Khóa luận Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám

Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 1 MSSV:0811110056 MỤC LỤC Danh mục viết tắt ................................................................................................................... iv Danh mục hình ........................................................................................................................ v Danh mục bảng ....................................................................................................................... vi CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 1 1.2. Mục tiêu – Đối tượng nghiên cứu đề tài ................................................................... 1 1.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................ 2 1.4. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. 2 1.5. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2 CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HOC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng lơ lửng ........................... 3 2.1.1. Sinh trưởng lơ lửng - Bùn hoạt tính .................................................................... 3 2.1.2. Các cơng trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật ............................................................................................. 8 2.1.2.1 Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aeroten ................................................ 8 a. Đặc điểm và nguyên lý làm việc của aeroten......................................... 8 b. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của aeroten ....................................................................... 9 c. Phân loại aeroten: Cĩ nhiều cách phân loại aeroten .............................. 9 2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng dinh bám ...................... 12 2.2.1 Sinh trưởng dính bám (cố định hay gắn kết) – Màng sinh học ......................... 12 2.2.2 Các cơng trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh vật ...................................................................................................................... 14 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 2 MSSV:0811110056 2.2.2.1. Lọc sinh học (Biofilter) ........................................................................... 14 2.2.2.2. Lọc sinh học cĩ lớp vật liệu khơng ngập trong nước (Lọc trong nước) ................................................................... 14 2.2.2.3. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước ........................................ 18 2.2.2.4. Lọc sinh học với lớp vật liệu là các hạt cố định ...................................... 19 2.2.2.4.1. Biofor .................................................................................. 20 2.2.2.4.2. Biodrof ................................................................................ 20 2.2.2.4.3. Oxiazur ............................................................................... 21 2.2.2.4.4. Nitrazur ............................................................................... 21 2.2.2.5. Đĩa quay sinh học RBC ................................................................ 21 2.3. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải .................................. 22 2.3.1. Vi khuẩn (Bacteria) ................................................................................... 23 2.3.2. Virus và thực khuẩn thể ........................................................................... 28 2.3.3. Vi nấm(Fungi) .......................................................................................... 29 2.3.4. Nấm men .................................................................................................. 30 2.3.5. Nấm mĩc .................................................................................................. 31 2.3.6. Tảo (Algae) ................................................................................................ 32 2.3.7. Nguyên sinh động vật (Protozoa) ............................................................ 33 2.4. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng dính bám trong xử lý nước thải ............................................................................................... 34 2.4.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí với sinh trưởng dính bám .......................................................................................... 34 2.4.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng dính bám ......................................................................................... 36 2.4.3. Vật liệu làm giá thể ...................................................................................... 38 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 3 MSSV:0811110056 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MƠT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ SINH HỌC DÍNH BÁM 3.1. Giá thể sơ dừa ....................................................................................................... 42 3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt ....................................................................................................... 42 a. Nước thải sinh hoạt cĩ đầu vào ............................................................... 42 b. Hiệu quả xử lý COD,SS .......................................................................... 43 3.1.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải chế biến kẹo dừa .................................................................................................................... 44 a. Nước thải chế biến kẹo dừa cĩ đầu vào ................................................. 44 b. Hiệu quả xử lý COD ............................................................................... 45 3.2. Giá thể cước nhựa ................................................................................................. 50 3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt .................................................................................................................... 50 a. Nước thải sinh hoạt cĩ đầu vào ............................................................... 50 b. Hiệu quả xử lý COD,SS .......................................................................... 51 3.3. Giá thể mùn cưa .................................................................................................... 53 3.3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể mùn cưa trên nước thải ngành thủy hải sản ............................................................................................................... 53 a. Nước thải ngành thủy hải sản cĩ đầu vào ................................................ 53 b. Hiệu quả xử lý COD,SS .......................................................................... 53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 4 MSSV:0811110056 DANH MỤC VIẾT TẮT SVI : Sludge Volume Index MLSS: Mix Liquoz Suspendids Solids KCN : Khu cơng nghiệp CHLB: Cộng hịa liên bang ADN : Axit dezoxyribonucleic ARN :Axit ribonucleic BOD : Nhu cầu oxi sinh hĩa – Biochemical oxigen Demand COD : Nhu cầu oxi hĩa học – Chemical oxigen Demand SS : Suspendids Solids RBC : Rotating biological contactors Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 5 MSSV:0811110056 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản .......................................................... 4 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thơng thường .................................................. 4 Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của bể aeroten truyền thống ................................................ 10 Hình 2.4: Sơ đồ làm việc của bể aeroten nạp theo bậc ................................................ 11 Hình 3.1: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) ............................. 43 Hình 3.2: Hiệu quả phân hủy SS theo thời gian(giá thể sơ dừa) ................................. 44 Hình 3.3: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) ............................. 45 Hình 3.4: Diễn biến pH theo thời gian(giá thể sơ dừa) ................................................ 45 Hình 3.5: Hiệu suất xử lý nồng độ COD ban đầu(giá thể sơ dừa) ............................... 46 Hình 3.6: Diễn biến pH theo thời gian(giá thể sơ dừa) ................................................ 47 Hình 3.7: Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) ............................. 48 Hình 3.8: Hiệu suất xử lý nồng độ COD ban đầu(gia thể sơ dừa) ............................... 48 Hình 3.9: Hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng khác nhau(giá thể sơ dừa) .................. 49 Hình 3.10: Hiệu quả xử lý pH ở các tải trong khác nhau(giá thể sơ dừa) ................... 50 Hình 3.11: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể cước nhựa) ..................... 52 Hình 3.12: Hiệu quả phân hủy SS theo thời gian(giá thể cước nhựa) ......................... 53 Hình 3.13: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý(giá thể mùn cưa) ....... 54 Hình 3.14: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý(giá thể mùn cưa) ...................................................................................................................... 54 Hình 3.15: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý ............................... 55 Hình 3.16: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoan xử lý ....... 55 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 6 MSSV:0811110056 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn cĩ trong bùn hoạt tính ............ 5 Bảng 2.2 : Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng ở cho lọc nhỏ giọt ..................... 15 Bảng 2.3: Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt................................. 17 Bảng 3.1: Các thơng số hoạt động của mơ hình ứng với từng tải trọng ...................... 42 Bảng 3.2: Kết quả nghiên cứu trên mơ hình tĩnh ......................................................... 47 Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu trên mơ hình tĩnh ......................................................... 49 Bảng 3.4: Các thơng số mơ hình ứng với từng tải trọng .............................................. 51 Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả xử lý đạt hiệu quả tốt nhất của các giá thể ..................... 62 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 7 MSSV:0811110056 CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề: • Trong mơi trường sống nĩi chung, vấn đề bảo vệ và cung cấp nước sạch cho sự sống của muơn lồi sinh vật là vơ cùng quan trọng. Đồng thời với việc bảo vệ và cung cấp nguồn nước sạch, việc thải và xử lý nước bị ơ nhiễm trước khi đổ vào nguồn là một vấn đề bức xúc đối với tồn thể lồi người. Trong quá trình cơng nghiệp hĩa, hiện đại hĩa đất nước, chúng ta cũng khơng ngồi hồn cảnh chung này. • Các cơng nghệ xử lý nước thải đã và đang đư ợc phát triển hằng ngày. Nhiều kĩ thuật xử lý tỏ ra khá hiệu quả và gĩp phần trong cơng tác xử lý ơ nhiễm nước cũng như bảo vệ và cải thiện chất lượng nguồn nước của nhân loại trước mối nguy hiểm từ ơ nhiễm. Cĩ rất nhiều cơng nghệ xử lý nước thải như cơng nghệ vật lý, hĩa học, cơng nghệ sinh học và cơng nghệ tích hợp lý – hĩa – sinh giúp tăng cường hiệu quả xử lý và tiết kiệm, đồng thời cung cấp nhiều sự lựa chọn trong các giải pháp cho các nhà mơi trường trước các hình thức ơ nhiễm nước khác nhau. • Hiện nay, xử lý nước thải theo kĩ thu ật dùng các giá thể sinh học theo phương pháp sinh trưởng dính bám khá phổ biến và tỏ ra cĩ hiêụ quả với một số loại nước thải nhất là nước thải đơ thị hay nước thải sinh hoạt. Các loại giá thể được dùng rất đa dạng tùy theo tính chất và mức độ ơ nhiễm của chất thải. Mỗi loại giá thể sẽ khác nhau về cấu trúc khơng gian, diện tích bề mặt tiếp xúc, khối lượng, vật liệu… và vì thế, tính năng cũng như giá thành đều khác. Việc tìm ra giá thể mới, rẽ tiền, dễ sản xuất hiệu quả xử lý cao là vấn đề khoa học nghiêm túc. • Đề tài “Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám” được hình thành dựa trên các cơ sở khoa học chuyên mơn về xử lý nước thải. Việc làm này nhằm tìm hiểu và khẳng định khả năng xử lý nước thải của các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải. 1.2. Mục tiêu – Đối tượng nghiên cứu của đề tài: a) Mục tiêu: Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dính bám. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 8 MSSV:0811110056 b) Đối tượng: 1.3. Nội dung nghiên cứu: Các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải. • Tổng quan các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải bằng phương pháp lơ lửng và dính bám. • Giới thiệu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý sinh học dính bám. 1.4. Phạm vi nghiên cứu: • Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết. • Dùng một số thí nghiệm để đánh giá khả năng xử lý nước thải của một số giá thể sinh học. 1.5. Phương pháp nghiên cứu: • Thu thập tài liệu trong và ngồi nước cĩ liên quan đến nội dung nghiên cứu. • Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù hợp. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 9 MSSV:0811110056 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HOC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng lơ lửng: 2.1.1. Sinh trưởng lơ lửng - Bùn hoạt tính: • Trong nước thải, sau một thời gian làm quen, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng, sinh sản và phát triển. Nước thải bao giờ cũng cĩ các hạt chất rắn lơ lửng khĩ lắng. Các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển thành các hạt bơng cặn cĩ hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước thể hiện bằng BOD. Các hạt bơng này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng trong nước và dần được lớn dần lên do hấp thụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bơng này khi ngừng thổi khí hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dính dưỡng cho vi sinh vật trong nước cạn kiêt chúng sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ thành bùn. Bùn này gọi là bùn hoạt tính. • Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vât khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bơng với trung tâm là các chất rắn lơ lửng ở trong nước. Các bơng này cĩ màu vàng nâu dễ lắng cĩ kích thước từ 3 đến 150 𝜇𝜇m. Những bơng này gồm các vi sinh vật ( khoảng 30 – 40% thành phần cấu tạo bơng, nếu hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng 30%, thời gian dài khoảng 35% và kéo dài tới vài ngày cĩ thể tới 40%). Những vi sinh vật sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn, ngồi ra cịn cĩ nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh, dịi, giun… • Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm. Nếu được hoạt hĩa (trong mơi trường thích hợp cĩ sục khí đầy đủ) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được phục hồi. • Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng 108 đến 1012 trên 1 mg chất khơ. Phần lớn chúng là Pseudomomonas, Achomobacter, Alcaligenes, Bacillus, Micrococus, Flavobac terium. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 10 MSSV:0811110056 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thơng thường Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 11 MSSV:0811110056 Bảng 2.1: Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn cĩ trong bùn hoạt tính: Vi khuẩn Chức năng Pseudomonas Phân hủy hidratcacbon, protein, các hợp chất hữu cơ khác và phản nitrat hĩa. Arthrobacter Phân hủy hidratcacbon Bacillus Phân hủy hidratcacbon, protein… Cytophaga Phân hủy các polymer Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysacharit), hình thành chất keo tụ Acinetobacter Tích lũy polyphosphat, phản nitrat Nitrosomonas Nitrit hĩa Nitrobacter Nitrat hĩa Sphaerotilus Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ Alcaligenes Phân hủy protein, phản nitrat hĩa Flavobacterium Phân hủy protein Nitrococcus denitrificans Thiobacillus denitrificans Acinetobacter Hyphomicrobium Phản nitrat hĩa (khử nitrat thành N2) Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat • Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp phụ các chất lơ lửng, vi khuẩn, các chất màu, mùi… trong nước thải. Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lượng bùn cũng tăng lên, rồi từ từ lắng xuống đáy. Kết quả là nước sáng màu, giảm lượng ơ nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước được làm sạch. • Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bơng. • Trong bùn hoạt tính ta cịn thấy các lồi thuộc động vật nguyên sinh. Chúng đĩng vai trị khá quan trọng trong bùn. Chúng cũng tham gia phân h ủy các chất hữu cơ ở điều kiện hiếu khí, điều chỉnh lồi và tuổi cho quần thể sinh vật trong bùn, giữ cho bùn luơn luơn hoạt động ở điều kiện tối ưu. Động vật nguyên sinh ăn các vi khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 12 MSSV:0811110056 nhầy nhưng lại làm xốp khối bùn, kích thích vi sinh vật tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn và kết lắng bùn nhanh. • Nhiều hợp chất hữu cơ cĩ tác dụng gây độc với hệ sinh vật của bùn hoạt tính, ảnh hưởng đến hoạt động sống của chúng, thậm chí làm chúng bị chết. Với nồng độ cao các chất phenol, formaldehyt và các chất sát khuẩn cũng như các chất bảo vệ thực vật sẽ làm biến tính protein của tế bào chất hoặc tác dụng xấu lên thành tế bào. Các kim loại cĩ ảnh hưởng đến sự sống của vi khuẩn theo thứ tự như sau: Sb, Ag, Cu, Hg, Co, Ni, Pb, Cr, Zn, Fe. • Ta cĩ thể tạo bùn hoạt tính trong phịng thí nghiệm với điều kiện là mơi trường tương tự với thành phần nước thải với giống vi sinh vật ban đầu là ít bùn ở bể chứa nước thải sinh hoạt hoặc cơng nghiệp mà ta sau này cần phải xử lý. • Dùng một lượng bùn hoạt tính (khoảng 15 – 30% cĩ khi tới 75%) cho quay lại làm giống để xử lý cho mẻ kế tiếp. Những kĩ thuật trong quá trình này là nguyên tắc cất giống như trong lên men hiếu khí và dùng lại bùn hồi lưu như sử dụng lại men giống trong lên men bia. Cách tạo và tái sinh (hoạt hĩa) bùn hoạt tính: Để tạo bùn hoạt tính phải chú ý đến một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật cĩ trong bùn hoạt tính. Các yếu tố đĩ là: • Nhiệt độ của nước thải. Nếu nhiệt độ cao thì phải cĩ thiết bị hạ nhiệt xuống 25 – 300C. • Cần phải điều chỉnh pH của nước thải về khoảng 6,5 – 7,5. • Xác định tỉ lệ hàm lượng N tổng và P tổng cĩ trong nước thải. Nếu tỉ lệ BOD5 : N : P cách xa so với tỉ lệ 100 : 5 : 1 thì phải bổ sung thêm P và N. Cách tạo bùn cĩ thể tiến hành như sau: • Lấy mẫu nước thải li tâm bỏ phần cặn, lấy dịch trong. • Chuẩn bị các mơi trường nuơi cấy thử vi sinh vật như sau: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 13 MSSV:0811110056  Dịch nước thải (phần dịch trong) để nguyên cĩ cân bằng dinh dưỡng bằng cách bổ sung nguồn N và P.  Dịch nước thải pha lỗng với nước cĩ thêm các nguyên tố khống theo tỉ lệ 1 : 1, 1 : 2 hoặc 1 : 3 và cân bằng dinh dưỡng (N và P). Ứng dụng kỹ thuật bùn hoạt tính trong xử lý hiếu khí nước thải cần chú ý các điểm sau: • Cân bằng dinh dưỡng cho mơi trường lỏng (nước thải trong các cơng trình xử lý, đặc biệt là khi tạo bùn và hoạt hĩa bùn hồi lưu) theo tỉ lệ BOD5 : N : P (bình thường là 100 : 5 : 1 và xử lý kéo dài 200 : 5 : 1. Thiếu nitơ lâu dài, ngồi sự cản trở tạo tế bào mới và bùn, cản trở quá trình trao đ ổi chất cịn làm cho bùn khĩ lắng. Thiếu phospho tạo sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, là nguyên nhân chính làm bùn phồng lên, khĩ lắng. • Chỉ số SVI (Sludge Volume Index) : chỉ số thể tích bùn Chỉ số SVI được định nghĩa là số ml nước thải đang xử lý lắng được 1 gam bùn (theo chất khơ khơng tro) trong 30 phút và được tính: 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 = V.1000M ho ặc MLSS (tính gần đúng: MLSS trừ 30 – 35% chất tro) • Chỉ số MLSS (Mix Liquoz Suspendids Solids): Chất rắn trong hỗn hợp chất lỏng – rắn huyền phù, gồm bùn hoạt tính và chất rắn lơ lửng cịn lại chưa được vi sinh vật kết bơng. V – thể tích mẫu khử (nước thải dạng xử lý đem lắng) M - số gam bùn khơ (khơng tro) Tuổi thọ của bùn tính theo cơng thức: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 14 MSSV:0811110056 𝑇𝑇 = V. XQ.ω Trong đĩ: V – thể tích của bể (m3) X – nồng độ trung bình của bùn (kg/m3) Q – lượng nước thải đã xử lý (m3) 𝜔𝜔 – vận tốc phát triển của bùn (kg/m3 .h) 2.1.2. Các cơng trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật: 2.1.2.1. Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aeroten: a. Bể phản ứng sinh học hiếu khí – aeroten là cơng trình bê tong cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình trịn, cũng cĩ trường hợp người ta chế tạo các aeroten bằng sắt thép hình khối trụ. Thơng dụng nhất hiện nay là các aeroten hình bể khối chữ nhật. Nước thải chảy qua suốt bề dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxi hịa tan và tăng cường quá trình oxi hĩa chất bẩn hữu cơ cĩ trong nước. Nước thải sau khi xử lý sơ bộ cịn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hịa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aeroten. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và cĩ thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hịa tan. Các chất lơ lửng làm nơi vi sinh bám vào để cơ trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bơng. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy, xử lý nước thải ở aeroten được gọi là quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật. Các hạt bơng cặn này cũng chính là bùn hoạt tính. Quá trình oxi hĩa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong aeroten qua 3 giai đoạn: Đặc điểm và nguyên lý làm việc của aeroten:  Giai đoạn thứ nhất: tốc độ oxi hĩa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 15 MSSV:0811110056 thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau khi vi sinh vật thích nghi với mơi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng cao dần.  Giai đoạn thứ hai: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất.  Giai đoạn thứ ba: sau một thời gian khá dài tốc oxi hĩa cầm chừng (hầu như ít thay đổi) và cĩ chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hĩa các muối amon. Sau cùng, nhu cầu oxi lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của aeroten (làm việc theo mẻ). Ở đây cần lưu ý rằng, sau khi oxi hĩa được 80 – 95% BOD trong nước thải, nếu khơng khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nếu khơng kịp tách bùn, nước sẽ bị ơ nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm tới 70% khối lượng cặn bùn) sẽ bị tự phân. Tế bào vi khuẩn cĩ hàm lượng protein rất cao (60 – 80% so với chất khơ), ngồi ra cịn cĩ các hợp chất béo, hidratcacbon, các chất khống… khi bị tự phân sẽ làm ơ nhiễm nguồn nước. b. • Lượng oxi hịa tan trong nước. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của aeroten: • Thành phần chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật. • Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ cĩ trong nước thải để đảm bảo cho aeroten làm việc cĩ hiệu quả. • Các chất cĩ độc tính ở trong nước thải ức chế đến đời sống của vi sinh vật. • Nồng độ các chất lơ lửng (SS) ở dạng huyền phù. c. Phân loại aeroten: Cĩ nhiều cách phân loại aeroten: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 16 MSSV:0811110056 Phân loại theo chế độ thủy động: aeroten đẩy, aeroten khuấy trộn và aeroten hỗn hợp. Phân loại theo chế độ làm việc của bùn hoạt tính: aeroten cĩ ngăn hoặc bể tái sinh (hoạt hĩa) bùn hoạt tính tách riêng và loại khơng cĩ ngăn tái sinh bùn hoạt tính tách riêng. • Bể aeroten truyền thống: Tuần hồn bùn hoạt tính Xả bùn cặn Xả bùn hoạt tính thừa Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của bể aeroten truyền thống  Nước thải sau lắng 1 được trộn đều với bùn hoạt tính hồi lưu ở ngay đầu bể aeroten. Lượng bùn hồi lưu so với lượng nước thải cĩ độ ơ nhiễm trung bình khoảng 20 – 30%. Dung tích bể tính tốn sao cho khi dùng khí nén sục khối nước trong bể sau 6 – 8h, hoặc làm thống bề mặt bằng khuấy cơ học trong 9 – 12h đã đảm bảo hiệu suất xử lý tới 80 – 95%. Bể lắng 1 Bể lắng 2 Bể Aeroten Nước thải vào Nước ra Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 17 MSSV:0811110056  Với aeroten kiểu này thường dùng để xử lý nư ớc thải cĩ BOD < 400 mg/l. Lượng khơng khí cấp cho aeroten làm việc: 55 – 65m3 khơng khí cho 1 kg BOD. Chỉ số thể tích của bùn (SVI) là 50 – 150 ml/g. Tuổi của bùn là 3 – 15 ngày.  Aeroten kiểu này cần cĩ ngăn trong bể hoặc ngồi bể để hoạt hĩa (tái sinh) bùn hoạt tính. Ngăn hay bể phục hồi bùn hoạt tính cịn đư ợc gọi là ngăn tái sinh hoặc ngăn hoạt hĩa. Nồng độ bùn sau khi phục hồi đạt tới 7 – 8g/l (trong bể aeroten làm việc chỉ cần ở nồng độ bùn là 2 – 3g/l). • Bể aeroten nhiều bậc: Bùn hoạt tính Xã bùn cặn Bùn thừa Hình 2.4: Sơ đồ làm việc của bể aeroten nạp theo bậc  Nước thải sau lắng 1 được đưa vào aeroten bằng cách đoạn hay theo bậc, dọc theo chiều dài bể (khoảng 50 – 65%), bùn tuần hồn đi vào đầu bể.  Cấp khí dọc theo chiều dài. Cấp khí như thế này sẽ dư oxi một chút ở phần cuối aeroten. Song, aeroten được chia thành nhiều ngăn thì sẽ khắc phục được dễ dàng. Mỗi ngăn ở đây là một bậc. Nạp theo bậc cĩ tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể Bể lắng 1 Bể lắng 2 Nước thải Nước ra Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 18 MSSV:0811110056 tích bể, làm giảm sự thiếu hụt oxi ở đầu bể và lượng oxi được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxi tăng lên, hiệu suất xử lý sẽ cao hơn. 2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng dính bám: 2.2.1. Sinh trưởng dính bám (cố định hay gắn kết) – Màng sinh học: • Trong dịng nước thải cĩ những vật rắn làm giá đỡ (giá mang), các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) sẽ dính bám trên bề mặt. Trong số các vi sinh vật cĩ những lồi sinh ra các polysacarit cĩ tính chất như các chất dẻo (gọi là polymer sinh học), tạo thành màng (màng sinh học). Màng này cứ dày dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính bám hay là cố định trên các chất mang. Màng này cĩ khả năng oxi hĩa các chất hữu cơ cĩ trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc, ngồi ra màng này cịn khả năng hấp thụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán v.v… • Như vậy màng sinh học là tập hợp các lồi sinh vật khác nhau, cĩ hoạt tính oxi hĩa các chất hữu cơ cĩ trong nước khi tiếp xúc với màng. Màng này dày 1 – 3mm và hơn nữa. Màu của màng thay đổi theo thành phần của nước thải từ màu xám đến màu nâu tối. Trong quá trình xử lý nước thải chảy qua phin lọc sinh học cĩ thể cuốn theo các hạt của màng vở với kích thước 15 - 30𝜇𝜇m cĩ màu sáng vàng hoặc nâu. • Nước thường được xử lý cơ học qua các phin lọc phỏng theo mơ hình thấm nước tự nhiên trên mặt đất. Phin lọc nước cĩ thể là các thùng, các bể, thậm chí là ao hồ…Vật liệu lọc là các, sỏi được xếp như sau: ở dưới cùng là các lớp sỏi cuội đã rửa sạch cĩ kích thước nhỏ dần theo chiều cao của lớp lọc, ở lớp trên được trải vào lớp các vàng hạt to rồi đến nhỏ. Nước qua lớp cát nhỏ trên cùng rồi thấm dần qua lọc. Bề mặt của lớp các cần phải rộng vì nước thấm qua lọc tương đối chậm. Đây là một phin lọc chậm mà người ta đã bi ết từ thời xa xưa. Chiều dày lớp cát 7 – 10cm. Trên bề mặt những hạt cát, sỏi,đá, than, gỗ…và giữa chúng sẽ tạo thành một màng nhầy như gielatin và lớn dần lên, được gọi là màng sinh học. Màng này được tạo thành từ hàng triệu hàng tỉ tế bào vi khuẩn, các vi sinh vật khác và cĩ cả động vật nguyên sinh. Khác với quần thể vi sinh vật của bùn hoạt tính, thành phần lồi và số lượng các lồi ở màng Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 19 MSSV:0811110056 lọc tương đối đồng nhất. Mỗi màng lọc cĩ một quần thể cho riêng mình. Sự khác nhau khơng chỉ là số lượng mà cả chất lượng. Khi nước thải chảy qua lọc màng sinh học, do hoạt động sống của quần thể vi sinh vật, sẽ thay đổi thành phần nhiễm bẩn các chất hữu cơ cĩ trong nước. Các chất hữu cơ dễ phân giải được vi sinh vật sử dụng trước với vận tốc nhanh, đồng thời số lượng quần thể tương ứng này phát triển nhanh. Các chất hữu cơ khĩ phân giải sẽ được sử dụng sau với vận tốc cũng chậm hơn và quần thể vi sinh vật đồng hĩa chúng phát triển muộn màng hơn. • Màng sinh học được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí và các phin lọc sinh học là các cơng trình làm sạch nước hiếu khí, nhưng thực ra phải coi đây là hệ tùy tiện. Ngồi các vi khuẩn hiếu khí, màng cịn cĩ các vi khuẩn tùy tiện và kị khí. Ở ngồi cùng lớp màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus. Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy tiện, như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus và cả Bacillus. Lĩp sâu bên trong màng là kị khí, thấy cĩ vi khuẩn kị khí khử lưu huỳnh và khử nitrat Desulfovibrio. Như vậy, hệ sinh vật trong màng sinh học của phin lọc là các cá thể tùy tiện. • Màng sinh học này được dùng trong các phin lọc sinh học hiếu khí và đĩa quay sinh học. • Phần dưới cùng của màng là lớp quần thể vi sinh vật với sự cĩ mặt của động vật nguyên sinh và một số vi sinh vật khác. Các loại này ăn vi sinh vật và sử dụng một phần màng sinh học để làm thức ăn tạo thành các lỗ nhỏ của màng trên bề mặt chất mang. Quần thể vi sinh vật của màng sinh học cĩ tác dụng như bùn hoạt tính. • Nhìn chung ở vùng trên cùng của phin lọc cĩ sinh khối nhiều chất và màng lọc cũng là dày nhất, ở vùng giữa ít hơn và vùng dưới nữa là ít nhất. Màng vi sinh vật sẽ tăng dần lên và dày thêm, các tế bào bên trong màng ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được oxi phải chuyển sang phân hủy kị khí. Sản phẩm của biến đổi kị khí là các chất hữu cơ, các alcol…Các chất này tạo ra chưa kịp khuếch tán ra ngồi đã b ị các vi sinh vật khác sử dụng và nước lọc qua phin khơng ảnh hưởng gì lớn. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 20 MSSV:0811110056 • Với đặc điểm như vậy, màng sinh học cĩ thể oxi hĩa được tất cả các chất hữu cơ dễ phân hủy cĩ trong nước thải. Màng này dần dần bịt các khe giữa các hạt các, phin lọc giữ lại các tạp chất, các thành phần sinh học cĩ trong nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm dần và phin làm việc cĩ hiệu quả hơn. Nĩ hấp phụ giữ lại các vi khuẩn cũng như các tạp chất hĩa học. Nĩ oxi hĩa các hợp chất hữu cơ cĩ trong nước và nước được dần dần làm sạch. Nếu lớp màng quá dày ta cĩ thể dùng nước rửa, sục nước để loại bỏ màng và phin sẽ chảy nhanh hơn, hiệu quả của lọc cĩ giảm, nhưng dần dần lại được hồi phục. • Vận tốc lọc tốt là vào khoảng 11000 m3/0.4 ha.ngày. • Hiệu quả của phin lọc chậm cĩ thể giữ được tới 99% vi khuẩn cĩ trong nước. 2.2.2. Các cơng trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh vật: 2.2.2.1. Lọc sinh học (Biofilter): • Về nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hĩa các chất bẩn hữu cơ cĩ trong nước. • Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đĩ nước thải đã được làm sạch được thu gom xả vào lắng 2. Nước vào lắng 2 cĩ thể kéo theo những mãnh vỡ của màng sinh học bị trĩc ra khi lọc làm việc. • Lọc sinh học đang được dùng hiện nay chia làm 2 loại:  Lọc sinh học cĩ vật liệu tiếp xúc khơng ngập trong nước.  Lọc sinh học cĩ vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước. 2.2.2.2. Lọc sinh học cĩ lớp vật liệu khơng ngập trong nước (Lọc trong nước). Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc khơng ngập trong nước. Các vật liệu lọc cĩ độ rộng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện cơ thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dịng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí và kị khí các chất hữu cơ cĩ trong nước. Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 21 MSSV:0811110056 nước, phân hủy kị khí sinh ra CH4 và CO2 làm trĩc màng ra khỏi vật mang, bị nước cuốn theo. Trên mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch.  Vật liệu lọc: Phân lớn các vật liệu lọc cĩ trên thị trường đáp ứng các yêu cầu sau: Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vịng kim loại, vịng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn v.v… o Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2/m3. o Chỉ số chân khơng cao để tránh lắng đọng (thường cao hơn 90%). o Nhẹ. Cĩ thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 đến 10m hoặc cao hơn) o Cĩ độ bền cơ học đủ lớn. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm nước nặng tới 300 – 350 kg/m3. Để tính tốn, giá đỡ thường lấy giá trị an tồn là 500 kg/m3. o Quán tính sinh học cao. o Ổn định hĩa học. Bảng 2.2 : Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng ở cho lọc nhỏ giọt Vật liệu Kích thước (in) Khối lượng/đơn vị thể tích (Ib/ft3) Diện tich bề mặt (ft2/ft3) Độ thơng thống (%) Đá cuội: - Nhỏ - Lớn 1 – 2,5 4 – 5 78 – 90 50 – 62 17 – 21 12 – 50 40 – 50 50 – 60 Xỉ lị cao: - Nhỏ - Lớn 2 – 3 3 – 5 55 – 75 50 – 62 17 – 21 14 – 18 40 – 50 50 – 60 Chất dẻo (tấm): - Thơng thường - Bề mặt riêng cao 24 x 24 x 48 24 x 24 x 48 2 – 6 2 – 6 24 – 30 30 – 60 94 – 97 94 – 97 Gỗ đỏ 48 x 48 x 20 9 – 11 12 – 15 70 – 80 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 22 MSSV:0811110056 Quả cầu chất dẻo 1 – 3,5 3 - 6 38 – 85 90 – 95 Ghi chú: Kích thước của tấm chất dẻo và gỗ đỏ là kích thước modun. Đơn vị tính: 1 in = 25,4 mm 1 b/ft3 x 16,0185 = 1 g/m3 ft2/ft3 x 3,2808 = 1 m2/m3  - Bể lọc sinh học làm việc trong điều kiện thống khí. Ngồi việc cấp oxi cho vi sinh vật ở màng sinh học hoạt động, thống khí cịn cĩ tác dụng loại ra khỏi lọc các khí tạo thành do quá trình phân hủy các chất hữu cơ cĩ trong nước, như CO2 và cĩ thể cĩ cả CH4, H2S v.v… Thơng khí ở bể lọc sinh học: - Thơng khí ở đây cĩ thể bằng cách tự nhiên hay nhân tạo. Thơng khí tự nhiên là do sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngồi bể. Nếu nhiệt độ của nước thải lớn hơn nhiệt độ của khơng khí thì khơng khí sẽ đi từ cửa thơng khí ở thành phía dưới gần đáy bể, qua lớp vật liệu lọc đi lên. Ngược lại, nếu nhiệt độ của nước thải thấp hơn nhiệt độ của khơng khí thì khơng khí sẽ thâm nhập qua bề mặt lớp vật liệu lọc theo nước thải xuống đáy bể. Trường hợp nhiệt độ của nước thải và khơng khí bằng nhau thì bể lọc khơng thơng khí. Trường hợp này khắc phục bằng thong khí nhân tạo. - Trong thong khí nhân tạo, người ta dùng quạt giĩ thổi vào khoảng trống ở đáy bể và khơng khí từ đĩ đi lên qua các khe hở của lớp vật liệu. - Lượng khơng khí cần thiết cho lọc sinh học tính theo cơng thức: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 23 MSSV:0811110056 Wkk= • Wkk : lượng khơng khí cần thiết (m3/m3 nước thải. ngày) • 21 : tỉ lệ % của oxi trong khơng khí. - Qua thực tế xác định được lượng oxi sử dụng trong lọc sinh học và trong các cơng trình sinh học thường khơng quá 7 – 8% lượng oxi cung cấp. - Khi nhiệt độ dưới 60C, quá trình oxi hĩa chất hữu cơ trong nước thải khơng xảy ra.  - Lọc phun được phân loại theo tải trọng thủy lực hoặc tải trong các chất hữu cơ. Do vậy, cĩ lọc tải trọng thấp và lọc tải trọng cao (cao tải). Các loại lọc này được giới thiệu ở bảng sau: Phân loại lọc phun: Bảng 2.3: Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt: ( Các tiêu thiết kế) Thơng số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trong cao Chiều cao lớp vật liệu (m) 1 – 3 0,9 – 2,4 (đá) 6 – 8 (nhựa tấm) Loại vật liệu Đá cục, than cục, đá ong, cuội lớn Đá cục, than cục, sỏi lớn, tấm nhựa đúc, cầu nhựa Tải trọng theo chất hữu cơ theo thể tích vật liệu lọc Kg BOD5/ 1 m3 vật liệu / ngày 0,08 – 0,4 0,4 – 1,6 Tải trọng thủy lực theo diện tích bề mặt m3/m2 .ngày 1 – 4,1 4,1 – 40,7 Hệ số tuần hồn 𝑅𝑅 = QTQ Tùy chọn 0 – 1 0,5 – 2 Tải trọng thủy lực trên bề mặt của bể lắng đợt 2 m3/m2 .ngày 25 16 BOD20 (g / m3 .ngày) 21 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 24 MSSV:0811110056 Hiệu quả khử BOD sau bể lọc và bể lắng 2 Phần trăm 80 – 90 65 – 85 Ghi chú: Tải trọng thủy lực nêu trong bảng là tỉ số của lưu lượng nước xử lí Q (m3 / ngày) cộng với lưu lượng tuần hồn QT (m3 / ngày) (nếu cĩ) chia cho diện tích bề mặt của bể lọc S (m2). Bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng thấp quản lí đơn giản, hiệu quả xử lí ổn định cả khi nước nguồn cĩ chất lượng dao động lớn, hiệu quả xử lí của bể lọc phụ thuộc vào chế độ tưới nước tức là phụ thuộc vào vịng quay của thiết bị tưới, hay thể tích thùng đo và tích nước rồi lấy ra bằng xi phơng. Thời gian tưới gián đoạn khoảng ≤ 5 phút. 2.2.2.3. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước: - Trong quá trình làm việc, lọc cĩ thể khử được BOD và chuyển hĩa NH4+ thành NO3- , lớp vật liệu lọc cĩ khả năng giữ lại cặn lơ lửng. Để khử được tiếp tục BOD và NO3- , P người ta thường đặt 2 lọc nối tiếp. Giàn phân phối khí của lọc sau khi ở giữa lớp vật liệu với độ cao sao cho lớp vật liệu nằm ở phía dưới là vùng thiếu khí (anoxic) để khử NO3- và P. Ở lọc này nước và khơng khí cùng chiều đi từ dưới lên và cho hiệu quả xử lí cao. - Lọc sinh học với vật liệu nổi ít bị trĩc màng sinh học bám quanh các hạt vật liệu, mặc dù tốc độ thơng giĩ lớn, hàm lượng cặn lơ lửng cĩ ở trong nước ra khỏi lọc đều nhỏ hơn 20 mg/l. Do đĩ cĩ thể khơng cần bố trí bể lắng 2 trong hệ thống xử lý. - Kĩ thuật này được áp dụng cho việc xử lí nước thải sinh hoạt đơ thị đồng thời khử được hợp chất hữu cơ cacbon và nitơ, loại bỏ được chất rắn huyền phù. Đối với nước sạch sinh hoạt phương pháp lọc sinh học với vật liệu ngập nước rất thích hợp để nitrat hĩa và khử nitrat. - Kĩ thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh vật tập trung ở màng sinh học cĩ hoạt tính mạnh hơn ở bùn hoạt tính. Do vậy nĩ cĩ thể cĩ những ưu điểm sau: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 25 MSSV:0811110056 • Chiếm ít diện tích vì khơng cần bể lắng trong (bể lắng 2). Đơn giản, dễ dàng cho việc bao, che cơng trình, khử độc hại (ít mùi và ít ồn), đảm bảo mĩ quan. • Khơng cần phải rửa lọc, vì quần thể vi sinh vật được cố định lên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải. • Dễ dàng phù hợp với nước thải pha lỗng. • Đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau một thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng. • Cĩ cấu trúc modun và dễ dàng tự động hĩa. 2.2.2.4. Lọc sinh học với lớp vật liệu là các hạt cố định: - Phương pháp này gần như là phương pháp cải tiến của phương pháp lọc trên. Nĩ đặc biệt là rất gần với phương pháp lọc sinh học cĩ lớp vật liệu ngập trong nước. - Hãng Degremont đã ch ế tạo ra một loại vật liệu cĩ tên là Biolite (L, P, F ) cĩ kích cỡ từ 1 – 4mm, khối lượng hạt từ 1,4 đến 1,8 g/cm3, cĩ các đặc điểm chung như sau: • Trạng thái bề mặt rất ưu thích cho vi khuẩn dính bám. • Ít bi vỡ vụn và chịu đựng được axit. - Các vật liệu cĩ hai nhiệm vụ: • Làm giá thể mang màng sinh học (các vi sinh vật). • Tác dụng lọc. - Các lọc sinh học cĩ lớp vật liệu hạt Biolite rất thích hợp cho việc xử lí nước sạch sinh hoạt, nước thải đơ thị, nước thải cơng nghiệp. Các loại nước thải này cần phải xử lí sơ bộ, đặc biệt là qua lắng 1, trước khi cho vào lọc. - Lọc sinh học với lớp vật liệu lọc dạng hạt được chia thành: • Biofor : bể lọc sinh học với chiều hỗn hợp dịng khí – nước đi từ dưới đi lên trên. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 26 MSSV:0811110056 • Biodrof : bể lọc sinh học với chiều dịng khí – nước đi từ trên xuống dưới. • Nitrazur : lọc cĩ hịa tan trước khơng khí hoặc oxi kĩ thuật vào nước. 2.2.2.4.1. • Mơ tả : Đây là một hệ thống lọc sinh học với vi khuẩn hiếu khí cĩ dịng khí – nước dâng lên. BIOFOR: • Trước khi dịng hỗn hợp khí – nước đi ngược từ dưới lên trên lọc, nước được khí sục trộn đều rồi dâng lên trên tràn qua rãnh thu nước rồi cĩ thể xả tiếp vào nguồn hoặc đưa trở lại lọc. • BIOFOR thường được dùng sau lắng sơ bộ hoặc tuyển nổi. Lĩnh v ực sử dụng kĩ thuật này cĩ đặc điểm: o Loại bỏ BOD5 của chất thải chứa nồng độ nhỏ hơn 300 mg / l. o Giữ lại huyền phù của chất thải cĩ nồng độ nhỏ hơn 150 mg / l. o Loại bỏ amoniac bằng oxi hĩa. o Khử nitrat của nước chứa nitrat bằng khơng khí nén. • Khi xử lí nước thải đơ thị, hiệu quả làm giảm các chất huyền phù cĩ trong nước tới 70 – 85%, với tốc độ dịng chảy từ 2 đến 6 m/h, dung lượng huyền phù khoảng 1,5 – 2 kg/m3. Hàm lượng BOD trong nước thải trung bình (2 – 6 kg BOD5/m3 .ngày) Biofor cĩ thể loại được 75 – 85%. 2.2.2.4.2. Nước cần được xử lí sẽ đi qua lớp vật liệu lọc dạng hạt. Dịng này cho phép chuyển oxi trong khối tác dụng mà khơng cần tới vịi phun khí trực tiếp vào bể phản ứng (bể lọc). Lưu lượng khí cùng với dịng nư ớc tạo nên một giảm áp trong bể phản ứng. BIODROF Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 27 MSSV:0811110056 2.2.2.4.3. Nước trước khi đi vào lọc được hịa tan khơng khí hoặc oxi. Với vật liệu Biolite dùng trong trường hợp này khơng bị nhiễu loạn do sự cĩ mặt của các bọt khí. Hiệu suất loại bỏ huyền phù của Oxiazur khá cao. Bộ lọc thơng dụng cĩ dịng chảy xuơi và thích hợp cho các loại nước thải cĩ hàm lượng BOD5 nhỏ. OXIAZUR ( Lọc cĩ hịa tan trước khơng khí hoặc oxi) 2.2.2.4.4. Lọc Nitrazur dùng để loại bỏ nitơ để sản xuất nước uống, bao gồm 2 kĩ thuật : kĩ thuật nitrat hĩa (NITRAZUR N) và khử nitrat (NITRAZUR DN). Lọc NITRAZUR 2.2.2.5. Đĩa quay sinh học RBC: - Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt đĩa trịn, phẳng được làm bằng PVC (poly vinyl clorit) hoặc PS (poly styren), lắp trên một trục. Các đĩa này được đặt ngập vào nước một phần (khoảng 30 – 40% theo đường kính cĩ khi ngập tới 70 – 90%) và quay chậm khi làm việc. Đây là cơng trình hay thiêt b ị xử lý nước thải kĩ thuật màng sinh học dựa trên sự sinh trưởng găn kết của vi sinh vật trên bề mặt của các vật liệu đĩa. - Đĩa quay sinh học được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 sau đĩ ở Mỹ. Ở Mỹ và Canada, 70% hệ thống RBC được sử dụng để loại BOD, 25% để loại BOD và nitrat, 5% để loại nitrat. Hệ đĩa quay gồm những đĩa trịn poly styren hoặc poly vinyl clorit đặt gần sát nhau nhúng chìm khoảng 40 – 90% trong nước thải hoặc quay với vận tốc chậm. Tương tự như bể lọc sinh học, một lớp màng sinh học được hình thành và bám chắc vào vật liệu đĩa quay. - Khi quay màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đĩ tiếp xúc với oxi khi ra khỏi nước thải. Đĩa quay được nhờ mơtơ hoặc sức giĩ. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với khơng khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy chất hữu cơ được phân hủy nhanh. - Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động của RBC là lớp màng sinh học. Khi bắt đầu vận hành các vi sinh vật trong nước bám vào vật liệu và phát triển ở đĩ Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 28 MSSV:0811110056 cho đến khi tất cả vật liệu được bao bởi lớp màng nhầy dầy chừng 0,16 – 0,32 cm. Sinh khối bám chắc vào RBC tương tự như ở màng sinh học. - Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay g ồm các vi khuẩn kị khí tùy tiện như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus, các vi sinh vật hiếu khí như Bacillus thì thư ờng cĩ ở lớp trên của màng. Khi kém khí hoặc yếm khí thì tạo thành lớp màng vi sinh vật mỏng và gồm các chủng vi sinh vật yếm khí như Desulfovibrio và một số vi khuẩn sunfua. - Đĩa quay sinh học thường được thiết kế trên cơ sở yếu tố tải trọng rút ra từ kết quả nghiên cứu ở trạm thử nghiệm, mơ hình sản xuất, mặc dù (cĩ thể phân tích) năng suất của nĩ theo phương pháp tiệm cận, tương tự như đối với các bể lọc sinh học. Cả hai chỉ tiêu tải trọng thủy lực và tải trọng chất hữu cơ đều được dùng để xác định kích thước cơng trình xử lý bậc hai. Các loại tải trọng đối với thời tiết ấm áp và tồn năm về nitrat hĩa sẽ thấp hơn nhiều so với tải trọng khi xử lý bậc hai. - Năng suất tải của đĩa RBC vào khoảng 0,5 – 1 kg BOD/m3 . ngày . Nên giảm bớt chất hữu cơ vào ở giai đoạn đầu để đề phịng xảy ra hiện tượng thiếu khí oxi. Tải lượng nước trên bề mặt vật liệu của RBC thay đổi trong khoảng 0,03 – 0,06 m3/m2.ngày với nước thải xử lý lần 2 và 0,01 m3/m2.ngày với nước cần xử lý nitrat. Mối liên hệ giữa thể tích bồn chứa và bề mặt vật liệu cĩ ý nghĩa r ất lớn. Dung tích tối ưu của bồn chứa xử lý nước thải sinh hoạt là khoảng 4,88 l/m2 bề mặt vật liệu và thời gian lưu nước khoảng 40 – 90 phút cho oxi hĩa các hợp chất cacbon hữu cơ và 90 – 240 phút cho nitrat hĩa. 2.3. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải: - Ở loại nước thải thường cĩ những vi sinh vật đặc trưng riêng, phụ thuộc chủ yếu vào thành phần vật chất cĩ trong nước thải. Phần lớn vi sinh đĩng vai trị r ất quan trọng trong quá trình chuyển hĩa, chúng cĩ tác dụng làm giảm chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dịng chảy. Trong nước thải số lượng và chủng loại vi sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhất là các chất hữu cơ hịa tan trong nư ớc, các chất độc, pH của mơi trường, những yếu tố Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 29 MSSV:0811110056 quyết định đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng của chúng. Do đĩ, để tăng cường vai trị của vi sinh vật hoạt động trong xử lý nước thải thì cần phải thiết kế điều kiện mơi trường phù hợp. - Nước càng bẩn, càng chứa nhiều chất hữu cơ, nếu thích nghi và sinh trưởng được thì sự phát triển của vi sinh vật càng nhanh. Tuy nhiên, khơng phải tất cả các vi sinh vật đều cĩ lợi cho các quá trình chuyển hĩa trong xử lý nước thải. Nếu như điều kiện mơi trường khơng cịn thích hợp cho hoạt động của các lồi vi sinh vật, hoặc số lượng các vi sinh vật trong hệ thống xử lý tăng đột biến, điều này sẽ ngăn cản trở quá trình chuyển hĩa và làm giảm hiệu suất xử lý nước thải. - Trong nước thải cĩ nhiều loại vi sinh vật khác nhau: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực khuẩn thể…nhưng chủ yếu là vi khuẩn. - Đặc biệt nước thải sinh hoạt của các xí nghiệp chế biến thực phẩm, rất giàu các chất hữu cơ, vì vậy số lượng vi sinh vật trong nước là rất lớn. Trong số này chủ yếu là vi khuẩn, chúng đĩng vai trị phân hủy các chất hữu cơ, cùng với các khống chất khác dùng làm vật liệu xây dựng tế bào đồng thời làm sạch nước thải. 2.3.1. Vi khuẩn (Bacteria): - Vi khuẩn đĩng vai trị quan tr ọng hàng đầu trong các bể xử lý vì nĩ chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể phân hủy bằng vi sinh trong điều kiện hiếu khí, một phần chất thải hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí khơng bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ, cịn lại thành tế bào vi khuẩn mới. - Theo quan điểm hiện đại (NCBI – Nation Center for Biotechology Information, 2005) thì vi khuẩn bao gồm các ngành sau này: Aquificae, thermotogae, defferribacteres, cyanobacteria, proteobacteria, firmicutes, actinobacteria, planetomycetes, chlamydiae/Nhĩm verrucomicrobia, spirochaetes, fibrobacteres/Nhĩm axitobacteria. Bacteroidetes/Nhĩm chlorobia, fusobacteria, Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 30 MSSV:0811110056 dictyoglomy. Việc phân ngành dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hĩa, sinh thái. Hình 2.5: Aquificae Hình 2.6: Thermotogae - Vi khuẩn là sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ từ 0,3-1μm, cơ thể chứa khoảng 85% là nước và 15% là các khoàn chất hay chất nguyên sinh. Chất nguyên sinh phần lớn là S, K, Na, Cl và một lượng nhỏ Fe, Si và Mg. chúng đứng riêng rẽ hoặc xếp thành đôi, thành 4 tế bào hoặc hình thành khối với 8 tế bào, xếp thành chuỗi hoặc thành chùm. Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào. Trong điều kiện chất dinh dưỡng, oxi, pH và nhiệt độ môi trường thích hợp thì thời gian thế hệ là 15-30 phút. - Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu (Cocci) có đường kính khoảng 1-3 𝜇𝜇m; nhóm hình que (Bacillus) có chiều rộng khoảng 0,3-1,5 𝜇𝜇m chiều dài khoảng 1-10 𝜇𝜇m (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chiều rộng 0,5 𝜇𝜇m chiều dài 2 𝜇𝜇m); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc (Spirilla), vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6-1,0 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 31 MSSV:0811110056 𝜇𝜇m và chiều dài khoảng 2-6 𝜇𝜇m; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 𝜇𝜇m; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 𝜇𝜇m hoặc dài hơn. - Các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng bậc nhất trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, làm sạch nước thải trong vòng tuần hoàn vật chất - Vi khuẩn được chia thành 2 nhóm chính: o Vi khuẩn ký sinh (Paracitic Bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ, thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống trong đường ruột của người và động vật, đi vào nước thải theo phân và nước tiểu. Hình 2.7: Paracitic Bacteria o Vi khuẩn hoại sinh (Saprophytic Bacteria) dùng chất hữu cơ không hoạt động làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống và sinh sản, và thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vô cơ. Bằng quá trình Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 32 MSSV:0811110056 hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trò cực kì quan trọng trong việc làm sạch nước thải. Nếu không có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ không xảy ra. Có rất nhiều loài vi khuẩn hoại sinh, mỗi loài đóng vai trò rất đặc biệt trong mỗi công đoạn của quá trình phân hủy hoàn toàn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi loài sẽ tự chết khi hoàn thành quy trình sống và sinh sản ở giai đoạn đó. Hình 2.8: Saprophytic Bacteria - Tất cả các loài vi khuẩn ký sinh và hoại sinh can có thức ăn và oxi để đồng hóa. Một số loài trong số vi khuẩn này chỉ có thể hô hấp bằng oxi hòa tan trong nước gọi là vi khuẩn hiếu khí, còn quá trình phân hủy chất hữu cơ của chúng gọi là quá trình hiếu khí hay quá trình oxi hóa. Một số loài khác trong số các vi khuẩn này không thể tồn tại được khi có oxi hòa tan trong nước, những vi khuẩn này gọi là vi khuẩn kị khí và quá trình phân hủy gọi là quá trình kị khí, quá trình này tạo ra các mùi khó chịu. Còn một số loài vi khuẩn hiếu khí trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, nếu thiếu hoàn toàn oxi hòa tan, chúng có thể tự điều chỉnh để thích Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 33 MSSV:0811110056 nghi với môi trường gọi là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi. Ngược lại cũng tồn tại một loài vi khuẩn kị khí, khi có oxi hòa tan trong nước chúng không bị chết mà lại làm quen được với môi trường hiếu khí gọi là vi khuẩn kị khí tùy nghi. Sự tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường có sự thay đổi của oxi hòa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trong trong quy trình phân hủy chất hữu cơ của nước thải trong các công trình xử lý. - Nhiệt độ của nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn, phần lướn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiệu quả cao và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 20-400C. Một số loài vi khuẩn trong xử lý cặn phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ 50-600C. Khi duy trì các điều kiện môi trường: thức ăn, nhiệt độ, pH, oxy, độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển thì hiệu quả xử lý sinh học trong công trình sẽ đạt hiệu quả cao nhất. - Tuy nhiên không phải tất cả các loài vi khuẩn đều có lợi cho quá trình sinh hóa, một vài trong số chúng là loài gây hại, trong đó có hai loài vi khuẩn tiêu biểu có hại cho hệ thống. Một là các dạng vi khuẩn dạng sợi (Filamentous) là các dạng phân tử trung gian, thường kết với nhau thành lớp lưới nhẹ nổi lên mặt nước và gây cản trở cho quá trình lắng, làm cho lớp bùn đáy không có hiệu quả, sinh khối sẽ không gắn kết lại và theo các dòng chảy sạch đã qua xử lý ra ngoài. Một dạng vi khuẩn có hại khác tồn tại trong lượng bọt dư thừa trong các bể phẩn ứng sinh hóa, phát sinh từ các hệ thống thông gió để tuần hoàn oxi trong hệ thống. - Theo phương thức dinh dưỡng, vi khuẩn được chia làm 2 loại như sau: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 34 MSSV:0811110056 o Vi khuẩn dị dưỡng (Heterotroph): sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng và phát triển tế bào. Hình 2.9: Heterotroph o Vi khuẩn tự dưỡng (Autotroph): có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này có vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh… 2.3.2. Virus và thực khuẩn thể: - Virus là những sinh vật cực nhỏ (kích thước khoảng 20-100nm). Chúng không có cấu tạo tế bào, thành phần hóa học rất đơn giản, chỉ bao gồm protein và acid nucleic, virus chỉ chưa AND hoặc ARÛN, không thể sống độc lập mà phải sống kí sinh vào tế bào chủ. Mỗi virus có một loại tế bào chủ tương ứng, virus bám vào tế bào chủ rồi xâm nhập vào nội bào, phần acid nucleic được giải phóng ra khỏi vỏ bọc. - Virus có nhiều dạng: virus của động vật có hình quả cầu, hình trứng (virus đậu gà), hình hộp vuông hay hình chữ nhật (đậu bò), hay hình gậy…virus thực vật có hình quả cầu hay hình que dài( virus đốm lá, thuốc lao). Sự hiện diện của virus trong nước thải sẽ ảnh hưởng không tốt cho quá trình xử lý. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 35 MSSV:0811110056 - Thực khuẩn thể là virus của vi khuẩn, có khả năng làm tan các tế bào vi khuẩn rất nhạnh. Thực khuẩn có hình dáng giống quả chùy, phần đuôi cán có sợi móc để bám vào vỏ của tế bào vi khuẩn, rồi làm tan một lỗ nhỏ trên vỏ tế bào, phần acid nucleic bên trong của virus sẽ nhanh chóng xâm nhập vào nội bào. - Trong nước thải thường có những vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật, kèm theo có cả những thực khuẩn thể tương ứng với từng loại vi khuẩn đó. Do đó khi thấy có thực khuẩn thể trong nước thải người ta có thể kết luận được sự có mặt của vi khuẩn tương ứng. 2.3.3. Vi nấm (Fungi) - Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, hiếu khí, và thường thuộc loại cơ thể sinh vật dị dưỡng. Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải. Cùng với vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Về mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ và pH thấp. Không có sự hiện diện của nấm, chu trình cacbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong môi trường. Các giống nấm thường gặp trong nước thải là Saplogeria và Leptomus Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 36 MSSV:0811110056 Hình 2.10: Fungi 2.3.4. Nấm men - Nấm men thuộc cơ thể đơn bào, chúng có hình dạng không ổn định, thường là hình cầu, hình elip, hình bầu dục và cả hình dài. Tế bào nấm men thường có kích thước lớn gấp 5-10 lần tế bào vi khuẩn, kích thước trung bình của nấm men là 9-10 µm và rộng 2-7 µm. - Nấm men phân hủy các chất hữu cơ hạn chế hơn nhưng chúng có thể lên men được một số đường thành rượu, acid hữu cơ, glycerin trong điều kiện kị khí và phát triển tăng sinh khối trong điều kiện kị khí. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 37 MSSV:0811110056 Hình 2.11: Nấm men 2.3.5. Nấm mốc - Nấm mốc được phân bố rộng rãi trong tự nhiên, chúng không phải là thực vật cũng không phải là động vật nên chúng hoàn toàn khác với vi khuẩn và nấm men. - Nấm mốc có khả năng phân hủy được các chất hữu cơ khó phân hủy như xenlulozo, hemixenlulozo và lignin. - Nói chung vi sinh dạng nấm có kích thước lớn hơn vi khuẩn và không có vai trò trong giai đoạn phân hủy ban đầu các chất hữu cơ trong quá trình xử lý nước thải. Mặc dù nấm có thể sử dụng các vật chất hữu cơ tan trong mối quan hệ cạnh tranh với các vi khuẩn, nhưng chúng dường như không cạnh tranh tốt trong quá trình sinh trưởng lơ lửng hay ở điều kiện bám dính, trong môi trường bình thường, vì vậy không tạo thành sự can đối trong hệ thống vi trùng học. Nói cách khác khi không cung cấp đủ oxi và nito hoặc khi pH quá thấp, nấm có thể sinh sản nhanh, gay ra các vấn đề ảnh hưởng tương tự như các vi khuẩn dạng sợi. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 38 MSSV:0811110056 Hình 2.12: Nấm mốc 2.3.6. Tảo (Algae) - Tảo là nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang hợp, có diệp lục và có khả năng sử dụng CO2 hoặc bicacbonat làm nguồn cacbon và nguồn nito, phosphor vô cơ để cấu tạo tế bào dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. - Trong nước giàu nguồn N và P, đặc biệt là P sẽ là điều kiện rất tốt cho tảo phát triển. Nguồn CO2 có thể do vi sinh vật hoạt động trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạo thành cung cấp cho tảo hoặc từ không khí. - Mặc dù tảo không phải là sinh vật gây hại, nhưng chúng có thể gây ra một số vấn đề trong quá trình xử lý nước thải. Tảo phát triển làm cho nước có màu sắc, thực chất là màu sắc của tảo. o Tảo xanh Aphanizomenon blosaquae, Anabaena microistic…làm cho nước có màu xanh lam. o Tảo Oscilatoria rubecens làm cho nước ngã màu hồng o Khuê tảo ( Melosira, Navicula) làm cho nước có màu nâu. Chrisophit làm cho nước có màu vàng nhạt. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 39 MSSV:0811110056 o Tảo phát triển còn làm cho nước có nhiều mùi khó chịu như mùi cỏ, mùi thối… Hình 2.13: Algae 2.3.7. Nguyên sinh động vật (Protozoa) - Bên cạnh nhóm vi khuẩn thì nhóm nguyên sinh động vật cũng góp phần quan trọng trong các quá trình xử lý nước thải. Chúng thuộc vào nhóm động vật sống trôi nổi trong nước, có cấu tạo cơ thể đa bào, hầu hết sống hiếu khí hoặc yếm khí không bắt buộc chỉ có một số loại sống yếm khí. Các nguyên sinh động vật quan trọng trong quá trình xử lý nước thải bao gồm các cho Amoeba, Flagellate và Ciliate. - Các nguyên sinh động vật này có thể được coi như là các chất chỉ thị của nước thải, vì sự có mặt của chúng có nghĩa là bùn hoạt tính thích hợp với cơ chất có trong nước thải. Các nguyên sinh động vật còn ăn các vi khuẩn và các vi sinh vật khác. Do đó nó đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng hệ vi sinh vật trong các hệ thống xử lý sinh học và tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trong nước thải. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 40 MSSV:0811110056 2.4. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng dính bám trong xử lý nước thải : 2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí với sinh trưởng dính bám: - Năm 1865, tại Berlin- Đức, bác sĩ Alexander Mueller đã chứng minh được rằng nước thải có thể được lọc sạch bởi những sinh vật sống có trong một cột lọc. - Năm 1868, ông Edward Frankland, một thành viên của Hội đồng Anh đã nghiên cứu phương thức lọc đối với nước thải ở London với một cột bên trong có chứa vật liệu dạng tấm làm từ sỏi thô và đất có than bùn. - Năm 1882, Warrington đã chứng minh rằng có thể làm giảm chất ô nhiễm trong nước bằng sỏi sạch. - Lọc sinh học được áp dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1891 và ở Anh năm 1893. - Hệ thống lọc sinh học đầu tiên được thiết lập tại trại thực nghiệm Lawrence, bang Matsachusét, nước Mỹ năm 1891. Năm 1901, hệ thống lọc sinh học đầu tiên được giới thiệu áp dụng tại Madison, Wisconsin. Đến năm 1940 ở nước này đã có 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học. - Năm 1960, đĩa quay sinh học đầu tiên được áp dụng ở CHLB Đức, sau đó ở Mỹ. Ở Mỹ và Canada, 70% hệ thống đĩa quay sinh học được sử dụng để loại bỏ BOD, 25% để loại bỏ BOD và Nitrate, 5% để loại bỏ Nitrate. - Những năm 1970, lọc sinh học trở nên phổ biến ở nước Đức. - Những năm 1980, lọc sinh học được áp dụng để xử lý sự phát thải độc chất và sự phát tán chất ô nhiễm hữu cơ trong công nghiệp. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 41 MSSV:0811110056 - Đến những năm 1990, có hơn 500 hệ thống xử lý sử dụng biện pháp lọc sinh học trong xử lý nước ở Đức và Hà Lan. - Năm 1995, Guitonas và Alexious đã tiến hành thí nghiệm sử dụng một bể lọc sinh học hai giai đoạn, hiếu khí và kị khí, với giá thể bằngc hất dẻo. Hiệu quả xử lý Nitơ đạt được khá cao với nước thải đô thị ở nhiệt độ cao. - Năm 1996, tại nhà máy xử lý nước thải KCN Việt Nam- Singapore đã áp dụng hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí với giá thể gắn kết, sử dụng tấm PVC nhám làm giá thể dính bám cho vi sinh vật, hiệu quả xử lý BOD đạt trên 70%. - Mới đây, năm 2004, Viện Hóa học Công nghệ (Bộ Công nghiệp) đã phối hợp với Trung tâm Công nghệ môi trường quốc tế Nhật Bản (ICETT) chuyển giao công nghệ xử lý bằng vi sinh vật. Công nghệ này đã được sử áp dụng để xử lý nước thải sông Tô Lịch cực kì ô nhiễm, người ta chỉ việc bơm cho nước chảy qua hệ thống lọc. Vật liệu lọc là những thứ có sẵn, dễ tìm kiếm và rất rẽ tiền như đá vôi, chất phế thải xây dựng có độ xốp cao, chai nhựa phế thải, than củi, các loại vỏ động vật có chứa nhiều canxi như sò, ốc, hến. Ngoài ra chỉ cần thêm một số cành cây khô, gỗ mục để làm môi trường cho các vi sinh vật phát triển là có thể thực hiện qui trình lọc. Nước qua hệ thống lọc sẽ trong vắt mà không cần sử dụng hóa chất. Mô hình thực nghiệm được đặt tại Cầu Diễn- Hà Nội, với công suất 50m3/ngày, và kết quả thu được là: + Hiệu xuất xử lý COD đạt 65 – 70% + Hiệu xuất xử lý BOD đạt 85 – 90% Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 42 MSSV:0811110056 + Hiệu xuất xử lý SS đạt >90% + Hiệu xuất xử lý Coliform đạt >99% + Thông số DO > 6,5% + Thông số pH >7,5 2.4.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng dính bám: - Đây là phương pháp xử lý kị khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kị khí trên các giá mang. Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kị khí và lọc với vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất carbon hữu cơ. Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử nitrate. - Bể lọc yếm khí do công ty Cấp thoát nước số 2 nghiên cứu thiết kế đã đưa vào vận hành có kết quả là cột lọc dùng vật liệu lọc nổi polyspirence, đường kính hạt 3- 5mm, chiều dày 2m. Nước thải đi vào bể được phân phối đều theo diện tích đáy bể. Dòng nước đi từ dưới lên tiếp xúc với khối bùn lơ lửng ở dưới lớp lọc rồi tiếp xúc với khối hạt lọc có vi khuẩn yếm khí dính bám. Chất hữu cơ hòa tan trong nước thải được hấp thụ và phân hủy, bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc. Sau 2-3 tháng xả bùn dư 1 lần. Nước đi qua lớp lọc được tách khí rồi chảy vào máng thu theo ống dẫn đưa sang xử lý hiếu khí. (Trịnh Xuân Lai– 2000) - Lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ: trong phương pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá mang bằng chất Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 43 MSSV:0811110056 dẻo, có dòng nước đẩy chảy qua. Vật liệu có thể là chất dẻo ở dạng tấm sắp xếp hay bằng vật liệu rời hoặc hạt, như hạt polyspiren. Nước thải đi từ dưới lên phía trên được tiếp xúc với vật liệu có vi sinh vật kị khí và tùy nghi phát triển dính bám thành màng mỏng. (Lương Đức Phẩm, 2002) - Lọc kị khí với vật liệu giả lỏng trương nở: vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dân lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong 1 đơn vị thể tích là lớn nhất. Hãng Degremont đã chế tạo ra một loại vật liệu hạt Biolite đặc biệt, có kích thước nhỏ hơn 0,5mm có cấu tạo lỗ nên diện tích riêng là khá lớn, khối lượng riêng nhỏ, chịu được va đập. (Lương Đức Phẩm, 2002) - Năm 1990, Warnakula và công sự, thuộc Viện Nghiên cứu cây cao su của Sri Lanka đã bắt đầu nghiên cứu về việc sử dụng xơ dừa làm giá thể trong xử lý nước thải cao su bằng phương pháp sinh học hiếu khí và kị khí. Nghiên cứu này cho thấy, vật liệu mới này tạo ra nhiều khoảng trống cho vinh sinh vật phát triển. Và kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trong hội nghị quốc tế về công nghệ xử lý nước thải trong các nhà máy chế biến cao su từ ngày 8 đến ngày 13 tháng 3 năm 1999. - Nguyễn Ngọc Bích, Lâm Minh Triết, Lê Huy Bá (2002) đã xây dựng một mô hình thử nghiệm bể phân hủy kỵ khí ở quy mô 5m3/ngày đã được thiết lập và vận hành trong hai năm để xử lý nước thải ngành chế biến cao su có các hàm lượng COD và BOD tương ứng khoảng 9500 mg/l và 6500 mg/l. Xơ dừa thô được sử dụng là giá thể cho vi sinh vật kết bám trong bể. Kết quả với thời gian lưu nước là 2 ngày, hiệu quả xử lý COD là 90% và BOD là 90%. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 44 MSSV:0811110056 2.4.3 Vật liệu làm giá thể: - Vật liệu dùng làm giá thể trong xử lý nước thải bằng quá trình sinh học dính bám khá phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn v.v…. Các loại đá thường được chọn có kích thước trung bình 60 –100 mm. Chiều cao lớp đá chọn khoảng 0,4 – 2,5 –4m, trung bình là 1,8 –2,5 m. Nếu kích thước hạt, cục vật liệu nhỏ sẽ làm giảm độ hở giữa các cục vật liệu, gây tắc nghẽn cục bộ, nếu kích thước quá lớn thì diện tích tiếp xúc bị giảm nhiều dẫn đến giảm hiệu suất xử lý. Bể với vật liệu là đá giăm thường có dạng hình tròn. - Các thanh gỗ, đặc biệt là loại gỗ đỏ ở Mĩ, và các tấm chất dẻo (plastic) lượn sóng hoặc gấp nếp được sắp xếp thành những khối bó chặt được gọi là modun vật liệu. Các modun này được xếp lên giá đỡ, khối lượng toàn bộ của vật liệu giảm đi nhiều và làm cho chiều cao của lớp lọc tăng lên đáng kể. - Những thập nên gần đây, do kĩ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC (polyvinyl clorit), PP (Polypropylen) được làm thành tấm lượng sóng, gấp nếp, dạng cầu khe hở, dạng vành hoa (plasdek), dạng vách ngăn v.v… có đặc điểm là rất nhẹ. - Phần lớn, các vật liệu hiện có trên thị trường đều đáp ứng được các yêu cầu sau: o Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2/m3. o Chỉ số chân không cao để tránh lắng động (thường cao hơn 90%). o Nhẹ. Có thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 đến 10m, có thể cao hơn). Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 45 MSSV:0811110056 o Có độ bền cơ học đủ lớn. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm nước nặng tới 300 –350 kg/m3. o Quán tính sinh học cao. o Ổn định hóa học - Vật liệu là chất dẻo khác nhau về hình dạng, được xác định bằng tỉ số giữa diện tích bề mặt/ thể tích; trọng lượng/ thể tích; tính xốp của vật liệu. - Vật liệu bằng chất dẻo có thể chia làm hai loại chính: o Vật liệu có sắp xếp o Vật liệu để rối Tuổi thọ trung bình của vật liệu chất dẻo vào khoảng vài chục năm. Việc thay chúng do nhiều nguyên nhân: do quá bẩn, bị vỡ, giá đỡ bị hỏng… Trước đây vật liệu thường được dùng là đá giăm, đá cuội có kích thước 25 x 100mm với bể lọc cao khoảng 1 – 2,5m, đến nay, nhờ có plastic làm vật liệu lọc, bể lọc có thể cao tới 9 – 10m. - Với quần thể vi sinh vật bám vào vật liệu lọc như đá granit, vòng gốm, nhựa plastic… quá trình oxi hóa diễn ra rất nhanh. Do vậy hệ thống này có những ưu điểm: o Rút ngắn được thời gian xử lý. o Đồng thời có thể xử lý hiệu quả nước cần có quá trình khử nitrat hoặc phản nitrat hóa. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 46 MSSV:0811110056 - Qua thực tế, bể lọc sinh học nhỏ giọt hay phun tia với vật liệu truyền thống, như đá, sỏi, than cục,… có một số ưu điểm so với bùn hoạt tính như sau: o Giảm việc trông coi. o Tiết kiệm năng lượng, không khí cấp trong hầu hết thời gian lọc làm việc bằng cách thông tự nhiên từ cửa thông gió đi vào qua lớp vật liệu Nhưng cũng có một số nhược điểm sau: o Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn với cùng một tải lượng khối. o Dễ bị tắc nghẽn. o Rất nhạy cảm với nhiệt độ. o Không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi. o Chiều cao hạn chế. o Bùn dư không ổn định. o Vì khối lượng vật liệu tương đối nặng, nên kéo theo giá thành xây dựng cao. - Với vật liệu là chất dẻo đã khắc phục được những nhược điểm trên, như giảm hiện tượng tắc nghẽn, chiều cao lớn, không khí tốt hơn cho phép lọc làm việc với tải trọng thể tích cao hơn. - Ngoài lọc sinh học nhỏ giọt còn có biện pháp lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước. Lọc sinh học với vật liệu nổi, ít bị tróc màng sinh học bám quanh các hạt vật liệu, mặc dù tốc độ thông gió lớn, hàm lượng cặn lơ lửng có ở trong nước ra khỏi lọc đều nhỏ hơn 20 mg/l. Do đó không cần bố trí bể lắng hai trong hệ thống xử lý. Kĩ thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh vật tập trung ở màng sinh học có hoạt tính mạnh hơn ở bùn hoạt tính. Do vậy nó có thể có những ưu điểm sau: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 47 MSSV:0811110056 o Chiếm ít diện tích vì không cần bể lắng trong (bể lắng 2). Đơn giản, dễ làm cho việc bao, che công trình, khử độc hại (ít mùi và ít ồn), đảm bảo mỹ quan. o Không cần rửa lọc, vì quần thể vi sinh vật được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải. o Đễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng. o Đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau một thời gian dừng hoạt động hàng tháng. o Có cấu trúc modun và dễ dàng tự động hóa. Tuy nhiên phương pháp này cũng làm kéo theo một số hiện tượng như tắc nghẽn khí do việc nước chảy xuống, khí đi lên đã đưa đến sự dính kết các bọt khí với nhau và tạo nên các túi khí trong khối vật liệu. Đồng thời cũng kéo theo một số nhược điểm sau: o Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi. o Tổn thất khí cấp cho quá trình, vì tăng lưu lượng khí không chỉ đáp ứng cho nhu cầu cầu của vi sinh vật mà còn nhu cầu cơ thủy lực. o Phun khí mạnh tạo nên dòng chuyển động xoáy làm giảm khả năng giữ huyền phù. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 48 MSSV:0811110056 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MƠT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ SINH HỌC DÍNH BÁM 3.1 Giá thể sơ dừa: 3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt: a. Nước thải sinh hoạt cĩ đầu vào: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 pH mg/l 6.8 2 COD mg/l 912 3 BOD5 mg/l 598 4 N tổng mg/l 59 5 P tổng mg/l 6.3 6 SS mg/l 386 7 Coliform tổng MPN/100mg/l 105 – 106 Bảng 3.1: Các thơng số hoạt động của mơ hình ứng với từng tải trọng STT Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) COD vào (mg/l) Thời gian lưu (giờ) Lưu lượng (l/h) 1 0.3 300 24 1.46 2 0.68 340 12 2.92 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 49 MSSV:0811110056 3 1.16 290 6 4.37 4 2.22 370 4 5.83 5 3.84 320 2 8.75 b. Hiệu quả xử lý COD,SS: b.1. Hình 3.1 : Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian Nhận xét: Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý COD đạt tốt nhất 79.8% với tải trọng vận hành là 1.16 kgCOD/m3.ngày ở ngày thứ 6 xử lý. Hiệu quả xử lý COD ứng với các tải trọng khác nhau: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.3 0.68 1.16 2.22 3.84 Hiệu suất(%) Ngày Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 50 MSSV:0811110056 Hình 3.2: Hiệu suất phân hủy SS theo thời gian Nhận xét: b.2. Hiệu quả xử lý SS ứng với các tải trọng khác nhau: - Đối với chất rắn lơ lửng, hiệu quả xử lý đạt cao nhất là 45.7% với tải trọng 0.68 kgCOD/m3.ngày ở ngày xử lý thứ 6. - Đặc biệt là sau 1 ngày xử lý thì hiệu quả -7.5% vĩi tải trọng 0.3 kgCOD/m3.ngày. 3.1.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải chế biến kẹo dừa: a. Nước thải cĩ đầu vào: STT Chỉ tiêu Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 Giá trị TB (TCVN 5945- 2005) Cột B 1 pH mg/l 3,91 4,15 4,07 4,04 5,5 - 9 2 N_NH3 mg/l 14,8 28 49,5 30,8 1 3 Phospho mg/l 3,4 6,7 11,2 7,1 6 4 COD mg/l 8.625 9.450 13.875 10.650 80 5 BOD5(200C) mg/l 5.350 5.860 8.500 6.570 50 6 SS mg/l 4.700 4.560 5.200 4.820 100 7 Nhiệt độ 0C 31 35 39 35 40 -20 -10 0 10 20 30 40 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.3 0.68 1.16 2.22 3.84 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 51 MSSV:0811110056 8 Dầu mỡ tổng mg/l 270 285 362 306 20 b. Hiệu quả xử lý COD: b.1. Hình 3.3: Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian Kết quả trên mơ hình kị khí: Hiệu suất phân hủy COD với các tải trọng khác nhau được trình bày trên đồ thị : Hình 3.4: Diễn biến pH theo thời gian Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 52 MSSV:0811110056 Vẽ đồ thị hiệu suất theo nồng độ COD ban đầu, suy ra nồng độ tối ưu là 6000mg/l: Hình 3.5: Hiệu suất xử lý nồng độ COD ban đầu - Mơ hình sinh học lọc kị khí cĩ khả năng xử lý 47 – 66% COD. Tải trọng càng cao, hiệu suất xử lý COD càng thấp. - Bản chất của quá trình phân hủy được giải thích bởi hoạt động của các vi sinh vật tham gia trong quá trình thủy phân, chuyển hĩa các thành phần hữu cơ đặc trưng như: acid béo no Panmitic, acid Lauric (44-52%), Mistiric (13-19%), triglyxerit thành các dạng acid đơn giản và cuối cùng là CH4; CO2 và nước [3]. - Thơng số pH giảm 0,5 – 0,62 đơn vị trong vịng 2-3 giờ đầu sau đĩ tăng dần 0,05 – 0,25 đơn vị cũng chứng minh quá trình acid hĩa và metan hĩa đã diễn ra trong bể lọc sinh học kị khí. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 53 MSSV:0811110056 Bảng 3.2: Kết quả nghiên cứu trên mơ hình tĩnh (COD = 6000mg/l và sơ dừa là 25 mg/l) b.2. Hình 3.6: Diễn biến pH theo thời gian Kết quả mơ hình hiếu khí: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 54 MSSV:0811110056 Hình 3.7: Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian Vẽ đồ thị hiệu suất nồng độ COD ban đầu, suy ra nồng độ tối ưu là 1500 mg/l: Hình 3.8: Hiệu suất xử lý theo nồng độ COD ban đầu Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 55 MSSV:0811110056 Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu trên mơ hình tĩnh (COD = 1500mg/l và sơ dừa là 20 g/l: Kết quả nghiên cứu trên mơ hình lọc hiếu khí cho thấy hiệu quả xử lý COD đạt 97,5% với tải trọng vận hành tối ưu là 1,5 kg COD/m3.ngày. Trong vịng 8 gi ờ đầu, dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí, COD giảm nhanh đến 92,5% sau đĩ tiếp tục giảm chậm và đạt 97,5% sau 24 giờ. b.3. Hình 3.9: Hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng khác nhau Kết quả mơ hình liên tục: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 56 MSSV:0811110056 Hình 3.10: Hiêu quả xử lý pH ở các tải trọng khác nhau Từ đồ thị cho thấy hiệu quả xử lý COD giảm dần khi tải trọng COD tăng. Tải trọng chung phù hợp cho quá trình lọc kỵ khí và hiếu khí là 3,75 kgCOD/m3/ngày, đạt hiệu quả 97,8%. Nồng độ COD đầu ra đạt được tiêu chuẩn loại B. 3.2. Giá thể cước nhựa: 3.2.1. Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể cước nhựa trên nước thải sinh hoạt: a. Nước thải sinh hoạt cĩ đầu vào: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 pH mg/l 6.8 2 COD mg/l 912 3 BOD5 mg/l 598 4 N tổng mg/l 59 5 P tổng mg/l 6.3 Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 57 MSSV:0811110056 6 SS mg/l 386 7 Coliform tổng MPN/100mg/l 105 – 106 Bảng 3.4: Các thơng số hoạt động của mơ hình ứng với từng tải trọng STT Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) COD vào (mg/l) Thời gian lưu (giờ) Lưu lượng (l/h) 1 0.3 300 24 1.46 2 0.68 340 12 2.92 3 1.16 290 6 4.37 4 2.22 370 4 5.83 5 3.84 320 2 8.75 b. Hiệu quả xử lý COD,SS: b.1. Hiệu quả xử lý COD ứng với các tải trọng khác nhau: Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 58 MSSV:0811110056 Hình 3.11: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian Nhận xét: - Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý đạt tốt nhất là 70.8% với tải trọng là 2.22 kgCOD/m3.ngày ở ngày xử lý thứ 9. - Ở tải trọng 1.16 kgCOD/m3.ngày hiệu quả xử lý giảm nhanh chĩng từ 57.6% xuống 7.3% ở ngày xử lý thứ 5 và thứ 6. b.2. Hiệu quả xử lý SS ứng với các tải trọng khác nhau: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.3 0.68 1.16 2.22 3.84 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 59 MSSV:0811110056 Hình 3.12: Hiệu quả phân hủy SS theo thời gian Nhận xét: - Đối với chất rắn lơ lửng, hiệu quả xử lý đạt cao nhất là 33.8% với tải trọng 0.68 kgCOD/m3.ngày ở ngày xử lý thứ 6. 3.3. Giá thể mùn cưa: 3.3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể mùn cưa trên nước thải thủy sản: a. Nước thải thủy sản cĩ đầu vào: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 SS mg/l 62 2 COD mg/l 500 3 N tổng mg/l 79.6 4 P tổng mg/l 27.5 b. Hiệu quả xử lý COD,SS: b.1. Ở chế độ xử lý 20l/ngày: b.1.1: Hiệu quả xử lý SS: 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.3 0.68 1.16 2.22 3.84 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 60 MSSV:0811110056 Hình 3.13: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.14: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 0 20 40 60 80 100 120 140 1 2 3 4 5 6 Ngày mg/l -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 1 2 3 4 5 6 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 61 MSSV:0811110056 Nhận xét: - Hình 3.13 cho thấy hàm lượng biến thiên SS khơng giảm mà tăng lên trong quá trình xử lý. Điều này cĩ thể một phần do vi sinh vật chết đi và một phần mùn cưa trơi ra ngồi. b.1.2: Hiệu quả xử lý COD: Hình 3.15: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.16: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 Ngày mg/l 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 4 5 6 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 62 MSSV:0811110056 Nhận xét: - Nồng độ COD ban đầu của nước thải là 500 mg/l. Nhưng sau 4 ngày xử lý giảm cịn 207.36 mg/l. Như v ậy hiệu quả sau xử lý đạt 58.5% (hình 3.16). Đi ều này cho thấy các vi sinh vật đã tận dụng tối đa chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn để tăng sinh khối cho sự sinh trưởng là phát triển của chúng. Sau đĩ, COD giảm đi, chứng tỏ một phần vi sinh vật chết đi do sự suy giảm thức ăn. Hình 3.17: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý b.2. Ở chế độ xử lý 40l/ngày: b.2.1: Hiệu quả xử lý SS: Hình 3.18: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 Ngày mg/l -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 1 2 3 4 5 6 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 63 MSSV:0811110056 Nhận xét: - Hàm lượng SS khơng giảm mà cĩ xu hướng tăng dần trong quá trình xử lý. Với SS đầu vào là 62 mg/l, sau đĩ tăng dần lên và cao nhất là 91 mg/l ở ngày thứ 6. b.2.2. Hiệu quả xử lý COD: Hình 3.19: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.20: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 Ngày mg/l 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 64 MSSV:0811110056 Nhận xét: - Nồng độ COD đạt hiệu quả cao nhất sau 4 ngày xử lý là 55.2% ứng với hàm lượng COD là 224 mg/l. Sang ngày thứ 5 hàm lượng COD tăng lên lại nhưng khơng đáng kể, sau đĩ lại giảm ở ngày thứ 6 xử lý. Hình 3.21: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý b.3. Ở chế độ xử lý 60l/ngày: b.3.1. Hiệu quả xử lý SS: Hình 3.22: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 1 2 3 4 5 6 Ngày Hiệu suất(%) Ngày mg/l Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 65 MSSV:0811110056 Nhận xét: - Hình 3.21; 3.22 cho thấy hàm lượng biến thiên SS giảm ngày đầu tiên và giảm nhiều nhất ở ngày thứ 4 xử lý là 39 mg/l ứng với hiệu suất xử lý là 37.1%, nhưng nhìn chung hàm lượng SS tăng lên trong các ngày cịn lại. b.3.2. Hiệu quả xử lý COD: Hình 3.23: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.24: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 Ngày mg/l 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 66 MSSV:0811110056 Nhận xét: - Nồng độ COD giảm dần ở ngày thứ 4 với hiệu quả xử lý là 53.44%. Sau đĩ tăng trở lại nhưng khơng đáng kể và đạt hiệu quả cao nhất ở ngày thứ 6 là 54.3% (hình 3.24). Hình 3.25: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý b.4. Ở chế độ xử lý 80l/ngày: b.4.1. Hiệu quả xử lý SS: Hình 3.26: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 Ngày mg/l -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 1 2 3 4 5 6 Ngày Hiệu suất(%) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 67 MSSV:0811110056 Nhận xét: - Ở hình 3.25 & 3.26 cho thấy hàm lượng SS tăng lên trong những ngày đầu, nhưng sau đĩ giảm dần và đạt hiệu quả cao nhất ở ngày thứ 6 với hiệu quả xử lý đạt 17.7%. b.4.2. Hiệu quả xử lý COD: Hình 3.27: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.28: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 0 100 200 300 400 500 600 1 2 3 4 5 6 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 Hiệu suất(%) Ngày mg/l Ngày Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 68 MSSV:0811110056 Nhận xét: - Sau 4 ngày xử lý hàm lượng COD trong nước thải giảm cịn 243.7 mg/l, đ ạt hiệu quả 51.3%. Sau đĩ hàm lượng này tiếp tục tăng trở lại nhưng khơng đáng kể ở các ngày tiếp theo, cĩ thể do một số vi sinh vật chết đi. Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả xử lý đạt hiệu quả tốt nhất của các giá thể: Giá thể Mùn cưa trên ngành nước thải thủy hải sản Sơ dừa trên nước thải sinh hoạt Sơ dừa trên nước thải chế biến kẹo dừa Dây cước nhựa trên nước thải sinh hoạt Thơng số COD SS COD SS COD SS COD SS Hiệu quả xử lý(%) 58.5 37.1 79.8 45.7 97.5 Khơng đánh giá 70.8 33.8 Thời gian 5(ngày) 4(ngày) 6(ngày) 6(ngày) 24h 9(ngày) 6(ngày) Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 69 MSSV:0811110056 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 4.1 Kết luận: Ở giá thể sơ dừa dùng để xử lý nước thải sinh hoạt: hiệu suất xử lý cao nhất ứng với tải trọng 1.16 kgCOD/m3.ngày với COD đạt hiệu suất 79.8% ; SS đạt hiệu suất cao nhất 45.7% ứng với tải trọng 0.68 kgCOD/m3.ngày. Nước thải kẹo dừa cĩ hàm lượng dầu mỡ và các chất hữu cơ cao gây ơ nhiễm nặng nhưng cĩ khả năng xử lý bằng lọc sinh học, hiệu quả thu được rất cao. Ở giá thể cước nhựa dùng để xử lý nước thải sinh hoạt: hiệu suất xử lý đạt cao nhất ứng với tải trọng 2.22 kgCOD/m3.ngày với COD đạt hiệu suất 70,8%; SS đạt hiệu suất cao nhất 33.8% ứng với tải trọng 0.68 kgCOD/m3.ngày. Ở giá thể mùn cưa, kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng SS phần lớn khơng giảm mà cịn tăng lên trong quá trình xử lý, chỉ cho hiệu quả tốt nhất ở chế độ 60l/ngày là 37.1%. Qua quá trình nghiên cứu cho thấy ở chế độ 20l/ngày các chỉ tiêu cĩ trong nước thải đạt hiệu quả cao hơn hết so với các kết quả cịn lại. Cụ thể COD đạt hiệu quả 58.5%. Tuy nhiên, so với TCVN 5945:2005 loại A thì hàm lư ợng COD, SS sau xử lý của 2 giá thể vẫn cao hơn từ 2 – 3 lần. 4.2 Kiến nghị: Với thời gian lưu nước là 4 ngày thì hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa cao hơn giá thể cước nhựa, thời gian thích nghi giá thể cũng ngắn hơn. Tuy nhiên, ở loại giá thể sơ dừa thì vào ngày cuối cùng của thí nghiệm giá trị COD, SS thường tăng trở lại mạnh hơn so với loại giá thể cước nhựa, điều này là do lớp vi sinh vật già bám bên ngồi bị bong trĩc theo dịng nước và sự phân hủy nhẹ của lớp mùn dừa. Mặt khác, sức bền của vật liệu sơ dừa thấp hơn rất nhiều so với cước nhựa tuy hiệu suất xử lý cĩ cao hơn. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 70 MSSV:0811110056 Vì vậy, trong thực tế hiện nay người ta thường chọn giá thể cước nhựa để xử lý nước thải sinh hoạt. Mặt khác, nước thải sinh hoạt sau xử lý ở bể aeroten vẫn cịn cao hơn khoảng 2 lần so với TCVN 5945:2005, nên sau đĩ ta cần tính tốn thêm những cơng trình xử lý tiếp theo để nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép. Nên nghiên cứu các loại giá thể này đối với các loại nước thải cơng nghiệp khác. Với giá thể mùn cưa, nên tăng hàm lượng COD đầu vào của nước thải thay vì chỉ cố định COD đầu vào là 500 mg/l để phù hợp nếu đưa vào thực tế. Bài Khĩa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 71 MSSV:0811110056 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lương Đức Phẩn, Cơng nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội. 2. Đồ án tốt nghiệp, 2009 “Nghiên cứu và đánh giá xử lý lọc sinh học bằng giá thể sơ dừa và dây cước nhựa trong xử lý nước thải sinh hoạt”, Võ Minh Mẫn. 3. Đồ án tốt nghiệp, 2005 “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải ngành thủy hải sản bằng bể lọc kị khí sử dụng giá thể mùn cưa”, Nguyễn Như Trân. 4. Trần Đức Hạ, 2002, Xử lý nước thải sinh hoạt quy mơ vừa và nhỏ, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 5. PGS.TS Hồng Huệ, 1996, Xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, Hà Nội. 6. PGS.TS. Hoàng Văn Huệ, 2004, Cơng nghệ mơi trường – Tập 1: xử lý nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội.