Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Phượng, Nguyễn Văn Phước, Thiệu Cẩm Anh
Tóm tắt:
Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột bằng công nghệ lọc sinh học hiếu khí trên 4 loại vật liệu lọc khác nhau: xơ dừa, than đá, nhựa PVC và nhựa Bio - Ball BB-15.
Kết quả nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm đã chứng tỏ cả 4 mô hình lọc sinh học hiếu khí đều có khả năng xử lý hàm lượng hữu cơ và N với hiệu quả cao. COD, N giảm 90-98%; 61-92 % ở tải trọng hữu cơ dao động từ 0,5; 1; 1,5 và 2 kgCOD/m3.ngày. Số liệu nghiên cứu đã xác định xơ dừa là giá thể lọc tốt nhất trong 4 loại vật liệu nghiên cứu.
Trong mô hình lọc sinh học với giá thể xơ dừa, hiệu quả xử lý COD đạt đến 98% và tốc độ phân hủy cơ chất đạt 0,6 kgCOD/kgVSS.ngày. Kết quả nghiên cứu mở ra một triển vọng mới cho việc áp dụng các loại vật liệu rẻ tiền, sẵn có trong nước làm giá thể cho xử lý nước thải
13 trang |
Chia sẻ: maiphuongtl | Lượt xem: 2186 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột mì bằng công nghệ lọc sinh học hiếu khí trên các loại vật liệu lọc khác nhau, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Science & Technology Development, Vol 13, No.M2- 2010
Trang 54 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TINH BỘT MÌ BẰNG
CÔNG NGHỆ LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ TRÊN CÁC LOẠI VẬT LIỆU LỌC KHÁC
NHAU
Nguyễn Thị Thanh Phượng (2), Nguyễn Văn Phước(1), Thiệu Cẩm Anh(1)
(1)Viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG-HCM
(2)Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM
(Bài nhận ngày 11 tháng 08 năm 2010, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 10 tháng 12 năm 2010)
TÓM TẮT: Nghiên cứu ñược thực hiện nhằm ñánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột bằng
công nghệ lọc sinh học hiếu khí trên 4 loại vật liệu lọc khác nhau: xơ dừa, than ñá, nhựa PVC và nhựa
Bio - Ball BB-15.
Kết quả nghiên cứu trong ñiều kiện phòng thí nghiệm ñã chứng tỏ cả 4 mô hình lọc sinh học hiếu
khí ñều có khả năng xử lý hàm lượng hữu cơ và N với hiệu quả cao. COD, N giảm 90-98%; 61-92 %
ở tải trọng hữu cơ dao ñộng từ 0,5; 1; 1,5 và 2 kgCOD/m3.ngày.
Số liệu nghiên cứu ñã xác ñịnh xơ dừa là giá thể lọc tốt nhất trong 4 loại vật liệu nghiên cứu.
Trong mô hình lọc sinh học với giá thể xơ dừa, hiệu quả xử lý COD ñạt ñến 98% và tốc ñộ phân hủy cơ
chất ñạt 0,6 kgCOD/kgVSS.ngày. Kết quả nghiên cứu mở ra một triển vọng mới cho việc áp dụng các
loại vật liệu rẻ tiền, sẵn có trong nước làm giá thể cho xử lý nước thải.
Từ khóa: vật liệu lọc, xử lý chất dinh dưỡng, xử lý chất hữu cơ, nước thải tinh bột mì, lọc sinh
học hiếu khí.
1. GIỚI THIỆU
Vào thập niên 90, các công nghệ xử lý
nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
thông thường như: bùn hoạt tính [3] ñã ñược
nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên,
phương pháp trên vẫn còn một số nhược ñiểm
như: tải trọng xử lý chất hữu cơ thấp (0,5 – 1
kgCOD/m3.ngày), dễ bị sốc tải, hàm lượng sinh
khối dư cao cần chi phí xử lý bùn. Từ 1980,
nhiều nghiên cứu ñã bắt ñầu tập trung vào các
công nghệ xử lý nước thải mới như Bio - 2 -
sludge, Anaerobic baffler reactor (ABR),
membrane bioreactor (MBR) và hệ hybrid lọc
sinh học hiếu khí - Rotating biological
contactor (RBC) kết hợp bùn hoạt tính. Các
công nghệ này thường kết hợp hệ vi khuẩn bám
dính (lọc sinh học) và lơ lửng (bùn hoạt tính,
bentonite) hoặc kết hợp keo tụ, lọc màng. Đối
với lọc sinh học, việc lựa chọn loại vật liệu lọc
thích hợp ñóng vai trò quan trọng ảnh hưởng
ñến hiệu quả xử lý, chi phí ñầu tư và khà năng
triển khai thực tế [4].
Vật liệu lọc trong các bể lọc sinh học khá
phong phú: từ ñá dăm, ñá cuội, ñá ong, vòng
kim loại, vòng gốm, than ñá, than cốc, gỗ
mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn, v.v… Các loại
ñá nên chọn có kích thước trung bình 60 – 100
mm. Chiều cao lớp ñá chọn khoảng 0,4 – 2,5 –
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ M2 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 55
4m, trung bình là 1,8 – 2,5m. Gỗ nên chọn loại
gỗ ñỏ, và các loại vật liệu nhựa lượn sóng hoặc
gấp nếp ñược xếp thành những khối bó chặt
ñược gọi là modun vật liệu [1].
Trong những năm gần ñây, do kỹ thuật
chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC (polyvinyl
cloride), PP (polypropylen), Poly uretan ñược
làm thành tấm lượn sóng, gấp nếp, dạng cầu
khe hở, dạng vành hoa (plasdek), dạng vách
ngăn v.v… có ñặc ñiểm là rất nhẹ và ñáp ứng
các yêu cầu kỹ thuật như diện tích bề mặt riêng
lớn (80 – 220m2/m3) tạo ñiều kiện cho quá trình
hấp thụ và phát triển của vi sinh vật; lực cản
không khí thấp (giảm mức ñộ sụt áp và năng
lượng cần sử dụng cho máy bơm); chỉ số chân
không cao ñể tránh lắng ñọng (thường cao hơn
90%); ñộ bền cơ học lớn; hoạt tính sinh học
cao và ổn ñịnh hóa học.
Vật liệu là chất dẻo khác nhau về hình
dạng ñược xác ñịnh bằng tỉ số giữa diện tích bề
mặt/thể tích, trọng lượng/thể tích, tính xốp của
vật liệu, bản chất của vật liệu. Chúng ñược chia
làm hai loại chính: vật liệu có sắp xếp và vật
liệu ñể rối với tuổi thọ trung bình vào khoảng
8–12 năm [1].
Hệ thống lọc sinh học ñược thiết lập ñầu
tiên tại trại thực nghiệm Lawrence, bang
Matsachusét, nước Mỹ năm 1891. Đến năm
1940, tại Mỹ ñã có 60% hệ thống xử lý nước
thải áp dụng công nghệ lọc sinh học. Năm
1946, Phương pháp lọc sinh học ñã ñược triển
khai phổ biến tại nhiều quốc gia, ñặc biệt là
sau khi ra ñời các vật liệu lọc polymer. Công
nghệ lọc sinh học tiếp tục ñược phát triển, ứng
dụng rộng rãi và ngày càng ñược ưa chuộng
trên thế giới [2].
2. MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Mô hình thí nghiệm
Thí nghiệm ñược tiến hành trên các mô
hình mica, hình trụ có thể tích 4 lít với kích
thước sau: ñường kính x chiều cao (DxH) =
0,16m x 0,35m, trong ñó, chiều cao hữu ích là
0,3m; chiều cao lớp vật liệu lọc là 0,2 m. Van
lấy mẫu bố trí cách ñáy 30mm và cách miệng
bể 80mm.
Khí ñược cấp liên tục bằng máy thổi khí
(hiệu Resun, công suất 36 W) và ñược phân tán
vào nước nhờ ñá bọt. Lưu lượng cấp khí là
5L/phút.
Xơ dừa Nhựa Bio- Ball BB 15 Nhựa PVC Than ñá
Hình 1: Mô hình thí nghiệm
Science & Technology Development, Vol 13, No.M2- 2010
Trang 56 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
Vật liệu lọc: 4 loại vật liệu lọc ñược lựa
chọn bao gồm: xơ dừa, than ñá, nhựa ruột gà
(sản xuất tại VN) và nhựa tổng hợp Bio-ball
BB15 (England).
Xơ dừa (coir): Có diện tích bề mặt riêng
lớn (>500 m2/m3 thể tích), ñộ xốp cao, ñường
kính một sợi: 0.435mm, mật ñộ xơ dừa trong
bể: 20 g/L.
Than ñá: Diện tích bề mặt riêng là 45,93
– 69 m2/m3.
Nhựa loại 1 (Nhựa Bio - Ball BB 15):
Diện tích bề mặt riêng là 312m2/m3 thể tích, Độ
rỗng: 75%, khối lượng riêng: 50 – 80kg/m3,
Đường kính: 3,2cm.
Nhựa loại 2 (ống nhựa PVC): Diện tích
bề mặt riêng trong khoảng 102 – 114,4 m2/m3,
Độ rỗng: 85%, khối lượng riêng: 30 – 60kg/m3,
Kích thước: dài x ñường kính = 2,5 x 1,8cm
2.2. Điều kiện thí nghiệm
Mô hình ñược vận hành trong ñiều kiện
phòng thí nghiệm, nhiệt ñộ môi trường dao
ñộng từ 30 – 320C. Nước thải ñược trung hòa
bằng NaOH ñạt pH trung tính (pH = 7,1 – 7,5).
COD ban ñầu ñược thay ñổi trong khoảng 500
– 2000 mg/L (pha loãng từ nước thải nguyên
thủy ñến các giá trị yêu cầu).
Bảng 1. Thành phần, tính chất nước thải tinh bột mì
pH
COD
(mg/L)
BOD
(mg/L)
CN-
(mg/L)
SS
(mg/L)
N-NH3
(mg/L)
N-Tổng
(mg/L)
P-Tổng
(mg/L)
3.9-4.5 4.800-16.000 2500-11550 2 - 75 350-1000 95-182 145-470 127-432
Mầm vi sinh cho vào bể phản ứng ñược
lấy từ Khu Công Nghiệp Tân Bình có TS
=15%, ñộ ẩm: 85%. VS/TS = 0,52. Bùn lấy về,
rây qua lưới lọc ñể loại bỏ cát và sạn sau ñó
nuôi cấy thích nghi trên nước thải tinh bột mì
trong vòng 1-2 tuần.
Hàm lượng bùn ban ñầu cho vào 4 mô
hình ñược cố ñịnh ở giá trị 4600mg/L. Thời
gian lưu nước ñược cố ñịnh là 24 giờ.
2.3. Chế ñộ vận hành
Hệ thống ñược vận hành theo 2 giai ñoạn:
Giai ñoạn thích nghi và giai ñoạn vận hành
tăng tải.
Xơ dừa Nhựa Bio-
Ball BB 15
Nhựa PVC Than ñá
Hình 2. Các loại vật liệu lọc
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ M2 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 57
Giai ñoạn thích nghi bắt ñầu với nồng ñộ
COD = 500mg/L, pH ñược ñiều chỉnh ở giá trị
trung tính (pH = 7). Mầm vi sinh cho vào các
mô hình với nồng ñộ khoảng 4,6gMLVSS/L.
Giai ñoạn này kết thúc sau 2 tuần khi hiệu quả
xử lý ổn ñịnh khoảng 90% và ñã hình thành lớp
màng vi sinh dính bám trên vật liệu lọc. Các
chỉ tiêu COD và pH ñược theo dõi trong cả giai
ñoạn.
Giai ñoạn tăng tải: Vận hành ở các tải
trọng hữu cơ 1kgCOD/ngày; 1,5kgCOD/ngày;
2kgCOD/ngày.
Ở mỗi tải trọng, tiến hành phân tích các
chỉ tiêu COD, pH, N – NH3, N – NO3-, N –
NO2-, TNK, Tổng Phospho. Trong ñó, chỉ tiêu
tổng Nitơ Kjeldahl ñược phân tích vào cuối
mỗi ñợt tải trọng.
Với mỗi tải trọng, khi hiệu quả xử lý ñạt
ổn ñịnh, tiến hành phân tích các thông số theo
thời gian nhằm ñánh giá tốc ñộ phân hủy cơ
chất và xác ñịnh các thông số ñộng học.
2.4. Phương pháp xác ñịnh thông số
ñộng học
Mô hình Stover – Kincannon và mô hình
bậc hai ñược xem là mô hình phù hợp, ñã ñược
áp dụng phổ biến ñối với các hệ thống lọc sinh
học [6], [7].
Phương trình ñộng học của mô hình
Stover-Kincannon ñược trình bày như sau:
)/(
)/(max
VQSK
VQSU
dt
dS
iB
i
+
= (1)
Ngoài ra: )( ei SSV
Q
dt
dS
−= (2)
maxmax
1 1
)( UQS
V
U
K
SSQ
V
dt
dS
i
B
ei
+=
−
=
−
(3)
Trong ñó: dS/dt là tốc ñộ xử lý cơ chất
(g/L.ngày); Umax hằng số tốc ñộ tiêu thụ cơ chất
lớn nhất (g/L.ngày); KB là hằng số bão hòa (g/L
ngày); V là thể tích lớp vật liệu lọc.
Phương trình (4) thể hiện mối quan hệ
giữa (dS/dt)-1 theo giá trị nghịch ñảo của tải
trọng chất hữu cơ V/(QSi). Đồ thị cắt trục tung
tại (0, 1/Umax), ñộ dốc là KB/Umax và hệ số
tương quan R2 .
Phương trình (4) có thể ñược viết lại là:
y ax b= +
Với ( )i e
Vy Q S S= − ; i
V
x QS= ;
max
BKa
U
= ;
max
1b
U
=
Phương trình tổng quát của mô hình ñộng
học bậc 2 như sau:
2
0
)(2
=
−
S
SXk
dt
dS
S (4)
Tích phân phương trình (4) ta ñược:
Xk
S
SS
S
S )(2
0
0
0 +=
−
θθ (5)
Biểu thức thứ hai của vế phải ñựơc xem là
hằng số khi ñó ta có:
θθ ba
SS
S
+=
−0
0
(6)
Trong ñó:
Xk
S
a
S )(2
0
= và b=1.
0
0
S
SS −
là hiệu quả xử lý cơ chất và ñựơc kí hiệu là E.
Science & Technology Development, Vol 13, No.M2- 2010
Trang 58 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
Do ñó phương trình cuối cùng có thể viết
lại như sau:
θθ ba
E
+= (7)
Trong ñó: S, S0 lần lượt là nồng ñộ cơ chất
ñầu ra và ñầu vào (mgCOD/l); X là nồng ñộ
sinh khối trung bình trong bể phản ứng
(mgVSS/l); θ là thời gian lưu nước (ngày); k2(S)
là hằng số tốc ñộ xử lý cơ chất bậc 2 (1/ngày).
2.5. Phương pháp phân tích
Các chỉ tiêu ñược phân tích theo Standard
Methods for the Exammination of Water and
Wastewater – 2005 [8].
3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.1. Kết quả thí nghiệm
Tải trọng 0,5 kg COD/m3.ngày
7
7.5
8
8.5
9
9.5
0 2 4 6 8 10 12
Thời gian (ngày)
pH
Tải trọng 1 kg COD/m3.ngày
7
7.2
7.4
7.6
7.8
8
8.2
8.4
8.6
8.8
0 2 4 6 8 10 12
Thời gian (ngày)
pH
Tải trọng 1,5 kg COD/m3.ngày
7
7.2
7.4
7.6
7.8
8
8.2
8.4
8.6
8.8
0 2 4 6 8 10 12
Thời gian (ngày)
pH
Tải trọng 2 kg COD/m3.ngày
7
7.2
7.4
7.6
7.8
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
0 1 2 3 4 5 6 7
Thời gian (ngày)
pH
Hình 3. Biểu diễn sự biến ñộng của giá trị pH ở 4 mô hình
Ghi chú:
Với pH vào ổn ñịnh khoảng 7,1 - 7,5, pH
sau xử lý dao ñộng từ 8,22 – 9,06 tăng 0,74 ñến
1,81 so với pH vào. pH cao và chế ñộ sục khí
phù hợp tạo ñiều kiện thuận lợi cho quá trình
bay hơi tự do N – NH3. Chính vì vậy, N – NH3
sau xử lý hầu như bằng không, tương ứng hiệu
quả xử lý N- NH3 ñạt ñến 100%. Kết quả phân
tích sự biến ñổi N trong 4 mô hình ñược trình
bày ở Hình 4 và Hình 5. Mô hình sử dụng than
ñá làm vật liệu lọc có pH sau xử lý tăng thấp
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ M2 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 59
nhất so với 3 mô hình còn lại (mô hình than ñá
cũng phân hủy sinh học kém hơn cả trong 4 mô
hình nghiên cứu).
a)
b)
c)
Science & Technology Development, Vol 13, No.M2- 2010
Trang 60 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
d)
Hình 4. Kết quả khảo sát biến thiên NO2- ở 4 mô hình, với 4 tải trọng khác nhau
(a) tải trọng 0,5 kgCOD/m3.ngày; (b) tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày; (c) tải trọng 1,5 kgCOD/m3.ngày; (d) tải trọng 2
kgCOD/m3.ngày
a)
b)
c)
Hình 5. Kết quả khảo sát biến thiên NO3- ở 4 mô hình, với 3 tải trọng
(a) tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày; (b) tải trọng 1,5 kgCOD/m3.ngày; (c) tải trọng 2 kgCOD/m3.ngày
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ M2 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 61
Nhận xét: Nhìn chung, quá trình nitrit hóa
và nitrat hóa ñã diễn ra trong hệ thống lọc sinh
học hiếu khí, thể hiện qua biến ñộng hàm lượng
N – NO2 và N – NO3 sau xử lý cao hơn trước
nhiều lần. Trong 4 mô hình nghiên cứu, mô
hình xơ dừa ñạt hiệu suất chuyển hóa cao nhất
với N – NO2 tăng 0,19 – 1,35 mg/L và N –
NO3 tăng 4,7 – 7,67 mg/L. Còn mô hình than
ñá lại ñạt hiệu suất chuyển hóa nitrit và nitrat
thấp nhất.
Vi khuẩn nitrosomonate và nitrobacter
hình thành và phát triển mạnh trong ñiều kiện
hàm lượng cơ chất thấp. Do vậy, mô hình xử lý
càng hiệu quả, mật ñộ vi sinh càng cao, thời
gian lưu lớp màng vi sinh dài thì khả năng
chuyển hóa N-NH3 thành N-NO2 và N-NO3
càng thuận lợi. Tuy nhiên, hàm lượng N vào
thấp dẫn ñến khả năng phát sinh nitrit và nitrat
không cao.
Số liệu N-NO3 và N-NO2 dao ñộng lên
xuống trong thời gian ñầu cho thấy có quá trình
chuyển hóa N-NH3 thành N-NO2 và N-NO2
thành N-NO3 với tốc ñộ chuyển hóa các thành
phần khác nhau nên hàm lượng N-NO2; N-NH3
và N-NO3 cũng biến ñổi. Thời gian càng dài,
hiệu suất chuyển hóa về nitrat càng lớn, chỉ
riêng mô hình than ñá kết quả không phù hợp
như 3 mô hình còn lại.
Đánh giá tải trọng vận hành
Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý COD ở 4
tải trọng nghiên cứu 0,5; 1; 1,5 và 2 kg
COD/m3.ngày ñược trình bày ở ñồ thị hình 6,
hình 7 và hình 8.
Nhận xét
Hiệu quả xử lý COD ñạt giá trị cực ñại ở
tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày cho tất cả các mô
hình. So sánh 4 mô hình, sắp xếp theo trình tự
giảm dần thì hiệu quả xử lý COD ñạt cao nhất
trong mô hình xơ dừa với COD giảm ñến 98%,
kế tiếp là mô hình nhựa Bio ball có khả năng
xử lý 97,3% COD và cuối cùng là 2 mô hình
nhựa PE và mô hình than ñá có thể xử lý 97%
COD. Khi tăng tải trọng lên 1,5 và 2
kgCOD/m3.ngày, hiệu quả xử lý COD giảm
dần nhưng mức ñộ chênh lệch không ñáng kể.
Bên cạnh xử lý COD, mô hình xơ dừa
cũng xử lý hiệu quả TKN ở hầu hết các tải
trọng với hiệu suất khử TKN trên 90%. Trong
khi, 3 mô hình còn lại, hiệu quả xử lý giảm
nhanh và dao ñộng trong khoảng 60 - 85%.
Tương tự, mô hình xơ dừa cũng xử lý P hiệu
quả hơn khi so sánh với 3 mô hình còn lại với
hiệu suất ñạt giá trị 60-81,5%; trong khi các
mô hình còn lại chỉ xử lý 28 – 60% P ở các tải
trọng vận hành khác nhau.
Trong mô hình sử dụng giá thể xơ dừa làm
vật liệu lọc, các vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng
và bám dính phát triển với mật ñộ dày ñặc,
ñược duy trì thường xuyên, chúng phát triển ổn
ñịnh, khó bị rửa trôi nhờ khả năng bám dính và
hấp phụ tốt của xơ dừa. Do vậy, hiệu quả xử lý
các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng cao.
3.2. Kết quả mật ñộ màng sinh học
Kết quả khảo sát mật ñộ vi sinh vật thể
hiện qua các thông số MLSS và MLVSS trình
bày ở bảng 2.
Science & Technology Development, Vol 13, No.M2- 2010
Trang 62 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
Hình 6. Đồ thị so sánh hiệu quả xử
lý COD theo tải trọng
Hình 7. Đồ thị so sánh hiệu quả
xử lý TKN theo tải trọng
Hình 8. Đồ thị so sánh hiệu quả xử lý
P - Tổng theo tải trọng
Ghi chú: MH1: Mô hình với vật liệu lọc xơ dừa; MH2: Mô hình với vật liệu lọc là nhựa Bio - Ball
BB15; MH3: Mô hình với vật liệu lọc là than ñá; MH4: Mô hình với vật liệu lọc là nhựa PVC
Bảng 2. Hàm lượng MLSS, MLVSS trong 4 mô hình ở các tải trọng vận hành khác nhau
MLSS (mg/L) MLVSS (mg/L) MLVSS/MLSS Tải trọng
(kgCOD/m3
.ngày) MH1
MH
2
MH
3
MH
4
MH
1
MH
2
MH
3
MH
4
MH1 MH2 MH3 MH4
0.5 3576 2765 2564 2721 2387 1534 1045 1658
0,667
5
0,554
8
0,407
6
0,609
3
1.0 5634 4012 3034 4027 3876 2345 1805 2659 0,688
0,584
5
0,594
9
0,660
3
1.5 7793 4925 3964 5591 5360 3367 2145 3761
0,687
8
0,683
7
0,541
1
0,672
7
2.0
1056
0
6660 5360 7560 7381 4655 3543 5123 0,699
0,698
9
0,661
0,677
6
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
1 2 3 4
Tải trọng (kg COD/m3.ngày)
M
LS
S
(m
g/
l) MH1
MH2
MH3
MH4
0.5 1 1.5 2
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
1 2 3 4
Tải trọng (kg COD/m3.ngày)
M
LV
SS
(m
g/
l) MH1
MH2
MH3
MH4
0.5 1 1.5 2
Hình 9. Đồ thị biến thiên sinh khối theo tải trọng ở các mô hình
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ M2 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 63
Kết quả trên ñồ thị 9 cho thấy hàm lượng
sinh khối trong mô hình xơ dừa ñạt giá trị cao
nhất. Nồng ñộ MLVSS lên tới 7381 mg/L ở tải
trọng 2 kg COD/m3.ngày và tỉ lệ
MLVSS/MLSS ở 4 mô hình cao, ñặc biệt là xơ
dừa với tỉ lệ xấp xỉ 0,66 - 0,7, trong khi ñó, mô
hình than ñá tỉ lệ này thấp nhất từ 0,4 - 0,66.
Kết quả này còn chứng minh khả năng vượt
trội của xơ dừa về khả năng bám dính, tính hấp
phụ cũng như khả năng phân hủy sinh học
3.3. Kết quả khảo sát tốc ñộ tiêu thụ cơ
chất
Tải trọng 0.5 kgCOD/m3.ngày
0
100
200
300
400
500
600
0 2 4 6 8 10
Thời gian (h)
Tố
c
ñ
ộ
tiê
u
th
ụ
cơ
ch
ấ
t (g
CO
D/
m
3 .
h)
MH1
MH2
MH3
MH4
Tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 2 4 6 8 10
Thời gian (h)
Tố
c
ñ
ộ
tiê
u
th
ụ
cơ
ch
ấ
t (g
CO
D/
m
3 .
h)
MH1
MH2
MH3
MH4
Tải trọng 1.5 kgCOD/m3.ngày
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 2 4 6 8 10
Thời gian (h)
Tố
c
ñ
ộ
tiê
u
th
ụ
c
ơ
c
hấ
t
(g
CO
D/
m
3 .
h) MH1
MH2
MH3
MH4
Tải trọng 2 kgCOD/m3.ngày
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 2 4 6 8 10
Thời gian (h)
Tố
c
ñ
ộ
tiê
u
th
ụ
c
ơ
c
hấ
t
(g
CO
D/
m
3 .
h) MH1
MH2
MH3
MH4
Hình 10.Tốc ñộ tiêu thụ cơ chất ở các tải trọng khác nhau
Nhận xét:
Với hàm lượng mầm vi sinh ban ñầu cho
vào 4 mô hình không ñổi, khả năng phân hủy
cơ chất ñược tính dựa trên chỉ số kg
COD/m3.h. Tốc ñộ phân hủy cơ chất tại 4 mô
hình giảm dần theo thời gian, ñạt giá trị 0,4 –
2,5kg COD/m3.h trong giờ ñầu tiên rồi giảm
nhanh trong 2 – 4 giờ kế tiếp, sau ñó giảm
không ñáng kể và dao ñộng lên xuống ở các
giờ còn lại..
Điều này có thể giải thích do trong các giờ
ñầu nồng ñộ chất hữu cơ trong thành phần
nước thải khá cao nên vi sinh thích nghi và
nhanh chóng sử dụng hàm lượng chất hữu cơ
này ñể tăng trưởng và phát triển, ñến khi hàm
lượng chất hữu cơ giảm thì khả năng sử dụng
cơ chất của vi sinh vật cũng chậm dần. Kết quả
nghiên cứu ñược trình bày rõ trong ñồ thi 6.
Ở cả 4 tải trọng, mô hình xơ dừa ñều xử lý
hiệu quả hàm lượng chất hữu cơ. Đường cong
tốc ñộ phân hủy dốc, thẳng ñứng, ñặc biệt trong
4 giờ ñầu. Tốc ñộ phân hủy trong giờ ñầu tiên
có thể ñạt giá trị 2,5 kg COD/m3.h. Rõ ràng,
việc lựa chọn loại vật liệu phù hợp cho phép
Science & Technology Development, Vol 13, No.M2- 2010
Trang 64 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
giảm thời gian lưu nước, ñồng nghĩa với việc
giảm thể tích bể, tiết kiệm chi phí xây dựng và
gia tăng hiệu quả xử lý.
3.4. Xác ñịnh phương trình ñộng học
ñối với mô hình xơ dừa
3.4.1. Ứng dụng mô hình Stover-
Kincannon
Kết quả áp dụng phương trình Stover –
Kincannon ñược trình bày ở hình 11.
maxmax
1 1
)( UQS
V
U
K
SSQ
V
dt
dS
i
B
ei
+=
−
=
−
Hình 11. Đồ thị xác ñịnh phương trình ñộng học mô hình Stover-Kincannon
Từ ñồ thị, xác ñịnh ñộ dốc và cắt tung ñộ
tại một ñiểm. Hằng số tốc ñộ tiêu thụ cơ chất
lớn nhất (Umax) và hằng số bão hòa KB ñược
xác ñịnh dựa vào hằng số a = 2,2356 và b =
0,012. Suy ra hằng số tốc ñộ tiêu thụ cơ chất
lớn nhất (Umax) là 83,3 g/l ngày và hằng số bão
hòa KB là 186,23 g/l ngày. Hệ số tương quan
R2 = 0.987.
3.4.2. Ứng dụng mô hình bậc 2
Kết quả áp dụng mô hình ñộng học bậc hai
ñược trình bày ở hình 12.
2
0
)(2
=
−
S
SXk
dt
dS
S
Hình 12.Đồ thị xác ñịnh phương trình ñộng học mô hình bậc 2
Từ ñồ thị hình 12 ta tìm ñựơc a=0,1;
b=2,1093 suy ra hằng số k2(S) = 2,535 với hệ số
tương quan là R2 = 0,85.
So sánh 2 hệ số tương quan của 2 mô hình
ta thấy hệ số tương quan trong mô hình Stover-
Kincannon cao hơn trong mô hình bậc 2 (R 2
=0,987 so sánh với R2 = 0,85). Do ñó, mô hình
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 13, SỐ M2 - 2010
Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 65
Stover-Kincannon ñược lựa chọn ñể tính toán
các thông số ñộng học cho hệ thông lọc sinh
học hiếu khí.
4. KẾT LUẬN
Mô hình lọc sinh học hiếu khí xử lý hiệu
quả nước thải tinh bột mì trong ñó: Hiệu quả
xử lý COD cao, trên 95% ở tải trọng 0,5; 1;
1,5; 2 kg COD/m3.ngày cho cả 4 mô hình; Hiệu
quả xử lý N, P dao ñộng khoảng 60 - 90%.
Riêng N-NH3 có thể xử lý triệt ñể ñến 100% và
hàm lượng MLSS tăng theo tải trọng vận hành.
Kết quả nghiên cứu ñã xác ñịnh xơ dừa là
vật liệu lọc phù hợp nhất với nhiều tính năng
vượt trội so với các loại vật liệu khác ñiển hình
như: hiệu quả xử lý COD, N, P cao nhất (98%;
90% và 60-82%), tải trọng vận hành lên ñến
2kgCOD/m3.ngày; mật ñộ VSV bám dính trên
bề mặt vật liệu lọc lớn, nồng ñộ MLVSS lên tới
7381 mg/L ở tải trọng 2 kg COD/m3.ngày.
Ngoài ra sơ dừa là nguyên liệu sẵn có trong
nước, giá thành rẻ do vậy thích hợp với ñiều
kiện kinh tế trong nước.
Kết quả nghiên cứu còn xác ñịnh mô hình
stover Kincannon phù hợp cho tính toán ñộng
học của hệ thống lọc sinh học hiếu khí với hệ
số tương quan R2 = 0,987. Giá trị này cao hơn
nhiều so với tính toán theo mô hình bậc 2 với
R2 = 0,85.
Kết quả nghiên cứu mở ra một triển vọng
cho việc nghiên cứu nhiều loại vật liệu mới,
sẵn có trong nước.
RESEARCH AND EVALUATE TREATMENT EFFICIENCY ON TAPIOCA
PROCESSING INDUSTRIAL WASTEWATER BY AEROBIC BIOFILTER
TECHNOLOGY WITH VARIOUS MATERIALS
Nguyen Thi Thanh Phuong (2), Nguyen Van Phuoc (1), Thieu Cam Anh (1)
(2) Institute for Environment and Resources, VNU-HCM
(1)University of Technology, VNU-HCM
ABSTRACT: This study was performed to evaluate the efficiency of tapioca processing
wastewater treatment using aerobic biofilter with variety of biofilter media: coir, coal, PVC plastic and
Bio - Ball BB15 plastic.
Research results in the lab demonstrated all four aerobic biofilter models processed can treated
completely N and COD which COD reached 90-98% and N reached 61-92%, respectively, at the
organic loading rates in range of 0.5, 1, 1.5 and 2 kgCOD/m3.day.
Science & Technology Development, Vol 13, No.M2- 2010
Trang 66 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
The results identified coir filter was the best in four researched materials with removal COD and
specific substract utilization rate can reach 98%, and 0.6 kg COD/kgVSS.day. Research results open the
new prospects for the application of the cheap materials, available for wastewater treatment.
Keywords: biofilter media, nutrient removal, COD removal, tapioca processing wasewater,
aerobic biofilter.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước
thải bằng phương pháp sinh học, Nhà xuất
bản giáo dục Hà Nội (2002).
[2]. Markus Schmid, Kerry Walsh, Rick Webb,
W.Irene C.Rijpstra, Katinka van de Pas –
Schoonen, Mark Jan Verbruggen, Thomas
Hill, Bruce Moffett, John Fuerst, Stefan
Shouten, Jaap S.Sinnighe Damste, James
Harris, Phil Shaw, Marc Strous, Mike
S.M. Jetten, Systematic and applied
microbiology, p. 529–538, (2003).
[3]. Metcalf & Eddy, Wastewater Engineering,
treatment & reuse, McGraw Hill (2003).
[4]. Nguyễn Đức Lượng (chủ biên) – Nguyễn
Thị Thùy Dương, Công nghệ sinh học môi
trường – Tập 1: Công nghệ xử lý nước
thải, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.
Hồ Chí Minh (2003).
[5]. N. Mehrdadi, B. Hooshyari, A. Azimi,
Kinetic analysis of enhanced biological
phosphorus removal in a hybrid integrated
fixed film activated sludge process, Int. J.
Environ. Sci. Tech, pp 149-158, (2009).
[6]. Nurdan Buyukkamaci, Ayse Filibeli,
Volatile fatty acid formation in an
anaerobic hybrid reactor, Process
Biochemistry, pp. 1491-1494, (2004).
[7]. S.Sandhya, K.Sarayu, K.Swaminathan,
Decolorization kinetics of a recombinant
Escherichia coli strain harbouring
azoreductase gene from Bacillus
latrosporous RRK1, Bioresource
Technology, 100(3), pp. 1514, (2008).
[8]. Washington DC, Standard Methods for the
Exammination of Water and Wastewater,
19th edition (1995).
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nghien_cuu_danh_gia_hieu_qua_xu_ly_nuoc_thai_tinh_bot_mi_bang_cong_nghe_loc_sinh_hoc_hieu_khi_tr.pdf