BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ
VÀ MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CÔNG TY TNHH HẢI LONG
NGÀNH: HOÁ LÝ THUYẾT VÀ HOÁ LÝ
MÃ SỐ: 62.44.3101
NGUYỂN VIẾT ĐẠI
Người hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN VĂN XÁ
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
HÀ NỘI 2005
MỤC LỤC
Trang
.....................................................................................................................................................4
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................7
CHƯƠNG I - TỔNG QUAN............................................................................................10
I.1 - Ngành chế biến nông lâm thuỷ sản và những vấn đề về môi trường
.....................................................................................................................10
I.2- Tổng quan về các công nghệ xử lý nước thải ..................................12
I.2- Các công nghệ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ..............................17
I.3- Công ty TNHH Hải Long và các vấn đề cần được giải quyết..........24
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM...........................................................32
II.1- Phương pháp xác định các chỉ số của nước thải..............................32
II.2- Phương pháp tính ............................................................................37
II.3- Đặc tính nước thải của công ty TNHH Hải Long............................38
II.4- Phương pháp mô tả thống kê, tối ưu hoá thực nghiệm....................39
II.5- Phương pháp xác lập mô hình vật lý...............................................42
II.6- Sơ đồ thí nghiệm.............................................................................44
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................47
III.1- Giai đoạn xử lý sơ cấp đông keo tụ:...............................................47

L: Mật độ tưới của tháp
M
hc
: Hàm lượng chất hữu cơ (COD)
T
l
: Nhiệt độ nước thải
ρ
l
:

Khối lượng riêng nước thải
K: Lưu lượng không khí
T
k
: Nhiệt độ không khí
Hàm lượng ôxy trong khí
ρ
k
:

khối lượng riêng của không khí
d: Đường kính hạt đệm
h: Chiều cao hạt đệm
D: Đường kính tháp
H: Chiều cao lớp đệm
A: Bề mặt riêng của đệm
V
0
: Thể tích riêng của đệm

đổi,... Công ty hiện không có hệ thống thu tách và xử lý nước thải. Việc
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
7
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
nghiên cứu thiết kế một hệ thống công nghệ xử lý nước thải phù hợp với điều
kiện hạ tầng và nguồn tài chính của Công ty là cần thiết.
Với mục đích trên luận văn giải quyết vấn đề “Nghiên cứu công nghệ và
mô hình hoá quá trình xử lý nước thải Công ty TNHH Hải Long” tập
trung vào phương pháp hoá lý và hoá sinh kết hợp làm đề tài nghiên cứu của
Luận văn này.
Đề tài được thực hiện với các nội dung sau:
Liệt kê đánh giá sơ bộ bức tranh công nghệ xử lý môi trường hiện nay.
Khảo sát công nghệ sản xuất, các nguồn thải và mức độ gây ô nhiễm của
Công ty TNHH Hải Long.
Xây dựng phương pháp nghiên cứu và hướng công nghệ xử lý.
Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải cấp 1 bằng phương pháp đông keo tụ,
dựa trên sự biến thiên của thông số COD.
Nghiên cứu quy trình xử lý nước thải cấp 2 bằng phương pháp hoá sinh,
dựa trên sự biến thiên của thông số COD.
Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý
Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng:
Phương pháp kế thừa: Một phần của Luận văn này được kế thừa từ những
kết quả đã có để xây dựng nghiên cứu mới phù hợp.
Phương pháp tổng hợp và phân tích thống kê: Dựa trên các số liệu đã có và
khảo sát thực địa.
Phương pháp mô hình thống kê: Nghiên cứu xử lý trong phòng thí nghiệm
trên các thiết bị.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
8
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý

nông, lâm, thuỷ sản năm 2000 đạt 4,3 tỷ USD, gấp hơn 1,7 lần năm 1995,
bình quân hàng năm chiếm khoảng 30% kim ngạch xuất khẩu cả nước; đã tạo
được 3 mặt hàng xuất khẩu chủ lực là gạo (đứng thứ 2 thế giới), cà phê (đứng
thứ 3) và thuỷ sản (chiếm 34% trị giá kim ngạch xuất khẩu toàn ngành).
Với vai trò to lớn như vậy, nghành công nghiệp chế biến NLTS cần được
quan tâm phát triển đúng theo vị trí của nó. Chúng ta cần quan tâm nghiên
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
10
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
cứu nâng cấp công nghệ, phát triển sản phẩm để ngành công nghiệp này xứng
đáng trở thành một trong những ngành công nghiệp nền tảng.
I.1.2- Những vấn đề môi trường gặp phải
Bên cạnh những mặt tích cực to lớn, ngành công nghiệp Chế biến NLTS
cũng để lại cho môi trường nhiều loại chất thải ở các thể rắn, lỏng, khí.
Khí thải
Ô nhiễm khí thải xuất phát từ hệ thống nồi hơi chủ yếu là bụi, CO, SO
2
,
NO
2
; thải lượng tỉ lệ thuận với lượng nhiên liệu tiêu thụ. Thông thường lượng
nhiên liệu tiêu thụ trên một tấn sản phẩm không lớn vì vậy thải lượng ô nhiễm
không khí của ngành là thấp. Chỉ cần có biện pháp xử lý đơn giản như sử
dụng xiclon ướt là có thể xử lý đạt tiêu chuẩn thải.
Nước thải
Các chất ô nhiễm theo nước thải chủ yếu là cặn lơ lửng, hợp chất hữu cơ
hoà tan hoặc tồn tại dạng keo, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, mầu sắc, dầu mỡ
với nồng độ cao (COD từ 1500-2000). Nguồn phát thải đa dạng, xuất hiện hầu
hết tại các công đoạn sản xuất. Vì vậy, thải lượng ô nhiễm trong nước thải rất
cao, khi thải ra môi trường gây nhiều ảnh hưởng đến thuỷ vực tiếp nhận như

12
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Bảng I. 1: Các phương pháp xử lý nước thải bằng thuỷ lực
Stt Thiết bị Tác dụng
1 Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng
2 Bể điều hoà Điều hoà lưu lượng và tải trọng BOD và SS
3 Khuấy trộn Khuấy trộn hoá chất và chất khí với nước thải và
giữ cặn ở trạng thái lơ lửng
4 Tạo bông Giúp cho việc tập hợp của các cặn nhỏ thành các
hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng
lực
5 Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn
6 Tuyển nổi Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ
trọng xấp xỉ tỷ trọng của nước hoặc sử dụng để nén
bùn sinh học
7 Lọc Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học
hoặc hoá học
8 Màng lọc Tương tự như quá trình lọc, tách tảo từ nước thải
sau hồ ổn định
9 Vận chuyển khí Bổ sung và tách khí
10 Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ từ nước thải
I.2.2- Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học - hoá lý
Phương pháp hoá học sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý nước thải.
Các thiết bị xử lý hoá học thường kết hợp với các thiết bị xử lý thuỷ lực. Mặc
dù có hiệu quả cao nhưng phương pháp xử lý hoá học thường đắt tiền và đặc
biệt có thể tạo thành các sản phẩm phụ độc hại, khó kiểm soát. Việc ứng dụng
các phương pháp xử lý hoá học được tóm tắt trong bảng I.2.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
13
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý

Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Mục đích của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là để xử lý các
chất hữu cơ hoà tan trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H
2
S,
sunfit, amoniac, nitơ, phốt pho,... dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật. Vi
sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh
trưởng và phát triển. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ sinh học
thường là các chất khí (CO
2
, N
2
, CH
4
, H
2
S), các chất vô cơ (NH
4
+
, PO
4
3-
) và tế
bào mới.
Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình ôxi hoá
sinh hoá. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hoà tan, cả chất keo và
các chất phân tán nhỏ trong nước thải phải di chuyển vào bên trong tế bào vi
sinh vật theo ba giai đoạn chính sau đây:
Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật.
Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ

phân để xử lý nước thải. Đó là phương pháp sử dụng phản ứng điện cực như
tách kim loại, hoà tan kim loại, ôxi hoá các chất có trong nước thải bằng dòng
điện, ... Mỗi đối tượng nước thải cần có phương pháp xử lý riêng biệt, các
phương pháp đó được tổng hợp trong bảng I.4:
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
16
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Bảng I. 4: Các phương pháp xử lý nước thải bằng điện hoá
Stt Phương pháp Tác dụng
1 Tách thu hồi kim loại Xử lý nước thải có hoà tan các kim loại quý,
kim loại nặng độc hại
2 Điện keo tụ với điện
cực anot hoà tan
Xử lý nước thải có nhiều chất lơ lửng phân tán
dạng keo, và các chất hữu cơ hoà tan.
3 Điện tuyển nổi bằng
thoát ly khí ở điện cực
Xử lý nước thải có nhiều chất lơ lửng khó keo
tụ bằng các phương pháp khác.
4 Ôxy hoá điện hoá Xử lý nước thải có chất hữu cơ hoà tan và các
hợp chất mang mầu có nguồn gốc hữu cơ.
I.2- Các công nghệ xử lý nước thải giàu chất hữu cơ.
Nước thải giàu chất hữu cơ đồng thời cũng chứa nhiều các chất ô nhiễm
khác như các dạng tồn tại của nitrơ, phốt pho, S
2-
, kim loại nặng, chất rắn lơ
lửng và chất mang mầu. Việc xử lý ô nhiễm thông thường tập trung theo các
hướng sau:
I.2.1- Hướng áp dụng phương pháp hoá lý - lắng đông keo tụ
Khi áp dụng hoá lý vào xử lý môi trường nước thải giàu chất hữu cơ chủ

trượt
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Kích thước của hạt mixen rất lớn và có bề mặt tích điện với điện thế ζ vì
vậy các hạt mixen cùng dấu luôn luôn đẩy lẫn nhau tạo thành trạng thái bền
của dung dịch. Thế ζ càng lớn thì hệ keo càng bền.
Đối với hạt keo có nhân là chất hữu tự nhiên cơ thường là keo âm do trong
công thức phân tử có chứa nhiều nhóm -OH, -CHO, -COOH.
I.2.1.2- Quá trình đông keo tụ.
Quá trình lắng đông keo tụ chính là quá trình giảm thế ζ dựa vào sự hoạt
động của các chất đông tụ, đó là các chất khi tan trong nước có khả năng thuỷ
phân tạo kết tủa hiđroxit hình thành các hạt keo dương, các hạt keo dương này
tương tác tĩnh điện với các hạt keo âm có sẵn trong nước thải, phá trạng thái
bền của hệ tạo thành các hạt có kích thước, trọng lượng lớn hơn và dễ dàng
lắng xuống. Để tăng hiệu suất và rút ngắn thời gian làm việc của hệ thống
lắng người ta bổ sung thêm chất trợ lắng có cấu trúc là các cao phân tử với
các nhóm chức khác nhau.
Chất keo tụ thông thường là muối của nhôm và sắt hoặc các dạng tồn tại
khác của chúng. Hoạt động của các chất keo tụ này theo nguyên tắc sau:
Khi cho chất đông tụ vào nước chúng phân ly thành các ion dương có hoá
trị lớn +3, +2 các ion này một mặt hấp phụ lên bề mặt hạt keo làm giảm thế ζ
mặt khác chúng thuỷ phân tạo thành các hiđroxit không tan tích điện dương
Me(OH)
n
m+
, các mầm hiđroxit này hấp phụ các ion tích điện trái dấu trong
dung dịch tạo thành các hạt mixen dương theo cơ chế sau:
Ví dụ với Me
3+
:
Me

Thông thường chất đông tụ được sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, sữa vôi,
hoặc các dạng tồn tại khác của chúng. Ngoài ra, người ta cũng có thể sử dụng
các loại bột ôxít kim loại khác cũng với mục đích tạo mầm hình thành hạt keo
dương như silíc ôxít. Mỗi loại hoá chất dùng cho đông keo tụ hoạt động trong
một vùng pH tối ưu khác nhau.
Với phèn nhôm khoảng pH thích hợp là 5,5 - 7,5 tại khoảng pH này lượng
ion nhôm tồn tại dạng Al(OH)
3
đến 80-90%. Hàm lượng phèn nhôm thưởng
được sử dụng trong khoảng 30 – 120 ppm tính cho hàm lượng muối nhôm
khan tuỳ thuộc vào hàm lượng chất lơ lửng của từng loại chất thải.
Với phèn sắt II khoảng pH ở 5 - 7,5, phèn sắt (III) khoảng pH ở 8 đến 10.
I.2.1.3- Chất trợ đông tụ:
Các chất này khi cho vào nước làm tăng nhanh khả năng liên kết giữa các
hạt bông tạo thành các mảng bông to hơn đủ khả năng lắng và hấp phụ các
chất khác trong nước. Trên thị trường các chất trợ đông tụ phổ biến là các loại
santangum, polyacryamid - PAA, polyacryamid biến tính - ACCOFLOC
v.v…. Có thể chia các chất này thành 3 loại theo nhóm phân ly là loại cation,
anion, nonion.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
20
(Me(OH)
n
m+
)
x
dung dịch
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Các chất đông keo tụ sử dụng trong đông keo tụ nước thải thường được sử
dụng với hàm lượng từ 1-15ppm tuỳ theo từng loại nước thải.

trình hình thành và phát triển rất phức tạp và có tuổi thọ lớn hơn.
Kỹ thuật sử dụng vật liệu mang để tạo màng VSV thường là đi kèm thông
khí tự nhiên hoặc cưỡng bức. Ban đầu hình thành các cá thể VSV đơn lẻ tại
các vùng lõm của bề mặt đệm tại đây ảnh hưởng của dòng lỏng và dòng khí
rất ít tạo điều kiện cho VSV hiếu khí phát triển sinh khối. Lớp sinh khối ban
đầu này phát triển ngày càng mạnh nhờ chất dinh dưỡng có trong nước thải và
ôxi của không khí (đây là quá trình tiếp xúc 3 pha rắn- lỏng- khí). Khối VSV
trong quá trình phát triển sinh ra lớp màng nhầy bao bọc. Lớp màng này có
vai trò chống lại tác động của dòng chảy vì vậy chúng có tác dụng bảo vệ rất
tốt, ngoài ra lớp màng nhầy này còn có tác dụng hấp phụ các chất dinh dưỡng
và ôxi nuôi VSV. Nhờ được bảo vệ chắc chắn tập hợp VSV này phát triển
ngày càng mạnh và lan rộng khắp bề mặt đệm gọi là màng sinh học.
Khi lớp màng phát triển đầy đủ nó sẽ có một cấu trúc hoàn chỉnh đi từ
ngoài vào gồm: lớp màng nhầy, lớp VSV hiếu khí, lớp VSV kị khí (do ôxi
không thể khuếch tán sâu vào trong). (xem hình I.3)
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
22
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Lớp màng nhầy
Bề mặt Lớp VSV Lớp VSV
chất mang yếm khí Hiếu khí

Chất hữu cơ

O
2
trong môi trường

Lớp sinh họcMàng chất lỏng môi trường
Hình I. 3: Cấu trúc của màng sinh học khi phát triển đầy đủ

lược về hoạt động sản xuất và chất thải của Công ty.
I.3.1- Các hoạt động sản xuất của Công ty
Công ty TNHH Hải Long hoạt động trong ngành sản xuất bia và chế biến
nông lâm thuỷ sản. Nằm cạnh bờ sông Lạch Tray (hạ lưu của hệ thống sông
Thái bình), địa chỉ của Công ty: 109 đường Trường Chinh, Kiến An, TP. Hải
Phòng. Ngày đầu khởi nghiệp, Công ty sản xuất bia hơi và các loại bánh từ
bột gạo, từ năm 2001 Công ty bắt đầu sản xuất agar từ nguyên liệu rong câu
chỉ vàng và rong sụn.
Hiện nay, công ty có xưởng sản xuất agar, xưởng sản xuất bia, xưởng sản
xuất thử nghiệm thạch rong câu, xưởng sản xuất bánh rế. Vì vậy, sản phẩm
của Công ty khá phong phú.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
24
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ - Chuyên ngành Hoá lý thuyết và Hoá lý
Bảng I. 5: Các sản phẩm của công ty TNHH Hải Long
Stt Tên gọi Đơn vị Số lượng
1 Agar Kg/ tháng 4.000
2 Bia Lít/ tháng 15.000
3 Bánh rế Cái/ tháng 30.000
“Nguồn: Báo cáo quan trắc nước thải công nghiệp – Công ty TNHH Hải
Long– Trung tâm Quan trắc môi trường Hải Phòng [9]”
Mỗi sản phẩm của công ty có một dây truyền công nghệ sản xuất riêng. Ở
đây luận văn chỉ đề cập đến các dây chuyền công nghệ sản xuât ra các sản
phẩm chính.
Hà Nội, tháng 11 năm 2005
25