Đề tài Ngăn chặn sự ô nhiễm

i Lời cám ơn Trước khi đi vào nội dung luận văn em xin chân thành cảm ơn đến: Thầy Nguyễn Phước Dân đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện để hoàn thành luận văn này. Cô Nguyễn Thị Thanh Phượng đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình vận hành mô hình thí nghiệm. Cùng toàn thể thầy cô khoa môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền đạt nguồn kiến thức và những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bố mẹ em đã tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn tốt này. Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện luận văn này, em kính mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thiện hơn vốn kiến của mình và có thể tự tin bước vào cuộc sống với vốn kiến thức có được. ii Lời mở đầu Môi trường là một trong những vấn đề mà hiện nay hầu hết ai cũng quan tâm, vấn đề không những tự nó phát sinh mà nguyên nhân chính là do nhu cầu cuộc sống của con người gây ra. Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên nghiêm trọng, đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà không được xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống toàn cầu. Việt Nam chúng ta đã và đang chú trọng đến việc cải tạo môi trường và ngăn ngừa ô nhiễm. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, tình trạng ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng, hầu hết các con kênh rạch trong Thành phố đều ô nhiễm nặng nề, những làn khói bụi thoát ra từ các nhà máy, xe cộ đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khỏe của người dân. Vấn đề cấp bách đặt ra cho cấp lãnh đạo thành phố hiện nay là cần ngăn chặn các nguồn ô nhiễm và tái tạo lại môi trường thành phố. Tuy nhiên, để ngăn chặn sự ô nhiễm trước tiên phải xử lý các nguồn gây ô nhiễm thải vào môi trường, có nghĩa là các nhà máy, xí nghiệp, các khu thương mại trong quá trình hoạt động và sản xuất phát sinh chất thải phải được xử lý triệt để. Muốn vậy, cần phải ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý triệt để các loại chất thải phát sinh là điều tất yếu phải làm đối với mỗi chúng ta. iii Mục lục CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 1.1. GIỚI THIỆU .................................................................................................... 1 1.2. MỤC ĐÍCH...................................................................................................... 1 1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI ........................................................................................... 1 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................................................................. 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN....................................................................................... 3 2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH ............................................................... 3 2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính ............................................ 3 2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính..................................................... 3 2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối............................................................................ 4 2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính.............................................................. 10 2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH ......... 12 2.2.1. Ảnh hưởng của pH................................................................................... 12 2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ........................................................................... 13 2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng .................................................................. 14 2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải...................................... 15 2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt ............................................... 15 2.2.6. Sự lên men của nước thải ......................................................................... 15 2.2.7. Nhu cầu oxy............................................................................................. 16 2.2.8. Lượng dinh dưỡng ................................................................................... 16 2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối)................................................... 19 2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn ............................................................................. 19 2.2.11. Thời gian lưu bùn .................................................................................. 19 2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH .................................................................. 20 2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth) ............................................. 20 2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs)................................................ 21 2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi (Filamentous bulking)........................ 21 2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal (Zoogloeal growth)............................................................................................ 24 2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge) ........................................................................... 26 2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum) ............................................................................ 27 a. Bọt ............................................................................................................. 29 b. Váng .......................................................................................................... 30 2.4. LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT.................................................... 31 2.4.1. Bùn tạo khối ............................................................................................ 31 2.4.2. Bọt váng .................................................................................................. 36 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 39 3.1. NỘI DUNG THỰC HIỆN .............................................................................. 39 3.2. THÍ NGHIỆM 1: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA .... 39 3.3. THÍ NGHIỆM 2: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ ................................................................. 42 iv 3.4. THÍ NGHIỆM 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ............................................................................. 44 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................. 47 4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA.......................................................................................................... 47 4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM .......................................................................... 58 4.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI pH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM ............................................................................................. 69 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 81 5.1. KẾT KUẬN ................................................................................................... 81 5.2. KIẾN NGHỊ................................................................................................... 81 v Danh sách các bảng Bảng 2.1 Các đặc tính trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật............................... 9 Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính .................................. 13 Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn...... 16 Bảng 2.4 Phần trăm thành phần của các nguyên tố chính trong tế bào vi khuẩn tính trên trọng lượng khô ................................................................................................. 16 Bảng 2.5 Giá trị dinh dưỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD) ............................... 17 Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho quá trình bùn hoạt tính ............................. 18 Bảng 2.7 Các loài vi khuẩn dạng sợi thường gặp gây ra hiện tượng bùn tạo khối ...... 21 Bảng 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn khối nhớt ................................................... 23 Bảng 2.9 Các dấu hiệu nhận biết có quá trình khử nitrat ........................................... 24 Bảng 2.10 Các dạng vi khuẩn gây bọt váng thường gặp............................................ 25 Bảng 2.11 Ảnh hưởng của sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học đến sự hình thành bọt/váng .......................................................................................................... 26 Bảng 2.12 Những dạng bọt chính trong bùn hoạt tính ............................................... 27 Bảng 2.13 Kiểm soát bọt do thiếu dinh dưỡng .......................................................... 33 Bảng 2.14 Kiểm soát bọt do chất béo, dầu mỡ .......................................................... 35 Bảng 3.1 Các thông số đầu vào của nước thải thuộc da............................................. 36 Bảng 3.2 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .................................................................................................................... 36 Bảng 3.3 Số lần pha loãng theo từng tải trọng........................................................... 37 Bảng 3.4 Thể tích dung dịch KH2PO4 cần châm vào các mô hình............................ 38 Bảng 3.5 Các thông số đầu vào của nước thải chế biến men thực phẩm .................... 38 Bảng 3.6 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ........................................................................................... 39 vi Bảng 3.7 Số gam mật rỉ đường tương ứng với từng tải trọng .................................... 39 Bảng 3.8 Thể tích dung dịch dinh dưỡng ứng với mỗi tải trọng ................................ 40 Bảng 3.9 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm ................................................................................................. 41 Bảng 3.10 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu ................................................... 42 Bảng 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .. 44 Bảng 4.2 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình sau khi ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da..................................................................... 45 Bảng 4.3 Biến thiên clorua của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................................. 47 Bảng 4.4 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da48 Bảng 4.5 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .................................................................................................................... 49 Bảng 4.6 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................................. 51 Bảng 4.7 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................. 52 Bảng 4.8 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm................................................................................................................. 54 Bảng 4.9 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm....................................................... 55 Bảng 4.10 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 57 Bảng 4.11 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ........................................................................................... 59 Bảng 4.12 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ................................................................................................. 60 vii Bảng 4.13 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm .................................................................................... 61 Bảng 4.14 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH (pH = 4 – 11) đối với nước thải chế biến men thực phẩm ........................................................................................... 64 Bảng 4.15 COD đầu ra của mô hình pH = 12........................................................... 64 Bảng 4.16 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình ổn định của nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 65 Bảng 4.17 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm................................................................................................................. 66 Bảng 4.18 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12......................................................... 67 Bảng 4.19 SVI đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm......................................................................................................................... 68 Bảng 4.20 SVI đầu ra của mô hình pH = 12............................................................ 68 Bảng 4.21 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm................................................................................................................. 69 Bảng 4.22 Biến thiên MLSS của mô hình pH = 12 đối với nước thải chế biến men thực phẩm................................................................................................................. 69 Bảng 4.23 Biến thiên pH đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 71 Bảng 4.24 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm................................................................................................... 72 viii Danh sách các hình Hình 2.1 Trùng biến hình (amoebae) ..........................................................................5 Hình 2.2 Trùng roi (flagellate) .................................................................................... 5 Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate)............................................... 6 Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa) ............................................7 Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa) ........................................8 Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode).............................................. 8 Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer)................................................................................. 9 Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào ....................................................................9 Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt .......................................................................... 11 Hình 2.10 Bùn liên kết yếu ....................................................................................... 12 Hình 2.11 Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi ........................................................... 21 Hình 2.12 Hình minh họa bùn dạng bọt váng Nocardia............................................. 26 Hình 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da... 44 Hình 4.2 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................... 46 Hình 4.3 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da .................................................................................................................... 46 Hình 4.4 Clorua đầu ra cúa thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da47 Hình 4.5 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da48 Hình 4.6 Biến thiên SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ................................................................................................................................. 50 Hình 4.7 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................................. 51 Hình 4.8 COD đầu ra và clorua đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................... 52 ix Hình 4.9 Độ đục và SVI đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ........................................................................................ 53 Hình 4.10 MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da ............................................................................................................. 53 Hình 4.11 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (0.3; 0,5; 1,0; 1,5 kg COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phẩm....................................... 55 Hình 4.12 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (2,0; 4,0; 6,0 kg COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phẩm....................................... 55 Hình 4.13 COD vào, COD ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm............................................................................ 56 Hình 4.14 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ................................................................................................. 57 Hình 4.15 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 58 Hình 4.16 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ........................................................................................... 59 Hình 4.17 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm ................................................................................................. 60 Hình 4.18 COD đầu ra và độ đục đầu ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm................................................................ 62 Hình 4.19 SVI và MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm............................................................................ 63 Hình 4.20 COD đầu ra khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 ......................................... 64 Hình 4.21 COD đầu ra của mô hình pH = 12 ............................................................ 65 Hình 4.22 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm ......................................................................................................... 66 Hình 4.23 Độ đục đầu ra khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11...................................... 67 x Hình 4.24 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12 ......................................................... 67 Hình 4.25 Biến thiên SVI khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 .................................... 68 Hình 4.26 SVI của mô hình pH = 12......................................................................... 69 Hình 4.27 Biến thiên MLSS khi pH đầu vào thay đổi ............................................... 70 Hình 4.28 MLSS của mô hình pH = 12..................................................................... 70 Hình 4.29 pH đầu ra khi pH đầu vào thay đổi ........................................................... 71 Hình 4.30 SVI trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm ................................................................................................. 72 Hình 4.31 MLSS và COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm...................................................................... 73 Hình 4.32 COD đầu ra và độ đục đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực phẩm.................................................................. 73 Hình 4.33 pH đầu ra trung bình ổn định khi pH đầu vào thay đổi.............................. 74 xi Danh sách các từ viết tắt BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hoá. COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hoá học. DO (Dissolved Oxygen): Nồng độ oxy hoà tan. SS (Suspended Solid): Chất rắn lơ lửng. MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng. MLVSS (Mix Liquid Volatile Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng bay hơi trong bùn lỏng. SVI (Sludge Volume Index): Chỉ số thể tích bùn. SRT (Solid Retention Time): Thời gian lưu bùn. F/M (Food – Microorganism ratio): Tỉ lệ thức ăn cho vi sinh vật. TN: Hàm lượng Nitơ tổng. TP: Hàm lượng Photpho tổng. TSS: Tổng chất rắn lơ lửng. TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam. CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1.1. GIỚI THIỆU - Hiện nay, có rất nhiều phương pháp được dùng để xử lý nước thải, bao gồm: cơ học, hóa lý, sinh học,…Trong đó, phương pháp sinh học đang được coi như là phương pháp hữu hiệu trong lĩnh vực xử lý nước thải vì những ưu điểm của nó như: đơn giản, rẻ tiền, hiệu quả cao hơn các biện pháp cơ học, hóa lý,…Quá trình công nghệ này hoạt động dựa trên sự hoạt động của hệ vi sinh vật. Vì vậy, để có thể áp dụng hiệu quả phương pháp xử lý này, điều kiện tiên quyết là phải có một quần thể vi sinh vật tốt hay nói theo từ chuyên môn là bùn hoạt tính để phân hủy chất ô nhiễm. - Tuy nhiên, không phải lúc nào bùn cũng có hoạt tính mạnh để xử lý nước thải. Trái lại, các kỹ sư vận hành phải thường xuyên đối mặt với vô số những rắc rối phát sinh khi vận hành bùn hoạt tính. Một trong những rắc rối thường gặp đó là việc suy giảm hay mất đi quần thể vi sinh vật hay còn gọi là hiện tượng bùn tạo khối. Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng nói trên trong đó các yếu tố vận hành như pH, tải trọng,… có ảnh hưởng khá quan trọng. Vì vậy, đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính” được đề ra để nghiên cứu, theo dõi với mong muốn sẽ làm tăng hiệu quả vận hành để nâng cao hiệu suất xử lý của hệ thống xử lý sinh học. 1.2. MỤC ĐÍCH Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành bao gồm pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính. 1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI - Nghiên cứu được tiến hành trên các mô hình phòng thí nghiệm, là những mô hình hoạt động theo từng mẻ có thể tích 2 lít. Mô hình được vận hành trong vòng 3 tháng, bao gồm 3 thí nghiệm như sau: Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải thuộc da của công ty Đặng Tư Ký thuộc Khu Công Nghiệp Lê Minh Xuân. CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 2 Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải chế biến thực phẩm Maurine – La Ngà. Thí nghiệm 3: Đánh giá ảnh hưởng của pH đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải chế biến men thực phẩm Maurine – La Ngà. - Các thông số ảnh hưởng đến nghiên cứu bao gồm: pH và tải trọng. 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Bao gồm: - Tổng quan về bùn hoạt tính và một số hiện tượng liên quan đến bùn hoạt tính như bùn phát triển phân tán, bùn nổi, bùn tạo khối,…và các phương pháp để kiểm soát các hiện tượng bùn tạo khối, tạo bọt. - Xây dựng mô hình phòng thí nghiệm. - Tiến hành các thí nghiệm:  Thí nghiệm 1: thay đổi tải trọng từ 0,3 – 0,5 – 1,0 – 1,5 – 2,0 kgCOD/m3.ngày đối với nước thải thuộc da.  Thí nghiệm 2: thay đổi tải trọng từ 0,3 – 0,5 – 1,0 – 1,5 – 2,0 – 4,0 – 6,0 kgCOD/m3.ngày đối với nước thải chế biến men thực phẩm Maurine – La Ngà.  Thí nghiệm 3: thay đổi pH như sau: 4, 6.5 – 7.5, 8.5, 11, 12 đối với nước thải chế biến men thực phẩm Maurine – La Ngà. - Xử lý và thảo luận kết quả thu được. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 3 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH 2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí - bùn hoạt tính ngày nay đã trở nên rất phổ biến và quen thuộc. Tổ tiên của phương pháp này là tiến sĩ Angus Smith. Vào cuối thế kỉ trước, ông đã nghiên cứu việc làm thoáng khí tạo điều kiện oxy hoá chất hữu cơ làm giảm ô nhiễm trong nước thải. Và từ đó, có rất nhiều nghiên cứu về vấn đề này. Năm 1910, Black và Phelps thấy rằng có thể làm giảm ô nhiễm nước thải đáng kể bằng cách sục khí. Nhiều thí nghiệm tiếp theo đã đưa đến thí nghiệm Lowrence trong suốt năm 1912, 1913 của Clark và Gage. Hai ông thấy rằng nước thải được làm thoáng, cùng với việc nuôi cấy vi sinh trong các bình, các hồ được che một phần bằng các máng che cách nhau 25mm sẽ tăng khả năng làm sạch nước. Dựa vào kết quả của công trình nghiên cứu này, Tiến sĩ G.J. Flower đại học Manchester, Anh thực hiện một số thí nghiệm tương tự và cuối cùng đã đưa đến công trình của Arden và Lockett tại viện nghiên cứu nước thải Manchester. Trong suốt quá trình thí nghiệm của mình, hai ông phát hiện rằng, bùn đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải bằng cách sục khí. Công trình nghiên cứu này được tuyên bố vào ngày 3/5/1914. Arden và Lockett đặt tên cho quá trình này là quá trình bùn hoạt tính. 2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là một tập hợp gồm nhiều vi sinh vật và các hạt có kích thước khác nhau. Các hạt có thể là các vi khuẩn 0.5 - 5µm hoặc là các bông bùn lớn từ 1mm trở lên. Bùn hoạt tính là có nhiệm vụ làm giảm nồng độ chất hữu cơ (C và năng lượng) và vô cơ đến mức thấp nhất có thể. Do vậy mà quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính phải sống trong môi trường cạnh tranh gay gắt. Chỉ có quần thể sinh vật nào có khả năng thích nghi tốt mới có thể sống sót. Tuy nhiên loài chiếm ưu thế trong quần thể vi sinh vật thường thay đổi do các yếu tố ảnh hưởng không phải lúc nào cũng giống nhau. Nhưng dù là loài nào đi chăng nữa thì cũng phản ảnh đầy đủ đặc điểm của hệ thống bùn hoạt tính đó. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 4 Quần thể chủ yếu của bùn hoạt tính là các vi khuẩn dị dưỡng (ăn các chất vô cơ) như Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Flavobacterium, Citromonas, Zooglea. Ngoài ra còn có một số vi sinh vật khác như nấm, protozoa (động vật nguyên sinh) và metazoa (động vật đa bào). Trong bùn hoạt tính cũng có các hạt vô cơ và hữu cơ (từ nước thải), các polymer ngoại bào (để tăng cường quá trình kết bông) và các hạt dễ bay hơi. Tuy nhiên các vi sinh vật trong bùn hoạt tính được chia làm 2 nhóm chính: - Nhóm phân huỷ: chịu trách nhiệm phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước thải. Đại diện cho nhóm này gồm có vi khuẩn, nấm, cynaphyta không màu. Một số động vật nguyên sinh cũng có khả năng phân huỷ chất hữu cơ tan nhưng các chất này phải ở nồng độ cao. Ngược lại chúng sẽ không làm tốt công việc này như vi khuẩn. - Nhóm tiêu thụ: có nhiệm vụ tiêu thụ các vi khuẩn và các tế bào vi khuẩn, thường được gọi chung là chất nền. Nhóm này chủ yếu là microfauna (động vật hiển vi) gồm động vật nguyên sinh và động vật đa bào. Khoảng 95% loài trong bùn hoạt tính làm chức năng phân huỷ (trong đó chủ yếu là vi khuẩn). Qua đó ta thấy vai trò loại bỏ chất bẩn của động vật hiển vi không đáng kể. 2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối Vi sinh vật có thể sinh trưởng thêm nhiều nhờ sinh sản phân đôi, sinh sản giới tính, nhưng chủ yếu chúng phát triển bằng cách phân đôi. Thời gian cần để phân đôi tế bào thường gọi là thời gian sinh sản, có thể dao động từ dưới 20 phút đến hằng ngày. Các giai đoạn sinh trưởng của vi khuẩn: 1- Giai đoạn tiềm tàng hay thích nghi (giai đoạn sinh trưởng chậm - Lag phase): là giai đoạn vi khuẩn cần thời gian để thích nghi với môi trường dinh dưỡng. Ở giai đoạn này, nồng độ BOD trong nước thải cao, nồng độ oxy hoà tan thấp. Nhóm protozoa có thể sống trong điều kiện này là trùng biến hình (amoebae) và trùng roi (flagellates). Trùng tiên mao (ciliated protozoa), trùng bánh xe (rotifers), giun tròn sống tự do (free-living nematodes) cũng xuất hiện ở giai đoạn này nhưng số lượng ít CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 5 và khả năng hoạt động không hiệu quả. Vì vậy, hiệu quả xử lý BOD trong suốt pha lag không cao, nước thải bị đục. Hình 2.1 Trùng biến hình (amoebae) Hình 2.2 Trùng roi (flagellate) 2- Giai đoạn tăng sinh khối theo số mũ (Log phase): Ở pha log vi khuẩn sản xuất ra nhiều enzym cần thiết để làm giảm BOD và tổng hợp tế bào cần thiết cho quá trình sinh trưởng. Có thể chia pha log thành hai giai đoạn nhỏ. - Trong nửa giai đoạn đầu, tế bào vi khuẩn hấp thụ BOD và hàm lượng bay hơi của MLSS tăng. Lúc này vi khuẩn chưa sinh trưởng nhiều. - Trong nửa giai đoạn còn lại, quá trình tổng hợp và sinh trưởng xảy ra. Vi khuẩn sử dụng cBOD đã hấp thụ được để sản sinh ra tế bào mới, số lượng vi khuẩn CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 6 lúc này tăng nhanh theo cấp số mũ. Hiệu quả xử lý BOD lúc này rất cao. Nồng độ ô nhiễm trong nước thải giảm và nồng độ oxy hòa tan tăng. Số lượng trùng tiên mao bơi (free-swimming ciliates) tăng nhanh trong suốt pha log và là động vật nguyên sinh đặc trưng ở pha này, thời gian sinh trưởng của trùng tiên mao bơi khoảng 24 giờ. Trong khi đó, trùng biến hình (amoebae) và trùng roi (flagellates) không thể cạnh tranh thức ăn với trùng tiên mao nên trong giai đoạn này số lượng trùng biến hình và trùng roi giảm. Sự xuất hiện của một lượng lớn trùng tiên mao bơi làm tăng hiệu quả xử lý, chất lượng nước thải đầu ra được cải thiện đáng kể: nồng độ BOD, nồng độ TSS và độ đục giảm. Ngoài ra, trùng tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống, trùng bánh xe, và giun tròn sống tự do cũng xuất hiện nhưng số lượng rất ít. Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate) 3- Giai đoạn tăng trưởng chậm dần (Declining log phase): Đây là giai đoạn quan trọng nhất đối với sự phát triển của vi sinh vật cũng như sự hình thành bông bùn. Trong giai đoạn này, có 2 điều kiện quan trọng để hình thành bông bùn. Đầu tiên, phải có một lượng lớn vi khuẩn. Thứ hai, các vi khuẩn này phải sản xuất ra một lượng lớn các sợi tế bào cùng các polysaccarit và các hạt polyhydrobutyrate (PHB). Các sợi tế bào, polyscaccarit và PHB chính là các yếu tố hình thành bông bùn. Các sợi tế bào có kích thước rất nhỏ (2 - 5nm), gồm nhiều gốc hoá học như cacbonxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), sulfhydryl (-SOOH) và photphoryl (-POOH). Những gốc hoá học này sẽ bị ion hoá trong khoảng pH tối ưu của bùn hoạt tính. Khi đó, phân tử hydro sẽ CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 7 tách ra, còn lại là các gốc ion âm (-COO-, -O-, -SOO-, -POO-). Các gốc này hoạt động như các ion âm, chúng sẽ kết hợp với các ion đa hoá trị trong nước thải ví dụ như Ca2+ và liên kết các vi khuẩn lại với nhau, hình thành bông bùn. pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ ion hoá nên khi pH thay đổi sẽ ảnh hưởng quá trình tạo bông bùn. Nhiều loại polysaccarit không hòa tan được sản sinh trong suốt quá trình tạo bông. Các polysaccarit này đóng vai trò như chất kết dính để gắn kết các tế bào vi khuẩn lại với nhau. Trong giai đoạn này, lượng sinh khối rất nhiều và đa dạng, hiệu quả xử lý BOD cao. Số lượng trùng tiên mao nhiều, trong đó chiếm ưu thế là trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa). Trùng tiên mao bơi không nhiều vì ở giai đoạn này lượng vi khuẩn ít phân tán gây khó khăn trong việc tìm thức ăn cho loài này. Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa) 4- Giai đoạn hô hấp nội bào (Endogenous phase): Trong giai đoạn này xảy ra hiện tượng giảm dần sinh khối. Phần lớn lượng BOD bị vi khuẩn phân hủy trong giai đoạn này được sử dụng cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn hơn là tổng hợp và sinh trưởng. Một điều thay đổi đáng kể trong giai đoạn này là sự phát triển của các vi khuẩn dạng sợi (filamentous). Bông bùn trong giai đoạn này cần có một lượng vi khuẩn dạng sợi đủ để phát triển ở kích thước trung bình (150 - 500m) và kích thước lớn (> 500m). Trong giai đoạn này, vi sinh đa dạng, do đó đẩy nhanh hiệu quả xử lý. Ở giai đoạn này, nước thải đã được xử lý gần hết, mức độ ô nhiễm giảm mạnh. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 8 Số lượng trùng tiên mao bò và trùng tiên mao có cuống ở giai đoạn này rất cao. Dưới những điều kiện tối ưu, số lượng của chúng có thể là 50.000/ml. Trùng bánh xe và giun tròn sống tự do cũng như những động vật đa bào khác có thời gian phát sinh trưởng dài hơn so với động vật nguyên sinh, thời gian sinh trưởng của chúng là vài tuần. Thời gian này thường lâu hơn tuổi bùn của hầu hết các quá trình bùn hoạt tính. Thời gian sinh trưởng dài chính là một trong 2 yếu tố làm cho số lượng trùng bánh xe không nhiều. Yếu tố thứ hai là do sự xáo động trong môi trường bùn hoạt tính gây khó khăn cho vi sinh vật đực và cái gặp nhau. Chúng sẽ tăng nhanh trong môi trường ổn định và có tuổi bùn cao, thường là trong các hồ sinh học. Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa) Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode) CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 9 Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer) Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào Hình 2.8 minh họa bùn tốt vì bông bùn rất to đồng thời có sự xuất hiện rất nhiều của trùng tiên mao có cuống. Bảng 2.1 Các đặc tính trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật Các đặc tính Giai đoạn thích nghi Giai đoạn tăng sinh khối theo số mũ Giai đoạn sinh trưởng chậm dần Giai đoạn hô hấp nội bào Bông bùn Chưa có Chưa có Xuất hiện Xuất hiện Hình dạng bông bùn - - Hình cầu Bất thường BOD Cao Cao Trung bình Thấp CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 10 DO Thấp Thấp Trung bình Cao Số lượng vi khuẩn Thấp Trung bình Nhiều Nhiều Vị trí vi khuẩn Phân tán Phân tán Nằm trong bông bùn Nằm trong bông bùn Loài ưu thế Trùng biến hình và trùng roi Trùng tiên mao bơi Trùng tiên mao bò Trùng tiên mao bò và trùng tiên mao có cuống Chất rắn mịn Đáng kể Đáng kể Không đáng kể Không đáng kể 2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính Bùn hoạt tính gồm các cá thể vi sinh vật không sống độc lập mà phát triển theo từng khối. Khả năng tạo bông là đặc tính quan trọng nhất của bùn hoạt tính. Nhờ có sự kết bông mà bùn có một tốc độ lắng thích hợp và chỉ có lắng trọng lực là cách hiệu quả và kinh tế nhất để tách bùn khỏi nước thải đã xử lý. Những vi sinh vật có khả năng kết bông hoặc chỉ cần có khả năng kết dính vào bông bùn sẽ có lợi cho bản thân hơn rất nhiều so với những loài sống riêng rẽ: - Chúng được giữ lại trong bùn hoạt tính trong khi các loài không có khả năng tạo bông hay kết dính sẽ bị cuốn trôi đi. - Phát triển thành khối sẽ bảo vệ cho chúng chống lại sự đe dọa của các loài khác. - Các vi sinh vật tạo bông có trong bùn hoạt tính như Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Citromonas, Flavobacterium và Zoogloea có khả năng chuyển các chất hữu cơ thành glycocalyx. Glycocalyx là một lớp polysaccharide bao xung quanh lớp màng bên ngoài của các tế bào gram âm và lớp peptidoglycan của tế bào gram dương. Nó như một loại polymer hữu cơ có tác dụng làm tăng độ nhớt của nước, do đó làm cho các tế bào chất riêng lẻ có thể hình thành nên một vi môi trường cho các enzym ngoại bào hoạt động. Mạng polymer glycocalyx nhớt này làm cho các cá thể kết dính vào nhau hoặc dính vào các bề mặt chất rắn khác và tạo nên các khối lớn hơn. Do đó có thể nói rằng glycocalyx có nhiệm vụ kết dính các tế bào chất lơ lửng và hình thành những lớp màng sinh học. Thực tế trong hệ thống xử lý nước thải, CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 11 các hạt lơ lửng, đặc biệt là các hạt vô cơ nặng, thường bị dính vào mạng polymer này hơn là các tế bào vi sinh vật. Từ đó mà các bông bùn nặng được hình thành. Li và Ganczarczyk đã sử dụng các phân tích hình ảnh để nghiên cứu vai trò của mạng polymer đối với việc kết bông và xác định đặc điểm của bùn hoạt tính. Họ đã đưa ra 4 kết luận sau: - Lượng polymer sinh học trong bùn có tải trọng cao hơn thường ít hơn trong bùn có tải trọng thấp hơn vì các polymer ngoại bào được hình thành chủ yếu ở giai đoạn hô hấp nội bào. - Vi sinh vật không phân chia giống nhau trong mạng polymer mà phân tán thành các cụm vi sinh không đều nhau trong bùn hoạt tính. - Cấu trúc bên trong của bùn có những đường rãnh cũng như các hốc nằm rải rác ngẫu nhiên tạo điều kiện cho các dòng nước có thể đi xuyên qua. - Bản thân mạng polymer (không kể đến sự hiện diện của các vi khuẩn dạng sợi trong bông bùn) đã có thể duy trì sự nguyên vẹn của các bông bùn lớn dù đang có một sự xáo trộn lớn trong bể (tức là dù có sục khí mạnh thì các bông bùn cũng không bị vỡ nếu được hình thành từ mạng polymer). Trường hợp bùn tạo khối, các bông bùn được giữ ổn định nhờ một loại khung được tạo bởi các vi khuẩn dạng sợi. a. Khả năng tạo bông của bùn Ở giai đoạn tăng trưởng cấp số mũ, vi khuẩn bị biến mất trong môi trường nuôi cấy. Vào thời điểm chuyển sang giai đoạn chậm dần, chúng kết lại thành bông có màu nâu nhạt, có thể dài đến vài mm có hình dạng phân nhánh như cái găng tay. Các vi khuẩn này xuất hiện thành từng nhóm dạng keo hay bông xuất hiện ở giai đoạn chuyển hoá nội bào. Hiện tượng kết bông của vi sinh rất phức tạp được kiểm soát bởi trạng thái sinh lý của tế bào, là một đặc tính của nhiều vi sinh, có liên quan đến sự tiết ra polymer mà trong đó các polysacarit đóng vai trò đặc biệt. Trong điều kiện nuôi cấy tối ưu, bùn hoạt tính được hình thành ở dạng những bông dễ dính vào nhau và dễ lắng. Dưới đây là hình minh họa bùn kết bông tốt: CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 12 Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt b. Cơ chế của việc tạo bông Cơ chế của việc tạo bông sinh học và các yếu tố quyết định cơ chế đó đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Theo Mc.Kinney, sự tạo bông sinh học gây ra do việc giảm diện tích đến giá trị tới hạn cho phép các tế bào tụ hợp lại trong quá trình chuyển động tự do của chúng. Việc giảm diện tích bề mặt tế bào bắt đầu vào thời điểm khi mà các lớp vỏ tế bào được phủ bằng vật liệu polysacarit sản sinh bởi tế bào, chủ yếu là vào giai đoạn chuyển hoá nội bào. K.rabtree và những người khác gắn quá trình tạo bông sinh học với việc hình thành polymer nội bào axit poly--oxy butyric. Nhưng phần lớn các chuyên gia lại gán cho polymer này chức năng của chất dự trữ bị tiêu hao trong giai đoạn chuyển hoá nội bào tức là giai đoạn mà quá trình tạo bông sinh học xảy ra mạnh nhất. Hiện nay được nghiên cứu đầy đủ nhất là lý thuyết kết dính tế bào dưới tác động của polymer ngoại bào. Theo thuyết này thì sự tạo bông sinh học xảy ra bằng cách tác động tương hỗ của những chất đa điện ly cao phân tử do các tế bào sinh ra với bản thân tế bào vi khuẩn. Kết quả là các chất đa điện ly nối và liên kết những tế bào riêng biệt thành các tổ hợp và bông có khả năng tách khỏi pha lỏng bằng phương pháp lắng. 2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 2.2.1. Ảnh hưởng của pH pH là một yếu tố chính trong sự phát triển của vi sinh vật. pH lớn quá hay thấp quá đều ảnh hưởng xấu tới đời sống vi sinh. Sự hình thành bông bùn tốt nhất ở pH CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 13 nằm trong khoảng 6.5 - 8.5. Khi pH 8.5, liên kết giữa các bông bùn trở nên yếu, bùn nổi lên do các vi khuẩn không liên kết chặt chẽ. Hình 2.10 Bùn liên kết yếu 2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ nước thải có ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải. Nhiệt độ không những ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật mà còn tác động lớn tới quá trình hấp thụ khí oxy vào nước thải và sự phát triển cũng như tính lắng của bông bùn. Khi nồng độ MLVSS cao (> 10,000 mg/l): sự thay đổi nhiệt độ sẽ gây ra ảnh hưởng vật lý đến bông bùn. Nếu nhiệt độ giảm, nước thải sẽ trở nên nặng làm giảm tốc độ lắng của bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, nước thải ít nặng hơn nên tốc độ lắng của bông bùn tăng lên. Khi nồng độ MLVSS khá nhỏ, khoảng 2000 mg/l thì sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, vi sinh hoạt động nhiều hơn làm sinh ra nhiều chất không hòa tan được như lipids và dầu mỡ. Những chất này được bông bùn hấp thụ nên vận tốc lắng giảm xuống. Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính Nhiệt độ (º C) Ảnh hưởng > 38 Ảnh hưởng bất lợi đối với việc hình thành bông bùn CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 14 > 32 Động vật nguyên sinh kém hoạt động > 16 Tốc độ khử nBOD tăng đáng kể > 14 Tốc độ khử cBOD tăng đáng kể > 12 Bông bùn hình thành nhanh chóng > 8 Chất béo, dầu, mỡ giảm xuống > 4 Động vật nguyên sinh hoạt động mạnh mẽ 2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều kim loại nặng độc hại. Hầu hết các kim loại nặng xâm nhập vào bùn hoạt tính ở dạng hòa tan như oxit kim loại hay dưới dạng các ion tự do như Cu2+, Pb2+. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi khuẩn, một vài phản ứng hóa học và lý học sẽ xảy ra. Sự hiện diện của các kim loại này ở tế bào vi khuẩn sẽ làm bông bùn nặng hơn. Một vài kim loại nặng hấp thụ vào trong tế bào vi khuẩn, khi vào trong tế bào vi khuẩn, chúng sẽ tấn công các enzyme. Điều này thường xảy ra ở vị trí nhóm thiol (-SH) trong các amino acid. Khi các enzyme bị tấn công sẽ làm trì trệ hoạt động của các vi khuẩn. Kim loại nặng không chỉ tấn công vi khuẩn mà còn tấn công trùng tiên mao, trùng bánh xe, giun tròn di chuyển tự do. Việc này dẫn tới làm giảm hoạt động của các vi sinh vật và chúng bị rửa trôi nhiều ở dòng ra. Có nhiều chỉ thị để nhận biết trong nước thải có kim loại nặng. Có thể dùng kính hiển vi, chỉ thị sinh học, hóa học. Nếu dùng kính hiển để xem bùn, ta có thể nhận biết sự hiện diện của kim loại nặng khi bùn phát triển phân tán, giảm mật độ hay thay đổi hình dạng bông bùn, thay đổi hoạt động và số lượng trùng tiên mao. Chỉ thị sinh học chính là sự tăng nồng độ oxy hòa tan trong bể sục khí. Ngoài ra ta cũng có thể dùng chỉ thị hóa học như phân tích thành phần amoni, nitric, orthophophat trong nước. Kim loại nặng trong nước thải ức chế hoạt động của những vi khuẩn khử cBOD và nBOD. Khi có sự hiện diện của các kim loại nặng độc hại trong nước, các vi khuẩn chỉ khử một lượng nhỏ cBOD (cacbon BOD), do vậy vi khuẩn chỉ sử dụng một lượng nhỏ N và P. Vì thế nồng độ các ion amoni và orthophotphat trong nước thải sẽ cao. Do các vi khuẩn nitrat hóa bị ức chế bởi các kim loại nặng, quá trình nitrat hóa sẽ bị chậm lại. Nếu quá trình nitrát hóa bị chậm lại hay ngừng hẳn, sẽ xảy ra sự tích lũy của các CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 15 ion nitrit. Vi khuẩn Nitrosomonas chuyển hóa amoni thành nitrit chịu được kim loại nặng tốt hơn Nitrobacter - vi khuẩn chuyển hóa nitrit thành nitrat, cho nên nước thải đầu ra có nồng độ cao các ion nitrit trong khi nồng độ các ion nitrat thì thấp. Khi quá trình nitrat hóa bị ngừng hẳn, amoni không bị oxy hóa trong bể sục khí và được thải ra ngoài. Quá trình khử BOD bị ngưng trệ thì oxy sẽ không được sử dụng cho các hoạt động của vi sinh vật, khi đó nồng độ oxy trong bể aeroten sẽ cao. 2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải Chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn. Chất béo cũng được tìm thấy ở thịt, đậu phộng… Chất béo và dầu mỡ thường bền vững và khó bị phân hủy. Trong quá trình bùn hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn và can thiệp vào hoạt động vi khuẩn cũng như cấu trúc bông bùn. Các chất béo, dầu, mỡ này có cấu trúc hoá học tương tự như lipid của thành tế bào sẽ được hấp thụ vào thành tế bào vi khuẩn. Các hợp chất này khi ở trên bề mặt tế bào sẽ làm tăng nồng độ MLVSS. Một số hợp chất béo, dầu mỡ khó phân hủy sẽ tích tụ trong bông bùn và chuyển thành dạng kị khí gây độc như metan. 2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt Khi trong nước thải hiện diện các chất hoạt động bề mặt như xà bông hoặc thuốc tẩy, hoạt động của các trùng tiên mao và các động vật đa bào sẽ bị gián đoạn hoặc ngừng hẳn, các bông bùn trưởng thành bị yếu và hoạt động của chúng bị ngưng trệ. Khi đó, số lượng lớn bông bùn nhỏ được hình thành dưới dạng rời rạc hoặc phân tán. Xà bông hay thuốc tẩy tác động mạnh đến tế bào bên dưới lớp bảo vệ của trùng bánh xe và biểu bì tế bào của giun tròn di chuyển tự do. Do đó mà hoạt động của các vi sinh này chậm lại. Các chất hoạt động bề mặt này còn làm tăng tổng chất rắn lơ lửng (TSS), làm giảm hiệu quả xử lý, tăng chi phí vận hành. Ngoài ra, chúng còn làm thay đổi sức căng bề mặt của nước. Vì vậy đôi khi cũng sinh ra bọt váng (foam). Một vài chất hoạt động bề mặt còn hiện diện như là độc tố. 2.2.6. Sự lên men của nước thải Nước thải lên men là do sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu đơn giản, hoà tan. Đây sẽ là môi trường sống rất thuận lợi cho các vi khuẩn dạng sợi. Nồng độ sunfit CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 16 khoảng 3mg/l hay nhiều hơn hoặc nồng độ của các axit, rượu hoà tan đơn giản khoảng 200 mg/l sẽ tạo điều kiện cho các vi khuẩn dạng sợi sinh sôi và phát triển như: Beggiatoa sp., Microthrix parvicella, Thiothrix sp., và loại 021N. 2.2.7. Nhu cầu oxy Khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu tế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng, tạo khối bùn. Nên duy trì DO trong bể: 1.5 - 2 mg/l. DO cao (> 2 mg/l) có thể cải thiện tốc độ nitrat hoá với tải lượng BOD cao. Giá trị DO > 4 mg/l không cải thiện hoạt động đáng kể trong khi chi phí làm thoáng tăng đáng kể. Thông thường, khi chỉ khử BOD, nhu cầu oxy sẽ từ 0,9 - 1,3 kgO2/kgBOD đối với SRT từ 5 - 20 ngày. Khi nồng độ oxy trong bể aeroten < 1 mg/l kéo dài liên tục trong 10 tiếng hoặc hơn sẽ làm gián đoạn hoạt động tạo bông bùn và gây mất bùn. Khi nồng độ oxy trong nước bị giới hạn, hoạt động của trùng tiên mao sẽ chậm lại. Ngoài ra, các động vật nguyên sinh bị ảnh hưởng bởi nồng độ oxy thấp bao gồm: giun tròn bơi tự do, trùng tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống. Hoạt động của động vật nguyên sinh sẽ giảm khi nồng độ oxy < 1 mg/l kéo dài liên tục trong vòng 36 tiếng. Hoạt động của các động vật nguyên sinh thường tăng trong vòng 12 tiếng khi nồng độ oxy trong nước lên trên 1mg/l. 2.2.8. Lượng dinh dưỡng Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, BOD, làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không tan và thành tế bào mới. Thiếu dinh dưỡng sẽ gây ra một số vấn đề vận hành trong bùn hoạt tính bao gồm: mất bùn và gây bọt trên bề mặt bể aerotank. Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn. Các chất dinh dưỡng cần thiết C, Ca, Cl, H, K, N, Mg, Na, O, P, S Các chất dinh dưỡng thứ yếu CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 17 B, Co, Cu, Cr, F, Fe, I, Mn, Mo, Ni, Se, Si, V, Zn (Theo Settleability Problem and Loss of Solids in the Activated Sludge Proces, bảng 7.3 trang 54) Nguồn Nitơ sử dụng cho các vi sinh bao gồm toàn bộ Nitơ hữu cơ và Nitơ vô cơ. Nitơ được chuyển hoá chủ yếu để tạo ra các protein, các axit nucleic, các polymer của tế bào. Nếu dùng công thức kinh nghiệm của tế bào: C5H7O2N, thì lượng Nitơ cần thiết chiếm 12,4 % trọng lượng tế bào, lượng P cần thiết bằng 1/5 giá trị N. Đây là giá trị tiêu biểu nhưng không nhất thiết phải luôn luôn như vậy, giá trị này thay đổi tùy theo thời gian lưu bùn và các yếu tố môi trường. Bảng 2.4 Phần trăm thành phần của các nguyên tố chính trong tế bào vi khuẩn tính trên trọng lượng khô Dinh dưỡng Phần trăm xấp xỉ Cacbon 50% Oxy 20% Nitơ 15% Hydro 8% Photpho 3% Sunfua 1% Potassium 1% Các nguyên tố khác 2% (Theo Settleability Problem and Loss of Solids in the Activated Sludge Process, bảng 7.6 trang 59) Nồng độ dinh dưỡng sẽ giới hạn khi nồng độ Nitơ và Photpho nằm trong khoảng 0.1 - 0.3 mg/l. Thông thường, nếu SRT lớn hơn 7 ngày, khoảng 5g Nitơ và 1g Photpho là cần thiết cho 100g BOD để duy trì đủ dinh dưỡng cho quá trình. Tỉ lệ BOD:N:P thường là 100:5:1. Vi khuẩn thường hấp thụ orthophotphat (HPO42-) là dạng hoà tan của photpho. Khi HPO42- ở dạng không tan, sự thiếu hụt photpho xảy ra. HPO42- không tan khi nó kết hợp với cation hoá trị 3 như Al3+, Fe3+ trong điều kiện pH lớn hơn 7.4. Các cation này thường có trong nước do thêm vào chất trợ tạo bông như: Alum [A2(SO4)3.18H2O], FeCl3, hoặc FeSO4.7H2O. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 18 Nước thải công nghiệp thường chứa một lượng lớn BOD hòa tan phân hủy nhanh vì vậy cần phải cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng. Sự thiếu hụt sinh dưỡng trong quá trình bùn hoạt tính thường xảy ra trong suốt thời kì tải trọng cao điểm vì BOD trong bể sục khí quá cao nên quá trình phân hủy đòi hỏi một lượng dinh dưỡng lớn. Khi thiếu dinh dưỡng lâu dài, các vi khuẩn dạng sợi sẽ phát triển, xuất hiện bọt, bông bùn do thiếu dinh dưỡng trở nên không tốt. Trong suốt quá trình thiếu dinh dưỡng, một phần BOD không phân hủy được và sẽ chuyển sang dạng không tan polysaccharide hay bùn loãng. Dạng này sẽ được hòa tan và phân hủy sau khi dinh dưỡng được bộ sung thêm. Bùn loãng này ở bên ngoài tế bào, ảnh hưởng khả năng lắng và làm sản sinh, tích lũy bọt. Các chất dinh dưỡng đầu tiên mà vi khuẩn sử dụng để phân hủy BOD là NH4 +- N, HPO42- bởi các chất này sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao bên ngoài tế bào đến nơi có nồng độ thấp bên trong tế bào, do đó vi khuẩn không bị tiêu hao năng lượng do quá trình hấp thụ. Thường nồng độ NH4+-N khoảng 1mg/l và 0,5 mg/l cho HPO42-. Đối với quá trình hoạt tính nitrat hoá hoàn toàn có nồng độ NH4+-N trong bể sục khí < 1mg/l, thì nồng độ NO3-N khoảng 3mg/l là đủ. Nồng độ các chất dinh dưỡng phải luôn luôn được chú ý khi có sự hiện diện của chất độc trong nước. Khi có độc tố, hoạt động của các enzyme hay sự phân hủy BOD sẽ bị cản trở. Khi đó vi khuẩn chỉ sẽ dùng một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng. Và như vậy, nồng độ các chất này trong bể sục khí sẽ cao hơn. Bảng 2.5 Giá trị dinh dưỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD) Dinh dưỡng Số lượng cần thiết (g) N 50 P 10 Fe 12 Ca 6.2 K 4.5 Mg 2.0 Mo 0.43 Zn 0.16 Cu 0.15 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 19 Co 0.13 Na 0.05 (Theo Activated Sludge Bulking and Foaming Control, bảng 5.3 trang 242) 2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối) Thông thường, xử lý nước thải đô thị với quá trình bùn hoạt tính có: SRT = 5 - 7 ngày, F/M = 0,3 - 0,5 gBOD/gVSS.ngày 2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn Mục đích của tuần hoàn bùn là duy trì đủ nồng độ bùn hoạt tính trong bể làm thoáng. Lưu lượng tuần hoàn bùn khoảng 50 - 70% của lưu lượng nước thải trung bình. Nồng độ bùn tuần hoàn từ bể lắng khoảng từ 4000 - 12000 mg/l. 2.2.11. Thời gian lưu bùn SRT là yếu tố quan trọng trong quá trình bùn hoạt tính, vì nó ảnh hưởng đến quá trình xử lý, thể tích bể, lượng bùn sinh ra, nhu cầu oxy. Thời gian lưu bùn được xác định bằng việc tách bùn thải bỏ trong bể làm thoáng hằng ngày. Đối với hệ thống khử BOD, SRT có thể dao động từ 3 - 5 ngày, phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thải. Ở nhiệt độ 18 - 25ºC, với những hệ thống khử BOD và giảm quá trình nitrat hoá, SRT có thể chọn là 3 ngày. Để loại trừ nitrat hóa, một số quá trình bùn hoạt tính có SRT = 1 ngày, hay nhỏ hơn. Ở 10ºC, SRT = 3 - 5 ngày cho quá trình khử BOD. Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho quá trình bùn hoạt tính Mục đích SRT ( ngày) Loại bỏ BOD hoà tan trong nước thải đô thị 1 – 2 Chuyển hóa các phần tử hữu cơ trong nước thải đô thị 2 – 4 Tăng cường khả năng tạo bông của vi sinh để xử lý nước thải đô thị 1 – 3 Tăng cường khả năng tạo bông của vi sinh để xử lí nước thải công 3 – 5 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 20 nghiệp Khử nitrat hoá hoàn toàn 3 – 18 Khử photpho 2 – 4 Ổn định quá trình bùn hoạt tính 20 – 40 (Theo Waste Water Engineering-Metcalf & Eddy, bảng 8.6 trang 680) 2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNGGẶP KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH 2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth) Bùn phát triển phân tán khi vi khuẩn không tạo bông bùn mà phát triển phân tán tự do dưới dạng những cá thể riêng biệt hay những cụm nhỏ có kích thước 10 – 20 µm. Tốc độ lắng trọng lực của những cá thể hay những cụm nhỏ này rất chậm và không xuất hiện vùng lắng trong bể lắng 2. Điều này làm ảnh hưởng đến quá trình bùn hoạt tính như sau: - Hiệu suất bể lắng 2 thấp, nước ra khỏi bể đục. - Lượng bùn tuần hoàn lại ít, tuổi bùn nhỏ. Có thể khái quát các nguyên nhân gây ra hiện tượng bùn phát triển phân tán như sau: - Trong nước thải có các thành phần hữu cơ khó phân hủy, tải trọng bùn lớn. - Quá trình quang hợp của các vi sinh vật cũng bị hạn chế bởi sự hiện diện của các chất độc hại, các hợp chất ức chế trong nước thải. Bùn phát triển phân tán không phải là vấn đề thường gặp trong xử lý thông thường hay khử dinh dưỡng bằng bùn hoạt tính, vì hiện tượng này thường thấy ở thời gian lưu bùn rất thấp, từ 1-3 ngày. Nó có thể xuất hiện ở giai đoạn đầu hoặc sau khi một lượng lớn vi sinh vật trôi ra khỏi hệ thống. Nước thải đô thị do thành phần có nhiều hợp chất cao phân tử, các chất keo, các chất rắn lơ lửng nên thường kết bông tốt hơn nước thải tổng hợp từ cống rãnh. Tại trung tâm nghiên cứu xử lý nước thải nổi tiếng Los Angeles Hyperion, người ta đã thử chuyển xử lý thông thường sang xử lý ở tải trọng cao bằng bùn hoạt tính với thời gian lưu bùn là 1,5 ngày. Kết quả cho thấy độ CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 21 đục ở dòng ra vẫn không tăng. Tuy nhiên, chỉ số lắng của bùn lại tăng, SVI trong khoảng 150-210 mg/l. 2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs) Hiện tượng ban đầu của trường hợp này rất giống hiện tượng bùn phát triển phân tán, nghĩa là nước ra ở bể lắng 2 bị đục và chứa nhiều bùn. Tuy nhiên, ta có thể phân biệt hai hiện tượng này khi quan sát bằng kính hiển vi. Khi bùn không kết dính được thì kích thước của bùn không lắng lớn hơn (khoảng 50 – 100 µm). Chúng là những hình cầu hỗn độn liên kết với nhau. Hiện tượng bùn không kết dính được là kết quả của sự phân hủy những bông bùn lớn. Trong thí nghiệm lắng bùn, bùn dạng này chia thành 2 phần, phần bùn lớn hơn lắng rất nhanh, chỉ số thể tích bùn tính trên phần thể tích chiếm chỗ của phần bùn này khá thấp. Nhưng phần nước phía trên thì bị đục vì một lượng sinh khối vẫn còn trong đó. Nguyên nhân phân hủy bông bùn của hiện tượng bùn không kết dính được ngược lại với hiện tượng bùn phát triển phân tán. Tuổi bùn lớn là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng bùn không kết dính được. Bông bùn liên tục kém tập trung chất nền bên ngoài làm cho các polysaccharidic ngoại bào như C và năng lượng phá hủy mạng polymer của bông bùn. 2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi (Filamentous bulking) Hiện tượng bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi có ảnh hưởng đến tính nén bùn hơn là tính lắng. Trong trường hợp này, vận tốc lắng vẫn nằm trong khoảng cho phép. Tuy nhiên, trong vài trường hợp nghiêm trọng, khi đó vùng lắng của bể lắng 2 chứa quá nhiều bùn nén kém thì bùn sẽ dễ dàng theo dòng chảy ra ngoài. Khi người vận hành thấy hiện tượng này thì khó có thể khắc phục được vì quá muộn. Đây chính là mục đích mà mỗi người kĩ sư cần quan tâm đạt đến trong quá trình vận hành bùn hoạt tính. Khi không có vi khuẩn dạng sợi (hoặc là có nhưng rất ít), các bông bùn liên kết chặt với nhau và lượng nước giữa các bông bùn bị đẩy ra ngoài. Vi khuẩn dạng sợi cản trở quá trình nén và lắng của bùn bằng hai cách sau: CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 22  Một vài loại vi khuẩn dạng sợi phát triển tốt hơn bên trong bông bùn.Vì có kích thước dài và cần thức ăn ở môi trường ngoài, chúng thường lòi một phần ra ngoài (vi khuẩn dạng sợi nằm một phần trong bùn và một phần ngoài môi trường nước). Do đó, chúng tạo ra cấu trúc mở và nước dễ dàng len qua và chứa đầy bên trong bùn. Bùn lắng chứa rất nhiều nước nên khó nén nhưng bản thân các vi khuẩn dạng sợi này không ngăn cản quá trình kết bông.  Hầu hết các vi khuẩn dạng sợi quan sát được trong bùn nằm trong phần bùn nén tốt hơn là trong phần bùn nổi. Chúng thường nhô một phần ra ngoài để “bắt” các bông bùn nhỏ hơn đang lơ lửng trong nước. Chính vì thế chúng ngăn cản quá trình nén của các bông bùn đơn này. Vi khuẩn dạng sợi cản trở quá trình lắng và nén của bùn theo cách này nhiều hơn. Như vậy, bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi là một vấn đề điển hình của bùn nén kém gây ra những hậu quả sau đây:  Lượng bùn tuần hoàn ít  Khó giữ lượng bùn cần thiết trong bể phản ứng  Khả năng tách nước của bùn kém gây khó khăn trong việc xử lý bùn Vi khuẩn dạng sợi phát triển ở những điều kiện khác nhau. Một số loại vi khuẩn dạng sợi như Beggiatoa và Thiothrix phát triển tốt ở môi trường có hydrosunfit và ít chất nền nói cách khác các vi khuẩn này sống tốt ở nước thải bị lên men. Khi trong nước thải có nhiều chất béo bay hơi và có các gốc sunfua, Thiothrix phát triển mạnh. Ngoài gây ra hiện tượng bùn khối khó lắng trong quá trình bùn hoạt tính, Beggiatoa và Thiothrix còn gây nhiều vấn đề trong các hệ thống lọc sinh học, màng cố định. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 23 Hình 2.11 Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi Bảng 2.7 Các loài vi khuẩn dạng sợi thường gặp gây ra hiện tượng bùn tạo khối Nguyên nhân Dạng vi khuẩn DO thấp Sphaerotilus natans, Microthrix parvicella, Haliscomenobater hydrossis và loại 1701 F/M thấp M.parvicella, Nocardia spp., và các loại 0041, 0675, 1851, 0803. Nước thải bị thối rửa (axit hữu cơ cao) Thiothrix I, II, Beggiatoa spp., N. limicola II*, và các loại 021N, 0092*, 0914*, 0581*, 0961*, 0411 Thiếu dinh dưỡng Thiothrix I, II và loại 021N. N. limicola III pH thấp Nấm Dầu mỡ trong nước thải cao Nocardia spp., M. parvicella và loại 1863 ( Theo Waste water Engineering-Metcalf & Eddy, bảng 8-8 trang 697) i/ DO thấp Nồng độ DO thấp là nguyên nhân thường gặp nhất gây ra hiện tượng bùn tạo khối. Thông thường, nồng độ DO thích hợp để duy trì cho quá trình bùn hoạt tính là 2 mg/l. Khi nồng độ DO thấp, vi khuẩn trong bông bùn liên kết với nhau yếu làm cho bông bùn liên kết với nhau không chặt. ii/ Nước thải lên men CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 24 Nước thải bị lên men biểu hiện ở mùi trứng thối (do khí H2S sinh ra) và thường có màu đen (do kết tủa sunfua sắt). Thành phần của nước thải lên men chứa nhiều gốc sunfua và các axit hữu cơ như: axit acetic, axit butyric….Đây là môi trường sống thuận lợi của vi khuẩn dạng sợi. Khí hậu nóng ẩm cũng dễ làm nước thải dễ lên men. Nồng độ sunfua > 1 - 2 mg/l, và nồng độ axit hữu cơ > 100 mg/l sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn dạng sợi sinh trưởng. iii/ Lượng dinh dưỡng Nhìn chung, tỉ lệ dinh dưỡng thích hợp BOD5:N:P là 100:5:1 cho quá trình khử BOD trong nước thải. Dấu hiệu của sự thiếu hụt dinh dưỡng là sự xuất hiện các loại bùn khó lắng, bùn sệt. Tối thiểu 1 mg/l tổng nitơ hữu cơ và 0.1 - 0.5 mg/l ortho – phot phat phải được bổ sung cho nước thải trong suốt quá trình xử lý. 2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal (Zoogloeal growth) Hiện tượng bùn tạo khối nhớt được nói đến trong các tài liệu bắt đầu từ những năm 1950 nhưng chưa có những lời giải thích xác đáng cho hiện tượng này. Nguyên nhân được tìm thấy là do có quá nhiều polymer sinh học ngoại bào có tính nhớt, sền sệt và đông như thạch bám chặt vào bùn hoạt tính. Vì polymer sinh học này là chất keo có khả năng hút nước làm cho bùn có khả năng giữ nước cao. Loại bùn có nước này sẽ có vận tốc lắng nhỏ và kém liên kết. Điều này dẫn đến những hậu quả như sau trong bể lắng 2:  Mất bùn  Bùn hồi lưu ít Vì polymer sinh học cũng là tác nhân hoạt động bề mặt tự nhiên. Khi bùn nhớt được làm thoáng quá mức thì hiện tượng tạo bọt có thể sẽ xảy ra. Trong suốt quá trình tạo bọt đó, phần lớn sinh khối sẽ bám vào đám bọt này và thoát ra ngoài bể aerotank. Phản ứng giữa các vi khuẩn với các chất dinh dưỡng thiếu hụt trong nước thải hay là với những hợp chất độc hại đều tạo ra các polymer sinh học. Đây là một đặc tính của hầu hết các vi sinh vật tạo bọt. Nhưng dưới những điều kiện bình thường CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 25 (không có hợp chất độc hại, dinh dưỡng phát triển cân bằng) thì lượng polymer sinh ra chỉ đủ để hình thành những bông bùn. Sự phát triển nhanh chóng không được mong đợi của Zoogloeal cũng làm cho bùn tạo khối nhớt. Sự phát triển này làm cho bùn kém liên kết và nổi lên. Zoogloeal phát triển mạnh sẽ tạo ra những đám bọt váng màu trắng lớn trên bề mặt của bể aerotank. Trong bể lắng 2, Zoogloeal phát triển trên thành bể dưới dạng những lớp bọt nhớt màu trắng hoặc trắng xám. Từ “Zoogloeal” được xuất phát từ tên của vi khuẩn Zoogloea ramigera. Đây là một trong loài vi khuẩn hình thành bông bùn đầu tiên được xác định là gây ra hiện tượng bùn tạo khối trong quá trình bùn hoạt tính. Sự phát triển của loài vi khuẩn này đã ảnh hưởng đến những điều kiện vận hành bao gồm: tỉ số F/M cao hoặc thấp, SRT và HRT lớn, thiếu dinh dưỡng, xuất hiện cBOD dễ hòa tan. Zoogloea ramigera cũng như các loài vi khuẩn tạo bông bùn khác là loài hiếu khí, có dạng hình que. Zoogloeal có 2 hình thức phát triển đó là hình ngón tay hay dạng hình cầu. Trong quá trình phát triển nhanh chóng của mình, những loài vi khuẩn này tạo ra một lượng lớn polysaccharide ngoại bào có tính sệt. Polysaccharide này không hòa tan được trong nước thải, nhẹ hơn nước và có khả năng giữ nước. Nếu polysaccharide giữ lại những bọt khí thì hiện tượng tạo bọt sẽ xảy ra. Bọt điển hình của bùn nhớt nhớt có màu trắng lớn. Bảng 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn khối nhớt Yếu tố Nguyên nhân Đặc điểm nước thải pH Nhiệt độ Nước thải bị lên men Thành phần dinh dưỡng Điều kiện thiết kế Oxy bị giớn hạn Khuấy trộn không tốt Diện tích bể sục khí và bể lắng đợt hai nhỏ Lượng bùn tuần hoàn ít. Điều kiện vận hành Oxy hòa tan không đủ Dinh dưỡng thiếu F/M thấp BOD hòa tan không đủ CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 26 (Theo Waste Water Engineering – Metcalf & Eddy, bảng 8-9 trang 697) Thường rất khó cải thiện hiện tượng bùn tạo khối do Zoogloeal. Theo Jenkins và cộng sự, bùn hoạt tính dạng này rất khó kiểm soát bằng polymer hoặc H2O2. Tuy nhiên, theo van Leeuwen, sự phát triển của Zoogloeal có thể kiểm soát bằng cách sử dụng ozone với liều lượng là 1g O3/kg MLSS.ngày. 2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge) Người ta quan sát thấy hiện tượng bùn nổi ở bể lắng 2. Khi quan sát hiện tượng này trong ống đong bằng thủy tinh, người ta thấy được hai pha rõ rệt như sau:  Đầu tiên bùn lắng nhanh xuống dưới đáy và liên kết với nhau còn phần nước trong ở phía trên.  Sau một khoảng thời gian (nhiệt độ được nâng lên, ngay cả ít hơn 30 phút, là một yếu tố có thể gây nên những khác biệt khi đo SVI), một phần hay toàn bộ thể tích bùn lắng bắt đầu nổi lên bề mặt. Bản chất của hiện tượng này là quá trình khử nitrat nội bào tại lớp bùn lắng. Nitơ bị giải phóng trong suốt quá trình này đồng thời kéo bùn lên trên mặt nước. Henze đã đánh giá tất cả những yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat trong bể lắng 2 và đưa ra những kết luận sau:  Bùn nổi ở 20º C khi nồng độ nitrat (NO3 - N) từ 6 – 8 mg/l  Thời gian lưu của lớp bùn lắng nhỏ hơn 1 giờ đủ để khí nitơ sinh ra làm cho bùn nổi lên Bảng 2.9 Các dấu hiệu nhận biết có quá trình khử nitrat Sự hiện diện của các khí N2, N2O, và CO2 Sự hiện diện của các bùn nổi tối màu Độ kiềm tăng pH tăng Nồng độ NO2- giảm Nồng độ NO3- giảm (Theo Setteability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process- Michael H. Gerardi, bảng 8.2 trang 65) CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 27 2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum) Bọt được gây ra chủ yếu bởi hai loại vi khuẩn: Norcardia spp, và Microthrix parvicella. Norcardia có cấu trúc dạng sợi ngắn, còn Microthrix parvicella có dạng sợi mỏng dài. Có 3 nguyên nhân chính gây nên sự xuất hiện của các vi khuẩn này:  Hàm lượng dầu mỡ trong nước thải cao. Hai loại vi khuẩn này đều phát triển thuận lợi ở môi trường có hàm lượng dầu mỡ cao. Những hệ thống xử lý không có bể tách dầu mỡ thường xuất hiện nhiều bùn dạng bọt.  Tuổi bùn lớn  Thiếu oxy hay nước thải hôi thối. Các bể sục khí nhiệt độ cao là môi trường sống thuận lợi của Norcardia trong khi M.parvicella lại sống trong môi trường nhiệt độ thấp. Không thể dùng hoá chất chống bọt để tiêu diệt các bọt váng này bởi sự gắn kết chặt của các vi khuẩn trong bọt. Xử lý bằng clor phần nào có thể kiểm soát được bọt Norcardia nhưng đối với M.parvicella lại hiệu quả hơn. Điều này có thể giải thích như sau: Norcardia thường nằm trong đám bông bùn, sử dụng clor ở nồng độ cao để loại bỏ Norcardia có thể phá vỡ đám bông bùn. Liều lượng clor trong xử lý bọt Norcardia khoảng 50 mg/l là hiệu quả. Bọt gây ra bởi Norcardia thường có màu nâu, dày từ 0,5 – 1 m. Bảng 2.10 Các dạng vi khuẩn gây bọt váng thường gặp Vi khuẩn gây bọt Điều kiện phát triển Microthrix Parvicella F/M thấp Nhiệt độ thấp Hàm lượng dầu mỡ, chất béo trong nước thải cao Norcardia Dầu mỡ cao Nhiệt độ cao Loại 1863 DO thấp CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 28 pH thấp Hàm lượng dầu mỡ cao Hình 2.12 Bùn dạng bọt váng Nocardia Hiện tượng tạo bọt gây ra bởi vi khuẩn dạng sợi cần phải phân biệt rõ ràng với sự nổi váng do có nhiều hợp chất hoạt động bề mặt như dầu mỡ trong nước thải. Nguyên nhân gây ra hiện tượng bọt váng là do thay đổi ít nhất một trong các điều kiện vận hành sau: Bảng 2.11 Ảnh hưởng của sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học đến sự hình thành bọt/váng Điều kiện vận hành Sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học Nổi bọt/váng Vi khuẩn dạng sợi Sinh học Nổi bọt Thiếu dinh dưỡng Sinh học Nổi bọt Tuổi bùn Sinh học Nổi bọt Sự phát triển của Zoogloeal Sinh học Nổi bọt Quá nhiểu chất hoạt động bề mặt Hóa học Nổi bọt Tăng tính kiềm Hóa học Nổi bọt Sự xuất hiện của các polymer cation Hóa học Nổi bọt CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 29 Chất độc Hóa học Nổi váng Tích lũy chất béo, dầu mỡ Lý học Nổi bọt (Theo Settleability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process – Michael H.Geradi, bảng 20.1 trang 126) a. Bọt Bọt là một lớp chất rắn, ví dụ như lipids, có khả năng giữ khí. Những khí bị giữ lại thường là CO2, N2 và NO2. Khi đám bọt xẹp xuống thì trở thành váng. Khi miêu tả bọt, người ta thường đề cập đến 2 tính chất là màu sắc và cấu trúc của bọt. 2 tính chất này được miêu tả như bảng sau: Bảng 2.12 Những dạng bọt chính trong bùn hoạt tính Nguyên nhân tạo bọt Màu sắc và cấu trúc Vi khuẩn dạng sợi Màu nâu chocolate, nhớt Thiếu dinh dưỡng Màu trắng, lớn (tuổi bùn nhỏ) Màu xám, nhờn (tuổi bùn lớn) Tuổi bùn Màu trắng lớn, trắng nhỏ, xám nhỏ, nâu đen nhớt và nâu đen nhớt có tính sệt Sự phát triển của Zoogloeal Màu trắng, lớn Quá nhiều chất hoạt động bề mặt Màu trắng, lớn Tăng tính kiềm Màu trắng, lớn Sự xuất hiện của các polymer cation Màu trắng, lớn Tích lũy chất béo, dầu mỡ Màu nâu đen hoặc đen, nhớt (Theo Settleability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process – Michael H.Geradi, bảng 20.3 trang 126) Tùy theo từng loại bọt mà có những phương pháp kiểm soát khác nhau. Vì vậy, việc xác định từng loại bọt và nguyên nhân gây ra bọt khi thay đổi điều kiện vận hành là rất quan trọng. Nổi bọt do vi khuẩn dạng sợi là một qui trình tổng hợp hóa lý và hóa sinh dẫn đến sự ổn định của hệ thống 3 pha khí-nước-vi khuẩn. Sự ổn định của đám bọt là do:  Vi khuẩn dạng sợi sản xuất ra lipid, lipopeptid, protein và carbohydrate là những tác nhân hoạt động bề mặt. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 30  Màng tế bào bên ngoài của vi khuẩn dạng sợi rất kị nước. Những chất hoạt động bề mặt kết hợp với chất làm sạch tổng hợp trong nước thải làm cho những tế bào kị nước của vi khuẩn dạng sợi có khả năng tạo bọt. Sự ổn định của lớp bọt là do sự ổn định của màng chất lỏng xung quanh bám dính vào những bọt khí. Tuy nhiên, khi màng chất lỏng này bốc hơi thì lớp bọt xẹp xuống không đáng kể. Cách duy nhất để phá vỡ sự ổn định của lớp bọt này là giảm sự tập trung những tế bào kị nước bằng cách pha loãng. Sự ổn định của bọt cũng có thể tăng lên khi trong nước thải có chứa những chất nền kị nước như dầu mỡ. b. Váng Váng trong bể aerotank có màu nâu. Tùy theo thành phần hóa học của từng loại bọt có trong bể aerotank mà người ta chia váng thành 4 trường hợp như sau:  Nếu trong bể aerotank có bọt thì váng sẽ tràn từ bể aerotank sang bể lắng 2.  Nếu thành phần hóa học của bọt tương thích với váng thì váng sẽ hòa tan với bọt trong bể aerotank và làm cho bọt có màu sậm hơn.  Nếu thành phần hóa học của bọt không tương thích với váng thì váng sẽ nổi lên thành từng mảng màu nâu trên bề mặt của bọt.  Những vi sinh vật trong bể aerotank sẽ làm tan váng. Váng xuất hiện trong bể aerotank cũng như trong bể lắng 2 là do có một lượng lớn vi sinh vật bị chết trong bể aerotank. Nguyên nhân làm cho một lượng lớn vi sinh chết có thể là do những thay đổi về nhiệt độ nước thải hoặc là do độc tố trong nước thải. Khi vi sinh chết đi, chúng giải phóng các tế bào có chứa một lượng lớn axit béo. Các axit béo này kết hợp với các ion kim loại có trong nước thải như Ca2+, Mn2+ và tạo thành váng. Như vậy, váng xuất hiện trong bể aerotank và bể lắng 2 là do lớp bọt xẹp xuống và do một lượng lớn vi sinh trong bể chết đi. Sự hình thành những lớp váng bọt ổn định trong bể aerotank gây ra những vấn đề vận hành như sau: CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 31  Bọt sinh ra liên tục trong quá trình thổi khí thoát ra khỏi bể aerotank làm mất thẩm mỹ (có mùi khi nó bắt đầu phân hủy), gây nguy hiểm cho người vận hành (trượt chân vì bọt phủ nhiều)  Bọt từ bể aerotank qua bể lắng 2 làm tăng lượng chất rắng lơ lửng đồng thời tăng BOD5 trong dòng ra ở bể lắng 2.  Nếu bể aerotank được thiết kế không cho bọt trào ra ngoài thì lượng bọt sẽ mắc kẹt và chất đống lại trong một thời gian dài. Cuối cùng, khi thổi khí, có khoảng 30% lượng sinh khối mới sẽ bị bắt giữ lại trong đám bọt đó. Như vậy, người vận hành sẽ không kiểm soát được thông số quan trọng là thời gian lưu nước của sinh khối vì khi lượng bùn bị giữ lại trong đám bọt thì thời gian lưu nước sẽ giảm đáng kể.  Giảm hiệu quả xử lý.  Tăng giá thành vận hành. 2.4. LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT 2.4.1. Bùn tạo khối Bùn hoạt tính lắng kém luôn là mối quan tâm hàng đầu đối với những nhà thiết kế và vận hành hệ thống xử lý. Tuy nhiên vấn đề này trước đây chưa được quan tâm đúng mức. Tomlinson đã nghiên cứu và rút ra kết luận rằng hiện tượng bùn tạo khối có liên quan đến điều kiện vận hành của các bể xử lý gián đoạn và liên tục. Thậm chí nguyên nhân do sự phát triển quá mức của các vi khuẩn dạng sợi cũng đã được phát hiện từ lâu. Vào lúc đó vi khuẩn dạng sợi lại được gọi là nấm của bùn hoạt tính (activated sludge fungi). Nhờ các thành tựu của ngành vi trùng học mà từ những năm 1950 đến những năm 1980, các kỹ sư hoá và môi trường đã khám phá ra khoảng 30 loại vi khuẩn dạng sợi có thể gây ra những trở ngại trong quá trình vận hành bùn hoạt tính. Cùng trong khoảng thời gian này, hiện tượng bùn tạo khối không phải do vi khuẩn dạng sợi (non-filamentous bulking) cũng được biết đến nhưng nguyên nhân gây ra thì vẫn còn là ẩn số. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 32 a. Kiểm soát hiện tượng bùn tạo khối và hình dạng các bể phản ứng Mối quan hệ giữa hình dạng các bể phản ứng và đặc tính lắng của bùn được thiết lập từ khá sớm. Dựa vào các nghiên cứu của Albertson và Tomlinson, vào những năm 1930, Donaldson đã chứng minh được rằng việc chia bể phản ứng thành các ngăn có tác dụng ngăn chặn hiện tượng bùn tạo khối nhưng các nghiên cứu này của ông lại không được công nhận. Vào thập kỷ 60, phát minh này được đưa ra nghiên cứu lại. Vào giữa thập kỷ 60, các nghiên cứu về gradient nồng độ chất nền để ngăn chặn sự phát triển của các vi khuẩn dạng sợi trong bể bùn hoạt tính được tiến hành ỏ Hà Lan, Anh và Cộng Hoà Séc. Năm 1965, Rensink, người Hà Lan đã chứng minh được rằng nếu các mương oxy hoá thay đổi chế độ nạp nước từ liên tục sang gián đoạn thì có thể giảm đáng kể chỉ số lắng bùn SVI do các vi khuẩn Sphaerotilus sp không sinh sản và phát triển được. Với cùng mục đích trên, Trung Tâm Nghiên Cứu Nước Anh Quốc cũng làm hàng loạt nghiên cứu trong những năm 1960. Các kết quả đều nhất trí rằng gradient nồng độ chất nền càng cao, chỉ số SVI càng nhỏ. Tương tự như thế, Koller thuộc Viện Kỹ Thuật Hoá Học Prague ở Séc đã nhận thấy rằng ở cùng điều kiện tải trọng như nhau, SVI ở các hệ thống hoạt động gián đoạn thường dưới 70 ml/g trong khi ở các hệ thống hoạt động liên tục lại trên 280 ml/g. Nguyên nhân do sự phát triển quá mức của các vi khuẩn dạng sợi trong các bể khuấy trộn liên tục. Tuy nhiên vi khuẩn dạng sợi quan sát thấy lại không đặc trưng. Tất cả các thí nghiệm đã chứng minh cho kết luận đúng đắn của Donaldson về việc phân hệ thống bùn hoạt tính thành ngăn. Vào năm 1972, Chudoba, Grau, và Dohanyos thuộc Viện Kỹ Thuật Hoá Học Prague đã được cấp bằng sáng chế cho hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính với bể bùn hoạt tính chia thành nhiều ngăn. Bùn tuần hoàn được đưa vào ngăn đầu tiên để trộn chung với nước thải vào rồi đi lần lượt qua các ngăn. Ngăn đầu tiên này được gọi là selector. Tuy nhiên cách gọi này không chính xác mà nên gọi là vùng tiền khuấy trộn (premixing zone) hay vùng tiếp xúc trước tiên (initial contact zone). b. Kiểm soát quá trình bùn tạo khối dưới những điều kiện vận hành khác nhau CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 33 Bùn hoạt tính có thể vận hành ở điều kiện hiếu khí, kị khí hay thiếu khí. Tuy nhiên cho mãi đến thập kỷ 70 hầu hết các hệ thống đều được vận hành ở chế độ hiếu khí bởi vì các nhà thiết kế và các kỹ sư vận hành đều e ngại rằng vận hành ở chế độ kị khí sẽ làm giảm hiệu quả xử lý nước thải. Mặc cho nỗi e ngại đó, Albertson, một kỹ sư người Mỹ đã đạt được bằng sáng chế vào đầu thập kỷ 50 khi ông kết hợp cả chế độ kị khí và hiếu khí trong quá trình vận hành bùn hoạt tính. Sự kết hợp táo bạo trên đã cho kết quả hơn cả mong đợi: bùn hoạt tính lắng tốt hơn. Các vi sinh vật kị khí không hề làm giảm mà ngược lại còn tăng cường đặc tính lắng của bùn. Một số thí nghiệm khác cũng cho thấy rằng điều kiện kị khí kiềm hãm sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi. Vào đầu thập kỷ 70 ở Hà Lan, nghiên cứu trên điều kiện thiếu khí ở các mương oxy hoá cũng cho kết quả tương tự. Trong điều kiện thiếu khí, quá trình khử nitrat (denitrification) sẽ xảy ra thay vì quá trình hô hấp khi có oxy. Bùn tuần hoàn với hàm lượng nitrat cao được trộn với nước thải đã được xử lý ở vùng tiền khuấy trộn. Kết quả của quá trình này là hàm lượng P tăng. Tomlinson và Chambers cùng đề nghị thêm vào vùng thiếu khí trước quá trình khử nitrat (anoxic predenitrification zone) trong các bể phản ứng hiếu khí chính để kiểm soát quá trình bùn tạo khối do dạng sợi. Vi khuẩn dạng sợi bị kiềm hãm phát triển là do cường độ khuấy trộn theo chiều dọc giảm trong hệ thống sau khi nước vào vùng khuấy trộn thiếu khí. Ở Đức, Hoffman qua nghiên cứu cũng nhất trí với việc phân chia các vùng thiếu khí để kiểm soát quá trình bùn tạo khối. c. Các phương pháp chung cho quá trình kiểm soát hiện tượng bùn tạo khối Các phương pháp này thường không dùng để trị căn nguyên của hiện tượng này (tức là tìm cách ngăn chặn sự phát triển rồi dần dần tiêu diệt các vi khuẩn dạng sợi) mà chỉ làm giảm số lượng vi khuẩn dạng sợi hiện có trong bùn hoạt tính. Một số phương pháp là tự nhiên và tự phát trong khi một số khác lại là những can thiệp tương đối thô bạo vào quá trình bùn hoạt tính. Phương pháp cổ điển nhất là là tăng khối lượng riêng của bùn hoạt tính và như vậy sẽ tăng tốc độ lắng. Phương pháp này thường dùng trong bể bùn khi không có giai CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 34 đoạn tiền xử lý. Matsche đưa ra một ví dụ từ bùn hoạt tính trong hệ thống xử lý nước thải ở Vienna-Blumental có hàm lượng các vi khuẩn dạng sợi (Microthrix parvicella, Nostocoida Limicola và loại 021N) cao nhưng SVI < 100ml/g. Hay nhờ các phân tử rắn từ cây củ cải đường trong các nhà máy sản xuất đường ở Úc mà chỉ số SVI thấp (30 – 40 ml/g) mặc dù có khá nhiều vi khuẩn Sphaerotilus natans trong bùn. Ở Châu Âu lại thịnh hành cách tăng tốc độ lắng bằng phương pháp bổ sung các chất keo tụ đặc biệt là ở Áo và Đức. Các hệ thống xử lý nước thải ở Vienna-Simmering thường cho sulphat sắt (với hàm lượng sắt là 7g/m3) để giữ chỉ số lắng của bùn dưới 150ml/g trong môi trường nhiều vi khuẩn dạng sợi. Ở Đức, hàm lượng Fe đề nghị dùng là khoảng 35g/m3 trong vòng ít nhất là10 ngày. Có thể tiêu diệt vi khuẩn dạng sợi bằng cách dùng clor. Clor được dùng rộng rãi ở nhiều nước đặc biệt là Mỹ. Các nhà ủng hộ việc dùng clor cho rằng nếu dùng hoá chất này đúng chỗ và đúng liều lượng, thì không việc gì phải lo lắng đến tình trạng quá nhiều hợp chất hữu cơ bị clor hoá. Tuy nhiên ở Châu Âu, clor chỉ được sử dụng trong tình huống khẩn cấp. Để tránh tình trạng các hydrocacbon bị clo hoá, người ta sử dụng H2O2 hay ozone. Theo các tại liệu cho thấy ozone đã được sử dụng thành công ở Nam Phi. Ozone có thể dùng để khống chế cả hiện tượng bùn tạo khối do và không do vi khuẩn dạng sợi. d. Lý thuyết về hiện tượng bùn tạo khối Vào năm 1985, vấn đề bùn khối là cuộc cạnh tranh giữa vi sinh vật tạo bông và vi sinh vật dạng sợi, trong đó vi sinh vật tạo bông đóng vai trò tiêu thụ các chất nền tan trong nước. Vào thời điểm đó, kết luận này có vẻ hợp lý vì các mô hình thí nghiệm đều chỉ ra rằng Sphaerotilus natans và loại 021N là 2 loại vi khuẩn dạng sợi chiếm ưu thế nhất (2 loại này có năng lực tiêu thụ chất nền tan thấp). Sau này khi khoa học tiến bộ hơn, Eikelboom đã quan sát thấy có 30 loại vi khuẩn dạng sợi khác nhau không chỉ về hình thái học, sinh lý hay mà cả những ảnh hưởng của chúng đối với bùn hoạt tính. Các loại vi khuẩn dạng sợi này cũng được dùng là vi sinh vật chỉ thị các nguyên nhân làm bùn tạo khối. Theo Chiesa và Irvine (1985) có 3 loại vi sinh vật: CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 35 1. Zoogloeal (vi sinh vật tạo bông) 2. Loại vi khuẩn dạng sợi phát triển nhanh nhưng không chịu được thiếu thức ăn. 3. Loại vi khuẩn dạng sợi phát triển chậm nhưng có thể chịu được tình trạng thiếu thức ăn kéo dài. Wanner và Grau, dựa vào hình thái học, sinh thái học, quá trình trao đổi chất giống nhau và về sự hiện diện của chúng ở những điều kiện vận hành tương tự nhau, mà phân chia thành 4 nhóm đặt tên là S, C, A, F. 1. S-loại sinh trưởng chỉ ở vùng thiếu khí giống Sphaerotilus. 2. C-loại sinh trưởng chỉ ở vùng thiếu khí giống Cyanophyceae. 3. A-loại sinh trưởng ở tất cả các vùng. 4. F-loại vi khuẩn dạng sợi tạo bọt. Gujer và Kappeler là hai người có những nghiên cứu tương đối công phu đối với động học quần thể bùn hoạt tính. Theo họ, vi sinh vật trong bùn tiêu thụ 2 loại chất nền là các chất dễ dàng bị phân huỷ và các sản phẩm từ quá trình thuỷ phân một số chất nền nhất định. 3 nhóm đó là: 1. Vi sinh vật dị dưỡng tạo bông. 2. Vi sinh vật dị dưỡng dạng sợi. 3. Loại Nocardia. Còn đối với Jenkins, ông phân làm 4 nhóm khi xem xét đặc điểm sinh lý học của vi sinh vật tạo bông và dạng sợi như sau: 1. Nhóm tạo bông thứ nhất: từ các hệ thống nạp và khuấy trộn hoàn chỉnh hay từ hệ thống bùn hoạt tính có vùng kỵ khí. 2. Nhóm tạo bông thứ hai: từ các bể bùn hoạt tính có gradient nồng độ chất nền cao. 3. Nhóm vi khuẩn dạng sợi thứ nhất: Sphaerotilus natans, 1701 và 021N. 4. Nhóm vi khuẩn dạng sợi thứ hai: Microthrix parvicella và loài 0092. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 36 2.4.2. Bọt váng Có nhiều phương pháp để kiểm soát hiện tượng tạo bọt trong bể aerotank. Để dễ dàng kiểm soát được hiện tượng này ta cần xác định rõ từng nguyên nhân gây ra bọt như sau: a. Bọt gây ra bởi vi khuẩn dạng sợi Bọt gây ra bởi vi khuẩn dạng sợi thường nhớt và có màu nâu đậm. Để kiểm soát được hiện tượng này ta cần kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi đồng thời xác định và sửa chữa những lỗi vận hành làm cho vi khuẩn dạng sợi phát triển mạnh.  Giảm bọt đơn giản bằng cách dùng bình xịt xịt nước lên bề mặt bể aerotank. Nước sẽ hòa tan bọt và làm cho nó xẹp xuống.  Một cách khác là cào bọt hay hút bọt khỏi bề mặt bể. Vì trong lớp bọt đó có chứa một lượng vi khuẩn dạng sợi lớn đang hoạt động nên việc cào bọt khỏi bề mặt bể sẽ hạn chế sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi trong bể.  Vì bọt được hình thành từ lipid sinh học nên có thể dùng polymer để làm xẹp bọt xuống. Bọt khi đã xẹp xuống thì được cào đi.  Dùng dung dịch NaOCl 10 – 15 % để giảm bọt trong bể. Cho dung dịch này vào trong bể từ 2 – 3 giờ rồi dùng nước xịt cho bọt xẹp xuống. Dung dịch này sẽ oxy hóa những liên kết hóa học của lipid làm cho bọt dễ bị xẹp xuống hơn, đồng thời làm cho vi khuẩn dạng sợi giảm đi đáng kể. b. Bọt do thiếu dinh dưỡng Thiếu dinh dưỡng thường gây ra bọt trắng lớn (tuổi bùn nhỏ) hay bọt xám nhờn (tuổi bùn lớn). Khi thiếu dinh dưỡng, bông bùn tiết ra polysaccharide không hòa tan được, đó là nguyên nhân gây ra bọt. Có 3 cách để kiểm soát sự tạo bọt do thiếu dinh dưỡng như sau: Bảng 2.13 Kiểm soát bọt do thiếu dinh dưỡng Châm dinh dưỡng đầy đủ Dùng bình xịt nước làm xẹp bọt xuống Cào bọt khỏi bể CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 37 (Theo Settleability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process – Michael H.Geradi, bảng 22.2 trang 140) c. Bọt gây ra bởi tuổi bùn Một vài loại bọt được tạo ra khi tuổi bùn thay đổi. Những loại bọt này thường có màu trắng lớn hoặc nâu nhớt hay là những đám bọt nhỏ sệt. Bọt trắng lớn là do tuổi bùn nhỏ vì vậy muốn hạn chế loại bọt này ta cần tăng tuổi bùn bằng cách giảm lượng bùn dư. Còn bọt nâu nhớt hay sệt là do tuổi bùn lớn, muốn hạn chế ta cần giảm tuổi bùn bằng cách tăng lượng bùn dư. d. Bọt gây ra bởi Zoogloeal Khi Zoogloeal phát triển sẽ sinh ra bọt trắng lớn. Nguyên nhân là do sự phát triển nhanh chóng của vi sinh vật tạo bông bùn. Trong quá trình phát triển của mình, chúng tạo ra một lượng lớn những vật chất có tính sệt và có khả năng bắt giữ những bọt khí và tạo ra bọt. Cách đơn giản nhất để hạn chế bớt bọt trong bể vẫn là xịt nước lên bề mặt để làm cho bọt xẹp xuống. Cách thứ hai là thực hiện quá trình thiếu khí trong vòng 1 – 2 giờ. Vì vi sinh tạo bông bùn thuộc dạng hiếu khí hoàn toàn nên khi thiếu khí trong khoảng thời gian cho phép từ 1 – 2 giờ sẽ hạn chế được sự phát triển của Zoogloeal. Quá trình thiếu khí xảy ra khi ngừng thổi khí và trong bể aerotank xuất hiện ion nitrate NO3-. Lúc này, vi khuẩn sẽ sử dụng ion nitrate để làm giảm cBOD hòa tan trong vòng 1 – 2 giờ. Do đó, sự xuất hiện của ion nitrate trong suốt quá trình này là rất quan trọng. Ngoài ra, người ta còn dùng polymer cation hay anion để làm giảm những chất sệt do vi sinh tạo bông bùn tiết ra trong quá trình phát triển nhanh chóng của chúng. e. Bọt gây ra bởi những chất hoạt động bề mặt Quá nhiều chất hoạt động bề mặt sẽ gây ra bọt trên bề mặt bể aerotank. Để kiểm soát được hiện tượng này người ta tách những chất hoạt động bề mặt ra khỏi nước thải hoặc nước thải phải được tiền xử lý bằng những chất có enzyme hoạt động nhằm làm giảm những chất hoạt động bề mặt trước khi đưa vào hệ thống bể aerotank. Ngoài ra, dùng nước xịt lên bề mặt bể vẫn là cách đơn giản nhất để giảm lượng bọt. Hay một cách khác nữa là tăng nồng độ MLVSS. CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 38 f. Bọt gây ra khi tăng tính kiềm Khi kiềm tập trung quá nhiều trong bể aerotank sẽ làm thay đổi sức căng bề mặt. Sự thay đổi này chính là nguyên nhân tạo nên bọt. Giảm bọt gây ra do dư kiềm bằng cách xịt nước lên bề mặt bể, hoặc là tiền xứ lý kiềm hay bằng cách thay đổi thời gian lưu nước trong bể aerotank. g. Bọt gây ra bởi polymer cation Polymer cation thường được dùng để bắt giữ bùn, nén bùn hay tách nước bùn. Bùn loại này thường chứa rất nhiều vi khuẩn. Vì tính chất của vi khuẩn thay đổi khi điều kiện vận hành thay đổi nên phần trăm cũng như số lượng polymer cần thiết để bắt giữ,nén bùn cũng như tách nước trong bùn cũng thay đổi theo. Vì vậy, việc kiểm tra định kì để xác định liều lượng polymer thích hợp là rất cần thiết để tránh mất đi một lượng lớn polymer trong bùn. h. Bọt gây ra bởi chất béo, dầu mỡ Bọt trong trường hợp này có màu đen nâu hoặc đen, nhớt. Phương pháp kiểm soát như sau: Bảng 2.14 Kiểm soát bọt do chất béo, dầu mỡ Kiểm soát nguồn/tiền xử lý chất béo, dầu mỡ Xịt nước làm xẹp bọt Tăng lượng bùn dư vì chất béo, dầu mỡ cũng sẽ theo bùn dư ra khỏi bể Thêm chất khử chất béo, dầu mỡ có enzyme hoạt động (Theo Settleability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process – Michael H.Geradi, bảng 22.8 trang 141) CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. NỘI DUNG THỰC HIỆN Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải thuộc da. Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải chế biến men thực phẩm Maurine – La Ngà. Thí nghiệm 3: Đánh giá ảnh hưởng của pH đến tính chất lắng của bùn hoạt tính đối với nước thải chế biến men thực phẩm Maurine – La Ngà. 3.2. THÍ NGHIỆM 1: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA Nước thải thuộc da và bùn được lấy từ Công ty Đặng Tư Ký, khu công nghiệp Lê Minh Xuân có các thông số như bảng sau: Bảng 3.1 Các thông số đầu vào của nước thải thuộc da Thông số Giá trị COD 14.000 mg/l BOD5 2.800 mg/l Clorua 23.000 mg/l Nitơ tổng 921 mg/l Photpho tổng 37 mg/l Độ đục 8016 FAU pH 7,52 Bảng 3.2 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da Thông số Giá trị Tải trọng, kg COD/m3.ngày 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 COD đầu vào, mg/l 300 500 1000 1500 2000 Clorua đầu vào, mg/l 493 821 1643 2464 3286 HRT 24 giờ SRT 15 ngày CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 pH của nước thải đầu vào 7,52 Nitơ tổng, mg/l 20 33 66 99 132 Photpho tổng, mg/l 0,8 1,32 2,64 3,96 5,28 COD: N: P 150: 5: 1 MLSS 3000 mg/l Vhữu ích 2 lít SS của bùn đặc 17.480 mg/l Thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da là mô hình thí nghiệm bao gồm 5 bình có thể tích làm việc là 2 lít.  5 tải trọng thay đổi bao gồm: 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2.0 (kg COD/m3.ngày)  Cho vào mỗi bình  340 ml bùn đặc để duy trì nồng độ MLSS = 3000 mg/l  Mỗi bình sẽ châm một lượng nước thải nồng độ COD khác nhau bằng cách pha loãng nước thải đầu vào. Số lần pha loãng theo bảng sau: Bảng 3.3 Số lần pha loãng theo từng tải trọng Tải trọng, kg COD/m3.ngày Số lần pha loãng 0,3 47 0,5 28 1,0 14 1,5 9 2,0 7  Thực hiện phân tích các chỉ tiêu như sau:  Vào đầu mỗi ngày, trước khi rút bùn dư, ta đo chỉ tiêu MLSS và SVI.  Sau khi rút bùn dư, tắt máy sục khí, để lắng trong 30 phút, gạn phần nước trong, đo các chi tiêu COD, pH, độ đục.  Sau đó bổ sung lại lượng nước thải như ban đầu.  Mô hình được sục khí trong vòng 24 giờ.  Lượng bùn dư rút ra mỗi ngày ứng với SRT = 15 ngày là 133 ml bùn. CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41  Nước thải thuộc da đã đủ nitơ chỉ cần châm thêm photpho (COD: N: P = 150: 10: 0,4).  Dung dịch dinh dưỡng dự trữ:  Dung dịch NH4Cl 5g/l  Dung dịch KH2PO4 5g/l Bổ sung photpho theo bảng sau: Bảng 3.4 Thể tích dung dịch KH2PO4 cần châm vào các mô hình Tải trọng, kg COD/m3.ngày Dung dịch KH2PO4, ml 0,3 1,05 0,5 1,75 1,0 3,5 1,5 5,25 2,0 7,0  Mô hình thí nghiệm như sau:  Thí nghiệm kết thúc khi COD đầu ra của nước thải sau xử lý thay đổi không đáng kể (khoảng 2 – 3%) Nước thải Khí Bùn 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 3.3. THÍ NGHIỆM 2: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ  Nước thải chế biến men thực phẩm là nước thải nhân tạo  Bùn lấy từ nhà máy chế biến men thực phẩm Maurine – La Ngà  Các thông số như sau: Bảng 3.5 Các thông số đầu vào của nước thải chế biến men thực phẩm Thông số Giá trị COD 900 mg/g mật rỉ đường BOD5 250 mg/g mật rỉ đường Nitơ tổng 9 mg/g mật rỉ đường Photpho tổng 0,82 mg/g mật rỉ đường Độ đục 223 FAU/g mật rỉ đường pH 4,99 Bảng 3.6 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm Thông số Giá trị Tải trọng, kg COD/m3.ngày 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 4,0 6,0 COD đầu vào 300 500 1000 1500 2000 4000 6000 Độ đục đầu vào 74 123 245 368 490 980 1470 BOD5 76 127 250 380 507 1014 1521 HRT 24 giờ SRT 15 ngày pH của nước thải đầu vào 4,99 Nitơ tổng, mg/l 3 5 10 15 20 40 60 Photpho tổng, mg/l 0,27 0,46 0,91 1,37 1,82 3,64 5,47 COD :N: P 150: 5: 1 MLSS 3.000 mg/l Vhữu ích 2 lít SS của bùn đặc 9.360 mg/l Thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến thực phẩm là mô hình thí nghiệm bao gồm 7 bình có thể tích làm việc là 2 lít. Cho vào mỗi bình như sau: CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43  7 tải trọng thay đổi như sau: 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 4,0; 6,0 (kg COD/m3.ngày)  Cho vào mỗi bình như sau:  530 ml bùn để duy trì nồng độ MLSS = 2500 mg/l  Đổ nước thải ứng với từng tải trọng cho đầy 2 lít theo bảng sau: Bảng 3.7 Số gam mật rỉ đường tương ứng với từng tải trọng Tải trọng, kg COD/m3.ngày Số gam mật rỉ đường/lít 300 0,33 500 0,55 1000 1,11 1500 1,66 2000 2,22 4000 4,44 6000 6,66  Dung dịch dinh dưỡng dự trữ:  Dung dịch NH4Cl 5g/l  Dung dịch KH2PO4 5g/l  Dinh dưỡng được châm theo tỉ lệ COD: N: P = 150: 5: 1 Bảng 3.8 Thể tích dung dịch dinh dưỡng ứng với mỗi tải trọng Tải trọng, kg COD/m3.ngày Số ml dung dịch NH4Cl Số ml dung dịch KH2PO4 0,3 5,4 1,5 0,5 9 2,6 1,0 18 5,2 1,5 27 7,7 2,0 36 10,3 4,0 72 20,6 6,0 108 30,9  Mô hình được sục khí liên tục trong 24 giờ. CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44  Lượng bùn dư rút ra mỗi ngày ứng với SRT = 15 ngày là 133 ml bùn.  Thực hiện phân tích các chỉ tiêu như sau:  Vào đầu mỗi ngày, trước khi rút bùn dư, ta đo chỉ tiêu MLSS và SVI.  Sau khi rút bùn, tắt máy sục khí, để lắng trong 30 phút, gạn phần nước trong, đo các chi tiêu COD, pH, độ đục.  Sau đó bổ sung lại lượng nước thải như ban đầu.  Mô hình thí nghiệm như sau:  Thí nghiệm kết thúc khi COD đầu ra của các bình dao động không đáng kể (khoảng 2 – 3 %) 3.4. THÍ NGHIỆM 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA PH ĐẾN TÍNH CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ Bảng 3.9 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men thực phẩm Thông số Giá trị Tải trọng 2,0 (kg COD/m3.ngày) pH của nước thải đầu vào 4,0 6,5 - 7,5 8,5 10 11 12 Nước thải 0,3 1,0 4,0 Khí 0,5 2,0 1,5 6,0 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45 COD đầu vào 2000 mg/l BOD5 507 mg/l HRT 24 giờ SRT 15 ngày Nitơ tổng 20 mg/l Photpho tổng 1,6 mg/l MLSS 3.000 mg/l Vhữu ích 2 lít SS của bùn đặc 9.360 mg/l  Mô hình thí nghiệm gồm 6 bình, ứng với mỗi pH lần lượt là 4, 6.5 – 7.5, 8.5, 10, 11 và 12.  Cân 2,22 g mật rỉ đường pha thành 1 lít để duy trì nồng độ COD là 2000 mg/l.  Cho vào mỗi bình như sau:  600 ml bùn đặc để duy trì nồng độ MLSS = 3.000 mg/l.  Đổ đầy nước thải đến 2 lít.  Mô hình thí nghiệm như sau:  Thí nghiệm kết thúc khi COD đầu ra của nước thải sau xử lý thay đổi không quá 2 – 3 %. Dung dịch Stock pH = 4 pH = 6.5 – 7.5 pH = 8 pH = 10 pH = 11 pH=12 Khí CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46 Bảng 3.10 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu Thông số Cách phân tích Tên thiết bị Nguồn COD Đun hoàn lưu kín Standard Methods pH Điện cực Mettler Toledo, MP220 pH Meter Standard Methods Độ đục So màu Portable Datalogging Spectrophotometer, DR/2010 Standard Methods MLSS Sấy, hút ẩm, cân giấy Máy hút chân không tủ sấy, bình hút ẩm, cân điện tử Standard Methods SVI Đọc trên ống đong thủy tinh Ống đong thủy tinh 1000 ml Standard Methods P tổng So màu Portable Datalogging Spectrophotometer, DR/2010 Standard Methods TKN Chưng cất Bình chưng cất Kjeldahl Standard Methods Nitrat, nitrit So màu Portable Datalogging Spectrophotometer, DR/2010 Standard Methods CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA Bảng 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) Ngày 5 Ngày 7 Ngày 9 Ngày 12 Ngày 13 Ngày 15 0.3 56 51 36 35 34 30 0.5 91 86 80 72 100 103 1.0 172 86 81 158 400 407 1.5 251 179 466 917 920 941 2.0 358 287 1320 1650 1668 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thời gian (ngày) C O D đ ầu ra (m g/ l) 0.3 kg COD/m3.ngày 0.5 kg COD/m3.ngày 1 kg COD/m3.ngày 1.5 kg COD/m3.ngày 2 kg COD/m3.ngày Hình 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da Nhận xét - Giá trị COD đầu ra ở mô hình tải trọng 0,3 kg COD/m3.ngày ổn định (36 mg/l) sau 9 ngày. CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 - Giá trị COD đầu ra ở mô hình tải trọng 0,5; 1,0 và 1,5 kg COD/m3.ngày ổn định lần lượt là 100, 400 và 920 mg/l sau 13 ngày. - Giá trị COD đầu ra ở mô hình tải trọng 2,0 kg COD/m3.ngày ổn định (1650 mg/l) sau 12 ngày. - Sau xử lý, COD đầu ra còn lại ở mô hình tải trọng 2,0 kg COD/m3.ngày là cao nhất (1668 mg/l). COD đầu ra còn lại ở mô hình tải trọng 0,3 kg COD/m3.ngày là thấp nhất (36 mg/l). COD đầu ra còn lại ở mô hình tải trọng 0,5 kg COD/m3.ngày (103 mg/l) cao hơn ở tải trọng 0,3 kg COD/m3.ngày nhưng thấp hơn nhiều so với mô hình tải trọng 1,0 kg COD/m3.ngày (407 mg/l) và 1,5 kg COD/m3.ngày (941 mg/l). - COD đầu ra của tải trọng cao là 1,5 và 2,0 kg COD/m3.ngày đột ngột tăng lên cao vào ngày thứ 9 là do hệ vi sinh trong bùn không thích nghi được ở tải trọng có nồng độ muối clorua cao (5.100 và 6.100 mg/l) nên đã chết hàng loạt làm cho COD đầu ra của nước thải ở 2 tải trọng này tăng lên. - COD đầu ra của tải trọng 0,3 kg COD/m3.ngày giảm dần theo thời gian vì tải trọng 0,3 kg COD/m3.ngày là tải trọng nhỏ, hệ vi sinh trong bùn đã thích nghi được với nồng độ muối clorua khoảng 700 - 1.900 mg/l. - COD đầu ra của tải trọng 0,5 kg COD/m3.ngày giảm từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 12 (86 – 72 mg/l) nhưng sau đó lại tăng lên vào ngày thứ 13 (100 mg/l). Điều này giải thích là do hệ vi sinh trong bùn lúc đầu thích nghi được với nồng độ muối clorua từ 1.400 – 1.950 mg/l nhưng sau đó nồng độ muối clorua tăng lên (2.150 mg/l) nên vi sinh bị chết nhiều làm COD đầu ra của tải trọng này tăng lên. - Tải trọng 1,0 kg COD/m3.ngày tương tự như tải trọng 0,5 kg COD/m3.ngày nhưng COD đầu ra của tải trọng 1,0 kg COD/m3.ngày bắt đầu tăng lên từ ngày thứ 12 (158 mg/l). Bảng 4.2 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) COD đầu vào (mg/l) COD đầu ra trung bình ổn định (mg/l) Hiệu quả xứ lý COD (%) CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 0.3 300 32 89 0.5 500 102 80 1.0 1000 404 60 1.5 1500 931 38 2.0 2000 1668 17 0 500 1000 1500 2000 2500 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 Tải trọng (kg COD/m3.ngày) C O D (m g/ l) COD đầu vào COD đầu ra trung bình ổn định Hình 4.2 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0 Tải trọng (kg COD/m3.ngày) % Hiệu quả xử lý COD CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 Hình 4.3 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da Nhận xét - Hiệu quả xử lý ở tải trọng 0,3 kg COD/m3.ngày là cao nhất (89%), tải trọng 0,5 kg COD/m3.ngày có hiệu quả xử lý cũng khá cao (80%). Nguyên nhân là do hệ vi sinh trong bùn ở 2 tải trọng này đã thích nghi với nồng độ chất hữu cơ cũng như nồng độ muối clorua trong nước thải. - Khi tải trọng tăng lên, hiệu quả xử lý giảm dần đó là dấu hiệu của sự quá tải. Bảng 4.3 Biến thiên clorua của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) Ngày 5 Ngày 7 Ngày 9 Ngày 12 Ngày 13 Ngày 15 0.3 700 1900 1600 1450 1550 1600 0.5 1400 1950 1800 1900 2150 2200 1.0 2600 2150 1950 3900 4600 4650 1.5 3200 4600 5100 6400 6500 6600 2.0 3600 4800 6100 8000 8300 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Thời gian (ngày) C lo ru a đầ u ra (m g/ l) 0.3 kg COD/m3.ngày 0.5 kg COD/m3.ngày 1 kg COD/m3.ngày 1.5 kg COD/m3.ngày 2 kg COD/m3.ngày Hình 4.4 Clorua đầu ra cúa thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da Nhận xét - Clorua đầu ra ở mô hình tải trọng 0,3; 0,5; 1,0 kg COD/m3.ngày ổn định sau 13 ngày lần lượt là 1450, 2150 và 4600 mg/l. - Clorua đầu ra ở mô hình tải trọng 1,5; 2,0 kg COD/m3.ngày ổn định sau 12 ngày lần lượt là 6400 và 8300 mg/l. - Clorua đầu ra còn lại ở mô hình tải trọng 0,3 kg COD/m3.ngày là thấp nhất (1400 mg/l), cao nhất là ở tải trọng 2,0 kg COD/m3.ngày (8300 mg/l). - Vào ngày thứ 7, khi COD đầu ra bắt đầu tăng ở tải trọng 2,0 kg COD/m3.ngày và tải trọng 1,5 kg COD/m3.ngày thì hàm lượng clorua cũng tăng theo. Tương tự như vậy, ở tải trọng 1,0 và 0,5 kg COD/m3.ngày hàm lượng clorua đầu ra ở ngày 12 tăng lên khi COD đầu ra tăng. Còn COD đầu ra ở tải trọng 0,3 kg COD/m3.ngày không thay đổi nhiều và hàm lượng clorua tăng không đáng kể. Điều này chứng tỏ hàm lượng clorua trong nước thải thuộc da có ảnh hưởng đến kết quả COD. Bảng 4.4 Độ đục đầu ra của thí n