ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Việt Ba NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CÁC BỂ HIẾU KHÍ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH DINH DƢỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Việt Ba NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CÁC BỂ HIẾU KHÍ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH DINH DƢỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 60.44.41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lê Tuấn Anh Hà Nội - 2012 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH xiii MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Công nghệ sản xuất bột giấy, giấy đặc tính nƣớc thải 1.1.1 Công nghệ sản xuất bột giấy đặc tính nước thải 1.1.2 Công nghệ sản xuất giấy (xeo giấy) đặc tính nước thải 10 1.2 Tình hình chung giới Việt Nam ô nhiễm môi trƣờng ngành sản xuất giấy gây 12 1.2.1 Đặc thù ngành giấy giới tình hình ô nhiễm môi trường 12 1.2.2 Đặc thù ngành giấy Việt Nam tình hình nhiễm môi trường 13 1.3 Xử lý nƣớc thải trình sản xuất giấy 17 1.3.1 Tiền xử lý 18 1.3.2 Xử lý sơ cấp (xử lý cấp I) 18 1.3.3 Xử lý sinh hóa (xử lý cấp II) 19 1.3.4 Xử lý cấp III 20 1.4 Xử lý nƣớc thải giấy phƣơng pháp sinh học 20 1.4.1 Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí 21 1.4.2 Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí 25 1.5 Vi sinh vật ứng dụng xử lý nƣớc thải 28 1.5.1 Giới thiệu chung vi sinh vật 28 1.5.2 Cơ chế xử lý nước thải vi sinh 31 1.5.2.1 Sinh trưởng lơ lửng (bùn hoạt tính) 31 1.5.2.2 Sinh trưởng bám dính (hay màng sinh học) 31 1.5.3 Nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật 32 1.5.3.1 Nguồn thức ăn cacsbon vi sinh vật 32 1.5.3.2 Nguồn thức ăn nitơ vi sinh vật 33 1.5.3.3 Nguồn thức ăn khoáng vi sinh vật 33 1.5.4 Ảnh hưởng yếu tố vật lý hóa học đến sinh trưởng phát triển vi sinh vật nước 34 1.6 1.5.4.1 Hàm lượng oxy hòa tan 34 1.5.4.2 Nhiệt độ 35 1.5.4.3 Độ pH 35 1.5.4.4 Thành phần chất nước 36 Hiện trạng hệ thống xử lý nước thải công ty Giây Bãi Bằng 38 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 43 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 43 2.2 Mục tiêu nghiên cứu 43 2.3 Hóa chất, dụng cụ thiết bị sử dụng cho nghiên cứu 44 2.3.1 Hóa chất 44 2.3.2 Dụng cụ thiết bị 45 2.4 Bổ sung dinh dƣỡng 47 2.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 48 2.6 Các phƣơng pháp phân tích xác định thơng số chất lƣợng nƣớc thải 50 2.6.1 Xác định pH nhiệt độ 50 2.6.2 Xác định COD 50 2.6.3 Xác định MLSS 51 2.6.4 Xác định số thể tích bùn (SVI) 52 2.6.5 Xác định hàm lượng amoni phương pháp so màu thị nessler 53 2.6.6 Xác định photpho phương pháp đo quang với thuốc thử amonimolipdat – vanadat 55 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 3.1 Đặc trƣng khả xử lý hệ thống xử lý nƣớc thải Công ty Giấy Bãi Bằng 58 3.2 Nghiên cứu xử lý nƣớc thải ngành giấy phƣơng pháp sinh học hiếu khí quy mơ phịng thí nghiệm 60 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng chất vi lượng tới hoạt động sinh sống phát triển vi sinh vật 60 3.2.2 Nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm so sánh khả xử lý HTXLNT – Công ty Giấy Bãi Bằng mơ hình thí nghiệm với việc bổ sung dinh dưỡng cần thiết với nguyên tố vi lượng 63 3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng phân vi lƣợng đến hiệu xử lý COD 66 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng phân vi lượng 67 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng SVI tới khả xử lý COD bổ sung N, P với bổ sung vi lượng 70 3.4 Nghiên cứu thử nghiệm xử lý nƣớc thải ngành giấy quy mô pilot m 75 3.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nguyên tố vi lượng tới hiệu xử lý COD pilot m 76 3.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng SV30, MLSS SVI tới hiệu xử lý COD 77 3.4.3 Nghiên cứu nhu cầu sử dụng dinh dưỡng vi sinh vật 80 3.5 Nghiên cứu so sánh hiệu xử lý mơ hình thí nghiệm mơ hình pilot 83 3.5.1 Nghiên cứu so sánh hiệu xử lý COD mơ hình thí nghiệm mơ hình pilot m 83 3.5.2 Nghiên cứu so sánh thông số MLSS số thể tích bùn SVI tới khả xử lý nước thải giấy quy mơ phịng thí nghiệm quy 86 mô pilot 3.5.3 Nghiên cứu khác bổ sung N, P vi lượng với bổ sung chất dinh dưỡng thông thường N P 88 3.6 Xây dựng quy trình bổ sung thích hợp tính tốn sơ chi phí 89 KẾT LUẬN 91 KIẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 97 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Aeroten Bể xử lý sinh học hiếu khí bùn hoạt tính Anaerobic Bể sinh học yếm khí BOD5 Biological Oxygen Demand days (Nhu cầu oxy sinh học sau ngày) CNG Công nghiệp giấy COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học HCCN Hóa chất cơng nghiệp HCHC Hợp chất hữu (Organic subtance compound) HTXLNT Hệ thống xử lý nước thải MBR Member Biological Reactor (Bể lọc sinh học màng) MBBR Moving Bed BioReactor (Vi sinh dính bám lớp vật liệu mang di chuyển) MLSS Mixed liquoz Suspended Solids (Chất rắn lơ lửng bùn lỏng) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TKPT Tinh khiết phân tích TSS Total Suspended Solids (Tổng chất rắn hòa tan) VSS Volatile Suspended Solids (Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi) VSV Vi sinh vật (Microorganism) SV30 Thể tích bùn sau lắng 30 phút SVI Sludge volume index (Chỉ số thể tích bùn) 10 DANH MỤC CÁC BẢNG Chƣơng Tổng quan Bảng 1.1 Đặc tính nước thải c Bảng 1.2 Đặc tính nước thải c Bảng 1.3 Bảng đặc tính nước Bảng 1.4 Đặc tính nước thải c Bảng 1.5 Tình hình sử dụng v giới…………… Bảng 1.6 Ơ nhiễm nhà m Bảng 1.7 Các vi sinh vật phân Bảng 1.8 Nhu cầu cần thiết v Chƣơng Thực nghiệm Bảng 2.1 Danh mục hóa c Bảng 2.2 Danh mục thiết Bảng 2.3 Xây dựng đường ch Bảng 2.4 Xây dựng đường ch Chƣơng Kết thảo lu Bảng 3.1 Thông số khảo sát H 11 Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Thị Hồng, 2004 Giáo trình phân tích nước Nhà xuất Trung tâm tư vấn chuyển giao công nghệ nước môi trường – Ban đạo quốc gia phân tích nước vệ sinh môi trường Tổng Công ty Giấy Việt Nam, 2004 Hướng dẫn vận hành công nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học 10 Tổng công ty giấy Việt Nam, 2005 Ngành công nghiệp giấy Việt Nam, định hướng phát triển 2010 – Tầm nhìn 2020 Cơng nghiệp giấy, số9 11 Tổng Cơng ty Giấy Việt Nam, 2010 Báo cáo tổng kết hoạt động khoa học công nghệ giai đoạn 2006 – 2010 định hướng nhiệm vụ khoa học công nghệ năm 2011 12 Trịnh Lê Hùng, Đào Sỹ Đức, 2006 Ứng dụng vi sinh vật xử lý môi trường Tổng quan Đề tài đặc biệt cấp ĐHQG Hà Nội mã số QG – 06 – 11 Hà Nội, 2006 13 Trịnh Lê Hùng, 2008 Xử lý nước thải xeo giấy phương pháp sinh học hiếu khí Chuyên đề thuộc đề tài “nghiên cứu xử lý tái sử dụng nước thải nhà máy giấy công suất vừa nhỏ” Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia Hà Nội 14 Trịnh Lê Hùng, 2009 Kỹ thuật xử lý nước thải Nhà xuất giáo dục 15 Trung tâm sản xuất Việt Nam, 2006 Tài liệu hướng dẫn “Áp dụng kỹ thuật tốt (BAT) kinh nghiệm môi trường tốt (BEP) nhằm giảm phát thải chất ô nhiễm hữu khó phân hủy phát sinh không chủ định (U – POPs” ngành sản xuất bột giấy giấy Việt Nam Viện khoa học công nghệ môi trường Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Bộ giáo dục đào tạo 16 Trung tâm sản xuất Việt Nam, 2008 Tài liệu hướng dẫn sản xuất “Sản xuất bột giấy giấy” Viện khoa học công nghệ môi trường Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Bộ giáo dục đào tạo 109 Tiếng anh 17 Anna Stypka, Stockholm 1998 Advanced Wastewater Treatment, Report No “Factors Influencing Sludge Settling Parameters and Solids Flux in the Activated Sludge Process – A literature Review 18 Bahar K Ince, Zeynep Cetecioglu and Orhan Ince, 2011 Pollution Prevention in the Pulp and Paper Industries Environmental management in Practice, Vol.11, pp 223 – 246 19 Chakrabarti S.K., Gupta S., Puwar M., Bhist Shekhar C & Vardhan R, 2012 Combined Chemical – biologycal Treatment of Pulp and Paper Mill Effluent Water Sci Technol., 55(6), 57 – 60 20 D.P Mesquita, O Dias, A.L Amaral, E.C Ferreira, 2008 Relationship betweensludge volume index and biomass structure within activated sludge systems Wat Res., 27p.1707 – 1714 21 Er.N Balasubramanian, Dr.M Muthukumar Ph.D, 2012 Performance of HUASB reactor for treating paper & pulp wastewater using Effective Microoranism (EM) International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST) Vol.4, No.06, pp 2453 – 2461 22 F Ciner, M Sarioglu, 2006 Determination of Inert Chemical Oxygen Demand (COD) Fractions of Cumhuriyet University Wastwewater Vol 8, No 1, pp 31 – 36 23 G Thompson, J Swain, M Key, C.F Forster, 2000 The treatment of pulp and paper mill effluent – a review Bioresource Technology 77 (2001) 275 – 286 24 Leong Soo kwan, Nur Fadzeelah Abu Kasim, 2010 Effect of Organic Loading Rates on Pulp and Paper Wastewater Treatment Using an Anaerobic Upflow Fixed – Film Reactor Environment and Chemistry IPCBEE vol.1 (2011) © (2011) IACSIT Press, Singapore 110 25 M Löwén and L Piirtola, 2007 Characterization of activated sludge flocs Wat Res., 30(7),1695 – 1701 26 Peter Spencer Davies B.Sc, 2005 The Biological Basic of Wastewater Treatment 27 R.S Ramalho, 1988 Introduction to wastewater treatment processes Laval University, Quebec, Canada 28 Shiow – Ching Chen, Jau – Hwan Tzeng, Yao Tien and Li – Fen Wu, 2001 Rapid Determination of Chemical Oxygen Demand (COD) Using Focused Microwave Digestion Followed by a Titrimetric Method Analytical Sciences April, 2001, Vol 17, pp 551 – 553 29 S.S Wong, T.T.Teng, A.L Ahmad, A Zuhairi, G Najafpour, 2006 Treatment of pulp and paper mill wastewater by polyacrylamid (PAM) in polymer induced flocculation – a review 30 Thomas M Grace Black liquor evaporation, Pulp and Paper Manufacture Vol 5, Alkaline Pulping Canadian Cataloguing in Publication Data, 1989 31 Thompson, G., Swain, J., Kay, M., Forster, C.F., 2001 The treatment of pulp and paper mill effluent – a review Bioresource Technol 77 (3), pp 275 – 286 32 Victor Sarria Coupled advanced oxidation and biological processes for wastewater treatment PhD Thesis Lausanne, EPFL, 2003 33 Yuan – Shing Perng, Eugene i – Chen Wang, Shih – Tsung Yu, An – Yi Chang and Chi – Yuan Shih, 2007 Pilot Treatment of OCC – based Paper Mill Wastewater Using Pulsed Electrocoagulation – a review 111 PHỤ LỤC Phụ lục Thông tin chung thiết bị thông số thí nghiệm Thơng tin thiết bị  Thiết bị sử dụng phịng thí nghiệm: - Dung tích tối đa: 50 lít - Dung tích sử dụng: 20 lít  Thiết bị sử dụng quy mơ dung tích bể m - Dung tích tối đa: 1.200 lít - dung tích sử dụng: 1.000 lít Thơng số thí nghiệm  Giá trị COD vào: 872  Tỷ lệ COD : N : P = 100 : :  pH trước thêm dinh dưỡng: 6,9 ÷ 7,2  pH sau thêm dinh dưỡng: 7,6 ÷7,8  Dinh dưỡng nitơ: Ure, (NH2)2CO 46%  Dinh dưỡng photpho: Axit photphoric (H3PO4) 85% 112 Phụ lục Tính toán dinh dưỡng cung cấp cho vi sinh theo thiết kế HTXLNT Theo thiết kế  Phối trộn nitơ – N: 17 kg N/tấn COD nước thải từ tháp làm mát  Phối trộn photpho – P: 3,3 kg P/tấn COD nước thải từ tháp làm mát Chuẩn bị chất dinh dƣỡng  Dung dịch Ure (NH2)2CO 30% chứa 0,15 kg N/l  Dung dịch axit phophoric H3PO4 70% chứa 0,35 kg P/l Thể tích chất dinh dƣỡng bổ sung  113 lít ure 30%/tấn COD nước thải từ tháp làm mát  lít axit phophoric 70%/tấn COD nước thải từ tháp làm mát 113 Phụ lục Năng lực hệ thống xử lý nước thải – Tổng Công ty Giấy Việt Nam  Thể tích bể - phận xử lý nước thải: - Hồ khẩn cấp - Bể lắng sơ cấp - Bể cân - Bể lựa chọn - Bể sục khí - Bể lắng thứ cấp - Bể chứa bùn  Các thông số kỹ thuật: Các thông số Lưu lượng: COD (nhu cầu xy hóa học để phân hủy chất hữu cơ): BOD5 (nhu cầu ô xy sinh học để phân hủy chất hữu ngày): TSS Nhiệt độ pH Phụ lục Các thơng số vận hành HTXLNT Vị trí Lắng sơ Bể cân Lưu lượng vào tháp làm mát Bể bơm tháp làm mát Urea Axit phophoric Bể khử bọt Bể lựa chọn Bể sục khí 115 Lắng thứ cấp Bùn sơ cấp Bùn sinh học Bể bùn Hòa phối trộn polyme Máy ép vắt 116 Phụ lục Cấu trúc phân tử lignin HC CH CH CH3O O CH3O CH3O OH 117 Phụ lục Thiết bị xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí Hệ thống thí nghiệm phịng thí nghiệm Hệ thống thí nghiệm quy mơ dung dung tích bể 20 lít6 tích bể m3 Thí nghiệm lắng bùn 30 phút ống đong lít (I): Là bể bổ sung N P (II): Là bể bổ sung phân vi lượng 118 ... - Trần Vi? ??t Ba NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA CÁC BỂ HIẾU KHÍ BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH DINH DƢỠNG THÍCH HỢP CHO VI KHUẨN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY GIẤY BÃI BẰNG Chun... nhận nước khác mà hệ thống xử lý nước thải khác Tuy nhiên, hệ thống xử lý nước thải thông thường cho nhà máy bột giấy giấy bao gồm công đoạn sau: Tiền xử lý, xử lý cấp I, xử lý cấp II xử lý cấp... dịng thải với hệ thống xử lý kị khí có thiết kế chưa đạt Đối với hệ thống xử lý kỵ khí hồn chỉnh, ln kèm theo hệ thống thu hồi khí sinh học, xử lý khí H 2S dịng thải Hầu hết tất dạng nước thải