LUẬN VĂN - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia (1).doc

DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TELE : 0932.091.562
TẢI FILE TÀI LIỆU – SIVIDOC.COM
s
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA MÔI TRƢỜNG
NGUYỄN HOÀNG NHƢ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ MBBR (MOVING BED
BIOFILM REACTOR) ĐỂ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA
Chuyên ngành : Công nghệ Môi trƣờng
MSHV : 10251018
LUẬN VĂN THẠC SĨ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 12/2012

CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. Trần Ứng Long
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ
LUẬN VĂN THẠC SĨ, TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, ngày . . . . . tháng . . . . năm 2013
ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------------------------ ------oOo------
Tp. HCM, ngày 01 tháng 05 năm 2012
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên
Ngày, tháng, năm sinh
: NGUYỄN
: 08/10/1987
HOÀNG NHƢ Giới tính : Nam
Nơi sinh : An Giang
Chuyên ngành : Công nghệ Môi trƣờng
1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm
Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất bia.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Lập mô hình nghiên cứu, kế hoạch lấy mẫu, phân tích các thông số nƣớc thải
đầu vào và đầu ra của mô hình MBBR đối với nƣớc thải từ bể cân bằng của nhà
máy bia Sabmiller.



Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với tính chất nƣớc thải đầu vào đã đề ra.



Đề xuất phƣơng án áp dụng công nghệ

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/05/2012
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/12/2012
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Trần Ứng Long
Nội dung và đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đã đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CN BỘ MÔN
TS. TRẦN ỨNG LONG
TRƢỞNG PHÕNG ĐT – SĐH QL. CHUYÊN NGÀNH
TRƢỞNG KHOA QL NGÀNH
iii

LỜI CẢM ƠN
Thực hiện luận văn cao học thật sự là một thách thức lớn trong quá trình học tập
và công tác, thông qua đógiúp em hoc ̣đƣơc ̣nhiều điều cảtrên lýthuyết lâñ thƣc ̣tiêñ
cuôc ̣sống. Đểcóđƣơc ̣nhƣ̃ng trải nghiêṃ này , em xin gƣ
̉ i lời cảm ơn chân thành đến
thầy Trần Ứng Long đa ̃tạo điều kiện và chỉ dạy em trong suố t khoảng thời gian công
tác và nghiên cƣ
́ u. Với lòng biết ơn, em xin kinh́ chúc Thầy luôn khỏe mạnh.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc Công ty TNHH Sabmiller
Việt Nam, anh Mai Nghi Thuấn, anh Dƣơng Công Chung đa ̃hỗtrơ ̣tôi thực hiện mô
hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu trong suốt quá trình thực nghiệm. Chúc mọi
ngƣời cónhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công việc.
Chân thành cảm ơn gia đinh̀, bạn bè đã luôn động viên giúp tôi có thể vƣợt
qua tất cả khó khăn cho tới hôm nay. Chúc mọi ngƣời luôn bình an, hạnh phúc.
TP.HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2012
Nguyêñ Hoàng Nhƣ
iv

TÓM TẮT
Hiện nay, công nghiệp sản xuất bia, nƣớc giải khát ở Việt Nam đang phát triển
mạnh để phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Quá trình sản xuất có thể phát
sinh ra lƣợng nƣớc thải ngày càng tăng trong khi việc tăng công suất hoạt động của hệ
thống xử lý nƣớc thải hiện hữu gặp phải nhiều khó khăn. Nên đề tài “ Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất
bia” đƣa ra thêm lựa chọn cho việc nâng cấp hệ thống xử lý nƣớc thải hiện hữu trở
nên đơn giản. Mô hình sử dụng hai loại giá thể lơ lửng trong điều kiện hiếu khí tuần tự
là K3 và F10 – 4 ở các mức tải trọng 1 Kg/m3
.ngày, COD dòng vào <400 mg/l, TN
<60 mg/l, TP <13 mg/l thời gian lƣu nƣớc 8h, ở mức tải trọng 1.5, 3, 4.5
KgCOD/m3
.ngày, COD dòng vào <2200mg/l, TN <80 mg/l, TP <21 mg/l và thời gian
lƣu nƣớc tƣơng ứng là 32, 16, 10h. Kết quả cho thấy ở mức tải trọng 1 và 1.5
KgCOD/m3
.ngày, cả hai loại giá thể đều thể hiện ƣu điểm tốt, dòng ra COD <43 mg/l,
TN <14 mg/l, TP <4 mg/l đáp ứng đƣợc QCVN 24:2009/BTNMT, loại A. Ở các mức
tải trọng cao hơn, TN <14 mg/l đạt loại A theo tiêu chuẩn trên, Tp <5mg/l đạt loại B
theo thiêu chuẩn trên, COD đạt hiệu quả xử lý trung bình đến 92%.
v

ABSTRACT
In Vietnam, beverage industry have very good growth base on the social
development. Manufacturing process can generate increasing amount of wastewater
while increasing the operational capacity of the existing wastewater treatment system
encountered many difficulties. This research was studied on application of Moving
Bed Biofilm Reactor for brewing wastewater treatment, given more options for
upgrading existing wastewater treatment system. This experiment use two types of
media are K3 and F10 – 4 in difference organic loading rates 1 KgCOD/m3
.day (outlet
of UASB tank), average characteristics of wastewater: COD lower than 400 mg/l, TN
lower than 60 mg/l and TP lower than 13 mg/l, hydraulic retention time is 8h ; 1.5, 3,
4.5 KgCOD/m3
.day, average characteristics of wastewater: COD lower than 2200
mg/l, TN lower than 80 mg/l and TP lower than 21 mg/l, hydraulic retention time are
32, 16, 10h. The experimental result shown that in OLR 1 and 1.5 KgCOD/m3
.day,
effluent: COD lower than 43 mg/l, TN lower than 14 mg/l, TP lower than 4 mg/l and
meet QCVN 24:2009/BTNMT, level A; the remaining OLR, TN lower 14 mg/l meet
level A, TP lower 5 mg/l meet level B and average efficiency of COD is 92%.
vi

Mục Lục
MỤC LỤC
TÓM TẮT........................................................................................................................................................ V
MỤC LỤC ..................................................................................................................................................... VI
DANH MUC̣ BẢNG................................................................................................................................. IX
DANH MUC̣ HÌNH..................................................................................................................................... X
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................................. XIII
CHƢƠNG 1..................................................................................................................................................... 1
MỞ ĐÂ
̀
U........................................................................................................................................................... 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................................ 2
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CƢ
́ U ................................................................................................ 3
1.3. ĐỐI TƢƠNG̣ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CƢ
́ U............................................................ 3
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn bao gồm.......................................................... 3
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu............................................................................................................. 3
1.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ
́ U.................................................................................... 4
1.4.1. Phƣơng pháp hồi cƣ
́ u......................................................................................................... 4
1.4.2. Phƣơng pháp thínghiêṃ vàphân tich́........................................................................... 4
1.4.3. Phƣơng pháp nghiên cƣ
́ u mô hinh̀............................................................................... 4
1.4.4. Phƣơng pháp xƣ
̉ lýsốliêụ................................................................................................. 4
1.4.5. Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn.................................................................... 4
CHƢƠNG 2..................................................................................................................................................... 5
TÔ
̉
NG QUAN ................................................................................................................................................. 5
2.1. TÔ
̉
NG QUAN VÊ
̀
NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA........................................................ 6
2.1.1. Quá trình sản xuất bia......................................................................................................... 6
2.1.2. Thành phần ô nhiễm............................................................................................................ 8
2.1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia...................................................................10
2.1.4. Tổng quan Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller.........................11
2.2. TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC.........................................16

vi

Mục Lục
2.2.1. Phƣơng pháp sinh học ....................................................................................................16
2.2.2. Phƣơng pháp sinh học loại bỏ nitrogen....................................................................21
2.3. TÔ
̉
NG QUAN VÊ
̀
CÔNG NGHỆ MBBR ....................................................................27
2.3.1. Giới thiệu về công nghệ MBBR ..................................................................................27
2.3.2 Giá thể di động........................................................................................................................28
2.3.3. Lớp màng biofilm...............................................................................................................30
2.3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR...............32
2.3.5. Ứng dụng công nghệ MBBR.........................................................................................34
2.5. NHỮNG THUẬN LỢI VÀ HẠN CHẾ CỦA CÔNG NGHỆ MBBR...................40
2.5.1. Thuận lợi...................................................................................................................................40
2.5.2. Hạn chế......................................................................................................................................40
2.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR .............................40
2.4.1. Hệ thống xử lý nƣớc thải khu tự trị Sharjah ..........................................................40
2.4.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa .........................................44
2.4.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo Việt Nam............................46
2.4.3. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy chế biến thủy sản Minh Phú – Hậu
Giang.......................................................................................................................................................50
CHƢƠNG 3...................................................................................................................................................54
CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .......................................................................................54
3.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................................55
3.1.1. Nƣớc thải...............................................................................................................................55
3.1.2. Giá thể .....................................................................................................................................55
3.2. MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU..................................................................................................56
3.2.1. Thiết kế mô hình.................................................................................................................56
3.2.2. Kích thƣớc trong mô hình..............................................................................................58
3.2.3. Các chi tiết thiết bị trong mô hình...............................................................................59
3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU...............................................................................................56
3.3.1. Thí nghiệm thích nghi trên giá thể K3 ......................................................................57

vii

Mục Lục
3.3.2. Thí nghiệm 1.........................................................................................................................58
3.3.3. Thí nghiệm 2.........................................................................................................................59
3.3.4. Thí nghiệm 3.........................................................................................................................59
3.3.5. Thí nghiệm 4.........................................................................................................................60
3.3.6. Thí nghiệm 5.........................................................................................................................60
3.3.7. Thí nghiệm thích nghi, thí nghiệm 6; 7; 8; 9..........................................................61
3.4. QUY TRÌNH LẤY MẪU VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ........................62
3.4.1. Quy trình lấy mẫu...............................................................................................................62
3.4.1. Phƣơng pháp phân tích....................................................................................................62
CHƢƠNG 4...................................................................................................................................................64
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...................................................................................................................64
4.1. KẾT QUẢ VẬN HÀNH Ở GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI......................................65
4.1.1. Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể K3 .............................................65
4.1.2. Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể F10 – 4....................................68
4.2. KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIẢ THỂ K3.....................................71
4.2.1. So sánh hiệu quả xử lý COD, TN, TP và hàm lƣợng MLSS trên mô hình
có tuần hoàn và không tuần hoàn nƣớc ở tải trọng OLR=1.5 KgCOD/m3
.ngày .. 71
4.2.2. Đánh giá kết quả phân tích trên mô hình với giá thể K3 ..................................74
4.3. KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIÁ THỂ F10-4.....................................79
4.2.1. Diễn biến của chỉ tiêu pH................................................................................................80
4.2.2. Diễn biến của chỉ tiêu DO ..............................................................................................80
4.2.3. Hiệu quả xử lý COD .........................................................................................................81
4.2.4. Hiệu quả xử lý TN, TP.....................................................................................................82
4.2.3. Diễn biến MLSS của màng vi sinh.............................................................................83
4.4. ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR VÀO NÂNG
CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY SABMILLER...........................86
4.4.1. Đánh giá kết quả phân tích với nƣớc thải lấy từ đầu ra của bể UASB.........86
4.4.2. Đề xuất phƣơng án nâng cấp Hệ thống xử lý nƣớc thải hiện tại....................90
KÊ
́
T LUÂṆ VÀKIÊ
́
N NGHỊ.................................................................................................................92

viii

Mục Lục
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................94
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.....................................................................................................................96
PHÂ
̀
N PHU ̣LUC̣.........................................................................................................................................97
PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH.........................................................................................97
PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU.........109

ix

Danh Muc ̣
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Ngƣỡng giá trị chung của nƣớc thải trong công đoạn sản xuất bia................... 8
Bảng 2.2. Đặc tính nƣớc thải một số nhà máy sản xuất bia....................................................... 9
Bảng 2.3. Thông số nƣớc thải đầu vào hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sabmiller
13
Bảng 2.4. Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng.......................................................18
Bảng 2.5. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nƣớc......................................23
Bảng 2.6. Thông số các loại giá thể Anox Kaldnes......................................................................28
Bảng 2.7. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nƣớc......................................37
Bảng 2.8. So sánh thông số thiết kế của MBBR với các công nghệ khác ..........................40
Bảng 2.9. Thông số thiêt kế cho hệ MBBR – keo tụ - tuyển nổi............................................41
Bảng 2.10. Thông số thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải Sharjah ............................................42
Bảng 2.11. Kết quả thí nghiệm của hệ thống xử lý nƣớc thải khu tự trị Sharjah............43
Bảng 3.1. Các thông số nƣớc thải đầu vào của mô hình............................................................55
Bảng 3.2. Thông số các loại giá thể sử dụng trong mô hình ...................................................55
Bảng 3.3. Các thông số vận hành trong giai đoạn thích nghi...................................................57
Bảng 3.4. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 1..........................................................................58
Bảng 3.9. Thời gian thực hiện mô hình trên giá thể F10 – 4 và tải trọng bề mặt............61
Bảng 3.10. Diễn giải các vị trí lấy mẫu..............................................................................................62
Bảng 3.11. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu.............................................................................62
Bảng 4.1. Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3
.ngày trên giá thể K3 ....................65
Bảng 4.2. Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3
.ngày trên giá thể F10-4 ..............68
Bảng 4.3. So sánh kết quả vận hành mô hình MBBR trên hai loại giá thể ........................85

Danh Muc ̣
DANH MUC̣ HÌNH
Hình 2.1. Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải. ...................................................................... 7
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia điển hình......................................10
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller.....................................14
Hình 2.4. Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller. ...................................................16
Hình 2.5. Sơ đồ đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang. ..............................21
Hình 2.6. Sơ đồ đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng. ................................21
Hình 2.7. Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học. ....................................22
Hình 2.8. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR..............................................................................27
Hình 2.9. Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O. ................................29
Hình 2.10. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong. .................30
Hình 2.11. Mặt cắt lớp màng vi sinh trên giá thể K1...................................................................31
Hình 2.12. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng......................................................32
Hình 2.13. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể.................................................................33
Hình 2.14. Hệ MBBR khử hữu cơ và nitrogen...............................................................................34
Hình 2.15. Các quy trình công nghệ tách sinh khối trong nƣớc sau khi qua MBBR. ..35
Hình 2.16. Công nghệ MBBR xử lý hữu cơ....................................................................................36
Hình 2.17. Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và phosphorus...............................................36
Hình 2.18. Quy trình xử lý BOD và chất dinh dƣỡng. ...............................................................38
Hình 2.19. AnoxKaldnesTM
– bể MBBR độc lập.........................................................................38
Hình 2.20. HybasTM
– quy trình kết hợp.........................................................................................39
Hình 2.21. LagoonGuardTM
– quy trình hồ sinh học..................................................................39
Hình 2.22. BasTM
– quy trình kết hợp. ..............................................................................................39
Hình 2.23. Hệ MBBR kết hợp keo tụ. ................................................................................................41
Hình 2.24. Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và photpho......................................................43
Hình 2.25. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa............................44
Hình 2.26. Lƣới chặn giá thể, thiết bị trộn tĩnh và máy thổi khí trong hệ MBBR.........46
x

Danh Muc ̣
Hình 2.27. Giá thể K3 – Anox Kaldnes trƣớc khi cho vào bể MBBR................................46
Hình 2.28. Sơ đồ công nghệ Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo................47
Hình2.29 . Giá thể K3 trong giai đoạn hình thành màng của Nhà máy bia Sapporo....49
Hình 2.30. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo....................................................50
Hình 2.31. Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải Minh Phú – Hậu Giang......................51
Hình 2.32. Trƣớc và sau khi hình thành màng trên giá thể K3 của hệ thống xử lý nƣớc
thải Minh Phú – Hậu Giang. ...................................................................................................................52
Hình 3.1. Các loại giá thể sử dụng trên mô hình MBBR...........................................................56
Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ mô hình MBBR....................................................................................57
Hình 3.3. Mô hình MBBR thực tế........................................................................................................58
Hình 3.4. Kích thƣớc bể MBBR1-2 và bể lắng.............................................................................58
Hình 3.5. Các thiết bị chính trong mô hình MBBR......................................................................59
Hình 3.6. Các phụ kiện trong mô hình...............................................................................................59
Hình 3.7. Sơ đồ mô hình thí nghiệm...................................................................................................60
Hình 3.8. Tóm tắt các nội dung thí nghiệm......................................................................................56
Hình 3.9. Men vi sinh Biosystem B560HV sử dụng nuôi cấy vi sinh. ................................58
Hình 3.10. Các vị trí lấy mẫu. ................................................................................................................62
Hình 4.1. Bọt trắng nổi trên bề mặt bể phản ứng trong giai đoạn thích nghi....................65
Hình 4.2. Diễn biến pH và DO trong giai đoạn thích nghi........................................................66
Hình 4.3. Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 3 và 20. .................................67
Hình 4.4. Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn
thích nghi.........................................................................................................................................................68
Hình 4.5. Bọt trắng xuất hiện trên bề mặt bể MBBR trong quá trình làm đầy bể. .........69
Hình 4.6. Diễn biến pH và DO trong giai đoạn thích nghi trên giá thể F10-4. ................70
Hình 4.7. Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn
thích nghi.........................................................................................................................................................70
Hình 4.8. Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 7 và ngày thứ 20......71
Hình 4.9. Diễn biến pH và DO ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3
.ngày trên giá thể K3.
72

xi

Danh Muc ̣
Hình 4.10. Diễn biến COD và MLSS ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3
.ngày trên giá thể
K3.......................................................................................................................................................................73
Hình 4.11. Diễn biến TN và TP ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3
.ngày trên giá thể K3.
73
Hình 4.12. Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể K3...................................................................74
Hình 4.13. Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3..................................................................75
Hình 4.14. Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể K3....................................................76
Hình 4.15. Hiệu quả xử lý TN, TP thí nghiệm trên giá thể K3...............................................77
Hình 4.16. Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể K3...............................................78
Hình 4.17. Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 78 và 95. ............................79
Hình 4.18. Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể F10-4.............................................................80
Hình 4.19. Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3..................................................................81
4.2.3. Hiệu quả xử lý COD .........................................................................................................81
Hình 4.20. Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể F10 – 4. .........................................82
4.2.4. Hiệu quả xử lý TN, TP.....................................................................................................82
Hình 4.21. Hiệu quả xử lý TN, TP trên giá thể F10-4.................................................................83
4.2.3. Diễn biến MLSS của màng vi sinh.............................................................................83
Hình 4.22. Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể F10-4.........................................84
Hình 4.23. Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 56 và 77....................85
Hình 4.24. Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 5............................................................................86
Hình 4.25. Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 5...................................87
Hình 4.26. Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 5. ...87
Hình 4.27. Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 5. ......................................................................88
Hình 4.28. Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 9............................................................................88
Hình 4.29. Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 9...................................89
Hình 4.30. Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 9. ...89
Hình 4.31. Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 9. ......................................................................90
Hình 4.32. Sơ đồ công nghệ đề xuất áp dụng mô hình MBBR cho nhà máy bia
Sabmiller. ........................................................................................................................................................91

xii

Danh Muc ̣
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD5 Nhu cầu oxy sinh hoá 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand 5 days)
COD Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand)
DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)
F/M Tỉ số cơ chất/vi sinh (Food/Microorganism)
HRT Thời gian lƣu nƣớc thuỷ lực (Hydraulic Retention Time)
MBBR Xử lý sinh học với giá thể lơ lửng (Moving Bed Biofilm Reactor)
MLSS Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng ( Mixed Liquor Suspended Solids)
MLVSS Hàm lƣợng chất rắn bay hơi (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)
OLR Tải lƣợng chất hữu cơ (Organic loading rate)
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
SRT Thời gian lƣu bùn (Sludge retention time)
TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)
SVI Thể tích lắng của bùn (Sludge volume index)
TKN Tổng nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl nitrogen)
TN Tổng nitơ (Total Nitrogen)
TP Tổng Phốtpho (Total Phosphorus)
VFA Acid béo bay hơi (Volatile Fat Acid)
SVI Chỉ số thể tích bùn (Sludge Volumn Index)
SALR Tải trọng bề mặt (Surface Area Loading Rate)
SARR Tải trọng bề mặt xử lý (Surface Area Removal Rate)
UASB Bể xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngƣợc (Up-ward flow Anaerobic
Sludge Blanket)
KCN Khu công nghiệp

xiii

Chƣơng 1. Mở đầu
CHƢƠNG 1
MỞĐÂ
̀
U

1

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Bia đƣợc đƣợc con ngƣời biết đến từ rất lâu, nhiều chứng cứ cho thấy nó có từ
hơn 5000 năm trƣớc Công nguyên. Ngành công nghiệp bia bắt đầu ở Việt Nam cách
đây trên 100 năm. Hiện nay, nhu cầu sống của xã hội ngày càng tăng cao: nhu cầu giải
trí, vui chơi, thƣởng thức những điều thú vị mới, ...và bia là một trong những đồ uống
đƣợc ƣa chuộng nhiều nhất để sử dụng trong các hoạt động này do đó chỉ trong thời
gian ngắn, ngành sản xuất bia đã có những bƣớc phát triển mạnh mẽ. Mức tiêu thụ bia
bình quân theo đầu ngƣời vào năm 2011 dự kiến là 28 lít/ngƣời/năm. Bình quân
lƣợng bia tăng 20% mỗi năm. Các nhà máy bia đƣợc đầu tƣ và xây dựng rất nhiều.
Ngoài việc sản xuất bia, các nhà máy này cũng thải ra một lƣợng lớn nƣớc thải mang
đặc trƣng của ngành. Nƣớc thải do sản xuất rƣợu bia thải ra thƣờng có đặc tính chung
là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nƣớc thải thƣờng có màu xám đen và khi thải vào các thủy
vực đón nhận thƣờng gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân hủy của các chất hữu cơ
diễn ra rất nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất nhƣ
CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3…Những chất này cùng với các chất hữu cơ
trong nƣớc thải có khả năng đe dọa nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không
đƣợc xử lý hợp lý.
Khu vực phía Nam hiện nay đang có nhiều thƣơng hiệu bia nổi tiếng với quy
mô sản xuất lớn nhƣ nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia Việt Nam, nhà máy bia
Sabmiller, nhà máy bia Sapporo… Các nhà máy bia này đã đầu tƣ rất kỹ lƣỡng ngay
từ đầu cho công tác xử lý nƣớc thải để giảm thiểu ô nhiễm khi xả thải ra nguồn tiếp
nhận. Tuy nhiên, công suất của nhà máy có thể nâng lên trong một giai đoạn nhất định
hoặc theo thời gian sẽ mở rộng quy mô sản xuất và điều cần thiết khi này là phải có
biện pháp vận hành, cải tạo để hệ thống xử lý nƣớc thải có thể đáp ứng tốt yêu cầu vận
hành mới.
Công nghệ xử lý sinh học hiếu khí truyền thống dựa trên hoạt động của vi sinh
vật lơ lửng (quá trình bùn hoạt tính) có hiệu quả đối với chất hữu cơ và dinh dƣỡng
nhƣng vẫn còn một số vấn đề đi kèm nhƣ khả năng lắng của bùn, cần khối tích phản
ứng và lắng lớn, tiêu tốn năng lƣợng dòng tuần hoàn...[12].
Trong khi đó quá trình màng sinh học với giá thể di động (MBBR) đã đƣợc
phát triển ở Nauy từ thập niên 80. MBBR đạt đƣợc hiệu quả xử lý sinh học cao cơ bản
dựa trên sự kết hợp lợi điểm của quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học.
Từ những tính chung của các vấn đề nêu trên giúp tôi xác định tính cần thiết khi
lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR(Moving Bed Biofilm
Reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia”.

2

1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cƣ
́ u , đánh giá hiêụ quảx ử lý chất hữu cơ và dinh dƣỡng của mô hình
MBBR hiếu khí bằng giá thể K3 và F10-4 ở các tải trọng 1.5 kg COD/m3
ngày.đêm; 3
kg COD/m3
ngày.đêm và 4.5 kg COD/m3
ngày.đêm
Đề xuất phƣơng án cải tạo Hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Sabmiller
khi cần tăng công suất hoạt động.
1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn bao gồm
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phƣơng pháp xử
lý nƣớc thải sản xuất bia hiện nay.
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến hiệu quả xử lý nƣớc
thải sản xuất bia của phƣơng pháp MBBR.
Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia
bằng phƣơng pháp xử lý MBBR, gồm có:
 Thiết lập mô hình xử lý và phƣơng pháp vận hành mô hình.

 Sử dụng giá thể K3 cho mục đích nghiên cứu.

 Sử dụng giá thể F10-4 cho mục đích nghiên cứu.

 Vận hành mô hình thực nghiệm với tải trọng khác nhau.

 Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của mô hình nghiên cứu theo các vị trí
nghiên cứu nhất định.

 Đánh giá khả năng ứng dụng của phƣơng pháp MBBR vào hệ thống xử lý
nƣớc thải của nhà máy bia Sabmiller.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Thực nghiệm đƣợc tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm (bench-scale
experiments) đặt tại phòng thí nghiệm Nhà máy bia Sabmiller, KCN Mỹ Phƣớc II,
huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dƣơng.
 Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm:

Mô hình hiếu khí với giá thể K3.



Mô hình hiếu khí với giá thể F10-4.


 Đánh giá hiệu quả xử lý COD và chất dinh dƣỡng với HRT với tải trọng:

3


Mô hình hiếu khí: OLR lần lƣợt là 1.5 kg COD/m3
.ngày, 3 kg
COD/m3
/ngày và 4.5 kg COD/m3
.ngày

Nƣớc thử nghiệm: nƣớc thải sản xuất bia đƣợc lấy từ bể cân bằng và sau bể
UASB của Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sabmiller.
Nghiên cứu đƣợc tiến hành trong khoảng thời gian từ 01/05/2012 – 15/12/2012.
1.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ
́ U
1.4.1. Phƣơng pháp hồi cƣ
́ u
Trong quá trình thực hiện đề tài, các thông tin, tài liệu, số liệu về đối tƣợng
nghiên cứu trên tất cả các nguồn nhƣ: sách báo, giáo trình, tạp chí, internet… sẽ đƣợc
thu thập và sƣu tầm. Những tài liệu, số liệu này sẽ đƣợc lựa chọn, phân tích, tổng hợp
làm cơ sở cho việc định hƣớng và thực hiện nghiên cứu.
1.4.2. Phƣơng pháp thínghiêṃ vàphân tích
Toàn bộ kỹ thuật lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trƣờng đƣợc tiến hành
theo đúng các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế (theo
Standard Methods).
1.4.3. Phƣơng pháp nghiên cƣ
́ u mô hinh̀
Khảo sát hiệu quả xử lý COD và chất dinh dƣỡng trên mô hình MBBR hiếu khí.
1.4.4. Phƣơng pháp xƣ
̉ lýsốliêụ
Sử dụng các phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để phân tích và tối ƣu hoá quá
trình thí nghiệm. Đồng thời xử lý số liệu kết quả thí nghiệm bằng phần mềm Excel.
1.4.5. Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn
Hiện nay, nghiên cứu về hệ thống MBBR để xử lý nƣớc thải của các ngành sản
xuất đặc trung nhƣ nƣớc thải sản xuât bia chỉ ở bƣớc đầu và đang hạn chế về số lƣợng.
Chính vì vậy việc lựa chọn hƣớng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp lý.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở ban đầu để ứng dụng cho một hệ thống MBBR mới
hoặc cải tạo, nâng cấp hệ thống cũ.

4

Chƣơng 2. Tổng quan
CHƢƠNG 2
̉
TÔNG QUAN

5

̉ ̀ ́
2.1. TÔNG QUAN VÊ NƢƠC THẢI SẢN XUẤT BIA
2.1.1. Quá trình sản xuất bia [2]
Các nhà máy bia trên thế giới ngày nay đều dùng nguyên liệu là thóc malt (đại
mạch nảy mầm)khoảng 70% và các lạoi bọt nhƣ gạo, ngô, mạch (không phải malt)
khoảng 30%, ngoài ra còn dùng hoa hublon, các loại bột trợ lọc nhƣ diatomit,
bentonit…
2.1.1.1. Quy trình chung:
Quy trình sản xuất bia bao gồm các công đoạn nhƣ sau:

Nấu – đƣờng hóa: nấu bột và trộn với malt, cho thủy phân dịch bột thành


đƣờng, lọc bỏ bã các loại bột, bã hoa hublo. Nƣớc thải của công đoạn này
giàu các chất hydrocacbon, xenlulozơ, pentozơ, trong vỏ trấu, các mảnh
hạt và bột, các cục vón… cùng với các xác hoa, một ít tannin, các chất
đắng, chất màu.


Công đoạn lên men chính và lên men phụ:nƣớc thải nƣớc thải của công
đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin
cùng với bia cặn.



Giai đoạn thành phẩm: lọc, bão hòa CO2, chiết block, đóng chai, hấp chai.


Nƣớc thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…

6

Nƣớc cấp Nƣớc mềm
để rửa sàn,
thiết bị
Hơi nƣớc
Enzym
Hoa hublon
Hơi nƣớc
Malt Gạo
Chuẩn bị nguyên liệu
Nấu – đƣờng hóa
Lọc dịch đƣờng Bã malt
Nấu hoa
Glycol hay
nƣớc đá
Men giống
Hoạt hóa và
dùng lại men
Chất trợ lọc
Hơi Sút
Chai
Rửa chai
Lon
Nƣớc thải
Tách bã
Làm lạnh
Lên men chính, phụ
Sục khí
Lọc bia
Bão hòa CO2
Chiết chai, lon
Đóng nắp
Bã malt
Nén CO2 Bã men
Bia hơi
Hơi nƣớc Thanh trùng
Kiểm tra, dán nhãn, nhập kho
Nƣớc thải
Sản phẩm
Hình 2.1. Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải.

7

2.1.2. Thành phần ô nhiễm
Nƣớc thải của các nhà máy bia khoảng gấp 6 lần so với bia thành phẩm,
bao gồm:

Nƣớc lẫn bã malt và bột sau khi láy dịch đƣờng. Để bã trên sang lƣới,
nƣớc sẽ tách khỏi bã..



Nƣớc rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại thiết
bị khác.



Nƣớc rửa chai và téc chứa.



Nƣớc rửa sàn, phòng lên men, phòng trữ.



Nƣớc thải từ nồi hơi.



Nƣớc thải sinh hoạt.



Nƣớc thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lƣợng chlorite cao (tới
50mg/l), cacbonate thấp.

Nói chung nƣớc thải trong các công đoạn sản xuất chứa nhiều các chất hữu cơ
và có các chỉ số sau:
Bảng 2.1. Ngưỡng giá trị chung của nước thải trong công đoạn sản xuất bia
Thành phần Giá trị
BOD5
Khoảng 1000 mg/l (nếu không kịp tách
men, chỉ số này sẽ cao hơn rất nhiều)
COD/BOD 1.6–1
pH 5–11
Tải trọng BOD5
500 Kg/ngày (với xí nghiệp có công suất
16 triệu lít/năm, khoảng 80,000 l/ngày)
BOD5 cho 1 lít bia 6g
Các chất hữu cơ (các hợp chất hydrocacbon, protein, acid hữu cơ cùng các chất
tẩy rửa) có nồng độ cao, nồng độ các chất rắn, thô, hoặc kết lắng thấp.
Nƣớc rửa chai cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công
nghệ sản xuất bia. Về nguyên lý, chai có thể đóng bia đƣợc rửa qua các bƣớc: rửa với
nƣớc nóng, rửa bằng dung dịch kềm loãng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch
bẩn và nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên ngoài
chai, sau đó là rửa sạch bằng nƣớc nóng và nƣớc lạnh. Do đó, dòng thải của quá trònh
rửa chai có độ pH cao và làm cho dòng thải chung có độ pH kiềm tính.
Trong sản xuất bia, nƣớc thải ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự
khác nhau có thể chỉ là áp dụng phƣơng pháp lên men nổi hay men chìm. Nhƣng sự khác
nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nƣớc cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị,

8

sàn nhà… Điều đó dẫn đến tải lƣợng nƣớc thải và hàm lƣợng các chất ô nhiễm của
nhà máy bia rất khác nhau. Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nƣớc và công
nghệ rửa tiết kiệm nƣớc thì lƣợng nƣớc thấp. Định mức nƣớc cấp: 4 – 8 m3
/1000 lít
bia, tải lƣợng nƣớc thải: 2.5 – 6 m3
/lít bia
Với các biện pháp sử dụng nƣớc hiệu quả nhất thì định mức nƣớc thải của nhà
máy bia không thể thấp hơn 2 – 3 m3
/1000 lít bia sản phẩm. trung bình lƣợng nƣớc thải
………………………………………………………………………….
Bảng 2.2. Đặc tính nước thải một số nhà máy sản xuất bia.
Thông số Đơn vi ̣ Nƣơc sông
́
pH - 5.7- 11.7
BOD5 mg/l 185 – 2400
COD mg/l 310 – 3500
TN mg/l 48 – 348
TP mg/l 1.4 – 9.09
SS mg/l 158 - 1530
Tải lƣợng nƣớc thải m3
/1000 lít bia 4 – 8
Trọng trọng ô nhiễm KgBOD5/1000 lít bia 3 – 6
Lƣu lƣợng dòng thải và đặc tính dòng thải trong công nghệ sản xuất bia còn
biến đổi theo chu kỳ và mùa sản xuất.
Do đặc tính nƣớc thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lƣợng hữu cơ
cao ở trạng thái hòa tan và trạn thái lơ lửng, trong đó chủ yếu là hydrocacbon, protein
và các acid hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học. Tỉ lệ BOD5/COD nằm
trong khoảng từ 0.5 – 0.7 nên thích hợp với phƣơng pháp xử lý sinh học. Tuy nhiên,
trong những trƣờng hợp thiếu các chất dinh dƣỡng nhƣ nitrogen, phosphorus cho quá
trình phát triển của vi sinh vật, cần phải bổ sung kịp thời.
Nƣớc thải trƣớc khi đƣa vào xử lý sinh họpc cần phải qua sàng, lọc, để tách
các tạp chất thô nhƣ giấy nhãn, nút bấc và các loại hạt rắn khác. Đối với dòng thải rửa
chai có giá trị pH cao cần đƣợc trung hòa bằng khí CO2 của quá trình lên men hay
bằng khí thải của nồi hơi.

9

2.1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia
2.1.3.1. Xử lý sơ bộ nước thải
Nƣớc thải rửa chai lọ và téc cần qua một sàn tuyển để loại bỏ mảnh thủy tinh
vỡ và nhãn giấy. nƣớc thải sản xuất hỗn hợp cần cho các bể tách dầu trƣớc khi xử lý
sinh học.
Nƣớc thải sản xuất và nƣớc thải vệ sinh tập trung vào một hệ thống đƣợc xử lý
bằng bể sục một giai đoạn: nƣớc làm lạnh và nƣớc mƣa thải vào nơi tiếp nhận không
cần xử lý.
Quy trình công nghệ xử lý nƣớc thải của các nhà máy bia thƣờng chọn phƣơng
pháp sinh học hiếu khí với kỹ thuật bùn hoạt tính.
Chắn rác Bể
Loại dầu,
Aerotank lắng
Nƣớc thải
lắng
Bùn hồi lƣu
Khử
trùng
Nƣớc
lắng
bùn
Làm phân Ép bùn
compost
Bùn dƣ
Bể nén bùn
Nƣớc thải
đầu ra
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia điển hình.
2.1.3.1. Xử lý sinh học
Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý hiếu khí, kỵ khí hay phƣơng pháp kết hợp và
thiết bị sinh học để xử lý nƣớc thải công nghiệp bia phụ thuộc vào đặc tính nƣớc thải.
lƣu lƣợng nƣớc thải, điều kiện kinh tế - kỹ thuật và diện tích sử dụng cho phép.
Trong hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp bia thƣờng dùng các phƣơng pháp sinh
học sau:

Phƣơng pháp bùn hoạt tính (Aerotank) với tải lƣợng bùn F/M = 0.05 – 0.1
KgBOD5/Kgbùn/ngày và SV tới 270 ml/g. Do hàm lƣợng hữu cơ dạng
hydrocacbon cao, nếu thiếu chất dinh dƣỡng nhƣ nitrogen, phosphorus thì quá
trình dễ sinh ra vi sinh dạng sợi và bùn khó lắng. Càng hạn chế bã men trong
nƣớc thải, vận hành thiết bị với tải trọng bùn không cao sẽ hạn chế đƣợc quá
trình tạo bùn dạng sợi.


10


Phƣơng pháp màng sinh học hiếu khí: với các thiết bị dạng tháp, trong có lớp
đệm bằng các hạt nhân tạo (nhựa, gỗ…) loại này thƣờng có tải trọng thể tích từ
1 – 1.6 KgBOD5/m3
.ngày và tải lƣợng bùn F/M = 0.4 – 0.64 Kg/m3
.ngày.



Hồ sinh học hiếu khí: có thể gồm một hoặc nhiều hồ nối tiếp hay song song
đƣợc sục khí, vận hành với tải lƣợng thể tích tối đa từ 0.025 – 0.03
KgBOD5/m3
.ngày. và sau đó có bể lắng với thời gian lƣu là 1 ngày. Đáy hồ
phải chống thấm và đòi hỏi diện tích lớn (100m2
/1000 lít bia sản phẩm.ngày).



Phƣơng pháp kị khí sử dụng để xử lý nƣớc thải có lƣợng chất hữu cơ ô nhiễm
cao (COD > 2000 mg/l). Do phƣơng pháp yếm khi có ƣu điểm lƣợng bùn sinh
ra ít, tiêu tốn ít năng lƣợng (không cần sục khí) và tạo ra khí methane có giá trị
năng lƣợng nên nhiều nhà máy bia trong và ngoài nƣớc đã sử dụng phƣơng
pháp này để xử lý nƣớc thải.



Hoặc do yêu cầu của dòng thải ra, nƣớc thải bia cần đƣợc xử lý kỵ khí trƣớc để
làm giảm tải trọng ô nhiễm trƣớc khi đƣa vào xử lý hiếu khí, kết hợp giữa
phƣơng pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí.

2.1.4. Tổng quan Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller [3, 5]

Công ty TNHH Sabmiller Việt Nam



Địa chỉ: Lô A, KCN Mỹ Phƣớc 2, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dƣơng

2.1.4.1. Các công đoạn sản xuất bia
a. Nguyên vật liệu
Đại mạch và gạo đƣợc vận chuyển bằng container và đƣợc kiểm tra chất lƣợng
trƣớc khi nhập vào các bồn chứa. Hệ thống nhập tự động sẽ chuyển đại mạch và gạo
vào trong các silo bồn chứa. Trong quá trình nhập liệu, những chất bẩn nhƣ đá, rơm
rạ… sẽ bị loại bỏ bằng hệ thống sàn ray trong khi nhập vào silo bồn chứa bao gồm 2
silo chứa đại mạch (300 tấn/silo) và 1 silo chứa gạo (50 tấn).
Các nguyên liệu khác phù hợp với tiêu chuẩn thực phẩm (houlon, hóa chất, bột
lọc…) cũng đƣợc qua khâu kiểm nghiệm trƣớc khi đƣa vào sản xuất.
Nguyên tắc FIFO đƣợc áp dụng cho tất cả các nguyên vật liệu sử dụng trong
quá trình sản xuất.
b. Nấu dịch đƣờng
Đại mạch và gạo ở tỷ lệ nhất định đƣợc nghiền nát và hòa với nƣớc cho vào nồi
nấu. Hỗn hợp này đƣợc gia nhiệt để trích ly đƣờng và chất đạm có trong đại mạch và gạo.
Hỗn hợp sau đó đƣợc đem lọc để tách dịch đƣờng. Bã hèm chuyển vào bồn chứa để dùng
cho thức ăn gia súc. Dịch đƣờng đƣợc làm trong và làm lạnh chuyển vào bồn
11

lên men sẵn sàng cho giai đoạn lên men. Toàn bộ quá trình này hoàn toàn tự động và
đƣợc điều khiển bằng hệ thống máy tính.
c. Lên men
Trong quá trình chuyển dịch đƣờng lạn vào bồn lên men, men và không khí
đƣợc thêm vào và quá trình lên men bắt đầu. men sẽ chuyển hóa đƣờng có trong dịch
đƣờng thành cồn, khí cacbonite và hƣơng thơm đặc trƣng cho bia. Quá trình lên men
đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian quy định bao gồm 02 giai đoạn chính: giai đoạn
lên men chính ở nhiệt độ từ 12 – 150C và giai đoạn tồn trữ ở nhiệt độ 0 – (-10C). Men
đƣợc thu hồi ở cuối quá trình lên men và đƣợc sử dụng lại cho những mẻ sau. Khí
cảbonic thoát ra trong quá trình lên men đƣợc thu hồi và dùng cho các quá trình lọc và
chiết bia.
d. Lọc
Bia sau khi lên men đƣợc dẫn qua hệ thống lọc có chứa bột trợ lọc và bột ổn
định lọc để tách men còn sót lại trong quá trình lên men và những cặn khác. Bia trong
đƣợc phối trộn với nƣớc ngậm khí carbonic để đạt đƣợc độ đƣờng, cồn theo nhƣ sản
phẩm mong muốn. Bia tƣơi đƣợc giữ trong các bồn chứa sẵn sàng để chiết vào chai.
e. Đóng gói tự động
Chai thu hồi về từ thị trƣờng đƣợc rửa bằng xút nóng và làm sạch bằng nƣớc
nhiều lần trong máy rửa chai tự động. Chai sau khi rửa đƣợc KCS kiểm tra định kỳ độ
sạch và độ pH của nƣớc đọng lại trong chai. Đồng thời máy kiểm tra tự động sẽ kiểm
tra từng chai đi vào trong máy chiết bia. Tất cả các chai còn nhãn, vật lạ trong chai, xút
dƣ, chai mẻ, chai lạ… sẽ bị loại ra.
Bia tƣơi dẫn từ các bồn chứa đƣợc chết vào chai . Hệ thống đóng nắp tự động
sẽ đóng kín nắp chain gay sau khi bia đƣợc chiết. Tốc độ chiết chai là 30,000 chai/giờ.
Chai bia đƣợc dán nhãn, in mã sản xuất và gắp tự động vào trong két nhựa.
Két nhựa đƣợc chất tự động lên pallet và chuyển qua kho thành phẩm chờ phân
phối.
2.1.4.2. Đặc trưng các nguồn nước thải:
(bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất)
Nƣớc thải sinh hoạt: đáp ứng cho số lƣợng 100 nhân viên của công ty với định
mức khoảng 8m3
/ngày.
Nƣớc thải sản xuất:

12


Nƣớc làm lạnh, nƣớc ngƣng: đƣợc sử dụng tuần hoàn theo chu trình
khép kín nên lƣợng nƣớc thải này không đáng kê và hầu nhƣ không ô
nhiễm. Do đó, có thể thải trực tiếp đến nguồn tiếp nhận.



Nƣớc thải vệ sinh các thiết bị nhƣ bồn nấu, bồn lọc, bồn lên men, đƣờng


ống.. chứa bã hèm, tinh bột, bã hoa bia, bã men…


Nƣớc thải công đoạn rửa chai: trƣớc tiên chai đƣợc rửa bằng dung dịch
kiềm loãng nóng (1 – 3% NaOH) để rửa sạch chat bẩn và nhãn chai, sau


đó đƣợc rửa lại bằng nƣớc sạch và thanh trùng. Do đó, nƣớc thải từ quá
trình rửa chai có pH cao và cũng chứa các chất ô nhiễm hữu cơ (do bia
và các chất khác trong quá trình lƣu thông vỏ chai gây ra).


Lƣu lƣợng nƣớc thải trong quá trình sản xuất bia khoảng 12,8 lít nƣớc
thải/1 lít bia than phẩm

Bảng 2.3. Thông số nước thải đầu vào hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sabmiller
STT Thông số Đơn vị Đầu vào QCVN 24:2009/BTNMT
Cột A
01 pH - 7.4 6 – 9
02 BOD mg/l 319 30
03 COD mg/l 488 50
04 SS mg/l 292 50
05 TN mg/l 2.46 15
06 TP mg/l 5.83 4
07 Coliform MPN/100ml 9x103
3000
2.1.4.3. Công nghệ xử lý nước thải
Nƣớc thải từ các công đoạn sản xuất của nhà máy đƣợc thu gom về hệ thống
xử lý. Trƣớc khi vào bể gom, nƣớc thải đƣợc dẫn qua thiết bị lƣợc rác thô để loại bỏ
chất rắn có kích thƣớc lớn hơn 20mm ra khỏi dòng thải.
13

Nƣớc thải
Rác
Khuấy trộn
Hóa chất điều
chỉnh pH
Dƣỡng khí
Thiết bị lƣợc rác thô
Trạm bơm
Thiết bị lƣợc rác tinh
Bể cân bằng
Thiết bị trộn tĩnh
Bể UASB
Bể chứa trung gian
Bể aerotank
Bể lắng
Bể nƣớc sạch sau xử lý
Bể khử trùng
Thải ra sông Thị
TínhĐạt tiêu chuẩn
TCVN5945-2005-A
Chôn lấp
Rác
Chôn lấp
Thiết bị đốt khí
Bùn
dư
Bể nén bùn
Thiết bị keo tụ
Máy ép bùn
Chôn lấp hoặc sử
dụng làm phân bón
Nước
dư
Nước
dư
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller.
Từ bể tập trung, nƣớc thải đƣợc 2 bơm chìm bơm lên thiết bị lƣợc rác tinh với
công suất cực đại là 168 m3
/h để loại bỏ cặn rắn có kích thƣớc lớn hơn 0.5mm. Sau đó
nƣớc sẽ tự chảy qua bể cân bằng. Bể cân bằng có nhiệm vụ điều hòa lƣu lƣợng và các

14

thành phần BOD, COD… của nƣớc thải. Bể cẩn bằng đƣợc bố trí hệ thống khuấy
chìm nhằm tạo sự xáo trộn tránh hiện tƣợng lắng cặn và phân hủy kỵ khí trong hệ bể
này, đồng thời tạo môi trƣờng đồng nhất cho dòng thải trƣớc khi qua các bƣớc xử lý
tiếp theo. Tại đây 1 máy bơm trục ngang cong suất 84 m3
/h sẽ chuyển nƣớc thải từ bể
cân bằng lên các bể xử lý sinh học yếm khí UASB.
Trƣớc khi vào bể UASB, nƣớc thải đƣợc dẫn qua thiết bị trộn tĩnh để điều
chỉnh pH của nƣớc thải về giá trị thích hợp cho quá trình xử lý kỵ khí. Tại bể UASB,
nƣớc thải đƣợc phân phối điều từ dƣới đáy qua hệ thống phân phối, khi qua đệm bùn
kỵ khí (bùn hạt), chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nƣớc và
khí biogas bay lên. Khí biogas sinh ra đƣợc thu hồi và đốt tại đầu đốt khi tự động,
nƣớc xử lý đi qua bộ phận tách ba pha (khí – lỏng – rắn) theo máng thu chảy sang bể
chứa trung gian, tại đây một phần lƣợng nƣớc thải (57m3
/h) đƣợc bơm tuần hoàn trở
lại ban đầu vào bể UASB để đảm bảo vận tốc nƣớc dâng trong bể UASB luôn đƣợc
duy trì thích hợp (0.6 – 1m/h), phần còn lại đƣợc dẫn sang bể xử lý sinh học hiếu khí
với bùn hoạt tính Aerotank.
Trong bể Aerotank, quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra nhờ vào lƣợng õy
hòa tan trong nƣớc, một lƣợng oxy thích hợp đƣợc cung cấp cho bùn hoạt tính để
phân hủy các chất hữu cơ.
Từ bể Aerotank, nƣớc thải chảy vào bể lắng, tại đó diễn ra quá trình tách bùn
hoạt tính và nƣớc thải đã xử lý. Từ bể lắng, nƣớc thải chảy vào bể chứa nƣớc sau xử
lý, tại đây một phần nƣớc đƣợc dẫn sang hồ cá (nếu có) phần còn lại đƣợc dẫn sang
bể tiếp xúc và đƣợc khử trùng bằng dung dịch Chlorine. Nƣớc thải sau khử trùng
đƣợc xả vào hệ thống thoát nƣớc của KCN Mỹ Phƣớc 2.
Công đoạn xử lý bùn:
Bùn hoạt tính dƣới đáy bể lắng đƣợc thu gom vào hố trung tâm bởi thiết bị gạt
bùn. Một phần bùn hoạt tính đƣợc bơm tuần hoàn trở về bể Aerotank để duy trì chức
năng sinh học và giữ nồng độ bùn trong bể này ở mức cố định. Lƣợng bùn dƣ sẽ đƣợc
bơm vào bể nén bùn từ nồng độ 1%DS lên 2.5DS, sau đó đƣợc bơm vào thiết bị keo tụ
bùn, trộn đều với polymer, sau đó toàn bộ hỗn hợp đi vào thiết bị ép bùn băng tải. bánh
bùn sau khi ép đƣợc đổ và thiết bị thu bùn tho và chuyển đi chôn lấp hoặc bón cây.
Nƣớc dƣ từ bể nén bùn và máy ép bùn đƣợc thu gom và chảy về trạm bơm
nƣớc thải để tiếp tục xử lý.
Khí biogas sinh ra từ bể UASB đƣợc thu gom và đốt bằng thiết bị đốt tự động
đặt trên bể UASB, khi hệ thống hoạt động ổn định, lƣợng khí này có thể đƣợc thu hồi
để phục vụ cho việc vận hành lò hơi.

15

Nƣớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT loại A.
Hình 2.4. Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller.
2.2. TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC
2.2.1. Phƣơng pháp sinh học
Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu có 5 nhóm chính:

Quá trình hiếu khí.



Quá trình thiếu khí.



Quá trình kị khí.



Thiếu khí và kị khí kết hợp.



Quá trình hồ sinh học.


Bản chất của phƣơng pháp sinh học trong quá trình xử lý nƣớc thải sinh hoạt là
sử dụng hiệu quả sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân hủy các chất
hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải.
Ƣu điểm : rẻ tiền, sản phẩm phụ của quá trình có thể tận dụng làm phân bón
(bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lƣợng (khí methane).
2.2.1.1. Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng

16

Quá trình bùn hoạt tính là quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật,
chúng sống tập trung kết dính lại với nhau thành hạt bùn hoặc những bông bùn với
trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%), những bông bùn hay hạt bùn này còn
đƣợc gọi là bùn hoạt tính có kích thƣớc khoảng từ 50 đến 200µm, màu vàng nâu và dễ
lắng. Chất nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rong rêu, tảo.
Những sinh vật sống trong bùn thƣờng là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm men,
nấm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và hạ đẳng, dòi, giun, đôi khi là các ấu
trùng sâu bọ, vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nƣớc thải của bùn hoạt tính là vi
khuẩn, có thể chia làm 8 nhóm:
1. Pseudomonas
2. Achrobacter
3. Enterobacteriaceae
4. Athrobacter bacillus
5. Alkaligenes- Achromobacter
6. Cytophaga- Flavobacterium
7. Pseudomonas- Vibrio aeromonas
8. Hỗn hợp các vi khuẩn khác; Ecoli, Micrococus.
Trong nƣớc thải các tế bào của loài Zooglea có thể sinh ra bao nhầy xung quanh
tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắng và các chất gây mùi…
và phát triển các hạt bông cặn. Các hạt bông cặn này khi kuấy trộn và thổi khí sẽ dần
dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động
vật và các chất độc. Trong bùn hoạt tính luôn có động vật nguyên sinh mà đại diện là
Sarcodina, Mastigophora, Ciliata, Suctoria và vài loại sinh vật phức tạp khác. Quan
hệ giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là quan hệ “mồi – thú” thuộc cân bằng động
chất hữu cơ – vi khuẩn – động vật nguyên sinh. Khi bùn lắng xuống, hoạt tính bùn
giảm gọi là “bùn già”.Hoạt tính của bùn có thể đƣợc hoạt hóa trở lại bằng cách cung
cấp đầy đủ dinh dƣỡng và cơ chất hữu cơ. Phần lớn các vi sinh vật có đều khả năng
xâm chiếm, bám dính trên bề mặt vật rắn khi có cơ chất, muối khoáng và oxy tạo nên
màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi theo thành phần nƣớc thải từ vàng xám đến
nâu tối. Trên màng sinh học có chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men,
và một số đông vật nguyên sinh khác. Tuy nhiên, khác với hệ quần thể vi sinh vật
trong bùn hoạt tính thành phần loài và số lƣợng các loài trong màng sinh học là tƣơng
đối đồng nhất. công thức bùn hoạt tính thƣờng dùng trong các tính toán là C5H7O2N.
Một số giống vi khuẩn chính có trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi
tham gia xử lý nƣớc thải đƣợc trình bày trong bảng 2.4.

17

Bảng 2.4. Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng[2]
STT Vi khuẩn Chức năng
1 Pseudomonas
Phân hủy hydratcacbon, protein, các chất hữu
cơ… và khử nitrate
2 Arthrobacter Phân hủy hydratcacbon
3 Bacillus Phân hủy hydratcacbon, protein…
4 Cytophaga Phân hủy các polymer
5 Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysaccarit), chất keo tụ
6 Acinetobacter Tích lũy polyphosphate, khử nitrate
7 Nitrosomonas Nitrit hóa
8 Nitrobacter Nitrate hóa
9 Sphaerotilus Sinh nhiều tiêm mao, phân hủy các chất hữu cơ
10 Alkaligenes Phân hủy protein, khử nitrate
11 Flavobacterium Phân hủy protein
12 Nitrococcus denitrificans Khử nitrate (khử nitrate thành N2)
13 Thiobaccillus denitrificans
Khử nitrate ( khử nitrate thành N2)
14 Acinetobacter
15 Hyphomicrobium
16 Desulfovibrio Khử sulfate, khử nitrate
2.2.1.2. Xử lý sinh học sinh trưởng dính bám
Quá trình sinh trƣởng bám dính hay còn gọi là màng sinh học cũng nhƣ những
phƣơng pháp xử lý sinh học khác có một lịch sử lâu dài. Màng sinh học bao gồm các
vi sinh vật, hạt vật chất, và các polymer ngoại bào bám dính trên các vật liệu giá thể.
Các vật liệu giá thể này có thể là nhựa, đá, hoặc các vật liệu khác. Đối với quá trình
sinh trƣởng bám dính, cơ chất đƣợc tiêu thụ trong màng sinh học. Độ dày của lớp
màng sinh học tùy thuộc vào điều kiện sinh trƣởng trƣởng của vi sinh vật và các điều
kiện thủy động lực học của hệ thống. Một lớp phim chất lỏng (lớp khuếch tán) chia
tách màng sinh học với khối chất lỏng chảy trên bề mặt của màng sinh học hoặc đƣợc
xáo trộn bên ngoài lớp phim. Cơ chất, oxy và chất dinh dƣỡng khuếch tán qua các lớp
phim chất lỏng này để đến lớp màng sinh học, và các sản phẩm của quá trình phân huỷ

18

sinh học từ màng sinh học đƣợc đƣa vào khối chất lỏng sau khi khuếch tán qua lớp
phim.
Bể phản ứng màng sinh học cho nhiều ƣu điểm hơn các hệ thống sinh trƣởng lơ
lửng truyền thống.Một đặc tính quan trọng của các hệ thống màng sinh học là có khả năng
chịu đựng điều kiện sốc tải. Những vật liệu giá thể với khả năng hấp phụ hoặc trao đổi ion
cho phép nó trở thành chất đệm nếu nồng độ của chất độc hại vƣợt quá khả năng chịu
đựng của các vi sinh vật. Hơn nữa, quá trình sinh trƣởng bám dính có thể xử lý nƣớc thải
có nồng độ ô nhiễm thấp. Thông thƣờng đối với hệ thống bùn hoạt tính, nếu giá trị BOD
của nƣớc thải thấp hơn 50 – 60 mg/l, nó sẽ ảnh hƣởng đến sự hình thành và phát triển của
bùn.Tuy nhiên với các quá trình sinh trƣởng bám dính thì giá trị BOD5 của nƣớc thải có
thể giảm xuống thấp từ 20 – 30 mg/l đến 5 – 10 mg/l. Ngoài ra, quá trình sinh trƣởng bám
dính còn dễ dàng quản lý và có thể cắt giảm chi phí.
Hơn nữa, trong quá trình bùn hoạt tính truyền thống, MLVSS thƣờng có thể
duy trì từ 1,500 – 3,000 mg/l trong bể hiếu khí, và bùn đƣợc giữ ở trạng thái lơ lửng
hoàn toàn. Do đó, nếu tải trọng hoặc hoặc nồng độ chất hữu cơ đƣợc nạp vào quá cao,
nó sẽ là nguyên nhân làm vi sinh vật chết và sinh khối khối bị trôi ra ngoài hoặc làm
giảm hiệu quả lắng, dẫn đến chất lƣợng nƣớc đầu ra giảm. Ngƣợc lại, quá trình sinh
trƣởng bám dính có thể duy trì nồng độ sinh khối cao do các vi sinh vật đƣợc bám trên
bề mặt của vật liệu hỗ trợ. Hàm lƣợng MLVSS tối đa có thể đạt đến nồng độ 22,000
mg/l đến 150,000 mg/l, gấp 7 – 20 lần so với quá trình bùn hoạt tính truyền thống.
Quá trình sinh trƣởng bám dính có thể đƣợc chia thành hai nhóm cơ bản sau:
a. Quá trình sinh trưởng bám dính không ngập nước
Lọc sinh học nhỏ giọt với lớp vật liệu đệm bằng đá sử dụng ít năng lƣợng, quy
trình đơn giản, thông thƣờng đƣợc sử dụng để xử lý thứ cấp từ trƣớc những năm
1900. Khái niệm về một bộ lọc sinh học nhỏ giọt đƣợc hình thành từ việc sử dụng các
bộ lọc tiếp xúc tại Anh vào cuối những năm 1890. Trong những năm 1950, giá thể
bằng nhựa bắt đầu thay thế cho giá thể bằng đá tại Hoa Kỳ. Việc sử dụng giá thể nhựa
cho phép xử lý tải trọng hữu cơ cao hơn, tăng chiều cao của các bể lọc nên cải thiện
đƣợc diện tích bể, hiệu quả của quá trình, và làm giảm tắc nghẽn.
Trong thập niên 1960, đĩa quay sinh học (RBC) đƣợc ứng dụng thực tế. RBC
gồm hàng loạt những đĩa tròn, phẳng làm bằng polystyre hoặc polyvinylclorua lắp trên
một trục bằng thép có đƣờng kính tới 3,5m. Các đĩa đƣợc đặt ngập một phần trong
nƣớc thải (thƣờng chiếm 30 – 40% đƣờng kính của đĩa) và xoay tròn với vận tốc rất
chậm, khoảng 1 – 3 vòng/phút. Trong quá trình vận hành, các vi sinh vật sẽ sinh
trƣởng gắn kết trên bề mặt giá thể là và hình thành lớp màng sinh học trên bề mặt ƣớt

19

của đĩa. Khi đĩa quay, lần lƣợt làm cho lớp màng vi sinh vật tiếp xúc với chất hữu cơ
trong nƣớc thải và với không khí để hấp thụ oxy.
b. Quá trình sinh trưởng bám dính ngập nước
Các quá trình sinh trƣởng bám dính ngập trong nƣớc bắt đầu vào những năm
1970 và đƣợc mở rộng vào những năm 1980, nhƣ một lớp mới của quá trình sinh
trƣởng bám dính hiếu khí. Trong hệ thống nƣớc thải có thể đƣợc đƣa vào từ dƣới lên
hoặc từ trên xuống trong bể phản ứng giá thể cố định và bể phản ứng tầng sôi.Ƣu điểm
đặc biệt của hệ thống là chỉ cần diện tích nhỏ chỉ bằng một phần năm tới một phần ba
diện tích cần cho bể xử lý bùn hoạt tính.
2.2.1.3. Xử lý sinh học bằng wetland
Đất ngập nƣớc (wetland) đƣợc hiểu là phần đất có chứa nƣớc trong đất thƣờng
xuyên dạng bão hoà hoặc cận bão hòa. Trong thiên nhiên, đất ngập nƣớc hiện diện ở
các vùng trũng thấp nhƣ các cánh đồng lũ, đầm lầy, ao hồ, kênh rạch, ruộng nƣớc,
vƣờn cây, rừng ngập nƣớc mặn hoặc nƣớc ngọt, các cửa sông tiếp giáp với biển, …
Tuy nhiên, việc xử lý nƣớc thải qua đất ngập nƣớc tự nhiên thƣờng chậm, phải có
nhiều diện tích và khó kiểm soát quá trình xử lý.
Xử lý nƣớc thải bằng đất ngập nƣớc kiến tạo đã đƣợc áp dụng khoảng 100 năm
nay ở Mỹ và Châu Âu và gần đây nhất là ở các nƣớc Châu Á và Châu Úc. Việc nghiên
cứu kỹ thuật đất ngập nƣớc kiến tạo khá nhiều trong khoảng hơn 20 năm nay, đặc biệt
là các côngtrình của Kadlec và Knight (1996), US-EPA (1988), Moshiri, (1993),
Kadllec et al.(2000), Solano et al. (2003), Vymazal (2005), … cho thấy hiệu quả xử lý
các chất ônhiễm nhƣ nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD),
lƣợng oxy hòa tan (DO), tổng lƣợng chất rắn lơ lửng (TSS), đạm tổng số (TKN), tổng
Phophorous (Ptotal), tổng số Coliform, … đầu có giảm đáng kể trong nƣớc thải.
Có 2 kiểu phân loại đất ngập nƣớc kiến tạo cơ bản theo hình thức chảy: loại
chảy tự do trên mặt đất (free surface flow) và loại chảy ngầm trong đất (subsurface
flow). Loại chảytự do thì ít tốn kém và tạo sự điều hòa nhiệt độ khu vực cao hơn loại
chảy ngầm nhƣnghiệu quả xử lý thì kém hơn, tốn diện tích đất nhiều hơn và có thể
phải giải quyết thêm vấn đề muỗi và côn trùng phát triển.Đất ngập nƣớc kiến tạo kiểu
chảy ngầm lại phân ra hai kiểu chảy: chảy ngang (horizontal flow) và chảy thẳng đứng
(vertical flow).
Việc chọn lựa kiểu hình tùy thuộc vào địa hình và năng lƣợng máy bơm.Đôi
khi ngƣời ta phối hợp cả hai hình thức xử lý này.

20

Nhiều loại cây trồng cho vùng đất ngập nƣớc kiến tạo đƣợc lựa chọn để tham
gia vào quá trình hấp thu các chất ô nhiễm trong nƣớc thải, nhiều nhất là các loại cây
sậy, năn, lác, cỏ Vetiver (cho loại chảy ngầm) hoặc lục bình, hoa súng, bèo các loại
Hình 2.5. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang.
Hình 2.6. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng.
2.2.2. Phƣơng pháp sinh học loại bỏ nitrogen
Nitrogen trong nƣớc thải đô thị hiện diện ờ nhiều dạng khác nhau nhƣ nitrogen
hữu cơ (protein và ure) và N-NH3. Việc loại bỏ nitrogen có thể đạt đƣợc bởi 2 quá

21

trình cơ bản gồm quá trình đồng hóa và quá trình nitrate hóa - khử nitrate hóa. Vi sinh
vật đồng hóa N-NH3 để chuyển thành sinh khối.
Đối với quá trình nitrat hóa - khử nitrate, nitrogen sẽ đƣợc loại bỏ bởi 2 quá
trình đó. Trong giai đoạn đầu tiên, nitrat hóa là tiến trình sinh học trong đó N-NH3 sẽ
đƣợc chuyển hóa thành nitrite và cuối cùng là nitrate, tất cả diễn ra trong quá trình
hiếu khí. Quá trình nitrat hóa diễn ra do các vi sinh vật tự dƣỡng. Quá trình loại bỏ
nitơ gồm 2 phản ứng, một là oxi hóa N-NH3 thành nitrit bởi vi khuẩn Nitrosomonas và
từ nitrit sang nitrat bởi vi khuẩn Nitrobacter. Trong giai đoạn thứ 2, nitrat chuyển hóa
thành khí N2, quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí.
Sự chuyển hóa nitrogen trong quá trình sinh học đƣợc mô tả trong hình 2.7.Hầu
hết việc xử lý nƣớc thải sinh hoạt sử dụng quá trình sinh học, đây là phƣơng pháp có
hiệu quả và tiết kiệm trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ.
Hình 2.7. Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học [8].
2.2.2.1. Quá trình khử Ammonia bằng phương pháp sinh học
Quá trình xử lý sinh học đƣợc ứng dụng trong việc khử ammonia và nitrate trong
nƣớc thải đƣợc ứng dụng một cách rộng rãi với nhiều quy trình công nghệ xử lý ngày
càng trở nên phổ biến, từ đầu tiên là công nghệ SBR, mƣơng oxy hóa đến những công
nghệ gần đây nhƣ ANAMMOX (Mulder, 1995), CANON (Schmidt, 2003) và
SHARON (Hellinga, 1998).

22

Quá trình thông thƣờng nitơ trong nƣớc thải đƣợc loại bỏ nhờ sự chuyển hóa của
vi khuẩn đối với các hợp chất của nitrogen nhƣ N-NH4
+
, N-NO2
-
, N-NO3
-
,… thành
nitrogen tự do nhờ quá trình nitrate hoá và khử nitrate (nitrification/denitrification).
Tổng kết các quá trình chuyển hoá nitơ trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh
học đƣợc thê hiện trong bảng 2.5.
Bảng 2.5. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước
STT Phản ứng Quá trình Vi sinh vật
1a
C5H7O2N + 4H2O2,5CH4 + Ammonification
Vi khuẩn
1,5CO2 + HCO3
-
+ NH4
+
(kị khí)
1b
C5H7O2N + 5O2 Ammonification
Vi khuẩn
4CO2 + HCO3
-
+NH4
+
+H2O (hiếu khí)
2 NH4
+
+ OH-
NH3 + H2O
Cân bằng Không (quá trình
ammonia/ammonia vật lý)
3 4CO2 + HCO3
-
+NH4
+
+H2O
Quang hợp, tự dƣỡng Vi khuẩn, tảo
C5H7O2N + 5O2
Nitrisomonas,
+
+ 1,5O2 + 2HCO3-
e.g.
4
NH4
Nitritation N. eutropha
NO2
-
+ 2CO2 + 3H2O N.europea
Nitrosospira
Nitrobacter, e.g.
N. agilis
5 NO2
-
+ 0,5O2NO3 - Nitratation Nitrospira
Nitrococácus
Nitrosocystics
4 + 5 NH4
+
+ 2O2 + 2HCO3 - Nitrification Nitrifying
NO3
-
+ 2CO2 + 3H2O bacteria

23

Denitrifying
6 C + 2NO3
-
2NO2
-
+CO2 Denitratation heterotrophic
bacteria
Denitrifying
7 3C + 2H2O + CO2 + 4NO2 - Denitritation heterotrofic
2N2 + 4HCO3
-
bacteria
Heterotrophs:
5C + 2H2O + 4NO3
-

Pseudomonas
6 + 7 Denitrification Bacillus
2N2 + 4HCO3
-
+CO2
Alcaligenes
Paracocácus
NH4
+
+ 0,75O2 + HCO3 -
Nitrate hoá bán phần Ammonia-
8 0,5NH4
+
+ 0,5NO2- + (partial nitritation) oxidizing bacteria
CO2 + 1,5H2O
9a NH
+
+NO-
N +2HO Anammox (không tổng Planctomycetales
2
4 2 2 hợp tế bào)
NH4
+
+ 1,32NO2 - +
9b
0,066HCO3
-
1,02N2 + Anammox (có tổng
Planctomycetales
0,26NO3
-
+ 0,066CH2O0, 5N0, 15 hợp tế bào)
+2,03H2O
4NH4
+
+6O2+3C+ Modified nitrogen Bacteria
4 + 7
-
 2N2 + 7CO2 +
4HCO3 removal
10H2O
4 + 5 4NH4
+
+8O2+5C+ Khử nitơ truyền thống Bacteria
+ 6
-
 2N2 + 9CO2 + (Traditional nitrogen
4HCO3

24

+ 7 10H2O removal)
NH3 + 0,85O2 0,11NO3 - +
Nitrifying
4 + 9 CANON bacteria
0,44N2 + 0,14H+
+ 1,43H2O
Planctomycetales
10
NH4
+
+ 0,75O2
OLAND Nitrosomonas
0,5N2 + H+
+ 1,5H2O
11
3NH4
+
+3O2+3[H]
Quá trình NOx Nitrosomonas
1,5N2 + 3H+
+ 6H2O
(Luzia Gut, 2006)
2.2.2.2. Quá trình Nitrate hoá
Quá trình nitrate hoá là quá trình oxy hoá hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là
ammonia đƣợc chuyển thành nitrite sau đó nitrite đƣợc oxy hóa thành nitrate. Quá
trình nitrate hoá diễn ra theo 2 bƣớc liên quan đến 2 chủng loại vi sinh vật tự dƣỡng
Nitrosomonas và Nitrobacter.
Bƣớc 1: Ammonia đƣợc chuyển thành nitrite bởi loài Nitrosomonas
NH4
+
+ 1,5 O2 NO2
-
+ 2 H+
+ H2O (2.1)
Bƣớc 2 : Nitrite đƣợc chuyển thành nitrate bởi loài Nitrobacter
NO2
-
+0,5 O2 NO3
-
(2.2)
Phƣơng trình phản ứng (2.1) và (2.2) tạo ra năng lƣợng. Theo Painter (1970),
năng lƣợng tạo ra từ quá trình oxy hoá ammonia khoảng 66-84 kcal/mole ammonia và
từ oxy hoá nitrite khoảng 17,5 kcal/mole nitrite. Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng
năng lƣợng này cho sự sinh trƣởng của tế bào và duy trì sự sống. Tổng hợp 2 phản
ứng (2.1) và (2.2) đƣợc viết lại nhƣ sau:
NH4
+
+ 2 O2 NO3
-
+ 2 H+
+ H2O (2.3)
Từ phƣơng trình (2.3), lƣợng O2 tiêu thụ l 4,57gO2/gN-NH4
+
bị oxy hóa, trong
đó 3,43g/g sử dụng cho tạo nitrite và 1,14g/g sử dụng cho tạo nitrate, 2 đƣơng lƣợng
ion H+
tạo ra khi oxy hoá 1 mole ammonia, ion H+
trở lại phản ứng với 2 đƣơng
lƣợng ion bicarbonate trong nƣớc thải. Kết quả là 7,14 g độ kiềm CaCO3 bị tiêu thụ/g
N-NH4
+
bị oxy hoá.

25

LUẬN VĂN - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia (1).doc

LUẬN VĂN - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia (1).doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to LUẬN VĂN - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia (1).doc

Similar to LUẬN VĂN - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia (1).doc (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (13)

LUẬN VĂN - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia (1).doc