Đề tài Nghiên cứu chế tạo màng siêu lọc ứng dụng thử để lọc bia và xử lý nước bãi rác Nam Sơn - Sóc Sơn - Hà Nội

bột nghiền phụ thuộc vào chủng loại bia sản xuất và đặc tính kỹ thuật của hệ thống thiết bị. Trong môi trường giàu nước, các hợp chất có phân tử lượng thấp có sẵn trong nguyên liệu sẽ hoà tan vào nước và trở thành chất tan của dịch đường. Các hợp chất cao phân tử như: tinh bột, Protein..sẽ bị các enzym phân huỷ, phân cắt thành các sản phẩm có phân tử lượng thấp và hoà tan vào nước để trở thành chất tan của dịch đường như : Glucozơ, maltozơ, dextrin.. ã Đường hoá : Lượng malt còn lại được chuyển vào nồi đường hoá với tỷ lệ .Sau khi được ngâm, khuấy kỹ, nâng nhiệt độ lên 48.5 oC, giữ một thời gian rồi bơm dịch đã hồ hoá đang sôi ở thùng nấu gạo sang. Nhiệt độ trong thùng đường hoá sẽ lên 60-70oC, giữ nhiệt độ này 50-60 phút rồi nâng lên 76oC trong 15-20 phút cho đến khi đường hóa hoàn toàn. ãLọc dịch đường nấu hoa : Dịch đường hoá được bơm vào máy lọc ép khung bản. Dịch đường nóng được đưa vào nồi nấu với hoa. Khi lọc gần hết thì mở hơi nóng giảm nhiệt độ nồi nấu hoa. Bã lọc được rửa nóng ở 75-80oC ( lượng nước để rửa theo yêu cầu của cán bộ kỹ thuật công nghệ). ãTách bã và làm lạnh dịch men: Sau khi nấu, dịch được lọc tách bã hoa rồi được bơm vào thùng lắng xoáy, để lắng trong 30 phút rồi bơm dịch qua thùng lạnh để hạ nhiệt độ từ 91oC xuống 8-10oC và được bổ xung oxy với lượng 30-35 ml/ lit dịch, tạo điều kiện cho nấm men phát triển rồi chuyển vào thiết bị lên men. 2.3. Quá trình lên men. Đây là một quá trình quan trọng nhất của sản xuất bia. Gồm hai quá trình: - Quá trình lên men chính. - Quá trình lên men phụ. Khi đó đường có trong nước nha được lên men dưới tác dụng của nấm men. Về cơ bản quá trình lên men là quá trình oxy hoá khử được tiến hành do hoạt động sống của vi sinh vật, dưới xúc tác của các enzym nhằm cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cần thiết khác. Các phản ứng hoá sinh cơ bản của quá trình lên men là: - Các phản ứng đường phân - Chu trình Kreps - Chu trình Pentozơ photphat. Song song với quá trình lên men còn xảy ra rầt nhiều quá trình hoá sinh , sinh lý, hoá học, lý học rất phức tạp, Những quá trình này đóng vai trò rất quan trọng đối với chất lượng bia thành phẩm. Kết quả của quá trình lên men là tạo ra rượu Etylic, CO2 và các sản phẩm phụ khác. Quá trình lên men được tiến hành trong thùng liên hợp, được chế tạo có áo lạnh và thùng bảo ôn bên ngoài, với hệ thống điều chỉnh nhiệt độ của bia trong thùng khi cần. Hai mẻ nấu được lên men trong một thùng. Thời gian lên men 10-14 ngày. Khi lên men nhiệt độ trong thiết bị lên đến 14-16oC, áp suất ở 1,3-1,5 bar, nhiệt độ và áp suất tự động khống chế. Sau 8 ngày lên men, duy trì nhiệt độ 4oC trong 24 giờ . Sau đó làm lạnh bia trong thiết bị xuống -1oC và giữ thêm 1-3 ngày, ở nhiệt độ -10C. Nấm men và các cặn mịn, các chất keo tụ (famin, protein, pectin không tan và nhựa hoa houblon) lắng làm bia trong và bão hoà CO2. Cặn lắng được lấy ra trước khi lọc bia. 2.4. Lọc bia, làm trong bia, đóng chai thành bia thành phẩm. 2.4.1. Mục đích của quá trình lọc bia, làm trong bia. Làm trong để tăng thêm giá trị cảm quan, ổn định thành phần cơ học, làm tăng độ bền sinh học và độ bền keo của bia, loại nấm men. 2.4.2.Cơ sở lý thuyết của quá trình làm trong bia. Trong quá trình lên men phụ và tàng trữ, bia đã được làm trong một cách tự nhiên nhưng chưa đạt đến mức độ cần thiết. Màu đục của bia được lý giải bằng sự hiện diện của nấm men, của các hạt phân tán cơ học, của các hạt dạng keo, của phức chất protein-polyphenol, của nhựa đắng nhiều loại hạt ly ty khác. Vì vậy, muốn làm tăng độ bền của bia, với mục đích là tăng thời gian bảo quản khi lưu hành bia trên thị trường. Có 2 giải pháp để làm trong bia: Phương pháp lọc. Phương pháp ly tâm. Nguyên tắc lọc bia được xây dựng trên 2 quá trình : Giữ chặt bằng lực cơ học tất cả các hạt có kích thước lớn hơn kích thước lỗ hổng của vật liệu lọc. - Hấp phụ các hạt có kích thước bé hơn, các hạt hoà tan dạng keo và các hạt hoà tan phân tử. Độ trong của bia đạt được là nhờ giai đoạn hấp phụ này. Hiệu quả của quá trình hấp phụ, phụ thuộc trước hết vào bản chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, sau đó là thời điểm trong quá trình lọc. Ly tâm là phương pháp thứ hai thường được sử dụng trong sản xuất để làm trong bia. Việc tách các hạt phân tán ra khỏi pha lỏng hoàn toàn mang tính chất cơ học. 2.4.3. Các phương pháp làm trong bia. - Dùng máy ly tâm: Việc tách các hạt phân tán ra khỏi pha lỏng hoàn toàn mang tính chất cơ học: + ưu điểm của phương pháp này : tiện lợi, kỹ thuật thao tác đơn giản, dễ có khí hoá, mặt bằng diện tích chiếm ít, năng suất cao, chi phí sản xuất thấp, sự thay đổi thành phần và tính chất của bia không đáng kể. + Nhược điểm của phương pháp: bia không đạt được độ trong cần thiết, không loại hoàn toàn nấm men.. nên độ bền keo của sản phẩm không cao. - Lọc bằng bông: Xơ bông được trộn với bột amiang rồi ép thành bánh hình tròn ( hoặc hình chữ nhật, hình vuông). Vì độ dày của bánh khá lớn nên gọi là khối lọc. Các bánh được xếp trong một ống dài gọi là cột bông. + ưu điểm của phương pháp: Cột bông có thể hấp phụ mạnh nấm men và các phân tử phân tán cơ học nên bia đạt được độ trong cần thiết và loại được gần hết nấm men và vi sinh vật có hại. Lọc trong cột bông tránh được sự thất thoát CO2 và hạn chế được quá trình oxy hóa. + Nhược điểm của phương pháp: Thiết bị phức tạp, việc tái sử dụng mất nhiều công, khả năng loại nấm men và các phân tử gây đục khác chưa triệt để. Nên chỉ dùng phương pháp lọc bông trong quá trình sản xuất bia hơi. Ngoài ra, việc sử dụng amiang rất có hại cho sức khoẻ nên hiện nay thế giới không cho phép sử dụng. - Lọc có sử dụng chất trợ lọc diatomit. Diatomit là một hợp chất khoáng nhiều cấu tử trong đó chiếm nhiều nhất và giá trị nhất là hợp phần hydrosilicat. Lọc có sử dụng diatomit được dùng nhiều hơn so với hai phương pháp trên vì lọc bằng diatomit làm cho bia ít thay đổi về chất lượng và có độ bền sinh học tương đối cao. Trong công nghiệp sản xuất bia người ta thường lọc bia bằng máy lọc khung bản có sử dụng diatomit kết hợp với vải lọc công nghiệp. Qua việc kiểm tra bia sử dụng máy lọc khung bản với vải lọc công nghiệp và diatomit thấy rằng bia sản xuất ra chỉ đạt được tiêu chuẩn chất lượng bia hơi. Muốn sản xuất được bia lon, bia chai người ta lại phải tiến hành thêm công đoạn thanh trùng bia sau khi lọc. Nếu thanh trùng bia sẽ dẫn đến sự thay đổi bất lợi về hương, vị, màu sắc của sản phẩm. Một trong những nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi trên là do sự tạo thành melanoit. Thanh trùng bia cũng có thể dẫn đến vẩn đục dạng keo cho sản phẩm. Vấn đề này phụ thuộc vào thành phần protein của bia, nhiệt độ và thời gian đun nóng. Protein cao phân tử là những thủ phạm chính gậy vẩn đục dạng keo trong giai đoạn thanh trùng. ở một mức độ nào đó, các hợp chất polyphenol ngưng tụ cũng góp phần làm hỏng bia. Để khắc phục nhược điểm này một số nước phát triển đã sử dụng màng lọc để lọc bia. Lọc trong bia bằng màng lọc thì có thể loại bỏ được hết nấm men, vi khuẩn mà không làm ảnh hưởng đến màu sắc và hương, vị của bia Hình 1: Sơ đồ công nghệ sản xuất bia 3.Các tiêu chuẩn chất lượng của bia. Bia được các nhà nghiên cứu, sản xuất và đặc biệt là người tiêu dùng đánh giá qua các chỉ tiêu chất lượng chủ yếu như mùi, vị, màu sắc, độ trong suốt, bọt và độ bền của bọt. Mùi của bia có được là nhờ nguyên liệu và các sản phẩm lên men tạo nên. Các loại bia khác nhau có thể khác nhau về vị, độ cồn, màu sắc.. Nếu nguyên liệu không đảm bảo phẩm chất, nếu quá trình lên men bia không diễn ra theo đúng yêu cầu công nghệ, nếu giống nấm men không tốt thì bia sẽ có mùi lạ, không phải mùi bia . Vị của bia chủ yếu là do các sản phẩm lên men dịch trích ly hoa houblon và malt đại mạch. Một trong những chỉ tiêu chất lượng quan trọng của bia là sự hoà hợp một tập hợp phức tạp của các chất dextrin, melanoit, các hợp chất chứa nitơ, các hợp chất từ hoa houblon, rượu etylic. Tính thẩm mỹ là một tiêu chí quan trọng đối với bia đó là màu sắc và độ trong suốt của bia. Các chỉ tiêu cảm quan trên là các chỉ tiêu đầu tiên đập vào mắt người uống. Bia tốt có màu vàng rơm, sánh lấp lánh. Bia có bọt nhiều, dày mịn và lâu tan là dấu hiệu của bia tốt. Bia có bọt mịn và dày thường có vị ngon. 3.1. Các chỉ tiêu cảm quan của bia. - Độ trong suốt, hương vị, bọt và độ bão hoà CO2 được đánh giá trực tiếp bằng phương pháp cảm quan theo thang điểm sau: + Độ trong suốt :10 điểm. + Hương và vị : 50 điểm. + Bọt và độ bão hoà CO2: 40 điểm. - Bia có độ trong suốt cao và lấp lánh, óng ánh được đánh giá 10 điểm. Không lấp lánh, không óng ánh 8-9 điểm. Bia có độ trong trung bình 4-5 điểm .Bia vẩn đục gọi là bia hỏng, không có điểm Bia có hương và vị đúng hoàn toàn với tiêu chuẩn đã đăng kí theo từng loại bia ( bia hơi, bia chai, bia hộp) cho 49-50 điểm , hương và vị tốt 46-48 điểm, hương và vị đạt 42-45 điểm , hương vị không tốt 38-41 điểm. Bia có hương vị không phù hợp với tiêu chuẩn đã đăng kí : có mùi của nấm men, phảng phất mùi phenol, vị đắng khó chịu sẽ được điểm rất thấp, có thể bị loại bỏ. - Tổng cộng nếu bia được 96-100 điểm thì được coi là loại có chất lượng rất cao; 90-95 điểm là loại tốt ; 85-89 điểm là loại đạt ; dưới 85 điểm là loại xấu. 3.2. Các chỉ tiêu hoá lý của bia. - Bên cạnh phương pháp cảm quan, để đánh giá chất lượng bia một cách chính xác cần phải phối hợp phương pháp cảm quan với các phương pháp phân tích hóa lý và hoá học. Qua đó đề ra một tiêu chuẩn chất lượng như sau: + Hàm lượng hoà tan của nước nha ban đầu tính theo phần trăm khối lượng :10-12%. + Hàm lượng cồn ( độ cồn) : 3-4.5 %. +Độ chua ( tính bằng số ml dung dịch NaOH 1N cho 100 ml bia : 1.2-1.7. +Màu ( tính bằng số ml dung dịch I2 cho 100ml bia : 0.5-1.0. + Hàm lượng CO2 (%) : 2.8-4.0. +Độ bền sinh học ( ngày đêm) : 7-20. 3.3. Các chỉ tiêu vi sinh vật của bia hơi, bia chai, bia hộp. ãBia hơi: Tên chỉ tiêu Mức Vi khuẩn hiếu khí tính theo số khuẩn lạc trong 1ml bia Ê1000 Vi khuẩn kị khí Không được phép có Nấm men tính theo số khuẩn lạc trong 1ml bia Ê 100 ã Chỉ tiêu của bia chai. Tên chỉ tiêu Mức Vi khuẩn hiếu khí tính theo số khuẩn lạc trong 1ml bia Ê 100 Vi khuẩn kị khí Không được phép có e.coli Không được phép có Nấm men Không được phép có ãChỉ tiêu của bia hộp. Tên chỉ tiêu Mức Tổng số vi khuẩn hiếu khí, khuẩn lạc trong 1ml bia Ê 100 e.coli Không được phép có Vi sinh vật gây đục Không được phép có Các nấm men, nấm mốc, số khóm nấm Không được phép có Vi trùng gây bệnh đường ruột Không được phép có 4.Rác thải sinh hoạt, các thông số chính của nước rác và các phương pháp xử lý nước rác. 4.1. Rác thải sinh hoạt. 4.1.1. Nguồn gốc Rác thải sinh hoạt tạo ra từ các nguồn chủ yếu sau : Từ các khu dân cư. Từ các trung tâm thương mại. Từ các cơ sở trường học, công trình công cộng. Từ dịch vụ đô thị, sân bay. Từ các hoạt động xây dựng đô thị. Từ các trạm xử lý nước thải, đường ống thoát nước của thành phố. 4.1.2. Thành phần. Rác thải sinh hoạt có thành phần rất phức tạp như : Những hợp chất vô cơ: kim loại, sành sứ, gạch ngói vỡ, đất đá. Những hợp chất hữu cơ: các loại thực phẩm dư thừa hoặc quá hạn sử dụng, xương động vật, rau xanh, vỏ hoa quả, các loại tre gỗ, lông gà, lông vịt, vải sợi, giấy, xác động - thực vật, cao su, nhựa... Những loại khác: các hợp chất dễ bay hơi, trong đó có những chất mang mùi nặng. 4.1.3. Phân loại Rác thải được đưa vào môi trường từ nhiều nguồn khác nhau. Dựa trên tính chất thành phần có thể chia rác thải sinh hoạt thành 3 nhóm sau: ãNhóm 1: Chất thải thực phẩm Đó là các loại thức ăn dư thừa, hoa quả, rau xanh... Chất thải thực phẩm là những hợp chất hữu cơ, mang bản chất sinh học. Vì vậy, chúng rất dễ bị phân huỷ bằng con đường sinh học. Quá trình phân huỷ của chúng tạo nên các mùi khó chịu của CO2, NH3, H2S.. đặc biệt trong thời tiết ẩm. ãNhóm 2: Chất thải từ hoạt động công nghiệp, xây dựng Gồm các loại phế thải: đất đá, gạch ngói, bê tông, các vật liệu bằng kim loại, thuỷ tinh, chất dẻo. Đây là nhóm chất thải khó phân huỷ, bền vững theo thời gian. Trong đó, vật liệu bằng kim loại, thủy tinh, các loại chất dẻo có thể tái sử dụng thành vật liệu composit và một số dạng đặc biệt khác. ãNhóm 3: Chất thải từ nông nghiệp Là những chất thải và mẩu thừa từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp (trồng trọt, thu hoạch) các loại cây trồng, các phế thải từ quá trình chế biến sữa, của lò giết mổ... Nhóm này được tập kết cùng với nhóm 1 để xử lý bằng phương pháp phân huỷ sinh học. 4.2. Các thông số chính của nước rác. 4.2.1. Hàm lượng chất rắn. Là thành phần vật lý đặc trưng quan trọng nhất của nước thải. Nó bao gồm các chất rắn nổi, lơ lửng, keo và tan. Hàm lượng các chất rắn ttong nước được đánh giá bằng các thông số: - Tổng chất rắn (TS) : trọng lượng khô tính bằng mg, sau khi cho bốc hơi 1l nước mẫu và sấy khô ở nhiệt độ 1030C cho đến khi trọng lượng khô không thay đổi. Đơn vị tính bằng mg/l. - Hàm lượng chất rắn huyền phù (SS): là hàm lượng chất rắn lơ lửng có trong 1l nước. Được tính bằng trọng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thuỷ tinh sau sấy khô ở T0= 1030C- 1050C đến khi trọng lượng không thay đổi. Đơn vị tính bằng mg/l. - Chất rắn hoà tan (DS)= TS – SS. - Chất rắn bay hơi (VSS): là thành phần mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù SS ở 5500C trong khoảng thời gian nhất định, sau khi nung còn lại M. VSS = SS - M. VSS: Biểu diễn hàm lượng chất rắn dạng hữu cơ có trong nước. 4.2.2. Hàm lượng oxy hoà tan DO (Disolved oxygen) Đó là hàm lượng oxy hoà tan trong nước. Hàm lượng oxy hoà tan phụ thuộc vào các yếu tố: áp suất, nhiệt độ, các thành phần hoá học trong nước, vi sinh, thuỷ sinh..oxy hoà tan trong nước có tác dụng duy trì sự sống cho các vi sinh vật trong nước. Các nguồn nước mặt thường có nồng độ oxy lớn hơn so với nước ngầm. Khi thải các chất thải sử dụng oxy cho các nguồn nước, quá trình oxy hoá chúng sẽ làm giảm nồng độ oxy hoà tan trong các nguồn nước này, thậm chí có thể đe doạ sự sống của các loài cá cũng như các sinh vật sống trong nước. Xác định hàm lượng oxy hoà tan để đánh giá chất lượng nước. Nếu hàm lượng oxy hoà tan thấp thì nước bị ô nhiễm các chất hữu cơ, từ đó đưa ra phương pháp xử lý thích hợp. Nếu hàm lượng oxy hoà tan cao sẽ có nhiều rong tảo có thể gây ăn mòn đường ống nước. 4.2.3.Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical oxygen Demand) Chỉ tiêu COD được dùng rộng rãi để biểu thị hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải. COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học các hợp chất hữu cơ chứa trong nước thải thành CO2 và H2O. Để thực hiện phản ứng oxy hoá, xác định COD người ta thường dùng chất oxy hoá mạnh theo các phương pháp: + Xác định COD theo phương pháp dicromat Phương trình phản ứng: Các chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ CO2 + H2O +2 Cr3+. K2Cr2O7 có khả năng oxy hoá hoàn toàn các chất hữu cơ có trong nước thải, khi đun thực hiện phản ứng trong 2h. +Phương pháp xác định COD bằng dung dịch KMnO4 trong dung dịch axit. COD xác định theo phương pháp này thường nhỏ xấp sỉ ở giá trị thực của nó vì các hợp chất hữu cơ chỉ bị oxy hoá một phần bởi KMnO4 . Do việc xác định BOD đòi hỏi thời gian lâu hơn nên người ta thường xác định COD để đánh giá mức độ ô nhiễm. Để thải ra môi trường tự nhiên, nước thải phải đạt ba loại chỉ tiêu COD sau: Loại A: COD < 50 mg/l. Loại B : COD < 100 mg/l. Loại C : COD < 200 mg/l. 4.2.4. Nhu cầu oxy sinh hoá BOD (Biochemical oxygen Demand). BOD là lượng oxy cần thiết mà các vi sinh vật đã sử dụng để oxy hoá các hợp chất hữu cơ có mặt trong một đơn vị thể tích nước. BOD là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải đô thị và nước thải công nghiệp. BOD chỉ ra lượng oxy mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng: Phương trình tổng quát: Vi khuẩn Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O+ Tế bào mới + Sản phẩm trung gian BOD biểu thị lượng các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật. Trong thực tế người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ vì nó tốn quá nhiều thời gian do đó để xác định người ta sử dụng giá trị BOD5 là lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 200C . Phương pháp xác định BOD: - Cấy vi khuẩn thích hợp với từng loại nước thải. - ủ ở nhiệt độ 200C. Cho một lượng nhất định mẫu nước thải vào chai phân tích oxy hoà tan có thể tích 300ml, pha loãng tới thể tích trên và đóng nút kín để chai mẫu trong tủ hoặc phòng tối ở 200C . Xác định nồng độ oxy hoà tan trong mẫu ban đầu và sau ngày thứ 5. Hiệu số giữa hai nồng độ oxy hoà tan này là BOD5. BOD5 = ( mg/l). Trong đó: D1: Nồng độ oxy hoà tan của mẫu nước thải pha loãng trước khi ủ, mg/l. D2 : Nồng độ oxy hoà tan của mẫu nước thải pha loãng sau 5 ngày ủ ở 200C, mg/l P : Hệ số pha loãng. 4.2.5. Độ màu. Do các chất bẩn trong nước gây nên như các hợp chất của sắt không hoà tan làm cho nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây màu vàng, các loài thuỷ sinh như rong, tảo gây màu xanh. Độ màu được sử dụng để đánh giá định tính mức độ ô nhiễm của nước. Để xác định độ màu của nước người ta dùng một số phương pháp như so màu, trắc quang.. 4.2.6. Độ đục. Nước có độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng. Các nguyên nhân gây ra độ đục gồm : + Do các hạt rắn lơ lửng trong nước . + Do các chất hữu cơ phân rã trong nước. + Do các động – thực vật sống trong nước. 4.2.7. Các chất dinh dưỡng. *. Hàm lượng nitơ. Nitơ có thể tồn tại ở các dạng chủ yếu sau: + Nitơ hữu cơ : N- HC. + Nitơ ammoniac : N- NH3. + Nitơ nitrit: N- NO2. + Ntơ nitrat : N- NO3. + Nitơ tự do: N2. Vì nitơ là nguyên tố chính xây dựng tế bào tổng hợp protein nên số lượng chỉ tiêu nitơ rất cần thiết để xác định khả năng có thể xử lý một loại nước thải nào đó bằng các quá trình sinh học. 4.3. Các phương pháp xử lý nước thải. Thực tế có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải. Các phương pháp chủ yếu sau đây đã được sử dụng để xử lý nước bãi rác Nam Sơn- Hà Nội. 4.3.1. Phương pháp hóa lý. Phương pháp đã được sử dụng để xử lý nước rác Nam Sơn _ Hà Nội là phương pháp đông tụ và keo tụ. Phương pháp này thường được sử dụng để tách các chất bẩn ở dạng keo và hoà tan. Để tách các hạt rắn có kích thước rất nhỏ này người ta cần trung hoà rồi liên kết chúng lại với nhau. Quá trình trung hoà điện tích gọi là quá trình đông tụ. Quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ. Cơ sở của phương pháp : + Các hạt cặn bé lơ lửng kích thước vô cùng nhỏ, mang điện tích dương hoặc âm, có bề mặt tiếp xúc rất lớn. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc kết dính với nhau bằng lực liên kết phân tử và điện từ, tạo thành những hạt keo phân tán lơ lửng trong nước. + Khi cho thêm nhân tố keo tụ là những hoá chất, sẽ làm cho các hạt keo kết dính với nhau thành những hạt lớn hơn có khả năng lắng được bằng phương pháp lắng cơ học. Quy trình tạo bông gồm 2 giai đoạn: + Giai đoạn 1 : sử dụng phèn nhôm, phèn sắt Al2(SO4)3. Fe2 (SO4)3 cho vào nước và khuấy trộn nhanh trong vài giấy để tạo các bông keo mới. Các phản ứng xảy ra : Al2(SO4)3 + 3 Ca( HCO3)2 2 Al(OH)3 ¯ + 3 CaSO4 + 6 CO2 Fe2 (SO4)3 + 3 Ca( HCO3)2 2 Fe(OH)3¯ +3 CaSO4 + 6 CO2 Vì thực tế Al2(SO4)3 hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp và hoạt động có hiệu quả cao trong điều kiện pH = 5-7,5 nên đã được sử dụng trong quá trình đông tụ và keo tụ nước rác Nam Sơn. + Giai đoạn 2: Keo tụ và tạo bông Các bông cặn Al(OH)3 , Fe(OH)3 có khả năng kết tụ được với các hạt keo ( các hạt keo bẩn trong nước thường có điện tích âm trong khi Al(OH)3 , Fe(OH)3 mang điện tích dương) thành những bông cặn lớn. Giai đoạn này thường xảy ra với thời gian lâu hơn giai đoạn trên. Trong nhiều trường hợp quá trình kết tụ các hạt keo tạo thành những bông nhỏ để tạo thành bông lớn người ta thường bổ xung thêm các chất trợ tạo bông như dùng các chất polyme hữu cơ vì các chất này có cấu trúc phân tử dạng khối nên cho phép tạo thành những bông cặn lớn. Chất keo tụ Tác nhân keo tụ 4 3 2 1 Nước sạch Nước thải 1. Bể khuấy trộn 2. Bể keo tụ 3. Bể lắng 4. Bể lọc cát Hình 2: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp keo tụ tạo bông - lắng 4.3.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Quá trình xử lý sinh học là quá trình dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật để phân huỷ các hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường nước thải. Các vi sinh vật này sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng tạo ra năng lượng và tổng hợp nên tế bào mới. Các phương pháp sinh học gồm có: + Phương pháp hiếu khí + Phương pháp yếm khí * Phương pháp hiếu khí: Là phương pháp xử lý sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxi liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng từ 20 - 40o C * Phương pháp yếm khí: Là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí nói chung trong xử lý nước thải công nghiệp, các phương pháp hiếu khí được sử dụng rộng rãi hơn cả. Nguyên lý chung của quá trình: Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình gồm ba giai đoạn : + Giai đoạn 1: Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuyếch tán đối lưu hoặc phân tử. + Giai đoạn 2: Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuyếch tán do sự chênh lệch nồng độ ở trong và ngoài tế bào. +Giai đoạn 3: Quá trình chuyển hoá các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng. Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hoá các chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải. Phương trình tổng quát các phản ứng tổng của quá trình oxi hoá sinh hoá ở điều kiện hiếu khí có dạng như sau : Men VSV CXHYOZN + (x + y /4+z/3 +3/4)O2 x CO2 + (y -3)/2 H2O +NH3 + DH Men VSV CXHYOZN +NH3 + O2 C 5H7NO2 +  CO2+ DH Trong đó: CXHYOZN: Chất hữu cơ có trong nước thải C 5H7NO2: Các nguyên tố chính của tế bào vi sinh vật DH: Năng lượng Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá thì không đủ chất dinh dưỡng sẽ xảy ra quá trình phân huỷ chất liệu tế bào ( tự OXH - tế bào vi khuẩn tự bị oxy hoá) Men VSV C 5H7NO2 +5 O2  5CO2+ NH3+ 2H2O+DH Men VSV Men VSV NH3+ O2 HNO2 + O2 HNO3 - Nước thải có thể xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ đạt được đặc trưng bởi chỉ tiêu BOD hoặc COD Phương pháp sinh học thường sử dụng trong quá trình xử lý nước rác Nam Sơn: Đó là phương pháp hồ sinh học Trong hồ, nước thải được làm sạch bằng các quá trình tự nhiên bao gồm tảo, vi khuẩn *. Đặc điểm : + Tốc độ oxy hoá chậm. + Thời gian lưu thuỷ lực tương đối lâu ( 30-50 ngày). Cơ chế phân huỷ chất thải trong hồ: Các vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ quá trình quang hợp của tảo, oxy được hấp thụ từ không khí để phân huỷ các hợp chất hữu cơ. Sau đó, tảo sẽ sử dụng CO2, NH4+ ,PO43- và các chất được giải phóng từ quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ để thực hiện quá trình quang hợp. Điều kiện: cần khống chế pH dòng vào, nhiệt độ và các điều kiện tự nhiên khác. *. Phân loại gồm có: + Hồ hiếu khí + Hồ hiếu - yếm khí + Hồ yếm khí - Hồ hiếu khí: Có quá trình hiếu khí xảy ra trong tự nhiên và oxy cung cấp làm thoáng không khí qua bề mặt một cách tự nhiên hoặc nhờ hệ thống cấp khí. Tách được 40 đến 60% BOD5, không tách được chất rắn lơ lửng. - Hồ hiếu - yếm khí: Là loại phổ biến nhất. Trong hồ tồn tại cả hai dạng vi sinh vật hiếu và yếm khí ( đáy hồ). Khả năng xử lý BOD khoảng 300 kg/ha . ngày - Hồ yếm khí: Trong hồ diễn ra quá trình phân huỷ yếm khí. Hiệu suất khử BOD là 70%. Thường sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ lớn. *. Ưu điểm của hồ sinh học: Chi phí vận hành và bảo quản thấp. *. Nhược điểm: Tốn diện tích, thời gian lưu lâu. 4.4. Đặc tính nước rác Nam Sơn Hà Nội. 4.4.1. Bãi chôn lấp Nam Sơn. Bãi rác Nam Sơn là bãi rác được xây dựng với quy mô lớn. Bãi là nơi sử dụng để xử lý rác thải của thành phố Hà Nội. Bãi được vận hành từ năm 1999, lượng chôn lấp rác trong năm 2000 trung bình là 1200 - 1400 tấn / ngày. Lượng rác thải của Hà Nội liên tục tăng với số lượng rác trong năm 2001- 2002 thể hiện ở bảng 1. Lượng nước rác tính toán là 400-450 m3 / ngày. Bảng 1: Khối lượng rác thải tại bãi Nam Sơn Hà Nội năm 2001-2002. Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rác năm 2001(t) 44275 42100 39745 39663 41229 40403 42000 43621 40580 43615 41983 45765 Rác năm 2002(t) 47415 44635 44416 45744 49130 49532 48005 48179 44714 45245 47800 47600 Các giai đoạn chôn lấp : + Giai đoạn 1: đổ rác vào ô số 1, lần lượt sử dụng ô 2 và ô 3 như hồ sinh học, sau đó lấp đầy các ô ( ô số 1 có diện tích 2,2 ha , ô số 2 có diện tích 2,79 ha, ô số 3 có diện tích 2,5 ha) . Cao độ chôn lấp trung bình là 20 m. + Giai đoạn 2 : Chôn lấp tại các ô B, C, D, E, G, H, I, ô A được sử dụng như hồ sinh học với diện tích 3 ha gồm hồ H1, H2, H3 được xây dựng vận hành đầu năm 2002. Nước rác được tách ra khỏi bãi chôn, gom về hồ sinh học để xử lý trước khi thải ra môi trường. Sự biến động về nồng độ chất hữu cơ và hợp chất nitơ của nước rác dưới sự tương tác của vi si