Đề tài Chuyên đề 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

kị khí. Acid acetic, CO2, H2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới. Phản ứng chính tạo thành methane có thể xảy ra như sau: CO2 + 4H2A CH4 + 4A + 2H2O Trong đó, H2A là chất hữu cơ chứa hydro. Cũng có thể xảy ra các phản ứng khác (khi có và khi không có hydro) CO + 3H2 CH4 + H2O 4CO + 2H2O 3CO2 + CH4 Methane có thể tạo thành do phân rã acid acetate: CH3COOH CH4 + CO2 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O Ngoài ra, trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp chứa SO42-, ở điều kiện kị khí, vi khuẩn khử sunfat sẽ khử SO42- thành H2S như sau: 5AH2 + SO42- 5A + H2S + 4H2O Bên cạnh đó còn có cả quá trình nitrat hoá: 6H2A + 2NO3- 6A + 6H2O + N2 Quá trình chuyển hoá vật chất trong điều kiện kị khí được mô tả trong Hình 3. VẬT CHẤT HƯU CƠ PROTEINS HYDROCARBON LIPIDS ACID AMIN / ĐƯỜNG ACID BÉO ACETATE / H2 CH4 / CO2 Thủy phân Acid hóa Acetic hóa Methane hóa Vi khuẩn lipolytic, proteolytic và cellulytic Vi khuẩn lên men Vi khuẩn tạo khí H2 Vi khuẩn methane hóa GIAI ĐOẠN VẬT CHẤT LOẠI VI KHUẨN Hình 3. Sơ đồ chuyển hoá vật chất trong điều kiện kị khí. Trong 3 giai đoạn thủy phân, acid hóa và acetic hóa COD trong dung dịch hầu như không giảm. COD chỉ giảm trong giai đoạn methane hóa. Ngược với quá trình hiếu khí, trong sử lý nước thải bằng phân hủy kị khí, tải trọng tối đa không bị hạn chế bởi không cần cung cấp oxy. Nhưng trong công nghệ xử lý kị khí, cần lưu ý 2 yếu tố sau: Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt. Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi khuẩn. Các công nghệ xử lý kị khí Sơ đồ các dạng quá trình kị khí đã ứng dụng rộng rãi trong thực tế: Cơng nghệ xử lý kị khí Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng dính bám Lọc kị khí Tầng lơ lửng Vách ngăn Xáo trộn hồn tồn Tiếp xúc kị khí UASB Hình 4. Các dạng quá trình kị khí đã ứng dụng rộng rãi trong thực tế Quá trình phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn Quá trình phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn thích hợp để xử lý nước thải có hàm lượng hữu cơ hoà tan dễ phân huỷ nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ. Bể phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn là bể xáo trộn liên tục, không có tuần hoàn bùn. Bùn và nước thải được trộn đều bằng hệ thống cánh khuấy cơ khí hoặc tuần hoàn khí biogas thông qua máy nén khí biogas và dàn phân phối khí nén. Trong quá trình phân hủy lượng sinh khối mới được sinh ra và phân bố đều trong toàn bộ thể tích bể. Bể phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn không giữ sinh khối bùn, do đo,ù thời gian lưu nước chính là thời gian lưu bùn. Thời gian lưu giữ bùn thông thường từ 12 đến 30 ngày. Chính vì vậy, thể tích bể phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn yêu cầu lớn hơn nhiều so với các công nghệ xử lý kị khí khác. Tuy nhiên, bể kị khí xáo trộn hoàn toàn có thể chịu dựng tốt trong trường hợp nước thải có chứa độc tố hoặc khi tải trọng tăng đột ngột do hàm lượng sinh khối trong bể thấp và thời gian lưu nước lớn. Quá trình tiếp xúc kị khí Quá trình tiếp xúc kị khí gồm hai giai đoạn: Phân huỷ kị khí xáo trộn hoàn toàn. Lắng hoặc tuyển nổi tách riêng phần cặn sinh học và nước thải sau xử lý. Bùn sinh học sau khi tách được tuần hoàn trở lại bể phân huỷ kị khí. Trong quá trình tiếp xúc kị khí, ta có thể kiểm soát được lượng sinh khối, không phụ thuộc vào lưu lượng nước thải, vì vậy thời gian lưu bùn cũng có thể khống chế được và không phụ thuộc vào thời gian lưu nước. Từ đó có thể chọn thời gian lưu bùn thích hợp cho phát triển sinh khối, khi đó tăng tải trọng, giảm thời gian lưu nước đồng thời giảm chi phí cho việc xây dựng công trình xử lý. Trong giai đoạn thứ hai của quá trình tiếp xúc kị khí, khi sử dụng hệ thống lắng trọng lực, để tăng cường khả năng lắng của bông bùn, trước khi lắng, hỗn hợp nước và bùn đi qua bộ phận tách khí như thùng quạt gió, khuấy cơ khí hoặc tách khí chân không. Hệ thống tiếp xúc kị khí có thể hoạt động ở tải trọng chất hữu cơ từ 0,5 đến 10kgCOD/m3/ngày với thời gian lưu nước từ 12 giờ cho đến 5 ngày. UASB Quá trình UASB được thực hiện theo nguyên lý dòng chảy ngược qua lớp bùn. Bể UASB là bể xử lý sinh học kị khí hoạt động theo nguyên tắc nước thải phân phối vào từ đáy bể và đi ngược qua lớp bùn sinh học có mật độ vi khuẩn cao, phát triển mạnh ở Hà Lan. Công nghệ xử lý kị khí ứng dụng quá trình UASB sẽ được trình bày rõ ở phần sau. Lọc kị khí (Giá thể cố định dòng chảy ngược dòng) Bể lọc kị khí là cột chứa đầy vật liệu trơ là giá thể cố định cho vi sinh vật kị khí sống bám dính trên bề mặt. Giá thể có thể là đá, sỏi, than, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, vòng sứ Dòng nước thải được phân bố đều, đi từ dưới lên, tiếp xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể. Màng vi sinh có khả năng bám dính tốt do đó lượng sinh khối tăng lên trong bể được lưu giữ trong thời gian dài nhờ đó giảm thời gian lưu nước đồng thời có thể vận hành ở tải trọng rất cao. Tuy nhiên, khi ứng dụng công nghệ này cũng có thể gặp một số trỏ ngại sau: Khi sử dụng giá thể là đá hoặc sỏi thường bị tắc do các chất lơ lửng hoặc màng vi sinh không bám dính giữ lại ở các khe rỗng giữ các viên đá hoặc sỏi. Trong bể lọc kị khí, dòng chảy quanh co và tích luỹ sinh khối do đó dễ dàng tạo ra các vùng chết. Khi các vùng chết ngày càng tăng làm cản trở dòng chảy, các dòng chảy ngắn hình thành dẫn đến giảm hiệu quả xử lý. Để khắc phục những nhược điểm này, người ta dùng vật liệu nhựa tổng hợp có cấu trúc thoáng, độ rỗng cao (95%) làm giá thể thay cho sỏi đá kết hợp với lắp đặt hệ thống phân phối khí dưới lớp vật liệu nhằm tạo ra sự xáo trộn, tránh hình thành các vùng chết. Bên cạnh đó, kiểm tra định kì và loại bỏ chất rắn không bám dính bằng cách xã đáy bể và rửa ngược. Quá trình kị khí bám dính xuôi dòng (Vách ngăn) Quá trình này thích hợp cho xử lý nước thải có hàm lượng SS cao. Trong quá trình này, nước thải vào chảy từ trên xuống qua lớp giá thể module. Giá thể này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối thẳng theo hướng từ trên xuống. Đường kính dòng chảy nhỏ khoảng 4 cm. Với cấu trúc như trên, quá trình kị khí bám dính xuôi dòng tránh được hiện tượng bít tắc và tích luỹ chất rắn không bám dính mà quá tình lọc kị khí thường gặp phải. Quá trình kị khí tầng giá thể lơ lửng Quá trình này thích hợp để xử lý nước thải có nồng độ hữu cơ thấp như nước thải sinh hoạt. Trong quá trình này, vật liệu sử dụng làm giá thể cho vi sinh bám dính có dạng hạt nhỏ như cát, than hoạt tính Vật liệu hạt có đường kính nhỏ nên tỷ lệ diện tích bề mặt / thể tích rất lớn tạo sinh khối bám dính lớn. Người ta thường lắp đặt thêm hệ thống sục khí nhằm tạo ra sự xáo trộn đủ lớn để giữ lớp vật liệu ở trạng thái lơ lửng. Hàm lượng sinh khối trong bể rất lớn có thể lên đến 40 000 mg/l. QUÁ TRÌNH XỬ LÝ UASB Tổng quan về UASB Bể UASB là bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn (Upflow anaerobic sludge blanket) được gọi với nhiều tên tuỳ theo quy mô xử lý như, lò phản ứng UASB, bể UASB, ở quy mô phòng thí nghiệm thường được gọi là cột UASB. Bể UASB Loại bể UASB này được thiết kế bởi Lettinga và các cộng sự viên vào 1983 ở Netherlands. Loại bể UASB này thích hợp cho việc xử lý các chất thải có hàm lượng chất hữu cơ cao và thành phần vật chất rắn thấp. Bể UASB gồm 2 khu vực: khu vực phân hủy và khu vực lắng. Trong khu vực phân huỷ chia thành hai lớp: lớp bùn đặc ở dưới đáy cột và một lớp thảm bùn ở giửa hầm, khu vực lắng chứa dung dịch lỏng ở phía trên. Nước thải được nạp vào bể UASB từ đáy hầm, nó đi xuyên qua lớp thảm bùn rồi đi lên trên và ra ngoài. Các chất rắn trong nước thải được tách ra bởi thiết bị tách chất khí và chất rắn trong hầm. Các chất rắn sẽ lắng xuống lớp thảm bùn do đó nó có thời gian lưu trữ trong cột cao và hàm lượng chất rắn trong hầm tăng. Lúc bể UASB mới bắt đầu hoạt động khả năng lắng của các chất rắn rất thấp nhưng khi nó đã được tích trữ nhiều và tạo thành các hạt bùn thì khả năng lắng tăng lên và sẽ góp phần giữ lại các VSV hoạt động. Khoảng 80 đến 90% quá trình phân hủy diễn ra ở thảm bùn này. Thảm bùn này chiếm khoảng 30 đến 60% thể tích của bể UASB. Hình 5. Sơ đồ bể UASB Trong đó: 1. Đầu vào 2. Đầu ra 3. Biogas 4. Thiết bị giữ bùn (VSV) 5. Khu vực lắng Sử dụng biogas Dựa trên cơ sở nhiệt trị của Biogas (4500 – 6300 Kcal/m3), Hesse (1982) ước tính rằng 1m3 Biogas đủ để: Chạy một động cơ 1 ngựa trong 2 giờ Cung cấp một điện năng khoảng 1.25 KWh Cung cấp năng lượng để nấu ăn ngày 3 buổi cho gia đình 5 người Thắp sáng trong vòng 6 giờ (độ sáng tương đương đèn 60 W) Chạy 1 tủ lạnh 1m3 trong 1 giờ Chạy một lò úm 1m3 trong nửa giờ Như vậy 1m3 Biogas tương đương với 0,4 kg dầu diesel, 0,6 kg dầu hỏa, 0,8kg than. Sử dụng Biogas để chạy động cơ Diesel: trong các hệ thống xử lý kết hợp yếm khí và hiếu khí người ta cần sử dụng điện năng để chạy máy bơm, máy nén khí... do đó Biogas được sử dụng để chạy động cơ diesel, chúng ta nên loại bỏ CO2 và H2S để đạt hiệu quả cao và giảm độ ăn mòn máy doH2S . Cách lọc CO2 Vì CO2 có thể hòa tan trong nước do đó việc sục Biogas qua nước được coi là phương pháp đơn giản nhất để loại CO2. Ngoài ra CO2 còn có thể bị hấp thu bởi những dung dịch kiềm, do đó ta cũng có thể dùng dung dịch NaOH, Ca(OH)2 và KOH để loại CO2. Các phương trình phản ứng như sau: 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O (q) Na2CO3 + CO2 + H2O 2NaHCO3 Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O 1 kg vôi nung hòa tan trong 1m3 nước đủ để loại 300 L CO2. Khả năng hòa tan của CO2 trong nước được thể hiện trong bảng Bảng 1. Áp suất Nhiệt độ (oC) atm kg/cm2 0 10 20 30 40 1 1,03 0,40 0,25 0,15 0,10 0,10 10 10,3 3,15 2,15 1,30 0,90 0,75 50 51,7 7,70 6,95 6,000 4,80 3,90 100 103 8,00 7,20 6,66 6,00 5,40 200 207 - 7,95 7,20 6,55 6,05 (Theo Nonhebel (1972), trích dẫn bởi Chongrak, 1989) Bảng 1. Khả năng hòa tan của CO2 trong nước (kg CO2/100 kgH2O) Loại H2S NaCO3 ở phương trình (q) có thể dùng để loại H2S trong Biogas qua phản ứng sau: H2S + Na2CO3 NaHS + NaHCO3 Một cách đơn giản khác là cho Biogas đi qua mạt sắt trộn lẫn với dăm sắt phay. Phản ứng loại H2S như sau: Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O Sau khi sử dụng oxyt sắt được tái sinh bằng cách đem Fe2S3 phơi nắng, ta có: 2Fe2S3 + 3O2 2Fe2O3 + 3S2 Điều kiện để UASB hoạt động tốt UASB hoạt động tốt với các điều kiện sau: Bùn kị khí có tính lắng tốt. Có bộ phận tách khí - rắn nhằm tránh rửa trôi bùn khỏi bể. Phần lắng phía trên có thời gian lưu nước đủ lớn, phân phối và thu nước hợp lý sẽ hạn chế dòng chảy rối. Khi đó hạt bùn đã tách khí đến vùng lắng có thể lắng xuống và trở lại ngăn phản ứng. Hệ thống phân phối nước đầu vào đảm bảo tiếp xúc tốt giữa nước thải vào với bùn sinh học. Mặt khác, khí biogas sinh ra sẽ tăng cường sự xáo trộn giữa nước thải và bùn, vì vậy không cần khuấy cơ khí. Quá trình phát triển công nghệ UASB Công nghệ UASB đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp từ trước năm 1997. Lò phản ứng UASB thông thường thích hợp xử lý các loại nước thải có nồng độ COD khá cao với tải trọng từ khoảng 10 đến 15 Kg COD/m3/ngày. Vì thế, công nghệ UASB được đánh giá là công nghệ khá hoàn chỉnh. Tuy nhiên, với mục tiêu hướng đến việc đạt được hiệu xuất xử lý cao hơn đã làm xuất hiện mô hình UASB thứ hai với lớp bùn kị khí trong lò phản ứng dày hơn gọi tắt là EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) và có quá trình lưu thông tuần hoàn bên trong gọi là IC (Interal Circulation). Đây cũng được xem là một thành công lớn trong việc cải tiến lò phản ứng UASB. Sau khi ra đời, lò phản ứng UASB cải tiến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều năm qua. Mặt khác, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực xử lý nước thải, lò phản ứng UASB lại được cải tiến lên một bậc. Chính nhờ sự cải tiến này mà ta có thể kiểm soát được nhiệt độ trong lò phản ứng. Từ đó, tạo điều kiện nhiệt độ thích hợp cho quá trình phát triển của vi sinh vật, nâng cao hiệu quả xử lý. Tuy nhiên, cùng với việc có thể xử lý một lượng nước thải lớn hơn, lượng biogas sinh ra cũng nhiều hơn, điều này dẫn đến khuynh hướng gây ra hiện tượng trào bùn từ lò phản ứng UASB. Để giải quyết vấn đề trên, một dạng lò phản ứng UASB lại được nghiên cứu. Kết quả, người ta đã đưa ra một dạng lò phản ứng UASB có chia ngăn bên trong và có gắn thiết bị tách khí rắn (Gas Solids Separator - GSS). Với dạng lò phản ứng UASB này, lượng bùn được duy trì cao, đồng thời vẫn đảm bảo hiệu suất xử lý và lượng biogas thu được. Ngày nay, sự phát triển của công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp thực phẩm dẫn đến việc tạo ra một lượng nước thải hỗn tạp khổng lồ. Chính vì vậy, việc xử lý nước thải cũng ngày càng gặp nhiều khó khăn. Có rất nhiều phát minh và nghiên cứu đã đưa ra rất nhiều công nghệ cũng như kỹ thuật nhằm đem lại hiệu quả xử lý ngày càng cao cho vấn đề nước thải. Và công nghệ UASB được xem là khá hoàn chỉnh và được ứng dụng rộng rãi không chỉ bởi hiệu quả xử lý cao mà còn bởi những ưu điểm về kinh tế và kỹ thuật vận hành của nó. Ưu điểm và nhược điểm của việc xử lý nước thải bằng công nghệ UASB Ưu điểm Lượng bùn sinh ra ít. Lò phản ứng tương đối đơn giản và chi phí xây dựng thấp. Chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp. Không đòi hỏi cung cấp oxy. Sản xuất năng lượng hữu ích ví dụ như khí methane. Có thể ứng dụng cho cả hệ thống xử lý lớn và nhỏ. Lượng chất dinh dưỡng vi lượng đòi hỏi thấp. Có khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp (10 oC) Có thể điều chỉnh nhiệt độ trong lò phản ứng đến nhiệt độ mong muốn để nâng cao hiệu quả xử lý. Nhược điểm Thời gian khởi động ban đầu phải mất từ 8 – 10 tuần tuỳ theo loại bùn hoạt tính được sử dụng. Đòi hỏi phải có kinh nghiệm thực tế về vận hành hệ thống xử lý nước thải ứng dụng công nghệ UASB. Vi khuẩn kị khí nhạy cảm với hợp chất hóa học độc như toluen, axeton, benzen, ngoài ra còn đặc biệt nhạy cảm với có crom (Cr3+/Cr6+) và đồng. Khởi động mô hình UASB Bùn nuôi cấy ban đầu Bùn nuôi cấy ban đầu phải có độ hoạt tính methane. Độ hoạt tính methane càng cao thì thời gian khởi động càng ngắn. Bùn hạt hoặc bùn lấy từ 1 bể kị khí là tốt nhất. Ngoài ra, có thể sử dụng bùn chứa nhiều chất hữu cơ như bùn từ bể tự hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng. Một số loại bùn có thể sử dụng trong cột UASB được trình bày trong Bảng 2. STT Loại bùn Hoạt tính methane (kgCH4-COD/kgVSS) Hàm lượng VSS (kg/m3) 1 Bùn hạt 0.80 – 1.50 15 – 35 2 Bùn từ các bể kị khí khác 0.40 – 1.20 10 – 25 3 Bùn cống rãnh 0.02 – 0.10 8 – 20 4 Phân chuồng 0.02 – 0.08 20 – 80 5 Bùn bể tự hoại 0.01 – 0.02 15 – 50 6 Phân bò tươi 0.001 – 0.006 30 – 100 7 Phân gia súc khác 0.001 – 0.004 30 - 100 Bảng 2. Các loại bùn nuôi cấy ban đầu cho bể xử lý kị khí Nồng độ bùn cung cấp ban đầu cho bể UASB tối thiểu là 10kg VSS/m3. Lượng bùn cho vào bể không nên nhiều hơn 60% thể tích bể. Khi không có bùn nuôi cấy tốt, ở giai đoạn khởi động phải hết sức cẩn thận, đặc biệt lưu ý vận tốc nước đi lên. Nếu vận tốc quá lớn, bùn trong bể sẽ bị cuốn trôi ra ngoài. Bể phải khởi động ở tải trọng thấp hoặc nồng độ COD thấp. Khi bể hoạt động cần theo dõi lượng khí sinh học sinh ra, hiệu quả xử lý hoặc chất lượng nước đầu ra. Chỉ tăng tải trọng khi mọi thứ hoạt động tốt và không có một trở ngại nào. Khi có loại bùn nuôi cấy tốt, bể UASB có thể vận hành ở tải trọng 3kg COD/m3/ngày và thời gian lưu nước khoảng 24 giờ. Ở giai đoạn này cần tạo điều kiện cho vi khuẩn methane phát triển do bùn nuôi cấy ban đầu thường có rất ít lượng vi khuẩn. Vì vậy, giai đoạn khởi động thường mất rất nhiều thời gian. Nhiệt độ Nhiệt độ là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình. Bể UASB có thể hoạt động ở nhiệt độ ấm (30 – 35 oC) hoặc nóng (50 – 55 oC). Nhiệt độ tối ưu cho quá trình hoạt động của bể UASB là 35 oC. Khi nhiệt độ dưới 10 oC vi khuẩn tạo methane hầu như không hoạt động. pH pH tối ưu cho quá trình hoạt động của bể UASB dao động trong phạm vi hẹp, từ 6,5 đến 7,5. Nếu pH giảm thì ngưng nạp nguyên liệu. Vì nếu tiếp tục nạp nguyên liệu thì hàm lượng acid tăng lên dẫn đến kết quả là làm chết các vi khuẩn tạo CH4. Nước thải Trước khi vận hành bể UASB cần phải xem xét thành phần tính chất nước thải, cần xử lý cụ thể hàm lượng chất hữu cơ, khả năng phân hủy sinh học của nước thải, tính đệm, hàm lượng vi lượng chất dinh dưỡng, hàm lượng cặn lơ lửng, các hợp chất độc, nhiệt độ nước thải, Hàm lượng chất hữu cơ Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải có thể được xác định theo COD. Khi COD nhỏ hơn 100mg/l, xử lý nước thải này bằng USAB không thích hợp. Khi COD > 50.000mg/l, cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn nước thải đầu ra. Khả năng phân huỷ sinh học của nước thải Khả năng phân hủy sinh học của nước thải có thể xác định bằng cách: cho một lượng COD đã định lượng trước vào trong mô hình tĩnh và theo dõi lượng khí methane sinh ra hoặc lượng COD còn lại trong thời gian dài khoảng 40 ngày. Khi đó có thể đánh giá dễ dàng khả năng phân hủy sinh học của nước thải. Chất dinh dưỡng Nhu cầu dinh dưỡng cho sự sinh trưởng của vi khuẩn kị khí thường thấp hơn so với vi khuẩn hiếu khí. Hàm lượng tối thiểu của các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng có thể được tính theo tỷ lệ (COD/Y) : N : P : S = (50/Y : 5 : 1 : 1). Trong đó Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào nước thải. Nước thải không dễ acid hóa có Y = 0.15 ; nước thải dễ acid hóa có Y = 0.03. Hàm lượng cặn lơ lửng Công nghệ UASB không thích hợp đối với nước thải có hàm lượng SS lớn. Khi nồng độ cặn lơ lửng lớn hơn 3000mg/l, cặn này khó có thể phân hủy sinh học được trong thời gian lưu nước ngắn và sẽ tích lũy dần trong bể gây trở ngại cho quá trình phân hủy nước thải. Tuy nhiên, nếu lượng cặn này bị cuốn trôi ra khỏi bể thì không còn trở ngại gì. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP UASB CƠ SỞ THỰC NGHIỆM ĐỂ XÂY DỰNG MÔ HÌNH Nước thải do quá trình sản xuất nước tương có tính chất chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ phân hủy chủ yếu là các hydratecarbon, protein và xelluloza giống như các ngành chế biến thực phẩm khác, do đó tham khảo một số nghiên cứu xử lý nước thải của một số ngành chế biến thực phẩm là cơ sở để xây dựng mô hình thí nghiệm nghiên cứu xử lý nước thải từ quá trình sản xuất nước tương. Một số nghiên cứu xử lý nước thải của ngành thực phẩm ứng dụng mô hình UASB 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 Đây là một thí nghiệm tiến hành trong thời gian 600 ngày, được thực hiện bởi một nhóm nhà khoa học thuộc bộ phận kỹ thuật môi trường của trường kỹ thuật Nagaoka, tại Nhật Bản. Thí nghiệm được thực hiện tại nhà máy sản xuất bánh đậu từ hạt đỗ tương. Thí nghiệm nhằm khám phá và kiểm tra hiệu quả xử lý của lò phản ứng UASB nhiều ngăn đối với nước thải của quá trình sản xuất thực phẩm có nồng độ lipid và protein cao. Lò phản ứng UASB được hoạt động ở nhiệt độ 55 oC trong thời gian 600 ngày và được chia thành 4 giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất từ ngày 1 cho đến ngày thứ 75, giai đoạn thứ hai từ ngày thứ 76 đến ngày thứ 165, giai đoạn thứ ba bắt đầu từ ngày 169 đến ngày thứ 400, giai đoạn thứ tư là thời gian sau ngày thứ 400 (từ ngày thứ 401 đến ngày thứ 600). Nước thải từ quy trình sản xuất bánh đậu sẽ được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho lò phản ứng UASB trong nghiên cứu này. Thành phần đặc trưng của nước thải được trình bày trong Bảng 3. Thành phần Đơn vị Hàm lượng pH 5.4 Nhiệt độ oC 57 COD mg/l Tổng số 21.520 Hoà tan 14.240 BOD5 mg/l Tổng số 10.300 Hoà tan 6.730 Tỷ lệ C/N 8.9 SS mg/l 5.010 VSS mg/l 4.85 Protein mgCOD/l Tổng số 7.150 Hoà tan 3.280 Carbonhydrate mgCOD/l Tổng số 6.670 Hoà tan 6.610 Lipid mgCOD/l Tổng số 6.440 Hoà tan 2.940 Nitơ tổng mg/l Tổng số 890 Hoà tan 450 Khoáng mg/l K: 451, Ca: 436, Mg: 267, P: 37 Bảng 3. Thành phần đặc trưng của nước thải từ quy trình sản xuất bánh đậu. Kết quả đạt được sau 600 ngày thí nghiệm như sau: Trong giai đoạn thứ nhất, mặc dù, tải trọng COD đầu vào tương đối thấp (từ 2 đến 12 kgCOD/m3/ngày) nhưng hiệu quả xử lý vẫn không đạt yêu cầu. Chính vì vậy, nước đầu ra của lò phản ứng UASB được pha loãng với nước thải trực tiếp từ nhà máy và hoàn lưu trở lại thành nguyên liệu đầu vào của lò phản ứng.Trong suốt giai đoạn thứ nhất, bùn được nuôi dưỡng đây là quá trình khởi động của lò phản ứng UASB nhiều bậc (UASB – MS: Multi – Staged UASB) Trong giai đoạn thứ hai, thay vì dùng nước đầu ra của lò phản ứng MS-UASB để pha loãng, nước được dùng để pha loãng nước thải. Kết quả, tải trọng COD đã có thể tăng đến 25 kg COD/m3/ngày với hiệu suất xử lý COD lên ngày đến 90%. Đến giai đoạn thứ ba, nước đầu ra của lò phản ứng UASB – MS lại tiếp tục được hoàn lưu trở lại bồn khuấy trộn, giống như giai đoạn thứ nhất. Hiệu quả xử lý COD giảm đi trầm trọng, từ 80% đến 37%. Nguyên nhân là do sự hình thành lớp váng mỏng trong bồn khuấy trộn và lớp bùn, gây cản trở sự tiếp xúc giữa lớp bùn và nước thải. Sự có mặt của ion Mg2+ và ion Ca2+ trong nước thải kết hợp với lượng protein và lipid còn lại trong nước đầu ra của lò phản ứng UASB – MS là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này. Để khắc phục tình trạng hình thành lớp váng mỏng, người ta đã ngừng việc hoàn lưu nước đầu ra từ lò phản ứng UASB – MS trở lại bồn khuấy trộn, thay vào đó, nước thải được pha loãng với nước. Kết quả đạt được là quy trình đã đi vào ổn định, tải trọng COD tăng lên 50 kg COD/m3/ngày với hiệu suất xử lý COD lên đến 90% đối với dòng nước thải được lọc và 60 – 70% đối với dòng nước thải không lọc, thời gian lưu nước được chấp nhận là 3,4 giờ và nồng độ COD là 7000 mg/l. Như vậy, từ nghiên cứu này, có thể dễ dàng nhận thấy rằng việc dùng nước đầu ra từ lò phản ứng UASB – MS để pha loãng nước thải và hoàn lưu trở lại lò phản ứng là không hiệu quả. Dùng nước để pha loãng nhằm đạt được nồng độ hàm lượng hữu cơ thích hợp trong nước thải cho lò phản ứng UASB – MS hoạt động là biện pháp tối ưu. Xử lý nước thải từ quy trình chế biến tinh bột sắn bằng công nghe