Nghiên cứu xử lý dịch hèm sản xuất cồn – rượu thu bioga
23 tháng 11, 2013 bởi
Nghiên cứu xử lý dịch hèm sản xuất cồn – rượu thu bioga
Administrator


Dịch hèm sản xuất cồn từ tinh bột có giá trị COD = 24.000 - 27.000 mg/l, dịch hèm sản xuất cồn từ rỉ đường có giá trị COD = 66.000 - 87.000 mg/l [1,2]. Đây là nguồn gây ô nhiễm nước đáng kể nếu không được xử lý. Nghiên cứu xử lý dịch hèm sản xuất Cồn - Rượu thu biogas bằng thiết bị UASB không những giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường tiếp nhận mà còn tận thu được biogas là nguồn nhiên liệu sạch có thể sử dụng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất.

Dưới đây là bài báo khoa học “Nghiên cứu xử lý dịch hèm sản xuất cồn – rượu thu bioga” của ThS. Tô Thị Lan Phương - KhoaMôi trường, Đại học Dân lập Hải Phòng.

1. Đối tượng, nội dung, phương pháp và thiết bị nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nước thải đáy tháp chưng thô (dịch hèm) của Công ty Cổ phần Cồn - Rượu Hà Nội.

Thiết bị dùng để nghiên cứu xử lý dịch hèm là thiết bị yếm khí UASB đơn giản được chế tạo tại Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Thiết bị được làm từ thủy tinh hữu cơ trong suốt với dung tích 38 lít, dung tích thực chứa 35 lít, chia làm 4 ngăn: ngăn dưới cùng chứa lớp bùn kỵ khí, ngăn chứa vật liệu đệm, ngăn chứa nước trong trên lớp đệm, ngăn tách khí nằm trên cùng.

Mô hình thiết bị thí nghiệm như sau:

1,3,4 - Van lấy mẫu

2 - Van chảy tràn

5 - Van tiếp liệu

6 - Ống dẫn khí

7 - Túi chứa biogas

8 - Chụp thu khí

9 - Thiết bị điều nhiệt

10 - Bơm tuần hoàn

Mô hình UASB thực nghiệm

Nước thải từ bể điều hoà đi vào thiết bị theo nguyên lý thùng cao vị, chảy ngược qua lớp bùn kỵ khí, lớp đệm và được xử lý nhờ các vi sinh vật phân giải yếm khí. Bùn được tuần hoàn định kỳ, biogas đưa qua ống dẫn vào túi polyme chứa khí.

Đề tài tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố tới hiệu quả khử COD và hiệu suất thu biogas như: thời gian lưu nước thải trong thiết bị, pH dòng vào và COD dòng vào. Kết quả thu được như sau:

2. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

2.1 Kết quả khảo sát đặc trưng dịch hèm đáy tháp chưng thô

Dịch hèm nghiên cứu được lấy từ đáy tháp chưng thô tại Công ty Cổ phần Cồn – Rượu Hà Nội.

Kết quả phân tích cho thấy dịch hèm trong sản xuất cồn từ tinh bột có giá trị pH thấp, dao động từ 3.25 đến 4.1. COD khá cao, từ 22584 mg/l đến 34541 mg/l gấp 227,5 – 345,4 lần so với QC24:2009/BTNMT do trong nước thải có nhiều nấm men và bã tinh bột. Hàm lượng tổng N và tổng P đều cao. Hàm lượng chất rắn lơ lửng rất cao từ 2182 đến 5002 mg/l. (Bảng 1.1).

Dịch hèm có hàm lượng COD cao như vậy rất khó xử lý đạt hiệu quả với bất kỳ thiết bị xử lý nào. Để quá trình xử lý đạt hiệu quả cao hơn cần tiến hành loại cặn tinh bột và pha loãng dịch hèm theo tỷ lệ 1:3 sau đó giảm dần tỉ lệ pha loãng khi thiết bị UASB vận hành ổn định.

Bảng 1.1: Đặc trưng dịch hèm Công ty Cổ phần Cồn - Rượu Hà Nội

Ngày lấy mẫu

pH

COD

(mg/l)

BOD5

(mg/l)

∑N

(mg/l)

∑P

(mg/l)

SS

(mg/l)

BOD5/

COD

23/7

3.31

23500

12750

483.34

160

3884

0.543

27/7

3.25

22750

13650

610.14

151

2373

0.600

04/8

3.48

31190

20525

683.54

189

4320

0.658

10/8

3.37

34541

22850

644.46

180

5002

0.661

22/8

3.35

23652

15700

478.30

153

2182

0.664

06/9

3.63

28765

16500

621.67

163

4116

0.574

15/9

3.37

25478

16725

513.36

142

3955

0.656

22/9

3.63

26279

17500

544.24

156

3323

0.666

QC24:2009/BTNMT

5.5-9

100

50

30

6

100

-

2.2 Kết quả nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý thu biogas

2.2.1. Ảnh hưởng của thời gian lưu

Thí nghiệm được tiến hành với: thời gian lưu 96; 72; 48 và 24 giờ; dịch hèm có giá trị COD dòng vào 7335 ÷ 7513 mg/l; thiết bị vận hành ổn định ở nhiệt độ 35 ÷ 370C; pH = 6.5.

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả khử COD và thu biogas

thgian lưu (giờ)

pHv

pHr

CODv

(mg/l)

CODr

(mg/l)

YCOD

(%)

Vbiogas

(lít/ngày)

Ybiogas

(lít/g CODCH)

Tk

(gCOD /lít/ngày)

96

6.5

7.27

7513

478

93.64

38,16

0.62

1.76

72

6.5

6.98

7457

618

91.71

44.69

0.56

2.28

48

6.5

6.85

7408

828

88.82

58.73

0.51

3.29

24

6.5

6.76

7335

1235

83.16

72.03

0.34

6.10

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

Thời gian lưu 96 giờ hiệu quả khử COD đạt lớn nhất, đồng thời duy trì được lượng khí tạo thành ở mức cao. Tuy nhiên thời gian lưu dài làm chi phí xây dựng lớn. Có thể thấy với thời gian lưu 48 giờ hiệu quả xử lý và hiệu quả kinh tế đều được đảm bảo với YCOD = 88.82%, Ybiogas = 0.51 g/lít CODCH. Thời gian lưu 24 giờ, tải trọng khối đạt lớn nhất tương ứng chi phí xây dựng bể UASB nhỏ nhất tuy nhiên giá trị COD dòng ra quá cao rất khó xử lý tiếp theo bằng các phương pháp hiếu khí và do vậy nó sẽ tăng chi phí xử lý ở các khâu sau này.

Hình 1.1: Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu quả khử COD

Hình 1.2: Ảnh hưởng của thời gian lưu tới hiệu suất thu biogas

  2.2.2. Ảnh hưởng của pH dòng vào

Nhìn chung, pH thích hợp cho vận hành của bể UASB là từ 6.5 đến 7.8, pH tối ưu 7.5 – 7.8. Tuy nhiên việc điều chỉnh pH > 7.0 sẽ tốn hoá chất, làm tăng chi phí vận hành khá lớn.

Thí nghiệm được tiến hành với các thông số: COD dòng vào 8720 ÷ 8953 mg/l; thời gian lưu 48 giờ; pH dòng vào 5.95 ÷ 6.43 và 6.87; thiết bị hoạt động ổn định ở nhiệt độ 35 ÷ 370C.

Bảng 1.3: Ảnh hưởng của pH dòng vào tới hiệu quả xử lý thu biogas

pHv

pHr

CODv

(mg/l)

CODr

(mg/l)

YCOD

(%)

Vbiogas

(lít/ngày)

Ybiogas

(lít/g CODCH)

5.95

6.85

8720

958

89.01

62.25

0.473

6.43

7.33

8813

679

92.30

72.88

0.512

6.87

7.36

8953

581

93.51

78.38

0.535

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

Với điều kiện nghiên cứu có thể thấy tại giá trị pH = 6.87 hiệu quả xử lý và thu biogas đạt cao nhất. Khoảng pH dòng vào tối ưu cho xử lý yếm khí nước thải sản xuất cồn có thể biến động từ 6.5 - 7. Tuy nhiên cần phải xem xét tính kinh tế giữa chi phí điều chỉnh pH từ 6.5 tới 7.0 so với giá trị khí thu được. Đối với nước thải sản xuất cồn, không nên duy trì pH dòng vào thiết bị ở mức dưới 6.0 vì quá thuỷ phân các chất ô nhiễm diễn ra rất nhanh, pH trong thiết bị sẽ hạ nhanh chóng khiến ảnh hưởng lớn tới hoạt động của các vi khuẩn metan hoá.

Hình 1.3: Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả khử COD

Hình 1.4: Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất sinh biogas

2.2.3. Ảnh hưởng của COD dòng vào và tải lượng COD:

Thí nghiệm được tiến hành với các giá trị: COD dòng vào thay đổi từ 8.113 ÷ 15.686 mg/l; pH = 6,87; thiết bị hoạt động ổn định ở nhiệt độ 35 ÷ 370C; thời gian lưu nước thải trong thiết bị 48 giờ.

Bảng 1.4: Ảnh hưởng của COD dòng vào và tải lượng COD tới hiệu quả xử lý thu biogas

CODv

(mg/l)

CODr

(mg/l)

pHv

pHr

YCOD

(%)

qCOD

(g/ngày)

Vbiogas

(lít/ngày)

Ybiogas

(lít/g CODCH)

Tk

(gCOD/l/ngày)

8953

594

6.87

7.33

93.36

146.28

74.90

0.512

4.180

9969

645

6.87

7.17

93.53

163.17

83.22

0.510

4.662

12198

713

6.87

7.27

94.15

200.99

101.50

0.505

5.743

15686

947

6.87

7.01

93.96

257.93

129.83

0.503

7.370

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

Với giá trị COD dòng vào lớn nhất đạt 15686 mg/l, thiết bị thí nghiệm vẫn có khả năng tải tốt với thời gian lưu 48 giờ và cho nước thải dòng ra có COD = 947 mg/l. Điều này chứng tỏ có thể tăng tiếp tải trọng COD dòng vào thêm nữa mà vẫn khống chế COD dòng ra ≈ 1000 mg/l – là mức COD mà thiết bị Aeroten có thể xử lý khá hiệu quả sau đó. Tuy nhiên do thời gian có hạn nên đề tài chưa nghiên cứu thêm được mức tải trọng lớn hơn.

Kết luận

Hình 1.5: Ảnh hưởng của COD tới hiệu quả khử COD

Hình 1.6: Ảnh hưởng của CODv tới hiệu suất sinh biogas

Từ kết quả thí nghiệm cho thấy: thời gian lưu đủ dài sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật chuyển hoá chất ô nhiễm, hiệu quả xử lý được nâng cao. pH dòng vào thích hợp cho xử lý yếm khí dịch hèm ở khoảng 6.5 – 7.0. Không nên để pH < 6.0 sẽ làm giảm hiệu quả xử lý của thiết bị. Việc nâng tải trọng chất hữu cơ dòng vào cần được tiến hành một cách từ từ và thận trọng, chú ý điều chỉnh pH thích hợp tránh gây “sốc” tải cho thiết bị. Khi vi sinh vật đã thích nghi, tải trọng của thiết bị được nâng cao nên rất nhiều, có thể xử lý dịch hèm có giá trị COD dòng vào đạt tới 15.686 mg/l thậm chí hơn nữa.

Tài liệu tham khảo

Tài liệu tiếng Việt

1. Bộ Công nghiệp - Tổng Công ty Rượu Bia Nước giải khát Việt Nam

Dự án quy hoạch tổng thể phát triển ngành Rượu – Bia - Nước giải khát và Bao bì Việt Nam đến năm 2020, Hà Nội 1999.

2. Bộ Công nghiệp - Tổng Công ty Rượu Bia Nước giải khát Việt Nam

Xây dựng quy chế bảo vệ môi trường ngành Rượu – Bia - Nước giải khát, Hà Nội 2003.

3. Trần Hiếu Nhuệ

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, Nhà xuất bản Đại học Xây dựng, Hà Nội 1990.

Tài liệu tiếng Anh

4. Gareth M. Evans, Judith C. Furlong

Environmental Biotechnology Theory and Application, University of Durham, UK and Taeus Biotech Ltd, England 2003

5. P.L. Paulo, B. Jiang, S. Rebac, L.Hulshoff Pol and G. Lettinga

Theromphilic anaerobic digestion of methanol in UASB reactor, Water Science and Technology, Vol 44 No 4 pp 129- 136 © IWA Publishing 2001.

6. P.L. Paulo*, B. Jiang*, K. Roest**, J.B. van Lier* and G. Lettinga*

Start – up of a thermophilic methanol – fed UASB reactor: change in sludge characteristics, Science and Technology, Vol 45 No 10 pp 145- 150 © IWA Publishing 2002.

7. L. Seghezzo*, R.G. Guerra*, S.M. González*, A.P. Trupiano*, M.E. Figueroa*, C.M. Cuevas*, G. Zeeman** and G. Lettinga**

Removal efficiency and methanogenic activity profiles in a pilot – scale UASB reactor treating settled sewage at moderate temperatures, Science and Technology, Vol 45 No 10 pp 243 - 248 © IWA Publishing 2002.

Nội dung đính kèmdownload

Phòng Quản lý khoa học & Đào tạo sau đại học