Đồ án Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến rau quả - Hưng Yên

do (Cl2) và Octodihdrophenol. Chất này tác dụng với sắt hoá trị III (Fe3+) tạo ra hợp chất không màu, sau đó mới bị oxi hoá trong không khí thành hợp chất màu xẫm. Clo tự do cũng kết hợp với Fe3+tạo ra hợp chất màu. Khi đưa axit xitric và axit photphoric vào, chúng sẽ kết hợp với Fe3+ ngăn chặn Fe3+ tác dụng với axit clorogenic. Axit sunfurơ (H2SO3) có tính khử mạnh tác dụng với tâm hoạt động của enzim oxy hoá khử hạn chế các phản ứng tạo các sản phẩm màu xẫm. H2SO3 còn tác dụng với nhóm cacbonyl tự do (-CO) của glucoza và một số đường khác để tạo ra axit glucozasunfurơ hay axit fructozasunfurơ, do đó nó ngăn ngừa sự tạo thành melanoidin là các sản phẩm có màu xẫm của phản ứng giữa đường khử và các axit amin cũng như các peptit có chứa gốc amin (-NH2). Axit sunfurơ và muối của nó còn có vai trò nâng cao độ bền của vitamin C và chúng có tính khử mạnh hơn vitamin C, tránh cho vitamin C bị oxy hoá dưới tác dụng của peoxit hữu cơ tạo thành dạng khử hidro kém bền. Bảng 1.3: Hàm lượng SO2 cho phép còn lại trong rau quả sấy tính bằng % [8] Nước Loại rau Liên Xô Anh Mỹ Bắp cải 0.06 - 0.15 – 0.25 Cà rốt - - 0.05 – 0.1 Khoai tây 0.04 0.03 0.02 – 0.05 Chương 2: HIện trạng sản xuất và môi trường tại Công ty TNHH Vitranimex thực phẩm 2.1 Giới thiệu về Công ty TNHH VITRANIMEX thực phẩm Công ty vận tải và đại lý vận tải, tên giao dịch VITRANIMEX là doanh nghiệp nhà nước thuộc Tổng Công ty rau quả, nông sản – Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn với các chức năng và nhiệm vụ: Kinh doanh vận tải hàng hoá bằng ô tô. Đại lý vận tải và giao nhận hàng hoá bằng đường bộ, đường sắt, đường biển, hàng quá cảnh và vận tải Quốc tế. Kinh doanh xuất nhập khẩu và kinh doanh thương nghiệp tổng hợp, kinh doanh cho thuê kho bãi. Đại lý tiêu thụ và bảo hành sửa chữa ô tô và các sản phẩm hàng hoá khác. Chế biến nông, thuỷ sản xuất khẩu. Công ty TNHH VITRANIMEX thực phẩm là một đơn vị trực thuộc Công ty vận tải và đại lý vận tải. Đây là một Công ty sản xuất các sản phẩm ăn liền được xây dựng tại xã Bạch Sam, huyện Mỹ Hào, Hưng Yên, một tỉnh nổi tiếng ở Việt Nam với các sản phẩm rau quả nhiệt đới. Sự ra đời của VITRANIMEX thực phẩm xuất phát từ nhu cầu về các sản phẩm ăn liền chất lượng cao và tiềm năng phát triển của dòng sản phẩm này. Các sản phẩm của Công ty đã từng bước khẳng định vị trí của mình không chỉ ở thị trường trong nước mà cả thị trường nước ngoài. Một số đối tác Châu Âu (chuyên cung cấp các sản phẩm ăn liền cho các nhà hàng, khách sạn và các siêu thị) đã rất quan tâm đến các sản phẩm của Công ty, đặc biệt là các sản phẩm nhiệt đới của Việt Nam như mít, chuối, các loại rau, củ quả khác. Trên cơ sở thăm dò thị hiếu của người tiêu dùng và khả năng tiếp nhận của thị trường, ngày 14 tháng 12 năm 2004 Công ty chính thức được thành lập. Ban đầu có tên là Nhà máy chế biến nông sản thực phẩm Mỹ Hưng, sau đổi tên thành Công ty TNHH VITRANIMEX thực phẩm. Sau 12 tháng xây dựng, ngày 26 tháng 12 năm 2005 đã chính thức đi vào sản xuất. Hiện Công ty đang chế biến 4 loại nguyên liệu: Cà rốt, bí đỏ, khoai môn, khoai lang với công suất 500-700 kg sản phẩm/ngày cung cấp chủ yếu cho 2 thành phố lớn là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Năm 2006 Công ty phấn đấu đạt 300 tấn sản phẩm. Trong tương lai sẽ tăng cường thêm các loại sản phẩm: đậu đũa, hành tây, khoai tây, táo, phấn đấu năm 2007 đạt công suất 500 tấn sản phẩm/năm. 2.2 Công nghệ chế biến rau củ tại Công ty TNHH Vitranimex thực phẩm Rửa Thái Chần nóng Sơ chế Chuẩn bị nguyên liệu Làm nguội Ngâm tẩm Tách dầu Làm lạnh Chiên Tách nước Kiểm tra đóng gói Sản phẩm Muối Đường Hình 3.1 Quy trình chế biến rau củ sấy khô tại Công ty 2.2.1 Sơ đồ quy trình (Hình 3.1) 2.2.2 Thuyết minh công nghệ * Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu Nguyên liệu ban đầu (bí đỏ, cà rốt, khoai môn, khoai lang) được thu mua trực tiếp của dân và đem về tập kết ở kho chứa nguyên liệu. Nhà máy sản xuất theo từng chu kỳ và mỗi chu kỳ một loại sản phẩm khác nhau. Tuỳ thuộc vào mùa vụ, nhu cầu sản phẩm và khả năng thu mua nguyên liệu mà chế biến ra sản phẩm phù hợp. Nguyên liệu phải được kiểm tra các thông số đầu vào: hàm lượng chất khô nguyên liệu, độ đường, hoạt lực enzym trong nguyên liệu sau đó ghi vào phiếu sản phẩm mục kiểm tra hàng đầu vào. Trường hợp nguyên liệu cần đưa ngay vào sản xuất mà không tiến hành kiểm tra thông số đầu vào thì phải được sự cho phép của bộ phận quản lý chất lượng và ghi rõ vào phiếu sản phẩm để tiến hành theo dõi trong quá trình sản xuất. * Bước 2: Rửa Nguyên liệu sau khi đã kiểm tra được đưa vào máy rửa. Quá trình rửa kết hợp với việc chà xát tách lớp vỏ bên ngoài của nguyên liệu. Khoai môn, khoai lang, cà rốt đều phải trải qua công đoạn này. * Bước 3: Sơ chế Quá trình sơ chế thực hiện thủ công gồm gọt vỏ kỹ hơn (đối với khoai môn), gọt vỏ (đối với bí đỏ) và loại bỏ phần sâu thối. Tiếp đó, nguyên liệu sẽ được cắt ra thành từng khúc nhỏ hơn để dễ dàng thái theo yêu cầu. * Bước 4: Thái Tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu và yêu cầu về hình dáng của sản phẩm mà đưa vào máy thái cho phù hợp. Có 2 loại máy thái: máy thái cho sản phẩm hình con chì đối với khoai môn, khoai lang còn máy thái lát dùng cho cà rốt và bí đỏ. * Bước 5: Chần nóng Riêng đối với khoai môn, phải ngâm khử ngứa bằng muối ăn trước khi đưa vào chần. Nguyên liệu sau khi thái được đưa vào máy chần nóng. Nước chần nóng có bổ sung muối ăn để tăng vị đậm đà cho sản phẩm và hạn chế sự ngấm nước của nguyên liệu. Nguyên liệu được chần ở nhiệt độ: 85 – 900C trong 2 phút. * Bước 6: Làm nguội Sau khi chần nóng, nguyên liệu đã chín sơ bộ có nhiệt độ cao nên được đưa qua máy làm nguội. Thiết bị chần nóng và làm nguội là 2 thiết bị riêng biệt nhưng được hợp khối với nhau. Giỏ chứa nguyên liệu được vận chuyển từ thiết bị này qua thiết bị khác bằng hệ thống băng chuyền đặt bên trong thiết bị. Nguyên liệu được làm nguội ở 30 - 320C trong thời gian 2 phút. * Bước 7: Ngâm tẩm Tuỳ thuộc vào yêu cầu về hương vị của sản phẩm mà bổ sung gia vị tương ứng. Công đoạn này chỉ được thực hiện khi nguyên liệu có hàm lượng đường thấp. Công ty hiện chưa có thiết bị sấy ngâm tẩm mà chỉ tiến hành ngâm tẩm đường cho nguyên liệu để tạo độ chênh áp suất thẩm thấu giúp quá trình tách nước cho nguyên liệu ở công đoạn chiên dễ dàng hơn. * Bước 8: Tách nước Nước được tách bằng phương pháp ly tâm. Máy ly tâm chỉ đặt được 1 giỏ 1 lần. Tốc độ ly tâm: v = 200 –250 vòng/phút trong thời gian t = 25 – 30 giây. * Bước 9: Làm lạnh Sau khi tách nước, bán thành phẩm được đưa vào máy đông lạnh. Nguyên liệu được làm lạnh ở nhiệt độ: -20 đến –180C trong thời gian 3 giờ. Sau khi ra khỏi máy làm lạnh, bán thành phẩm vẫn giữ nguyên được màu sắc và hình dạng. Công ty có 4 thiết bị làm lạnh. Mỗi thiết bị làm lạnh có thể chứa 7 giỏ nguyên liệu. * Bước 10: Chiên Do chiên trong điều kiện chân không nên nhiệt độ sôi của dầu biến động trong khoảng 95 – 1000 C (tuỳ thuộc loại sản phẩm). Dầu được hâm nóng trong 3 phút, sau đó xếp từng giỏ chiên vào thiết bị. Thời gian giữa 2 lần đưa giỏ vào là 3 phút để đảm bảo cho dầu chiên đạt nhiệt độ quy định. Máy chiên được rửa và dầu được thải bỏ định kỳ để thay dầu mới. Thời gian tuỳ thuộc hàm lượng đường trong nguyên liệu, mẩu vụn cháy trong quá trình chiên. Công ty hiện có 2 thiết bị chiên. * Bước 11: Tách dầu Ly tâm tách dầu được thực hiện ngay trong máy chiên. Dầu tách ra khỏi sản phẩm vẫn nằm trong máy chiên và được sử dụng tiếp. Quá trình được thực hiện trong 2 phút với tốc độ 100 – 200 vòng/phút Sau khi ly tâm tách dầu, sản phẩm khô, xốp, không ngấy theo yêu cầu chất lượng sản phảm. * Bước 12: Kiểm tra đóng gói Sau khi chiên, sản phẩm được kiểm tra chất lượng, nếu đạt yêu cầu sẽ đem đi đóng gói. Hiện tại, bao bì được đặt hàng từ đơn vị khác và đóng gói thủ công. Đóng gói xong được đem vào kho chứa thành phẩm. 2.3 Định mức nguyên liệu, vật tư cho chế biến rau củ tại Công ty Định mức vật tư, nguyên liệu là việc làm bắt buộc của doanh nghiệp để định giá cho sản phẩm và xác định hiệu quả kinh tế. Bảng 3.1: Định mức tiêu hao nguyên liệu tại Công ty như sau TT Khoản mục Đơn vị tính Định mức cho 1 tấn sản phẩm Nguyên liệu Cà rốt kg 9402 Bí đỏ kg 17609 Khoai lang kg 5049 Khoai môn kg 4750 Dầu chiên kg 280 -350 Nguyên liệu phụ (muối ăn) Cà rốt, bí đỏ kg 200 Khoai lang, khoai môn kg 100 Đường kg 1200 Axit xitric kg 3 - 4 Natrisunfit kg 2.4 - 3 Dầu FO kg 2200 2.4 Sản phẩm của Công ty 2.4.1 Các sản phẩm và đặc trưng Hiện nay, Công ty sản xuất ra 4 sản phẩm và đưa ra thị trường với 5 loại: Chip’s khoai môn sấy. Chip’s khoai lang sấy. Chip’s cà rốt sấy. Chip’s bí đỏ sấy. Chip’s hỗn hợp. Các sản phẩm của Công ty có giá trị dinh dưỡng cao và được phân bố chủ yếu cho 2 thị trường lớn là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Tại Hà Nội, sản phẩm của Công ty được phân bố rộng rãi tại các siêu thị: siêu thị ASEAN, siêu thị Hà Nội... và các đại lý khác. 2.4.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm Sản phẩm được kiểm định và đánh giá theo 2 bước: Sản phẩm trước khi đóng gói được bộ phận quản lý đánh giá về mặt cảm quan, cụ thể là: - Trạng thái sản phẩm: phải giòn, xốp, không cháy. - Hình dạng: Phải giữ nguyên hình dạng đã thái, không cong vênh, không gãy, vỡ. Sản phẩm thái lát phải đủ độ dày 3 mm, hình que với kích thước vuông tối thiểu 3 3 mm, hình khối có kích thước 10 10 5 mm. - Màu sắc: phải đồng màu, gần với màu tự nhiên của nguyên liệu. - Hương vị: Có hương vị đặc trưng của nguyên liệu tự nhiên, không có mùi lạ. - Tạp chất: không có. Sản phẩm còn được tiến hành phân tích các chỉ tiêu hoá lý và sinh học: Bảng 3.3: Chỉ tiêu hoá lý của sản phẩm rau củ chiên STT Sản phẩm Độ ẩm (%) Hàm lượng dầu (%) 1 Rau <5% <30% 2 Củ <5% <20% Bảng 3.4: Các chỉ tiêu sinh học của sản phẩm STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Chỉ tiêu tối đa Tổng số vi khuẩn hiếu khí - 370C/24h VSV/gam 100 Tổng số Coliform - 370C/48h VSV/gam 0 Tổng số Escherichia Coli VSV/gam 0 Clostridium Perfringen VSV/gam 0 2.5 Hiện trạng chất thải và tác động của chúng tới môi trường 2.5.1 Chất thải rắn Chất thải rắn là một vấn đề lớn của Công ty. Có thể chia chất thải rắn tại đây thành 2 dạng: 1. Chất thải rắn phát sinh từ nguyên liệu: chất thải này bao gồm vỏ, ruột các loại rau, củ, quả, phần sâu thối được loại bỏ từ quá trình sơ chế... Bảng 3.5: Lượng chất thải rắn từ nguyên liệu tại Công ty (kg/ngày) STT Nguyên liệu Khối lượng nguyên liệu (kg/ngày) Tỷ lệ thải bỏ (%) [7] Lượng chất thải rắn (kg/ngày) Cà rốt 4701 15 705,15 Bí đỏ 8804,5 14 1232,63 Khoai lang 2524,5 17 429,17 Khoai môn 2375 14 332,5 Ngoài ra còn có một lượng chất thải rắn rơi vãi trong quá trình vận chuyển trong phân xưởng, do thao tác của công nhân... Lượng chất thải này cũng được thu gom hàng ngày. Chất thải rắn từ quá trình sản xuất tại Công ty là khá lớn và đã được thu gom một lượng nhỏ bán cho nhân dân quanh vùng làm thức ăn cho gia súc. Đối với bí đỏ hạt bí được thu hồi, đem phơi khô và bán. Phần còn lại khá lớn đem chôn lấp trong Công ty. Các chất hữu cơ phân huỷ sẽ gây mùi hôi khó chịu. Khi công suất tăng, chất thải rắn sẽ càng nhiều, Công ty có thể lý hợp đồng với Công ty môi trường đô thị chuyển đi sản xuất phân hữu cơ. 2. Chất thải rắn khác: Bên cạnh chất thải rắn phát sinh từ nguyên liệu còn có: Bao tay nilon sử dụng trong công đoạn sơ chế. Rác thải sinh hoạt của cán bộ và công nhân trong Công ty bao gồm: túi nilon các loại, giấy vụn... 2.5.2 Khí thải 1. Do đốt dầu FO Trong Công ty, khí thải không phải là nguồn ô nhiễm lớn. Khí thải sinh ra chủ yếu do đốt dầu FO cấp nhiệt cho nồi hơi. Nồi hơi của Công ty sử dụng là nồi hơi tự động, công suất: 2 tấn hơi/h. Thành phần của dầu FO gồm có S, H, C, N, O... Khi đốt dầu FO sinh ra các khí như SOx, NOx, CO, CO2, Lượng dầu sử dụng trong 1 ngày là: 1100 kg/ngày. Phương pháp đánh giá nhanh của WHO khi đốt dầu FO như sau: Bảng 3.4: Tải lượng ô nhiễm khí do đốt FO tại công ty [14] TT Chỉ tiêu Hệ số ô nhiễm (kg/tấn FO) Tải lượng ô nhiễm (kg/ngày) 1 TSP 0,4 + 1,32 ´ S 0,4908 2 SO2 20 ´ S 0,77 3 NOx 8,5 9,35 4 CO 0,64 0,704 Trong đó: TSP: Hàm lượng bụi lơ lửng. S: Hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu FO. Dầu FO Công ty sử dụng có hàm lượng S=3,5%. Hiện nay Công ty có ống khói cao khoảng 15m, đường kính 40cm. Khi đốt dầu FO thấy khói không màu chứng tỏ dầu được đốt triệt để. Như vậy cũng không làm ảnh hưởng đến sức khoẻ của những người dân xung quanh. 2. Hơi dầu chiên Trong phân xưởng sản xuất các quạt thông gió được bố trí hợp lý nên hơi dầu chiên cũng ảnh hưởng không đáng kể đến công nhân trực tiếp sản xuất. 2.5.3 Nước thải Nước thải của Công ty bao gồm cả nước thải phát sinh từ công đoạn sản xuất và nước thải sinh hoạt. Nhu cầu nước cấp của Công ty là 350 m3/ngày (ngày làm việc 10 h). Phần lớn nước được sử dụng cho quá trình làm mát (95-99%) và được thải thẳng. Chỉ 1-5% lượng nước cấp được sử dụng trong quá trình gia công và chế biến. Nước thải của quá trình sản xuất gồm: Nước rửa củ: Nước này chủ yếu chứa đất, cát; chất hữu cơ của vỏ củ Nước ngâm, rửa nguyên liệu: Lượng nước này không lớn và thải ra khi hết ca sản xuất Nước chần nóng và làm nguội được xả vào cuối ca sản xuất. Nước rửa thiết bị (máy chiên): Nước rửa này có chứa dầu chiên và xút vệ sinh 10% Nước vệ sinh nhà xưởng: Nước này chứa hoá dầu chiên và hoá chất tẩy rửa (NaOH 2% hoặc xà phòng hay nước rửa chén bát). Bảng 3.5 Kết quả khảo sát chất lượng nước thải sản xuất khoai môn STT Loại mẫu pH COD (mg/l) Ghi chú Ngâm khoai môn 2,8 8175 Sau công đoạn sơ chế Ngâm khử ngứa 1 4,3 -- Ngâm khử ngứa 2 2,5 -- Bảng 3.6 Kết quả khảo sát chất lượng nước thải sản xuất bí đỏ STT Loại mẫu V (l) pH COD (mg/l) SS (mg/l) Ghi chú 1. Ngâm bí đỏ 160 5,9 22.032 3524 Sau công đoạn cắt 2. Chần nóng 2900 6,0 16.416 69 3. Làm nguội 2900 5,9 1.296 30 4. Ngâm đường 200 5,2 26.352 394 Tổng số 6160 CODTB = 9766 mg/l Bảng 3.7 Kết quả khảo sát chất lượng nước thải sản xuất khoai lang STT Loại mẫu V (l) pH COD (mg/l) SS (mg/l) Ghi chú 1. Rửa củ 8000 6,4 1245 -- Từ thiết bị bóc vỏ 2. Ngâm khoai 180 3,4 6686 1710 Sau công đoạn rửa 3. Ngâm khoai 100 3,8 17442 5920 Sau công đoạn sơ chế 4. Ngâm khoai 160 6,0 27713 398 Sau công đoạn cắt 5. Chần nóng 2900 6,3 13760 214 6. Làm nguội 2900 7,3 388 32 7. Ngâm đường 160 5,9 16279 440 Tổng số 14400 CODTB = 4234 mgl Nước thải của quá trình sản xuất chủ yếu chứa các chất hữu cơ như: đường, tinh bột, pectin...và một lượng không nhỏ dầu chiên. Đặc tính của dầu chiên là đông đặc ở nhiệt độ 40-430C và khối lượng riêng nhỏ hơn nước nên khi nguội dầu nổi lên mặt nước. Dầu chiên này được vớt định kỳ, gom lại và đem đốt. Hiện tại nước thải chưa xử lý mà được thu gom vào một bể chứa và bơm thẳng ra 2 mương thoát nước phía trước Công ty. Nước thải sinh hoạt từ nhà ăn, khu vệ sinh, khu tắm giặt cho công nhân. Nước thải này có thể ô nhiễm bởi các chất hữu cơ hoà tan, lơ lửng, có thể có vi trùng. Kết quả phân tích cho thấy các chỉ tiêu COD, BOD5 của nước thải rất cao. COD = 3558 mg/l, BOD5 = 2100 mg/l gấp 35 - 42 lần tiêu chuẩn loại B - TCVN 5945/1995. Nước thải của Công ty có chứa muối ăn và một số hoá chất chống oxy hoá gây ức chế VSV nên không thể xử lý yếm khí. Do đó lựa chọn phương pháp hiếu khí bằng bể oxy hoá để xử lý nước thải nói trên. Chương 3: Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý hiếu khí 3.1 Nguyên tắc và cơ chế của quá trình xử lý hiếu khí Xử lý hiếu khí là quá trình oxy hoá các chất ô nhiễm nhờ vi sinh vật dưới tác dụng của oxi từ không khí. Vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hoá để khai thác năng lượng đồng thời tổng hợp nên sinh khối (bùn hoạt tính). Cơ chế của quá trình: Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ: Gluxit, Lipit, Hiđrocacbua CxHyOz + (x+) O2 x CO2 + H2O Oxy hoá các hợp chất hữu cơ có chứa Nitơ: axit amin, protein, axit nucleic CxHyOzN + (x + - +) O2 xCO2 + H2O + NH3 - Oxy hóa tạo sinh khối: n CxHyOz + n NH3 + n(x+) O2 n C5H7NO2 + n(x-5) CO2 +n() H2O - Quá trình tự hủy của bùn: C5H7NO2 + 5 O2 5 CO2 + NH3 + H2O +E - Đối với các chất vô cơ: Fe2+ Fe3+ P PO43- S2- SO42- 3.2 Tác nhân sinh học Vi sinh vật tham gia quá trình xử lý hiếu khí bao gồm 2 nhóm chính: vi khuẩn (hô hấp hiếu khí hay tuỳ tiện) và nguyên sinh vật. Các nhóm vi khuẩn hô hấp hiếu khí: Pseudomonas putida, Pseudomonas stuzeri. Aerobacter aerogenes. Bacillus subtilis. Nitrosomonas. Alcaligenes. Flavobacterium. Các nhóm vi khuẩn hô hấp tuỳ tiện: Rhodopseudomonas (sắc tố hồng). Cellulomonas bizotera. Nitrobacter Microthrix, Thiothrix. Các nhóm nguyên sinh động vật: Ciliatae (trùng tơ) Flagellatae (trùng roi) 3.3 Các dạng xử lý hiếu khí Xử lý hiếu khí trong điều kiện tự nhiên thường là hồ sinh học hiếu khí. Quá trình xử lý này chỉ phù hợp khi COD < 200 mg/l, hiệu suất không cao và tốn diện tích do vậy ít được sử dụng. 3.3.1 Xử lý hiếu khí bằng lọc sinh học Nguyên tắc: Sử dụng các vi sinh vật có khả năng sống và phát triển trên bề mặt các giá thể ở dạng màng sinh học để oxy hoá các chất ô nhiễm có trong nước thải dưới tác dụng của oxy không khí. Đặc trưng: Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ do oxy hóa hiếu khí nhờ màng vi sinh vật: Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy nhờ vi sinh vật hô hấp hiếu khí hay tùy tiện ở lớp ngoài của màng. Khi lớp màng dày, ở lớp trong của màng sát với bề mặt cứng của vật liệu lọc, do thiếu oxy nên các vi khuẩn hô hấp tùy tiện phát triển có thể chuyển sang phân hủy yếm khí làm tróc lớp màng ra khỏi vật liệu lọc, dễ gây tắc cục bộ, tạo các vùng yếm khí làm giảm hiệu quả xử lý. Vì vậy trong hệ thống tháp lọc, việc tạo màng sinh học sao cho màng có kích thước 150á350 mm, độ dày tối ưu cho quá trình oxy hóa mang tính quyết định đến hiệu quả của thiết bị. Phân loại: Hệ thống lọc sinh học (biofiltre) còn được gọi là lọc tia hay lọc nhỏ giọt (trickfiltre). Có thể chia làm 2 dạng như sau: Lọc sinh học có lớp vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước Bể lọc sinh học nhỏ giọt. Tháp lọc sinh học. Lọc sinh học có lớp vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước Hiệu quả oxy hóa của tháp lọc sinh học phụ thuộc vào các yếu tố: Các chỉ tiêu sinh hóa, trao đổi chất, chế độ thủy lực và kết cấu thiết bị. Theo chiều cao của tháp và tải trọng thủy lực, với một số loại nước thải công nghiệp có thể đạt hiệu quả tới 90%. Xử lý nước thải bằng tháp lọc sinh học có những ưu điểm sau: Hệ thống ít nhạy cảm khi tải trọng thay đổi nên thiết bị vận hành tương đối ổn định. Thiết bị dạng tháp nên chiếm ít diện tích. Bề mặt tiếp xúc pha lớn, cấp khí cưỡng bức nên quá trình chuyển hóa nhanh, thiết bị gọn. Tốn ít năng lượng cho cấp khí. Bên cạnh đó hệ thống vẫn tồn tại một số nhược điểm sau: Chi phí lớn, vận hành phức tạp. Yêu cầu có khu hệ vi sinh vật ổn định. 3.3.2 Xử lý hiếu khí bằng bể phản ứng oxy hoá Phương pháp này được sử dụng phổ biến ở nước ta hiện nay. Trong hệ thống, các vi sinh vật sinh trưởng, phát triển và tồn tại dưới dạng bông sinh học (bùn hoạt tính). Trong quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm, sinh khối được tạo thành, bùn sinh học được lắng ở bể lắng thứ cấp. Một phần bùn được tuần hoàn trở lại bể aeroten để ổn định hàm lượng sinh khối trong bể, phần còn lại được đưa về bể xử lý bùn dư. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như: Vận hành tương đối đơn giản. Hoạt động ổn định ở dải rộng. Chi phí xây dựng tương đối thấp. Bên cạnh đó còn có một số hạn chế: Chi phí cho cấp khí khá lớn. Yêu cầu mặt bằng khá lớn. Tuy vậy, bể phản ứng sinh học hiếu khí vẫn được áp dụng khá rộng rãi trong xử lý nước thải của một số nhà máy ở nước ta như: nhà máy sản xuất bia, đường, nước thải sinh hoạt Bể Aeroten được phân loại theo các nguyên lý khác nhau như: Phân loại theo chế độ thuỷ động: Aeroten đẩy, Aeroten khuấy và Aeroten hỗn hợp. Phân loại theo chế độ làm việc của bùn hoạt tính: Aeroten có ngăn tái sinh bùn và Aeroten không có ngăn tái sinh bùn. Phân loại theo chiều nước thải vào: Aeroten xuôi chiều hay ngược chiều. Phân loại theo cấu tạo trong của bể Aeroten: Aeroten bậc 1, bậc 2, bậc 3. Phân loại theo tải trọng riêng: Aeroten tải trọng cao, Aeroten tải trọng trung bình, Aeroten tải trọng thấp. 3.3.2.1 Đặc tính chung Vi sinh vật phải có khả năng chuyển hoá mạnh các hợp chất hữu cơ. Có khả năng tạo “bông sinh học”, kích thước =50 - 200 m sẽ cho SVI tối ưu (SVIopt=80-150 ml/g) Khả năng tự huỷ cao. Không sinh các khí gây ô nhiễm môi trường như H2S, Indol, Scatol... 3.3.2.2 Màu sắc Màu của bùn là màu vàng hơi ngả sang nâu là màu chuẩn. Nếu vì một lý do nào đó, bùn hơi ngả sang hồng, đỏ là do vi khuẩn có sắc tố hồng Rhodopseudomonas phát triển. Trường hợp này, môi trường trong bể oxy hoá đã thiếu oxy và các chất dinh dưỡng N, P. Rhodopseudomonas hô hấp tuỳ tiện nên trong môi trường thiếu oxy, vi khuẩn này chuyển sang hô hấp trong điều kiện thiếu khí và phát triển làm bùn ngả sang hồng. Nếu bùn trắng ra là do thiếu dinh dưỡng, thiếu oxy. ở điều kiện này, vi khuẩn dạng sợi phát triển làm bùn xốp, thể tích lắng của bùn tăng lên, tỷ trọng của bùn giảm, bùn rất khó lắng. Vi khuẩn dạng sợi khi xâm nhập vào canh trường có thể phát triển gây rã bông sinh học (hình 2 c,d). Tuy nhiên phần lớn chúng phát triển độc lập thành búi không gây ảnh hưởng tới kích thước bông sinh học (hình 2 a,b). Nếu bùn có màu đen (do phân huỷ yếm khí các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là các hợp chất đa vòng, phenol) làm phát sinh mùi H2S, Indol, mercaptan. Vi khuẩn hoại sinh sẽ phát triển, chuyển từ hô hấp hiếu khí sang hô hấp tuỳ tiện, làm giảm lượng oxy hoà tan. Trong các trường hợp trên, phải tiến hành kiểm tra độ oxy hoà tan DO và hàm lượng các chất dinh dưỡng để bổ sung kịp thời. Nếu không, bùn sẽ chết dần và hiệu quả của quá trình oxy hoá là không đạt. 3.3.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình 1. Độ oxy hoà tan Muốn quá trình xử lý hiếu khí đạt hiệu quả cao thì phải đảm bảo cung cấp lượng oxy hòa tan đủ và đều đặn, đáp ứng đầy đủ nhu cầu oxy hóa của vi sinh vật. Độ oxy hòa tan trong bể Aeroten đạt giá trị DO ³ 4 mg/l là đảm bảo. Thiếu oxy hòa tan là một trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng bùn xốp do vi sinh vật dạng sợi phát triển. Cung cấp đủ oxy hoà tan còn có tác dụng làm xáo trộn đều trong bể phản ứng, làm phân giã các khối bông lớn, tránh các điểm chết trong thiết bị phản ứng và nâng cao hiệu quả làm sạch và rút ngắn thời gian lưu của nước thải trong hệ thống xử lý. Hệ số oxy hoá (koxy hoá): Là lượng Oxy cần thiết để oxy hoá chất ô nhiễm trong nước thải. kCOD = 0,68 kBOD = 1 kN hữu cơ= 4,57 kBOD5 = 1,0 k NH4+= 4,32 2. Nhiệt độ Mỗi vi sinh vật thích nghi với một dải nhiệt độ phù hợp. Khi nhiệt độ thấp, hàm lượng oxy hoà tan tăng nhưng tốc độ oxy hoá chậm. Ngược lại, khi nhiệt độ cao, hàm lượng oxy hoà tan giảm nhưng tốc độ oxy hoá tăng lên. Do vậy, nhiệt độ không phải là yếu tố có ảnh hưởng nhiều đến quá trình xử lý hiếu khí. Nước thải có nhiệt độ T = 16 – 37oC là phù hợp cho quá trình xử lý hiếu khí. Nhiệt độ tối ưu là Topt = 20 – 30oC. 3. pH pH có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt lực của bùn, và do đó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình oxy hoá. Nước thải đưa vào xử lý sinh học hiếu khí có pH = 6,5 – 8,5 là phù hợp. Giá trị tối ưu pHopt = 7 – 8. 4. Hàm lượng chất dinh dưỡng Vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm trong nước thải như là chất dinh dưỡng để cung cấp năng lượng cho quá trình sống. Với nước thải được xử lý bằng phương pháp hiếu khí, tỷ lệ C : N : P = 100 : 5 : 1 hay COD : N : P = 100 : 5 : 1 là phù hợp. Nếu C : N < 20:1 nghĩa là dư thừa Nitơ, hàm lượng sinh khối trong bể rất lớn. Điều này chứng tỏ rằng bùn có khả năng oxy hoá kém, chất ô nhiễm đi vào sinh khối là chủ yếu. Nếu để tình trạng này xảy ra thì việc xử lý bùn dư là rất lớn. Đây là điều không mong muốn. Nếu C : N > 20 : 1 nghĩ là thiếu Nitơ. Đây là môi trường thuận lợi cho vi khuẩn dạng sợi phát triển, làm bùn xốp, khó lắng. Vì thế, nước thải đầu ra sẽ kéo theo sinh khối, làm đục nước, không đạt tiêu chuẩn về SS của dòng thải sau xử lý. Hơn nữa, sinh khối bị kéo theo dòng thải ra nên hàm lượng bùn hoạt tính trong bể không được duy trì. Do vậy không đảm bảo cho quá trình xử lý. 5. Hàm lượng sinh khối và tỷ lệ F/M Hiệu quả của quá trình oxy hoá được quyết định bởi hàm lượng bùn hoạt tính trong bể phản ứng. Do đó, việc duy trì một hàm lượng nhất định bùn hoạt tính trong bể là rất cần thiết. Đối với thiết bị oxy hoá thông thường, với COD là 500-1000mg/l thì hàm lượng bùn hoạt tính đạt khoảng 800-1200 mg/l là phù hợp. Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào hệ số oxy hoá của bùn mà hàm lượng bùn hoạt tính có thể thay đổi cho phù hợp. Tỷ lệ F/M (Food/Microorganism) cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý. Nếu F/M >1, dư thừa chất dinh dưỡng, vi sinh vật sẽ phát triển rất nhanh, sinh khối tăng mạnh, vi khuẩn không kịp tạo nha bào nên khả năng kết dính kém làm cho bùn khó lắng. Nếu F/M <<1, môi trường nghèo dinh dưỡng, vi khuẩn dạng sợi phát triển (vi khuẩn dạng sợi chịu được môi trường nghèo dinh dưỡng) làm cho bùn xốp (hiện tượng phồng bùn), khó lắng. 6. Một số chất gây ức ch