Khóa luận Đánh giá hiệu quả xử lý của chế phẩm sanjiban microactive trong xử lý nước rỉ rác dựa trên mô hình aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ- Sequencing batch reactor (SBR)

một vài năm, nước rác ở giai đoạn này có BOD cao (thường hơn 10.000 mg/l), tỷ số BOD/ COD lớn hơn 0,7 cho thấy thành 5 phần chất hữu cơ hòa tan chiếm tỷ lệ cao và dễ phân hủy sinh học. pH = 5 – 6, đậm đặc, hôi, nồng độ ammonia cao (khoảng 1.000 mg/l) với đặc tính hóa học này giúp hòa tan các thành phần khác trong rác, làm tăng nồng độ các kim loại: Fe, Mn, Zn, Ca, Mg có trong nước rác. Khí sinh ra chủ yếu là CO2, mùi và H2 ít hơn.  Giai đoạn 3- giai đoạn lên men methane: Sự phát triển chậm của vi khuẩn methane dần dần trở nên chiếm ưu thế và bắt đầu phân hủy những chất hữu cơ đơn giản tạo ra các hỗn hợp khí CO2 và CH4 tạo ra nguồn khí của bãi rác. Vi khuẩn lên men methane tăng trong điều kiện kỵ khí. Trong giai đoạn này nước rỉ rác được tạo ra khá ổn định, hoạt động sinh học được xem là hiệu quả nhất. Nước có giá trị BOD tương đối thấp, tỷ số BOD/COD thấp nhưng ammonia vẫn tiếp tục sinh ra bởi quá trình lên men acid theo bậc và có nồng độ rất cao. Ngoài ra còn có 2 giai đoạn phụ:  Giai đoạn chuyển tiếp: có thể xảy ra trong nhiều năm, và cũng có thể không ngừng trong một vài thập niên. Oxy cạn dần và điều kiện kỵ khí bắt đầu tăng. Nitrate và sulfate đóng vai trò là những chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hóa sinh học, thường bị khử đến khí N2, H2S. pH giảm do sự hiện diện của các acid hữu cơ và ảnh hưởng của sự tăng nồng độ CO2 và bãi rác.  Giai đoạn chín mùi: Xuất hiện khi các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học dễ chuyển thành CH4 và CO2. Lúc này tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần lớn các chất dinh dưỡng đã dùng hết qua các pha trước và chất nền còn lại có khả năng phân hủy sinh học khá chậm. Suốt pha này, nước rác chứa chất hữu cơ trơ như: acid humic, acid fulvic là các chất rất khó xử lý sinh học. Ở những bãi rác mới, nước rác thường có pH thấp, nồng độ BOD, COD và kim loại nặng cao. Còn ở những bãi rác lâu năm pH = 6,5 – 7,5, nồng độ các chất ô nhiễm thấp hơn đáng kể, nồng độ kim loại nặng giảm do phần lớn kim loại nặng tan trong pH trung tính. Do đó khả năng phân hủy sinh học của nước rác thay đổi theo thời gian, thể hiện thông qua tỷ số BOD/COD. Ban đầu tỷ số này ở khoảng trên 0,5, tỷ số 0,4 – 0,6 cho thấy chất hữu cơ trong nước rác đã sẵn sàng để phân hủy sinh học. Ở những bãi chôn lấp lâu năm có amoniac cao, nồng độ lớn hơn 1.000 mg/l. Tỷ số BOD/COD thấp 6 (trong khoảng 0,05 – 0,2) do trong nước rác chứa các acid humic và acid fulvic, rất khó phân hủy sinh học [2]. Thành phần của nước rỉ rác có thể được biểu diễn tổng quan ở bảng 2.1 Bảng 2.1. Thành phần và tính chất nước rác Thành phần Đơn vị Bãi mới dưới hai năm Bãi lâu năm trên 10 năm Khoảng Trung bình BOD5 COD Nitơ hữu cơ Ammonia Nitrate Phospho tổng Độ kiềm pH Canxi Clorua Tổng Fe mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 2.000-30.000 3.000-60.000 10-800 10-800 5-40 5-100 1.000-10.000 4,5-7,5 50-1.500 200-3.000 50-1.200 10.000 18.000 200 200 25 30 3.000 6 250 500 60 100-200 100-500 80-120 20-40 5-10 5-10 200-1.000 6,6-7,5 50-200 100-400 20-200 Nguồn: Tchobanoglous và cộng sự, 1993 [6] Mức độ ô nhiễm của nước rò rỉ là rất cao, được thể hiện qua hàm lượng các chất hữu cơ trong nước rò rỉ, đặc biệt cao ở giai đoạn đầu của bãi rác. Sau một thời gian hàm lượng này giảm xuống và chỉ còn các chất không phân hủy sinh học được tồn tại lại. Tốc độ ổn định của chất lượng nước rò rỉ ở bãi chôn lấp ở dạng bán hiếu khí hoặc hiếu khí nhanh hơn ở các dạng khác và nồng độ các chất bẩn giảm xuống sớm hơn. 2.1.4. Tác động của nƣớc rỉ rác 2.1.4.1. Tác động của các chất hữu cơ Các chất hữu cơ dễ phân hủy bởi vi sinh vật thường được xác định gián tiếp qua thông số nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), thể hiện lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước thải. Như vậy, nồng độ BOD tỷ lệ với hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ, đồng thời cũng được sử dụng để đánh giá tải lượng và hiệu quả sinh học của một hệ thống xử lý nước thải. 7 Ô nhiễm hữu cơ sẽ dẫn đến sự suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan để phân hủy các chất hữu cơ. Sự cạn kiệt oxy hòa tan sẽ gây tác hại nghiêm trọng đến tài nguyên thủy sinh. 2.1.4.2. Tác động của các chất lơ lửng Chất lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng thời gây tác hại về mặt cảm quan do làm tăng độ đục nguồn nước và gây bồi lắng nguồn nước mặt tiếp nhận. Đối với các tầng nước ngầm, quá trình ngấm của nước rò rỉ từ các bãi rác có khả năng làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước ngầm như: NH4, NO3, PO4... đặc biệt là NO2, có độc tính cao đối với con người và động vật sử dụng nguồn nước đó. 2.1.4.3. Tác động lên môi trường đất Quá trình lưu giữ trong đất và ngấm qua những lớp đất bề mặt của nước rò rỉ từ bãi rác làm cho sự tăng trưởng và quá trình hoạt động của vi khuẩn trong đất kém đi, làm thuyên giảm quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành những chất dinh dưỡng cho cây trồng, trực tiếp làm giảm năng suất canh tác và gián tiếp làm cho đất bị thoái hóa, bạc màu. Ảnh hưởng của nước rò rỉ từ bãi rác đến đất đai sẽ rất nghiêm trọng, mang tính chất lâu dài và rất khó khắc phục nếu nó được thấm theo mạch ngang. Chính vì vậy, để hạn chế và ngăn ngừa khả năng ô nhiễm đất, người ta áp dụng các biện pháp an toàn trong công tác chôn lấp rác, chủ yếu là bằng cách xây các đê chắn bằng bê tông để ngăn chặn khả năng thấm theo chiều ngang của nước rò rỉ, đồng thời phải lắp đặt hệ thống thu gom và xử lý nước rò rỉ này. 2.2 Tổng quan về các quá trình xử lý nƣớc 2.2.1 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc Hiện nay trên thế giới có 3 khuynh hướng xử lý nước rác: Xử lý sơ bộ nước rác để tuần hoàn, tái sử dụng trong nông nghiệp. Xử lý sơ bộ nước rác để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị. Xử lý nước rác đến đạt tiêu chuẩn thải ra nguồn tiếp nhận tự nhiên. 8 2.2.1.1. Xử lý sơ bộ để không thải, tuần hoàn nước rác Phương pháp tuần hoàn nước rác làm gia tăng tốc độ ổn định bãi rác, giảm thời gian lên men chất hữu cơ và sinh khí. Đây là phương pháp đơn giản, chi phí thấp nhưng chỉ dùng được khi khối lượng nước rác nhỏ. Mặc khác, nó chỉ làm giảm hàm lượng BOD, COD nhưng với những chất vô cơ thì tăng lên rõ rệt, và làm tăng sự tích lũy các chất hữu cơ khó phân hủy. Ngoài ra, nó còn tạo mùi và có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm vì khả năng thấm của nó. 2.2.1.2 Xử lý sơ bộ để đưa vào hệ thống cống rãnh đô thị Hiện nay, việc kết hợp giữa xử lý nước rác và nước thải đô thị đang được quan tâm khá nhiều. Người ta dẫn nước rác sau khi xử lý sơ bộ vào hệ thống cống rãnh, nhập chung với nước thải đô thị để đưa về trạm xử lý, bùn sau xử lý được chuyển trở lại bãi rác. Đây là một phương pháp thích hợp, nhưng phải có hệ thống cống rãnh và trạm xử lý nước thải đô thị, cần phải có sự đầu tư vốn và kỹ thuật, nên rất tốn kém trong việc xây dựng hệ thống. 2.2.1.3. Xử lý để xả ra nguồn tiếp nhận Hiện nay, hầu hết các công nghệ xử lý nước thải đều được áp dụng cho xử lý nước rác. Đó là sự kết hợp của các quá trình sinh học, hóa lý, hóa học để xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận. a. Các quá trình sinh học: chủ yếu dùng để khử BOD trong nước rác, gồm các phương pháp:  Xử lý hiếu khí  Xử lý kỵ khí  Xử lý kỵ khí gồm các hệ thống: hệ thống lọc kỵ khí, hệ thống lọc giãn nở, công nghệ đệm bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB)… Đây là quá trình xử lý dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong hệ thống nhờ quá trình lên men kỵ khí.  Xử lý hiếu khí bao gồm các quá trình bùn hoạt tính, hồ ổn định có sục khí, bể tiếp xúc sinh học, cánh đồng tưới tự nhiên… Quá trình này dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy hòa tan. Nếu oxy được cung cấp bằng các thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo. Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hòa tan trong nước nhờ các yếu 9 tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên. Các công trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính. Các hệ thống xử lý thường chiếm một diện tích khá lớn, tốn kém năng lượng trong vận hành hệ thống. Phương pháp này chỉ thích hợp khi nước rác đã qua giai đoạn xử lý chính, nồng độ các chất ô nhiễm đã được làm giảm xuống đáng kể. Để lựa chọn được phương pháp xử lý sinh học hợp lý cần phải biết hàm lượng chất hữu cơ (hàm lượng COD và BOD) có trong nước thải. Các phương pháp lên men kỵ khí thường phù hợp với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ thấp và tồn tại chủ yếu dưới dạng chất keo và hòa tan, thì cho chúng tiếp xúc với màng sinh vật là hợp lý. Sơ đồ chọn lựa các phương pháp xử lý sinh học nước thải được nêu trong bảng 2.2. Bảng 2.2. Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý sinh học nước thải Hàm lượng BOD của nước thải Chất hữu cơ không hòa tan Chất hữu cơ dạng keo Chất hữu cơ hòa tan Cao (BOD5>500 mg/l) Xử lý sinh học bằng kỵ khí Trung bình (BOD5= 300-500 mg/l) Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Thấp (BOD5<300 mg/l) Xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính Xử lý sinh học bằng màng sinh vật Nguồn: Trần Đức Hạ, 2002 [5]. Quá trình sinh học có thể áp dụng để xử lý nước rác từ những bãi chôn lấp đang hoạt động hoặc mới đóng cửa với hiệu quả cao, nhưng nó không khả thi đối với nước rác có hàm lượng chất ô nhiễm quá phức tạp hay có tỉ số BOD/COD thấp (thường nhỏ hơn 0,5). b. Quá trình hóa lý  Tạo bông- lắng tụ: là phương pháp khử các chất ô nhiễm dạng keo bằng cách sử dụng chất đông tụ để trung hòa diện tích các hạt keo, nhằm liên kết chúng lại với nhau, tạo nên các bông cặn lớn có thể lắng trọng lực. Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc các hỗn hợp của chúng. 10  Tuyển nổi: được dùng để tách tạp chất phân tán lơ lửng không tan, các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm. Quá trình này được thực hiện bằng cách tạo ra các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí kết dính với các hạt, kéo chúng cùng nổi lên bề mặt và sau đó thu gom lớp váng nhờ thiết bị vớt bọt.  Lọc cơ học và hấp thụ than hoạt tính: các chất lơ lửng nhỏ, mịn, các chất vi hữu cơ (micro-organic matter) bị khử loại qua quá trình lọc cát hay hấp phụ. Phương pháp hấp thụ được sử dụng rộng rãi để làm sạch triệt để các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học mà chúng thường có độc tính cao hoặc không phân hủy sinh học. Chất hấp phụ có thể là than hoạt tính, các chất tổng hợp, một số chất thải của sản xuất: xỉ tro, mạt sắt, silicagen...  Trao đổi ion: là quá trình các ion bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi chúng tiếp xúc nhau, dùng làm sạch nước khỏi các kim loại: Zn, Cu, Cr,… cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Cyanua. c. Quá trình hóa học  Trung hòa: là phương pháp thông dùng và đơn giản nhất, dùng để điều chỉnh pH về mức cho phép.  Kết tủa: được dùng để khử kim loại và một số anion. Kim loại bị kết tủa dưới dạng hydroxyde, sulfit và carbonat bằng cách thêm các chất làm kết tủa và điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình.  Oxy hóa khử: phân hủy hầu hết các chất hữu cơ và vô cơ trong nước rác. Chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học (giảm hàm lượng COD, nâng tỉ số BOD/COD), nó còn được dùng để khử độc một số chất vô cơ. Phương pháp được thực hiện bằng cách thêm vào nước rác các tác nhân oxy hóa, tác nhân khử dưới pH thích hợp, như Clo ở dạng khí hay dạng lỏng, dioxyclo, cloratcanxi, hypocloritcanxi… 2.2.2. Nguyên tắc chung về xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học Các chất hữu cơ có mặt trong nước thải bị phân hủy nhờ các quá trình lý, hóa và sinh học. Chúng là những nguồn gây ô nhiễm và lan truyền bệnh trong nước thải. Và nhiệm vụ của những thiết bị xử lý nước là phải tách các chất bẩn độc hại đó ra khỏi nước thải trước khi thải ra ngoài hay tiếp nhận sử dụng lại. 11 Vi khuẩn ưa khí C H N P S Vi khuẩn kỵ khí Các hợp chất hữu cơ H2S Hợp chất phospho hữu cơ NH3 CH4 CO2 H2O -PO4 -SO4 -NO2, -NO3 Oxy không khí Việc xử lý nước thải có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải và trang thiết bị xử lý. Thường người ta cố gắng tạo ra những điều kiện môi trường cho các quá trình phân hủy tự nhiên được diễn ra, phương pháp xử lý sinh học. Các sinh vật sống cần có năng lượng để duy trì sự sống và sinh sản. Vì vậy, chúng sử dụng những chất hữu cơ có trong nước thải như là thức ăn. Khi thức ăn được sử dụng như một nguồn năng lượng thì sẽ xảy ra phản ứng oxy hóa mà trong đó oxy được sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ, thải ra khí CO2 hoặc các sản phẩm oxy hóa khác. Những sản phẩm của các chất hữu cơ đã bị phân hủy, có thể được sử dụng như là thức ăn cho các vi sinh vật đơn bào như vi khuẩn. Sự thay đổi do chúng gây nên trong các quá trình oxy hóa rất có ý nghĩa trong chu trình của chất hữu cơ trong tự nhiên. Carbon và nitơ là hai yếu tố quan trọng của chu trình tuần hoàn các chất hữu cơ. Quá trình phân hủy có thể diễn ra dưới dạng mô tả của hình 2.2. Hình 2.2. Sơ đồ chuyển hoá vất chất hữu cơ trong tự nhiên 2.2.3. Quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí nhân tạo 2.2.3.1. Nguyên tắc Khi đưa nước thải vào bể phản ứng bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí, các chất bẩn hữu cơ ở trạng thái hòa tan, keo, không hòa tan phân tán nhỏ sẽ hấp phụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn. Sau đó chúng được chuyển hóa và phân hủy nhờ vi khuẩn. Quá trình này gồm ba giai đoạn cơ bản sau:  Khuếch tán, chuyển dịch và hấp thụ chất bẩn từ môi trường nước lên bề mặt tế bào vi khuẩn.  Oxy hóa ngoại bào và vận chuyển các chất bẩn hấp phụ được qua màng tế bào vi khuẩn. 12  Chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng, tổng hợp sinh khối từ chất hữu cơ và các nguyên tố dinh dưỡng khác bên trong tế bào vi khuẩn. Sự chuyển hóa các chất hữu cơ (đặc trưng bằng BOD) và các chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí được biểu diễn trên hình 2.3. Các chất đầu tiên bị oxy hóa để tạo thành năng lượng là carbonhydrat và một số chất hữu cơ khác. Quá trình này được thực hiện trên bề mặt tế bào vi khuẩn nhờ xúc tác của enzyme ngoại bào. Một phần chất bẩn được vận chuyển qua màng tế bào vi khuẩn (màng bán thấm) vào bên trong và tiếp tục oxy hóa để giải phóng ra năng lượng hoặc tổng hợp thành tế bào chất. Sinh khối vi sinh vật sẽ tăng lên. Trong điều kiện thiếu nguồn dinh dưỡng, tế bào chất lại bị oxy hóa nội bào để tạo ra năng lượng cần thiết cho hoạt động sống. Vi khuẩn chuyển hóa các chất thải hữu cơ theo các phương trình: COHN + O2 + chất dinh dưỡng CO2 + NH3 + C5H7NO2 + (vật chất hữu cơ ) (tế bào mới) + những sản phẩm cuối cùng [8] Hô hấp nội bào C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng [8] (tế bào) Các chất bẩn hữu cơ và các chất dinh dưỡng trong nước thải Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật Các quá trình sinh hóa của vi sinh vật Oxy Nước sạch Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát chuyển hóa chất bẩn trong công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí Tế bào và các chất trơ C5H7NO2, P, K Vi khuẩn Vi khuẩn 13 Trong những phương trình này, COHN đại diện cho vật chất hữu cơ có trong nước thải. Sơ đồ cân bằng vật chất trong quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ (BOD) được biểu diễn như hình 2.4.  Go: lượng BOD trong nước thải  Gt: lượng BOD không được xử lý  G1: lượng BOD hấp phụ trên bề mặt tế bào vi khuẩn  G2: phần BOD được vận chuyển vào bên trong màng tế bào vi khuẩn  G3: phần BOD oxy hóa nội bào  G4: phần BOD được tổng hợp thành sinh khối tế bào  G5: phần BOD oxy hóa nội bào Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được tạo ra bằng cách đưa khí vào bằng cơ học, nó có thể chứa dinh dưỡng hỗn hợp trong một chế độ hòa tan hoàn toàn. Sau một thời gian nhất định, hỗn hợp tế bào mới và cũ được chuyển vào bể lắng, ở đây những tế bào được tách ra khỏi nước sau khi đã xử lý. Một phần của những tế bào lắng được tái sử dụng để tăng nồng độ thích hợp vi sinh vật trong bể, và phần còn lại bị bỏ đi. Phần bị bỏ tương quan với sự phát triển của tế bào và liên quan tới một phần của nước thải. Hàm lượng sinh khối giữ lại trong bể nó phụ thuộc vào hiệu quả xử lý và những yếu tố khác liên quan đến sự sinh trưởng những cơ quan động. Nồng độ vi sinh vật được duy trì trong những hệ thống xử lý bùn hoạt tính khác nhau. Tóm lại, về nguyên tắc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí bao gồm các bước sau đây:  Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc carbon ở dạng hòa tan, keo hoặc không hòa tan phân tán nhỏ thành khí CO2, nước và sinh khối vi sinh vật. Go G1 G2 G4 Gt G3 G5 Trôi theo nước thải CO2 + H2O CO2 + H2O Hình 2.4. Sơ đồ cân bằng BOD trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí 14  Tạo ra bùn thứ cấp (các bông bùn hoặc màng sinh vật) chủ yếu là các vi khuẩn, động vật nguyên sinh và các keo vô cơ trong nước thải.  Tách bùn thứ cấp ra khỏi nước bằng quá trình lắng trọng lực. 2.2.3.2. Phương pháp xử lý bằng bùn hoạt tính Hình 2.5. Sơ đồ quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính Khi nước thải đi vào bể thổi khí (bể Aerotank), các bông bùn hoạt tính được hình thành mà hạt nhân của nó là các phân tử cặn lơ lửng. Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú, phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ. Vi khuẩn dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành tế bào mới. Trong Aerotank, lượng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó được tách ra tại bể lắng đợt hai. Một phần bùn được quay lại về đầu bể để tham gia xử lý nước thải theo chu trình mới. Quá trình chuyển hóa chất bẩn trong xử lý nước thải được thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ đơn giản, là nguồn chất nền cho vi khuẩn tiếp theo. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi chất thải cuối cùng không thể là thức ăn của vi sinh vật được nữa. Nếu trong nước thải đậm đặc chất hữu cơ hoặc có nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, cần có thời gian để chuyển hóa thức ăn thì phần bùn hoạt tính tuần hoàn phải được tách riêng và sục khí Nước thải Bể Aerotank Bể tải sinh bùn hoạt tính tuần hoàn Bể lắng đợt hai Cấp Oxy Bùn hoạt tính dư Bùn hoạt tính tuần hoàn Nước sau xử lý 15 cho chúng tiêu hóa thức ăn đã hấp thụ. Quá trình này gọi là quá trình tái sinh bùn hoạt tính. Như vậy, quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bao gồm các giai đoạn:  Khuấy trộn, tạo điều kiện tiếp xúc nước thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng.  Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cung cấp cho quá trình oxy hóa của vi khuẩn và các vi sinh vật khác xảy ra trong bể.  Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng.  Tái sinh và tuần hoàn lại lượng bùn cần thiết từ bể lắng vào bể aerotank để hòa trộn với nước thải đi vào  Xả bùn và xử lý bùn. 2.2.3.3. Phân loại các loại hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính theo thủy động học trong hệ thống. Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ (Sequencing Batch Reactor-SBR): trong hệ thống này bùn hoạt tính được hoạt động tại chỗ theo chu trình: trộn với nước thải, hấp thụ và oxy hóa chất hữu cơ và lắng tĩnh. Aerotank trộn hoàn toàn: nước thải được trộn và cung cấp oxy đều tại mọi vị trí vào mọi thời điểm. Một phần bùn hoạt tính được hồi phục luôn trong ngăn bể Aerotank đẩy- mương oxy hóa: bùn hoạt tính được tiếp xúc dần với nước thải theo chiều dài của hệ thống. Bùn hoạt tính không phải phục hồi hoặc phục hồi tại ngăn riêng. 2.2.4. Aerotank hoạt động gián đoạn từng mẻ - Sequencing Batch Reactor (SBR) 2.2.4.1. Nguyên tắc hoạt động Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ (Sequencing Batch Reactor- SBR) là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu là hai ngăn. 16 2.2.4.2. Các giai đoạn trong một bể Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư. Được mô tả ở hình 2.6. Hình 2.6. Các giai đoạn hoạt động của bể Aerotank hoạt động gián đoạn (SBR) Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước. Sau đó, hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổi khí đúng theo thời gian yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ được oxy hóa trong giai đoạn này. Bước thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh. Sau đó, nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể. Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể. Các ngăn bể khác hoạt động lệch pha nhau để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải cho xử lý được liên tục. Bể Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai, trong một số trường hợp bể điều hòa và bể lắng đợt hai có thể được bỏ qua. Bể Aerotank hệ SBR có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, lưu lượng nước thải không ổn định, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành. Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Nhược điểm chính của bể 17 là công suất xử lý nước thải nhỏ. Để bể hoạt động có hiệu quả, người vận hành phải có trình độ và phải theo dõi thường xuyên các bước xử lý nước thải. 2.3 Ứng dụng chế phẩm Sanjiban, sản phẩm công nghệ sinh học trong xử lý nƣớc rỉ rác 2.3.1 Sự phát triển cần thiết của “chữa trị sinh học” trong xử lý nƣớc rỉ rác Nguyên nhân của vấn đề rác thải này thì rất đơn giản. Những hỗn hợp không ổn định làm chết ngạt những hệ thống sinh học tự nhiên ở những hồ chứa tự nhiên. Những vi khuẩn khỏe mạnh thường chuyển hóa chất thải thành những chất dinh dưỡng cần thiết cho bản thân thì bị chết do quá mức chịu đựng. Cách giải quyết của vấn đề này là thêm vào hệ thống sự hoạt động vi sinh vật tự nhiên để cân bằng lại hệ sinh thái. “Chữa trị sinh học”-“Bioremediation” là một ứng dụng của xử lý sinh học để làm sạch những chất ô nhiễm không mong muốn. Nó kết hợp công dụng của vi sinh vật như: nấm, vi khuẩn để phân hủy sinh học những chất gây ô nhiễm. “Chữa trị sinh học” cho hiệu quả xử lý, làm sạch môi trường cao, làm tăng sự lựu chọn thích hợp của kỹ thuật chữa trị trong việc dọn dẹp những ca phẫu thuật. 2.3.2. Các đặc tính và ứng dụng của Sanjiban MicroActive trong xử lý môi trƣờng Sanjiban MicroAcitve là một chất kích hoạt lỏng thu nhận từ quá trình lên men phức tạp. Dễ dàng ứng dụng, không có tính độc hại, đảm bảo an toàn và 100% tự nhiên, MicroActive không phải là một chất khử mùi mà là những chất chiết xuất hữu cơ được làm giàu với những enzyme tự nhiên kích hoạt nhanh chóng và tăng sinh khối những vi sinh vật khỏe mạnh có trong hệ thống thải. Vì những vi sinh vật này làm nhiệm vụ phân hủy chất thải, quá trình phân hủy thay đổi từ kỵ khí sang hiếu khí, thì nó nhanh chóng làm giảm mùi hôi [9]. Phương pháp “chữa trị sinh học” bằng Sanjiban là “tăng cường quá mức” những tổ chức vi sinh hoạt động trong nước thải để phá hủy những chất thải. Sanjiban tạo ra số lượng lớn oxy hòa tan tự tái sinh và oxy tự do mà nó ức chế quá trình tạo mùi gây ra do những hoạt động kỵ khí. Nếu dùng đúng, đó là quá trình kiềm hóa mùi tự nhiên, tái tạo và giữ sự cân bằng sinh thái hệ vi sinh vật. MicroActive cũng sẽ kích hoạt và làm tăng số lượng khuẩn lạc vi khuẩn được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, mà có thể được tạo ra trong hồ thải để tăng cường sự “chữa trị sinh học”. 18 Sự cần thiết của Sanjiban MicroActive là hoạt động hợp lực của sự gia tăng sinh học tại chỗ và sự xúc tác dựa vào enzyme tự nhiên phá hủy những chất thải hữu cơ có trong nước thải. Sự hợp lực này sẽ tái tạo ra những chất dinh dưỡng tự nhiên trong nước thải. Sanjiban MicroActive có mục đích chính là đưa ra dung dịch tự nhiên cho xử lý nước thải để có thể thải ra những hệ thống nước bão hòa oxy, cung cấp sự sống, thích hợp cho trồng trọt và nông nghiệp. Những thuận lợi của việc xử lý bằng Sanjiban MicroActive Giảm hàm lượng BOD và COD Giảm TSS (tổng chất rắn lơ lửng) Giảm hàm lượng FOG (chất dầu mỡ) Tăng hàm lượng MLSS (nồng độ bùn hoạt tính) Hạn chế mùi Làm tăng độ trong của nước Có thể tái sử dụng nước cho trồng trọt và nông trại Giảm thời gian lưu và giá cả cho xử lý nước thải 2.3.3 Các loại sản phẩm dùng trong xử lý nƣớc thải Sanjiban MicroActive – 1000 Bio-clean (làm sạch tự nhiên) Sanjiban MicroActive – 6000 Sewage Bio-digestic Treatment (phân hủy sinh học chất thải) Sanjiban MicroActive - 8000 Chem Bio-Treat (xử lý sinh hóa) 2.3.4 Sản phẩm Sanjiban MicroActive 8000 Chem Bio-Treat 2.3.4.1. Giới thiệu Sanjiban MicroActive-8000 Chem Bio-Treat là một chất kích thích lỏng, thu nhận từ quá trình lên men phức tạp. Nó là hỗn hợp của những chất trích tự nhiên và những enzyme kích hoạt có khả năng nhân số lượng vi sinh vật khỏe mạnh có mặt trong bùn hoạt tính hay trong môi trường nuôi cấy đặc hiệu của vi khuẩn và nấm trong phòng thí nghiệm cần cho chữa trị sinh học. Vì những vi sinh vật này phân hủy sinh học những chất ô nhiễm trong nước thải nên sự giảm hàm lượng BOD, COD và TSS sẽ tăng lên nhanh chóng. Sanjiban tạo ra lượng lớn oxy hòa tan tự sinh và oxy tự do cần cho việc kích hoạt lại bùn hoàn lưu trong những hệ thống xử lý nước thải hóa học. 19 2.3.4.2 MicroActive- 8000 hoạt động kiểu xử lý sinh hóa Những enzyme tự nhiên MicroActive-8000 kích hoạt oxy và chuyển đổi nó thành một dạng mà ở đó nguyên tử oxy có thể kết hợp trực tiếp vào các hợp chất hóa học phức tạp, và phá vỡ những hợp chất chuỗi dài. Sau đó, hợp chất hóa học phức tạp bị phá vỡ thành những hợp chất đơn giản và cuối cùng tạo thành acid béo đơn. Vì quá trình này được lặp lại do vậy nhanh chóng trở thành thức ăn cần thiết cho quần thể vi sinh vật. Khi một phản ứng được hoàn thành, enzyme tự nhiên phá vỡ tự do để gắn kết nó với nguồn hợp chất hóa học phức tạp khác để lặp lại phản ứng tương tự. Sanjiban MicroActive - 8000 xử lý sinh hóa hoạt động cùng lúc theo hai hướng trong ma trận hợp chất hóa học, là đồng thời và hợp lực: một hướng là tạo ra một môi trường hiếu khí bằng việc tạo ra lượng lớn oxy hòa tan ở mật độ tăng dân số vi sinh vật, và một hướng khác là phá bỏ những chuỗi phân tử hóa học phức tạp dài để tạo thành acid béo, CO2 và nước. 2.3.4.3. Đặc tính sản phẩm Ổn định: 9-12 tháng Đặc tính bề ngoài: chất lỏng màu nâu sáng Mùi: mùi đất Trọng lượng riêng: 1 Hoạt tính : ngay tức khắc Chuỗi pH: 5-9 Nhiệt độ: 5-50oC 20 PHẦN III. PHƢƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 3.1 Thời gian và địa điểm 3.1.1 Thời gian thực hiện Thời gian bắt đầu ngày 1 tháng 4 năm 2005 Thời gian kết thúc ngày 30 tháng 7 năm 2005 3.1.2 Địa điểm Phòng thí nghiệm Công Nghệ Xử Lý, khoa Môi Trường, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Trung tâm Công Nghệ và Quản lý Môi trường và Tài Nguyên, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh 3.2 Vật liệu thí nghiệm 3.2.1 Nƣớc rỉ rác mới (đƣợc hình thành dƣới 2 năm) Nước rác mới được lấy ở bể bơm đầu vào ở trạm xử lý nước rác Gò Cát, (quận Bình Tân, Tp. HCM). Nước rỉ rác lấy về được pha loãng ra với nồng độ tùy theo vào điều kiện ngoại cảnh lúc làm thí nghiệm và mô hình lúc làm thí nghiệm, nhằm làm giảm nồng độ chất hữu cơ có trong nước rỉ rác ban đầu, đưa về điều kiện gần với điều kiện xử lý hiếu khí, để làm tăng hiệu quả xử lý của mô hình thử nghiệm. 3.2.2 Bùn hoạt tính Bùn hoạt tính chưa ổn định được lấy từ bể lắng của Trạm xử lý nước rỉ rác Gò Cát. Bùn chuyển hóa tốt lấy từ nhà máy bia Tiger, thuộc Công Ty bia Việt Nam. Bùn lấy về cho chạy thích nghi với nước rỉ rác trước khi đưa vào mô hình thử nghiệm, khi bùn chuyển hóa tốt, tạo bông cặn và lắng tốt thì cho đưa vào chạy mô hình. Bùn hoạt tính là loại bùn xốp có chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy hóa và khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng (khuấy trộn đều) và đảm bảo oxy dùng cho các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ thì phải luôn luôn duy trì việc cung cấp khí. Số lượng quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần chất thải, hàm lượng các chất thải, lượng oxy hòa tan, chế độ thủy động học của bể. 21 3.2.3 Chế phẩm Sanjiban MicroActive-8000 Chem Bio-Treat, nồng độ tương ứng với các nghiệm thức khác nhau. Sanjiban Culture Concentrate Microal Probiotic (PV), nồng độ tương ứng với các nghiệm thức khác nhau. 3.2.4. Dụng cụ thí nghiệm Các thùng có dung tích 20 lít có van xả bùn, máy bơm sục khí, các viên đá sủi bọt dùng trong sục khí vào bể, ống dẫn khí… Các dụng cụ thiết bị dùng cho phân tích: ống đong, ống nghiệm, buret, pipet… 3.2.5. Hóa chất Các hóa chất dùng trong phân tích các chỉ tiêu theo dõi: COD, BOD của mẫu nước thải: H2SO4, Na2S2O3, AgSO4, K2Cr2O7, FAS… 3.3 Mô hình nghiên cứu Là mô hình kết hợp giữa mô hình khuyến cáo cụ thể của nhà sản xuất chế phẩm và mô hình SBR, từng giai đoạn cụ thể tương ứng với những giai đoạn thời gian thí nghiệm khác nhau. 3.3.1. Mô hình khuyến cáo của công ty sản xuất chế phẩm 3.3.1.1. Vật liệu Bể 60 lít, bằng nhựa hay thiết Sục khí nên sục khí với vòi sục khí nhỏ, chậm, dùng cho bể nuôi cá Nước rỉ rác mới Hình 3.1. Mô hình khuyến cáo được dùng với chế phẩm Sanjiban. 22 3.3.1.2. Phương pháp Cho 50 lít nước rỉ rác vào bể chứa một cách từ từ, liên tục, trong vòng 1 giờ. Cho chế phẩm Sanjiban MicroActive vào bằng cách nhỏ giọt từ từ. Với hàm lượng cụ thể 50 ml Sanjiban microactive 8000 + 5 ml PV và 1lít nước, trộn đều, cho vào bể khi nước rỉ rác được cho vào đầy bể, trong vòng 1 giờ. Quá trình cho nước rỉ rác và chế phẩm vào bể phải được thực hiện trong 2 giờ. Sau 2 giờ, chuyển nước vào bể sục khí, không được xáo trộn bùn ở dưới dáy. Sục khí liên tục trong 2 giờ. Sau đó, chuyển nước không có bùn vào bể lắng để lắng các chất rắn, bùn lắng trong 1 giờ. Chuyển nước vào bể lắng cuối cùng. Lắng trong 1 giờ. Sau 1 giờ, lấy nước ở trên đi phân tích các chỉ tiêu cần thiết. 3.3.2. Mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm là mô hình SBR, với chu kỳ thời gian cho mỗi giai đoạn cụ thể khác nhau tương ứng ở mỗi mô hình thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm thay đổi theo từng mô hình cụ thể, với các điều kiện khác nhau trong những thời gian khác nhau của thí nghiệm. Tổng thể tích xử lý là 20 lít Hình 3.2: Mô hình dùng cho thí nghiệm 23 3.3.3. Các yêu cầu trong quá trình chạy mô hình Ngoài các điều kiện cho phép thay đổi, các điều kiện khác phải đảm bảo tính đồng đều ở các nghiệm thức khi chạy mô hình: hàm lượng khí sục vào, cùng chịu một điều kiện ngoại cảnh tác động. Theo dõi trong suốt quá trình chạy mô hình. Các mẫu phân tích phải được bảo quản nếu chưa phân tích ngay. 3.4 Phƣơng pháp tiến hành của các mô hình thí nghiệm 3.4.1 Thí nghiệm 1: Mô hình thí nghiệm với bùn chƣa ổn định 3.4.1.1. Vật liệu Nước rỉ rác lấy về pha loãng với nước máy theo tỉ lệ 1:5. Hàm lượng bùn chiếm 20% ở mỗi nghiệm thức. Bùn lúc này chưa chuyển hóa tốt, có màu nâu sẫm, nhưng lắng không tốt, còn lơ lửng trong nước thải sau khi xử lý. Hàm lượng chế phẩm bổ sung tùy theo các nghiệm thức, trước khi cho chế phẩm vào thùng xử lý, chế phẩm được pha loãng với nước máy, pha loãng thành 1 lít dung dịch và trộn đều (theo khuyến cáo của nhà sản xuất chế phẩm), riêng với nghiệm thức đối chứng không cho chế phẩm vào, nên cho 1 lít nước máy. 3.4.1.2. Phương pháp Cho bùn hoạt tính, nước rỉ rác được pha loãng vào thùng có dung tích 20 lít, sau đó cho chế phẩm vào với hàm lượng tương ứng theo các nghiệm thức khác nhau. Sục khí liên tục trong 8 giờ, sau đó để lắng qua đêm. Lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu theo dõi. Sau đó tiếp tục sục khí trong 22 giờ, để lắng khoảng 3 giờ. Lấy mẫu phân tích. 3.4.1.3. Các mô hình Các mô hình thí nghiệm dựa vào các điều kiện sau:  Hàm lượng chất hữu cơ đầu vào (COD), được bố trí trong những khoảng thời gian khác nhau.  Hàm lượng chế phẩm trong cùng thời gian thí nghiệm. 24  Thời lượng sục khí trong cùng thời gian thí nghiệm. Có hai mô hình chạy trong hai thời gian khác nhau, mỗi mô hình chạy có 4 nghiệm thức tương ứng. Mô hình A: mô hình thí nghiệm với bùn hoạt tính không ổn định Mô hình B: mô hình thí nghiệm với bùn hoạt tính không ổn định và có bổ sung thêm PV (theo khuyến cáo là nên thêm dung dịch PV vào khi dùng cho xử lý nước rác) Bảng 3.1. Hàm lượng chế phẩm bổ sung theo các nghiệm thức tương ứng Mô hình Nghiệm thức Hàm lượng Sanjiban 8000 (ml) Hàm lượng PV (ml) A A0 A20 A100 A200 0 20 100 200 0 0 0 0 B B0 B20 B100 B200 0 20 100 200 0 2 10 20 3.4.2. Thí nghiệm 2: Mô hình thí nghiệm với bùn ổn định Mô hình thí nghiệm thay đổi để nâng hiệu quả xử lý nước thải hơn so với mô hình thí nghiệm trước, kiểm tra sự ảnh hưởng của độ ổn định của bùn hoạt tính lên hiệu quả xử lý nước rác. 3.4.2.1. Vật liệu Nước rỉ rác lấy về pha loãng theo tỉ lệ 1: 15. Hàm lượng bùn chiếm 20% ở mỗi nghiệm thức. Bùn chuyển hóa tốt, tạo màu nâu sẫm, tạo bông cặn lớn và lắng tốt. Hàm lượng chế phẩm bổ sung tùy theo các nghiệm thức, trước khi cho chế phẩm vào thùng xử lý, chế phẩm được pha loãng với nước máy, pha loãng thành 1 lít dung dịch và trộn đều. 25 3.4.2.2. Phương pháp Cho bùn vào các thùng chứa, tiếp theo cho nước rỉ rác pha loãng vào đúng thể tích cần xử lý (20 lít). Sục khí liên tục trong 72 giờ, sau đó để lắng, lấy nước thải sau xử lý đi phân tích các chỉ tiêu theo dõi. Cho chế phẩm vào với hàm lượng tương ứng với các nghiệm thức, sục khí, để lắng, lấy mẫu đi phân tích. Mẫu nước thải sau xử lý trước khi đem phân tích các chỉ tiêu theo dõi được ly tâm ở tốc độ 3000- 4000 vòng/ phút trong 4-5 phút 3.4.2.3. Các mô hình Các mô hình thí nghiệm dựa vào các điều kiện sau:  Hàm lượng chất hữu cơ đầu vào (COD), được bố trí trong những khoảng thời gian khác nhau.  Hàm lượng chế phẩm trong cùng thời gian thí nghiệm.  Thời lượng sục khí trong cùng thời gian thí nghiệm. Có 2 mô hình thí nghiệm chạy trong 2 thời gian khác nhau, mỗi mô hình thí nghiệm có 4 nghiệm thức tương ứng Mô hình C: hàm lượng COD đầu vào thấp Mô hình D: hàm lượng COD đầu vào cao Bảng 3.2. Hàm lượng chế phẩm bổ sung cho các nghiệm thức tương ứng Mô hình Nghiệm thức Hàm lượng Sanjiban 8000 (ml) Hàm lượng PV (ml) C C0 C20 C100 C200 0 20 100 200 0 0 0 0 D D0 D20 D100 D200 0 20 100 200 0 0 0 0 26 3.5. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu yêu cầu Các mẫu nước thải trước và sau khi chạy mô hình xử lý được phân tích các chỉ tiêu: pH, BOD, COD theo Standard Methods for the examination of water and waste water. Part 5000. Các phương pháp phân tích được thực hiện theo các phương pháp của phòng thí nghiệm của Trung tâm phân tích môi trường, Đại học Nông Lâm Tp.HCM [3]. 3.6. Phƣơng pháp xử lý số liệu Đồ thị được thiết lập trên phần mền Microsoft Excel. 27 PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Kết quả của các đợt thí nghiệm 4.1.1. Kết quả mô hình thí nghiệm với bùn hoạt tính chƣa ổn định 4.1.1.1. Mô hình thí nghiệm A Bảng 4.1. Kết quả mô hình thí nghiệm A Thời gian (giờ) Nghiệm thức COD BOD mg/l mg/l 0 0 1463 825 8 A0 A20 A100 A200 2200 2000 2200 1900 1275 1200 900 1050 30 A0 A20 A100 A200 1700 1900 1600 1500 900 975 750 615 a. Nhận xét: Nước thải đầu ra có màu vàng đục, kết quả COD và BOD của nước thải đầu ra cao hơn so với đầu vào (trừ nghiệm thức A100 và A200 sau 30 giờ). Ta thấy kết quả sau 2 thời lượng sục khí khác nhau, sau 30 giờ sục khí kết quả xử lý, làm giảm hàm lượng COD và BOD của nước thải đầu ra nhiều hơn so với sau 8 giờ. Hiệu quả xử lý không đạt dựa trên kết quả của hàm lượng COD và BOD có trong nước thải sau xử lý. Bùn hoạt tính chưa ổn định ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý của mô hình. 28 b. Kết luận: Hàm lượng COD, BOD trong nước thải đầu ra cao hơn so với đầu vào Hiệu quả xử lý của mô hình không có. Do đó, mô hình này không có ý nghĩa trong công nghệ xử lý nước rác. 4.1.1.2. Mô hình thí nghiệm B Bảng 4.2. Kết quả mô hình thí nghiệm B Thời gian (Giờ) Nghiệm thức pH COD mg/l Hiệu xuất xử lý (%) 0 0 7,86 3931 8 B0 B20 B100 B200 8,55 8,55 8,55 8,55 2276 3103 2276 3310 42 21 42 16 30 B0 B20 B100 B200 2129 1355 1742 774 46 66 56 80 Hiệu quả xử lý nước thải ở các nghiệm thức được biểu diễn ở đồ thị hình 4.1. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Hiệu quả (%) B0 B20 B100 B200 Nghiệm thức sau 8 giờ sau 30 giờ Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý ở mô hình B 29 a. Nhận xét: Hàm lượng COD có trong nước rác trước khi xử lý quá cao (3931 mg/lít). Nước thải sau xử lý có màu vàng đục, hàm lượng COD có trong nước thải sau xử lý còn cao, mặc dù hiệu quả xử lý đạt khá cao (46%- 80%). Chất lượng nước thải chưa đạt tiêu chuẩn thải ra ngoài môi trường tiếp nhận [1]. Sau 8 giờ sục khí hiệu quả xử lý ở nghiệm thức B0 và B100 (42%) là như nhau, và cao hơn so với các nghiệm thức khác. Sau 30 giờ, hiệu quả xử lý tăng lên một cách rõ rệt, tăng đều ở các nghiệm thức, và cao nhất là 80% (ở nghiệm thức B200). Phải giảm hàm lượng COD trong nước thải đầu vào trước khi bắt đầu chạy mô hình thí nghiệm tiếp theo, để kiểm tra được hiệu quả xử lý chính xác của chế phẩm.. Có thể tăng thời gian sục khí của mô hình để làm tăng hiệu quả xử lý của chế phẩm và mô hình thí nghiệm. b. Kết luận: Sau 30 giờ, hiệu quả xử lý của mô hình cao hơn so với sau 8 giờ. Chế phẩm PV có tác dụng rất lớn trong việc lắng của bùn, làm tăng hiệu quả xử lý của mô hình thí nghiệm, mặc dù bùn hoạt tính bổ sung chưa ổn định. Sau 30 giờ cho chế phẩm vào mô hình xử lý, nghiệm thức có hàm lượng 200ml chế phẩm cho hiệu quả xử lý cao nhất (80%), thấp nhất là nghiệm thức đối chứng (46%). 4.1.1.3. Thảo luận chung với 2 mô hình chạy bùn chưa ổn định Cần thay đổi yếu tố bùn hoạt tính cho lần chạy mô hình thử nghiệm tiếp theo, bùn phải hoạt động ổn định, chuyển hóa tốt, tốc độ lắng và tạo bông cặn tốt. Tránh tối đa sự ảnh hướng của bùn hoạt tính lên hiệu quả xử lý nước thải trong mô hình bằng nhiều cách: lắng trong thời gian lâu hơn hay ly tâm mẫu nước thải trước khi đem đi phân tích các chỉ tiêu theo dõi. 30 Giữ nguyên hàm lượng chế phẩm và thời lượng sục khí bùn sau khi cho chế phẩm vào chạy mô hình ở các mô hình sau, để kiểm tra những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất nước thải sau khi xử lý và hiệu quả xử lý nước thải của mô hình. 4.1.2. Kết quả thí nghiệm 2 với mô hình chạy bùn hoạt tính ổn định 4.1.2.1. Mô hình thí nghiệm C Bảng 4.3. Kết quả mô hình thí nghiệm C Thời gian (giờ) Nghiệm thức COD BOD mg/l Hiệu xuất xử lý (%) mg/l Hiệu xuất xử lý (%) 0 0 375 240 24 C0 C20 C100 C200 192 208 200 180 49 45 43 54 105 180 135 135 56 25 44 44 Hiệu quả xử lý nước thải được biểu diễn cụ thể hơn ở các đồ thị hình 4.2 0 10 20 30 40 50 60Hiệu quả (%) C0 C20 C100 C200 Nghiệm thức COD BOD Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý nước thải ở mô hình C a. Nhận xét: Nước thải sau xử lý có màu vàng trong hơn so với mô hình thí nghiệm với bùn hoạt tính chưa ổn định. 31 Hiệu quả xử lý cao nhất đối với COD là ở nghiệm thức C200, đối với BOD là C0. Hàm lượng COD đầu vào của nước thải quá thấp so với điều kiện thực tế, do những sai số trong pha loãng mẫu nước rác trước khi xử lý, cần tiến hành thử nghiệm lại với nồng độ COD và BOD có trong nước thải đầu vào cao để kiểm tra sự chính xác của mô hình thí nghiệm. b. Kết luận Hiệu quả xử lý của mô hình C ở mức trung bình. Sự khác biệt giữa các nghiệm thức có và không có bổ sung chế phẩm không rõ. Hàm lượng COD, BOD trong nước thải sau xử lý vẫn còn cao, chưa đạt tiêu chuẩn thải ra ngoài môi trường tiếp nhận. 4.1.2.2. Mô hình D Bảng 4.4. Kết quả mô hình thí nghiệm D Thời gian (giờ) Nghiệm thức pH COD BOD mg/l Hiệu xuất xử lý (%) mg/l Hiệu xuất xử lý (%) 0 0 8,22 910 750 22 D0 D20 D100 D200 8,13 8,20 8,00 8,16 331 414 579 290 64 55 36 68 330 270 255 285 56 64 66 62 70 D0 D20 D100 D200 8,06 8,04 8,00 8,01 401 309 422 443 56 66 54 51 90 60 75 67,5 88 92 90 91 32 Hiệu quả xử lý được biểu diễn cụ thể ở hình 4.3 và 4.4 0 10 20 30 40 50 60 70Hiệu quả (%) D0 D20 D100 D200 Nghiệm thức COD BOD Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý ở mô hình D sau 22 giờ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Hiệu quả (%) D0 D20 D100 D200 Nghiệm thức COD BOD Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý ở mô hình D sau 70 giờ a. Nhận xét: Nước thải sau xử lý có màu vàng trong Về hiệu quả xử lý đối với COD, sau 22 giờ, cao nhất là D200 (68%) và thấp nhất là D100 (36%). Còn sau 70 giờ, hiệu quả xử lý ở nghiệm thức D200 giảm xuống và có hiệu quả xử lý thấp nhất (51%). Trong khi đó, nghiệm thức D20 lại tăng hiệu quả xử lý và có hiệu quả cao nhất (66%). Nhưng nhìn chung, sự khác biệt về hiệu quả xử lý đối với COD sau 70 giờ không có sự khác biệt ở các nghiệm thức. 33 Về hiệu quả xử lý đối với BOD, sau 22 giờ và sau 70 giờ, hiệu quả xử lý ở các nghiệm thức không có sự khác biệt. Nhưng hiệu quả xử lý tăng đều ở các nghiệm thức sau 70 giờ (88% - 92%) b. Kết luận: Chất lượng nước thải sau xử lý chưa đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường tiếp nhận Các nghiệm thức có bổ sung và không có bổ sung có sự khác biệt không rõ về hiệu quả xử lý. Thời lượng sục khí 70 giờ cho hiệu quả cao về BOD. 4.1.2.3 Thảo luận về mô hình với bùn hoạt tính ổn định Chất lượng nước thải sau xử lý sinh học hiếu khí đạt hiệu quả cao nhờ vào nhiều yếu tố: hàm lương chất hữu cơ đầu vào, hàm lượng khí cung cấp, chất lượng bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính đóng vai trò rất quan trọng trong xử lý nước thải bằng mô hình SBR. Kết quả thu được từ mô hình thí nghiệm C và D cho thấy thời lượng sục khí sau khi bổ sung chế phẩm, cho kết quả tốt hơn là 70 giờ với chỉ tiêu BOD. Và nghiệm thức cho kết quả tốt nhất là nghiệm thức có hàm lượng chế phẩm cao nhất (200 ml), tiếp đó là đối chứng (0 ml), thấp nhất là nghiệm thức có hàm lượng chế phẩm ở mức trung bình (100 ml). 4.2 Nhận xét chung về các kết quả thu đƣợc từ các đợt thí nghiệm 4.2.1 Hàm lƣợng COD, BOD Theo Trần Đức Hạ (2002), hàm lượng nằm trong khoảng 300-500 mg/l thì thích hợp cho xử lý sinh hiếu khí. Và những nghiên cứu gần đây cho thấy tỉ lệ BOD/COD lớn hơn 0,6 thì cho khả năng cho xử lý sinh học. Do vậy, để đảm bảo mô hình xử lý bằng bùn hoạt tính hoạt động có hiệu quả thì hàm lượng COD đầu vào nằm trong khoảng 1000 mg/l. 4.2.2 Hàm lƣợng chế phẩm Theo khuyến cáo của công ty sản xuất chế phẩm, nồng độ chế phẩm dùng trong xử lý nước rác mới là 1 ml/l nước rác. 34 Qua mô hình thí nghiệm, nồng độ cho kết quả xử lý cao nhất là nồng độ gấp 10 lần so với khuyến cáo (10 ml/ lít), nồng độ khuyến cao cho hiệu quả cũng tương đối khá cao. Nhưng ngược lại, đối với nghiệm thức đối chứng thì cho hiệu quả cao cũng không kém so với các nghiệm thức khác, mà còn cao hơn cả nghiệm thức với nồng độ khuyến cáo. Như vậy, sự khác biệt giữa nghiệm thức có và không có bổ sung chế phẩm không rõ, cũng như các nghiệm thức ở các nồng độ khác nhau. 4.2.3 Thời lƣợng sục khí Trong suốt quá trình thí nghiệm, thời lượng sục khí sau khi bổ sung chế phẩm cho hiệu quả cao nhất là 22 giờ đối với COD đầu ra. Thời lượng 70 giờ cho hiệu quả xử lý cao đối với BOD. 35 PHẦN IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1. Kết luận Không có sự khác biệt giữa các nghiệm thức có và không có bổ sung chế phẩm, cũng như các nghiệm thức có nồng độ Sanjiban bổ sung khác nhau. Thời lượng sục khí tối ưu là 70 giờ sau khi bổ sung chế phẩm vào thiết bị xử lý đối với BOD. Mô hình tối ưu khi hàm lượng bùn hoạt tính hoàn toàn ổn định. Chất lượng nước thải sau xử lý chưa đạt tiêu chuẩn thải ra ngoài môi trường tiếp nhận. 4.2. Đề nghị Cần nghiên cứu sâu hơn: nhiều nồng độ chế phẩm khác nhau, thời lượng sục khí của mô hình, các chỉ tiêu khác của nước thải để có độ chính xác cao hơn. Bùn khi đưa vào mô hình phải là bùn hoạt động ổn định. Phải kiểm soát hàm lượng COD, BOD có trong nước thải đầu vào của mô hình SBR, để mô hình hoạt động có hiệu quả hơn. Nước thải sau xử lý bằng mô hình trên cần phải được xử lý tiếp bằng những phương pháp khác để chất lượng nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường tiếp nhận. 36 PHẦN VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt 1. Bộ Khoa Học, Công Nghệ Và Môi Trường, 2002, Tuyển Tập 31 Tiêu Chuẩn Việt Nam Về Môi Trường. 2. ĐH. Bách Khoa Tp.HCM, 2002, Báo cáo nghiệm thu nghiên cứu hiệu quả xử lý nước rác Đông Thạnh bằng các phương pháp khác nhau. 3. Khoa Công nghệ Môi trường - Trung tâm nghiên cứu Môi trường, Đại học Nông Lâm, Tp. HCM, 2002, Giáo trình thực hành hóa Môi Trường. 4. Ebana Hateakeyama Memorial Fund, 1997, Xử lý nước thải và bùn trong hệ thống thoát nước. 5. Trần Đức Hạ, 2002, Xử lý nước thải sinh hoạt ở quy mô nhỏ và vừa, NXB. KHKT. 6. Phạm Hồng Nhật, 2001, Nghiên cứu tốc độ phân hủy rác sinh hoạt ở Tp.HCM và một số vấn đề liên quan đến môi truòng của các bãi rác, Luận văn thạc sĩ KHKT, Viện tài nguyên và môi trường. 7. Trần Minh Quân, 2001, Nghiên cứu quy trình oxy hóa fenton khử COD trong nước rác sau khi xử lý sinh học, Luận văn thạc sĩ KHKT, Viện tài nguyên môi trường. Tiếng nước ngoài: 8. Metcalf and Eddy, INC, Chapter 8 Biological Unit Processes, Wastewater Engineering Treatment, Disposal and Reuse, 3 rd edition, p.359-442. 9. Trans Asia International, Sanjiban MicroActive, Bangalore, India. 37 PHỤ LỤC I Các phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu theo của mẫu nƣớc thải. Các mẫu nước thải trước và sau khi chạy mô hình xử lý được phân tích các chỉ tiêu: pH, BOD, COD, cặn lơ lửng (SS) theo phương pháp của Standard Methods for the examination of water and waste water. Part 5000 1.1 pH Dùng máy pH kế để xác định pH, dựa vào sự chênh lệch thế giữa điện cực chuẩn Calomen và điện cực H+ (điện cực thủy tinh) cho kết quả chính xác cao. Hiện nay các loại máy hiện đại chỉ dùng một điện cực hỗn hợp. Kết quả hiện trên máy, đọc kết quả khi tín hiệu ổn định 30 giây. 1.2 COD (Chemical Oxygen Demand) COD được phân tích theo phương pháp đun hoàn lưu kín - Cho mẫu vào ống nghiệm, thêm dung dịch K2Cr2O7 0,0167 M vào, cẩn thận thêm H2SO4 reagent vào bằng cách cho chảy từ từ dọc theo thành ống nghiệm - Đậy nút ống nghiệm ngay, lắc kỹ nhiều lần (cẩn thận vì phản ứng sinh nhiệt), đặt ống nghiệm trên giá inox và cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 150oC trong 2 giờ. - Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ dung dịch trong ống nghiệm ra bình tam giác 100 ml thêm 2-3 giọt ferroin và định phân bằng FAS 0,1 M. - Dứt điểm khi mẫu chuyển từ màu xanh lá cây sang màu đỏ. làm hia mẫu trắng với nước cất (mẫu O và mẫu B). Kết quả COD COD (mg O2/l) = V xMxBA 8000)( A: thể tích FAS dung định phân mẫu trắng B, ml B: thể tích FAS dùng định phân mẫu cần xác định, ml M: nồng độ Mole của FAS V: thể tích mẫu, ml 38 1.3 BOD (Biochemical Oxygen Demand) - Chuẩn bị nước pha loãng bằng cách thêm mỗi 1 ml các dung dịch đệm phosphat, MgSO4, CaCl2, FeCl3 cho mỗi lít nước cất bão hòa oxy. - Mẫu được pha loãng tùy theo tính chất của tứng loại nước thải. - Chiết nước pha loãng vào hai chai BOD, cho mẫu vào chai bằng cách nhúng pipet xuống đáy chai, thả từ từ vào chai đến khi đạt thể tích cần sử dụng, lấy nhanh pipet ra, đậy nut chai lại (trong chai không được có bọt khí). Một chai đậy kín để ủ trong 5 ngày (DO5) và một chai được định phân tức thì (DO0). Chai ủ trung tủ 20 oC đậy kỹ, niêm bằng lớp nước mỏng trên chỗ loe của miêng chai (không để lớp nước này cạn trong suốt quá trình ủ) - Định phân DO: Mở nút chai, lần lượt thêm vào bên dưới mặt thoáng của mẫu  2 ml MnSO4  2ml iodide – azide kiềm Đậy nút chai, đảo ngược chai lên xuống trong vài phút Để yên cho kết tủa lắng hoàn toàn, cẩn thận mở nút chai, thêm 2 ml H2SO4 đậm đặc. Đậy nút, rửa chai dưới vòi nước, đảo ngược để tan hoàn toàn kết tủa. Rót bỏ 97 ml dung dịch, định phân lượng mẫu còn lại bằng dung dịch Na2S2O3 0,025 M cho đến khi có màu vàng rơm nhạt, thêm vài giọtchỉ thị hồ tinh bột, tiếp tục định phân đến khi mất màu xanh. 1 ml Na2S2O3 0,025 được dùng = 1 mg O2/lít Kết quả BOD BOD5 (mg O2/lít) = (DO0 –DO5) x f DO0: hàm lượng oxy hòa tan đo được ở ngày đầu DO5: hàm lượng oxy hòa tan đo được sau 5 ngày ủ f: hệ số pha loãng 39 II. Một số hình ảnh trong quá trình thí nghiệm Nơi lấy nước rác tại bãi rác Dòng nước rác Dụng cụ dùng cho lấy mẫu nước Nơi lấy bùn hoạt tính tại bãi rác Gò Cát Mô hình dùng cho thí nghiệm Trong giai đoạn sục khí Trong giai đoạn lắng Nước thải sau xử lý có màu vàng, đục.