Khảo sát ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến quá trình xử lý nước thải sản xuất bún bằng bể lọc sinh học kỵ khí sử dụng giá thể nhựa PVC
5 (100%) 2 votes

Nguyễn Đăng Hải (1), Lê Thị Diễm Kiều (2)

Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Huế

kieule0927@gmail.com

TÓM TẮT

      Làng Vân Cù – xã Hương Toàn từ bao đời nay vốn nổi tiếng với nghề làm bún ngon của Thừa Thiên Huế. Tuy nhiên, việc sản xuất bún thủ công ở từng hộ gia đình với công suất từ 50 ÷ 200 kg bún/ngày đã sản sinh ra một lượng nước thải lớn. Thành phần của nước thải sản xuất bún chứa chủ yếu các hợp chất carbohydrate, có độ đục khá cao, khả năng thối rửa tự nhiên nhanh tạo ra mùi hôi chua nên xử lý kỵ khí sử dụng vật liệu PVC cho hiệu quả cao.  Độ rỗng của vật liệu tạo ra diện tích tiếp xúc giữa vi khuẩn kỵ khí và nước thải lớn và đây là loại dễ kiếm, chi phí rẻ. Quá trình nghiên cứu đã cho thấy mô hình thí nghiệm chỉ xử lý hiệu quả nước thải sản xuất bún ở mức tải trọng 4 kg COD/m3/ngày với nồng độ COD đầu vào khoảng 600 ÷ 800 mg/L.

Từ khóa: Nước thải sản xuất bún, bể lọc sinh học, vật liệu lọc PVC, xử lý kỵ khí

ABSTRACT

    Van Cu Village – Huong Toan capital famous for delicious noodles in Thua Thien Hue. However, the handmade production of noodle in every household with a capacity of 50 ÷ 200 kg noodles / day has produced a large amount of waste water. The mainly composition of waste water of  the noodle production consists carbohydrate compounds, high turbidity, the natural degrationg ability quickly created sour odor so  anaerobic treatment Using PVC materials for high efficiency. Porosity of the material to create the area of ​​contact between anaerobic bacteria and wastewater. This material is readily available, low cost. The studies have shown that experimental model only effective treatment noodle production wastewater at 4 kg load COD / m3 / day with COD concentration of about 600 ÷ 800 inputs mg / L

Key words: Wastewater treatment of noodles production, filter tank, PVC filter material, anaerobic treatment

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Làng Vân Cù – xã Hương Toàn từ bao đời nay vốn nổi tiếng với nghề làm bún ngon của Thừa Thiên Huế. Theo thống kê, hầu hết các hộ dân ở đây đều kiếm sống chủ yếu với nghề làm nông và sản xuất bún. Sản xuất bún cộng thêm chăn nuôi heo đã mang lại hiệu quả kinh tế cho từng hộ nói riêng và cho địa phương nói chung.

Tuy nhiên, việc sản xuất bún thủ công ở từng hộ gia đình với công suất từ 50 ÷ 200 kg bún/ngày đã sản sinh ra một lượng nước thải lớn. Theo ước tính, mỗi kilogram bún thành phẩm thải ra khoảng 28 lít nước thải. Lượng nước thải này tập trung với phân heo thải ra hàng ngày đã làm cho môi trường trong và xung quanh làng ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng đặc biệt là các chất ô nhiễm hữu cơ [11].

Thành phần của nước thải sản xuất bún chứa chủ yếu các hợp chất carbohydrate nên rất thích hợp với xử lý sinh học. Tuy nhiên, do nước thải có độ đục khá cao, khả năng thối rửa tự nhiên nhanh tạo ra mùi hôi chua nên xử lý bằng các quá trình sinh học hiếu khí có phần hạn chế. Trong lúc đó, hiệu suất phân hủy kỵ khí các carbonhydrate tạo khí CH4 là rất cao nên nếu sử dụng các quá trình xử lý kỵ khí có thể mang lại khả năng thu hồi năng lượng, giảm thiểu phát thải khí nhà kính. So với phân hủy kỵ khí thông thường, quá trình xử lý kỵ khí thể dính bám (lọc kỵ khí) có một số ưu điểm như vận hành dễ dàng, không cần nhiều dinh dưỡng cho vi sinh vật và tốn ít chi phí…

Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến quá trình xử lý nước thải sản xuất bún bằng bể lọc sinh học kỵ khí sử dụng giá thể nhựa PVC” được hình thành nhằm góp phần tìm ra giải pháp thích hợp và hiệu quả kiểm soát ô nhiễm môi trường ở làng nghề nổi tiếng này.

II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nước thải từ quá trình sản xuất bún được lấy từ làng bún Vân Cù, xã Hương Toàn, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế. Nước thải này bao gồm nước thải từ quá trình ngâm gạo và nước thải từ quá trình rửa bún.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Hệ thống thí nghiệm

Hệ thống thí nghiệm bao gồm các thành phần:

+ Bể lọc kỵ khí: Bể hình hộp, làm bằng mica chịu nhiệt, kích thước dài x rộng x sâu: 13 cm x 13 cm x 50 cm, dung tích 8,4 L, có nắp bằng nhựa PVC. Bể được lắp bộ đốt kiểm soát nhiệt độ (30 ÷ 500C) hiệu Shuang Chong, do Trung Quốc sản xuất.

+ Bơm nhu động (SPM 21, EYLA, Nhật), lưu lượng từ 0,1 – 1,0 L/h

+ Xô đựng nước thải vào, ra

+ Xi lanh thu khí ra

+ Vật liệu lọc: Vật liệu lọc làm từ ống nhựa PVC đường kính 2 cm, được cắt thành mẫu nhỏ dài 2 cm, với tổng số 504 mẫu.

2015-11-18_222700

Hình 1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm

Nước thải sản xuất bún pha loãng được đưa vào xô (1). Bơm sẽ hút nước thải từ xô (1) vào đưa vào bể lọc kỵ khí (2) đi từ dưới lên qua lớp bùn và lớp vật liệu lọc có trong bể. Khí sinh ra trong bể theo ống dẫn vào xi lanh thu khí (4). Nước thải sau khi được xử lý sẽ đi ra khỏi bể lọc kiểu tự chảy.

Bùn đưa vào bể để gây giống là bùn lấy từ bể UASB đang hoạt động của hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Huda, Phú Bài. Lượng bùn nạp vào là 240 g.

2.2.2. Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được tiến hành qua các giai đoạn: khởi động bể lọc kỵ khí (chạy làm giàu sinh khối, chạy thích nghi với nước thải thật), đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố lên hiệu quả xử lý và đánh giá khả năng xử lý ở các tải trọng hữu cơ tăng dần.

Bảng 1. Mô tả vắn tắt các giai đoạn nghiên cứu

Giai đoạn Thời gian thí nghiệm
(ngày – ngày)
Mô tả Ghi chú
Làm giàu sinh khối 1 ÷ 22 Bơm môi trường pha chế vào bể với lưu lượng 0,4 L/h; nồng độ COD khoảng 300 mg/L; ổn định nhiệt độ của bể khoảng 300C Khi hiệu suất xử lý COD của bể ổn định thì chuyển qua giai đoạn tiếp theo
Chạy thích nghi 23 ÷ 36 Bơm nước thải bún pha loãng theo tỷ lệ tăng dần vào bể với lưu lượng 0,4 L/h Có pha thêm môi trường pha chế ở những ngày đầu
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng 37 ÷ 102 Khảo sát hiệu suất xử lý COD của bể ở các điều kiện độ kiềm và tỷ lệ C/N khác nhau. Nồng độ COD đầu vào khoảng 300 mg/L; Lưu lượng bơm 0,4 L/h; bổ sung Na2HPO4 để tăng T-P lên 5 mg/L; bổ sung NaHCO3 để tăng độ kiềm; bổ sung (NH2)2CO để tăng lượng T-N trong nước thải –           Các độ kiềm: độ kiềm tự nhiên; độ kiềm 250; độ kiềm 500 và độ kiềm 1.000 (mg/L theo CaCO3) của nước thải

–           Các tỷ lệ C/N: C/N tự nhiên, C/N ~50/1; C/N~30/1 và C/N ~ 20/1 của nước thải sản xuất bún

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Đặc điểm của nước thải sản xuất bún làng Vân Cù

Kết quả phân tích các thông số COD, T-N, T-P, BOD5 và pH của nước thải ngâm gạo và nước thải bún của một số hộ làm bún ở làng Vân Cù được trình bày ở bảng 2.

Bảng 2. Một số đặc điểm của nước thải sản xuất bún làng Vân Cù

Tên hộ Phan Văn Lượng Nguyễn Văn Quy Phan Văn Nu Nguyễn Thị Lợi Nguyễn Xuân Thanh
Xóm 1 3 5 7 9
Khối lượng bún sản xuất (kg/ngày) 70 ÷ 80 200 ÷ 300 150 ÷ 170 70 55 ÷ 60
Thể tích nước thải (m3/ngày) 1,0 ÷ 1,3 2,0 ÷ 2,5 1,7 ÷ 2,0 0,8
Nước thải ngâm gạo COD (mg/L) 10.600 14.800 17.400 13.300 12.100
BOD5 (mg/L) 6.800 9.100 12.600 7.300 8.400
T-N (mg/L) 133 211 217 222 123
T-P (mg/L) 18,2 24,7 23,6 17,3 18,1
pH 3,5 4,7 4,3 3,9 4,7
Nước thải rửa bún COD (mg/L) 2.150 3.550 2.870 2.660 4.110
BOD5 (mg/L) 1.500 2.600 1.900 1.900 2.900
T-N (mg/L) 28,7 59,1 35,9 44,3 82,3
T-P (mg/L) 11,4 13,7 9,6 28,4 18,7
pH 5,8 6,2 5,7 6,0 6,1

Kết quả ở bảng trên cho thấy, Nước thải của làng bún Vân Cù đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, do vậy cần được xử lý trước khi thải vào sông Bồ. Tỷ lệ BOD5/COD: 0,65 ÷ 0,75 rất phù hợp để xử lý kỵ khí.

3.2. Vận hành bể ở các tải trọng hữu cơ khác nhau.

Sau khi tiến hành nuôi thích nghi và làm giàu bằng nước thải pha đã chuẩn bị trước, chúng tôi tiến hành thử nghiệm khả năng xử lý của VSV kỵ khí trong bể đối với nước thải bún pha loãng ở những điều kiện có yếu tố tải trọng hữu cơ khác nhau.

* Điều kiện thí nghiệm:

– Tổng phốtpho: điều chỉnh lên 5 mg/L bằng dung dịch Na2HPO4 100 mg/L

– Tổng Nitơ: điều chỉnh bằng dung dịch Ure 1 g/L

– Độ kiềm: Điều chỉnh lên 250 mg/L bằng dung dịch NaHCO3 42 g/L

– Nồng độ COD: pha loãng nước thải sản xuất bún ở các tỷ lệ khác nhau để nước thải pha loãng có nồng độ COD từ 600 mg/L đến 1.000 mg/L.

– Lưu lượng bơm điều chỉnh tử 0,4 L/h đến 1 L/h.

Ở đợt khảo sát này, chúng tôi đã dự định tiến hành tăng tải trọng COD đầu vào từ tải trọng thấp (1 ÷ 2 kg COD/m3/ngày) đến tải trọng trung bình (2 ÷ 5kg COD/m3/ngày) và ở mức tải trọng cao (>5 kg COD/m3/ngày). Tuy nhiên khi tiến hành thí nghiệm, do thể tích bể kỵ khí nhỏ nên chỉ tiến hành ở 2 mức tải trọng là thấp và trung bình. Kết quả khảo sát khả năng xử lý COD của nước thải sản xuất bún ở 5 tải trọng: 1 kg COD/m3/ngày, 2, 3, 4, và 5 kg COD/m3/ngày được thể hiện ở bảng 3 và hình 2.

Bảng 3.  Hiệu quả xử lý COD của bể thí nghiệm ở các tải trọng khác nhau

Tải trọng COD đầu vào (kg COD/m3/ngày) Thời gian thí nghiệm (ngày) COD đầu vào (mg/L) COD đầu ra (mg/L) Hiệu suất xử lý COD (%)
1,0 103 ÷ 113 603 ± 9 (n=5) 130 ± 11 (n=5) 78,4
2,0 114 ÷ 120 607 ± 6 (n=7) 144 ± 11 (n=7) 76,4
3,0 121 ÷ 126 602 ± 9 (n=5) 168 ± 12 (n=5) 72,0
4,0 127 ÷ 134 798 ± 6 (n=7) 204 ± 13 (n=7) 71,4
5,0 135 ÷ 145 995 ± 2 (n=7) 464 ± 6 (n=7) 53,4

Ghi chú: Các giá trị trong bảng: TB ± s

2015-11-18_222902

Hình 2. Hiệu quả xử lý COD của bể thí nghiệm ở các tải trọng khác nhau

* Nhận xét:

– Nồng độ COD đầu ra của bể thí nghiệm biến động từ 130 mg/L đến 470 mg/L. Ở các tải trọng từ 3 kg COD/m3/ngày trở xuống, giá trị COD phân tích được biến động khá nhỏ chỉ từ 130 ÷ 170 mg/L. Tuy nhiên, ở những tải trọng cao hơn (4 – 5 kg COD/m3/ngày) của nước thải đầu vào bể thí nghiệm, COD trong nước thải đầu ra tăng lên rõ rệt. Điều này cho thấy, khả năng xử lý của VSV đã giảm đi đáng kể.

– Hiệu suất xử lý COD của bể giảm dần khi thử nghiệm ở tải trọng càng cao. Tuy nhiên, nhìn vào hình có thể thấy, ở các tải trọng xử lý từ 1 ÷ 4 kg COD/m3/ngày hiệu suất xử lý COD giảm chậm nhưng qua đến tải trọng 5 kg, hiệu suất xử lý giảm mạnh và còn khoảng 50 ÷ 55%. Kết quả này cho thấy khi tăng nồng độ COD trong nước thải (tăng tải trọng xử lý) thì hiệu quả xử lý của bể giảm đi và bể thí nghiệm này chỉ có khả năng xử lý hiệu quả ở tải trọng <4 kg COD/m3/ngày.

– Độ kiềm của nước thải đầu ra cũng như các đợt thí nghiệm trước luôn tăng so với nước thải đầu vào. Ở các tải trọng 1 kg, 2 kg và 3 kg (COD/m3/ngày), độ kiềm của nước thải đầu ra tăng mạnh từ 60 ÷ 100 mg/L (theo CaCO3). Tuy nhiên, khi tăng tải trọng COD đầu vào của bể kỵ khí lên 4 kg, 5 kg/m3/ngày thì độ kiềm đầu ra chỉ tăng từ 30 ÷ 50 mg/L (theo CaCO3). Nguyên nhân có thể là do khi tăng tải trọng COD của nước thải đầu vào, lượng chất hữu cơ trong bể tăng lên và vận tốc dòng nước qua lớp bùn kỵ khí tăng nên VSV không thể xử lý hết các chất có trong nước thải làm giảm hiệu suất xử lý của bể.

– Giá trị pH trong nước thải đầu ra đo được cũng biến động ở các tải trọng Cod đầu vào. Hầu hết pH đầu ra đều cao hơn so với đầu vào ngoại trừ những ngày đầu của đợt khảo sát, pH đầu ra của bể thí nghiệm thấp hơn đầu vào. Cũng như đợt nuôi làm giàu, có thể khi tăng nồng độ COD đầu vào từ 300 mg/L lên 600 mg/L, VSV trong bể chưa thích ứng kịp nên làm giảm pH của nước thải đầu ra. pH đầu vào có xu hướng giảm khi tăng tải trong, tuy nhiên chỉ giảm từ 0,2 ÷ 0,3 đơn vị pH. Đây là do nước thải sản xuất bún có pH thấp nên khi tăng tỷ lệ pha loãng sẽ làm pH trong nước thải đầu vào giảm. Giá trị pH của nước thải đầu ra ở ngày thí nghiệm thứ 103 chỉ đạt 6,5 và đạt cao nhất ở ngày thí nghiệm thứ 123 (ở tải trọng 3 kg COD/m3/ngày). So với các đợt khảo sát ở trước (khảo sát độ kiềm, tỷ lệ C/N) biến động pH của nước thải đầu ra ở đợt này khá mạnh.

2015-11-18_222946

Hình 3. Sự thay đổi pH qua bể thí nghiệm ở các tải trọng COD

– Hàm lượng SS trong nước thải đầu vào cũng tăng khi tăng thải trọng thí nghiệm từ 180 mg/L (tải trọng 1 kg COD/m3/ngày) lên 250 mg/L (tải trọng 5 kg COD/m3/ngày). SS của nước thải đầu ra biến động trong phạm vi hẹp từ 50 ÷ 70 mg/L đạt hiệu suất xử lý từ 70 ÷ 80%. Sở dĩ, hiệu suất xử lý SS khá cao là do các quá trình lắng trọng lực, quá trình va chạm và bám dính vào vật liệu lọc làm cho lượng chất rắn lơ lửng trong nước bị lắng xuống.

– Giá trị BOD5 của nước thải sản xuất bún bằng 0,7 ÷ 0,75 COD. Tuy nhiên, ở các đợt khảo sát cho thấy hiệu suất xử lý BOD5 đều khá cao từ 60% đến 90%. Kết quả đo BOD5 của nước thải đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý BOD5 của bể thí nghiệm sau 108 ngày từ giai đoạn khảo sát ảnh hưởng của độ kiềm đến khảo sát tải trọng được thể hiện ở hình 4.

2015-11-18_223054

Hình 4. Hiệu quả xử lý BOD5 của bể thí nghiệm ở các giai đoạn thí nghiệm

Qua 3 đợt thí nghiệm ảnh hưởng của độ kiềm, tỷ lệ C/N và tải trọng COD của nước thải đầu vào bể thí nghiệm, có thể rút ra những nhận xét sau:

– Hiệu suất xử lý BOD5 của bể kỵ khí luôn cao hơn hiệu suất xử lý COD ở cùng 1 tải trọng xử lý.

Giá trị pH trong nước thải sản xuất bún đầu ra hầu hết ở các thời gian thử nghiệm đều lớn hơn pH của nước thải sản xuất bún đầu vào.

– Bể lọc kỵ khí sử dụng giá thể PVC chỉ phù hợp với mức tải trọng từ 4 kg COD/m3/ngày trở xuống (hiệu suất xử lý >70%)

KẾT LUẬN

Qua quá trình nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sản xuất bún của bể lọc sinh học kỵ khí sử dụng vật liệu lọc PVC, chúng tôi rút ra một số kết luận sau:

Đặc trưng của nước thải sản xuất bún làng Vân Cù có hàm lượng chất hữu cơ cao, từ 3.000 ÷ 7.000 mg/L đặc biệt là nước thải từ quá trình ngâm gạo. Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải cũng khá cao từ 500 ÷ 1.000 mg/L. Giá trị pH của nước thải sản xuất bún thấp từ 4,0 ÷ 6,0. Với tính chất của nước thải sản xuất bún như vậy rất phù hợp với điều kiện xử lý kỵ khí.

Sử dụng vật liệu PVC cho hiệu quả cao vì độ rỗng của vật liệu tạo ra diện tích tiếp xúc giữa Vi khuẩn kỵ khí và nước thải lớn và đây là loại dễ kiếm, chi phí rẻ.

Mô hình thí nghiệm chỉ xử lý hiệu quả nước thải sản xuất bún ở mức tải trọng 4 kg COD/m3/ngày với nồng độ COD đầu vào khoảng 600 ÷ 800 mg/L. Do đó, nếu áp dụng mô hình này vào thực tế xử lý nước thải sản xuất bún Vân Cù cần kéo dài thời gian lưu hoặc xây bể đủ lớn.

                      ___________________________________

TÀI LIỆU THAM KHẢO

  1. Bùi Xuân An, Bùi Cách Tuyến và Dương Nguyên Khang (1998), Nghiên cứu và phát triển túi ủ khí đốt bằng chất dẻo cho nông thôn Việt Nam”, Hội nghị hàng năm vùng đồng bằng sông Cửu Long, Cà Mau.
  2. Nguyễn Việt Anh và nnk (2005),Nghiên cứu xử lý nước ngầm nhiễm amôni bằng phương pháp sinh học kết hợp nitrat hóa và khử nitrat, với giá thể vi sinh là sợi Acrylic”, Tuyển tập các báo cáo khoa học hội nghị Môi trường toàn quốc, Hà Nội.
  3. Lều Thọ Bách (2005), “Xử lý sinh học kỵ khí nước thải công nghiệp đường bằng phương pháp UASB”, Tuyển tập các báo cáo khoa học hội nghị Môi trường toàn quốc, Hà Nội.
  4. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2005), Luật Bảo vệ môi trường số 52, Hà Nội.
  5. Xanthoulis và nnk (2008), Giáo trình xử lý nước thải chi phí thấp, Dự án “Xây dựng Chương trình và Giáo trình Đào tạo bậc Cao học về xử lý nước thải chi phí thấp”, VN/Asia-Link/012 (113128).
  6. Lê Đức (2004), Một số phương pháp phân tích môi trường, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội.
  7. Vũ Thành Huy, Thực trạng và định hướng phát triển làng nghề thủ công ở tỉnh Thừa Thiên Huế hiện nay, Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 62A, 2010.
  8. Nguyễn Đức Lượng (2003), Nguyễn Thị Thùy Dương, Công nghệ sinh học môi trường – Công nghệ xử lý nước thải (tập 1), NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.
  9. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, trang 214- 221.
  10. Trần Linh Thước (2007), Phương pháp phân tích vi sinh vật trong nước, thực phẩm và mĩ phẩm, NXB Giáo dục.
  11. Ủy ban nhân dân huyện Hương Trà (2011), Thuyết minh dự án đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho làng bún Vân Cù, xã Hương Toàn, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế, Huế.
  12. APHA, AWWA, WEF (1999), Standard methods for the examination of water and waster, 20th edition, Washington DC, USA.
  13. Wilkie and E. Colleran (1985), Pilot – scale digestion of pig slurry supernatant using an upflow anaerobic filter, Deparment of Microbiology, University College, Calway, Ireland.
  14. S. Deshmukh and nnk (2009), “Upflow Anaerobic Filter for the degradation of adsorbable organic halides (AOX) from bleach composite wastewater of pulp and paper industry”, Agharkar Research Institute, G.G. Agarkar Road, Pune 411 004, India.
  15. Niko Athanasopoulos and Theodore Karadimitris (1988), “Cotton yarn and fabrric ginishing wastewater treatment in upflow anaerobic filter”, Biotechnology letters 50/10 No6.
  16. Nguyen Dinh Bang, Ha Minh Ngoc (2009), “Wastewater treatment of food production in the craft villages by the activated sludge process”, Laboratory of Environmental Chemistry, Faculty of Chemistry, Hanoi University of Science.
  17. Li Yuqing (2004), “Application two-phase anaerobic and SBR process to pulp wastewater treatment”, Environmental Engineering.
  18. Shu et al (2002), “A case study on water minimization and wastewater treatment in starch and noodle factories”, Environ. Eng. Res. Vol. 7, No. 2, pp. 75 – 84, Korean Society of Emvironment Engineer.

………………………………………………………………………………….

Ngun: Trích dn t k yếu Hi ngh môi trường toàn quc ln th IV, B tài nguyên và Môi trường, Hà Ni, 29/09/2015

…………………………………………………………………………………..

 

 

Mua bán piano Nhật