MỞ ĐẦU. SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th. Lý do hình thành đề tài: Lên men sinh metan là hình thức biến đổi sinh khối thành năng lượng đã được biết từ lâu. Về bản chất đó là quá trình lên men kỵ khí các dạng nguyên liệu rất khác nhau: phế thải nông nghiệp, phế thải các nhà máy thực phẩm, nhà máy đường, nước thải sinh hoạt của các thành phố cụm dân cư thành năng lượng tái sinh là CH 4 và CO2.
Quá trình lên men tạo CH4 được thực hiện bởi quần thể của nhiều loài vi sinh vật khác nhau ở điều kiện kỵ khí. Theo tính toán nếu tận dụng hết các nguồn phế thải trên trái đất thì hang năm chúng ta có thể tạo được khoảng 200 tỉ m3 khối khí sinh học, tương đương khoảng 150 - 200 triệu tấn nhiên liệu và khoảng 20 triệu tấn bã là nguồn phân bón hữu cơ chất lượng cao. Việt Nam là nước có mật độ dân số cao. Dân số chủ yếu là sản xuất nông nghiệp.
Trong những năm gần đây công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa được xem là chìa khóa để phát triển đất nước. Do đó, hàng loạt các khu công nghiệp, khu chế xuất và các cơ sở sản xuất đã và đang được hình thành. Từ đó các vấn đề ô nhiểm môi trường cũng phát sinh và ngày càng nóng bỏng. Trong quá trình sản xuất nông nghiệp ngoài những sản phẩm thu được còn tạo ra một lượng chất thải cũng như nước thải khá lớn.
Phần lớn lượng nước thải này chưa được xử lý. Đặc biệt là nước thải chăn nuôi có chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao, có thể xử lý bằng phương pháp sinh học kỵ khí để thu hồi khí sinh học tạo năng lượng là biogas và phân hữu cơ để bón cho cây trồng. Ngược lại nếu nước thải loại này không được xử lý triệt để sẽ dể dàng gây ra mùi hôi thối, khó chịu, ô nhiễm môi trường xung quanh. Mặt khác sự phát triển của công nghiệp hóa, hiện đại hóa cũng phát sinh ra nhiều loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, như nước thải từ các nhà máy sản suất chế biến thực phẩm.
Các loại nước thải này không thể xử lý đạt hiệu quả bằng các phương pháp sinh học hiếu khí, hay các phương pháp cơ học, hóa học và hóa lý do đặc trưng ô nhiểm chất hữu cơ nồng độ cao của chúng. Để giải quyết những khó khăn trên thì phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí là một lựa chọn khá phù hợp, xét trên cả chi phí đầu tư và chi phí vận hành. SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI Tuy nhiên, trong thực tế phương pháp này đã và đang áp dụng tại một số hệ thống xử lý nước thải và chất thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, nhưng tài liệu lý thuyết của phương pháp vẫn còn rất hạn chế, chưa được nghiên cứu nhiều, tài liệu còn rời rạc chưa sắp xếp lại thành hệ thống có tính logic chặt chẽ. Do đó, đề tài “bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí” được hình thành với mong muốn bổ sung và hoàn chỉnh hơn cơ sở lý thuyết có liên quan về quá trình phân hủy kỵ khí nước thải sinh hoạt và công nghiệp.
Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu: I. Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng bổ sung, biên hội, sắp xếp, lựa chọn tài liệu làm cơ sở lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí. Nội dung nghiên cứu: Tổng quan về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải. Tổng quan quá trình sinh học trong xử lý nước thải.
Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí: hóa sinh học của quá trình, vi sinh vật học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình,… I. Phương pháp nghiên cứu: Do đề tài chỉ hình thành trên cở sở lý thuyết mà không tiến hành thí nghiệm hay tiến hành làm thực nghiệm nên phương pháp nghiên cứu ở đây chủ yếu là phương phương pháp hồi cứu: Trong quá trình thực hiện đề tài, tiến hành thu thập, sưu tầm các thông tin, tài liệu, số liệu, có liên quan đến nội dung nghiên cứu từ các tạp chí, sách báo, giáo trình, internet,…từ đó các kiến thức sẽ được lựa chọn và tổng hợp lại làm cơ sở cho quá trình thực hiện đề tài. Giới hạn của đề tài: Thời gian nghiên cứu: 12 tuần. SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI CHƯƠNG II.
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI II. Tổng quan về nước thải: II. Khái niệm: Nước thải là nước đã qua sử dụng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc nước chảy tràn qua các vùng ô nhiễm. tùy vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải là nước mưa chảy tràn.
Như vậy nước bị ô nhiễm các có nguồn gốc từ tự nhiên và do con người gây ra: Nguồn gốc tự nhiên: do mưa, lũ lụt, gió bão,…các tác nhân trên đưa vào nguồn nước các chất thải bẫn, các vi sinh vật có hại, kể cả xác chết của chúng. Nguồn gốc con người: là các chất thải độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng do các hoạt động của con người gây ra như: nước thải sau khi đã dùng trong sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, bệnh viện,… II. Phân loại nước thải: II. Nước thải sinh hoạt: Là nước thải sau khi được con người sử dụng vào các mục đích như tắm, giặt, nhà vệ sinh, nước rửa, hồ bơi…Chúng chứa khoảng 52% chất hữu cơ và 48% chất khoáng.
Ngoài ra, trong nước thải sinh hoạt còn chứa nhiều loài sinh vật gây bệnh và các độc tố của chúng. Phần lớn các virut, vi khuẩn gây bệnh tả, vi khuẩn gây bệnh lỵ, vi khuẩn gây bệnh thương hàn. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ cao và không bền sinh học. Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hộ dân cư, có lưu lượng nhỏ nhưng bố trí trên địa bàn rộng lớn, khó thu gom triệt để được xếp vào nguồn phát tán.
Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40 – 50%); hydratcacbon (40 – 50%); và các chất béo (5 – 10%). Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường trầm trọng. Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước cấp. Nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt quá cả yêu cầu cho xử lý sinh học.
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các hợp chất hữu cơ đều có thể phân hủy sinh học và khoảng 20 – 40% BOD thoát ra khỏi quá trình xử lý sinh học cùng với bùn lắng.1: Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt Chỉ tiêu ô nhiễm Hệ số tải lượng Tải lượng ô nhiễm (g/người.ngày) (kg/ngày) Chất rắn lơ lửng 70 – 145 89 – 184,5 Amoni (N-NH4) 2,4 – 4,8 3,1 – 6,2 BOD5 của nước đã lắng 45 – 54 57,2 – 68,7 Nitơ tổng 6 – 12 7,6 – 15,2 Tổng photpho 0,8 – 4,0 1,02 – 5,1 COD 72 – 102 91,6 – 127,7 Dầu mỡ 10 – 30 12,7 – 38,1 Nguồn: Rapid Environmental Assessment WHO – 1992. SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI Bảng 2.2: Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt. Mức độ ô nhiễm STT Các chất có trong nước thải (mg/l) Nặng Trung bình Nhẹ 1 Tổng chất rắn 1.000 500 200 2 Chất rắn hòa tan 700 350 120 3 Chất rắn không hòa tan 300 150 8 4 Tổng chất rắn lơ lửng 600 350 120 5 Chất rắn lắng 12 8 4 6 Oxy hòa tan 0 0 0 7 Ni tơ tổng 85 50 25 8 Ni tơ hữu cơ 35 20 10 9 N-NH3 50 30 15 10 N-NO2 0,1 0,05 0 11 N-NO3 0,4 0,2 0,1 12 Clorua 175 100 15 13 Độ kiềm (mg CaCO3) 200 100 50 14 Chất béo 40 20 0 15 Tổng photpho - 8 - Nguồn: Nguyễn Văn Phước - xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh hoc - 2007. Nước thải công nghiệp: Là nước thải sau quá trình sản xuất, phụ thuộc vào loại hình công nghiệp xuất hiện khi khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu cơ và vô cơ.
Nước thải công nghiệp thường có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm cao và có mức độ rất khác nhau tùy thuộc vào từng loại hình công nghiệp và công nghệ lựa chọn. Nhìn chung, nước thải của các nhà máy thực phẩm chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng thích hợp cho xử lý sinh học. Còn nước thải của các nhà máy hóa chất lại chứa rất nhiều các chất không thích hợp cho phương pháp sinh học. SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI Bảng 2.3: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải một số ngành công nghiệp.
Ngành công nghiệp Các chất ô nhiễm Nồng độ (mg/l) NH3-N 200 Nhà máy luyện thép N hữu cơ 100 Phenol 2.000 Xi mạ Cr+6 3 – 550 COD 23.000 Nhựa dẻo TOD 8.000 Hồ thải từ công đoạn dán gỗ Phenol 200 – 2.000 P-PO4 9 – 15 Phân bón BOD5 4.500 Chất rắn lơ lửng 10.000 Giết mổ gia xúc BOD5 400 – 2.500 Chất rắn lơ lửng 400 – 1.000 Bột giấy và giấy BOD5 100 – 350 Chất rắn lơ lửng 75 – 300 Thuộc da BOD5 700 – 7.000 Chất rắn lơ lửng 4.000 Nguồn: Nguyễn Văn Phước - xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học - 2007. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải: Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất khó tan và những hợp chất tan trong nước. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước và có thể đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa tái sử dụng.