Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận cơ chế phát triển sạch (CDM)

  • Số trang: 99 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 31 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------►◙◄------- Đỗ Thị Hải Vân NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN THEO HƢỚNG TIẾP CẬN CƠ CHẾ PHÁT TRIỂN SẠCH (CDM) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------►◙◄------- Đỗ Thị Hải Vân NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN TINH BỘT SẮN THEO HƢỚNG TIẾP CẬN CƠ CHẾ PHÁT TRIỂN SẠCH (CDM) Chuyên ngành: Khoa học Môi trƣờng Mã số: 608502 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THỊ HÀ Hà Nội - 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................... 3 1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn ......................................................................................... 3 1.1.1 Quy trình chế biến tinh bột sắn ................................................................................. 3 1.1.2. Nƣớc thải ngành chế biến tinh bột sắn...................................................................... 5 1.2. Xử lý nƣớc thải ngành chế biến tinh bột sắn bằng phƣơng pháp sinh học .................... 7 1.2.1. Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí ................................................................... 7 1.2.2. Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí ...................................................................... 9 1.2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy sinh học .......................................... 14 1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn ....................................... 17 1.3.1. Các nghiên cứu xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn trên thế giới ......................... 17 1.3.2. Các nghiên cứu xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam .......................... 18 1.4. Cơ chế phát triển sạch (CDM) .................................................................................. 19 1.4.1. Giới thiệu chung về CDM ..................................................................................... 19 1.4.2. Hoat động CDM ở trên thế giới ............................................................................. 21 1.4.3. Các dự án CDM trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm môi trƣờng ở Việt Nam.................. 26 Chƣơng 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................... 34 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................... 34 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... 35 2.2.1. Phƣơng pháp thu thập tài liệu ................................................................................. 35 2.2.2. Phƣơng pháp điều tra và khảo sát thực tế ............................................................... 35 2.2.3. Phƣơng pháp thực nghiệm ..................................................................................... 36 2.2.4. Tính toán lƣợng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nƣớc thải................... 40 2.2.5. Tính toán giảm phát thải KNK khi có thu gom và xử lý nƣớc thải theo phƣơng pháp luận do IPCC hƣớng dẫn ................................................................................................. 41 2.2.6. Phƣơng pháp phân tích hiệu quả kinh tế khi áp dụng CDM .................................... 46 2.2.7. Phƣơng pháp tổng hợp, xử lý số liệu ...................................................................... 46 Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………………………..46 3.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn và nƣớc thải tại làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội.................................................................................................................... 47 3.1.1. Kết quả khảo sát hiện trạng sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội ........................................................................................................................................ 47 3.1.2. Kết quả khảo sát đặc trƣng nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội ............................................................................................................................ 48 3.2. Kết quả xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn có tận thu metan bằng hệ thống UASB thực nghiệm .................................................................................................................... 51 3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tải lƣợng COD đến hiệu quả xử lý ....................... 51 3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian lƣu đến hiệu quả xử lý .......................... 52 3.2.3. Kết quả khảo sát hiệu suất chuyển hóa khí ............................................................. 53 3.3. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK với các phƣơng án xử lý nƣớc thải lựa chọn ................................................................................................................................ 54 3.3.1. Kết quả tính toán lƣợng phát thải KNK khi không thu gom và xử lý nƣớc thải ...... 54 3.3.2. Kết quả đánh giá hiệu quả giảm phát thải KNK khi xử lý nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn................................................................................................................................... 55 3.3.3 Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ CER và khi thay thế một phần lƣợng than sử dụng cho quá trình sản xuất tinh bột sắn bằng khí sinh học thu hồi ............ 66 3.4. Đề xuất giải pháp phù hợp để xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn giảm phát thải khí nhà kính .......................................................................................................................... 68 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .................................................................................. 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 75 PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG Danh mục hình Hình 1.1. Quy trình chế biến tinh bột sắn .......................................................................... 3 Hình 1.2. Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí ........................ 8 Hình 1.3. Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ ............................................... 9 Hình 1.4. Bể UASB ......................................................................................................... 12 Hình 1.5. Bể CIGAR ...................................................................................................... 13 Hình 1.6. Một số hoạt động phát thải KNK do con ngƣời gây ra ...................................... 21 Hình 1.7. Sơ đồ tổ chức thực hiện CDM tại Việt Nam ..................................................... 27 Hình 1.8. Lƣợng CER của Việt Nam so với thế giới ........................................................ 32 Hình 2.1. Sơ đồ vị trí xã Dƣơng Liễu, huyện Hoài Đức, Hà Nội ...................................... 34 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ UASB ......................................................... 37 Hình 2.3. Tính toán lƣợng giảm phát thải KNK .............................................................. 42 Hình 3.1. Quy trình sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dƣơng Liễu ............................... 47 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của tải lƣợng COD đến tốc độ xử lý .............................................. 51 Hình 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian lƣu tới hiệu quả xử lý ................................................ 52 Hình 3.4. Hiệu suất chuyển hóa khí ................................................................................ 53 Hình 3.5. Mối quan hệ giữa lƣợng khí tạo thành và lƣợng COD chuyển hóa .................... 53 Hình 3.6. Kết quả xác định đƣờng biên phát thải của hoạt động giải pháp CN KSH ......... 55 Hình 3.7. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải ...................................................................... 69 Danh mục bảng Bảng 1.1. Chất lƣợng nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn ......................................... 6 Bảng 1.2. Nồng độ các chất dinh dƣỡng cần thiết ................................................. 15 Bảng 1.3. Một số dự án CDM tiêu biểu của các quốc gia ...................................... 23 Bảng 1.4 . Một số dự án CDM tiêu biểu của Việt Nam ......................................... 29 Bảng 2.1. Mô tả phƣơng pháp luận AMS-I.C và AMS.III.H .................................. 42 Bảng 3.1. Tổng sản lƣợng, nƣớc thải và bã thải từ sản xuất tinh bột sắn ................ 49 Bảng 3.2. Kết quả phân tích nƣớc thải sản xuất tinh bột sắn tại làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội .......................................................................................................... 49 Bảng 3.3. Kết quả xác định đƣờng biên phát thải giả thuyết ................................. 57 Bảng 3.4. Kết quả tính toán lƣợng phát thải đƣờng cơ sở (BE) .............................. 62 Bảng 3.5. Kết quả tính toán lƣợng phát thải của hoạt động giải pháp CN KSH (PE) .............................................................................................................................. 65 Bảng 3.6. Hiệu quả kinh tế khi tham gia CDM (tính theo giả định) ....................... 67 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT BE Lƣợng phát thải đƣờng cơ sở BOD Nhu cầu oxy sinh hóa CDM Cơ chế phát triển sạch CER Chứng chỉ giảm phát thải CN KSH Công nghệ khí sinh học COD Nhu cầu oxy hóa học CPA Các hoạt động dự án áp dụng Cơ chế phát triển sạch CT KSH Công trình Khí sinh học DNA Cơ quan thẩm quyền quốc gia EB Ban quản lý ER Giảm phát thải € Euro GWP Tiềm năng ấm lên toàn cầu IET Buôn bán phát thải toàn cầu IPCC Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu JI Cơ chế đồng thực hiện KNK Khí nhà kính KP Nghị định thƣ Kyoto KSH Khí sinh học PDD Văn kiện thiết kế dự án PE Lƣợng phát thải khi có hoạt động CN KSH SSC Phƣơng pháp CDM quy mô nhỏ tCO2e tấn cacbon đioxit tƣơng đƣơng UASB Thiết bị đệm bùn yếm khí dòng chảy ngƣợc UBND Ủy ban nhân dân UNFCCC Công ƣớc khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu Luận văn thạc sĩ MỞ ĐẦU Nƣớc ta đang trong quá trình công nghiệp hóa với mục tiêu phấn đấu đến năm 2020, về cơ bản Việt Nam sẽ trở thành một nƣớc công nghiệp và tất yếu là sự đô thị hóa ở các thành phố lớn. Theo dự báo, đến năm 2020 tỷ lệ đô thị hóa của nƣớc ta sẽ đạt 45% tƣơng ứng với quy mô dân số là khoảng 46 triệu ngƣời [79]. Tuy nhiên kèm theo đó là vấn đề môi trƣờng ngày càng trở nên bức xúc và cần phải đƣợc giải quyết. Từ thực tế của ngành sản xuất tinh bột sắn là một trong những ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều nƣớc và năng lƣợng. Hàng năm lƣợng nƣớc xả thải ra môi trƣờng của ngành khá lớn (15 m3/tấn sắn tƣơi) [48]; nƣớc thải chứa nhiều các chất hữu cơ, chất độc cyanua có độc tính cao... gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng nếu không có biện pháp xử lý hiệu quả. Với đặc trƣng của nƣớc thải chế biến tinh bột sắn có hàm lƣợng chất hữu cơ cao khi phân hủy có thể tạo thành khí metan, CO2 là những khí có thể gây hiệu ứng nhà kính, nên xu hƣớng trên thế giới ngày nay, không chỉ tập trung vào khía cạnh xử lý nƣớc thải mà còn xem xét, kết hợp việc xử lý nƣớc thải với việc tận thu, giảm phát thải khí nhà kính theo hƣớng tiếp cận cơ chế phát triển sạch – CDM. Ở Việt nam bƣớc đầu đã có một số nghiên cứu khả quan về xử lý nƣớc thải ngành tinh bột sắn theo xu thế trên nhƣng nhìn chung mới là bƣớc đầu và chƣa đạt hiệu quả cao. Trong khi đó, ngành công nghiệp sản xuất tinh bột sắn ở nƣớc ta lại rất phát triển, đã đóng góp một phần không nhỏ vào tốc độ tăng trƣởng kinh tế. Vì vậy, việc xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn theo xu hƣớng trên là hoàn toàn có triển vọng để mở rộng và áp dụng phổ biến trong tƣơng lai. Tuy nhiên, vẫn cần phải có những nghiên cứu cụ thể hơn và phù hợp với điều kiện hiện nay của nƣớc ta. Đặc biệt là vận dụng các phƣơng pháp luận do Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) hƣớng dẫn để tính toán giảm phát thải khí nhà kính trong xử lý nƣớc thải ngành tinh bột sắn. Đỗ Thị Hải Vân 1 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, trong luận văn này đã tiến hành thực hiện đề tài : “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn theo hướng tiếp cận Cơ chế phát triển sạch (CDM)” với mục tiêu: xử lý ô nhiễm môi trƣờng (nƣớc thải chế biến tinh bột sắn) kết hợp thu khí giảm phát thải khí nhà kính nhằm bảo vệ môi trƣờng và tăng hiệu quả kinh tế. Nội dung nghiên cứu của luận văn: - Nghiên cứu hệ thống xử lý nƣớc thải chế biến tinh bột sắn tại cơ sở sản xuất tinh bột sắn làng nghề Dƣơng Liễu, Hà Nội đảm bảo đạt quy chuẩn xả thải theo QCVN 40/2011 BTNMT, mức B - Tính toán giảm phát thải khí nhà kính khi thu hồi và tận dụng khí metan hình thành từ quá trình phân hủy yếm khí của hệ thống xử lý nƣớc thải - Ƣớc tính hiệu quả kinh tế từ bán chứng chỉ giảm phát thát (CER) và khi thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch (than) bằng khí sinh học thu hồi. . Đỗ Thị Hải Vân 2 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Ngành chế biến tinh bột sắn 1.1.1 Quy trình chế biến tinh bột sắn Quy trình chế biến tinh bột sắn đƣợc thể hiện trong Hình 1.1 Quá trình chế biến tinh bột sắn cần sử dụng một lƣợng lớn nƣớc chủ yếu cho quá trình rửa và lọc. Lƣợng nƣớc thải ra trung bình 15 m3 khi sản xuất 1 tấn sắn tƣơi. Sau khi lọc bột sắn đƣợc sấy khô bằng không khí nóng để giảm lƣợng nƣớc từ 35 - 40% xuống 11 - 13%. Quá trình này đòi hỏi nhiều năng lƣợng. Thông thƣờng nhu cầu năng lƣợng điện và năng lƣợng nhiệt cho 1 kg sản phẩm là 0,320 – 0,939 MJ và 1,141 - 2,749 MJ tƣơng đƣơng 25% và 75% tổng năng lƣợng [48]. Sắn củ tƣơi Nƣớc Nƣớc thải Bóc vỏ, rửa sạch Vỏ sắn Nghiền Nƣớc Nhiệt lƣợng Lọc thô Bã thải rắn Lắng lần 1 Lắng lần 2 Thu tinh bột Thu bột đen Phơi sấy khô Hơi nƣớc Nƣớc thải Sản phẩm Hình 1.1. Quy trình chế biến tinh bột sắn [24, 45] Đỗ Thị Hải Vân 3 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ + Rửa - bóc vỏ: là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ Quá trình rửa nguyên liệu đƣợc thực hiện nhờ thiết bị rửa hình trống quay hoặc máy rửa có guồng. Máy rửa hình trống quay, gồm một buồng hình trụ mở, đƣợc bọc bằng mắt lƣới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút. Thiết bị làm việc gián đoạn theo mẻ, nguyên liệu đƣợc cho vào lồng. Khi lồng quay nƣớc đƣợc tƣới vào trong suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nƣớc. Khi lồng quay các củ sắn chuyển động trong lồng va chạm vào nhau và va chạm vào thành lồng, do đó đất cát cà vỏ đƣợc tách ra [27, 45, 78]. Sau khi bóc vỏ, củ sắn thƣờng đƣợc ngâm trong máng nƣớc để loại bỏ các chất hoà tan trong nguyên liệu nhƣ: độc tố, sắc tố, tanin,… + Nghiền: Sau khi ngâm, sắn đƣợc đƣa vào thiết bị nghiền thành bột nhão, phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột. Bột nhão sau nghiền gồm tinh bột, xơ và các chất hoà tan nhƣ đƣờng, chất khoáng, protein, enzym và các vitamin [27, 45, 78]. + Lọc thô: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nƣớc có thể lọc thủ công hoặc dùng máy lọc. - Lọc thủ công dùng lƣới lọc, bột nhão đƣợc trộn đều trong nƣớc, đƣợc chà và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lƣới lọc vào bể còn bã sắn ở trên đƣợc lọc lần 2 để tận thu tinh bột. - Máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lƣới lọc, làm việc gián đoạn theo mẻ. Nƣớc và bột nhão đƣợc cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão đƣợc đảo đều trong nƣớc nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dƣới qua khung lƣới lọc trƣớc khi vào bể lắng. Lƣới lọc ngoài thùng quay giữ lại các hạt bột có kích thƣớc lớn, phần bột này sẽ đƣợc đƣa trở lại thiết bị lọc. còn phần xơ bã đƣợc xả ra ngoài qua cửa xả bã [27, 45, 78]. + Lắng : Tinh bột có đặc điểm dễ lắng và dễ tách, sau 8 ÷ 15h có thể lắng hoàn toàn. Khi bột đã lắng, từ từ tháo nƣớc tránh gây sáo trộn tạp chất (bột đen) trên bề mặt lớp bột. Lớp bột đen sẽ đƣợc loại bỏ để đảm bảo chất lƣợng của bột thành phẩm. Đỗ Thị Hải Vân 4 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ Để thu đƣợc tinh bột có chất lƣợng cao, tinh bột sắn thô đƣợc tinh chế một lần nữa theo quy tình sau: Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% cho vào bể, bơm nƣớc vào với tỉ lệ bột và nƣớc là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau 8 ÷ 15h tháo nƣớc trong và hớt lớp bột đen nổi lên trên. Có thể rửa 3 đến 4 lần để loại bỏ hết tạp chất, sau khi rửa xong dùng tro thấm nƣớc và đem bột ra phơi hoặc sấy khô [27, 45, 78]. 1.1.2. Nước thải ngành chế biến tinh bột sắn Lƣợng nƣớc thải sinh ra từ trong quá trình chế biến tinh bột sắn là rất lớn, trung bình 10 -30 m3/tấn sản phẩm [48]. Căn cứ vào qui trình chế biến bột sắn, có thể chia nƣớc thải thành 2 dòng: - Dòng thải 1: là nƣớc thải ra sau khi phun vào guồng rửa sắn củ để loại bỏ các chất bẩn và vỏ ngoài củ sắn. Loại nƣớc thải này có lƣu lƣợng thấp (khoảng 2m3 nƣớc thải /tấn sắn củ), chủ yếu chứa các chất có thể sa lắng nhanh (vỏ sắn, đất, cát…). Do vậy với nƣớc thải loại này có thể cho qua song chắn, để lắng rồi quay vòng nƣớc ở giai đoạn rửa. Phần bị giữ ở song chắn (vỏ sắn) sau khi phơi khô đƣợc làm nhiên liệu chất đốt tại các gia đình sản xuất. - Dòng thải 2: là nƣớc thải ra trong quá trình lọc sắn, loại nƣớc thải này có lƣu lƣợng lớn (10m3 nƣớc thải/tấn sắn củ), có hàm lƣợng chất hữu cơ cao, hàm lƣợng rắn lơ lửng cao, pH thấp, hàm lƣợng xianua cao, mùi chua, màu trắng đục. Nƣớc thải chế biến tinh bột sắn bao gồm các thành phần hữu cơ nhƣ tinh bột, protein, xenluloza, pectin, đƣờng có trong nguyên liệu củ sắn tƣơi là nguyên nhân gây ô nhiễm cao cho các dòng nƣớc thải của nhà máy sản xuất tinh bột sắn [1, 18]. Nƣớc thải sinh ra từ dây chuyền sản xuất tinh bột sắn có các thông số đặc trƣng: pH thấp, hàm lƣợng chất hữu cơ và vô cơ cao, thể hiện qua hàm lƣợng chất rắn lơ lửng (SS), các chất dinh dƣỡng chứa N, P, các chỉ số về nhu cầu oxy sinh học (BOD5), nhu cầu oxy hoá học (COD), …với nồng độ rất cao [17, 18]. Nồng độ ô nhiễm của nƣớc thải tinh bột sắn thể hiện cụ thể ở Bảng 1.1. Đỗ Thị Hải Vân 5 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ Bảng 1.1. Chất lƣợng nƣớc thải từ sản xuất tinh bột sắn [48] QCVN TT Thông số Đơn vị Giá trị 40:2011, mức B 1 pH - 3.5 -5.0 5,5-9 2 COD mg/l 7000 – 40000 150 3 BOD5 mg/l 6000 – 23000 50 4 TSS mg/l 4000 – 8000 100 5 ∑N mg/l 42 - 262 40 6 ∑P mg/l 11 - 46 6 7 CN- mg/l 10 - 40 0,1 Số liệu ở bảng 1.1, cho thấy khoảng cách dao động về các chỉ tiêu nƣớc thải cao hơn nhiều lần so với QCVN 40 :2011/ BTNMT cột B. Cụ thể, COD cao hơn 200 lần; BOD cao hơn gần 500 lần; tổng nitơ và tổng photpho cao hơn 7 lần…so với QCVN 40:2011/BTNMT. Khi tính riêng cho 52 nhà máy qui mô lớn, ƣớc tính lƣợng nƣớc thải sinh ra hàng ngày khi vào mùa vụ khoảng 140000 m3/ngày với tải lƣợng SS khoảng 1000 tấn/ngày; BOD khoảng 3.000 tấn/ngày; COD khoảng 5000 tấn/ngày; CN - khoảng 5 tấn/ngày [48]. Nếu lấy nƣớc thải sinh hoạt làm cơ sở để so sánh mức độ ô nhiễm của nƣớc thải chế biến tinh bột sắn thì tải lƣợng ô nhiễm hữu cơ của ngành chế biến tinh bột sắn sinh ra cũng gấp 4 lần tải lƣợng hữu cơ của tổng lƣợng nƣớc thải sinh hoạt trên toàn quốc. Với lƣợng nƣớc thải sinh hoạt sinh ra hàng ngày trên cả nƣớc là khoảng 2.010.000 m3/ngày, chiếm 64% trong tổng lƣợng các loại nƣớc thải [2]. Các chất ô nhiễm trong nƣớc thải tinh bột sắn gây ra nhiều tác động tiêu cực: ● BOD liên quan tới việc xác định mức độ ô nhiễm của nƣớc cấp, nƣớc thải công nghiệp và nƣớc thải sinh hoạt. Khi xảy ra hiện tƣợng phân hủy yếm khí với Đỗ Thị Hải Vân 6 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ hàm lƣợng BOD quá cao sẽ gây thối nguồn nƣớc và làm chết hệ thủy sinh, gây ô nhiễm không khí xung quanh và phát tán trên phạm vi rộng theo chiều gió. ● COD cho biết mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ và vô cơ chứa trong nƣớc thải công nghiệp. ● Chất rắn lơ lửng (SS) cũng là tác nhân gây ảnh hƣởng tiêu cực tới tài nguyên thủy sinh đồng thời gây mất cảm quan, bồi lắng lòng hồ, sông, suối… ● Axit HCN là độc tố có trong vỏ sắn. Khi chƣa đƣợc đào lên, trong củ sắn không có HCN tự do mà ở dạng glucozit gọi là phazeolutanin có công thức hóa học là C10H17NO6. Sau khi sắn đƣợc đào lên, dƣới tác dụng của enzym xianoaza hoặc trong môi trƣờng axit thì phazeolutamin phân hủy tạo thành glucoza, axeton và axit xianuahydric. Axit này gây độc toàn thân cho ngƣời. Xianua ở dạng lỏng trong dung dịch là chất linh hoạt. Khi vào cơ thể, nó kết hợp với enzym xitochorom làm men này ức chế khẳ năng cấp oxy cho hồng cầu. Do đó, các cơ quan của cơ thể bị thiếu oxy. Nồng độ HCN thấp có thể gây chóng mặt, miệng đắng, buồn nôn. Nồng độ HCN cao gây cảm giác bồng bềnh, khó thở, hoa mắt, da hồng, co giật, mê man, bất tỉnh, đồng tử giãn, đau nhói vùng tim, tim ngừng đập và tử vong. Do đó,nếu nƣớc thải không đƣợc xử lý triệt để, không đạt tiêu chuẩn môi trƣờng thì sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nƣớc, đất và không khí. 1.2. Xử lý nƣớc thải ngành chế biến tinh bột sắn bằng phƣơng pháp sinh học Bản chất của phƣơng pháp này là phân hủy các chất hữu cơ nhờ vào vi sinh vật. Nghĩa là các vi sinh vật sẽ sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng để làm chất dinh dƣỡng xây dựng tế bào và tạo năng lƣợng, qua đó làm giảm hàm lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc thải. 1.2.1. Cơ chế của quá trình phân hủy hiếu khí [13] + Cơ chế: Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân hủy hiếu khí bao gồm 3 giai đoạn biểu thị bằng các phản ứng: Oxy hóa các chất hữu cơ: CxH1yOz + O2 → CO2 + H2O + ∆H Đỗ Thị Hải Vân 7 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ Tổng hợp tế bào mới: CxH1yOz + CO2 + NH3 → CO2 + H2O + C5H7NO2 - ∆H Phân hủy nội bào: C5H7NO2 + 5 O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 (+/-) ∆H Trong 3 phản ứng ∆H là năng lƣợng đƣợc sinh ra hay hấp thu vào. + Công trình xử lý hiếu khí thông dụng: Hồ hiếu khí Hồ hiếu khí oxy hoá các chất hợp chất nhờ VSV hiếu khí và tảo (hình 1.2). Có 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. - Hồ làm thoáng tự nhiên: cấp oxy chủ yếu do khuyếch tán không khí qua mặt nƣớc và quang hợp của các thực vật. Diện tích hồ lớn, chiều sâu của hồ từ 30 – 50 cm. Tải trọng BOD từ 250 – 300 kg/ha.ngày. Thời gian lƣu nƣớc từ 3 – 12 ngày. - Hồ làm thoáng nhân tạo: cấp oxy bằng khí nén và máy khuấy. Tuy nhiên, hồ hoạt động nhƣ hồ tùy nghi. Chiều sâu từ 2 – 4,5 m, tải trọng BOD 400kg/ha.ngày. Thời gian lƣu nƣớc từ 1 – 3 ngày. Hình 1.2. Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí [13] Đỗ Thị Hải Vân 8 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ 1.2.2. Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí + Cơ chế: Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ là một quá trình phức tạp gồm nhiêu giai đoạn có thể tóm tắt trong hình 1.3. Các chất hữu cơ phân tử lƣợng lớn (gluxit, protein, lipit, hydrocacbua,…) Giai đoạn thuỷ phân Các chất hữu cơ phân tử lƣợng nhỏ (đƣờng, axit amin, axit béo,…) Lên men axit hữu cơ và các chất trung tính Giai đoạn lên men axit hữu cơ Axit propionic, axit butyric, rƣợu, andehyt, axeton,… Giai đoạn axetic hoá Các chất khí Axit axetic CO2, H2 Decacboxyl hoá Khử CO2 Giai đoạn lên men CH4 NH3, H2S 8H+ CH4 CO2 Hình 1.3. Quy trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ [46, 51] Cơ chế phân hủy kỵ khí có thể biểu diễn theo phương trình tổng quát sau đây [49]: CxHyOz + (x - Đỗ Thị Hải Vân y z - ) H2 O 4 2 Vi sinh vật ( 9 x z x z y y - + )CO2 + ( + - ) CH4 2 8 4 2 8 4 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ Tuy nhiên, trong thực tế quá trình phân hủy kỵ khí thƣờng xảy ra theo 4 giai đoạn  Giai đoạn 1: Giai đoạn thuỷ phân [15, 28] Dƣới tác dụng của các enzym hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các hợp chất hữu cơ phức tạp có phân tử lƣợng lớn nhƣ protein, gluxit, lipit…đƣợc phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản có phân tử lƣợng nhỏ nhƣ đƣờng, peptit, glyxerin, acid amin, acid béo… Peptidaza Proteaza Protein Tinh bột Peptit Amylaza Acid amin Đƣờng Lypaza  Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men acid hữu cơ [15, 28] Các sản phẩm thuỷ phân sẽ đƣợc các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá, các sản phẩm thuỷ phân sẽ đƣợc phân giải yếm khí tiếo tục tạo thành acid hữu cơ phân tử lƣợng nhỏ nhƣ acid propionic, acid butyric, acid axetic,… các rƣợu, andehyt, axeton và cả một số aicd amin. Trong giai đoạn này BOD5 và COD giảm không đáng kể nhƣng pH của môi trƣờng có thể giảm mạnh.  Sự lên men axit lactic: NADH2 C6H12O6 NAD 2CH3COCOOH axit pyruvic CH3CHOHCOOH pyruvat hidrogennaza axit lactic  Sự lên men etanol: CO2 C6H12O6 Đỗ Thị Hải Vân NADH2 NAD CH3COCOOH CH3CHO Pyruvat decacboxylaza 10 CH3CH2OH Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ  Giai đoạn 3: Lên men tạo axit axetic Các sản phẩm lên men phân tử lƣợng lớn nhƣ axit béo, axit lactic sẽ đƣợc từng bƣớc chuyển hoá thành axit axetic: 3CH3CHOHCOOH 2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + 2H2O axit Lactic axit Propionic axit axetic Các axit có phân tử lƣợng lớn đƣợc cắt từng bƣớc tại nguyên tử Cβ: RnCH2CH2COOH Rn-1COOH + CH3COOH axit béo mạch ngắn hơn axit axetic  Giai đoạn 4: Giai đoạn metan hoá [68] Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí, nhất là khi xử lý yếm khí thu biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian đƣợc khí hoá hoàn toàn. Dƣới tác dụng của các vi khuẩn lên men metan, các axit hữu cơ bị decacboxyl hoá tạo khí metan. Trong xử lý yếm khí, khí metan đƣợc tạo thành theo hai cơ chế chủ yếu là khử CO2 và decacboxyl hoá. - Decacboxyl hoá: CH4 CH3COOH + CO2 4CH3CH2COOH 7CH4 + 5CO2 2CH3(CH2)2COOH 5CH4 + 3CO2 2CH3CH2OH CH3COCH3 3CH4 2CH4 + CO2 + CO2 Khoảng 70% CH4 đƣợc tạo thành do decacboxyl hoá axit hữu cơ và các chất trung tính. - Khử CO2 CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O CH4 + 2H2O 4NADH2 4NAD CO2 Khoảng 30% CH4 đƣợc tạo thành do khử CO2 [12]. Đỗ Thị Hải Vân 11 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ + Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí thông dụng:  Bể UASB (Upward – flow Anaerobic Sludge Blanket) Một trong những phát triển nổi bật của công nghệ xử lý kỵ khí là bể UASB đƣợc phát minh bởi Lettinga và các đồng nghiệp vào năm 1980 [50]. Ứng dụng đầu tiên là xử lý nƣớc thải sinh hoạt, sau đó đƣợc mở rộng cho xử lý nƣớc thải công nghiệp [63]. Bể UASB có thể xây dựng bằng bêtông cốt thép, thƣờng xây dựng hình chữ nhật. Để dễ tách khí ra khỏi nƣớc thải ngƣời ta lắp thêm tấm chắn khí có độ nghiêng ≥ 350 so với phƣơng ngang. Tải lƣợng COD thiết kế thƣờng trong khoảng 4 – 15 kg/m3.ngày. Nƣớc thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dƣỡng đƣợc dẫn vào đáy bể và nƣớc thải đi lên với vận tốc 0,6 – 0.9 m/h qua lớp bùn kỵ khí. Tại đây xảy ra quá trình phân hủy sinh học kỵ khí [27, 29]. Khí sinh học đƣợc tạo thành sẽ kéo theo các hạt bùn nổi lên, va vào thành thiết bị tách 3 pha khí-lỏng-rắn(bùn) dạng hình nón lật ngƣợc khiến cho các bọt khí đƣợc giải phóng thoát lên; các hạt bùn lại rơi trở lại lớp đệm bùn. Hình 1.4. Bể UASB [27] Đỗ Thị Hải Vân 12 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn thạc sĩ  Bể CIGAR (Covered In-Ground Anaerobic Reactor) [38, 56] Bể CIGAR thực chất là một hồ kỵ khí có thu hồi khí sinh học. Hồ đƣợc bao phủ toàn bộ bề mặt và lót đáy bằng bạt HPDE Lớp bạt HPDE bao phủ bề mặt tạo ra điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt đồng thời ngăn không cho khí sinh học phát tán ra môi trƣờng. Lớp lót đáy HPDE có thể đƣợc lắp đặt nếu cần, tùy vào mực nƣớc ngầm của khu xử lý. Tuy nhiên, nên lót đáy để có thể chống rò rỉ nƣớc thải, gây ô nhiễm đất và nƣớc ngầm. Trƣớc khi vào bể CIGAR , nƣớc thải đƣợc chảy vào bể lắng nhằm giảm bớt lƣợng chất rắn lơ lửng, cặn đảm bảo quá trình phân hủy kỵ khí trong bể CIGAR đạt hiệu quả cao nhất. Thời gian lƣu nƣớc thải trong bể khoảng 30 ngày. Toàn bộ lƣợng khí sinh học ( metan chiếm 55 – 70% ) hình thành đƣợc thu hồi nhờ hệ thống ống dẫn khí lắp đặt bên trong bể CIGAR Hình 1.5. Bể CIGAR [38] Đỗ Thị Hải Vân 13 Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN
- Xem thêm -