Khóa luận Bước đầu thử nghiệm xử lý nước thải nhà máy bia Quy Nhơn ở quy mô phòng thí nghiệm bằng một số chế phẩm vi sinh trên thị trường hiện nay

sinh hoạt và sản xuất. Phospho cũng giống như nito, là cơ chất cần thiết cho vi sinh vật sống và phát triển. Nếu nồng độ phospho có trong nước thải xả ra sông suối, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng. Bảng 2.3. Giá trị của các thông số ô nhiễm nước thải trong công nghiệp QCVN / 24: 2009BTNMT STT Thông số Đơn vị A B 1 Nhiệt độ 0C 40 40 2 pH - 6 – 9 5,5 - 9 3 Mùi - Không khó chịu Không khó chịu 4 Độ màu - 30 50 5 BOD5(200C) mg/l 50 100 6 COD mg/l 50 100 7 SS mg/l 15 30 8 N tổng mg/l 4 6 9 P tổng mg/l 3000 5000 10 Coliform MPN/ 100ml 20 70 2.6 Các giải pháp giảm thiểu lượng và tải lượng nước thải nhà máy bia Trong sản xuất bia công nghệ ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự khác nhau có thể chỉ là sử dụng phương pháp lên men nổi hay chìm. Sự khac nhau cơ bản là lượng nước sử dụng cho mục đích rửa chai, máy móc thiết bị, sàn nhà, số lượng công nhân sử dụng nước cho sinh hoạt, . . . Điều này dẫn đến tải lượng nước thải và hàm lượng các chất ô nhiễm của các nhà nhà máy bia khác nhau. 2.6.1 Tái sử dụng nước thải Nước làm mát cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia → giải nhiệt, tuần hồn. Nước ngưng tụ trong nấu bia → thu hồi → cấp lại cho nồi hơi (do nước ngưng cịn ở nhiệt độ cao, đây là nước mềm, không chứa ion Ca2+, Mg2+ đóng cặn thành thiết bị). Nước rửa các thùng lên men, chai như CIP (2 loại nóng, lạnh) định kì một tuần rửa thùng một lần (ở nhiệt độ cao → tc dụng tẩy rửa cao), xử lý bằng phương pháp lọc, bổ sung thêm hóa chất → ti sử dụng. 2.6.2 Phân luồng nước thải sản xuất Dòng 1: đây là nguồn nước qui ước sạch với số lượng lớn khoảng 550 – 600 m3/ ngày đêm gồm nước dùng để làm lạnh trong các thiết bị, tháp giải nhiệt của hệ thống lạnh, nước ngưng ở các nồi nấu... Dòng 2: Nước thải sinh hoạt được quy định thành nước thải xám và nước thải đen, trong đó nước thải xám là nước thải phát sinh từ các hoạt động nấu ăn, tắm rửa, giặc giũ; nước thải đen là nước thải dùng trong việc xả bồn cầu tại các khu vệ sinh. Nước thải đen bắt buộc phải được xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống xử lý nước thải chung. Dòng 3: Nước thải sản xuất, là dòng thải lớn với số lượng 1000 – 1200 m3 / ngày đêm từ các phân xưởng nấu, đường hóa, lên men, lọc, chiết bia... Dòng thải này chủ yếu là nước rửa vệ sinh thiết bị, sàn nhà. Đây là dòng thải chính cần xử lý triệt để. Dòng này có hàm lượng chất hữu cơ cao, dễ bị phân hủy làm ô nhiễm môi trường. 2.7 Nước thải nhà máy bia Quy Nhơn Theo báo cáo năm 2009, Công ty bia Quy Nhơn sản xuất được 39,6 triệu lít bia, có giá trị sản xuất chiếm 5,1% giá trị sản xuất công nghiệp toàn tỉnh, tiêu thụ được 34,88 triệu lít. Song song đó, nhà máy cũng thải ra môi trường lượng nước thải: 5000m3/ ngày đêm. Tuy nhiên, với hệ thống xử lý yếm khí-hiếu khí có công suất thiết kế: 1200m3 / ngày đêm, so với bảng các thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp QCVN 24: 2009/ BTNMT thì nhà máy bia Quy Nhơn với chỉ tiêu nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn Việt Nam của Bộ Tài Nguyên Môi Trường quy định. Bảng 2.4. Chỉ tiêu chất lượng nước thải đầu ra của nhà máy bia Quy Nhơn Chỉ tiêu Đơn vị Quy định Thực hiện pH 5,5 – 9,0 6,0 – 9,0 SS mg/l 100 < 100 COD mg/l 80 < 80 BOD mg/l 50 < 50 N tổng mg/l 30 < 30 Coliform MPN/ 100ml 5000 < 5000 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 3.1 Hệ vi sinh vật nước thải nhà máy bia 3.1.1 Hệ vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm các vi khuẩn, virus, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, các loài động vật và thực vật bậc cao. Nước thải nhà máy bia là loại nước thải giàu chất hữu cơ như hydrocacbon, cellulose, protein, . . . , các vi khuẩn có dạng hình ống giữ vai trò rất quan trọng, trước hết phải kể đến một đại diện là vi khuẩn Sphaerotilus natans hay “nấm nước thải” . Nó phủ lên mặt đáy của vùng nước cực bẩn một lớp khối tế bào dày đặc, bằng mắt thường cũng có thể quan sát được. Loại vi khuẩn này thường phát triển mạnh ở vùng nước có đủ oxygen. Ngoài xuất hiện ở nước thải sinh hoạt, S. natans thường được thấy có trong nước thải của các nhà máy cellulose và thực phẩm. Do sự phát triển mạnh của Sphaerotilus, oxygen bị tiêu thụ nhiều. Khi một lượng lớn S. natans tích tụ ở những vùng nước lặng sẽ xuất hiện tình trạng báo động về oxygen. Nó sẽ làm cho oxygen trong nước biến mất hoàn toàn. Cuối cùng rồi cả khối S. natans cũng bị thối rữa, H2S sẽ xuất hiện cùng với một số chất khác. Bên cạnh vi khuẩn, trong nước thải giàu chất hữu cơ cũng có chứa nhiều nấm. Bảng 3.1 Một số giống vi khuẩn chính có trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi tham gia xử lý nước thải STT Vi khuẩn Chức năng 1 Pseudomonas Phân hủy hydratcacbon, protein, các chất hữu cơ, . . . và khử nitrat. 2 Arthrobacter Phân hủy hydratcacbon. 3 Bacillus Phân hủy hydratcacbon, protein. 4 Cytophaga Phân hủy các polyme. 5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysaccarit), chất keo tụ. 6 Acinetobacter Tích lũy polyphosphate, khử nitrat. 7 Nitrosomonas Nitrit hóa 8 Nitrobacter Nitrat hóa 9 Sphaerotilus Phân hủy các chất hữu cơ. 10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrat. 11 Flavobacterium Phân hủy protein. 12 Nitrococus denitrificans Khử nitrat (thành N2). 13 Thiobaccillus denitrificans Khử nitrat (thành N2) 14 Acinetobacter Khử nitrat (thành N2) 15 hyphomicrobium Khử nitrat (thành N2) 16 Desulfovibrio Khử sunfat, khử nitrat 3.1.2 Chuyển hóa vật chất của vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia Quá trình chuyển hóa của vi sinh vật trong nước thải nhà máy bia cũng theo quy luật chuyển hóa các chất của vi sinh vật trong nước thải. Khi nước thải mới ra khỏi nhà máy, hàm lượng vi sinh vật thường không nhiều. Sau một thời gian, những nhóm vi sinh vật thích nghi được với đặc trưng của nước thải sẽ phát triển mạnh, số lượng và số loài dần phong phú hơn. Quá trình trao đổi chất ở vi sinh vật trong nước thải gồm hai quá trình cơ bản là quá trình đồng hóa và quá trình dị hóa. Quá trình đồng hóa xảy ra bên trong tế bào vi sinh vật, là quá trình cần năng lượng để tổng hợp những sản phẩm cấu thành sinh khối tế bào. Năng lượng cho quá trình đồng hóa được lấy từ các phân tử cao năng như ATP, ADP ... , từ quá trình dị hóa hoặc từ các chất dự trữ khác trong tế bào. Quá trình dị hóa có thể xảy ra bên trong và bên ngoài tế bào vi sinh vật, là quá trình phân hủy các chất nhằm cung cấp năng lượng, nguyên vật liệu cho quá trình đồng hóa. Mặt khác, tế bào vi sinh vật thường không chứa nhiều hợp chất hóa học giàu năng lượng. Do đó, vi sinh vật cần phải nhận thêm các nguồn năng lượng từ bên ngoài như năng lượng của ánh sáng mặt trời ở nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang năng, năng lượng sinh ra từ quá trình oxy hóa các chất ở nhóm vi sinh vật tự dưỡng hóa năng. Đối với các nhóm vi sinh vật dị dưỡng carbon, chúng sử dụng năng lượng từ quá trình chuyển hóa các hợp chất carbon hữu cơ trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí. Trong quá trình chuyển hóa vật chất, vi sinh vật luôn luôn ưu tiên sử dụng các vật chất dễ chuyển hóa trước, sau đó mới sử dụng đến các vật chất khó chuyển hóa hơn. Do đó, đường cong sinh trưởng của vi sinh vật trong nước thải là đường cong sinh trưởng kép. Hình 3.1 Đường cong sinh trưởng kép của vi sinh vật trong nước thải (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2003), Công nghệ xử lý nước thải) Ghi chú : 1 : giai đoạn thích nghi ban đầu 1 : giai đoạn thích nghi với saccharose 1 : giai đoạn thích nghi với tinh bột 2 : giai đoạn tăng trưởng ban đầu 2 : giai đoạn tăng trưởng khi sử dụng saccharose 2: giai đoạn tăng trưởng khi sử dụng tinh bột 3 : giai đoạn cân bằng 4 : giai đoạn suy vong. A : đường cong sinh trưởng kép B : đường cong sin trưởng đơn. Hỉnh 3.2 Quá trình chuyển hóa vật chất của vi sinh vật (Nguồn: Nguyễn Đức Lượng (2003), Công nghệ xử lý nước thải) 3.2 Một số phương pháp xử lý nước thải nhà máy bia 3.2.1 Hệ thống hiếu khí Quá trình xử lý sinh học xảy ra trong hệ thống hiếu khí trong nước thải gồm 3 giai đọan: Oxy hóa các chất hữu cơ CxHyOz + O2 à CO2 + H2O Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 à CO2 + H2O + C5H7NO2 Phân hủy nội bào C5H7NO2 + 5O2 à CO2 + H2O + NH3 3.2.1.1 Bùn hoạt tính Quá trình bùn hoạt tính hay bể hiếu khí (aerotank) là quá trình xử lý sinh học hiếu khí, trong đó nồng độ cao của các vi sinh vật mới được tạo thành được trộn đều với nước thải. Quy trình xử lý nước thải bằng bùn họat tính được thực hiện với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. Bàn họat tính bao gồm những vi sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền tring bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rêu, tảo và các phần sót rắn khác nhau. Bùn hiếu khí ở dạng bông bùn vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vô định hình cùng bùn kỵ khí ở dạng bông và dạng hạt màu đen. Những vi sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật hạ đẳng. Vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn họat tính là vi khuẩn. Hệ vi sinh vật đặc trưng trong bùn họat tính như Bacillus, Pseudomonas, Achrobacter, hỗn hợp các vi khuẩn khác như E. coli, Micrococus . Phần lớn các vi sinh vật trên đều có khả năng xâm chiếm và bám dính trên bề mặt vật rắn khi có cơ chất, muối khoáng và oxi tạo nên màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi theo thành phần nước thải. Trên lớp màng sinh học có chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc….Tuy nhiên khác với hệ quần thể trong bùn hoạt tính thành phần loài và số lượng các loài sinh học tương đối đồng nhất Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn: Giai đọan 1: bùn hoạt tính thành phần và phát triển. Lúc này cơ chất và chất dinh dưỡng đang rất phong phú, sinh khối bùn còn ít. Theo thời gian, quá trình thích nghi của vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh. Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đọan này rất cao. Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn này có khi gấp 3 lần ở giai đoạn 2. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ tăng dần. Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định, họat lực enzyme đạt tối đa và kéo dài trong thời gian tiếp theo. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt tối đa, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi trong một thời gian khá dài. Giai đọan 3: Tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm dấn và quá trình nitrat hóa ammoniac xảy ra. Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc. Bùn dư Bùn hoạt tính Không khí Nước thải Nước sạch Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí 3.2.1.2 Lọc sinh học Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước thải cũng như không khí. Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật. Các vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinh vật tùy tiện. Ơ ngoài cùng của màng là lớp vi khuẩn hiếu khí mà dễ thấy là trực khuẩn Bacillus ở giữa là các vi khuẩn tùy tiện như Pseudomonas, Micrococus và Desulfovibrio. Phần cuối cùng của màng là các động vật nguyên sinh và một số vi sinh vật khác. Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxi hóa các hợp chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy, các chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, còn khối lượng của màng vi sinh học tăng lên. Màng vi sinh chết được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học. Vật liệu đệm là vật liệu có độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ và diện tích bề mặt lớn như sỏi, đá, ống nhựa, xơ dừa…. Màng sinh học đóng vai trò tương tự như bùn hoạt tính, hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. tuy nhiên, vận tốc oxy hóa trong thiết bị lọc sinh học thấp hơn Aerotank. Phần lớn các vi sinh vật có khả năng xâm chiếm bề mặt vật rắn nhờ polimer ngoại bào, tạo thành một lớp màng nhầy này. Quá trình diễn ra rất phức tạp. Ban đầu, oxy và thức ăn được vận chuyển tới bề mặt lớp màng. Lúc này, bề mặt lớp màng còn tương đối nhỏ, oxy có khả năng xuyên thấu vào trong tế bào. Theo thời gian bề dày lớp màng tăng lên, dẫn tới việc bean trong màng hình thành một lớp kỵ khí nhằm dưới lớp hiếu khí. Khi chất hữu cơ không còn, các tế bào bị phân hủy, tróc thành từng mảng, cuốn theo dòng nước. Hình 3.4 Cơ chế màng lọc sinh học Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là: bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, vận tốc oxy hóa, cường độ thóang khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh vật……. 3.2.2 Hệ thống kỵ khí Quá trình sinh học xảy ra trong hệ thống xử lý kỵ khí gồm có các giai đọan sau: Giai đọan 1: Thủy phân Các chất hữu cơ cao phân tử như protein, carbohydrat, protein, cellulose, lignin ..., đđược cắt mạch thành các phân tử đđơn giản hơn, dễ phân hủy hơn Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acid, carbohydrat mạch đđơn Quá trình này xảy ra chậm, tốc đđộ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Giai đọan 2: Acid hóa Vi khuẩn lên men chuyển các chất hòa tan thành chất đđơn giản như acid béo dễ bay hơi ( chủ yếu là acid acetic, propionic và acid lactic), alcohols, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới Sự hình thành các acid có thể làm giảm pH xuống 4.0 Giai đọan 3: Acetic hóa (Acetogenesis) Acid acetic hóa chuyển hóa các sản phẩm của giai đđọan acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới Giai đọan 4: Methane hóa (methanogensis) Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số lọai cơ chất nhất đđịnh như CO2, H2, formate, acetate, methanol và methylamines H2 + CO2 à CH4 + H2O 4HCOOH à CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH à CH4 + CO2 4CH3OH à 3CH4 + CO2+ 2H2O 4(CH3)3N+H2O à 9CH4+ 3CO 2 + 6H2O + 4NH3 Ở giai đđọan này acetate, H2, CO2 , formate, acetate, methanol và methylamines chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới. 3.2.2.1 Sinh học kỵ khí hai giai đọan Hệ thống sinh học kỵ khí hai giai đoạn gồm có: Ở giai đoạn đầu, các họat động sinh hóa chính là sự lỏng hóa các chất rắn hữu cơ, phân hủy các hợp chất hữu cơ đã hòa tan và quá trình axit hóa các hợp chất hữu cơ. Ơ giai đọan hai xảy ra chủ yếu là sự khí hóa (tạo metan), tuy nhiên vẫn có sự phân chia ở bề mặt và phân hủy bùn. Giai đọan đầu thường là quá trình phân hủy tải trong cao với sự khuấy trộn liên tục hỗn hợp, trong khi đó ở giai đoạn hai thường có tải trong thấp với sự phân riêng bùn và nước. Các chất hữu cơ cung cấp ban đầu ở dòng vào trong giai đọan một thường lớn hơn so với giai đọan hai. Hầu hết các bể phân hủy được giữ ở nhiệt độ 29,40C – 37,80C để đẩy mạnh thời gian phân hủy. Thông thường sự axit hóa sẽ không xảy ra nếu bùn khô được thêm vào hoặc lượng bùn dư hằng ngày không vượt quá 3 – 5% lượng bùn khô có trong hệ thống. Sự axit thể hiện ở sự giảm pH, hạn chế sự phát triển của vi khuẩn methane, giảm khả năng tạo khí,…vì vậy có thể phát ra mùi khó chịu, tạo bọt và bùn nổi. 3.2.2.2 Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB( Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor) Bể UASB được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải của các nhà máy công nghiệp thực phẩm chứa nồng độ chất hữu cơ cao. Bể chia làm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn lên men. Trong bể diễn ra hai quá trình: lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng cặn giữ lại. Khí metan tạo ra ở giữa lớp bùn. hổn hợp khí – lỏng và bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng. Với quy trình này, bùn tiếp xúc tốt với chất hữu cơ có trong nước thải và quá trình phân hủy xảy ra tích cực. Nhờ các vi sinh vật có trong bùn họat tính mà các chất hữu cơ có trong nước thải, đi từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy. Trong bể, các vi sinh vật liên kết nhau và hình thành các hạt bùn lớn đủ nặng để không bị cuống trôi ra khỏi bể. Các loại khí tạo ra trong bể kỵ khí (chủ yếu là CH4 và CO2 ) sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho việc hình thành các hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định. 3.2.2.3 Lọc kỵ khí bám dính cố định Hệ thống lọc kỵ khí bám dính cố định có sử dụng các vi sinh vật bám dính trên các vật liệu lọc đặt trong bể có dòng nước thải chảy từ dưới lên hoặc từ trên xuống và màng vi sinh vật bám dính này không bị rửa trôi trong quá trình xử lý. Dòng nước thải vào và dòng tuần hòan ra được phân bố từ bean này sang bean kia của bể phản ứng sinh học, chảy cắt ngang hoặc chảy ngược qua màng sinh học. Quá trình xử lý xảy ra là kết quả của bùn lơ lung và hòa trộn sinh khối được giữ lại bởi màng lọc. Dòng chảy ra bởi phần trên của màng, là tập hợp các tác nhân bị đào thải. khí nằm ở phía dưới bể phản ứng được thu lại và được chuyển sang nơi khác để sử dụng sau. 3.2.2.4 Bể phản ứng kỵ khí đệm giãn nỡ – FBR, EBR (fluidized and aepanded bed reactor) Các vi sinh vật bám dính trên các chất mang sẽ được phân bố đều khắp thiết bị nhờ tốc độ dòng chảy ngược thích hợp, làm giãn nỡ lớp các. Trong hệ thống bể phản ứng kỵ khí có đệm giãn, tốc độ dòng chảy ngược đủ lớn để ngăn sự gắn kết sinh khối của các hạt chất mang này, kết quả là làm gia tăng thể tích đệm so với thể tích thực của nó. Trong các đệm giãn nỡ, vận tốc dòng chảy ngược có thể làm giản đệm từ 15 – 30%. Với thể tích giãn nỡ này, sự kết dính các sinh khối chỉ được ngăn chặn một phần nào đó bởi dòng chảy và một phần khác là do sự tiếp xúc với các sinh khối kết dính liền kề nhau. Dưới những điều kiện này, sinh khối kết dính sẽ bị ngăn chặn hoàn toàn bởi dòng chảy ngược và di chuyển tự do trong môi trường đệm. Khí sinh ra ở đây là kết quả của sự tiếp xúc này. 3.3 Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Quy Nhơn Chiết bia, dập nắp Thanh trùng, dán nhãn Bia thành phẩm Nước thải Bia rơi vãi Chai, lon, bom nhãn Lọc dịch đường Hơi nước Phụ gia Nấu, đường hóa Bã malt Chuẩn bị nguyên liệu Nước mềm Nước để rửa Sàn, thiết bị Bụi Chất trợ lọc Lọc bia Bão hòa CO2 Men giống Cặn Nấu hoa Lắng cặn Làm lạnh Lên men chính, phụ Hoa houblon Hơi nước Glycol hay nước đá Emic Bã hoa Hình 3.5 Sơ đồ dòng thải nhà máy bia Quy Nhơn Với đặc tính của nước thải nhà máy bia như đã nêu trên, các chất ô nhiễm có nồng độ rất cao, việc lựa chọn công nghệ xử lý yếm khí kết hợp với sinh học hiếu khí dạng mẻ là hiệu quả và an toàn nhất. Thieát bò loïc Beå trung gian Beå sinh hoïc (SBR) Beå khöû truøng Ño löu löôïng Bôm Bôm Beå chöùa buøn Beå neùn buøn Bôm Suïc khí Bôm Maùy eùp buøn Nöôùc ñaõ xöû lyù ra coáng thoaùt Beå thuûy sinh Hc khöû truøng Suïc khí Suïc khí Ñoùng bao buøn khoâ Song chaén raùc (thoâ) Hoá gom Löôùi loïc raùc (tinh) Beå caân baèng Beå yeám khí Beå laéng Nöôùc thaûi saûn xuaát töø hoá nhaø ga, tank leân men Nöôùc suùt röûa chai Bôm H/c choáng taïo boä Ñieàu chænh pH Gom vaøo thuøng raùc Gom vaøo thuøng raùc Decanter Bơm Hình 3.6 Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy bia Quy Nhơn 3.3.1 Thuyết minh quy trình 3.3.1.1 Tách rác thô , gom nước thải Thường làm bằng kim loại, nước thải sản xuất từ các phân xưởng sản xuất và nước rửa chai, các tạp vật thô có kích thướt lớn hơn 4mm như giẻ, rác, bao nilon và các vật thải khác sẽ được giữ lại tại lưới chắn rác đặt nghiêng 600 ở ngăn tách rác trước khi vào bể gom. Phần rác sẽ được giữ công nhân vận hành gom vào thùng chứa và mang đi đổ nơi qui định của nhà máy. Định kỳ trong dây chuyền sản xuất sẽ xả lượng sút rửa chai lớn. Lượng sút này sẽ được thải từ từ cùng với nước thải không làm pH đột ngột tăng, gây hại đến hệ thống. 3.3.1.2 Tách rác tinh và điều hòa cân bằng Nước thải từ hố gom trước khi bơm vào bể cân bằng, được đi qua một thiết bị tách rác tinh dạng trống quay (RDS) có kích thướt khe chắn rác1 mm. Trong nhà máy bia là các mẫu trấu, huyền phù… bị trôi ra trong quá trình rửa thùng lên men, thùng nấu, nước lọc bã hèm và toàn bộ rác có kích thướt lớn hơn 1mm sẽ được giữ lại trên bề mặt trống và được dao gạt đưa ra ngoài và thu vào giỏ đựng rác, phần nước đi vào bể cân bằng. Nước thải sau khi qua thiết bị tách rác tinh tiếp tục chảy vào bể cân bằng. Để quá trình xử lý sinh học yếm khí ở bể yếm khí xử lý đạt hiệu quả tốt, nước thải đi vào bể yếm khí (có dạng của bể UASB) phải có thành phần các chất ổn định, nước thải từ các phân xưởng trong nhà máy, trong quá trình sản xuất thành phần không đồng đều, vì vậy cần phải điều hòa nồng độ. Để vi sinh vật sinh trưởng và phát triển tốt, quá trình xử lý sinh học yếm khí đòi hỏi giá trị pH phải trong khoảng 7 – 7,6, phải duy trì độ kiềm, không cho pH giảm xuống dưới 6,2 và nồng đọ các chất dinh dưỡng đảm bảo tỷ lệ BOD : N : P = 350 : 5 : 1. Vì vậy tại bể cân bằng, nước được điều chỉnh pH đưa về giá trị thích hợp với sự phát triển của vi sinh vật nhờ bộ pH-controller. Tùy giá trị ph trong nước thải mà bơm định lượng sút hoặc acid sẽ hoạt động để đưa pH về giá trị cài đặt sẵn. Để tạo khả năng đồng đều các chất trong nước thải trong bể điều hòa còn được lắp đặt thiết bị lắp đặt dạng chìm. Để thoát lượng khí sinh ra trong quá trình lên men yếm khí tại bể cân bằng, trên sàn bể này được được ống dẫn khí lên cao. Nước thải sau khi lưu lại bể này hàm lượng các chất BOD, COD sẽ giảm được 10 – 15% . Nước thải của nhà máy bia có nhiệt độ trung bình khoảng 40 – 450C, sau khi vào hố gom và bơm lên thiết bị tách rác tinh sẽ giảm xuống dưới 400C. Mặc khác, nước thải còn lưu lại tại bể điều hòa khoảng 10h nên nhiệt độ sẽ giảm xuống dưới 350C. Với nhiệt độ này cũng rất thuận lợi cho vi sinh vật yếm khí phát triển. 3.3.1.3 Xử lý sinh học yếm khí (loại dạng bể tương tự bể UASB) Để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý yếm khí, phải duy trì được trình trạng cân bằng động của quá trình theo các bước đã nêu trên. Vậy trong bể xử lý phải không có oxy, hàm lượng kim loại nặng không cao, giá trị pH giảm xuống dưới 6,6 – 7,6. Bể có hệ phân phối nước ở đáy thật đồng đều, để việc nước thải và hỗn hợp bùn được trộn đều, tăng khả năng phân hủy của vi sinh vật. Bể có tải trọng xử lý khoảng 2,5 – 3kg COD/ m3ngày, gồm 6 ngăn yếm khí, thể tích mỗi ngăn 210m3. Đáy bể được lắp hệ thống phân phối nước bằng các dãy ống thép không rỉ và khoét đều các lỗ nhỏ d = 5mm. Trên đỉnh bể còn lắp thêm vách ngăn vào máng thu nước, để ngăn bớt một phần bùn tràn qua bể lắng tiếp theo. Nước thải đi từ dưới lên với vận tốc 0,2 – 0,4m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước, phân hủy và chuyển hóa thành khí (khoảng 70 - 80% là CH4, 20 – 30% là CO2). Bột khí sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn, gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng, khi hạt cặn nổi lên trên thiết bị khuấy trộn, hạt cặn vỡ ra khí thoát lên trên và theo ống dẫn gas ra ngoài về bộ đốt khí thải, một phần cặn lại rơi xuống dưới, một phần theo nước qua máng tràn vào bể lắng. Hổn hợp bùn tách ra từ bể lắng sẽ được tuần hoàn lại bể yếm khí để tham gia qua trình xử lý tiếp theo. 3.3.1.4 Quá trình lắng sau xử lý yếm khí – bể trung gian Nước thải sau khi xử lý yếm khí, một phần bùn trong bể yếm khí sẽ theo máng tràn chảy qua bể lắng. Bể lắng thiết kế dạng lắng ngang, hổn hợp nước thải và bùn sẽ đi dọc theo bể, phần bùn sẽ được lắng xuống đáy, phần nước sẽ theo máng đi qua bể chứa trung gian để tham gia quá trình xử lý tiếp theo. Hổn hợp cặn bùn ở đáy bể, sẽ được bơm tuần hoàn về bể yếm khí để tham gia quá trình xử lý tiếp theo. Phần bùn dư sẽ được về bể chứa bùn để tiếp tục xử lý. Để ổn định dòng nước chảy và tách hết các khí sinh ra từ quá trình yếm khí cho quá trình sinh học yếm khí tiếp theo, nước sau khi qua bể sẽ được chảy vào bể trung gian, nước thải sẽ tiếp tục tự chảy vào bể sinh học hiếu khí. Tại bể trung gian sẽ được lắp hệ đĩa sục khí. 3.3.1.5 Bể xử lý sinh học hiếu khí theo mẻ (SBR) Từ bể trung gian, do chênh lệch độ cao, tự chảy vào bể SBR, nước thải được chảy từng mẻ vào bể Aeroten, thời gian cho nước vào mỗi mẻ 6h. Giai đoạn xử lý sinh học hiếu khí chính được xảy ra tại đây. Quá trình oxy hóa chất bẩn tại bể này là nhờ vào bùn hoạt tính hiếu khí, bùn hoạt tính hiếu khí là tập hợp vi sinh vật có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải , biến các hợp chất có khả năng thối rửa thành các chất ổn định và cuối cùng CO2, nước và các chất vô cơ khác. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lững và để cung cấp đủ lượng oxy dùng cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ, dưới mỗi bể được lắp hệ thống phân phối khí dạng đĩa, phân tán dạng bột khí mịn vào nước thải, tăng quá trình hòa tan oxy vào nước thải. Để vi sinh vật phân hủy hết các hợp chất hữu cơ có trong nước thải thì thể tích bể sinh học phải lớn và thời gian lưu trong bể đủ cho bùn hoạt tính phân hủy hết các chất. Hiệu quả xử lý tại bể sinh học phụ thuộc vào các yếu tố chính sau: Thành phần các chất trong nước thải, pH nước thải, hàm lượng oxy, lượng bùn và trạng thái hoạt tính của chúng trong nước thải. Trong quá trình hoạt động và phát triển của vi sinh vật hiếu khí, nhu cầu không thể thiếu được đó là oxy. Để vi sinh vật hoạt động tốt, lượng oxy hòa tan trong nước ở bể sinh học ít nhất phải đạt 2 – 3 mg/l. Tùy theo nhiệt độ của môi trường mà độ hòa tan của oxy trong nước khác nhau. Nước thải lưu lại trong bể sinh học hiếu khí khoảng 16h hầu hết các chất hữu cơ sẽ được phân hủy, hàm lượng BOD sẽ giảm xuống còn nhỏ hơn 20mg/l và hàm lượng các tiêu chuẩn khác đạt tiêu chuẩn yêu cầu của nước thải sau xử lý. Nhưng trong nước thải còn chứa một lượng lớn bùn hoạt tính cần phải tách ra khỏi nước thải trước khi thải ra môi trường. Do vậy, nước thải sau chu kỳ sục khí sẽ được để yên để tách bùn. Phần nước trong sẽ được gạn ra khỏi nhờ thiết bị gạn nước bề mặt đi vào bể khử trùng , thời gian lấy nước ra 4h. Phần bùn lắng sẽ tham gia vào chu trình xử lý mới. Lượng bùn dư sẽ được bơm qua bể nén bùn và tiếp tục xử lý. 3.3.1.6 Khử trùng Phần nước trong từ bể hiếu khí sẽ được gạn ra tự chảy sang bể khử trùng. Để đảm bảo thời gian tiếp xúc giữa nước thải với clo hoạt tính, thể tích của bể khử trùng phải đủ lớn để nước thải lưu lại trong bể khử trùng tối thiếu là 30 – 45 phút. Nước thải sau quá trình xử lý sinh học và được lắng gạn làm trong đã đạt một số tiêu chuẩn của nước thải, nhưng trong nước thải vẫn còn chứa một lượng lớn các vi sinh vật , có thể các mầm bệnh. Như vậy để đảm bảo an toàn nước thải cần được khử trùng trước khi đưa vào môi trường. 3.3.1.7 Lọc liên tục Với yêu cầu tiêu chuẩn nước thải sau xử lý phải đạt cột A – TCVN 5945 – 2005, nước thải sau khi qua bể khử trùng vẫn không đạt một số chỉ tiêu như: Độ trong, màu sắc, hàm lượng cặn lơ lửng. Do đó cần phải lọc. Nước thải từ bể khử trùng sẽ được bơm ly tâm trục ngang bơm vào thiết bị lọc áp lực liên tục. Tại thiết bị lọc, nước thải sẽ đi qua lớp vật liệu lọc cát toàn bộ các chất lơ lửng sẽ được giữ lại trên lớp vật lieuj lọc cát và phần nước trong sẽ được đua ra ngoài hoặc có thể sử dụng để tưới cây. Phần cặn được giữ lại trên lớp cát và sẽ được rửa ngược để tách lớp cặn bẩn này và đưa về lại bể sinh học để tiếp tục xử lý. 3.3.1.8 Bể thủy sinh Phần nước trong sau khi lọc, phần lớn thải ra ngoài theo cống thoát mưa trích một phần đi vào bể thủy sinh, để nuôi cá, kiểm tra chất lượng nước sau xử lý. 3.3.1.9 Bể nén bùn hiếu khí, và bể chứa bùn hiếu khí Lượng bùn dư từ bể sinh học hiếu khí được bơm vào bể nén bùn hiếu khí bằng bơm chìm. Bể nén bùn hiếu khí chứa được một lượng bùn dư hàng ngày để tiếp tục xử lý. Để tránh quá trình lên men yếm khí xảy ra tạo thành các chất gây mùi khó chịu, dưới đáy bể nén bùn hiếu khí có lắp đặt hệ thống đĩa sục khí từ thiết bị thổi khí. Bùn sau khi được bơm đầy bể nén sẽ được để yên. Bùn sẽ tách làm 2 phần: phần bùn đặc lắng xuống đáy và được đưa sang thiết bi tách bùn còn phần nước trong ở trên sẽ được bơm về bể sinh học hiếu khí. 3.3.1.10 Thiết bị ép bùn Việc xử lý cặn, bùn trong quá trình xử lý sinh học là hết sức ần thiết. Nếu xử lý không tốt sẽ có hiện tượng lên men yếm khí gây hôi thối và ô nhiễm moi trường xung quanh. Để tránh tình trạng này, lượng bùn dư sẽ được làm khô và đem đỗ nơi qui định. Quá trình làm khô bùn thực hiện nhờ thiết bị ép bùn. Bùn từ các bể sẽ được bơm vào ngăn hòa trộn của thiết bị tách bùn. Tại ngăn này bùn sẽ được cấp lượng hóa chất polyme bằng hệ thống bơm định lượng. Ơ đây bùn được hòa trộn cùng với hóa chất keo tụ được định lượng nhờ bơm định lượng. Sau đó bùn được bơm lên lưới lọc. Quá trình làm khô bùn được xảy ra tại đây. Phần bùn khô dược giữ lại trên lưới và được dao gạt ra ngoài, còn phần nước trong chảy xuống máng và được đưa về bể gom. 3.4. Một số chế phẩm xử lý nước thải nhà máy bia 3.4.1 Chế phẩm EMIC Hình 3.7 Chế phẩm EMIC 3.4.1.1 Thành phần: EMIC là hỗn hợp các vi sinh vật hữu ích có khả năng phân giải mạnh xellulose, tinh bột, protein,… có khả năng sinh hoạt các chất và có lợi cho cây trồng và môi trường. Xử lý cho bể sinh học hiếu khí Vi sinh vật tổng số > 109 CFU/g Chất mang 3.4.1.2 Công dùng Phân giải nhanh chất hữu cơ trong nước thải. Thúc đẩy nhanh quá trình làm sạch nước thải. Làm giảm tối đa mùi hôi thối của chất thải hữu cơ. Phân giải nhanh các rác thải phế thải nông nghiệp, mùn bã hữu cơ, phân bắc và phân chuồng làm phân bón hữu cơ vi sinh. 3.4.1.3 Cách dùng Xử lý nước thải: Cấy mới 40mg /1m3 bể. Sử dụng bổ sung hàng ngày 2 – 4g /1 m3 /ngày đêm nước thải hữu cơ. Xử lý chất thải làm phân bón: Hòa 1 – 2 gói vào nước tưới đều cho một tấn nguyên liệu, bạt dổ ẩm 45 đến 10 ngày đảo trộn một lần. U khoảng 2 đến > 20 ngày. EMIC là chế phẩm trung tính, an toàn không độc hại đối với người, gia súc và môi trường. 3.4.1.4 Bảo quản Để nơi khô ráo thoáng mát trong vòng 12 tháng. 3.4.2 GEM – P1 Hình 3.8 Chế phẩm Gem – P1 3.4.2.1 Thành phần - Lactobacillus sp ≥ 107 CFU/g - Rhodopseudomonas sp ≥ 107 CFU/g - Aspergillus Oryzae ≥ 103 CFU/g - Saccharomyces Cerevisiae ≥ 103 CFU/g - Hữu cơ ≥ 8% theo khối lượng 3.4.2.2 Công dụng Bổ sung chủng loại vi sinh vật hữu ích vào rác thải, nước thải. Tiết kiệm được chi phí vận hành vào hệ thống xử lý nước thải vì rút ngắn thời gian khởi động ban đầu; giảm thời gian sục khí. Kích hoạt hệ vi sinh tự nhiên nên làm tăng mật độ vi sinh vật có ích trong hệ thống xử lý. Tăng khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ, đặc biệt hiệu quả để phân hủy các chất hữu cơ mạch vòng khó phân hủy sinh học trong điều kiện bình thường. Làm giảm từ 25% đến 80% các thông số ô nhiễm như COD, BOD, SS, H2S, NH3 … trong nước thải. Sử dụng cho bể hiếu khí và kỵ khí. Kích thích quá trình phát sinh khí biogas nhanh hơn, làm giảm hàm lượng chất thải rắn đến 50%. 3.4.2.3 Cách dùng Bổ sung GEM – P1 vào bể kỵ khí, hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải theo tỉ lệ 1 kg GEM – P1 /5 ~ 10m3 nước thải Bổ sung GEM – P1 vào trong hầm biogas, hầm cầu … theo tỉ lệ 1kg GEM – P1 cho 1m3 nước thải. Định kỳ 2 đến 3 tháng bổ sung chế phẩm một lần. 3.4.2.4 Bảo quản - Để nơi thoáng mát, tránh ánh sáng trực tiếp. - Không để trong phòng lạnh, tủ lạnh. - Không dùng chung với các hóa chất diệt khuẩn khác. 3.4.3 GEM – K 3.4.3.1 Thành phần chính - Lactobacillus sp - Rhodopseudomonas sp - Saccharomyces Cerevisiae Hình 3.9 Chế phẩm Gem - K 3.4.3.2 Công dụng Xử lý mùi hôi Giảm mùi hôi thối tại các bĩa rác, nước rỉ rác, cống rãnh, chuồng trại chăn nuôi, mùi hôi từ nước thải cao su, khoai mì. Kích thích quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Tăng khả năng làm sạch nguồn nước bẩn. Giảm lượng ruồi nhặng, côn trùng gây hại.. Xử lý nước thải Chuyên sử dụng cho các loại nước thải ô nhiễm hữu cơ cao. Bổ sung chủng loại vi sinh vật hữu ích vào nước thải, làm tăng khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ. Thời gian thích nghi nhanh không tạo bùn thải. Dễ xử dụng, phù hợp cho cả hiếu khí lẫn kỵ khí. 3.4.3.3 Cách dùng Tùy theo mức độ ô nhiễm mà pha loãng 1 lít GEM – K với từ 50 lít đến 300 lít nước sạch rồi phun lên diện tích bề mặt nơi phát sinh ô nhiễm. Cho hiệu quả ngay trong vòng 20 phút. Phun ướt dung dịch vừa pha loãng lên toàn bộ diện tích ô nhiễm 2 lần/ ngày (vào sáng sớm và chiều tối) sẽ có hiệu quả nhất. Làm giảm lượng ruồi nhăng và những côn trùng gây bệnh. Sản phẩm đã được viện Pasteur kiểm nghiệm không độc hại tới môi trường và con người. 3.4.4. GEM – P Hình 3.10 Chế phẩm Gem 3.4.4.1 Thành phần - Lactobacillus sp ≥ 107 CFU/g - Rhodopseudomonas sp ≥ 107 CFU/g - Aspergillus Oryzae ≥ 103 CFU/g - Saccharomyces Cerevisiae ≥ 103 CFU/g - SO2 = 30 – 45% - AlO3 = 15 – 20% - MgO = 25 – 30% 3.4.4.2 Công dụng - Rút ngắn thời gian gây tảo; kích thích sinh tảo có ích. - Tăng độ oxy hòa tan, giảm lượng khí độc H2S, NH3 . . . - Tăng khả năng phân hủy hữu cơ, giảm COD, BOD. - Giảm lượng bùn tích tụ; khử mùi hôi lớp bùn đáy hồ. - On định màu nước, ổn định pH. - Đặc biệt phục hồi hệ vi sinh vật đáy, tái tạo dinh dưỡng đáy những ao nuôi qua nhiều vụ, góp phần giảm bớt bệnh tật phát sinh. 3.4.4.3 Cách dùng - Chuẩn bị ao nuôi: rải đều lên mặt đáy ao 1kg - 2kg /2000m2, sau đó cho nước vào khoảng 2 tấc, giữ từ 5 – 7 ngày để làm sạch đáy và gây tảo. - Cải thiện môi trường sống: 1kg - 2kg /5000m2 ; 1 – 2 lần /tháng. - Tốt nhất rải xuống ao lúc sáng sớm hoặc chiều tối; định kỳ 7 ngày /lần. - Không cần sục khí khi rải xuống ao. PHẦN THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 4. VẬT LIỆU – PHƯƠNG PHÁP 4.1 Mục đích Khảo sát khả năng xử lý nước thải nhà máy bia của 2 chế phẩm sinh học EMIC và GEM – P1. 4.2 Vật liệu và phương pháp 4.2.1 Mẫu Mẫu nước thải được lấy từ Công ty CP Bia Sài Gòn – Miền Trung, khu công nghiệp Phú Tài, tỉnh Bình Định. Lúc 15h ngày 27/5/2010. Mẫu chế phẩm sinh học Emic và Gem – P1 được mua về với dạng bột mịn, đươc bao bì và bảo quản tốt. 4.2.1.1 Dụng cụ Chai DO Ong đong Buret Pipet Erlen Ong nghiệm có nút vặn Tủ sấy 1500C Bếp đun Bình định mức Bình và bầu Kjeldahl Hệ thống chưng cất Kjeldahl 4.2.1.2 Hóa chất Dung dịch MnSO4. Dung dịch Iodide-azide kiềm. Dung dịch H2SO4 đậm đặc. Dung dịch chuẩn K2Cr2O7. Dung dịch Na2S2O3 Dung dịch H2SO4 reagent. Chỉ thi màu feroin. Dung dịch ferrous ammonium sulfate (FAS) 0,1M. 4.2.2 Phương pháp 4.2.2.1 Xác định DO a. Ý nghĩa môi trường DO là lượng oxy hòa tan trong nước. Sự có mặt của oxy trong nước rất quan trọng vì nó đảm bảo sự sống của các vi sinh vật trong nước. Đồng thời, oxy để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong nước hoặc khử hóacác tác nhân. DO cũng là cơ sở kiểm tra BOD nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải. b. Nguyên tắc Chỉ số DO bình thường đảm bảo sự sống cho các vi sinh vật trong nước thải. Nếu giá trị DO thấp hơn thì nước bị ô nhiễm. Nhiệt độ càng tăng thì lượng DO càng giảm và nó bằng 0 khi ở 1000C. Xác định DO bằng phương pháp Iot của Winker. Kiểm tra có oxy hòa tan hay không dựa vào phản ứng: Mn 2+ + 2OH- = Mn(OH)2 (màu trắng, chứng tỏ không có DO) Mn 2+ + 2OH- + ½ O2 = MnO2 (màu nâu đen, chứng tỏ có DO) Gạn lấy kết tủa MnO2, hòa tan trong acid H2SO4: MnO2 + 4H+ + 2I- = Mn 2+ + 2H2O + I2. Chuẩn độ Iot bằng Na2S2O3: I2 + Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaI (không màu) c. Cách tiến hành Lấy mẫu vào chai DO 300ml, đậy nút đổ bỏ phần trên ra. Không được để bọt khí bám quanh thành chai. Mở nút, lần lượt thêm 2ml dung dịch MnSO4, 2ml Idour-Azur kiềm . Đậy nút, đảo chai ít nhất 20giây cho kết tủa lắng yên khoảng 2/3 chai. Đợi kết tủa lắng yên, mở nút cẩn thận cho 2ml dung dịch H2SO4 đậm đặc. Đóng nút đảo mạnh chai. Khi kết tủa đó tan hoàn toàn, dựng ống đong 100ml rót bỏ 97ml dung dịch. Định phân lượng còn lại bằng dung dịch Na2S2O3 đến khi có màu vàng nhạt rồi thêm 5 giọt chỉ thị hồ tinh bột. Tiếp tục định phân cho đến khi dung dịch mất màu xanh. 1ml Na2S2O3 0,025N = 1ml O2/l 4.2.2.2 Xác định COD a. Ý nghĩa môi trường COD là nhu cầu oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện oxy mạnh và nhiệt độ cao thành CO2 và H2O. COD là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước thải. Chất hữu cơ trong nước thải bị oxy hóa càng nhiều thì lượng oxy cần thiết để oxy hóa càng lớn. b. Nguyên tắc Lượng oxy tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa, và được xác định bằng cách sử dụng một tác nhân oxy hóa mạnh trong môi trường acid: Chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ Ò CO2 + H2O + 2Cr 3+ Lượng Cr2O72- được chuẩn độ bằng Fe(NH4)2(SO4)2 (dung dịch FAS 0,1M), dùng dung dịch feroin làm chất chỉ thị cho điểm kết thúc của quá trình chuẩn độ (chuyển màu từ màu xanh lam sang đỏ nhạt). c. Cách tiến hành Cho 2,5ml mẫu nước thải vào ống nghiệm, thêm 1,5ml dung dịch K2Cr2O7 0,0167M vào, cẩn thận cho thêm 3,5ml H2SO4 reagent vào bằng cách cho acid chảy dọc từ từ theo thành bên trong ống nghiệm. Đậy nắp vặn ngay, đặt ống nghiệm vào rổ inox và cho vào tủ sấy (sấy ở 1500C trong 2 giờ). Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ vào erlen, tráng ống COD bằng nước cất và đổ vào erlen sau đó thêm 1 - 2 giọt chỉ thị feroin và chuẩn độ bằng FAS 0,1M. Dứt điểm khi mẫu chuyển từ xanh lam sang đỏ nhạt. COD = (A – B) ˣ M ˣ 8000/Vmẫu (mg/l) Trong đó: A: thể tích FAS dùng cho ống thử không B: thể tích FAS dùng cho mẫu thử thật M: nguyên chuẩn độ của FAS (M = 0,1) 4.2.2.3 Xác định BOD a. Ý nghĩa môi trường BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí. b. Nguyên tắc Sử dụng chai DO có thể tích 300ml. Đo hàm lượng DO ban đầu và sau 5 ngày ủ ở 200C. Lượng oxy chênh lệch do vi sinh vật sử dụng chính là BOD. c. Cách tiến hành Chiết nước đã pha loãng vào 2 chai. Cho mẫu vào mỗi chai bằng cách nhúng pipet xuống đáy chai thả từ từ mẫu vào chai cho đến khi đạt thể tích cần sử dụng, lấy nhanh pipet ra khỏi chai và đậy nhanh nút lại (không được có bọt khí). Một chai đậy kín ủ 5 ngày (DO5). Chai ủ trong tủ 200C đậy kỹ, niêm bằng nước mỏng trên chỗ loe miệng chai (không để nước cạn). BOD = (DO0 – DO5) x f (mg/l) Trong đó: DO0: oxy hòa tan đo được ngày đầu tiên DO5: oxy hòa tan đo được sau 5 ngày f: hệ số pha loãng 4.2.2.4 Xác định Phosphate a. Ý nghĩa môi trường Chỉ tiêu phosphate được ứng dụng trong việc kiểm soát mức độ ô nhiễm của dòng nước. Việc xác định phosphate rất cần thiết trong vận hành các trạm xử lý nước thải, vì lượng phosphate có thể coi như là một lượng chất dinh dưỡng trong xử lý nước thải. b. Nguyên tắc Trong môi trường acid các dạng phosphate được chuyển về dạng orthophosphate và sẽ phản ứng với ammonium molybdate để phóng thích acid molybdophosphoric, sau đó acid này sẽ bị khử bởi SnCl2 cho molybdenum màu xanh dương. PO43- + 12 (NH4)2MoO3 + 24H+ → (NH4)3PO4. 12MoO3 + 21NH4+ + 12H2O (NH4)3PO4. 12MoO3 + Sn2+ → Molybdenum (xanh dương) + Sn4+ c. Cách tiến hành Lấy 50ml nước thải đã dược pha loãng thể tích thích hợp. Cho vào 1 giọt chất chỉ thị phenolphthalein. Nếu mẫu có màu thêm vào từ từ dung dịch sulfuric acid đến khi mất màu. Sau đó thêm 1ml dung dịch sulfuric acid và 0,5 g K2S2O8. Đun khoảng 30 đến 40 phút hoặc thể tích còn khoảng 10ml. Để nguội thêm vào 1 giọt chỉ thị phenolphthalein và trung hòa đến màu hồng nhạt bằng dung dịch NaOH 1N. Cho vào bình định mức định thể tích lại thành 50ml bằng nước cất. Ong chuẩn: Lấy 50ml mẫu, thêm 1 giọt chất chỉ thị phenolphthalein. Nếu mẫu chuyển sang màu hồng, thêm từ từ dung dich acid mạnh để mấy màu. Thêm vào 2ml molybdate và 5 giọt tin chloride (SnCl2)và lắc đều. Để yên 10 phút rồi đem đo độ hấp thụ bằng máy quang phổ kế ở bước sóng 690 nm. 4.2.2.5 Xác định Nito Kjeldahl ( N hữu cơ, NH3, NH2) a. Ý nghĩa môi trường Hợp chất chứa N có trong nước thải thường là các hợp chất protein và các sản phẩm phân hủy: amon, nitrat, nitrit. Trong nước rất cần có 1 lượng nito thích hợp, đặc biệt là trong nước thải, mối quan hệ giữa BOD5 với N và P có ảnh hưởng đến sự hình thành khả năng oxi hóa của bùn hoạt tính. b. Nguyên tắc Thông thường phân tích (N – NH3) theo phương pháp Kjeldahl c. Cách tiến hành Đun 100ml nước thải cho đến khi còn 20ml, cho vào 5ml H2SO4 đậm đặc. Chuyển vào bình phá mẫu cho thêm vaò 0,2 g (K2SO4 : CuSO4 = 3 : 1 ). Cho vào bếp cách đun (600 – 800) cho đến khi trong suốt (phải đậy miệng bình bằng phễu) Chuyển vào bình định mức bằng nước cất đến 100ml. Lấy 50ml mẫu sau khi định mức + 50ml nước cất + 3 giọt Tashiro (dung dịch màu tím hồng) + khoảng 20ml NaOH 40% (cho đến khi dung dịch có màu xanh lá mạ). Cho vào bình trên máy Kjeldahl. Lấy Erlen chứa 20ml H2SO4 0,1 N + 3 giọt Tashiro. Cho vào bình bên dưới máy Kjeldahl. Bật van nước (nằm ngang), chỉnh t0 = 2,5. Sau 15 phút dùng giấy quỳ thấm nước đưa vào ống thử khí N. Nếu giấy quỳ đổi màu thì đun tiếp. Nếu giấy quỳ không đổi màu thì lấy dung dịch ở dưới đem chuẩn độ bằng NaOH 0,1N đến khi xuất hiện màu xanh lá mạ. Ghi nhận kết quả V chuẩn độ. Nkđ = [ 1,42 x ( VH2SO4đ – VNaOHcđ) x Vmẫu ] x 1/ 100 x 1000 x 4.3. Bố trí thí nghiệm Mẫu nước thải Xác định các thông số đầu vào (COD, BOD, N, P,…) Bổ sung N, P Không bổ sung N, P Gem – P1 Emic Gem – P1 Xác định các thông số vào thời điểm sau 24h, 48h và 72h Lắc 120 vòng/ phút Lắc 120 vòng/ phút Điều chỉnh pH, COD Emic Hình 4.1 Quy trình bố trí thí nghiệm Mẫu nước thải lấy từ nhà máy bia sẽ được đem về phòng thí nghiệm, tiến hành đo các thông số đầu vào cho nước thải: COD, BOD, N, P. Điều chỉnh giá trị COD và pH về mức có thể áp dụng phương pháp xử lý sinh học với các chế phẩm. (COD từ 400 đến 600 mg/lít, pH từ 6 – 7 và BOD/ COD từ 0,5 – 0,7). Theo hướng dẫn sử dụng của chế phẩm Emic: cấy mới là 40mg/1m3 bể. Vì xử lý ở quy mô phòng thí nghiệm nên chỉ xử lý 100ml nước thải. Do đó, cần 0,004g chế phẩm Emic cho 100ml nước thải. Theo hướng dẫn sử dụng của chế phẩm Gem – P1: bổ sung Gem – P1 vào bể kỵ khí, hiếu khí của hệ thống xử lý nước thải theo tỷ lệ 1kg/ 5 – 10 m3 bể. Vì xử lý ở quy mô phòng thí nghiệm nên chỉ xử lý 100ml nước thải. Do đó, cần 0,01g chế phẩm Gem – P1 cho 100ml nước thải. Để có thể xử lý bằng phương pháp sinh học, bên cạnh giá trị COD trong giới hạn cho phép, tỷ lệ BOD, N và P cũng phải đạt yêu cầu BOD:N:P = 100:5:1. Tuy nhiên, cả hai chế phẩm đều không có yêu cầu của nhà sản xuất về việc điều chỉnh tỷ lệ này. Vì vậy, chúng tôi thực hiện việc bổ sung chế phẩm thử nghiệm trên hai mẫu nước thải: Mẫu 1: nước thải chỉ điều chỉnh giá trị pH và COD Mẫu 2: nước thải điều chỉnh giá trị pH, COD và tỷ lệ BOD:N:P. Ở thí nghiệm với mẫu 2, sử dụng N bổ sung từ hợp chất NH4NO3 v P từ hợp chất K2HPO4. Mỗi thí nghiệm được lặp lại hai lần và đo các thông số COD, BOD vào thời điểm sau 24h, 48h và 72h. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 5.1 Kết quả xác định các thông số đầu vào Nước thải nhà máy bia có nồng độ COD khá cao nên ở 3 nồng độ pha loãng 10, 20 và 30 lần, chúng tôi không xác định được giá trị COD. Ở nồng độ pha loãng 50 lần và 70 lần, giá trị COD trung bình là 8000 mg/l nước thải. Kết quả này cao hơn gấp 80 lần tiêu chuẩn xả thải loại B Để xử lý sinh học, gi trị BOD phải gấp khoảng 0.5 – 0.7 lần gi trị COD của nước thải đầu vào. Với kết quả COD là 8000 mg/l nước thải, nồng độ pha long của mẫu để đạt được tỷ lệ BOD/COD = 0.61. Thể tích nước thải dùng là 100ml trong 50ml dung dịch pha loãng. Kết quả BOD đo được là 4800 mg/l nước thải, tỷ lệ BOD/COD là 0.61. Từ đường chuẩn và giá trị độ hấp thụ của mẫu, chúng tôi tính được nồng độ P tổng là 3,5 mg/l. Kết quả này là không cao và nằm trong giới hạn cho phép các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp loại B (QCVN 24: 2009/BTNMT) Hàm lượng N tổng số là 36 mg/l cao hơn giới hạn cho phép các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp loại B (QCVN 24: 2009/BTNMT). Bảng 5.1 Kết quả xác định các thông số đầu vào của nước thải nhà máy bia Chỉ tiu Đơn vị Kết quả QCVN 24: 2009/BTNMT pH - 10,52 5.5 – 9.0 COD mg/l 8000 50 - 100 BOD mg/l 4800 30 - 50 Ntổng mg/l 36 15 - 30 Ptổng mg/l 3,5 4 - 6 Như vậy, để xử lý bằng chế phẩm sinh học, chúng tối tiến hành pha loãng mẫu 30 lần, điều chỉnh pH về 6.5 – 7.0 bằng dung dịch acid HCl. Vì pH khá cao. Ở thí nghiệm với mẫu 2, để có tỷ lệ BOD:N:P là 100:5:1, chúng tôi bổ sung thêm 23,3mg K2HPO4 và 71,14mg NH4NO3 trong 1 lít nước thải. 5.2 Kết quả thí nghiệm mẫu nước thải không bổ sung N, P Bảng 5.2 Kết quả thí nghiệm mẫu nước thải không bổ sung N và P Thời gian Mẫu nước thải Hàm lượng COD (mg/l) Hiệu quả xử lý (%) COD đầu vào (mg/l) Sau 24h Đối chứng 267 275 Bổ sung Emic 256 Bổ sung Gem-P1 216 Sau 48h Đối chứng 261 275 Bổ sung Emic 240 Bổ sung Gem-P1 251 Sau 72h Đối chứng 251 8,7 275 Bổ sung Emic 224 18,6 Bổ sung Gem-P1 240 12,7 Đối chứng Có Emic Có Gem-P1 COD là nhu cầu oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí. Giá trị COD càng thấp chứng tỏ lượng chất hữu cơ trong nước thải càng thấp, nghĩa là hiệu quả xử lý càng cao. Kết quả cho thấy ở mẫu đối chứng (cùng điều kiện thí nghiệm nhưng không bổ sung chế phẩm) giá trị COD giảm từ 275 mg/l đầu vào còn 267 mg/l sau 24h và 251mg/l sau 72h. Điều này chứng tỏ vi sinh vật có sẵn trong mẫu nước thải ban đâu đã thích nghi và xử lý được một phần chất hữu cơ. Tuy nhiên,q uá trình tự làm sạch này cần thời gian lâu và hiệu quả phân hủy các chất không cao (8,7%). Các mẩu xử lý với chế phẩm Emic cho thấy có sự giảm dần giá trị COD sau các khoảng thời gian. Giá trị COD là 224mg/l sau 72h xử lý, hiệu quả xử lý đạt 18,6 %. So với mẫu đối chứng thì chế phẩm EMIC mang lại hiệu quả xử lý không cao hơn bao nhiêu. Các mẩu xử lý với chế phẩm Gem-P1 lại có giá trị COD tăng sau 48h xử lý, sau đó, giá trị COD mới giảm dần và đạt 240 mg/l sau 72h xử lý. Như vậy, theo chúng tôi, có thể vi sinh vật trong chế phẩm Gem-P1 cần một khoảng thời gian thích nghi với mẫu nước thải thí nghiệm lâu hơn. Tuy nhiên, khi so sánh với chỉ tiêu nước thải đầu ra theo QCVN 24: 2009/BTNMT, nước thải sau 72 h xử lý vẫn có giá trị COD cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn xả thải loại B là COD ít hơn 100 mg/l. 5.3. Kết quả thí nghiệm mẫu nước thải có bổ sung N, P Bảng 5.3 Kết quả thí nghiệm mẫu nước thải có bổ sung N và P. Thời gian Mẫu nước thải Hàm lượng COD (mg/l) Hiệu quả xử lý (%) COD đầu vào (mg/l) Sau 24h Đối chứng 261 280 Bổ sung Emic 213 Bổ sung Gem-P1 189 Sau 48h Đối chứng 251 280 Bổ sung Emic 195 Bổ sung Gem-P1 154 Sau 72h Đối chứng 229 18,2 280 Bổ sung Emic 157 43,9 Bổ sung Gem-P1 106 62,1 Đối chứng Có Emic Có Gem-P1 Đối với thí nghiệm bổ sung N, P, cả mẫu đối chứng và mẫu có chế phẩm, giá trị COD đều giảm dần theo thời gian. Cụ thể, sau 72h, mẫu đối chứng có COD là 229 mg/l, hiệu quả xử lý đạt 18,2%, mẫu bổ sung EMIC có giá trị COD là 157 mg/l, hiệu quả xử lý đạt 43,9% , mẫu bổ sung GEM-P1 có COD là 106 mg/l, hiệu quả xử lý đạt 62,1% so với COD đầu vào là 480 mg/l. So với thí nghiệm không bổ sung N, P, giá trị COD đạt được thấp hơn, nghĩa là hiệu quả xử lý cao hơn, chứng tỏ việc cân bằng tỷ lệ BOD, N, P đã giúp các vi sinh vật có khả năng thích nghi với nước thải tốt hơn. So với mẫu đối chứng, hiệu quả xử lý của cả hai chế phẩm này đều cao hơn và ở mẫu có Gem-P1, giá trị COD không cao hơn nhiều so với quy chuẩn xả thải loại B. Như vậy, khi so với thí nghiệm không bổ sung N, P, chế phẩm Gem-P1 lại cho hiệu quả cao hơn chế phẩm EMIC, và đạt hiệu quả cao nhất trong tất cả thí nghiệm xử lý. Như vậy, kết quả thí nghiệm cho thấy các chế phẩm vi sinh này vẫn chưa đạt yêu cầu khi xử lý đối với nước thải nhà máy bia. Theo chúng tôi, có thể có nhiều nguyên nhân. Thứ nhất, đây là các chế phẩm vi sinh dùng trong phân hủy hiếu khí nước thải có hàm lượng hữu cơ cao, nhưng không phải là sản phẩm dùng chuyên biệt cho các nhà máy bia. Do đó, thành phần vi sinh vật trong chế phẩm cần đa dạng để có thể phân hủy nhiều loại chất hữu cơ khác nhau, và như vậy lượng vi sinh vật có khả năng thích nghi tốt với nước thải bia sẽ giảm và cần một số điều chỉnh môi trường cũng như thời gian lâu hơn để chúng phát triển và thực hiện được quá trình phân hủy. Thứ hai, có thể trong điều kiện thử nghiệm, với 100 ml nước thải và hệ thống lắc tại phòng, chúng tôi chưa tạo đầy đủ điều kiện tối ưu để vi sinh vật hoạt động. Tuy nhiên, giá trị COD đo được giảm dần theo thời gian, chứng tỏ quá trình phân hủy chất hữu cơ có xảy ra và các chế phẩm đều đã phần nào xử lý được lượng chất này trong môi trường. KẾT LUẬN Sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp có tốc độ phát triển về sản lượng cũng như số lượng các cơ sở sản xuất. Hoạt động của các cơ sở sản xuất bia sẽ góp phần cải thiện kinh tế xã hội trong khu vực, tạo công ăn việc làm cho hàng trăm người với mức thu nhập ổn định, góp phần đẩy lùi tình trạng thất nghiệp và tăng nguồn thu lớn cho ngân sách nhà nước. Tuy nhiên việc mở rộng sản xuất đồng nghĩa với việc tạo ra một lượng chất thải lớn, đặc biệt là nước thải. Định mức tiêu hao nước ở hầu hết các cơ sở còn khá cao, trong số này chỉ có 30% lượng nước sản xuất được tuần hoàn trở lại, còn lại là lượng nước ô nhiễm được thải vào môi trường. Nước thải của sản xuất bia thường có hàm lượng chât rắn lơ lửng, hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng hóa chất cao. Do đó việc áp dụng các hệ thông xử lý nước thải đặc biệt là xử lý bằng phương pháp sinh học là hiệu quả nhất, thích hợp với đặc tính của nước thải nhà máy bia. Tuy nhiên, việc sử dụng các chế phẩm sinh học trong xử lý nước thải nói chung và nước thải tinh bột nói riêng có tiềm năng phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, cần có sự chuyên biệt cho mỗi loại nước thải để quá trình thích nghi và phân hủy của vi sinh vật đạt hiệu quả cao hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS. TS. Nguyễn Văn Phước, Giáo Trình Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Và Công Nghiệp Bằng Phương Pháp Sinh Học, Nhà Xuất Bản Xây Dựng, 2007 2. PGS. TS Lương Đức Phẩm, Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Biện Pháp Sinh Học, Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam. 3. Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, NXB Xây dựng Hà Nội, 1996 4. Nguyễn Đức Lượng, Vi sinh vật công nghiệp, Công nghệ vi sinh Tập 2, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 2006 5. Nguyễn Tiến Thắng, Giáo trình công nghệ enzyme, Trường Đại học Kỹ thuật công nghệ Tp.HCM, 2008 6. GS.TS. Nguyễn Thị Hiền, Khoa học – công nghệ malt và bia, NXB khoa học và kỹ thuật 7. Ths. Đinh Hải Hà, Giáo trình thực hành Hóa môi trường, Bộ giáo dục và Đào tạo trường ĐH kỹ thuật công nghệ, 2008 8. Nguyễn Đức Lượng,Nguyễn Thị Thùy Dương - Công nghệ sinh học môi trường – Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam 9. Các tài liệu về tiêu chuẩn và phương pháp phân tích, xử lý nước thải tai nhà máy bia Quy Nhơn 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.