Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH HẢI LONG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ
VÀ MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH HẢI LONG
NGÀNH: HOÁ LÝ THUYẾT VÀ HOÁ LÝ
MÃ SỐ: 62.44.3101
NGUYỂN VIẾT ĐẠI
Người hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN VĂN XÁ
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
HÀ NỘI 2005
MỤC LỤC
Trang
.....................................................................................................................................................4
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................7
CHƯƠNG I - TỔNG QUAN............................................................................................10
I.1 - Ngành chế biến nông lâm thuỷ sản và những vấn đề về môi trường
.....................................................................................................................10
I.2- Tổng quan về các công nghệ xử lý nước thải ..................................12
I.2- Các công nghệ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ..............................17

I.3- Công ty TNHH Hải Long và các vấn đề cần được giải quyết..........24
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM...........................................................32
II.1- Phương pháp xác định các chỉ số của nước thải..............................32
II.2- Phương pháp tính ............................................................................37
II.3- Đặc tính nước thải của công ty TNHH Hải Long............................38
II.4- Phương pháp mô tả thống kê, tối ưu hoá thực nghiệm....................39
II.5- Phương pháp xác lập mô hình vật lý...............................................42
II.6- Sơ đồ thí nghiệm.............................................................................44
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................47
III.1- Giai đoạn xử lý sơ cấp đông keo tụ:...............................................47
III.2- Giai đoạn xử lý thứ cấp - Xử lý sinh học.......................................56
III.3- Đề xuất sơ đồ công nghệ................................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................70
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
2
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
3
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Tên Trang
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
4
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
5
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DO: ôxi hoà tan
COD: nhu cầu ôxi phân huỷ các chất hữu cơ bằng hoá học
BOD: nhu cầu ôxi phân huỷ các chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học
TSS: tổng chất rắn lơ lửng
N.tổng: Nitrơ tổng số
P.tổng: phospho tổng số
HDT: thời gian lưu thuỷ lực
Công ty: Công ty TNHH Hải Long
NLTS: nông, lâm, thuỷ sản
VSV: Vi sinh vật


L: Mật độ tưới của tháp
M
hc
: Hàm lượng chất hữu cơ (COD)
T
l
: Nhiệt độ nước thải
ρ
l
:

Khối lượng riêng nước thải
K: Lưu lượng không khí
T
k
: Nhiệt độ không khí
Hàm lượng ôxy trong khí
ρ
k
:

khối lượng riêng của không khí
d: Đường kính hạt đệm
h: Chiều cao hạt đệm
D: Đường kính tháp
H: Chiều cao lớp đệm
A: Bề mặt riêng của đệm
V
0
: Thể tích riêng của đệm
T
d
: Thời gian lưu thuỷ lực
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
6
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
MỞ ĐẦU
Một trong các nguồn gây ô nhiễm môi trường lớn và phổ biến ở nước ta đó
là nước thải chứa nhiều chất hữu cơ. Chúng được sinh ra từ các hoạt động
khác nhau của con người: từ sinh hoạt, chăn nuôi, sản xuất công nghiệp chế
biến thực phẩm, giấy, dệt nhuộm và chôn lấp rác thải tập trung . Đặc điểm của
loại nước thải này là có hợp chất hữu cơ, nitơ và phốt pho vi sinh vật là tác
nhân gây mùi thối, gây hiện tượng phú dưỡng cho các ao hồ, sông, giảm hàm
lượng ôxy hòa tan trong nước gây ngạt cho động, thực vật dưới nước, làm ảnh
hưởng tới sức khoẻ con người. Chính vì vậy, việc nghiên cứu xử lý nhằm
giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ các nguồn thải giàu chất hữu cơ luôn là vấn
đề cần được quan tâm. Hiện nay, nhiều công trình nghiên cứu xử lý nước thải
loại hình này đã thu được kết quả khả quan có tính thực tiễn. Tuy vậy, khi đặt
vấn đề áp dụng một công nghệ xử lý môi trường hoàn hảo cho một đối tượng
cụ thể nào đó rất cần có một giai đoạn nghiên cứu nghiêm túc mối quan hệ
giữa lý thuyết và thực tiễn nhằm giải quyết triệt để bài toán chi phí và lợi ích.
Hướng nghiên cứu của bản luận văn này là lựa chọn phương án công nghệ,
mô hình hoá quy trình thiết bị xử lý môi trường nước thải cho một cơ sở công
nghiệp cụ thể.
Ở Hải Phòng, Công ty TNHH Hải Long là một đơn vị hoạt động sản xuất
kinh doanh trong ngành chế biến nông, lâm, thuỷ sản. Sản phẩm của Công ty
rất đa dạng như bia hơi, agar,... với sản lượng khoảng 15.000 lít bia hơi, 4 tấn
agar thành phẩm trên một tháng. Chất thải của Công ty chủ yếu là chất thải
rắn hữu cơ; Nước thải chứa nhiều chất hữu cơ và chất dinh dưỡng hoà tan
cũng như một lượng lớn chất rắn lơ lửng, chất mang mầu với độ pH thay
đổi,... Công ty hiện không có hệ thống thu tách và xử lý nước thải. Việc
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
7
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
nghiên cứu thiết kế một hệ thống công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều
kiện hạ tầng và nguồn tài chính của Công ty là cần thiết.
Với mục đích trên luận văn giải quyết vấn đề “Nghiên cứu công nghệ và
mô hình hoá quá trình xử lý nước thải Công ty TNHH Hải Long” tập
trung vào phương pháp hoá lý và hoá sinh kết hợp làm đề tài nghiên cứu của
Luận văn này.
Đề tài được thực hiện với các nội dung sau:
Liệt kê đánh giá sơ bộ bức tranh công nghệ xử lý môi trường hiện nay.
Khảo sát công nghệ sản xuất, các nguồn thải và mức độ gây ô nhiễm của
Công ty TNHH Hải Long.
Xây dựng phương pháp nghiên cứu và hướng công nghệ xử lý.
Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải cấp 1 bằng phương pháp đông keo tụ,
dựa trên sự biến thiên của thông số COD.
Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải cấp 2 bằng phương pháp hoá sinh,
dựa trên sự biến thiên của thông số COD.
Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng:
Phương pháp kế thừa: Một phần của Luận văn này được kế thừa từ những
kết quả đã có để xây dựng nghiên cứu mới phù hợp.
Phương pháp tổng hợp và phân tích thống kê: Dựa trên các số liệu đã có và
khảo sát thực địa.
Phương pháp mô hình thống kê: Nghiên cứu xử lý trong phòng thí nghiệm
trên các thiết bị.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
8
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Phương pháp mô hình vật lý: dựa trên lý thuyết nhóm và các kết quả
nghiên cứu trên mô hình.
Sự thành công của đề tài sẽ đóng góp thêm cơ sở khoa học cho lĩnh vực xử
lý môi trường nói chung và đặc biệt là áp dụng cho loại nước thải giàu chất
hữu cơ. Ngoài ra sự thành công đó còn khẳng định thêm khả năng ứng dụng
của phương pháp hoá lý - hoá sinh kết hợp trong xử lý môi trường. Về mặt
thực tiễn sự thành công của đề tài còn đề xuất cho Công ty TNHH Hải Long
một phương án công nghệ xử lý nước thải cụ thể, chi tiết nhiều tính ưu việt,
giúp cho Công ty giải quyết được vấn đề ô nhiễm của mình trong điều kiện
kinh phí cho phép.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
9
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Chương I - TỔNG QUAN
I.1 - Ngành chế biến nông lâm thuỷ sản và những vấn đề về môi trường
I.1.1- Sự phát triển của ngành chế biến nông, lâm, thuỷ sản ở nước ta
Trong thời kỳ quá độ tiến lên Chủ nghĩa xã hội, nước ta tập trung phát triển
theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước trên nền tảng vững chắc
của kinh tế nông nghiệp hiện đại. Việc xây dựng một nền nông nghiệp hiện
đại phải dựa vào sự hỗ trợ của các ngành công nghiệp trong đó có ngành công
nghiệp chế biến.
Công nghiệp chế biến nông, lâm, thuỷ sản (sau đây viết tắt là NLTS), phát
triển mạnh theo hướng đầu tư công nghệ hiện đại, sản xuất ra các sản phẩm
đủ khả năng cạnh tranh trên thị trường trong nước và nước ngoài; chú trọng
các mặt hàng chế biến như thuỷ sản, lương thực, ca phê, thịt, sữa, đường mật,
nước giải khát, dầu thực vật, nước hoa quả, bột giấy,... Ngành công nghiệp
chế biến NLTS là động lực thúc đẩy ngành nông, lâm, ngư, nghiệp lạc hậu
của nước ta phát triển theo hướng hàng hoá với các vùng chuyên canh, thâm
canh hiệu quả. Ngoài ra ngành này còn đóng vai trò phát huy nội lực, mang
lại nguồn ngoại tệ mạnh nhờ các mặt hàng xuất khẩu đa dạng. Xuất khẩu
nông, lâm, thuỷ sản năm 2000 đạt 4,3 tỷ USD, gấp hơn 1,7 lần năm 1995,
bình quân hàng năm chiếm khoảng 30% kim ngạch xuất khẩu cả nước; đã tạo
được 3 mặt hàng xuất khẩu chủ lực là gạo (đứng thứ 2 thế giới), cà phê (đứng
thứ 3) và thuỷ sản (chiếm 34% trị giá kim ngạch xuất khẩu toàn ngành).
Với vai trò to lớn như vậy, nghành công nghiệp chế biến NLTS cần được
quan tâm phát triển đúng theo vị trí của nó. Chúng ta cần quan tâm nghiên
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
10
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
cứu nâng cấp công nghệ, phát triển sản phẩm để ngành công nghiệp này xứng
đáng trở thành một trong những ngành công nghiệp nền tảng.
I.1.2- Những vấn đề môi trường gặp phải
Bên cạnh những mặt tích cực to lớn, ngành công nghiệp Chế biến NLTS
cũng để lại cho môi trường nhiều loại chất thải ở các thể rắn, lỏng, khí.
Khí thải
Ô nhiễm khí thải xuất phát từ hệ thống nồi hơi chủ yếu là bụi, CO, SO
2
,
NO
2
; thải lượng tỉ lệ thuận với lượng nhiên liệu tiêu thụ. Thông thường lượng
nhiên liệu tiêu thụ trên một tấn sản phẩm không lớn vì vậy thải lượng ô nhiễm
không khí của ngành là thấp. Chỉ cần có biện pháp xử lý đơn giản như sử
dụng xiclon ướt là có thể xử lý đạt tiêu chuẩn thải.
Nước thải
Các chất ô nhiễm theo nước thải chủ yếu là cặn lơ lửng, hợp chất hữu cơ
hoà tan hoặc tồn tại dạng keo, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, mầu sắc, dầu mỡ
với nồng độ cao (COD từ 1500-2000). Nguồn phát thải đa dạng, xuất hiện hầu
hết tại các công đoạn sản xuất. Vì vậy, thải lượng ô nhiễm trong nước thải rất
cao, khi thải ra môi trường gây nhiều ảnh hưởng đến thuỷ vực tiếp nhận như
gây tắc nghẽn dòng chảy, phì dưỡng, huỷ hoại hệ sinh thái dưới nước. Do đó
cần phải có các nghiên cứu xử lý phù hợp cho từng đối tượng cụ thể.
Chất thải rắn
Chất thải rắn có thành phần chủ yếu là rác thải hữu cơ như phế liệu, chất
cặn bã, các loại vỏ hộp cartôn ngoài ra còn các loại vỏ hộp bằng kim loại, xỉ
than,… Nhìn chung đây là các loại chất thải không có nhiều nguy cơ ảnh
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
11
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
hưởng đến môi trường, có thể xử lý đơn giản như tái sử dụng, làm thức ăn gia
súc, phân bón hữu cơ, chôn lấp,…
Tóm lại, nguồn thải của ngành công nghiệp này là đáng chú ý nhất là nước
thải với tải lượng chất ô nhiễm cao, nguy cơ ô nhiễm tiềm ẩn lớn, cần được
nghiên cứu xử lý một cách triệt để tạo điều kiện cho ngành phát triển sạch,
phát triển bền vững, muốn vậy cần có sự hiểu biết sâu sắc về các công nghệ
xử lý môi trường.
I.2- Tổng quan về các công nghệ xử lý nước thải
Hiện nay, trên thế giới có nhiều công nghệ xử lý nước thải và đặc biệt là
nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu thành công và không ngừng được
hoàn thiện. Nguyên tắc chung của các công nghệ này được chia thành các loại
cơ bản sau:
I.2.1- Xử lý nước thải bằng phương pháp thuỷ lực
Trong phương pháp này, các lực vật lý như trọng trường, ly tâm, được áp
dụng để tách các chất không hoà tan ra khỏi nước thải. Phương pháp xử lý lý
học thường đơn giản, rẻ tiền và có hiệu quả cao khi xử lý chất lơ lửng. Các
công trình xử lý thuỷ lực được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải là: (1)
song lưới chắn rác; (2) thiết bị nghiền rác; (3) bể điều hoà; (4) khuấy trộn; (5)
lắng; (6) lắng cao tốc; (7) tuyển nổi; (8) lọc. Việc ứng dụng các công trình cơ
học trong xử lý nước thải được tóm tắt trong bảng I.1.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
12
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Bảng I. 1: Các phương pháp xử lý nước thải bằng thuỷ lực
Stt Thiết bị Tác dụng
1 Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng
2 Bể điều hoà Điều hoà lưu lượng và tải trọng BOD và SS
3 Khuấy trộn Khuấy trộn hoá chất và chất khí với nước thải và
giữ cặn ở trạng thái lơ lửng
4 Tạo bông Giúp cho việc tập hợp của các cặn nhỏ thành các
hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng
lực
5 Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn
6 Tuyển nổi Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ
trọng xấp xỉ tỷ trọng của nước hoặc sử dụng để nén
bùn sinh học
7 Lọc Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học
hoặc hoá học
8 Màng lọc Tương tự như quá trình lọc, tách tảo từ nước thải
sau hồ ổn định
9 Vận chuyển khí Bổ sung và tách khí
10 Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ từ nước thải
I.2.2- Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học - hoá lý
Phương pháp hoá học sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý nước thải.
Các thiết bị xử lý hoá học thường kết hợp với các thiết bị xử lý thuỷ lực. Mặc
dù có hiệu quả cao nhưng phương pháp xử lý hoá học thường đắt tiền và đặc
biệt có thể tạo thành các sản phẩm phụ độc hại, khó kiểm soát. Việc ứng dụng
các phương pháp xử lý hoá học được tóm tắt trong bảng I.2.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
13
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Bảng I. 2: Các phương pháp xử lý nước thải bằng hoá học
Stt Phương pháp Tác dụng
1 Kết tủa Tách phospho và nâng cao hiệu quả của việc
tách cặn lơ lửng ở bể lắng bậc 1
2 Keo tụ Tách các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, phospho,…
3 Hấp phụ Tách các chất hoà tan, các chất hữu cơ khó tách
bằng các phương pháp thông thường
4 Khử trùng bằng các
chất ô xi hoá mạnh
diệt các vi sinh vật gây bệnh
5 Tạo bông Giúp cho việc tập hợp của các cặn nhỏ thành các
hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng
lực
6 Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn
7 Tuyển nổi Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ
trọng xấp xỉ tỷ trọng của nước hoặc sử dụng để
nén bùn sinh học
I.2.3- Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Phương pháp xử lý sinh học là phương pháp ứng dụng các quá trình tự
nhiên để xử lý chất thải, do đó đã khắc phục được những nhược điểm của các
phương pháp khác như không sử dụng hoá chất trong quá trình xử lý, không
tạo sản phẩm phụ độc hại, tiêu tốn ít năng lượng, có khả năng tận dụng các
sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí
metan). Tuy nhiên phương pháp sinh học chỉ đạt hiệu quả cao khi chất thải có
hàm lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học cao, có tỉ lệ
BOD
5
/COD ≥ 0,5 và chất thải phải không chứa chất độc đối với vi sinh vật.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
14
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Mục đích của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là để xử lý các
chất hữu cơ hoà tan trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H
2
S,
sunfit, amoniac, nitơ, phốt pho,... dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật. Vi
sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh
trưởng và phát triển. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ sinh học
thường là các chất khí (CO
2
, N
2
, CH
4
, H
2
S), các chất vô cơ (NH
4
+
, PO
4
3-
) và tế
bào mới.
Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình ôxi hoá
sinh hoá. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hoà tan, cả chất keo và
các chất phân tán nhỏ trong nước thải phải di chuyển vào bên trong tế bào vi
sinh vật theo ba giai đoạn chính sau đây:
Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật.
Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ
bên trong và bên ngoài tế bào.
Chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng
hợp tế bào mới.
Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân chia thành 2
loại:
- Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều
kiện không có ôxi có 2 dạng cơ bản là sử dụng dòng chảy ngang và sử
dụng dòng chảy ngược từ dưới lên
- Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong
điều kiện cung cấp ôxi liên tục cưỡng bức hoặc thông gió tự nhiên.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
15
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Bảng I. 3: Các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học
Stt Phương pháp Tác dụng
1 Bể phân huỷ hiếu khí
sử dụng bùn hoạt tính
– Aerotank
Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu
khí và sục khí cưỡng bức
2 Bể lọc sinh học Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật kỵ và
hiếu khí nhờ vật liệu mang vi sinh vật
3 Bể phân huỷ kỵ khí
dòng ngược – UASB.
Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ VSV kỵ khí với
dòng nước vào chảy ngược từ dưới lên.
4 Hồ sinh học Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ VSV tự nhiên
5 Mương kỵ khí Phân huỷ các chất hữu cơ nhờ VSV tự nhiên
I.2.4- Xử lý nước thải bằng phương pháp điện hoá
Phương pháp xử lý môi trường bằng điện hoá là sử dụng quá trình điện
phân để xử lý nước thải. Đó là phương pháp sử dụng phản ứng điện cực như
tách kim loại, hoà tan kim loại, ôxi hoá các chất có trong nước thải bằng dòng
điện, ... Mỗi đối tượng nước thải cần có phương pháp xử lý riêng biệt, các
phương pháp đó được tổng hợp trong bảng I.4:
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
16
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Bảng I. 4: Các phương pháp xử lý nước thải bằng điện hoá
Stt Phương pháp Tác dụng
1 Tách thu hồi kim loại Xử lý nước thải có hoà tan các kim loại quý,
kim loại nặng độc hại
2 Điện keo tụ với điện
cực anot hoà tan
Xử lý nước thải có nhiều chất lơ lửng phân tán
dạng keo, và các chất hữu cơ hoà tan.
3 Điện tuyển nổi bằng
thoát ly khí ở điện cực
Xử lý nước thải có nhiều chất lơ lửng khó keo
tụ bằng các phương pháp khác.
4 Ôxy hoá điện hoá Xử lý nước thải có chất hữu cơ hoà tan và các
hợp chất mang mầu có nguồn gốc hữu cơ.
I.2- Các công nghệ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ.
Nước thải giàu chất hữu cơ đồng thời cũng chứa nhiều các chất ô nhiễm
khác như các dạng tồn tại của nitrơ, phốt pho, S
2-
, kim loại nặng, chất rắn lơ
lửng và chất mang mầu. Việc xử lý ô nhiễm thông thường tập trung theo các
hướng sau:
I.2.1- Hướng áp dụng phương pháp hoá lý - lắng đông keo tụ
Khi áp dụng hoá lý vào xử lý môi trường nước thải giàu chất hữu cơ chủ
yếu vào mục đích loại bỏ chất rắt lơ lửng đồng thời giảm chỉ số COD, BOD,
chất dinh dưỡng và các chất khác có khả năng kết tủa được.
Các thiết bị xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý phổ biến là:
- Các dạng bể lắng,
- Các dạng bể tuyển nổi,
Hiệu suất của các công trình xử lý bằng phương pháp hoá lý thường đạt 80
- 95% chất rắn lơ lửng, 50 –55 % COD, 20-30% BOD,...
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
17
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Với các nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao thường nước ra sau quá trình
hoá lý không được xử lý triệt để. Nên phương pháp hoá lý chỉ dùng trong
công đoạn xử lý cấp 1.
Bản chất của phương pháp hoá lý trong xử lý nước thải chính là đưa dạng
tồn tại bền của chất ô nhiễm trong nước về dạng không bền từ đó dễ dàng loại
bỏ, thông thường chúng tồn tại ở dạng lơ lửng hoặc hoà tan.
I.2.1.1- Sự tồn tại của hệ keo
Các chất rắn trong nước tồn tại ở dạng huyền phù và dạng keo. Đối với
dạng huyền phù khi thay đổi chế độ thuỷ lực của dòng thải như sử dụng các
dạng bể lắng trọng lực với kỹ thuật giảm đột ngột vận tốc dòng, đổi hướng
dòng, sử dụng vách ngăn là có thể loại bỏ. Còn chất rắn tồn tại dạng keo lại
tồn tại rất bền với các kỹ thuật trên không thể xử lý được.
Cấu trúc của các hạt keo rất phức tạp gồm nhiều lớp điện tích bao quanh và
một hạt nhân keo tích điện, cấu trúc này gọi là hạt mixen.
Hình I. 1: Cấu trúc của hạt mixen âm
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
18
Nhân
dung dịch
bề mặt
trượt
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Kích thước của hạt mixen rất lớn và có bề mặt tích điện với điện thế ζ vì
vậy các hạt mixen cùng dấu luôn luôn đẩy lẫn nhau tạo thành trạng thái bền
của dung dịch. Thế ζ càng lớn thì hệ keo càng bền.
Đối với hạt keo có nhân là chất hữu tự nhiên cơ thường là keo âm do trong
công thức phân tử có chứa nhiều nhóm -OH, -CHO, -COOH.
I.2.1.2- Quá trình đông keo tụ.
Quá trình lắng đông keo tụ chính là quá trình giảm thế ζ dựa vào sự hoạt
động của các chất đông tụ, đó là các chất khi tan trong nước có khả năng thuỷ
phân tạo kết tủa hiđroxit hình thành các hạt keo dương, các hạt keo dương này
tương tác tĩnh điện với các hạt keo âm có sẵn trong nước thải, phá trạng thái
bền của hệ tạo thành các hạt có kích thước, trọng lượng lớn hơn và dễ dàng
lắng xuống. Để tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian làm việc của hệ thống
lắng người ta bổ sung thêm chất trợ lắng có cấu trúc là các cao phân tử với
các nhóm chức khác nhau.
Chất keo tụ thông thường là muối của nhôm và sắt hoặc các dạng tồn tại
khác của chúng. Hoạt động của các chất keo tụ này theo nguyên tắc sau:
Khi cho chất đông tụ vào nước chúng phân ly thành các ion dương có hoá
trị lớn +3, +2 các ion này một mặt hấp phụ lên bề mặt hạt keo làm giảm thế ζ
mặt khác chúng thuỷ phân tạo thành các hiđroxit không tan tích điện dương
Me(OH)
n
m+
, các mầm hiđroxit này hấp phụ các ion tích điện trái dấu trong
dung dịch tạo thành các hạt mixen dương theo cơ chế sau:
Ví dụ với Me
3+
:
Me
3+
+ H
2
O  Me(OH)
2+
↓ + H
+

Me(OH)
2+
+ H
2
O  Me(OH)
2
+
↓ + H
+
Me(OH)
2
+
+ H
2
O  Me(OH)
3
↓ + H
+
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
19
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Hình I. 2: Cấu trúc hạt mixen dương
Thông thường chất đông tụ được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, sữa vôi,
hoặc các dạng tồn tại khác của chúng. Ngoài ra, người ta cũng có thể sử dụng
các loại bột ôxít kim loại khác cũng với mục đích tạo mầm hình thành hạt keo
dương như silíc ôxít. Mỗi loại hoá chất dùng cho đông keo tụ hoạt động trong
một vùng pH tối ưu khác nhau.
Với phèn nhôm khoảng pH thích hợp là 5,5 - 7,5 tại khoảng pH này lượng
ion nhôm tồn tại dạng Al(OH)
3
đến 80-90%. Hàm lượng phèn nhôm thưởng
được sử dụng trong khoảng 30 – 120 ppm tính cho hàm lượng muối nhôm
khan tuỳ thuộc vào hàm lượng chất lơ lửng của từng loại chất thải.
Với phèn sắt II khoảng pH ở 5 - 7,5, phèn sắt (III) khoảng pH ở 8 đến 10.
I.2.1.3- Chất trợ đông tụ:
Các chất này khi cho vào nước làm tăng nhanh khả năng liên kết giữa các
hạt bông tạo thành các mảng bông to hơn đủ khả năng lắng và hấp phụ các
chất khác trong nước. Trên thị trường các chất trợ đông tụ phổ biến là các loại
santangum, polyacryamid - PAA, polyacryamid biến tính - ACCOFLOC
v.v…. Có thể chia các chất này thành 3 loại theo nhóm phân ly là loại cation,
anion, nonion.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
20
(Me(OH)
n
m+
)
x
dung dịch
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Các chất đông keo tụ sử dụng trong đông keo tụ nước thải thường được sử
dụng với hàm lượng từ 1-15ppm tuỳ theo từng loại nước thải.
I.2.2- Hướng áp dụng sinh học
Mục đích của việc áp dụng phương pháp xử lý sinh học là nhằm loại bỏ
chất hữu cơ đặc biệt là chất hữu cơ hoà tan cũng như các dạng tồn tại của
nitrơ và phốt pho. Nguyên tắc làm việc của phương pháp này là lợi dụng quá
trình sinh trưởng của vi sinh vật trong nước sẽ sử dụng chất hữu cơ và các
chất dinh dưỡng khác làm thức ăn và tách chất ô nhiễm ra khỏi nước thải dưới
dạng bùn sinh học (xác vi sinh vật).
Hiệu suất xử lý của phương pháp sinh học thường đạt 80 – 85% COD, 90 –
95% BOD, 15 – 50% nitrơ,... Vì vậy, quá trình sinh học được áp dụng để xử
lý thứ cấp, xử lý triệt để ô nhiễm nước thải.
Tuy nhiên, phương pháp sinh học đã bộc lộ một số nhược điểm như:
- Không xử lý được các hợp chất mang mầu trong nước thải.
- Thời gian xử lý kéo dài nên đòi hỏi phải có diện tích lớn.
- Tiêu tốn nhiều năng lượng vì phải thường xuyên đảm bảo ổn định điều
kiện làm việc của vi sinh vật như cung cấp đủ ôxi, ổn định nhiệt độ, độ pH,
chế độ thuỷ lực.
Phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học quan trọng nhất là quá trình
hình thành và phát triển của vi sinh vật (VSV).
Thông thường VSV ở hàm lượng cao có tính co cụm thành các dạng tập
hợp, tồn tại lơ lửng trong nước hoặc bám trên bề mặt của vật liệu mang (còn
gọi là vật liệu đệm). Ở dạng tồn tại lơ lửng thường được sử dụng trong kỹ
thuật bể sục khí aerotank, bể kị khí dòng ngược UASB sử dụng bùn hoạt tính.
Ở dạng bám trên vật liệu đệm thường được sử dụng trong kỹ thuật lọc sinh
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
21
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
học nhỏ giọt hoặc lọc sinh học với vật liệu đệm ngập trong nước (còn gọi là
lọc sinh học cao tải). Tập hợp VSV lơ lửng thường không bền và có tuổi thọ
ngắn, hình thành, tan rồi lại hình thành tập hợp mới rất nhanh không có tính
chất đặc trưng. Ngược lại với tập hợp VSV trên bề mặt vật liệu đệm có quá
trình hình thành và phát triển rất phức tạp và có tuổi thọ lớn hơn.
Kỹ thuật sử dụng vật liệu mang để tạo màng VSV thường là đi kèm thông
khí tự nhiên hoặc cưỡng bức. Ban đầu hình thành các cá thể VSV đơn lẻ tại
các vùng lõm của bề mặt đệm tại đây ảnh hưởng của dòng lỏng và dòng khí
rất ít tạo điều kiện cho VSV hiếu khí phát triển sinh khối. Lớp sinh khối ban
đầu này phát triển ngày càng mạnh nhờ chất dinh dưỡng có trong nước thải và
ôxi của không khí (đây là quá trình tiếp xúc 3 pha rắn- lỏng- khí). Khối VSV
trong quá trình phát triển sinh ra lớp màng nhầy bao bọc. Lớp màng này có
vai trò chống lại tác động của dòng chảy vì vậy chúng có tác dụng bảo vệ rất
tốt, ngoài ra lớp màng nhầy này còn có tác dụng hấp phụ các chất dinh dưỡng
và ôxi nuôi VSV. Nhờ được bảo vệ chắc chắn tập hợp VSV này phát triển
ngày càng mạnh và lan rộng khắp bề mặt đệm gọi là màng sinh học.
Khi lớp màng phát triển đầy đủ nó sẽ có một cấu trúc hoàn chỉnh đi từ
ngoài vào gồm: lớp màng nhầy, lớp VSV hiếu khí, lớp VSV kị khí (do ôxi
không thể khuếch tán sâu vào trong). (xem hình I.3)
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
22
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Lớp màng nhầy
Bề mặt Lớp VSV Lớp VSV
chất mang yếm khí Hiếu khí

Chất hữu cơ

O
2
trong môi trường

Lớp sinh họcMàng chất lỏng môi trường
Hình I. 3: Cấu trúc của màng sinh học khi phát triển đầy đủ
Khi màng sinh học phát triển đầy đủ, quá trình phân huỷ ở vùng kỵ khí xảy
ra mạnh làm giảm khả năng bám dính của màng lên bề mặt vật liệu mang.
Quá trình này kéo dài sẽ làm bong màng khỏi vật liệu và chu kỳ hình thành
lớp màng mới lại bắt đầu.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của màng:
- Độ pH của môi trường có ảnh hưởng lớn đến quá trình ức chế hay kích
thích sự phát triển của màng sinh học. Độ pH ảnh hưởng quyết định đến năng
suất làm việc của màng thậm chí còn làm thay đổi chủng loại VSV tạo màng
hoặc huỷ hoại màng.
- Cấu trúc, bản chất của vật liệu được sử dụng làm đệm có ảnh hưởng lớn
đến quá trình hình thành và phát triển của màng.
Sự bám dính của màng sinh học lên vật liệu đệm chủ yếu nhờ lực liên kết
tĩnh điện giữa các nhóm phân cực của thành tế bào VSV và các nhóm phân
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
23
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
cực hoặc ion của bề mặt vật liệu hoặc lỗ mao quản tự nhiên, bên cạnh đó còn
có lực Van-dec-van, trọng lực, tính thấm ướt trong dung môi nước của vật
liệu. Thông thường độ rỗng xốp, độ nhám, độ phân cực của vật liệu có ảnh
hưởng quyết định đến thời gian hình thành, độ dầy, độ rộng và tuổi thọ của
màng.
Ngoài ra các yếu tố khác cũng tác động đến quá trình tạo màng như sức
mài mòn của dòng chảy, nhiệt độ, tỉ lệ dinh dưỡng (C, N, P), chế độ cấp
dưỡng khí,...
I.3- Công ty TNHH Hải Long và các vấn đề cần được giải quyết
Để phát triển công nghệ xử lý nước thải của ngành chế biến NLTS, luận
văn đã lựa chọn nước thải của Công ty TNHH Hải long (gọi tắt là Công ty)
làm đối tượng nghiên cứu. Đây là một trong các công ty điển hình vể sản xuất
chế biến rong câu, sản xuất bia với quy mô khá lớn tại Hải Phòng. Nước thải
của Công ty được coi là đối tượng khó trong xử lý. Dưới đây là một vài nét sơ
lược về hoạt động sản xuất và chất thải của Công ty.
I.3.1- Các hoạt động sản xuất của Công ty
Công ty TNHH Hải Long hoạt động trong ngành sản xuất bia và chế biến
nông lâm thuỷ sản. Nằm cạnh bờ sông Lạch Tray (hạ lưu của hệ thống sông
Thái bình), địa chỉ của Công ty: 109 đường Trường Chinh, Kiến An, TP. Hải
Phòng. Ngày đầu khởi nghiệp, Công ty sản xuất bia hơi và các loại bánh từ
bột gạo, từ năm 2001 Công ty bắt đầu sản xuất agar từ nguyên liệu rong câu
chỉ vàng và rong sụn.
Hiện nay, công ty có xưởng sản xuất agar, xưởng sản xuất bia, xưởng sản
xuất thử nghiệm thạch rong câu, xưởng sản xuất bánh rế. Vì vậy, sản phẩm
của Công ty khá phong phú.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
24
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Bảng I. 5: Các sản phẩm của công ty TNHH Hải Long
Stt Tên gọi Đơn vị Số lượng
1 Agar Kg/ tháng 4.000
2 Bia Lít/ tháng 15.000
3 Bánh rế Cái/ tháng 30.000
“Nguồn: Báo cáo quan trắc nước thải công nghiệp – Công ty TNHH Hải
Long– Trung tâm Quan trắc môi trường Hải Phòng [9]”
Mỗi sản phẩm của công ty có một dây truyền công nghệ sản xuất riêng. Ở
đây luận văn chỉ đề cập đến các dây chuyền công nghệ sản xuât ra các sản
phẩm chính.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
25

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×