Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý nước thải từ quy trình sản xuất nước tương bằng công nghệ UASB

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ MUỐI ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG BẰNG CÔNG NGHỆ UASB MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... i DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................... ii DANH SÁCH CÁC HÌNH ................................................................................... iii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1 1.1. TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...............................................................2 1.2. MỤC TIÊU - NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................2 1.2.1. Mục tiêu ............................................................................................2 1.2.2. Nội dung............................................................................................3 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................3 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...........................................................................3 1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ........................................................3 1.5. NHU CẦU KINH TẾ XÃ HỘI ....................................................................4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG ................................................................................ 5 2.1. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TẠI VIỆT NAM ..................6 2.1.1. Hiện trạng sản xuất ...........................................................................6 2.1.2. Hiện trạng môi trường.....................................................................11 2.1.2.1................................................................................................ Môi trường không khí ...........................................................................11 2.1.2.2. Chất thải rắn ......................................................................11 2.1.2.3. Môi trường nước ................................................................12 2.2. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG..............................................................................12 2.2.1. Thành phần .....................................................................................12 2.2.2. Tính chất .........................................................................................13 2.3. MỘT SỐ ĐỀ XUẤT NHẰM XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG..............................................................................13 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH UASB .............................................................. 15 3.1. QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỊ KHÍ..............................................................16 3.1.1. Tổng quan .......................................................................................16 3.1.2. Các công nghệ xử lý kị khí..............................................................19 3.1.2.1. Quá trình phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn ........................19 3.1.2.2. Quá trình tiếp xúc kị khí ........................................................20 3.1.2.3. UASB......................................................................................20 3.1.2.4. Lọc kị khí (Giá thể cố định dòng chảy ngược dòng)...............21 3.1.2.5. Quá trình kị khí bám dính xuôi dòng (Vách ngăn) .................21 3.1.2.6. Quá trình kị khí tầng giá thể lơ lửng.......................................22 3.2. QUÁ TRÌNH XỬ LÝ UASB .....................................................................22 3.2.1. Tổng quan về UASB........................................................................22 3.2.1.1. BỂ UASB ...............................................................................22 3.2.1.2. Sử dụng biogas .......................................................................24 3.2.1.3. Điều kiện để UASB hoạt động tốt .........................................26 3.2.2. Quá trình phát triển công nghệ UASB............................................26 3.2.3. Ưu điểm và nhược điểm của việc xử lý nước thải bằng công nghệ UASB ..............................................................................................27 3.2.4........................................................................................................ Khởi động mô hình UASB.........................................................................28 3.2.4.1. Bùn nuôi cấy ban đầu.............................................................28 3.2.4.2. Nhiệt độ..................................................................................30 3.2.4.3. pH...........................................................................................30 3.2.4.4. Nước thải ................................................................................30 3.2.4.5. Hàm lượng chất hữu cơ ..........................................................30 3.2.4.6. Khả năng phân huỷ sinh học của nước thải............................31 3.2.4.7. Chất dinh dưỡng .....................................................................31 3.2.4.8. Hàm lượng cặn lơ lửng ...........................................................31 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP UASB .................................................................................... 32 4.1. CƠ SỞ THỰC NGHIỆM ĐỂ XÂY DỰNG MÔ HÌNH .............................33 4.1.1........................................................................................................ Một số nghiên cứu xử lý nước thải của các ngành thực phẩm ứng dụng mô hình UASB.........................................................................33 4.1.1.1. Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm giàu protein và chất béo bằng bể phản ứng kị khí dòng ngược UASB đa giai đoạn ưa nhiệt. ..........................................................................33 4.1.1.2................................................................................................ Xử lý nước thải từ quy trình chế biến tinh bột sắn bằng công nghệ UASB. .............................................................................36 4.1.1.3................................................................................................ Nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất tinh bột sắn thu Biogas bằng hệ thống UASB. ..............................................................38 4.1.2........................................................................................................ Lựa chọn các thông số ...............................................................................41 4.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ...................................................41 4.2.1........................................................................................................ Đối tượng nghiên cứu.................................................................................41 4.2.2........................................................................................................ Lấy mẫu ....................................................................................................41 4.2.3........................................................................................................ Mô hình thí nghiệm cột UASB ..................................................................42 4.2.4. Hoá chất phân tích định lượng ........................................................43 4.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ..................................................................43 4.4. VẬN HÀNH MÔ HÌNH ............................................................................44 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ........................................................ 46 5.1. PHẦN THỨ NHẤT ...................................................................................48 5.1.1........................................................................................................ Giai đoạn 1: ...............................................................................................48 5.1.2. Giai đoạn 2: ..................................................................51 5.1.3........................................................................................................ Giai đoạn 3: ...............................................................................................54 5.1.4........................................................................................................ Kết quả .....................................................................................................56 5.1.5. Kết luận ............................................................................... 58 5.2. PHẦN THỨ HAI........................................................................................59 5.2.1........................................................................................................ Giai đoạn 1.................................................................................................59 5.2.2........................................................................................................ Giai đoạn 2.................................................................................................62 5.2.3........................................................................................................ Giai đoạn 3.................................................................................................64 5.2.4........................................................................................................ Kết quả .....................................................................................................66 5.2.5........................................................................................................ Kết luận .....................................................................................................68 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 1) BOD (Biochemical Oxygen Demand) – Nhu cầu oxy sinh hoá 2) COD (Chemical Oxygen Demand) – Nhu cầu oxy hoá học 3) EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) – Lớp bùn mở rộng 4) GSS (Gas Solids Separator ) – Tách khí rắn 5) HRT (Hydraulic Retention Times) – Thời gian lưu nước 6) IC (Interal Circulation) - Lưu thông tuần hoàn bên trong 7) MS – UASB (Up – flow Anaerobic Sludge Blanket Multi Stage) - Bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn nhiều bậc 8) SS – Solid Suspension – Chất rắn lơ lửng 9) SMA – Hoạt tính methane 10) TSS – Total Solid Suspension – Chất rắn lơ lửng tổng cộng 11) UASB (Up – flow Anaerobic Sludge Blanket)- Bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn 12) VSS – Vaporize Solid Suspension – Chất rắn lơ lửng bay hơi 13) VSV – Vi sinh vật DANH SÁCH CÁC BẢNG ii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1. Khả năng hịa tan của CO2 trong nước ........................................ 25 Bảng 2: Các loại bùn nuơi cấy ban đầu cho bể xử lý kị khí. ...................... 29 Bảng 3. Thành phần đặc trưng của nước thải từ quy trình sản xuất bánh đậu. ............................................................................................ 34 Bảng 4. Thành phần đặc trưng của nước thải từ quy trình sản tinh bột sắn.36 Bảng 5. Đặc tính của hạt bùn sử dụng trong cột UASB............................. 37 Bảng 6. Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý .......................................... 39 Bảng 7. Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả xử lý ........................... 40 Bảng 8. Kết quả phân tích trong giai đoạn 1 ở nồng độ CODvào= 1000 mg/l (Khơng kiểm sốt nồng độ muối) ................ 49 Bảng 9. Kết quả phân tích trong giai đoạn 2 ở nồng độ CODvào= 1500 mg/l (Khơng kiểm sốt nồng độ muối) ................ 52 Bảng 10. Kết quả phân tích trong giai đoạn 2 ở nồng độ CODvào= 2000 mg/l (Khơng kiểm sốt nồng độ muối) .............................................. 55 Bảng 11. Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu quả xử lý .............................. 57 Bảng 12. Kết quả phân tích trong giai đoạn 1 ở nồng độ muối 0,5 % ........ 60 Bảng 13. Kết quả phân tích trong giai đoạn 2 ở nồng độ muối 0,7 % ........ 63 Bảng 14. Kết quả phân tích trong giai đoạn 3 ở nồng độ muối 0,9 % ........ 65 Bảng 15. Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý ..................... 67 DANH SÁCH CÁC HÌNH iii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1. Sơ đồ quy trình sản xuất nước tương từ đậu nành bằng phương pháp lên men...............................................................................................8 Hình 2. Sơ đồ quy trình sản xuất nước tương từ bánh đậu bằng phương pháp hố giải...............................................................................................9 Hình 3. Sơ đồ chuyển hố vật chất trong điều kiện kị khí.............................. 18 Hình 4. Các dạng quá trình kị khí đã ứng dụng rộng rãi trong thực tế ........... 19 Hình 5. Sơ đồ hầm ủ UASB .......................................................................... 23 Hình 6. Mơ hình thí nghiệm. ......................................................................... 42 Hình 7. Hình thái vi sinh trong bùn sử dụng trong cột UASB........................ 44 Hình 8. Hiệu quả xử lý ở nồng độ CODvào = 1000 mg/l................................. 50 Hình 9. Hiệu quả xử lý ở nồng độ CODvào = 1500 mg/l................................. 53 Hình 10. Hiệu quả xử lý ở nồng độ CODvào = 2000 mg/l............................... 56 Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu quả xử lý.................................... 57 Hình 12. Hiệu quả xử lý ở nồng độ muối 0,5 % ............................................ 61 Hình 13. Hiệu quả xử lý ở nồng độ muối 0,7 % ............................................ 64 Hình 14. Hiệu quả xử lý ở nồng độ muối 0,9 % ............................................ 66 Hình 15. Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý .......................... 67 TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO © 2008 MOITRUONGXANH.INFO – DIỄN ĐÀN MƠI TRƯỜNG VIỆT NAM CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO © 2008 MOITRUONGXANH.INFO – DIỄN ĐÀN MƠI TRƯỜNG VIỆT NAM 1.1. TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao. Do đó, các đòi hỏi về những nhu cầu hàng ngày, ngày càng trở nên khắt khe. Đặc biệt là nhu cầu về ẩm thực. Chính vì thế, các ngành công nghiệp chế biến và sản xuất thực phẩm đóng một vai trò rất quan trọng. Chịu ảnh hưởng bởi cách thức ăn uống của người Trung Hoa, người Việt Nam chúng ta rất thích chế biến cũng như thưởng thức các món ăn có sử dụng nước tương để làm tăng hương vị đậm đà cho thực phẩm. Thêm vào đó, đậu tương là một loại nông sản có năng suất rất cao và trồng được ở rất nhiều nơi trên đất nước ta. Do đó, các nhà máy sản xuất nước tương được xây dựng rộng rãi trên khắp đất nước là một điều dễ hiểu. Tuy nhiên, việc sản xuất nước tương đã thải ra một lượng lơn nước thải gây ra không ít lo ngại cho cuộc sống của người dân sống xung quanh khu vực nhà máy và làm các cấp, các nhà lãnh đạo phải đau đầu bởi vấn đề ô nhiễm môi trường. Hiện trạng nước thải chứa lượng chất hữu cơ cao được thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung của khu dân cư gây ô nhiễm nghiêm trọng là thực trạng chung của các nhà máy sản xuất nước tương. Bên cạnh đó, chưa có một phương án nào được đưa ra nhằm giải quyết vấn đề bức xúc này. Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra các phương pháp xử lý mang tính thiết thực là rất cần thiết. 1.2. MỤC TIÊU - NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.2.1. Mục tiêu
Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương bằng phương pháp UASB và đánh giá hiệu quả.
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến quá trình xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương bằng phương pháp UASB. TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO © 2008 MOITRUONGXANH.INFO – DIỄN ĐÀN MƠI TRƯỜNG VIỆT NAM 1.2.2. Nội dung
Nghiên cứu xử lý nước thải từ quy trình sản xuất nước tương trên môi trường thử nghiệm trong 3 tháng (từ tháng 5/2006 đến tháng 7/2006) ở các nồng độ COD trong nước đầu vào tương ứng 1000 – 1500 – 2000 mg/l. Phân tích các chỉ tiêu pH, COD, N – NH4, P – PO4, NaCl và đánh giá hiệu quả xử lý COD.
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến quá trình xử lý nước thải từ quy trình sản xuất nước tương trên môi trường thử nghiệm với COD được kiểm soát ở 2000 mg/l trong 2 tháng (từ tháng 8/2006 đến tháng 9/2006) với các nồng độ muối trong nước đầu vào tương ứng 0.5 – 0.7 – 0.9 % . Phân tích các chỉ tiêu pH, COD, N – NH4, P – PO4, NaCl và đánh giá hiệu quả xử lý COD. 1.2.3. Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát thành phần, tính chất nước thải từ quá trình sản xuất nước tương.
Xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm.
Phân tích, đánh giá hiệu quả xử lý COD trên môi trường thử nghiệm. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài chú trọng nghiên cứu trong phạm vi sau: Nghiên cứu, phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý COD trong nước thải sản xuất nước tương trên môi trường nhân tạo bằng phương pháp sinh học kị khí ứng dụng cột UASB. Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với mô hình có dung tích 10 lít. 1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Nước thải từ quá trình sản xuất nước tương chứa lượng chất hữu cơ lớn và có mùi rất khó chịu vì thế khi thải trực tiếp vào hệ thống nước thải chung của khu dân TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO © 2008 MOITRUONGXANH.INFO – DIỄN ĐÀN MƠI TRƯỜNG VIỆT NAM cư sẽ cản trở quá trình xử lý nước thải sinh hoạt của khu dân cư, chưa kể đến việc nếu nước thải sinh hoạt của khu dân cư không được xử lý thì lượng nước thải hỗn hợp này sẽ gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường đất và môi trường nước nơi nó bị thải ra. Vì vậy đề tài này sẽ góp phần tìm ra giải pháp làm giảm sự ô nhiễm cho môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng. Bên cạnh đó, đề tài này sẽ đưa ra một số thông số có thể ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương. 1.5. NHU CẦU KINH TẾ XÃ HỘI Nghiên cứu này sẽ đáp ứng nhu cầu hiện nay của xã hội Việt Nam đó là đưa ra một phương pháp xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương hiệu quả về công nghệ cũng như về kinh tế. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 5 --- CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 6 --- Nguyên liệu để sản xuất nước tương là hạt đậu tương. Đậu tương là cây công nghiệp và là cây thực phẩm ngắn ngày có giá trị dinh dưỡng cao. Đậu tương được dùng làm thực phẩm cho người và thức ăn cho chăn nuôi. Đồng thời, đậu tương còn là cây cải tạo đất tốt và là mặt hàng nông sản suất khẩu quan trọng đem lại lợi nhuận cao. Chính vì vậy, cây đậu tương đang là một trong 10 chương trình ưu tiên phát triển của nước ta (TS.VS. Trần Đình Long – Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam). Từ năm 1990 trở lại đây diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương đã không ngừng tăng lên. (Cũng theo TS.VS. Trần Đình Long – Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, diện tích tăng 11,2%, năng suất tăng 46,8% và sản lượng tăng 63,9%). Cũng từ đó, các cơ sở sản xuất nước tương ra đời ngày càng nhiều và phát triển càng rộng. 2.1. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TẠI VIỆT NAM 2.1.1. Hiện trạng sản xuất Nước tương hay còn gọi là xì dầu đang được sử dụng rộng rãi ở Đông Á. Riêng ở Việt Nam, lượng nước tương tiêu thụ hàng tháng ngày càng tăng bởi không chỉ vì hương vị đậm đà thơm ngon của nó mà vì khả năng khắc phục những hư tổn tế bào ở người của nước tương. Người ta phát hiện thấy nước tương - được làm từ đậu tương lên men - có khả năng chống ôxy hoá mạnh gấp khoảng 10 lần rượu vang đỏ và 150 lần so với vitamin C. "Thứ nước chấm này còn thể hiện tiềm năng trong việc làm chậm tốc độ phát triển các căn bệnh tim mạch và suy thoái thần kinh", trưởng nhóm nghiên cứu Barry Halliwell cho biết. Nghiên cứu của Đại học Quốc gia Singapore cũng tìm thấy nước tương cải thiện tới 50% lưu lượng máu chỉ trong vài giờ sau khi sử dụng. Có thể thấy rằng nhu cầu tiêu thụ nước tương ngày càng tăng, tại Tp Hồ Chí Minh hiện nay có khoảng 28 cơ sở sản xuất và phân phối nước tương với chất TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 7 --- lượng được phân làm nhiều loại. Trên cả nước hiện nay có khoảng trên 40 nhà máy sản xuất nước tương có quy mô tương đối lớn và rất nhiều cơ sở sản xuất nước tương vừa và nhỏ khác. Trước đây, sản xuất nước tương được thực hiện bằng phương pháp lên men theo quy trình sau: (Hình 1.) TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 8 --- Hình 1. Sơ đồ quy trình sản xuất nước tương từ đậu nành bằng phương pháp lên men. Hạt đậu tương Nuơi ủ bán rắn 2 ngày Ủ 1 tháng Ủ 12 tháng Lọc Dịch lọc Khử trùng Đĩng chai Thành phẩm VSV gây mùi Ngâm, hấp, cấy mốc Nước, muối Bã tương Tương đặc Đường, gia vị TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 9 --- Hiện nay, hầu hết các cơ sở sản xuất nước tương theo phương pháp hoá giải theo quy trình sau: (Hình 2.) Hình 2. Sơ đồ quy trình sản xuất nước tương từ bánh đậu bằng phương pháp hoá giải. Bánh dầu Xử lý nguyên liệu Trung hịa Lọc thơ Thanh trùng Lắng trong Pha chế Đĩng gĩi Thành phẩm Acid, nước So da Muối TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG --- 10 --- Trong sơ đồ quy trình sản xuất nước tương bằng phương pháp hoá giải ở Hình 2, nguyên liệu chính để sản xuất nước tương là bánh dầu (đậu tương bị ép hết dầu và viên thành từng bánh) với hàm lượng protein đạt từ 40% trở lên. Hóa chất dùng trong sản xuất nước tương gồm :  Acid clohydric: phân giải bánh dầu thành đạm acid amin.  Soda: để trung hòa acid sau khi phân giải xong.  Muối: là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nước tương vì nó điều chỉnh vị và bảo quản sản phẩm.  Nước: là thành phần chính trong sản xuất nước chấm.  Caramen: để điều chỉnh màu cho thích hợp. Quá trình sản xuất nước tương gồm các giai đoạn sau:  Xử lý nguyên liệu: Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nước tương là bánh dầu có nhiều protein. Tại khâu này, bánh dầu được xay nhỏ để tăng khả năng tiếp xúc của bánh dầu với hoá chất. Hoá chất dụng để phân giải là acid clohydric và dung dịch để trung hoà sau quá trình phân giải là cacbonat natri.  Phân giải: Quá trình thuỷ phân xảy ra với điều kiện khắt khe về nhiệt độ, nồng độ acid và thời gian thuỷ phân. Lượng acid sử dụng phải được tính toán chính xác dựa vào phần trăm khối lượng đạm toàn phần.  Trung hoà: Dung dịch thu được sau khi thuỷ phân được trung hoà bằng soda.  Lọc: Dung dịch sau khi trung hoà được dẫn vào thiết bị lọc. Tại đây, chất lượng đạm sẽ được kiểm tra