Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng mô hình EGSB và Anammox để xử lý nitơ trong nước thải thuộc da

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu kỹ thuật môi trường nghiên cứu ứng dụng mô hình egsb kết hợp anammox để xử lý nitơ trong nước thải, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Trần Quang Khải
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tấn Phong
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Mô Hình EGSB Kết Hợp Anammox Để Xử Lý Nitơ Trong Nước Thải Thuộc Da
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nước thải thuộc da

Nước thải thuộc da là một trong những nguồn ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường và sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải này gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp và hàm lượng nitơ cao. Các công đoạn sản xuất thuộc da tạo ra nhiều loại chất thải khác nhau, từ chất thải rắn, lỏng đến khí. Những chất ô nhiễm trong nước thải thuộc da chủ yếu bao gồm các hợp chất hữu cơ, muối kim loại nặng và nitrogen. Đặc biệt, nitrogen trong nước thải thuộc da chủ yếu tồn tại dưới dạng ammonium và nitrite, gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường nếu không được xử lý hiệu quả. Hệ thống xử lý nước thải hiện tại thường không đạt hiệu quả cao, dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới, như mô hình EGSB kết hợp với quá trình Anammox, là cần thiết để cải thiện hiệu quả xử lý nitơ.

II. Mô hình EGSB và quá trình Anammox

Mô hình EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) là một công nghệ tiên tiến trong xử lý nước thải, có khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm, đặc biệt là nitrogen. Mô hình này sử dụng bùn hạt, giúp tăng cường khả năng lưu giữ bùn và giảm thiểu lượng bùn thải ra. Kết hợp với quá trình Anammox, một quá trình oxy hóa ammonium kị khí, mô hình này không cần cung cấp oxy mà vẫn có thể loại bỏ nitrogen trong nước thải. Quá trình Anammox diễn ra khi vi khuẩn Anammox chuyển hóa ammonium và nitrite thành nitrogen phân tử trong điều kiện kị khí. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng mô hình EGSB kết hợp với quá trình Anammox không chỉ giúp giảm chi phí vận hành mà còn cải thiện hiệu quả xử lý nitrogen trong nước thải thuộc da.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng mô hình EGSB để xử lý nitrogen trong nước thải thuộc da. Các yếu tố như pH, DO và HRT được kiểm soát để tối ưu hóa điều kiện xử lý. Thí nghiệm được tiến hành với nhiều tải trọng nitrogen khác nhau, từ 0,25 kgN/m3/ngày đến 3 kgN/m3/ngày. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý nitrogen tăng lên theo tải trọng. Cụ thể, ở tải trọng 0,25 kgN/m3/ngày, hiệu quả xử lý đạt 41% NH4+-N và 53% NO2--N; trong khi ở tải trọng 3 kgN/m3/ngày, hiệu quả xử lý đạt 69% NH4+-N và 67% NO2--N. Những kết quả này cho thấy khả năng thích nghi và sinh trưởng của vi khuẩn Anammox trong mô hình EGSB là rất tốt.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy mô hình EGSB kết hợp với quá trình Anammox có khả năng xử lý nitrogen hiệu quả trong nước thải thuộc da. Các yếu tố như pH và DO có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc kiểm soát các yếu tố này có thể tối ưu hóa quá trình xử lý và nâng cao hiệu quả loại bỏ nitrogen. Việc áp dụng mô hình này không chỉ giúp giảm ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy chế biến thuộc da. Ngoài ra, nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng công nghệ Anammox vào xử lý nước thải từ các ngành công nghiệp khác.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh rằng mô hình EGSB kết hợp với quá trình Anammox là giải pháp hiệu quả cho việc xử lý nitrogen trong nước thải thuộc da. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này để áp dụng rộng rãi hơn trong thực tế, đồng thời cần có sự hỗ trợ từ các cơ quan chức năng để thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến này. Việc mở rộng nghiên cứu ra các lĩnh vực khác như nước thải từ chế biến thực phẩm và thủy sản cũng cần được xem xét để đạt được hiệu quả tối ưu trong quản lý nước thải.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Vào thế kỉ XXI, nền kinh tế của Việt Nam bước vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Vì vậy, ngày càng có nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất được ra đời, góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế của chúng ta. Thế nhưng, bên cạnh đó, cũng có một lượng nước thải chưa được xử lý được thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận. Nước thải ngành thuộc da chưa qua xử lý là một trong những nguồn nước thải gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người.

Trong quá trình sản xuất, trải qua các quy trình biến đổi hóa lý phức tạp, sử dụng nhiều nước, hóa chất, chất tổng hợp, chất tự nhiên, mới có thể làm được một tấm da thuộc hoàn chỉnh. Ở mỗi công đoạn khác nhau sẽ tạo ra các chất thải rắn, chất thải lỏng, chất thải khí khác nhau, có đặc trưng về thành phần chất ô nhiễm khác nhau: công đoạn hồi tươi, ngâm vôi, tẩy lông thì nước thải mang tính kiềm. Trong công đoạn làm xốp, thuộc thì nước thải lại mang tính axit. Hơn thế nữa, trong nước thải thuộc da chứa hàm lượng nitơ rất cao.

Khi nitơ trong nước thải không được xử lý tốt thải ra môi trường sẽ ảnh hưởng rất lớn đối với môi trường cũng như sức khỏe con người. Hầu hết chất lượng nước thải sau hệ thống xử lý không ổn định đặc biệt là hàm lượng nitơ trong nước thải đầu ra còn khá cao. Bên cạnh đó, chi phí vận hành cho các công nghệ xử lý nitơ trong nước thải hiện tại khá tốn kém, chủ yếu liên quan đến nhu cầu cung cấp ôxy và các thành phần hữu cơ. Không những vậy, đa số các công nghệ xử lý hiện nay đều tạo ra lượng bùn khá lớn khi vận hành và không lưu giữ bùn tốt.

Vì vậy, việc tìm kiếm một giải pháp thích hợp để xử lý hiệu quả nitơ trong nước thải và có lượng bùn tạo ra thấp cũng như lưu giữ bùn tốt là đáng được quan tâm. Năm 1995, một phản ứng chuyển hóa nitơ mới chưa từng biết đến trước đó, về cả lý thuyết lẫn thực nghiệm, đó là phản ứng oxy hóa kỵ khí Ammonium (Anaerobic Ammonium oxidation, viết tắt là Anammox). Trong đó, ammonium được oxy hóa bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí, không cần cung cấp chất hữu cơ để tạo thành nitơ phân 1 tử. Sự phát triển quá trình anammox đã mở ra hướng phát triển kỹ thuật xử lý nitơ mới, đặc biệt là đối với nước thải có hàm lượng nitơ cao.

Vì vậy, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình EGSB kết hợp quá trình Anammox để xử lý nitơ trong nước thải thuộc da” được tiến hành trong việc xử lý nước thải góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời giúp lưu giữ sinh khối bùn Anammox một cách tốt nhất. Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu khả năng xử lý Nitơ trong nước thải thuộc da bằng mô hình EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) kết hợp Anammox - Nghiên cứu khả năng lưu giữ, tạo sinh khối, tạo bùn hạt của mô hình đối với bùn Anammox 1. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu tập trung vào: - Nước thải thuộc da tại khu công nghiệp Lê Minh Xuân. - Mô hình EGSB được thiết kế phù hợp để tạo điều kiện thích hợp cho quá trình xử lý.

Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu bao gồm: - Thích nghi nhóm vi khuẩn Anammox. - Kiểm soát các yếu tố pH, DO, HRT nhằm tạo điều kiện tốt nhất cho hiệu quả xử lý ở từng giai đoạn vận hành. - Tăng tải trọng nitơ để đánh giá hiệu quả xử lý nitơ của mô hình. - Khả năng thích nghi và sinh trưởng của vi khuẩn Anammox trong mô hình EGSB - Khả năng lưu giữ và tạo hạt bùn của mô hình EGSB 1.

Phương pháp nghiên cứu - Tổng quan tài liệu trong và ngoài nước về quá trình Anammox xử lý Nitơ trong nước thải, thiết bị xử lý và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình. 2 - Phương pháp thực nghiệm mô hình, nghiên cứu trên mô hình. - Phương pháp lấy mẫu và phân tích. - Phương pháp tính toán và xử lý số liệu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu là cơ sở lý thuyết để đánh giá khả năng thích nghi, sinh trưởng và phát triển của nhóm vi khuẩn Anammox trong nước thải thuộc da. - Tạo cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn các yếu tố và thành phần hóa sinh trong nước thải thuộc da ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nitơ. - Tạo tiền đề cho việc tính toán thiết kế các công nghệ ứng dụng mô hình EGSB để loại bỏ nitơ trong nước thải thuộc da ở ngoài thực tế.

- Tạo tiền đề cho việc áp dụng kết hợp các mô hình có khả năng lưu giữ sinh khối, tạo hạt bùn tốt. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả của đề tài cũng là cơ sở để triển khai ứng dụng mô hình EGSB kết hợp Anammox trong xử lý nước thải thuộc da, góp phần giải quyết bài toán ô nhiễm hiện nay. - Kết quả đề tài cũng làm tiền đề để nghiên cứu các loại nước thải khác từ một số lĩnh vực như: Nước thải từ lò mổ, nước thải từ chế biến nước tương, các xí nghiệp chế biến thủy sản, nhà máy chế biến tinh bột sắn và thực phẩm, v. Tính mới của đề tài Xác định được khả năng ứng dụng của công nghệ EGSB cho việc xử lý nước thải thuộc da ở Việt Nam nói chung và ở Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng, bước đầu cho việc nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm.

Tuy nhiên ở Việt Nam, công nghệ ứng dụng quá trình Anammox này vẫn còn nghiên cứu một cách hạn chế và chưa được ứng dụng vào thực tế. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về nước thải thuộc da 2. Nguồn phát sinh Nhìn chung hiện nay, các công ty thuộc da ở Việt Nam đang sử dụng công nghệ sản xuất truyền thống, tiêu tốn nhiều nước, hóa chất, và nước thải cho ra có mức độ ô nhiễm cao.

Có 3 công nghệ sản xuất có thể kể đến như: - Công nghệ 1: Từ da muối hoặc da tươi đến da hoàn thành. Tập trung chủ yếu ở khu vực phía Bắc và miền Trung - Công nghệ 2: Từ công đoạn da muối hoặc da tươi đến da phèn (da wet-blue). Tập trung tại miền Nam - Công nghệ 3: Từ công đoạn da phèn đến da hòan thành. Tập trung tại miền Nam và các doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài.

Đặc điểm và lượng nước tiêu thụ trong các cơ sở thuộc da Việt Nam Công nghệ Lượng nước sử Đặc điểm sản xuất dụng/ tấn da nguyên liệu (m3) Mùi hôi, hàm lượng BOD, COD, TSS rất Quy trình 1 40 - 50 cao, S2- cao, hàm lượng Crom cao Mui hôi thối, hàm lượng BOD, COD, TSS Quy trình 2 25 - 35 rất cao, S2- cao, hàm lượng Crom cao nhưng thấp hơn quy trình 1 Mùi hôi, các thông số ô nhiễm đều thấp hơn Quy trình 3 5 – 15 các quy trình trên Nguồn: Công ty TNHH Đặng Tư Ký 2015 Hầu hết các công đoạn trong công nghệ thuốc da là quá trình ướt, đều có sử dụng nước. Với 1 tấn da nguyên liệu, lượng nước tiêu thụ vào khoảng 30 đến 70 m3. Lượng nước thải thường xấp xỉ lượng nước tiêu thụ. Tải lượng, thành phần chất gây ô 4 nhiễm nước phụ thuộc vào loại và lượng hóa chất được sử dụng.

Từng công đoạn sản xuất khác nhau phát sinh ra nước thải có đặc tính khác nhau như: - Nước thải từ công đoạn hồi tươi - Nước thải từ công đoạn tẩy lông, ngâm vôi - Nước thải từ công đoạn khử vôi, làm mềm - Nước thải từ công đoạn thuộc da - Nước thải từ công đoạn hoàn thiện - Nước thải từ quá trình vệ sinh máy móc, thiết bị, nhà xưởng Trong công đoạn bảo quản, muối ăn NaCl được sử dụng để ướp da sống, lượng muối sử dụng từ 100 đến 300 kg cho 1 tấn da sống. Khi thời tiết nóng ẩm có thể dùng muối Na2SiF6 để sát trùng. Nước thải của công đoạn này là nước rửa da trước khi ướp muối (nếu có), nước loại này chứa tạp chất bẩn, máu mỡ, phân động vật. Trước khi đưa vào các công đoạn tiền xử lý, da muối được rửa để loại bỏ muối, các tạp chất bám vào da, sau đó ngâm trong nước từ 8 đến 12 giờ để hồi tươi da.

Trong quá trình hồi tươi có thể bổ sung các chất tẩy NaOCl, Na2CO3 để tẩy mỡ và duy trì pH từ 7,5 đến 8,0 cho môi trường ngâm da. Nước thải của công đoạn hồi tươi có màu vàng lục chứa các protein tan như albumin, các chất bẩn bám vào da và lơ lửng, độ pH thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn nên nước thải của công đoạn này rất nhanh bị thối rữa. Nước thải của công đoạn ngâm vôi và khử lông mang tính kiềm cao do môi trường ngâm da trong vôi để khử lông có độ pH thích hợp từ 11 đến 12,5. nếu pH < 11 lớp keratin trong biểu bì và collagen bị thủy phân, còn nếu pH > 13 da bị rộp, lông giòn sẽ khó tách chân lông.

Nước thải của công đoạn này chứa muối NaCl, vôi, chất rắn lơ lửng do lông vụn và vôi, chất hữu cơ, sunfua S2-. Công đoạn khử vôi và làm mềm da có sử dụng lượng nước lớn kết hợp với muối (NH4)2SO4 hay NH4Cl để tách lượng vôi còn bám trong da và làm mềm da bằng men tổng hợp hay men vi sinh. Các men này tác động đến cấu trúc da, tạo độ mềm mại của da. Nước thải của công đoạn này mang tính kiềm, có chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao do protein của da tan vào nước và hàm lượng nitơ ở dạng amon hay amoniac.

5 Trong công đoạn làm xốp, các hóa chất sử dụng là axit axetic, axit sunfuaric, axit formic. Các axit này có tác dụng chấm dứt các hoạt động của enzyme, tạo môi trường pH từ 2,8 đến 3,5 thích hợp cho quá trình khuếch tán chất thuộc vào da. Quá trình làm xốp thường gắn với công đoạn thuộc crom. Nước thải của công đoạn này mang tính axit cao.

Nước thải của công đoạn thuộc mang tính axit và có hàm lượng Cr3+ cao (khoảng 100 đến 200 mg/l) nếu thuộc crom và BOD5 rất cao nếu thuộc tanin (khoảng 2000 đến 6000 mg/l). Nước thải thuộc crom có màu xanh, còn nước thải thuộc tanin có màu tối, mùi khó chịu. Nước thải của các công đoạn ép nước, nhuộm, trung hòa, ăn dầu, hoàn thiện thường là nhỏ và gián đoạn. Nước thải chứa các chất thuộc, thuốc nhuộm và lượng dầu mỡ dư.