Thạc Sĩ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NĂM 2012


MỤC LỤC
TÓM TẮT . V
MỤC LỤC . VI
DANH MỤC BẢNG . IX
DANH MỤC HÌNH X
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XIII
CHƯƠNG 1 . 1

MỞ ĐẦU . 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ . 2
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3
1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU . 3
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu của luận văn bao gồm 3
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu . 3
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4
1.4.1. Phương pháp hồi cứu . 4
1.4.2. Phương pháp thí nghiệm và phân tích . 4
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu mô hình . 4
1.4.4. Phương pháp xử lý số liệu . 4
1.4.5. Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn . 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 5
2.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC 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 nước thải sản xuất bia 10
2.1.4. Tổng quan Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller . 11
2.2. TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC . 16
2.2.1. Phương pháp sinh học 16
2.2.2. Phương pháp sinh học loại bỏ nitrogen . 21
2.3. TỔNG QUAN VỀ 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 hưởng 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 nước thải khu tự trị Sharjah 40
2.4.2. Hệ thống xử lý nước thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa . 44
2.4.2. Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sapporo Việt Nam 46
2.4.3. Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy chế biến thủy sản Minh Phú – Hậu Giang . 50

CHƯƠNG 3 .C ÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM . 54
3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU . 55
3.1.1. Nước 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 thước 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
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 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH . 62
3.4.1. Quy trình lấy mẫu 62
3.4.1. Phương pháp phân tích 62

CHƯƠNG 4 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 lượng MLSS trên mô hình có tuần hoàn và không tuần hoàn nước 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 PHƯƠNG ÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR VÀO NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY SABMILLER . 86
4.4.1. Đánh giá kết quả phân tích với nước thải lấy từ đầu ra của bể UASB 86
4.4.2. Đề xuất phương án nâng cấp Hệ thống xử lý nước thải hiện tại . 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 94
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG . 96
PHẦN PHỤ LỤC 97
PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 97
PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Bia được được con người biết đến từ rất lâu, nhiều chứng cứ cho thấy nó có từ hơn 5000 năm trước 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, thưởng thức những điều thú vị mới, .và bia là một trong những đồ uống được ưa 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 bước phát triển mạnh mẽ. Mức tiêu thụ bia bình quân theo đầu người vào năm 2011 dự kiến là 28 lít/người/năm. Bình quân lượng bia tăng 20% mỗi năm. Các nhà máy bia được đầu tư và xây dựng rất nhiều. Ngoài việc sản xuất bia, các nhà máy này cũng thải ra một lượng lớn nước thải mang đặc trưng của ngành. Nước thải do sản xuất rượu bia thải ra thường có đặc tính chung là ô nhiễm hữu cơ rất cao, nước thải thường có màu xám đen và khi thải vào các thủy vực đón nhận thường 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 như CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3 Những chất này cùng với các chất hữu cơ trong nước thải có khả năng đe dọa nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không được xử lý hợp lý. Khu vực phía Nam hiện nay đang có nhiều thương hiệu bia nổi tiếng với quy mô sản xuất lớn như 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 tư rất kỹ lưỡng ngay từ đầu cho công tác xử lý nước 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 nước 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 dưỡng nhưng vẫn còn một số vấn đề đi kèm như khả năng lắng của bùn, cần khối tích phản ứng và lắng lớn, tiêu tốn năng lượng dòng tuần hoàn .[12]. Trong khi đó quá trình màng sinh học với giá thể di động (MBBR) đã được phát triển ở Nauy từ thập niên 80. MBBR đạt được 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”.

1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng của mô hình MBBR hiếu khí bằng giá thể K3 và F10-4 ở các tải trọng 1.5 kg COD/m3ngày.đêm; 3 kg COD/m3ngày.đêm và 4.5 kg COD/m3ngày.đêm Đề xuất phương án cải tạo Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Sabmiller khi cần tăng công suất hoạt động.

1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu của luận văn bao gồm
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phương pháp xử lý nước thải sản xuất bia hiện nay. Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến hiệu quả xử lý nước thải sản xuất bia của phương pháp MBBR. Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia bằng phương pháp xử lý MBBR, gồm có:
· Thiết lập mô hình xử lý và phương 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 phương pháp MBBR vào hệ thống xử lý nước thải của nhà máy bia Sabmiller.

1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Thực nghiệm được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm (bench-scale experiments) đặt tại phòng thí nghiệm Nhà máy bia Sabmiller, KCN Mỹ Phước II, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương.
· Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm:
ü Mô hình hiếu khí với giá thể K3.
ü Mô hình hiếu khí với giá thể F10-4.
· Đánh giá hiệu quả xử lý COD và chất dinh dưỡng với HRT với tải trọng:
ü Mô hình hiếu khí: OLR lần lượt là 1.5 kg COD/m3.ngày, 3 kg COD/m3/ngày và 4.5 kg COD/m3.ngày
Nước thử nghiệm: nước thải sản xuất bia được lấy từ bể cân bằng và sau bể UASB của Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia Sabmiller. Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ 01/05/2012 – 15/12/2012.