Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống UASB nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB NHẰM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62420201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Hà Nội - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB NHẰM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62420201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.
- Tôi xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể cán bộ, nhân viên văn phòng dự án “Tạo lập vòng tuần hoàn cacbon với cây cao su thiên nhiên” và Viện Nghiên cứu và Phát triển ứng dụng các hợp chất thiên nhiên, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
- TỔNG QUAN NGÀNH CÔNG NGHIỆP SƠ CHẾ MỦ CAO SU THIÊN NHIÊN.
- Cây cao su và tình hình phát triển.
- Thành phần và cấu trúc mủ cao su thiên nhiên.
- Công nghệ sơ chế mủ cao su.
- TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU.
- TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU THIÊN NHIÊN.
- Đặc tính chung của hệ thống UASB.
- CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BÙN HẠT KỴ KHÍ.
- Đối tượng nghiên cứu.
- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
- Nội dung nghiên cứu.
- KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU THIÊN NHIÊN.
- Nước thải nhà máy tại khâu đánh đông.
- Nước thải đánh đông trong phòng thí nghiệm.
- Tiền xử lý nước thải nhà máy.
- NGHIÊN CỨU TẠO BÙN HẠT TRONG HỆ THỐNG UASB.
- Hoạt hóa bùn trong hệ thống UASB.
- Nghiên cứu một số điều kiện ảnh hưởng tới sự hình thành bùn hạt.
- THÀNH PHẦN VI SINH VẬT TRONG CÁC LOẠI BÙN HẠT KỴ KHÍ.
- XỬ LÝ NƯỚC THẢI SƠ CHẾ MỦ CAO SU BẰNG UASB SỬ DỤNG BÙN HOẠT TÍNH DẠNG HẠT.
- Hiệu quả xử lý của bùn hạt.
- 100 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Ký tự Tiếng Anh Chú giải BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa sinh học BR Baffled Reactor Thiết bị vách ngăn (bẫy cao su) COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học ADN Deoxyribonucleic acid Axit deoxiribonucleic DHS Downflow Hanging Sponge Thiết bị lọc hiếu khí với dòng chảy từ trên xuống qua lớp mút xốp DPNR Deprotein natural ruber Cao su thiên nhiên loại protein DRC Dry Rubber Content Hàm lượng cao su khô ECP Extracellular Polymer Sản phẩm ngoại bào HRT Hydraulic retention time Thời gian lưu của nước thải MLSS Mixed Liquor Suspended Solid Nồng độ sinh khối lơ lửng MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solid Nồng độ sinh khối lơ lửng bay hơi NGS Next Generation Sequencing Giải trình tự gen thế hệ mới N-NH3 Amonia Nitơ amon OLR Organic Loading Rate Tải trọng hữu cơ QCVN Quy Chuẩn Việt Nam SBR Sequencing Batch Reactor Thiết bị xử lý tuần tự theo mẻ SDS Sodium dodecyl sulphate CH3(CH2)11SO4Na SMA Specific Methane Activity Hoạt tính sinh methan riêng SS Suspended Solid Chất rắn lơ lửng SVI Sludge Volume Index Chỉ số thể tích bùn lắng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Total Nitrogen Tổng nitơ UASB Upflow Anaerobic Slugde Blanket Thiết bị xử lý kỵ khí với dòng chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính VFA Volatile Fatty Axit Axit béo bay hơi VSS Volatile Suspended Solid Chất rắn lơ lửng bay hơi v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1.
- Thành phần hóa học của mủ cao su thiên nhiên [3, 7.
- Đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su ở Việt Nam [116.
- Một số vi sinh vật chiếm ưu thế xuất hiện trong bùn hạt kỵ khí.
- Cấu tạo hóa học cao su thiên nhiên [7.
- Sơ đồ công nghệ sơ chế mủ cao su thiên nhiên [3.
- Bùn hạt kỵ khí [70.
- 24 Hình 1.10.
- 25 Hình 1.11.
- 26 Hình 1.12.
- 26 Hình 1.13.
- Mối quan hệ giữa yếu tố vi sinh vật và các thông số công nghệ trong quá trình tạo bùn hạt [16.
- Nước thải đánh đông mủ cao su.
- Sơ đồ hệ thống UASB.
- Sơ đồ thiết bị bẫy cao su (BR.
- SVI của bùn ngày 1 và ngày 73 của quá trình hoạt hóa trong hệ thống UASB.
- SVI của bùn giống và bùn trong hệ thống UASB ứng với các OLR.
- Hình thái bùn hạt khi bổ sung 300 mg-AlCl3/L.
- 63 Hình 3.10.
- 63 Hình 3.11.
- 64 Hình 3.19.
- 80 Hình 3.20.
- Quần xã vi sinh vật tham gia vào quá trình chuyển hóa và hình thành bùn hạt.
- 83 1 GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết của đề tài Ngành cao su là ngành công nghiệp có đóng góp đáng kể vào tổng kim ngạch xuất khẩu của Việt Nam.
- Hiện nay cây cao su đứng thứ 2 về tỷ suất lợi nhuận (sau cây cà phê).
- Mặc dù ngành cao su đã tạo việc làm cho hàng ngàn người lao động và đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước nhưng ngành công nghiệp này cũng tạo ra những vấn đề đáng lo ngại về chất lượng môi trường.
- Nước thải sơ chế mủ cao su có mức độ ô nhiễm cao với lưu lượng lớn nếu không được xử lý triệt để sẽ tác động xấu đến chất lượng môi trường.
- Bên cạnh đó, mùi hôi phát sinh trong quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ trong nước thải cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường không khí xung quanh.
- Hiện nay hiệu quả xử lý nước thải tại các nhà máy cao su ở Việt Nam rất thấp, nước thải dòng ra không đạt theo tiêu chuẩn QCVN 01-MT:2015/BTNMT.
- Tình trạng này do nhiều nguyên nhân, một trong những nguyên nhân đó là hệ thống xử lý nước thải được thiết kế chưa đủ công suất.
- Thêm vào đó lưu lượng nước thải thường xuyên biến động phụ thuộc vào điều kiện sản xuất.
- Nhiều hệ thống xử lý nước thải tại các nhà máy bị quá tải, đặc biệt vào những tháng sản xuất cao điểm [114], do đó đòi hỏi phải mở rộng thể tích công trình hoặc rút ngắn thời gian xử lý bằng các thiết bị cao tải.
- Hiện nay các địa điểm đặt nhà máy sơ chế mủ cao su thường xen kẽ với khu dân cư nên rất khó tăng diện tích công trình nên giải pháp lựa chọn tối ưu cho xử lý nước thải sơ chế mủ cao su tại Việt Nam là sử dụng các thiết bị cao tải.
- Hệ thống xử lý kỵ khí với dòng chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính (UASB) là một trong những thiết bị cao tải đã được sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp trong nhiều thập kỷ.
- Khí phát sinh trong quá trình xử lý nước thải có thể thu hồi và được sử dụng làm nhiên liệu.
- Tuy nhiên, hiệu suất xử lý phụ thuộc vào trạng thái bùn.
- Thời gian khởi động hệ thống UASB để bùn hạt hình thành thường kéo dài.
- Do đó để rút ngắn thời gian khởi động, tăng cường sự tách bùn ở dòng ra thì việc tạo lập hệ bùn hoạt tính dạng hạt là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống UASB hướng tới ứng dụng trong xử lý nước thải sơ chế mủ cao su.
- Vì vậy đề tài luận án: "Nghiên cứu quá trình tạo hạt bùn trong hệ thống UASB nhằm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su" đã được thực hiện với các mục tiêu như sau: 2 - Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt kỵ khí trong hệ thống UASB nhằm nâng cao năng lực xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên.
- Đánh giá hiệu quả sử dụng bùn hạt kỵ khí trong hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên.
- Khảo sát đặc tính nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên.
- Nghiên cứu các điều kiện tạo bùn hạt kỵ khí trong hệ thống UASB.
- Nghiên cứu cấu trúc quần xã vi sinh vật trong các loại bùn hạt kỵ khí.
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sơ chế mủ cao su bằng hệ thống UASB sử dụng bùn hạt kỵ khí.
- Khảo sát điều kiện bảo quản bùn hạt kỵ khí.
- Những đóng góp mới của luận án - Là nghiên cứu khởi đầu cho hướng nghiên cứu tạo bùn hạt trong hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su tại Việt Nam.
- Bước đầu tìm hiểu cấu trúc quần xã vi sinh vật trong bùn hạt nhằm tìm ra vai trò của chúng trong sự hình thành bùn hạt cũng như trong xử lý nước thải sơ chế mủ cao su thiên nhiên.
- Thử nghiệm xử lý nước thải sơ chế mủ cao su sử dụng bùn hạt trong hệ thống UASB đã đã nâng OLR lên 15,3 kg-COD/(m3.ngày) với hiệu suất xử lý COD đạt 95,8%, hiệu suất sinh khí metan đạt 0,325 m3-CH4/kg-CODchuyển hóa tương ứng với tăng OLR 3,5 lần, tăng hiệu suất xử lý COD 7,6% và tăng hiệu suất sinh khí metan 2,86 lần so với sử dụng bùn phân tán ở cùng điều kiện.
- Bùn hạt có cấu trúc ổn định và hoàn toàn phù hợp cho hệ thống UASB xử lý nước thải sơ chế mủ cao su.
- Tổng quan ngành công nghiệp sơ chế mủ cao su thiên nhiên 1.1.1.
- Cây cao su và tình hình phát triển Cây cao su (Hevea brasiliensis) tiết ra chất lỏng gọi là mủ cao su hoặc latex.
- Mủ cao su là nguyên liệu để sản xuất các dạng sản phẩm trung gian như cao su khối và mủ cao su li tâm.
- Ngành công nghiệp cao su thiên nhiên tập trung tại khu vực Đông Nam Á và một số nước thuộc khu vực Châu Phi [3].
- Nhóm 5 nước sản xuất cao su thiên nhiên lớn nhất thế giới là Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Ấn Độ và Việt Nam (chiếm hơn 92% tổng sản lượng sản xuất của thế giới).
- Từ năm 2001 sản lượng cao su thiên nhiên trên thế giới tăng trưởng bình quân 4,8%/năm.
- Năm 2014, tổng diện tích trồng cây cao su trên thế giới ước tính đạt 9,57 triệu ha với sản lượng cao su đạt 12,2 triệu tấn [178].
- Theo báo cáo cập nhật ngành cao su thiên nhiên, Việt Nam sản xuất 1,1 triệu tấn cao su thiên nhiên vào năm 2014 [4].
- Hiện nay, diện tích trồng cây cao su của Việt Nam đạt trên 955.000 ha.
- Tổng diện tích trồng cây cao su của tỉnh Thanh Hóa đạt 18.296 ha, trong đó hơn 6.400 ha đang trong thời kỳ thu hoạch mủ (Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Thanh Hóa, 2014).
- Năng suất mủ cao su bình quân toàn ngành đạt 1,6 tấn/ha [5].
- Thành phần và cấu trúc mủ cao su thiên nhiên Cấu trúc mủ cao su thiên nhiên gồm hai pha: lỏng và rắn.
- Phần rắn gồm những hạt cao su lơ lửng hình cầu với cấu tạo lớp trong là cao su, lớp ngoài là protein và lipid.
- Khi lớp ngoài bị phá hủy gây nên hiện tượng đông tụ các hạt cao su.
- Cao su thiên nhiên là hợp chất cao phân tử chứa các isoprene (C5H8)n.
- Công thức cấu tạo của cao su thiên nhiên được biểu diễn trong hình 1.1.
- Cấu tạo hóa học cao su thiên nhiên [7] Thành phần mủ cao su thiên nhiên thay đổi theo giống cây, tuổi cây, tình trạng chăm sóc, khí hậu, thổ nhưỡng… Thành phần hóa học của mủ cao su thiên nhiên được biểu diễn trong bảng 1.1.
- Thành phần hóa học của mủ cao su thiên nhiên [3, 7] Nồng độ cao su dao động từ 30 – 40% nhưng thường trong khoảng 30 – 35% DRC [3].
- Ngoài cao su và nước, các thành phần chủ yếu khác xuất hiện trong mủ cao su tươi là hydratcacbon, protein, lipid, muối khoáng và một lượng nhỏ axit amin, nucleotid.
- Công nghệ sơ chế mủ cao su Mủ cao su được chống đông bằng dung dịch amoniac.
- Sau đó chúng được sơ chế theo từng dạng sản phẩm.
- Nhìn chung quy trình sơ chế mủ cao su khối bao gồm các công đoạn như hình 1.2.
- Sản xuất một tấn thành phẩm cao su cốm (từ mủ tạp và mủ skim), cao su khối (từ mủ tươi) và mủ ly tâm thải ra lượng nước thải tương ứng khoảng 30, 25 và 18 m3 [114].
- Thành phần Đơn vị Hàm lượng Cao su % DRC 30 - 40 Nước % 52 - 70 Protein % 2 - 3 Lipid và dẫn xuất % 1 - 2 Glucid và heterosid % 1 Khoáng chất Tỷ trọng Cao su tấn/m Serum tấn/m Hình 1.2.
- Sơ đồ công nghệ sơ chế mủ cao su thiên nhiên [3] 1.2.
- Tính chất nước thải sơ chế mủ cao su Trong quá trình sơ chế mủ cao su, nước thải phát sinh chủ yếu ở các công đoạn đánh đông, kéo/cán, cắt và nước rửa bồn.
- Nước thải từ bồn khuấy trộn chứa một ít hạt cao su.
- Nước thải từ mương đông tụ chứa phần lớn là serum có hàm lượng ô nhiễm cao nhất.
- Nước thải từ các công đoạn khác có bản chất tương tự như nước thải từ mương đánh đông nhưng loãng Pha loãng đến DRC 25% H2O Nước rửa Đánh đông Serum Máy cắt H2O Nước xả, mủ vụn Sàn rung Sấy Ép kiện H2O H2O Kéo/cán Li tâm Mủ skim Latex 60%DCR Nước xả, mủ vụn Nước xả, mủ vụn Ngâm, rửa Thành phẩm Mủ nước Mủ tạp NH3 NH3 CH3COOH Thành phẩm

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt