Tài liệu Nghiên cứu, xây dựng, biên soạn tài liệu về quy trình công nghệ xử lý môi trường trong công nghiệp thực phẩm

bé gi¸o dôc vμ ®μo t¹o Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hμ néi b¸o c¸o ®Ò tμi: nghiªn cøu, x©y dùng, biªn so¹n tμi liÖu vÒ c¸c qui tr×nh c«ng nghÖ xö lý m«i tr−êng trong c«ng nghiÖp thùc phÈm m∙ sè: b2002 - 28 - 28 - §tmt hμ néi 2004 Môc lôc Trang I Më ®Çu 3 II Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò 4 1 Tæng quan vÒ n−íc th¶i 4 2 Ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th¶i 4 • • • • • • • • • • • • 7 7 8 8 9 11 11 12 16 17 17 17 III IV C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i ho¸ häc. C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i sinh häc.. TÝnh to¸n songch¾n r¸c TÝnh to¸nthiÕt bÞ trung hoµ & thiÕt bÞ t¹o hçn hîp TÝnh to¸n thiÕt bÞ l¾ng TÝnh to¸n bÓ läc TÝnh to¸n thiÕt bÞ tuyÓn næi TÝnh to¸n thiÕt bÞ sinh häc TÝnh to¸nthiÕt bÞläc nhá giät TÝnh to¸n thiÕt bÞ hÊp phô ThiÕt bÞ khö trïng ThiÕt bÞ lµm kh« bïn 18 KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o 18 http://www.ebook.edu.vn 2 Më ®Çu: M«i tr−êng lμ mét kh¸i niÖm chung ®Ó chØ toμn bé c¸c yÕu tè cña tù nhiªn xung quanh ta bao gåm c¸c ho¹t ®éng ( sinh sèng, ¨n, ë, lao ®éng s¶n xuÊt v.v. ) con ng−êi còng nh− c¸c qui luËt sinh tån cña tù nhiªn hîp thμnh. Còng nh− c¸c ph¹m trï vËt chÊt kh¸c, m«i tr−êng lu«n vËn ®éng, thay ®æi theo nh÷ng qui luËt chung cña tù nhiªn nh− tÝnh chu tr×nh: Sinh ra, ph¸t triÓn vμ chuyÓn ho¸ thμnh d¹ng kh¸c ( mÊt ®i ). Tuy nhiªn, do nhu cÇu tån t¹i cña con ng−êi, tù nhiªn dÇn dÇn mÊt ®i c¸i b¶n tÝnh vèn cã cña nã do: C©y cèi bÞ chÆt nhiÒu h¬n trång l¹i; Tμi nguyªn má còng nh− tμi nguyªn n−íc thiªn nhiªn bÞ khai th¸c trªn diÖn réng. Tr×nh ®é còng nh− qui m« s¶n xuÊt hμng ho¸ ngμy cμng ph¸t triÓn m¹nh c¶ vÒ chiÒu réng vμ chiÒu s©u. Hμng ho¸ s¶n xuÊt nhiÒu ®ång nghÜa víi viÖc t¨ng c¸c lo¹i chÊt th¶i vμo m«i tr−êng tù nhiªn. ChÊt th¶i nãi chung bao gåm: 1. ChÊt th¶i c«ng nghiÖp: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng s¶n xuÊt, kinh doanh cña c¸c c¬ së s¶n xuÊt c«ng nghiÖp sinh ra. 2. ChÊt th¶i n«ng nghiÖp: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng s¶n xuÊt, kinh doanh cña c¸c c¬ së s¶n xuÊt c«ng nghiÖp sinh ra. 3. ChÊt th¶i sinh ho¹t: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ph¸t sinh trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng sèng cña con ng−êi vμ x· héi sinh ra. 4. C¸c lo¹i chÊt th¶i kh¸c: Do c¸c ho¹t ®éng cßn l¹i cña tù nhiªn vμ x· héi sinh ra. C¸c lo¹i chÊt th¶i nãi chung lμ rÊt ®a d¹ng vμ phong phó nh−ng chung qui l¹i ë ba thÓ lo¹i: • ChÊt th¶i r¾n: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng lμ c¸c chÊt r¾n. • ChÊt th¶i láng: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng lμ c¸c chÊt r¾n. • ChÊt th¶i khÝ: Lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i ë ®iÒu kiÖn b×nh th−êng lμ c¸c chÊt khÝ. ChÝnh c¸c yÕu tè nμy ®· lμm m«i tr−êng ngμy cμng kiÖt quÖ vμ møc ®é « nhiÔm ngμy cμng cao. C¸c qui luËt tù nhiªn kh«ng cßn tu©n theo c¸c qui luËt vèn cã cña chóng n÷a. HiÖn t−îng Nino, hiÖu øng nhμ kÝnh, thuû triÒu ®á, tuyÕt gi÷a mïa hÌ råi thñng tÇng «z«n, lôt léi, thuû, h¶i s¶n chÕt hμng lo¹t v.v. lμm cho vÊn ®Ò xö lý « nhiÔm m«i tr−êng trë thμnh vÊn ®Ò tiªn phong cña bÊt kú mét Quèc gia, mét tæ chøc quèc tÕ nμo. N−íc th¶i trong nghμnh C«ng nghiÖp Thùc phÈm còng kh«ng n»m ngoμi c¸c ®Æc tÝnh trªn. Tuy nhiªn chóng cã mét sè ®Æc thï riªng ®Æc tr−ng cho tÝnh chÊt cña ngμnh nh−: ‰ N−íc th¶i Ýt chøa c¸c nguyªn tè ®éc h¹i nhÊt lμ c¸c nguyªn tè kim lo¹i nÆng. ‰ N−íc th¶i lu«n chøa c¸c hîp chÊt h÷u c¬ vμ c¸c hîp chÊt dÔ ph©n huû cao. ‰ C¸c chÊt th¶i r¾n ®a phÇn lμ c¸c lo¹i dÔ ph©n huû vμ thèi r÷a. .v.v. VÊn ®Ò xö lý chÊt th¶i lμ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò quan träng cña c«ng t¸c b¶o vÖ m«i tr−êng. http://www.ebook.edu.vn 3 Ch−¬ng I Tæng quan vÒ chÊt th¶i vμ chÊt th¶i trong nghμnh C«ng nghiÖp Thùc phÈm 1. N−íc th¶i: 1.1. N−íc th¶i nãi chung: N−íc th¶i lμ mét trong ba yÕu tè chÝnh t¸c dông trùc tiÕp lªn m«i tr−êng. N−íc th¶i cã thÓ cã nguån gèc tõ tù nhiªn, tõ c¸c c¬ së s¶n xuÊt cã sö dông n−íc, tõ c¸c lß h¬i, n−íc ng−ng hoÆc n−íc tuÇn hoμn v.v. nh−ng nãi chung ta th−êng quan t©m ®Õn: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. C¸c chÊt h÷u c¬ cã kh¶ n¨ng tan sÏ lμm gi¶m l−îng «xy hoμ tan trong n−íc. C¸c chÊt r¾n l¬ löng lμ c¸c chÊt ë ®iÒu kiÖn th−êng lμ c¸c chÊt kh«ng tan. X¸c vi sinh vËt. Kim lo¹i nÆng. Cyanua vμ c¸c chÊt h÷u c¬ ®éc h¹i. C¸c chÊt mμu vμ c¸c chÊt g©y ®ôc. C¸c chÊt hä Nitro vμ Phosphor. C¸c chÊt kh«ng bÞ ph©n huû vi sinh. DÇu mì vμ kim lo¹i d¹ng bät. Kim lo¹i dÔ bÞ «xy ho¸. C¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n nhÊt ®Æc tr−ng cho mçi lo¹i n−íc th¶i bao gåm: • ChØ sè pH - §é kiÒm hoÆc acid cña n−íc. • COD - TÝnh ®Õn tæng nhu cÇu «xy cho ph¶n øng ph©n huû ho¸ häc. • BOD - TÝnh ®Õn tæng nhu cÇu «xy cho ph¶n øng ph©n huû sinh häc. • SS - Tæng chÊt r¾n l¬ löng. • Tæng sè Nit¬, Phosphor, L−u huúnh, Phenol, DÇu mì.v.v. • C¸c nguyªn tè ®éc h¹i. • Tæng Coliform. Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p cho phÐp x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ c¸c th«ng sè trªn, c¸c ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh th−êng xö dông cho mçi laäi thμnh phÇn lμ: 1. X¸c ®Þnh hμm l−îng c¸c chÊt h÷u c¬: C¸c chÊt h÷u c¬ cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc b»ng mét trong bèn phÐp thö sau: • KiÓm tra BOD. • KiÓm tra COD. • KiÓm tra TOC lμ tæng sè CO2 vμ c¸c lo¹i Carbon h÷u c¬. • KiÓm tra TOD lμ l−îng Carbon h÷u c¬ vμ Nit¬, Sulphua kh«ng bÞ «xy ho¸. 2. X¸c ®Þnh l−îng c¸c chÊt kh«ng tan: Cã thÓ b»ng ph−¬ng ph¸p c©n - sÊy - läc hoÆc so mμu. 3. Kim lo¹i nÆng: Cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ ( víi mét vμi nguyªn tè ) hoÆc ph−¬ng ph¸p khèi phæ, so mμu .v.v. 4. C¸c thμnh phÇn kh¸c ®−îc x¸c ®Þnh b»ng nh÷ng ph−¬ng ph¸p ®Æc tr−ng riªng. http://www.ebook.edu.vn 4 I. Ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th¶i. VÒ c¬ b¶n, viÖc xö lý n−íc th¶i th−êng ®−îc thùc hiÖn theo s¬ ®å tæng qu¸t sau: Ho¸ chÊt L¾ng Axit hoÆc kiÒm Läc nhá giät «z«n hoÆc giavel Läc N−íc Th¶i 1 TuyÓn næi Läc kþ khÝ ThiÕt trïng Song ch¾n r¸c ThiÕt bÞ ThiÕt bÞ Trung hoμ t¹o hçn hîp bÞ khö ThiÕt bÞ hÊp thô L¾ng s¬ bé Bïn t¸ch n−íc ThiÕt bÞ «xy ho¸ N−íc th¶i lo¹i 2 Chøa kim lo¹i nÆng Läc sinh häc ThiÕt bÞ lμm kh« bïn Aeroten Hå sinh häc Song Ch¾n r¸c N−íc th¶i lo¹i 3 Chøa h÷u c¬ cao Bïn ho¹t tÝnh L¾ng s¬ bé H×nh1: S¬ ®å khèi hÖ thèng xö lý n−íc th¶i Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt vμ sinh ho¹t, n−íc th¶i th−êng ®−îc ph©n thμnh ba lo¹i chÝnh: http://www.ebook.edu.vn 5 1. N−íc th¶i cã thμnh phÇn c¸c chÊt v« c¬ vμ h÷u c¬ dÔ ph©n lËp cao. 2. N−íc th¶i cã chøa hμm l−îng kim lo¹i nÆng, cao. 3. N−íc th¶i cã chøa hμm l−îng chÊt h÷u c¬ khã t¸ch cao. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña hÖ thèng: N−íc th¶i lo¹i 1 qua song ch¾n r¸c ( t¸ch c¸c t¹p chÊt cã kÝch th−íc lín ) råi qua thiÕt bÞ trung hoμ sö dông axit hoÆc baze tuú theo tÝnh chÊt cña n−íc th¶i ®Çu råi qua bÓ t¹o hçn hîp. Ho¸ chÊt cho xö lý bao gåm: Ho¸ chÊt keo tô, trî keo tô ( dïng cho n−íc sö dông bÓ l¾ng ); Ho¸ chÊt tuyÓn ( dïng cho n−íc sö dông thiÕt bÞ tuyÓn næi ); Ho¸ chÊt trî läc tô ( dïng cho n−íc sö dông thiÕt bÞ läc ). N−íc th¶i lo¹i 2 cã chøa nhiÒu kim lo¹i nÆng sau khi qua song ch¾n r¸c ®−îc ®−a vμo thiÕt bÞ t¹o m«i tr−êng ( Sö dông axit hoÆc base - th−êng lμ (CaOH)2 hoÆc NaOH t−¬ng øng ) kÕt hîp «xy ho¸ råi qua bÓ l¾ng s¬ bé. N−íc th¶i lo¹i 3 cã chøa nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ khã ph©n lËp b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p th«ng th−êng ( lo¹i nμy chñ yÕu lμ n−íc th¶i sinh ho¹t hoÆc cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt thùc phÈm ) sau khi qua song ch¾n r¸c sÏ ®−îc ®−a qua: 1. ThiÕt bÞ läc sinh häc råi bÓ aeroten sau läc sinh häc. 2. HoÆc qua hå sinh häc cã sö dông bïn ho¹t tÝnh kÕt hîp l¾ng s¬ bé. Qua thiÕt bÞ trung hoμ ( sö dông axit hoÆc baze ), thiÕt bÞ t¹o hçn hîp cïng c¸c ho¸ chÊt cÇn thiÕt råi qua thiÕt bÞ L¾ng, läc, hoÆc tuyÓn næi thÝch øng. Sau khi qua läc kþ khÝ hoÆc läc nhá giät, n−íc th¶i ®−îc ®−a qua thiÕt bÞ hÊp thô ( sö dông cho c¸c lo¹i n−íc th¶i cã nhiÒu ®éc tè ), khö trïng (b»ng giavel, «z«n hoÆc c¸c lo¹iho¸ chÊt khö trïng kh¸c ) råi th¶i ra ngoμi hoÆc ®em sö dông lai. Bïn cña tÊt c¶ c¸c c«ng ®o¹n ®−îc thu gom, qua thiÕt bÞ lμm kh« ( Ðp, läc, Ly t©m, t¹o tÊm .v.v. ). Bïn kh« ®−îc ®em ®i ch«n hoÆc lμm nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt ph©n h÷u c¬, n−íc t¸ch ®−îc ®−a tuÇn hoμn trë l¹i dßng ban ®Çu tr−íc xö lý. Ngoμi ra cßn mét vμi d¹ng n−íc th¶i ( ch¼ng h¹n cho s¶n xuÊt kim lo¹i, h¹t nh©n ) th−êng sö dông trao ®æi Ion cho xö lý n−íc th¶i. C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i ho¸ häc th−êng ®−îc sö dông thÝch hîp víi tõng lo¹i h×nh n−íc th¶i ®−îc cho trong b¶ng sau: http://www.ebook.edu.vn 6 B¶ng 1: C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i ho¸ häc. Ph−¬ng ph¸p xö lý KiÓu vËn hμnh Trao ®æi Ion Läc tuÇn hoμn kÕt hîp hoμn nguyªn nhùa Ph¶n øng & Xö lý liªn tôc xö lý s¬ bé hoÆc gi¸n ®o¹n Møc ®é xö lý NhËn xÐt Khö kho¸ng chÊt, thu håi n−íc & s¶n phÈm T¸ch triÖt ®Ó Crom & kim lo¹i nÆng Cã thÓ trung hoμ & t¸ch chÊt r¾n tõ viÖc thu håi. Mét ngμy c«ng suÊt cho xö lý gi¸n ®o¹n; 3 giê cho xö lý liªn tôc; Bïn cã thÓ sö dông hoÆc t¸ch n−íc. Keo tô Xö lý liªn tôc T¸ch triÖt ®Ó c¸c chÊt BÓ tuyÓn næi vμ l¾ng hoÆc khö bïn d¹ng hoÆc gi¸n ®o¹n r¾n vμ chÊt keo. liªn hîp; Cã kiÓm tra pH. HÊp thô Cét Carbon d¹ng T¸ch hoμn toμn hoÆc Carbon d¹ng bét sö dông cïng qu¸ tr×nh bét ®a phÇn h÷u c¬. ho¹t tÝnh bïn. «xy ho¸ ho¸ O3 hoÆcH2O2 «xy ho¸ hoμn toμn «xy ho¸ tõng phÇn theo h−íng t¸ch vi häc Cã xóc t¸c, liªn hoÆc mét phÇn sinh c¸c chÊt h÷u c¬ tôc, gi¸n ®o¹n B¶ng 2: C¸c m« h×nh xö lý n−íc th¶i sinh häc: Ph−¬ng ph¸p xö lý Hå Hå aeroten KiÓu vËn hμnh Gi¸n ®o¹n hoÆc liªn tôc; Toμn diÖn hoÆc kþ khÝ BÓ hçn hîp hoμn toμn hoÆc liªn tôc Bïn ho¹t T¹o hçn hîp tÝnh hoμn toμn hoÆc dßng; Håi l−u bïn Møc ®é xö lý Trung b×nh ®Êt yªu cÇu ThiÕt bÞ NhËn xÐt Thêi gian l−u 10 60 ngμy KiÓm tra vÕt hoÆc liªn tôc Cao vÒ mïa BÓ cã chiÒu s©u hÌ, thÊp vÒ 2,44-4,88m, diÖn mïa ®«ng tÝch riªng 8,5517,1m2/m3.ngμy T¸ch h¬n Hå hoÆc bÓ Bªt«ng 90% chÊt h÷u cã chiÒu s©u 3,66c¬ 6,10 m; thÓ tÝch riªng 0,5613 3 2,62m /m .ngμy HiÖu suÊt DiÖn tÝch bÒ mÆt trung b×nh läc 5,52 - 34,4 hoÆc cao theo m2/103m3.ngμy t¶i l−îng Trung b×nh hoÆc cao Sôc khÝ bÒ T¸ch bïn trong mÆt hoÆc s©u hå, vËn chuyÓn bïn & t¸ch n−íc theo chu kú. Sôc khÝ c¬ khÝ Bïn ®−îc t¸ch hoÆc khuÕch n−íc. t¸n; ph©n lo¹i bïn vμ håi l−u ThiÕt bÞ nhùa Xö lý s¬ bé cao 6,10 – tr−íc POTW 12,19 m. hoÆc tr¹m bïn ho¹t tÝnh §Üa Plastic T¸ch lo¹i chÊt r¾n Läc nhá Sö dông liªn giät tôc; Cã thÓ sö dông dßng tuÇn hoμn RBC Liªn tôc nhiÒu giai ®o¹n Kþ khÝ T¹o hçn hîp Trung b×nh kÕt hîp tuÇn hoμn; Läc dßng trªn hoÆc d−íi Phun Gi¸n ®o¹n TriÖt ®Ó, läc 6,24.10-7- 4,68.10-6 s−¬ng n−íc ngÇm vμ m3/m2.s n−íc t¹o h¬i http://www.ebook.edu.vn T¸ch khÝ, xö lý s¬ bé b»ng POTW hoÆc tr¹m bïn ho¹t tÝnh èng nh«m T¸ch lo¹i chÊt hoÆc ®ång - r¾n, muèi trong thiÕc n−íc. 7 I.2. N−íc th¶i nghµnh C«ng nghiÖp Thùc phÈm: Nghμnh C«ng nghiÖp thùc phÈm nãi chung bao gåm: ‰ C«ng nghÖ s¶n xuÊt bia, r−îu, n−íc gi¶i kh¸t. ‰ C«ng nghÖ chÕ biÕn rau qu¶. ‰ C«ng nghÖ chÕ biÕn thùc phÈm (chÕ biÕn gia sóc, chÕ biÕn t«m, c¸) ‰ C«ng nghÖ giÕt mæ gia sóc. ‰ C«ng nghÖ chÕ biÕn tinh bét, mÝa ®−êng, m× chÝnh v.v. Nãi chung, n−íc th¶i cña nghμnh C«ng nghiÖp nμy th−êng thuéc vμo nhãm n−íc th¶i lo¹i 1 vμ lo¹i 3 trong ph©n lo¹i n−íc th¶i nãi chung. M« h×nh cho xö lý c¸c lo¹i n−íc th¶i nμy th−êng lμ xö lý sinh häc hoÆc ho¸ häc - sinh häc kÕt hîp nªn chóng còng mang ®Çy ®ñ c¸c ®Æc tr−ng cña m« h×nh xö lý n−íc th¶i b»ng ho¸ häc còng nh− m« h×nh xö lý n−íc th¶i b»ng sinh häc nãi chung. 2. C¸c lo¹i h×nh chÊt th¶i r¾n: C¸c lo¹i h×nh chÊt th¶i r¾n nãi chung vμ chÊt th¶i r¾n cña Nghμnh C«ng nghÖ chÕ biÕn Thùc phÈm nãi chung th−êng bao gåm c¸c lo¹i chÊt th¶i sau: ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ChÊt th¶i r¾n d¹ng v« c¬ dÔ ph©n huû: Nã th−êng lμ c¸c lo¹i chÊt th¶i dÔ tan trong n−íc ( th−êng lμ c¸c lo¹i muèi, acid hoÆc base v« c¬ ) vμ dÔ dμng bÞ ph©n lËp b»ng c¸c ho¸ chÊt kh¸c. Ph−¬ng ph¸p xö lý c¸c lo¹i chÊt th¶i d¹ng nμy th−êng lμ ph−¬ng ph¸p ho¸ häc víi viÖc sö dông c¸c lo¹i ho¸ chÊt t¹o víi chÊt th¶i c¸c chÊt r¾n kh«ng tan hoÆc bay h¬i vμ dÔ dμng t¸ch khái n−íc th¶i. ChÊt th¶i r¾n d¹ng h÷u c¬ dÔ ph©n huû: Chóng th−êng lμ c¸c lo¹i chÊt h÷u c¬ cã ph©n tö l−îng kh«ng lín, dÔ tan trong n−íc vμ dÔ dμng bÞ vi sinh vËt ph©n huû hoÆc chuyÓn ho¸ thμnh d¹ng Ýt ®éc h¹i. C¸c hîp chÊt d¹ng nμy th−êng lμ c¸c acid, base h÷u c¬ ph©n tö l−îng thÊp hoÆc c¸c lo¹i ®−êng, tinh bét .v.v. Ph−¬ng ph¸p xö lý c¸c lo¹i chÊt th¶i nμy th−êng lμ ph−¬ng ph¸p hå sinh häc ( yÕm, hay −a khÝ ) hoÆc läc sinh häc. C¸c chÊt th¶i r¾n d¹ng v« c¬ khã ph©n huû: Chóng th−êng lμ c¸c lo¹i bôi ®Êt, v«i v÷a, mÈu kim lo¹i v.v.. Gi¶i ph¸p tèt nhÊt cho xö lý c¸c chÊt th¶i d¹ng nμy lμ thu gom, ph©n lo¹i cho t¸i sö dông vμ lμm vËt liÖu cho san lÊp hoÆc lμm nguyªn liÖu t¸i t¹o cho s¶n xuÊt c¸c lo¹i vËt liÖu x©y dùng. C¸c lo¹i chÊt th¶i h÷u c¬ khã ph©n lËp: Chóng th−êng lμ c¸c lo¹i ®Çu mÈu ( thùc phÈm còng nh− c©y qu¶ ) thõa, da, l«ng ®éng vËt còng nh− c¸c lo¹i chÊt th¶i cña ®äng vËt v.v. Gi¶i ph¸p h÷u hiÖu nhÊt cho xö lý c¸c lo¹i chÊt th¶i d¹ng nμy lμ thu gom råi sö dông lμm nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt ph©n vi sinh hoÆc xö lý trong hå yÕm khÝ ®Ó t¹o khÝ gas ( Biogas ) hoÆc xö dông ph−¬ng ph¸p ch«n lÊp v.v. C¸c lo¹i chÊt th¶i d¹ng h÷u c¬ rÊt khã ph©n huû: Lo¹i nμy th−êng bao gåm c¸c lo¹i bao gãi nyl«ng, nhùa tæng hîp hay nh− c¸c lo¹i chÊt th¶i d¹ng sõng .v.v. : Gi¶i ph¸p tèi −u cho lo¹i h×nh chÊt th¶i nμy lμ thu gom vμ sö dông lμm nguyªn liÖu cho t¸i chÕ. 3. C¸c lo¹i h×nh chÊt th¶i khÝ: ChÊt th¶i khÝ nãi chung, chÊt th¶i khÝ trong C«ng nghiÖp chÕ biÕn Thùc phÈm nãi riªng th−êng bao gåm c¸c lo¹i bôi, khÝ ®éc h¹i nh−: CO, SOx, NxOy, khÝ th¶i c¸c lß ®èt cã chøa Phenol v.v. cÇn ®−îc xö lý tr−íc khi th¶i ra m«i tr−êng. http://www.ebook.edu.vn 8 Ch−¬ng II Ph©n lo¹i c¸c thiÕt bÞ cho xö lý n−íc th¶i: 1. Song ch¾n r¸c: Song ch¾n r¸c lμ mét lo¹i l−íi ®−îc lμm b»ng kim lo¹i, hîp kim hoÆc chÊt dÎo víi kÝch th−íc tõ mét vμi mm ®Õn vμi chôc mm tuú theo kÝch th−íc trung b×nh cña c¸c lo¹i r¸c. Song ch¾n r¸c cã lo¹i cè ®Þnh vμ lo¹i di ®éng, chóng ®−îc ®Æt ngiªng mét gãc α = 6090o so víi dßng ch¶y. Chóng ®−îc sö dông ®Ó t¸ch c¸c lo¹i chÊt th¶i cã kÝch th−íc cång kÒnh, dÔ t¸ch ra khái n−íc th¶i. C¬ së cña viÖc tÝnh to¸n song ch¾n r¸c bao gåm: • TÝnh sè l−îng c¸c khe hë n ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: n = qKz/bH1vtt Trong ®ã: q - L−u l−îng n−íc th¶i lín nhÊt, m3/h. Kz - HÖ sè nÐn dßng do c¸c thiÕt bÞ vít r¸c, th−êng Kz = 1,05. H1 - ChiÒu s©u líp n−íc tr−íc song ch¾n r¸c, m. Vtt - VËntèc trung b×nh qua c¸c khe hë, th−êng Vtt = 0,8 - 1 m/s. • TÝnh chiÒu réng toμn bé song ch¾n r¸c: Bs = d( n - 1 ) + bn Trong ®ã: d - BÒ dμy hay ®−êng kÝnh c¸c song ch¾n r¸c, m. b - Kho¶ng c¸ch gi÷a hai thanh hoÆc ®−êng kÝnh lç cña song, m. • ChiÒu cao song ch¾n r¸c: Th−êng ®−îc lùa chän tuú theo chiÒu s©u cña m¸ng dÉn; Th−êng mét song ch¾n r¸c cã chiÒu cao b»ng 85 - 90% chiÒu s©u r·nh. 2. TÝnh to¸n thiÕt bÞ trung hoµ vµ thiÕt bÞ t¹o hçn hîp: ThiÕt bÞ trung hoμ vμ thiÕt bÞ t¹o hçn hîp lμ hai thiÕt bÞ hÇu nh− kh«ng thÓ thiÕu trong mçi hÖ thèng xö lý n−íc nãi chung, xö lý n−íc th¶i nãi riªng. C¸c thiÕt bÞ t¹o hèn hîp th−êng ®−îc sö dông cho c¸c môc ®Ých lμm ®ång ®Òu c¸c t¸c nh©n cã gi¸ trÞ cho xö lý n−íc th¶i víi n−íc. C¸c t¸c nh©n cã thÓ lμ axit, kiÒm, chÊt keo tô hay ch− c¸c chÊt trî keo tô, chÊt khö trïng v.v. VÒ nguyªn lý vμ tÝnh chÊt ho¹t ®éng, c¸c thiÕt bÞ trung hoμ vμ thiÕt bÞ t¹o hçn hîp lμ t−¬ng ®−¬ng nhau vμ vÒ b¶n chÊt rÊt gÇn víi c¸c thiÕt bÞ khuÊy trén nªn chóng ®Òu cã thÓ tÝnh ®−îc theo nguyªn t¾c tÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ khuÊy trén. http://www.ebook.edu.vn 9 Mét thiÕt bÞ t¹o hçn hîp cã thÓ ®−îc thiÕt kÕ ë d¹ng tù khuÊy trén hoÆc lμ khuÊy trén c−ìng bøc - cã sö dông thiÕt bÞ khuÊy trén riªng biÖt. Trong ®a sè c¸c tr−êng hîp, ®Ó kinh tÕ, dÔ l¾p ®Æt còng nh− chÕ t¹o, th−íng sö dông lo¹i thiÕt bÞ tù khuÊy trén. ThiÕt bÞ t¹o hçn hîp vμ trung hoμ d¹ng tù khuÊy trén th−êng ë ba d¹ng: D¹ng trén ®øng; D¹ng n»m ngang vμ d¹ng tÇng ( bËc thang ). • TÝnh to¸n thiÕt bÞ d¹ng ®øng: Th−êng dïng cho c¸c hÖ thèng xö lý cã c«ng suÊt ≤ 1.500 m3/h. Th−êng cã d¹ng: Hçn hîp ra α=30-45o Ho¸ chÊt N−íc vμo H×nh 2: S¬ ®å thiÕt bÞ khuÊy trén d¹ng ®øng. Trong thiÕt bÞ nμy, gãc t¹o thμnh gi÷a phÇn h×nh c«n vμ phÇn h×nh trô ( α ) th−êng lμ tõ 30 - 450. C¸c ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n c¬ b¶n: + VËn tèc n−íc vμo thiÕt bÞ th−êng lμ v = 1 - 1,2 m/s. + §−êng kÝnh èng dÉn n−íc vμo lμ d; d = ( 4q/πv )1/2 ( diÖn tÝch mÆt c¾t ngang f = πd2/4. + VËn tèc n−íc trong thiÕt bÞ ( phÇn h×nh trô trªn ) th−êng lμ vb = 1 mm/s + DiÖn tÝch phÇn h×nh trô trªn cña thiÕt bÞ F = q/vb Trong ®ã: F - DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang phÇn h×nh trô trªn, F = πD2/4; D - §−êng kÝnh phÇn trô, m. Q - C«ng suÊt thiÕt bÞ, m3. ChiÒu cao phÇn h×nh trô ht = ThÓ tÝch phÇn trô / TiÕt diÖn trô = Vt/F. ChiÒu cao phÇn h×nh c«n hc; hc = 1/2( D - d )ctgα/2. ThÓ tÝch phÇn t¹o hçn hîp h×nh c«n lμ Vc, Vc = ht (F + f + (Ff)1/2 )/3, m3. Mét d¹ng thiÕt bÞ t¹o hçn hîp ( trung hoμ ) kh¸c th−êng ®−îc sö dông trong c¸c d©y chuyÒn hÖ thèng xö lý n−íc th¶i lμ thiÕt bÞ t¹o hçn hîp d¹ng bËc thang - thiÕt bÞ d¹ng tÇng ( h×nh 3 ) http://www.ebook.edu.vn 10 • ThiÕt bÞ d¹ng bËc thang ( nhiÒu lç - tÇng ) Dßng vμo Ho¸ chÊt h H = 3h Dßng hçn hîp ra H b b1 H×nh 3: ThiÕt bÞ t¹o hçn hîp d¹ng bËc thang VËn tèc dßng trong thiÕt bÞ th−êng lμ v0 = 1 m/s §Ó ®¶m b¶o kh«ng khÝ còng nh− t¸c nh©n hoμ trén tèt víi n−íc, chiÒu cao cña c¸c tÊm ng¨n cÇn ngËp s©u trong n−íc tõ 10 - 15 cm; trong tr−êng hîp thiÕt bÞ d¹ng trßn, ®−êng kÝnh c¸c tÊm ng¨n lμ tõ 20 - 120 mm. Sè c¸c tÊm ng¨n ( n0 ) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: 4q n0 = ---------πv0d02 d0 - ChiÒu cao tÊm ch¾n, chän. q - C«ng suÊt thiÕt bÞ; m3/s. Tèn thÊt ¸p suÊt trªn tÊt c¶ c¸c tÊm ng¨n lμ Σh0; mv02 Σh0 = --------2gμ2 víi: m - Sè c¸c v¸ch ng¨n, g - Gia tèc träng tr−êng, g = 9,8 m/s2, μ - HÖ sè, μ = 0,65 khi d0 : δ = 2; μ = 0,75 khi d0 : δ = 1; δ - chiÒu dμy thμnh thiÕt bÞ. §é chªnh møc n−íc h sau mçi mét ng¨n ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Σh0 h = -----m DiÖn tÝch mÆt c¾t phÝa cuèi thiÕt bÞ lμ fc; fc = q: vc vc - VËn tèc dßng phÝa cuèi thiÕt bÞ, m/s. • ThiÕt bÞ d¹ng n»m ngang: ThiÕt bÞ d¹ng nμy cã s¬ ®å thiÕt kÕ nh− h×nh 4: http://www.ebook.edu.vn 11 bl bn 2bl 0,13 0,13 0,13 H×nh 4: ThiÕt bÞ t¹o hçn hîp d¹ng ngang Mét thiÕt bÞ d¹ng nμy th−êng cã ba v¸ch ng¨n víi tèc ®é chuyÓn ®éng cña n−íc trong thiÕt bÞ th−êng lμ v = 0,6 m/s. DiÖn tÝch mÆt c¾t ngang cña thiÕt bÞ lμ f; f = q:v, m2 Víi q - n¨ng suÊt thiÕt bÞ, m3/s. ChiÒu cao líp n−íc ë cuèi thiÕt bÞ lμ H; th−êng H = 0,4 - 0,5 m. Khi ®ã, chiÒu réng thiÕt bÞ lμ bl; bl = f:H. Tæn thÊt ¸p suÊt hn sau mçi ng¨n khi vËn tèc dßng n−íc lμ vt ; hn = v2/(μ2.2g). NÕu sè ng¨n lμ n th× tæn thÊt ¸p suÊt tæng lμ n.hn ( th−êng n = 3 ). ChiÒu réng khe ch¶y cña mçi tÊm ng¨n lμ bn; bn = fn:H; fn= q:2vt. 3. TÝnh to¸n thiÕt bÞ l¾ng. Qu¸ tr×nh l¾ng cÆn ®−îc thùc hiÖn trong c¸c bÓ l¾ng. §a sè c¸c h¹t l¬ löng trong n−íc khi l¾ng ®Òu tu©n theo qui luËt l¾ng víi vËn tèc l¾ng cña c¸c phÇn tö ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: v = (4g(ρs - ρl)D/(3Cdρl))1/2 Trong ®ã: v- VËn tèc l¾ng, m/s; g - Gia tèc träng tr−êng; m/s2 ρs - Tû träng cña r¾n ; g/cm3 ρl - Tû träng cña chÊt láng; g/cm3 D - §−êng kÝnh h¹t, m; Cd - HÖ sè phô thuéc chuÈn sè R©yl«n vμ d¹ng h¹t r¾n. Khi chuÈn sè R©ylon ≤ 1 vμ Cd = 24/NRe víi NRe = vDρl/μ. ⇒ v = (ρs - ρl)gD2/18μ. Khi chuÈn sè R©y lon lín th×: Cd = 18,5/NRe0,6 vμ v = Q/A víi Q - Tû lÖ dßng qua bÓ; A - DiÖn tÝch bÒ mÆt bÓ, m2. ThiÕt bÞ l¾ng trong th−êng cã ba d¹ng: L¾ng ®øng, l¾ng c«n & l¾ng n»m ngang. http://www.ebook.edu.vn 12 a. TÝnh to¸n thiÕt bÞ l¾ng ®øng: Lμ lo¹i thiÕt bÞ th−êng ®−îc sö dông nhÊt v×: • N¨ng suÊt lμm viÖc cao; • Gän, nhÑ, tèn Ýt diÖn tÝch sö dông; • DÔ s¶n xuÊt vμ l¾p ®Æt. Mét thiÕt bÞ l¾ng ®øng th−êng cã d¹ng nh− h×nh 5. Dßng ra Dßng vμo 700 d H D α Cöa lÊy bïn H×nh 5: S¬ ®å nguyªn lý mét thiÕt bÞ l¾ng ®øng DiÖn tÝch mÆt c¾t vïng l¾ng cÆn lμ F, F ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: F = q/(3,6.v.N), m2. Trong ®ã: q - C«ng suÊt l¾ng, m3/h. v - VËn tèc dßng n−íc vμo thiÕt bÞ, mm/s, th−êng v = 0,5 - 0,6 mm/s. N - Sè bÓ l¾ng. §−êng kÝnh bÓ D = (( F + f )4 /π)1/2. Víi: f - DiÖn tÝch camera t¹o b«ng cÆn; f = πd2/4 = qT/60HN víi T - Thêi gian lμm viÖc trong ngμy, th−êng T = 15 giê. H - ChiÒu cao camera, th−êng H = 0,9 Ho - ChiÒu cao toμn bÓ. N - Sè bÓ l¾ng. Kho¶ng thêi gian gi÷a hai lÇn x¶ cÆn lμ t, t = Woc.N.δ.r/q(Ccr - m ) víi: Víi: Woc- ThÓ tÝch phÇn h×nh c«n, m3. δ - Nång ®é cÆn trong n−íc, g/m3. Ccr - Nång ®é chÊt l¬ löng trong n−íc, mg/l. ChiÒu cao phÇn h×nh c«n lμ Hc, Hc ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Hc = (D - d’)/2tg(90 - α); d’ - §−êng kÝnh èng n−íc vμo, m. α - Gãc t¹o thμnh gi÷a phÇn h×nh c«n vμ phÇn h×nh trô, chän α = 30 - 450. http://www.ebook.edu.vn 13 b. TÝnh to¸n bÓ l¾ng c«n. • Khi tÝnh to¸n bÓ l¾ng c«n ta sö dông c«ng thøc sau: p = ( M - Mo ).100/M Trong ®ã: M - §é ®ôc ban ®Çu cña n−íc, mg/lÝt. Mo - §é ®ôc cña n−íc sau xö lý, mg/lÝt. p - HiÖu suÊt xö lý, %. Khi ®ã, diÖn tÝch bÒ mÆt l¾ng F = 0,21(q/uo)1,07 + f, m2. q - C«ng suÊt xö lý, m3/h. f - DiÖn tÝch bÒ mÆt c«n bªn d−íi, m2. uo - Tèc ®é l¾ng cña cÆn, mm/s. B¸n kÝnh bÓ l¾ng R = ( F/π )1/2. C, TÝnh to¸n bÓ l¾ng ngang: DiÖn tÝch bÒ mÆt l¾ng F = αq/3,6.uo Trong ®ã: α - HÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña tèc ®é l¾ng. uo - Tèc ®é l¾ng cña cÆn, mm/s. q - C«ng suÊt xö lý. ChiÒu réng bÓ B = q/( 3,6.vcp.H.N ) H - chiÒu s©u trung b×nh cña líp n−íc, m; N - Sè bÓ l¾ng; vcp = 3 - 8 mm/s. ChiÒu dμi bÓ L = F/BN 4. TÝnh to¸n bÓ läc. DiÖn tÝch bÒ mÆt läc th−êng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: F = q/( Tvl - 3,6nt1 - nt2vl - nt3vl ) Trong ®ã: Q - C«ng suÊt läc, m3/h. T - Thêi gian lμm viÖc cña bÓ trong ngμy, T = 24 h. vl - VËn tèc läc b×nh th−êng, vl = 6 m/h. n - Sè lÇn röa bÓ läc trong ngμy, th−êng n = 2. t1 - Thêi gian röa bÓ, th−êng t1 = 0,1 h. t2 - Thêi gian läc sau röa, th−êng t2 = 0,33 h. t3 - Thêi gian tÝnh cho phin läc ®Çu tiªn, th−êng t3 = 0,17 h. Sè bÓ läc N = F1/2/2. C¸c kÝch th−íc vÒ chiÒu réng, chiÒu dμi vμ chiÒu s©u cña bÓ còng nh− chiÒu dμy líp läc vμ kÝch th−íc h¹t läc ®−îc cho trongc¸c sæ tay chuyªn dông vÒ xö lý n−íc. 5. Ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi Ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi th−êng ®−îc sö dông ®Ó t¸ch lo¹i c¸c chÊt r¾n, chÊt l¬ löng còng nh− lμ t¸ch c¸c phÇn tö dÇu, mì ra khái n−íc th¶i. Qu¸ tr×nh tuyÓn næi lμ mét qu¸ tr×nh ho¸ lý phøc t¹p. Nguyªn lý c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh tuyÓn næi lμ dùa trªn kh¶ n¨ng dÝnh kÕt http://www.ebook.edu.vn 14 cña c¸c phÇn tö cã bÒ mÆt kþ n−íc vμo c¸c bät khÝ vμ næi lªn trªn mÆt n−íc vμ ®−îc t¸ch ra ngoμi b»ng c¸c thiÕt bÞ chuyªn dông. Nh÷ng phÇn tö nμo kh«ng cã kh¶ n¨ng kþ n−íc sÏ n»m l¹i trong n−íc. Ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi th−êng ®−îc sö dông trong luyÖn kim, thu håi kho¸ng s¶n còng nh− cho xö lý n−íc th¶i, nhÊt lμ n−íc th¶i cña ngμnh s¶n xuÊt giÊy vμ c«ng nghiÖp tuyÓn kho¸ng. Nguyªn lý c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi lμ tèc ®é næi lªn cña c¸c bät khÝ trong n−íc chÈy tÇng ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh Stock: V = g( ρl - ρk ).d2/18η Trong ®ã: G - Gia tèc träng tr−êng, g = 9,8 m/s2 ρl - Tû träng cña chÊt láng, kg/m3. ρk - Tû träng cña chÊt khÝ, kg/m3. D - §−êng kÝnh bät khÝ, m. η - §é hít ®éng häc cña chÊt láng, St. ThÓ tÝch tèi thiÓu cña chÊt khÝ Vk cã tû träng ρs cã thÓ lμm næi mét h¹t cã khèi l−îng lμ S ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Vk/S = ( ρs - ρk )/( ρl - ρk ).ρk ViÖc tÝnh to¸n, lùa chän c¸c kÝch th−íc cña mét bÓ tuyÓn næi tr−íc hÕt dùa trªn lo¹i h×nh n−íc th¶i ®−îc ¸p dông ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi, dùa trªn c«ng suÊt xö lý, thêi gian l−u cña n−íc còng nh− ph−¬ng ph¸p tuyÓn. C¸c sè liÖu c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi th−êng ®−îc sö dông nh− sau: KÝch L−u th−íc bät l−îng khÝ, l/m3 khÝ, mm 100 - 400 2-5 Ph−¬ng ph¸p TuyÓn næi nh©n t¹o C«ng suÊt hÊp thô, Wh/m3 5 - 10 Thêi gian tiÕp xóc lý thuyÕt, phót 5 - 15 TuyÓn næi c¬ häc 10.000 0,2 - 2 60 - 120 4 - 16 TuyÓn næi b»ng khÝ 15 - 50 0,045 - 40 - 80 20 - 40 hoμ tan T¶i thuû lùc riªng, m/h 10 - 30 3 - 10 0,04 Mét hÖ thèng tuyÓn næi th−êng cã d¹ng h×nh 6: Bïn næi C¬ cÊu g¹t Kh«ng khÝ N−íc th¶i B¬m t¹o ¸p Valv ¸p lùc BÓ tuyÓn næi B×nh tÝch ¸p N−íc sau xö lý H×nh 6: S¬ ®å nguyªn lý mét bÓ tuyÓn næi http://www.ebook.edu.vn 15 6. Ph−¬ng ph¸p xö lý n−íc th¶i b»ng sinh häc. C¸c qu¸ tr×nh sinh häc c¬ b¶n th−êng sö dông cho xö lý n−íc th¶i lμ: Qu¸ tr×nh bïn ho¹t tÝnh; Läc nhá giät; Ph©n huû yÕm khÝ; Hå sinh häc v.v.. VÒ c¬ b¶n c¸c qu¸ tr×nh ®Òu liªn quan tíi c¸c lo¹i thiÕt bÞ sö dông, sù tiÕp xóc gi÷a vi sinh vËt víi pha láng, møc ®é t¹o hçn hîp v.v. Theo quan ®iÓm sinh häc, ®a sè c¸c qu¸ tr×nh cã thÓ ®−îc ph©n chia theo nhiÒu c¸ch, ch¼ng h¹n: Theo dßng håi l−u; Theo møc ®é lμm giμu vi sinh vËt cã ®Æc tÝnh x¸c ®Þnh b»ng c¸c tÝnh chÊt cña n−íc th¶i; Theo ®iÒu kiÖn m«i tr−êng thiÕt kÕ vμ vËn hμnh v.v. Tuú theo møc ®é phæ biÕn vμ hoμn thiÖn, c¸c qu¸ tr×nh cã thÓ ®−îc chia thμnh: Qu¸ tr×nh hiÕu khÝ, yÕm khÝ vμ quang hîp. KiÕn thøc vÒ tÕ bμo häc lμ cÇn thiÕt cho viÖc tÝnh to¸n l−îng n−íc th¶i, nhu cÇu «xy, l−îng khÝ sinh ra còng nh− sù trao ®æi chÊt gi÷a c¸c lo¹i vi sinh vËt. KiÕn thøc vÒ ho¸ nhiÖt sö dông cho tÝnh to¸n nhiÖt ®é cã thÓ ®¹t ®−îc cña qu¸ tr×nh. Quan hÖ ®éng häc c¬ b¶n cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh. NhiÒu ph¶n øng trong qu¸ tr×nh sinh häc lμ tù ®éng vμ th−êng ®−îc ®−îc gi¶ ®Þnh b»ng quan hÖ gi÷a nång ®é n−íc th¶i vμ sù sinh tr−ëng cña vi sinh vËt. ViÖc x©y dùng c¸c quan hÖ vÒ tÕ bμo häc, nhiÖt ho¸ vμ quan hÖ ®éng häc th−êng liªn quan tíi c¸c yÕu tè m«i tr−êng nh−: pH, ¸nh s¸ng, m«i tr−êng ion ho¸ v.v. C¸c ph¶n øng sinh häc cã thÓ ®−îc ph©n thμnh: Ph¶n øng hiÕu khÝ, yÕm khÝ hoÆc quang ho¸ tuú theo lo¹i vi sinh vËt ho¹t ®éng, tuú theo qu¸ tr×nh sinh häc sö dông cho xö lý n−íc th¶i. C¸c qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña vi sinh vËt th−êng ®−îc ph©n thμnh: • Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña vi sinh vËt trong ®iÒu kiÖn yÕm khÝ. • Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña vi sinh vËt trong ®iÒu kiÖn hiÕu khÝ. • Qu¸ tr×nh quang ho¸. §Ó ®i s©u nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh t¹o mμng vi sinh vËt trong xö lý n−íc th¶i, tr−íc hÕt ta xÐt: a. Mµng läc sinh häc: PhÇn lín c¸c vi sinh vËt cã kh¶ n¨ng x©m chiÕm bÒ mÆt cña mét vËt r¾n khi trong m«i tr−êng cã c¸c hîp chÊt h÷u c¬, muèi kho¸ng vμ «xy. ViÖc cè ®Þnh ®−îc thùc hiÖn nhê vi sinh vËt tiÕt ra mét chÊt d¹ng keo cã nguån gèc tõ exopolyme. Bªn trong chÊt keo ®ã, vi sinh vËt vÉn cã nh÷ng chuyÓn ®éng nhÊt ®Þnh. ViÖc x©m chiÕm bÒ mÆt nμy lóc ®Çu ®−îc thùc hiÖn ë mét sè ®iÓm vμ ph¸t triÓn dÇn ®Õn khi bao bäc toμn bé bÒ mÆt vËt r¾n. Tõ ®ã trë ®i, c¸c tÕ bμo míi sinh ra sÏ bao phñ lªn c¸c líp ban ®Çu. Gi÷a c¸c líp tÕ bμo cã c¸c lç xèp trèng, vi sinh vËt lu«n chuyÓn ®éng vμ h×nh thμnh líp mμng sinh häc. b. C¸c lo¹i mµng sinh häc: Trong tù nhiªn, tån t¹i ba d¹ng mμng sinh häc chñ yÕu lμ: • Mµng sinh häc d¹ng hçn t¹p: Mμng nμy gåm hai líp: + Líp ®Çu tiªn lμ mét líp máng ( kho¶ng 5 μm ) h×nh thμnh do c¸c vi sinh vËt b¸m vμo bÒ mÆt vËt r¾n. http://www.ebook.edu.vn 16 + Líp thø hai lμ do c¸c vi sinh vËt dÝnh kÕt víi nhau nhê hîp chÊt keo exopolyme do vi sinh vËt tiÕt ra vμ bao quanh c¸c vi sinh vËt thuéc líp thø nhÊt ( líp nμy th−êng dμy kho¶ng 100 μm ). • Mµng sinh häc h×nh nÊm: Mμng nμy ®−îc t¹o thμnh tõ c¸c quÇn thÓ vi sinh vËt bã kÕt l¹i víi nhau thμnh h×nh d¹ng gièng nh− c©y nÊm. • Mµng sinh häc nhiÒu líp: Mμng nμy ®−îc h×nh thμnh tõ nhiÒu líp vi sinh vËt chång lªn nhau. c. C¬ chÕ ho¹t ®éng cña mµng sinh häc: C¸c chÊt dinh d−ìng cã thÓ ®ång ho¸ ®−îc cïng víi «xy trong n−íc cÇn xö lý sÏ vËn chuyÓn vμ khuÕch t¸n qua bÒ dμy líp mμng sinh häc cho ®Õn chõng nμo mμ c¸c ®¸m tÕ bμo ë vïng s©u nhÊt kh«ng tiÕp xóc ®−îc víi chÊt dinh d−ìng vμ «xy n÷a. Sau mét thêi gian sÏ xuÊt hiÖn sù ph©n tÇng vi sinh vËt: • Ngoμi cïng lμ c¸c líp −a khÝ: ë ®©y cã sù khuÕch t¸n «xy - Vi sinh vËt hiÕu khÝ ho¹t ®éng. • Líp sau lμ líp kþ khÝ: ë ®©y kh«ng cã sù khuÕch t¸n «xy - Vi sinh vËt kþ khÝ ho¹t ®éng. • Sù h×nh thμnh vμ møc ®é tån t¹i c¸c líp nμy thay ®æi theo lo¹i chÊt ph¶n øng ( dinh d−ìng ) vμ chÊt nÒn. VÒ c¬ b¶n, c¸c ph¶n øng sinh häc chñ yÕu trong xö lý n−íc th¶i ®−îc thÓ hiÖn theo s¬ ®å h×nh 1: C, O, H, N, P, S, Kho¸ng chÊt, Vitamin ... C¸c vi sinh vËt “ kÕt tña vi sinh vËt ” Vi sinh vËt ADP ATP Ho¸ chÊt hoÆc ¸nh s¸ng Nh−ng kh«ng mang nhiÖt Ph©n huû vi sinh H« hÊp ChÊt nhËn Hidro ( O2, SO4-2, NO2-, VËt liÖu h÷u c¬ hèn hîp S¶n phÈm th¶i NhiÖt kh«ng NO3-, CO2, v,v, ) ChÊt ph©n huû CO2, H2O, NH4 , SO4-2, NO3-, CO2, NO2-, PO4-3, S H2, N2, H2S, O2, CH4, acid h÷u c¬, ancol, amin v.v. + H×nh 7: C¸c ph¶n øng sinh häc chñ yÕu trong xö lý n−íc th¶i http://www.ebook.edu.vn 17 Víi s¬ ®å trªn, c¸c chÊt cã trong n−íc th¶i nh−: Carbon, Oxy, Hidro, Nit¬ vμ Photphor còng nh− c¸c chÊt v«, h÷u c¬ kh¸c, ban ®Çu sÏ ®−îc vËn chuyÓn ®Õn líp läc ë d¹ng hoμ tan. Tû lÖ hoμ tan hoÆc viÖc chuyÓn khèi trong líp läc cã thÓ lμm h¹n chÕ møc ®é cña c¸c ph¶n øng trªn. C¸c chÊt nhËn Hidro cã thÓ lμ c¸c vi sinh vËt hiÕu khÝ sö dông «xy cho môc ®Ých nμy, cßn c¸c vi sinh vËt yÕm khÝ sÏ sö dông c¸c nguån Sulphat, Nitrat, Carbon diocid hoÆc c¸c hîp chÊt h÷u c¬. N¨ng l−îng chØ ®−îc cung cÊp ë d¹ng n¨ng l−îng cã trong c¸c hîp chÊt ho¸ häc hoÆc nhê gradient nhiÖt do ¸nh s¸ng. PhÇn n¨ng l−îng nμy ®−îc sö dông cho ph¶n øng tæng hîp ®Ó sinh khèi, phÇn cßn l¹i tiªu t¸n do ph¸t nhiÖt. HiÖu øng nhiÖt trong thiÕt bÞ th−êng cã thÓ bá qua khi nång ®é chÊt h÷u c¬ trong n−íc th¶i lμ nhá. C¸c d¹ng s¶n phÈm th¶i còng kh¸c nhau tuú theo lo¹i vi sinh vμ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng. Trong ®ã chñ yÕu lμ c¸c lo¹i khÝ nh−: Carbondiocid, Nit¬, Oxy hoÆc Methane vμ mét sè khÝ kh¸c nh−: HidroSulphua, Amoni¾c, Mercaptan v.v. Mét yªu cÇu ®Æc biÖt cho nhiÒu qu¸ tr×nh sinh häc sö dông trong xö lý n−íc th¶i lμ viÖc t¹o ra c¸c vi sinh vËt “ tr«i næi ” cã thÓ dÔ dμng t¸ch lo¹i ra khái n−íc b»ng c¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc nh− l¾ng, läc v.v. Theo quan ®iÓm kiÓm so¸t m«i tr−êng th× c¸c vi sinh vËt sinh ra còng cã thÓ ®−îc xem nh− lμ mét s¶n phÈm th¶i, chóng cã thÓ lμm t¨ng « nhiÔm nguån n−íc. Mét ®iÒu quan träng ®èi víi c¸c vi sinh vËt sö dông cho xö lý n−íc th¶i lμ chóng ph¶i dÔ dμng ph©n lËp ®−îc khái pha láng hoÆc ph©n huû ®−îc b»ng qu¸ tr×nh tù «xy ho¸. T¹i ranh giíi pha láng, c¸c ph¶n øng sinh häc còng cã thÓ ®−îc coi lμ c¸c ph¶n øng ho¸ häc. Còng theo c¸c nhμ nghiªn cøu th×: C¸c ph¶n øng sinh häc chÞu ¶nh h−ëng m¹nh cña c¸c lo¹i vi sinh vËt cã trong m«i tr−êng xÈy ra ph¶n øng. C¸c qu¸ tr×nh hiÕu khÝ, kþ khÝ vμ quang tæng hîp cã thÓ biÓu thÞ nh− sau: HiÕu khÝ: Vi sinh vËt hiÕu khÝ Vi sinh vËt hiÕu khÝ + CO2 + H2O ChÊt h÷u c¬ + O2 Lμm xóc t¸c YÕm khÝ: Vi sinh vËt yÕm khÝ Vi sinh vËt yÕm khÝ + CO2 + H2O + CH4 ChÊt h÷u c¬ + O2 Lμm xóc t¸c Quang tæng hîp: Vi sinh vËt quang tæng hîp Vi sinh vËt quang tæng hîp + O2 H2O + CO2 Lμm xóc t¸c Cã thÓ xÈy ra c¶ ba lo¹i ph¶n øng trªn trong cïng mét thiÕt bÞ, ch¼ng h¹n trong hå th× ph¶n øng quang tæng hîp, hiÕu khÝ vμ yÕm khÝ cïng xÈy ra t−¬ng øng trªn mÆt hå, gi÷a hå vμ d−íi ®¸y. Nh−îc ®iÓm cña ph¶n øng quang tæng hîp so víi c¸c ph¶n øng kh¸c lμ Carbon v« c¬ cã thÓ chuyÓn thμnh Carbon h÷u c¬ - nguån « nhiÔm.. http://www.ebook.edu.vn 18 Mét vÝ dô cho qu¸ tr×nh hiÕu khÝ lμ chÊt h÷u c¬ ( gluco ch¼ng h¹n ) ®−îc chuyÓn ho¸ nh− sau: Qu¸ tr×nh h« hÊp ( hÊp thô ¤2 ): 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Tæng hîp: 6 C5H7NO2 + 18H2O + 6H+ 5C6H12O6 + 6NH4+ Gi¶ sö r»ng cã tû lÖ 0,5 mol vi sinh vËt/ 01 mol Gluco th×: 0,5 C5H7NO2 + 3,5CO2 + 5H2O + 0,5H+ C6H12O6 + 0,5NH4+ + 3,5O2 ( C5H7NO2 - Ký hiÖu thµnh phÇn vi sinh vËt ). Mét ph−¬ng tr×nh tù «xy ho¸ cña vi sinh vËt phæ biÕn trong nhiÒu qu¸ tr×nh sinh häc sö dông cho xö lý n−íc th¶i lμ qu¸ tr×nh ph©n r· vi sinh vËt:: 5C5H7NO2 + 5O2 + H+ NH4+ + 5CO2 + 2 H2O. VÒ mÆt to¸n häc, quan hÖ vÒ l−îng gi÷a chÊt h÷u c¬ bÞ ph©n huû vμ l−îng vi sinh vËt sinh ra th−êng theo ph−¬ng tr×nh: dX/dt = -YdS/dt Trong ®ã: X - Nång ®é vi sinh vËt. S - Nång ®é chÊt. T - Thêi gian. Y - HÖ sè, Y lμ hμm cña l−îng vi sinh vËt, lo¹i chÊt cÇn ph©n huû vμ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng. Th−êng víi qu¸ tr×nh xö lý n−íc th¶i b»ng sinh häc th× lÊy Y lμ h»ng sè. C¸c yÕu tè lμm t¨ng Y th−êng lμ c¸c chÊt hä glucogen vμ polyhidroxibutyrat, c¸c chÊt cung cÊp n¨ng l−îng cho duy tr× vμ chuyÓn ®æi c¸c vi sinh vËt. d. C¸c quan hÖ ®éng häc c¬ b¶n: Gi¶n ®å sinh tr−ëng cña vi sinh vËt ®−îc thiÕt lËp trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é, pH v.v. lμ h»ng sè nh− sau: MËt ®é vi sinh vËt I HÖ sè nhá II HÖ sè Sinh T. æn ®Þnh III HÖ sè sinh tr−ëng gi¶m 0 IV Ph©n r· Thêi gian H×nh 8: Gi¶n ®å sinh tr−ëng cña vi sinh vËt http://www.ebook.edu.vn 19 • Giai ®o¹n 1- Giai ®o¹n tiÒm tµng: Trong giai ®o¹n nμy, tÕ bμo tæng hîp c¸c enzym cÇn thiÕt cho sù chuyÓn ho¸ chÊt nÒn. Giai ®o¹n nμy lμ rÊt quan träng ®èi víi viÖc xö lý c¸c lo¹i n−íc mμ kh«ng ®−îc cÊy vi sinh vËt tr−íc. Trong giai ®o¹n nμy kh«ng cã sù t¸i t¹o tÕ bμo. X = X0 = C X0 - MËt ®é tÕ bμo ë thêi ®iÓm t = 0. C - H»ng sè. Nh− vËy, tèc ®é sinh tr−ëng tÕ bμo dX/dt = 0. • Giai ®o¹n 2 - Giai ®o¹n hÖ sè sinh tr−ëng æn ®Þnh: Giai ®o¹n nμy ®¹t ®−îc khi tû lÖ t¸i t¹o tÕ bμo ë møc cao nhÊt vμ gi÷ kh«ng ®æi víi nång ®é kh«ng h¹n chÕ cña chÊt nÒn. Trong giai ®o¹n nμy, tèc ®é sinh tr−ëng dX/dt t¨ng tû lÖ víi X vμ (1/X)dX/dt = μmax • Giai ®o¹n 3 - Giai ®o¹n hÖ sè sinh tr−ëng gi¶m: Giai ®o¹n nμy øng víi sù c¹n kiÖt dÇn cña m«i tr−êng nu«i cÊy víi sù biÕn mÊt cña mét hoÆc nhiÒu phÇn tö cÇn thiÕt cho sù sinh tr−ëng cña vi sinh vËt. • Giai ®o¹n 4 - Giai ®o¹n ph©n r·: MËt ®é c¸c tÕ bμo gi¶m xuèng v× tû lÖ c¸c tÕ bμo chÕt t¨ng lªn. Tæng qu¸t, qu¸ tr×nh ®−îc biÓu thÞ b»ng ph−¬ng tr×nh: dX/dt = μX Trong ®ã: μ - HÖ sè ph¸t triÓn ®Æc tr−ng. Theo Michaelis - Menton th× μ = μmax ( S/( KS + S )) μmax - HÖ sè ph¸t triÓn ®Æc tr−ng lín nhÊt. KS = a - h»ng sè b·o hoμ, khi nång ®é Nit¬ lμ giíi h¹n th× KS = μmax/2. Quan hÖ gi÷a nång ®é Nit¬ ng−ng tô vμ hÖ sè ph¸t triÓn ®−îc biÓu diÔn qua ®å thÞ: HÖ sè ph¸t triÓn ®Æc tr−ng, μ μmax/2 Nång ®é Nit¬ ng−ng tô H×nh 9: §å thÞ quan hÖ gi÷a nång ®é Nit¬ giíi h¹n vµ hÖ sè ph¸t triÓn ®Æc tr−ng μ http://www.ebook.edu.vn 20