thống hồ, hồ làm thoáng và hệ thống hỗn hợp. Kết quả cho thấy nếu giá ðất thấp hõn 104 USS/m2 thì nên chọn xử lý bằng hệ thống hồ; ngược lại thì xử lý bằng hồ làm thoáng sẽ thích hợp hơn. Piyanoot Kongkitpisal, Đại học Mahidol, Thái Lan năm 1998 đã nghiên cứu xử lý nước thải thạch dừa bằng lọc kị khí [19]. Nước thải thạch dừa trong nghiên cứu có COD 1.954 - 4.943 mg/L, công nghệ sản xuất tạo 5-7m3 nước thải/tấn thạch dừa thành phẩm. Hiệu suất khử COD và SS của lọc kị khí với tải trọng hữu cơ 0,48 kg/ m3.ngày là 79,5% và hiệu quả xử lý giảm đi khi tải trọng hữu cơ tăng lên. Ở tải trọng hữu cơ 4,57kg/m3.ngày, hiệu quả xử lý COD và SS lần lượt là 60,1 và 66,9%. Nghiên cứu cũng cho thấy hiệu quả xử lý bằng lọc kị khí với thời gian lưu là 48h cao hơn 24h. J. D. Mannapperuma nghiên cứu thu hồi dầu từ các nhà máy kẹo dừa bằng công nghệ tuyển nổi, UF và thẩm thấu ngược. Nước thải sau xử lý có thể tái sử dụng [16]. Nhà máy sản xuất dầu dừa và kẹo dừa Rathkerawwa, Sri Lanka áp dụng thành công công nghệ UASB để xử lý nước thải đồng thời thu biogas [16]. Jayamanne M. D.A. Athula năm 2007 nghiên cứu hệ thống lọc sinh học kỵ khí vật liệu nổi (UAFF) để xử lý nước thải kẹo dừa. Hiệu quả khử COD đạt 96,3%, khử BOD 97,7%[9]. J. I. Soletti năm 2005 nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất nước cốt dừa và cơm dừa nạo sấy bằng keo tụ kết hợp tuyển nổi khí hòa tan cho thấy có thể khử 85% COD[6]. Anna Maria I. Cuevas nghiên cứu hiệu quả của công nghệ lọc kị khí dòng chảy ngược trong xử lý nước thải kẹo dừa[17]. Các công nghệ xử lý nước thải cho ngành chế biến thực phẩm trên thế giới đã được nghiên cứu và triển khai rất hiệu quả, nhưng nhìn chung chi phí đầu tư và vận hành thường cao hơn các cơ sở sản xuất trong nước. Một vài công nghệ điển hình đã áp dụng xử lý nước thải chế biến thực phẩm như sau: Nhà máy Ethel M Chocolate, tại Nevada, Mỹ sử dụng đất ngập nước nhân tạo đề xử lý nước thải kẹo[13]. Candy Manufacturing Plant áp dụng công nghệ xử lý gồm trung hòa, tuyển nổi, bùn hoạt tính và hồ sinh học cho xử lý nước thải bánh, kẹo. Nhà máy sản xuất bánh kẹo Bimbo - Ricolino đặt tại Mexico có công nghệ xử lý nước thải gồm bẫy dầu, thùng quay tự rửa (lỗ ra 880micromet), bể điều hòa, hệ thống keo tụ - tuyển nổi, bể UASB cải tiến, lọc sinh học MBBR (moving bed biofilm reactor) cải tiến, bể lắng và lọc cát[14]. Brazil Candy Manufacturing Plant áp dụng hệ hybrid kỵ khí tốc độ cao và đất ngập nước để xử lý nước thải[18]. Các nghiên cứu trong nước Viện Công nghệ và Khoa học quản lý môi trường - Tài nguyên năm 2010 đã thực hiện “Nghiên cứu quy trình kỹ thuật công nghệ xử lý nước thải chế biến ngành dừa: Cơm dừa nạo sấy và kẹo dừa”[15]. Công nghệ đề xuất gồm lắng tách dầu trong 24h, keo tụ - tạo bông, xử lý kỵ khí và xử lý hiếu khí bằng hệ VSV lơ lửng, lắng, lọc áp lực và khử trùng (xem hình 2). Hình 2. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải cơm dừa nạo sấy [15]  Một số công trình và các đề tài nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thực phẩm được tổng hợp như sau: Xí nghiệp bánh kẹo Hải Hà áp dụng phương án vi sinh tải trọng cao: FBR (yếm khí, thiếu khí và hiếu khí) được chuyển giao công nghệ bởi Công ty Nissho Iwai, Tetsugen, Organo. Công ty VinaBico: Áp dụng công nghệ SBR để xử lý nước thải sản xuất bánh kẹo. Công ty CP Mía đường Quảng Ngãi đang có kế hoạch áp dụng công nghệ OXYLAG của Pháp đưa ra. Nước thải của quá trình sản xuất được gọi là dịch hèm, thường có màu vàng sẫm ngả đen do có chứa carame( (C12H18O9)n). Công nghệ áp dụng nguyên lý đó là nâng dẫn nước, hớt váng, dẫn qua rây, trung hòa lọc tinh, loc thô. Công nghệ đặc biệt chú ý nhiều sử dụng bùn hoạt tính tại các khâu xử lý đặc biệt là hồ sinh học. - Đề tài khoa học cấp bộ của Viện công nghiệp thực phẩm “Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải trong công nghiệp đường bột và đồ uống” được thực hiện vào năm 2001. Đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước của Viện công nghiệp thực phẩm “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế, chế tạo hệ thống UASB cải tiến để xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm có độ ô nhiễm cao - KC 04-02” Đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước của Viện công nghiệp thực phẩm “Nghiên cứu hệ thống sinh học hoạt lực cao, điều khiển tự động trong quá trình xử lý kị khí đối với nước thải bị ô nhiễm chất hữu cơ cao - KC04-21”. Đề tài “Nghiên cứu khoa học QMT06.03” của Đại học Quốc gia Hà Nội. Đối tượng áp dụng nghiên cứu là nước thải làng nghề chế biến lương thực (sản xuất bún, miến hoặc tinh chế tinh bột) thường chứa các tạp chất có khả năng phân hủy sinh học (tỷ lệ BOD5/COD khoảng từ 0,6 - 0,7) nên có thể được xử lý tốt bằng các phương pháp xử lý sinh học. Bằng phương pháp lọc sinh học kị khí và hiếu khí, nước thải có thể được xử lý đạt tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp TCVN 5945:2005. Luận văn này lựa chọn phương pháp lọc sinh học để xử lý nước thải. Vật liệu lọc sử dụng sẽ là xơ dừa - nguồn vật liệu sẵn có và rẻ tiền tại tỉnh Bến Tre. Xơ dừa đã được nghiên cứu sử dụng làm giá thể dính bám cho vi sinh vật trong các công trình xử lý hiếu khí và kỵ khí, ứng dụng thành công tại các công trình xử lý nước thải sản xuất tinh bột mì tại làng nghề Hoài Hảo, huyện Hoài Nhơn, tỉnh Bình Định (2005), xử lý nước thải sản xuất tiêu sọ tại xã Đạo Nghĩa, huyện Đăk RLấp, tỉnh Đăk Nông, (2006), xử lý nước thải sản xuất kẹo dừa (2009) và tại Công ty TNHH Đông Á, TX Bến Tre, Tỉnh Bến Tre, xử lý nước thải chế biến cao su (năm 1999 - 2001). Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải dự kiến nghiên cứu Cơ sở lý thuyết và tồng quan về hiệu quả xử lý của các các phương pháp xử lý lựa chọn nghiên cứu được trình bày tóm tắt sau đây. Phương pháp tách dầu mỡ và cặn bằng trọng lực Phương pháp này dựa trên sự khác biệt về tỉ trọng giữa dầu (0,915-0,918) và nước (1,015 - 1,086) để tách thành phần này khỏi nước thải. Với thời gian lắng thích hợp, tùy hàm lượng dầu và bản chất dầu ban đầu, phương pháp này có thể cho hiệu quả tách dầu có thể đạt 75%. Bể lắng còn tách được một lượng cặn trong nước thải cũng do chênh lệch tỉ trọng so với nước, do vậy làm giảm được COD, BOD và vi khuẩn trong dòng nước thải đi vào các công trình xử lý phía sau. Hiệu quả xử lý là 40 - 90% với chỉ tiêu TSS, 25 - 40% với BOD5 và 50 - 60% với vi khuẩn [12]. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, không sử dụng năng lượng. Phương pháp xử lý nước thải bằng lọc sinh học kỵ khí Lọc sinh học hiếu khí sử dụng hệ vi sinh vật dính bám trên các giá thể (sỏi, đá dăm, sứ, gỗ, nhựa PP, PVC, than xỉ, xơ dừa …) có độ rỗng và diện tích bề mặt riêng lớn để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Vi sinh vật phát trát trên các giá thể tự nhiên tạo thành màng biofilm, bản chất là các polymer ngoại bào, dày 0,1 - 4mm. Quá trình phân giải các chất hữu cơ trong môi trường diễn ra theo 3 giai đoạn: thủy phân, axit hóa và lên men metan. Quá trình thủy phân làm phân giải các hợp chất cao phân tử như lipid, polysacchrides, protein, axit nucleic thành các chất đơn giản hơn như axit béo, đường đơn, axit amin, purine, pirimidine. Ở giai đoạn 2, các vi sinh vật lên men axit sẽ biến đổi tiếp tục các sản phẩm trên và các mạch vòng đơn giản thành các sản phẩm như propionat, butyrate, succinate, lactate, ethanol ... và các cơ chất cho vi khuẩn lên men metan sử dụng gồm: H2, CO2, format, methanol, methylamin và acetat. Giai đoạn cuối cùng của lên men kỵ khí tạo sản phẩm CH4 và CO2 được thực hiện bởi 2 con đường chính: (1) từ cơ chất H2 và H2O và (2) từ cơ chất là axit axetic[8]. Trong quá trình xử lý kỵ khí nước thải sản xuất thạch dừa, các thành phần hữu cơ đặc trưng như axit lauric, axit linoleic, axit myristic, các triglyxerit được chuyển hóa thành các axit đơn giản và cuối cùng là CH4, CO2 và nước. Các vi sinh vật thủy phân và axit hóa là những loại hiếu khí hay kỵ khí tùy tiện. Riêng nhóm vi sinh vật lên men metan là loại kỵ khí bắt buộc có thời gian thế hệ dài và rất nhạy cảm với điều kiện môi trường. Hiệu quả khử COD và khoảng thông số thiết kế của lọc kỵ khí và lọc kỵ khí đệm cố định tham khảo từ một số tài liệu có trong bảng 4 dưới đây. Bảng 3. Khoảng thông số thiết kế lọc kỵ khí tham khảo Quá trình Tải trọng, kg COD/m3.ngày Thời gian lưu nước, h Hiệu quả khử COD, % Ghi chú Tài liệu tham khảo Lọc kỵ khí 5 -15 36 - 48 70 - 90 [1] Lọc kỵ khí đệm cố định 0,96 - 4,81 24 - 48 75 - 85 COD vào: 10.000-20.000 mg/L [8] Lọc kỵ khí đệm cố định 24 67 Nước thải sản xuất kẹo dừa, COD vào 2.000mg/L [3] 24 60 Nước thải sản xuất kẹo dừa, COD vào 6.000mg/L, giá thể xơ dừa Lọc kỵ khí đệm cố định 0,48 - 4,57 - 79,5 - 60,1 Nước thải sản xuất thạch dừa [19] Phương pháp xử lý nước thải bằng lọc sinh học hiếu khí Tương tự như lọc kỵ khí, lọc hiếu khí cũng xử lý nước thải dựa trên khả năng phân giải các chất hữu cơ của các vi sinh vật nằm trong lớp biofilm trên giá thể dính bám. Lớp biofilm hiếu khí gồm 2 lớp, lớp bên ngoài gồm các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí tùy ý, lớp bên trong sát vật liệu dính bám là các vi sinh vật kỵ khí. Vi sinh vật của hệ thống lọc hiếu khí gồm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí tùy ý và kỵ khí bắt buộc, nấm, tảo, động vật nguyên sinh. Ngoài ra, cả các sinh vật cao hơn như giun, ấu trùng côn trùng, ốc sên cũng có mặt. So với xử lý bằng bùn hoạt tính lơ lửng thì lọc sinh học hiếu khí đơn giản, dễ vận hành, hoạt động tốt ở tải trọng cao, có thể chịu sốc tải, tạo ra bùn đặc hơn, dễ lắng hơn. Bảng 4. Khoảng thông số thiết kế lọc sinh học hiếu khí tham khảo Quá trình Tải trọng, kgCOD/m3.ngày Thời gian lưu nước, h Hiệu quả khử COD, % Ghi chú Tài liệu tham khảo Lọc nhỏ giọt, Đĩa quay sinh học, Lọc hiếu khđ đệm giãn nở, Lọc hiếu khí đệm cố định, Lọc hiếu khí giá thể sợi dẻo (Flexible fibre biofilm reactor – FFBR) 1-17 > 70 nước thải chế biến thực phẩm [7] < 5 80 - >95 Lọc hiếu khđ đệm giãn nở Lọc hiếu khí đệm cố định 10 - 30 < 75 Lọc hiếu khí đệm cố định 7.7 > 95 Lọc hiếu khí đệm cố định - 10 24 90 - 95 95 - 97 nước thải sản xuất kẹo dừa, COD vào: 1.000mg/L và 1.500mg/L, giá thể xơ dừa [3] - 10 24 94 96 nước thải sản xuất kẹo dừa, COD vào: 2.000mg/L, giá thể xơ dừa Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải thạch dừa đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột A phù hợp với điều kiện mặt bằng và kinh phí hạn chế. Đối tượng nghiên cứu Nước thải sản xuất thạch dừa tại Bến Tre. Nội dung nghiên cứu Khảo sát lưu lượng và tính chất nước thải sản xuất thạch dừa với các chỉ tiêu pH, SS, COD, BOD, N tổng, P tổng, dầu mỡ Khảo sát hiệu quả khử COD và SS bằng mô hình lắng tĩnh Nghiên cứu hiệu quả khử COD trên mô hình lọc kỵ khí và lọc hiếu khí và động học quá trình Phân tích, đề xuất công nghệ thích hợp xử lý nước thải sản xuất thạch dừa đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột A. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tổng hợp tài liệu Thu thập, tổng hợp các tài liệu, số liệu đã có tại địa phương về tình hình sản xuất thạch dừa, đặc tính nước thải sản xuất thạch dừa. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu, áp dụng công nghệ xử lý nước thải thạch dừa và các loại hình nước thải tương tự (sản xuất bánh kẹo, sản xuất các sản phẩm ngành dừa) trong nước và trên thế giới. Phương pháp khảo sát hiện trường Thực hiện các đợt khảo sát thực tế tại hiện trường để thu thập thông tin, dữ liệu về công nghệ sản xuất, tình trạng phát thải và chất lượng môi trường tại các cơ sở sản xuất. Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trường Quy trình lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trường được tiến hành theo các quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam hoặc Tiêu chuẩn quốc tế (theo Standard Methods for the Exammination of Water and Wastewater, 2005). Phương pháp phân tích và xử lý số liệu Xử lý thống kê các kết quả thí nghiệm trong quá trình nghiên cứu, làm cơ sở lựa chọn được các thông số tối ưu hóa các quá trình công nghệ. Phương pháp thực nghiệm trên mô hình trong điều kiện thí nghiệm Phương pháp so sánh So sánh kết quả thí nghiệm với các nghiên cứu tương tự trong và ngoài nước. Lựa chọn công nghệ Tính chất nước thải sản xuất thạch dừa so với QCVN 24:2009/BTNMT , cột A trình bày trong bảng 5. Bảng 5. Tính chất nước thải thạch dừa so với QCVN 24:2009 STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị lớn nhất đo được QCVN 24:2009 (cột A) 1 pH - 6,1 6-9 2 COD mg/L 4.600 50 3 BOD mg/L 3.200 30 4 SS mg/L 1.700 50 5 Tổng N mg/L 12 15 6 Tổng P mg/L 3 4 7 Dầu mỡ mg/L 180 10 Nước thải thạch dừa có thành phần chất hữu cơ cao và tỉ số BOD/COD > 0,5, đồng thời không chứa các thành phần độc hại nên có thể xử lý bằng phương pháp sinh học. Nước thải có nồng độ dầu thực vật cao nên trước tiên phải tách dầu mỡ. Nghiên cứu này khảo sát hiệu quả tách dầu trọng lực tại bể lắng. Trường hợp không đảm bảo dầu mỡ và COD, BOD đầu ra theo quy định thì sẽ khảo sát phương án bổ sung phương án keo tụ ngay sau bể tách dầu trọng lực. Nghiên cứu này lựa chọn xử lý bằng lọc hiếu khí và lọc kỵ khí với giá thể xơ dừa, dựa trên cơ sở các ưu điểm của hệ thống như sau: lọc sinh học dễ vận hành, chi phí đầu tư cho giá thể thấp, diện tích bề mặt riêng của xơ dừa cao nên đảm bảo mật độ vi sinh cao trong công trình xử lý, nhờ đó giảm khối tích công trình, phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của địa phương. Bể lắng, tách dầu trọng lực Bể lọc kỵ khí xơ dừa Bể lọc hiếu khí xơ dừa Khử trùng Nước thải đầu vào Nước thải đầu ra Quy trình công nghệ được nghiên cứu trong luận văn này để xử lý nước thải thạch dừa đạt QCVN 24:2009 cột A như sau: Hình 3. Quy trình công nghệ nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất thạch dừa Mô hình thực nghiệm Từ định hướng nghiên cứu trên đây, luận văn dự kiến sẽ thiết lập và nghiên cứu thực nghiệm trên các mô hình: (1) mô hình bể tách dầu, cặn bằng trọng lực; (2) mô hình lọc sinh học kị khí; (3) mô hình lọc sinh học hiếu khí và (4) mô hình liên tục tách dầu - lọc kỵ khí - lọc hiếu khí. Mô hình tách dầu và cặn bằng trọng lực Nội dung nghiên cứu Xác định thời gian tách dầu và SS hiệu quả của nước thải sản xuất thạch dừa Đối tượng nghiên cứu Nước thải sản xuất thạch dừa Mô hình nghiên cứu Mô hình tách dầu là một thùng nhựa hình trụ dung tích 20L (chiều cao 45cm, đường kính 26 cm), có vòi thu nước sau lắng ở gần đáy thùng. Lớp dầu Nước vào Van xả Cặn lắng Hình 4. Mô hình tĩnh tách dầu Thiết lập thí nghiệm Cho nước thải vào mô hình, để yên không khuấy. Lấy mẫu nước thải tại mỗi thời điểm: 0,5 h; 1h; 1,5h; 2h; 4h từ van thu mẫu Phân tích các chỉ tiêu pH, dầu mỡ tổng, SS, COD của nước thải Mô hình lọc sinh học kỵ khí giá thể xơ dừa Nội dung nghiên cứu Xác định tải trọng vận hành và thời gian lưu nước thích hợp Xác định hiệu quả xử lý COD Xác định các thông số động học của quá trình Đối tượng nghiên cứu Nước thải sản xuất thạch dừa sau tách dầu và SS bằng trọng lực. Mô hình nghiên cứu Mô hình là thùng nhựa 20 lít, tiết diện tròn đường kính 26cm, cao 45cm. Tại trung tâm bể là một ống dẫn nước. Vật liệu lọc sử dụng là xơ dừa 3g/L. Nước thải sau bể tách dầu được bơm vào bể từ trên xuống qua ống trung tâm, sau đó lại chảy ngược lên lọc kị khí qua lớp vật liệu lọc bằng xơ dừa. Vận hành mô hình với COD đầu vào là giá trị cao nhất dự kiến trong nước thải đã qua xử lý tách dầu, dự kiến là 3.500mg/L, ở các tải trọng vận hành bằng khác nhau trong khoảng 1,8 đến 5,6 kg COD/m3.ngày (tương ứng với thời gian lưu nước 15 - 48h). Vận hành mô hình với nước thải tuần hoàn ở tỉ lệ 0,25; 0,5 và 0,75 ở thời gian lưu nước 15 - 48h. Ống thông hơi Bơm tuần hoàn Xơ dừa Hình 5. Mô hình lọc sinh học kị khí Trong quá trình thí nghiệm, theo dõi hàm lượng N, P và bổ sung N, P (nếu cần) đảm bảo tỉ lệ COD: N: P = 250: 5: 1 Lấy mẫu nước thải đầu ra hàng ngày, phân tích các chỉ tiêu pH, COD, độ kiềm, VFA và N Mô hình lọc sinh học hiếu khí Mục tiêu nghiên cứu Xác định tải trọng vận hành và thời gian lưu nước thích hợp Đánh giá hiệu quả khử cơ chất Xác định các thông số động học của quá trình Đối tượng nghiên cứu Nước thải sản xuất thạch dừa sau lọc kỵ khí Mô hình thí nghiệm Mô hình là thùng nhựa 20 lít, tiết diện tròn đường kính 26cm, cao 45cm. Vật liệu đệm sử dụng là xơ dừa, với khối lượng 3g/L Khí được cấp liên tục bằng máy thổi khí và được phân tán vào nước nhờ đá bọt, đảm bảo DO = 2- 3 mg/L. Mầm bùn ban đầu đưa vào bể: 2,5 kg VSS/m3 thể tích bể Vận hành mô hình với nước thải đã qua lọc kỵ khí có COD đầu vào dự kiến là 600mg/L, ở các tải trọng vận hành bằng khác nhau trong khoảng 0,6 đến 2,4kg COD/m3.ngày (tương ứng với thời gian lưu nước 6 - 24h) Trong quá trình thí nghiệm, theo dõi hàm lượng N, P và bổ sung N, P (nếu cần) đảm bảo tỉ lệ COD: N: P = 100: 5: 1. Máy thổi khí Xơ dừa Hình 6. Mô hình lọc sinh học hiếu khí Mỗi ngày theo dõi các chỉ tiêu pH, độ kiềm, DO, COD Cuối đợt thí nghiệm, phân tích pH, SS, COD, BOD5, tổng N, tổng P Nước vào Mô hình liên tục tách dầu - lọc kỵ khí - lọc hiếu khí Hình 7. Mô hình liên tục Mô hình liên tục gồm các mô hình lắng tĩnh tách dầu mỡ, lọc kỵ khí và lọc hiếu khí mắc nối tiếp với nhau như trong hình trên. Vận hành mô hình với thời gian lưu nước đã xác định là tối ưu ở từng mô hình Trong quá trình thí nghiệm, đảm bảo tỉ lệ COD: N: P = 250: 5: 1 ở bể kỵ khí, tỉ lệ COD: N: P = 100: 5: 1 ở bể hiếu khí, bổ sung N, P nếu cần Phân tích các chỉ tiêu nước thải đầu vào mô hình lắng tĩnh và đầu ra của mô hình lọc hiếu khí: pH, SS, dầu mỡ, COD, BOD5, tổng N, tổng P Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và tính mới của đề tài Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ sinh học dính bám để xử lý một loại nước thải mới là nước thải sản xuất thạch dừa. Xác định các thông số động học của quá trình lọc kỵ khí và hiếu khí xử lý nước thải sản xuất thạch dừa Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu Công nghệ lọc sinh học có khả năng chịu sốc tải, dễ vận hành, khi phối hợp với biện pháp tách dầu mỡ là giải pháp khả thi xử lý nước thải sản xuất thạch dừa trong điều kiện của Bến Tre, góp phần phát triển bền vững loại hình sản xuất này đồng thời bảo vệ môi trường sinh thái và sức khỏe cộng đồng trong khu vực sản xuất và tiếp nhận nước thải. Tính mới của đề tài Đây là nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải thạch dừa đầu tiên tại Việt Nam có áp dụng lọc kỵ khí và hiếu khí dùng xơ dừa làm giá thể. Các chương mục dự kiến của luận văn LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH CÁC BẢNG DANH SÁCH HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học và kinh tế - xã hội của luận văn Phương pháp luận CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Sản xuất thạch dừa và xử lý nước thải sản xuất thạch dừa tại Bến Tre Tình hình chung Quy trình sản xuất thạch dừa Hiện trạng xử lý nước thải sản xuất thạch dừa tại Bến Tre Thành phần, tính chất nước thải sản xuất thạch dừa Thành phần tính chất nước thải Tác động của nước thải sản xuất thạch dừa đến môi trường Các công nghệ đã áp dụng xử lý nước thải sản xuất bánh kẹo, nước thải ngành dừa và sản xuất thạch dừa Các công nghệ áp dụng tại nước ngoài Các công nghệ áp dụng trong nước CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp lắng tĩnh tách dầu mỡ, cặn bằng Xử lý nước thải bằng phương pháp lọc kỵ khí Xử lý nước thải bằng phương pháp lọc hiếu khí Động học quá trình kỵ khí dính bám, hiếu khí dính bám xử lý nước thải CHƯƠNG 3. VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Phân tích, lựa chọn công nghệ nghiên cứu / Mô hình Đối tượng nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm /Phương pháp phân tích CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Thành phần, tính chất nước thải sản xuất thạch dừa Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình tách dầu, cặn Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và các thông số động học của quá trình lọc kỵ khí Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và các thông số động học của quá trình lọc hiếu khí Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình liên tục tách dầu mỡ - lọc kỵ khí - lọc hiếu khí Đề xuất công nghệ xử lý nước thải thạch dừa KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Tiến độ thực hiện Luận văn dự kiến thực hiện trong 06 tháng, từ 15/04/2011 đến 15/09/2011. Nội dung Thời gian thực hiện T4/2011 T5/2011 T6/2011 T7/2011 T8/2011 T9/2011 Thu thập tài liệu, phân tích đánh giá Khảo sát tính chất nước thải sản xuất thạch dừa Xây dựng và chạy các mô hình thí nghiệm Xử lý số liệu, tổng hợp tài liệu và viết luận văn Phần chuẩn bị của học viên Tìm hiểu và thu thập tài liệu về các công nghệ xử lý nước thải sản xuất thạch dừa và các ngành công nghiệp gần Tìm hiểu về các phương pháp xử lý nước thải dự kiến nghiên cứu trong luận văn Đi thực tế hiện trường, lấy mẫu nước thải của nhà máy cần nghiên cứu, phân tích xác định thành phần, tính chất nước thải Tiến hành phân tích đánh giá chất lượng nước thải đầu vào Xây dựng các mô hình nghiên cứu Lập kế hoạch, trình tự các bước triển khai mô hình thí nghiệm Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Văn Phước (2007), Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học, Nhà xuất bản Xây dựng. [2] Trần Đình Toại, Nguyễn Thị Vân Hải (2005), Động học các quá trình xúc tác sinh học, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [3] Trần Thị Sáu (2009), Nghiên cứu triển khai công nghệ xử lý nước thải sản xuất kẹo dừa tỉnh Bến Tre, Luận văn cao học, Trường Đại học Bách Khoa tp Hồ Chí Minh. [4] Sở Tài Nguyên Môi trường tỉnh Đăk Nông (2005), Nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sản xuất tiêu sọ huyện Đăk RLấp, tỉnh Đăk Nông, Đề tài nghiên cứu khoa học. Tài liệu tiếng Anh [5] APHA; AWWA; WEF (1995), Standard methods for the examination of water and wastewater, 19th edition, Washington, DC, USA. [6] J. I. Soletti, S. H V. Carvalho, P. H. L. Quintela, W.Ferreira De La Salles (2005), Coconut industry wastewater treatment using dissolved air flotation, 2nd Mercosur Congress on Chemical Engineering Proceedings, Brasil. [7] M.E. Abdulgader1, Q. J. Yu1, P. Williams1 and A. A. L. Zinatizadeh (2007), A review of the performance of aerobic bioreactors for treatment of food processing wastewater, Proceedings of the International Conference on Environmental Management, Engineering, Planning and Economics Skiathos, pp 1131-1136. [8] Metcaft & Eddy (1991), Wastewater Engineering, treatment, disposal and reuse, 3rd edition, McGraw Hill [9] Seunghwan Lee, A. Jayamanne (2006), R. Bade, Hongshin Lee, Application of Upflow Anaerobic Floating Filtration for Coconut Wastewater Treatment and Biogas Recovery, 공동춘계학술발표회 논문집. [10] Teh Fu Yen (1998), Environmental Chemistry: Chemical Principles for Environmental Processes, Volume 4B, Prentice Hall Publisher. [11] T. Mungcharoen, K. Pitrchart, C. Chiemchaisri, P. Tammarate (1996), Wastewater Treatment System for the Nata De Coco Production Pilot Plant, Advanced Tech. In Environment Field [12] WEF, ASCE (2010), Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, 5th Edition, McGraw Hill Professional Các trang web [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] Ý kiến của GVHD …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Cán bộ hướng dẫn 1 GS. TS. Nguyễn Văn Phước Cán bộ hướng dẫn 2 NCS. Nguyễn Thị Thanh Phượng