Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp đường bằng công nghệ sinh học kỵ khí UASB

Bài báo đề cập đến một số kết quả nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp đường quy mô phòng thí nghiệm bằng công nghệ xử lý sinh học kỵ khí (Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua lớp bùn kỵ khí - Up flow Anaerobic Sludge Blanket).

Mô hình thí nghiệm bể UASB (dung tích 12,5l) đã được thiết lập để xử lý hỗn hợp nước thải đường nhân tạo có nồng độ cacbon hữu cơ cao (TOC). Mô hình được vận hành liên tục với thời gian 440 ngày trong điều kiện ổn định nhiệt độ tại 370C. Hiệu quả xử lý của bể UASB đạt 80~98% tương ứng với giới hạn về tải lượng hữu cơ là 16 g-TOC/l.ngđ. Lượng chất hữu cơ phân hủy tính theo TOC được chuyển hóa thành: khí sinh học với thành phần CO2 - 46%, CH4 - 49% và sinh khối - 5%. Hệ số tăng sinh khối bùn được tính bằng 0.094 g-VSS/g-TOC. Để đạt được hiệu quả xử lý cao, bể UASB cần được vận hành trong điều kiện: i) Tỷ lệ các chất dinh dưỡng trong nước thải C: N: P = 350: 10: 2; ii) pH 6.8~7.2; iii) Nồng độ axit béo (VFAs) nhỏ hơn 1000mg/l; iv) Thời gian lưu nước lớn hơn 12 giờ.

I. MỞ ĐẦU

Sản xuất mía - đường là ngành công nghiệp đã có từ lâu ở Việt Nam. Để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước cũng như xuất khẩu sản phẩm, ngành công nghiệp đường Việt Nam cũng đã có những bước phát triển lớn về qui mô sản xuất. Tuy nhiên, hiện nay hầu hết các cơ sở sản xuất đường ở Việt Nam đều chưa có trạm xử lý nước thải hoặc có nhưng hoạt động với hiệu quả thấp. Nước thải từ loại hình công nghiệp này có nồng độ các chất hữu cơ COD, BOD cao là một trong những nguồn gây ô nhiễm đáng kể tới các thuỷ vực sông hồ tại Việt Nam.

Ở Việt Nam phương pháp xử lý nước thải bằng bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua lớp bùn kỵ khí) cũng đã được đề cập đến với những ưu điểm: hiệu quả xử lý cao, lượng bùn dư thấp và được ổn định tốt, nhu cầu về năng lượng ít và ngược lại có thể tận dụng lượng khí sinh học sinh ra trong quá trình xử lý như một nguồn năng lượng mới. Đó là phương pháp có tính ứng dụng cao trong điều kiện Việt Nam. Tuy nhiên, để áp dụng vào thực tế cũng tồn tại nhiều vấn đề cần được nghiên cứu cụ thể. Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp đường bằng công nghệ sinh học kỵ khí UASB, nhằm làm rõ khả năng ứng dụng bể UASB trong xử lý nước thải công nghiệp đường trong điều kiện Việt Nam, đồng thời xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho việc tính toán thiết kế và vận hành bể

II. BỐ TRÍ NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

2.1 Bùn gốc và hỗn hợp nước thải dùng trong nghiên cứu

(1) Bùn gốc:

(2) Thành phần của hỗn hợp nước thải nhân tạo:

2.2 Chế độ vận hành mô hình nghiên cứu

2.3 Các chỉ tiêu quan trắc và phương pháp phân tích

III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1  Xác định các thông số vận hành tối ưu

(1) Tỷ lệ chất dinh dưỡng C, N, P trong nước thải:

(2) Nồng độ axit béo dễ bay hơi (VFAs) và độ pH của nước sau xử lý: 

(3) Tải lượng hữu cơ và thời gian lưu nước:

3.2 Sản lượng khí và hệ số tăng sinh khối

IV. KẾT LUẬN

Từ các kết quả thu được trong thời gian nghiên cứu quá trình xử lý hỗn hợp nước thải đường bằng bể UASB, có thể rút ra được các kết luận sau: 

(1)      Trong xử lý nước thải công nghiệp đường, phương pháp xử lý sinh học kỵ khí bằng bể UASB là phương pháp khả thi thích hợp với điều kiện Việt Nam. Với tải lượng hữu cơ 0,3~16 g-TOC/L.ngđ bể UASB có khả năng xử lý với hiệu quả 80~98%, lượng khí sinh học sinh ra với sản lượng 1,56 l/g-TOC, lượng bùn phát sinh với tỷ lệ tăng sinh khối 0,094 g-VSS/g-TOC

(2)      Để thu được hiệu quả xử lý cao, cần đảm bảo các điều kiện vận hành sau:

-    C : N : P = 350 : 10 : 2;

-    Thời gian lưu nước tối thiểu (HRT): 12 h;

-    Tải lượng hữu cơ: dưới 16 g-TOC/l.ngđ;

-    pH: 6,8 ~ 7,2;

-    Nồng độ axit béo dễ bay hơi (VFAs): dưới 1000 mg/l

Kết quả nghiên cứu đã cung cấp thêm cơ sở khoa học cho khả năng ứng dụng bể UASB trong xử lý nước thải công nghiệp đường theo điều kiện Việt Nam, đồng thời xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho việc tính toán thiết kế và vận hành bể.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. R.F.HICKEY, W.M. WU, M.C. VEIGA AND JONES: Start-up, operation, monitoring and control of high-rate anaerobic treatment systems, Wat.Sci.Tech.V.24, No.8, pp. 207-255, 1991.

[2]. W.M. Wiegant and G. Lettinga: Therrmophilic Anaerobic Digestion of Sugars in Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactors, Biotechnology and Bioengineering, Vol. 27, 1603-1607, 1985.

[3]. TIN SANG KWONG AND HERBERT H.P. FANG, Member, ASCE: Anaerobic degradation of cornstarch in wastewater in two upflow reactors, Journal of Environmental Engineering, Journal of Environmental Engineering, Vol. 122, No.1, pp. 9-15, January 1996.

Xem chi tiết bài báo: Nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp đường bằng công nghệ sinh học kỵ khí UASB

Tác giả: PGS.TS. Lều Thọ Bách, KS. Phạm Văn Định - Đại học Xây dựng
ThS. Lê Hạnh Chi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

TẠP CHÍ KH&CN THỦY LỢI