Đồ án Nghiên cứu mô hình lọc sinh học xác định mức độ xử lý nước thải cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận – Thành phố Hồ Chí Minh

có 5 thành phần chính: môi trường lọc đệm,bể chứa,hệ thống cung cấp nước thải,cống thoát ngầm và hệ thống thông gió Môi trường lọc đệm cung cấp các vi sinh vật tăng trưởng cho vật liệu lọc như đá,gỗ,chất dẻo polymer có đường kính 25- 100mm Bể lọc sinh học dùng để xử lý nước thải triệt để thường có hình chữ nhật hoặc hình trụ,kích thước hạt vật liệu lọc nhỏ hơn 25-30mm,tải trọng 0,5-1m3/m3 vật liệu lọc.ngày. Hình III.1 Vị trí bể lọc sinh học trong quy trình xử lý nước thải. Bể lọc sinh học cao tải: Có cấu tạo và cách quản lý khác với bể lọc sinh học nhỏ giọt,nước thải được tưới lên bề mặt nhờ hệ thống phân phối phản lực.Bể có tải trọng 10-20m3 nước thải /1m3 bề mặt bể/ngày,nếu nồng độ BOD quá lớn thì phải pha loãng bằng nước thải đã qua xử lý. Ưu điểm của bể lọc sinh học Khởi động nhanh :2 tuần Loại bỏ những chất hữu cơ phân hủy chậm Chịu được sự thay đổi nồng độ chất nhiễm Đa dạng thiết bị xử lý Hiệu quả cao với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp Nhược điểm của bể lọc sinh học Không có khả năng điều khiển sinh khối Vật liệu làm giá thể phải có diện tích bề mặt riêng lớn Vận tốc nước chảy trên bề mặt phải lớn III.3.2.1.1 Bể hiếu khí có bùn hoạt tính (Aerotank) Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có sục khí liên tục để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải đồng thời cung cấp oxi cho vi sinh vật tồn tại và phát triển để oxi hóa các chất hữu cơ. Bùn hoạt tính là những sinh vật sống kết lại thành hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng.Bùn hiếu khí có màu nâu,lắng nhanh.Trên màng sinh học có chứa hang tỷ tế bào vi khuẩn có công thức chung là C5H7O2N. Bùn hoạt tính có màu vàng nâu, kích thước 3 – 150 micromet .Bông gồm có các vi sinh vật và chất rắn (chiếm khoảng 40%) Màng vi sinh có độ dày khoảng 1 – 3 nm trên các hạt vật liệu lọc.Màu sắc của màng có thể biến đổi tùy theo môi trường nước thải có thể tối vàng hoặc xám tối. Sự có mặt của các vi sinh vật dị dưỡng với nhiều phương thức trao đổi chất khác nhau cũng sẽ làm cho bùn hoạt tính thích nghi với những loại nước thải khác nhau.Ngoài ra chúng là còn là các vi sinh vật kị khí có khả năng khử Nitrat do chúng có thể sử dụng Nito từ thành phần nước thải. Quá trình sinh học xảy ra theo 3 giai đoạn Giai đoạn 1: Giai đoạn bùn hình thành và phát triển Lúc bây giờ sinh khối bùn mới bắt đầu tăng lên ,chất hữu cơ rất nhiều,một thời gian sau bùn thích nghi và phát triển mạnh theo cấp số nhân,lượng oxi tiêu thụ tăng dần,tốc độ phân hủy chất hữu cơ tăng dần. Giai đoạn 2: Các vi sinh vật trong bùn hoạt tính phát triển ổn định,hoạt độ enzyme đạt tối đa và kéo dài,tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt tối đa,tốc độ tiêu thụ oxy dường như không thay đổi một thời gian khá dài Giai đoạn 3: Tốc độ oxy tiêu thụ giảm dàn và sau đó lại tăng lên,tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm dần,sau cùng nhu cầu tiêu thụ oxi lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc. Hình III.2 Bể Aerotank khuấy trộn hoàn toàn III.3.2.1.3 Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng Trong bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng , quá trình phân hủy xảy ra trước khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục.Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ oxi và duy trì bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng.Nồng độ oxi hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không nhỏ hơn 2mg/l.Tốc độ sử dụng oxi trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào : Tỷ số giữa lượng thức ăn và lượng vi sinh vật : F/M Nhiệt độ Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất Lượng các chất cấu tạo tế bào. Yêu cầu của công trình : SS < 150 mg/l pH = 6,5 – 8,5 nhiệt độ 60C< t0C<370C III.3.2.1.4 Bể hoạt động gián đoạn SBR Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính được hoạt động theo nguyên tắc làm đầy và xả cạn.Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước. Làm đầy phản ứng lắng xả cạn ngưng III.3.2.1.5 Bể bùn hoat tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám Nguyên tắc hoạt động của bể này cũng tương tự như trường hợp vi sinh vật tăng trưởng dạng lơ lửng chỉ khác là vi sinh vật phát triển dính bám trên vật liệu tiếp xúc III.3.2.1.6 Đĩa sinh học Đĩa sinh học bao gồm nhiều đĩa tròn , phẳng được làm bằng polystyren hoặc polyvinylclorua lắp trên một trục.Các đĩa được đặt ngập một phần trong nước và quay chậm , trong quá trình quay vi sinh vật sinh trưởng phát triển trên bề mặt đĩa hình thành một lớp màng mỏng bám trên bề mặt đĩa.Khi đĩa quay , lớp màng sinh học sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và oxi trong không khí.Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxi và đảm bảo cho vi sinh vật hoạt động trong điều kiện hiếu khí. Hình III.3 Đĩa sinh học III.3.2.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí Bể UASB Là quá trình sử dụng các vi sinh vật trong điều kiện thiếu oxi để chuyển các hợp chất hữu cơ có trong nước thải thành khí Metan và các hợp chất vô cơ dễ phân hủy.Thường được sử dụng để xử lý các loại nước thải của các nhà máy công nghiệp thực phẩm(ổn định cặn và nước có nồng độ BOD và COD cao) Quá trình này rất sinh hóa này diễn ra rất phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian.Tuy nhiên phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau Vi sinh vật Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Quá trình phân hủy kỵ khí có thể chia ra làm 4 giai đoạn Giai đoạn 1 : thủy phân , cắt mạch các hợp chất cao phân tử Giai đoạn 2 : Acid hóa Giai đoạn 3 : Acetate Giai đoạn 4 : Methane hóa Các chất thải thường chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử nhử protein , chất béo , celluloses , lignin.Trong thủy phân sẽ được cắt thành các mạch nhỏ đơn giản, dễ phân hủy ví dụ như biến đường đa thành đường đơn , protein thành acid amin , chất béo thành các axit béo.Tiếp theo là giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản chuyển hóa thành acid axetic , H2 ,CO2 . Bên cạnh đó CO2,H2,methanol , các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat.Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số loại hữu cơ nhất định như CO2, H2,formate ,acetate ,methanol,CO.Các quá trình phản ứng xảy ra như sau : 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 4HCOOH CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH CH4 + CO2 4CH3OH 3CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 4(CH3)3N +H2O 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 Tùy theo trạng thái của bùn có thể chia quá trình kỵ khí thành 2 loại Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí.Quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên. Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật tăng trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí. Quá trình tiếp xúc kỵ khí :quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn.Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn .Sau khi phân hủy hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc tuyển nổi để tác riêng bùn và nước,bùn được tuần hoàn trở lại bể kỵ khí.Lượng bùn dư được loại bỏ nhưng với số lượng rất ít vì hoạt động sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. Duy trì pH > 6,2 vì pH< 6,2 thì vi sinh vật chuyển hóa methane không hoạt động được. Bể UASB thường được chia làm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn lên men Trong bể xảy ra 2 quá trình :lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng căn giữ lại.Khí ,bùn và nước thải tiếp xúc với nhau nhờ vậy mà nước thải đi từ dưới lên trên.Các bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên sau đó vỡ ra,hạt bùn lại lắng xuống dưới.Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng vận tốc dòng nước yêu cầu là 0,6-0,9m/h Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh hiếu khí xảy ra theo 3 giai đoạn: Các vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải sẽ phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản như monosaccharide,aminoacid để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh vật hoạt động Nhóm vi khuẩn tạo men acid phân hủy các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các acid hữu cơ (acid axetic) Nhóm vi khuẩn tạo khí metan chuyển hóa từ hydro và acid axetic sản phẩm là khí metan và cacbonic,nhóm vi khuẩn này tăng trưởng rất chậm và quá trình xử lý yếm khí chất thải khi khí metan và cacbonic thoát ra ngoài Ưu điểm Chi phí đầu tư,vận hành thấp Hóa chất ít Không đòi hỏi phải cung cấp khí nên ít tốn năng lượng Bùn sinh ra ít nên giảm được diện tích Khuyết điểm Giai đoạn khởi công dài Không chịu được sự thay đổi tải lượng Phải sử dụng thường xuyên hệ thống(nếu ngừng sẽ khó phục hồi) Tóm lai các phương pháp xử lý trên có thể chia làm 2 nhóm: Nhóm phương pháp phục hồi và Nhóm phương pháp phân hủy Các phương pháp hóa lý được sử dụng để thu hồi các chất có thể tái sử dụng lại nên chúng thuộc phương pháp phục hồi.Các phương pháp sinh học và phương pháp kết hợp của hóa lý và sinh học thuộc nhóm phương pháp phân hủy vì chúng thực hiện các phản ứng oxi hóa (có phản ứng khử nhưng không nhiều) các chất thải rồi thải ra dưới dạng khí, cặn lắng hoặc còn lại trong nước nhưng không độc. Những phương pháp phục hồi và kết hợp thường chỉ dùng để xử lý các loại nước thải đậm đặc riêng biệt.Còn đối với các loại nước loãng với khối lượng nhiều thì dùng phương pháp đó không hợp lý. Nước thải công nghiệp sau khi xử lý bằng phương pháp sinh hóa nhưng trước đó phải qua xử lý sơ bộ bằng phương pháp cơ học.Khi xử lý nước thải sản xuất sẽ tạo ra một lượng lớn các chất vô cơ và cặn hữu cơ những loại cặn này được tái sử dụng để làm vật liệu lọc (cặn của công nghiệp luyện kim) hoặc sử dụng làm phân bón ruộng (cặn hữu cơ ) hoặc dùng làm nhiên liệu đốt lò nhất là cặn chứa các chất dầu hoặc dung môi hữu cơ. Tùy theo thành phần và tính chất cặn mà chọn phương pháp xử lý và chế biến thích hợp.Độ ẩm và khả năng nhả nước của cặn là những yếu tố quan trọng nhất vì nó quyết định các chỉ tiêu kinh tế của từng phương pháp xử lý. Xử lý nước thải ở mức độ cao được ứng dụng trong các trường hợp yêu cầu giảm bớt nồng độ bẩn ( SS , BOD , COD , N ,P ..) xử lý sinh học trước khi xả vào nguồn.Cần lưu ý rằng nước thải sau khi xử lý ở mức độ cao có thể ứng dụng lại trong các quá trình công nghệ của nhà máy và do đó giảm được lượng nước thải vào nguồn , giảm được nhu cầu sản xuất. Để loại bỏ các chất rắn lơ lửng thường sử dụng các bể lọc cấu trúc khác nhau , tuyển nổi dạng bọt. Để loại bỏ các chất khó oxi hóa thì dùng phương pháp keo tụ và hấp phụ Để loại bỏ Nito và các muối amoni thì sử dụng các phương pháp hóa lý ( trao đổi ion , hấp phụ bằng than hoạt tính ) hoặc bằng phương pháp sinh học ( Quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat) Để loại bỏ Photpho thì dùng các phương pháp hóa học như vôi , Sunfat nhôm, sunfat sắt Cô đặc các dung dịch dùng để thu hồi các sản phẩm ( như trong công nghiệp chế biến hóa chất ) hoặc để giảm dung tích nước bẩn ( như trong công nghiệp điện tử ) Đốt cháy để khử các chất độc hữu cơ ở nhiệt độ 3000C và 100at. Khi xử lý nước thải điều quan trọng là phải tính đến hiệu quả kinh tế, việc xây dựng và quản lý cũng rất quan trọng. Chương IV : VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI IV.1 Khái niệm Vi sinh vật là những tổ chức nhỏ bé không thấy được bằng mắt thường mà phải quan sát dưới kính hiển vi,chúng có hình thái rất đa dạng phong phú như hình que,hình cầu,dấu phẩy Vi sinh vật có thể là đa bào,đơn bào,thực bào hoặc một nhóm tế bào.Tuy chúng nhỏ bé nhưng số lượng rất đông đảo và có vai trò quan trọng trong đời sống,một trong những vai trò quan trọng đó là xử lý nước thải Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa sinh hóa,có tác dụng làm giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải và nồng độ chất hữu cơ trong dòng chảy.Tùy vào tính chất của nước thải,điều kiện môi trường,cách thức vận hành hệ thống mà sẽ có những vi sinh vật phù hợp cho việc xử lý.Ví dụ nếu hệ thống xử lý hiếu khí thì phải cung cấp đủ oxi,các chất hữu cơ,PH Hấp thu nhiều,chuyển hóa nhanh 1 vi khuẩn lactic trong 1 giờ có thể phân giải được 1 lượng đường lactose lớn hơn 100-10.000 lần so với khối lượng của chúng.Tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương và 10000 lần so với trâu bò.Kích thước nhỏ nhưng khả năng hấp thụ và chuyển hóa lại rất nhanh và mạnh Sinh trưởng nhanh,phát triển mạnh 1 trực khuẩn E.Coli sau 12 -20 phút tự nhân đôi 1 lần thì sau 1 giờ phân chia tạo ra 4.722.366.1018 tế bào trong điều kiện thuận lợi. Thích ứng nhanh và dễ phát sinh biến dị Phân bố rộng ,chủng loại phong phú Vi sinh vật có khắp nơi trên trái đất từ những nơi khắc nghiệt nhất đến nơi thuận lợi nhất Nhân tố chính trong vòng tuần hoàn C,vòng tuần hoàn N,vòng tuần hoàn P,vòng tuần hoàn S Không khí càng loãng thì sự hiện diện của vi sinh vật càng ít.Ở những nơi đông dân cư thì vi sinh vật hiện diện trong không khí cao hơn nhiều so với những nơi thưa dân cư. Hợp chất của Cacbon như Kim Cương,đá Granit,than đá là những chất mà vi sinh vật không thể phân hủy còn lại đều là thức ăn của chúng. Quá trình tự làm sạch trong nước có 3 quá trình:quá trình làm sạch vật lý,làm sạch hóa học và làm sạch sinh học.Trong đó quá trình làm sạch sinh học diễn ra thường xuyên và có hiệu quả nhất do có sự góp mặt của động vật,thực vật và quan trọng nhất là vi sinh vật IV.2 Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải Nước thải từ các nhà máy sau khi qua quá trình xử lý còn rất ít vi sinh vật hoặc gần như không có do đã qua hệ thống xử lý nhiệt.Vi sinh vật ở hệ thống thoát nước là điều kiện để vi sinh vật phát triển đồng thời kéo theo sự phát triển của các giới thủy sinh. Vi sinh vật trong nước thải có thể chia làm 2 loai dị dưỡng và tự dưỡng.Chúng không thể tự tổng hợp được các chất hữu cơ nên trong môi trường sống phải có chất hữu cơ để chúng lấy thức ăn chuyển hóa thành vật liệu xây dựng tế bào đồng thời chuyển hóa chất thải ra sản phẩm cuối cung là CO2,nước hoặc CH4,H2S,N2. Vi khuẩn ký sinh là những vi khuẩn sống bám vào vật chủ lấy thức ăn của vật chủ,chúng thường sống trong ruột của người và động vật Vi khuẩn hoại sinh là những vi khuẩn tự lấy thứ ăn từ những chất hữu cơ phức tạp và thải ra những chất hữu cơ đơn giản và cặn vô cơ. Tát cả các vi khuẩn ký sinh và hoại sinh đều cần có oxi để đồng hóa,một số lấy oxi trong không khí,một số lấy oxi từ những hợp chất của sunfat,nitratcòn một số loại vi khuẩn có thể thích nghí giữa kỵ khí và hiếu khí gọi là vi khuẩn lưỡng nghi. Vi khuẩn phát triển mạnh nhất ở 20-40 0C,cần chú ý đến yếu tố nhiệt độ để hiệu quả xử lý được cao nhất. Một vài loài vi khuẩn gây hại như vi khuẩn dạng sợi filamentous kết hợp với nhau nổi trên mặt nước cản trở quá trình lắng Quá trình tự làm sạch cũng diễn ra theo 3 giai đoạn Chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật Khếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm qua màng bán thấm vào trong tế bào vi sinh vật Chuyển hóa các chất này trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật.Sự chuyển hóa này bao gồm hangf loạt các phản ứng hóa sinh với 2 quá trình chủ yếu là đồng hóa và dị hóa Quá trình dị hóa phân tách các chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất đơn giản hơn đồng thời giải phóng năng lượng Quá trình đồng hóa thì ngược lại tổng hợp các chất hữu cơ phức tạp từ những hợp phần đơn giản và cung cấp năng lượng IV.3 Vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải Thực chất của quá trình xử lý sinh học là lợi dụng khả năng phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh vật.Chuyển các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hoặc các chất vô cơ đồng thời giải phóng khí CO2,H2S,CH4ổn định các chất hữu cơ đòi hỏi phải sử dụng nhiều vi sinh vật.Quá trình xử lý sinh học tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh và các chất keo vô cơ trong nước thải,do các bông cặn này có trọng lượng riêng lớn hơn 1(H20=1) nên sẽ lắng xuống dưới. Lưu ý: nếu các tế bào vi khuẩn mới sinh ra không được loại khỏi bể xử lý thì bể xử lý xem như thất bại vì bản thân của tế bào vi khuẩn sinh ra cũng là các chất hữu cơ khi đó nước thải chứa chất hữu cơ được xem là chuyển từ dạng ô nhiễm này chuyển sang dạng ô nhiễm khác.Nước đầu ra BOD sẽ không đạt(không đạt tiêu chuẩn xả thải vào môi trường) IV.3.1 Vi sinh vật hiếu khí trong quá trình phân hủy chất hữu cơ Các vi khuẩn hiếu khí sử dụng năng lượng từ các hợp chất hữu cơ để tạo thành tế bào vi khuẩn mới.Khi xây dựng bể và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi khuẩn Theo Eckenfelder W.W và conon D.J ( 1961 ) thì có thể chia quá trình phân hủy hiếu khí nước thải làm 3 giai đoạn : Giai đoạn 1 : Oxi hóa các chất hữu cơ CxHyOz + O2 enzyme CO2 + H2O Giai đoạn 2 : Tổng hợp xây dựng tế bào CxHyOz + O2 enzyme CO2 + H2O + C5H7O2 Giai đoạn 3 : Tự oxi hóa chất liệu tế bào C5H7NO2 + 5O2 enzyme 5CO2 + 2H2O + NH3 IV.3.1.1 Vi khuẩn Đặc biệt là vi khuẩn gram âm là thành phần chủ yếu của bùn hoạt tính Các vi khuẩn điển hình :Zooglea , Pseudomonas , Alcaligenes , Bacillus , Achromobacter , Corynebacterium , Comomonas Zooglea ( khối nhầy ) là những vi khuẩn được cấu tạo chủ yếu từ polysaccharide, có hình ngón tay , được tìm thấy trong môi trường nước thải và môi trường giàu chất hữu cơ. a) b) Hình IV.1 Vi khuẩn Zoogle Vai trò : oxi hóa các chất hữu cơ chuyển hóa chất dinh dưỡng.Chúng tạo thành polysaccharid và polymer Các vi khuẩn dạng sợi đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành bông bùn. Khi nồng độ oxi trong bông bị giới hạn, số lượng vi khuẩn hiếu khí giảm khi kích thước bông gia tăng Bông bùn lớn có những hộc kỵ khí là điều kiện thuận lợi để các vi khuẩn kị khí (vi khuẩn tạo metan) phát triển . a) b) Hình IV.2 Vi Khuẩn Pseudomonas IV.3.1.2 Nấm Các nấm thường gặp trong nước thải là : Geotrichum, candida ,trichoderma ,penicillium ,cepholosporium và Alternaria. Chúng có vai trò rất ít trong xử lý nước thải,pH thích hợp cho sự phát triển 4 – 5 a) b) Hình IV.3 Nấm Saccharomyces cerevise IV.3.1.3 Trùng biến hình Hình dạng đa dạng phong phú , kích thước tù 10 - 200 micromet , di chuyển bằng chân giả. Có khả năng phát triển mạnh trên một số hợp chất hữu cơ đặc thù ,có thể chịu được DO thấp vì vậy có thể làm sinh vật chỉ thị ( nước thải giấy, bột giấy ,men bia) a) b) Hình IV.4 Trùng biến hình IV.3.1.4 Trùng roi Hình oval , di chuyển nhanh, kích thước nhỏ Vai trò : ăn các chất hữu cơ hòa tan và chúng có thể chỉ thị mức BOD trong nước cao. a) b) Hình IV.5 Trùng roi xanh IV.3.1.5 Trùng tiên mao Hình oval. Kích thước khoảng 20 - 400 micromet chuyển động linh hoạt có tiên mao giúp chúng có thể bò trên mặt của bùn hoạt tính Vai trò : trùng tiên mao được tìm thấy trong bùn hoạt tính tốt nên có thể xem chúng là sinh vật chỉ thị IV.3.1.6 trùng bánh xe Có kích thước lớn hơn các loại trên, có hình dạng phong phú ,có khả năng di dông và thường bám lên các bông bùn hoạt tính Vai trò : Đóng vai trò chỉ thị cho biết thời gian lưu bùn cao. Hình IV.6 Trùng bánh xe IV.3.2 Vi sinh vật của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí Quá trình này rất phức tạp vì xảy ra nhiều phản ứng vi vậy người ta đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau Chất hữu cơ lên men yếm khí CH4 + CO2 + H2 +NH3 +H2S Hỗn hợp khí ở trên được gọi chung là biogas Bảng IV.1 Thành phần và tỷ lệ Biogas Thành phần biogas Tỷ lệ Methane CH4 55,65% Carbon dioxide 35,45% Nitrogen N2 0,3% Hydrogen H2 0,1% Hydrogen sulphide 0,1% Quá trình phân hủy yếm khí được chia thành 3 giai đoạn sau : Hình IV.7 Quá trình phân hủy yếm khí Giai đoạn 1 giai đoạn 2 giai đoạn 3 Thủy phân tạo acid acetic ,H2 sinh CH4 Ba nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình là nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu cơ Nhóm vi sinh vật tạo acid bao gồm các loài : Clostridium spp , peptococcus anaerobus , bifidobacterium spp ,desulfolvibrio spp , Corynebacterium spp , lactobacillus , actonomyces , E.Coli , và nhóm vi sinh vật Methane hình que hoặc hình cầu. Hình IV.8 Vi khuẩn Actinomyces spp Hình IV.9 Vi khuẩn Bifidobacterium spp Hình IV.10 Vi khuẩn Desulfolvibrio spp Hình IV.11 Vi khuẩn Clostridium spp Hình IV.12 Vi khuẩn Lactobacillus spp Hình IV.13 Methane bacterium thermofilic IV.4 Quá trình trao đổi chất của vi sinh vật gồm có: IV.4.1 Cacbon và nguồn năng lượng Vi sinh vật sử dụng để tồn tại và phát triển sử dụng cacbon từ các chất hữu cơ gọi là vi sinh vật dị dưỡng heretetrophs Vi sinh vật sự dung CO2 làm nguồn dinh dưỡng để tạo thành tế bào gọi là vi sinh vật tự dưỡng autotrophs Vi sinh vật tự dưỡng thường có tốc độ phát triển kém hơn so với các vi sinh vật tự dưỡng vì chúng sự dụng CO2 để tạo thành chất hữu cơ (đơn vị cấu tạo tế bào mới) là quá trình khử nên đòi hỏi phải cung cấp năng lượng vì vậy nên các vi sinh vật tự dưỡng sử dụng nhiều năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào hơn các vi sinh vật dị dưỡng Vi sinh vật có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ ánh sáng gọi là vi sinh vật quang năng là sinh vật tự dưỡng như tảo,từ các phản ứng oxi hóa gọi là vi sinh vật tự dưỡng hóa năng chemotrophs. Mục đích chủ yếu của trong các quá trình xử lý nước thải là loại bỏ các chất hữu cơ trong nước nên bể xử lý phải chứa vi sinh vật dị dưỡng thì quá trình xử lý mới có hiệu quả vì chúng sẽ sử dụng các hợp chất hữu cơ làm nguồn cacbon và nhận năng lượng từ các phản ứng oxi hóa khử từ ác hợp chất này. IV.4.2 Chất dinh dưỡng Vi sinh vật cần các chất hữu cơ để duy trì sự sống,hoạt động và phát triển đòi hỏi phải có lượng chất dinh dưỡng N,P tỷ lệ này thường là BOD :N :P = 100 :5 :1 và các chất vi lượng khác như Magie.đồng,kẽm,sắt.Nếu là nước thải sinh hoạt thì không cần bổ sung các chất này vì trong nước thải chứa đầy đủ các thành phần đó.Nếu là nước thải công nghiệp thì trong nhiều trường hợp người ta phải bổ sung N,P và khử trước các kim loại nặng gây độc tới đồng độ cho phép.Vi sinh vật còn sử dụng một nguồn hữu cơ khác đó là các axit amin,purines,pyrimidines và các vitamin. Sản phẩm cuối Baõ höõu cô Toång hôïp teá baøo Chaát höõu cô Chaát dinh döôõng Năng lương Hô hấp Hình IV.14 Quá trình trao đổi chất của vi sinh vật hóa năng dị dưỡng IV.5 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường Có rất nhiều yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình sống,hoạt động phát triển của vi sinh vật trong đó 2 yếu tố quan trọng nhất là nhiệt độ và PH.Sự phát triển của vi khuẩn đạt tối ưu khi độ PH và nhiệt độ ở trong khoảng nhất định.thông thường nhiệt độ tối ưu là 20 – 400C và PH tối ưu là 6,5 – 8,5.Khi nhiệt độ và PH không nằm trong khoảng biến thiên này thì vi khuẩn vẫn sống được nhưng không đạt được sự phát triển tối ưu.Sự thay đổi nhiệt độ nằm bên dưới khoảng nhiệt độ tối ưu gây ảnh hưởng đáng kể hơn so với sự thay đổi nhiệt độ nằm bên dưới khoảng tối ưu.Dựa vào khoảng nhiệt độ tối ưu của từng loại vi khuẩn mà người ta có thể phân chúng thành các loại psychrophilic,mesophilic,thermophilic ứng với mỗi loại có một khoảng nhiệt tối ưu riêng Bảng IV.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên một số loài vi khuẩn. Loại vi khuẩn Nhiệt độ 0C Khoảng dao động Khoảng tối ưu Psychrophilic -10 ¸ 30 12 ¸ 18 Mesophilic 20 ¸ 50 25 ¸ 40 thermophilic 35 ¸75 55 ¸ 65 (Nguồn : Waste-water Engineering . Metcalf & Eddy) IV.6 Các dạng trao đổi chất của vi sinh vật Vi sinh vật tạo ra năng lượng bằng cách vận chuyển electron nhờ enzyme trung gian từ chất cho electron đến chất nhận electron ở bên ngoài tế bào được gọi là vi sinh vật trao đổi chất hô hấp.Ngược lại các chất nhận electron ở bên ngoài tế bào không tham gia vào quá trình trao đổi chất lên men vì vậy sự trao đổi chất của quá trình lên men không tạo ra nhiều năng lượng bằng quá trình hô hấp Nếu oxi là chất nhận electron trong quá trình trao đổi chất thì đó là quá trình hô hấp hiếu khí.Khi vi sinh vật chỉ tồn tại và phát triển được bằng việc cung cấp oxi được gọi là vi sinh vật hiếu khí bắt buột.Ngoài ra cac hợp chất vô cơ bị oxi hóa như nitrat và nitrit cũng có thể được một số vi sinh vật trao đổi chất hô hấp được dùng làm chất nhận electron khi môi trường không có oxi Vi sinh vật chỉ sống đuợc trong môi trường không có oxi và tạo năng lượng từ quá trình lên men được gọi là vi sinh vật kỵ khí bắt buộc được sử dụng nhiều trong công nghệ xử lý sinh học kỵ khí. Có vi sinh vật trung gian của 2 loại trên đó là vi sinh vật kỵ khí tùy tiện vừa có thể sống trong điều kiện kỵ khí và hiếu khí. IV.7 Sự tăng trưởng của vi sinh vật Có nhiều phương pháp sinh sản như sinh sản giới tính,nảy mầm nhưng quan trọng nhất và phổ biến nhất là sự tự nhân đôi.Thời gian để thực hiện sự tự nhân đôi là 12- 20 phút vì vậy mà vi khuẩn sinh sản rất nhanh ví dụ một vi khuẩn trong 30 phút nhân đôi 1 lần thì sau 12 giờ số lượng vi khuẩn là 16.777.216.Tuy nhiên trong thực tế điều kiện không thể thuận lợi như vậy vì các yếu tố môi trường,thức ăn,PH,nhiệt độ. IV.7.1 Sự tăng trưởng về số lượng chia làm 4 giai đoạn IV.7.1.1.Giai đoạn phát triển chậm Còn gọi là giai đoạn thích nghi của vi sinh vật để làm quen với môi trường sau khi đã ổn định thì sự nhân đôi diễn ra IV.7.1.2 Giai đoạn phát triển về số lượng theo lôgarit : Thời kỳ này các tế bào phân chia theo tốc độ xác định bởi thời gian sinh sản và khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn IV.7.1.3 Giai đoạn phát triển ổn định Khi chất dinh dưỡng đã được ăn gần hết Số lượng vi sinh vật sinh ra không lớn hơn số vi sinh vật chết đi IV.7.1.4 Giai đoạn vi khuẩn tự chết: Khi môi trường hết thức ăn số lượng tế bào vi khuẩn sinh ra không đáng kể và số lượng tế bào vi khuẩn chết đi rất lớn.Người ta thống kê trong nhiều trường hợp thì số tế bào chết đi trong giai đoạn này bằng số lượng tế bào sinh ra trong giai đoạn phát triển về số lượng theo logarit. Thôøi gian Giá trị log của số lượng vi khuẩn Giai đoạn phát triển chậm Giai ñoaïn taêng tröôûng theo quy luaät logarit Giai ñoaïn oån ñònh Giai ñoaïn cheát theo Logarit Hình IV.15 Đường cong biểu diễn các giai đoạn phát triển của vi sinh vật về số lượng theo logarit Thiết lập đường cong này dựa vào sự phát triển của vi sinh vật trong một đơn vị thời gian từ đó rút ra kết luận IV.7.2 Sự phát triển của vi sinh vật về khối lượng Cũng chia làm 4 giai đoạn IV.7.2.1Giai đoạn tăng trưởng chậm Là giai đoạn vi khuẩn thích nghi với môi trường mới,quen với các điều kiện môi trường,PH,chất dinh dưỡng .sự tăng trưởng về sinh khối diễn ra nhanh hơn so với tăng số lượng,nó diễn ra trước khi quá trình tăng số lượng vì cơ chế của vi khuẩn là sự tư nhân đôi mà tế bào chỉ nhân đôi khi tế bào lớn lên(tăng khối lượng) IV.7.2.2 Giai đoạn tăng sinh khối theo logarit: Là giai đoạn phát triển mạnh nhất khi thức ăn trong môi trường rất nhiều,tốc độ tăng trưởng và trao đổi chất đạt cực đại.Ngoài ra còn phụ thuộc vào khả năng xử lý chất nền của vi khuẩn,khi vi khuẩn xử lý tốt thì sự tăng khối lượng diễn ra nhanh và ngược lại IV.7.2.3 Giai đoạn tăng trưởng chậm dần Thức ăn không còn đủ đáp ứng cho sự phát triển của vi khuẩn,vi khuẩn sinh trưởng chậm lại. IV.7.2.4 Giai đoạn hô hấp nội bào Là giai đoạn cuối của quá trình tăng sinh khối và khối lượng,khi thức ăn đã hết,các tế bào chết dần,các tế bào chết vẫn còn chất dinh dưỡng sẽ khuyếch tán ra ngoài tế bào và được các vi khuẩn sống sử dụng để duy trì sự sống.Quá trình này sẽ diễn ra liên tục cho đến khi vi sinh vật chết dần và quá trình kết thúc. IV.7.3 Sự tăng trưởng trong môi trường hỗn hợp Trong môi trường nước thải có chứa rất nhiều chủng loại vi sinh khác nhau,chúng có mối quan hệ tương hổ,bổ trợ nhau trong cac phản ứng sinh hóa.Mỗi loại vi khuẩn có những đặc điểm riêng như đường cong sinh trưởng và phát triển khác nhau,vị trí và dạng của đường cong tăng trưởng theo thời gian của mỗi loại phụ thuộc vào thức ăn và chất dinh dưỡng có sẵn và các yếu tố môi trường như PH,nhiệt độ,điều kiện yếm khí,kỵ khíNgoài ra còn có nhiều loại vi khuẩn đóng vai trò ổn định chất hữu cơ trong nước thải. IV.7.4 Động học của quá trình xử lý sinh học Quá trinh xử lý sinh học diễn ra hiệu quả khi cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng,môi trường tốt nhất,PH,nhiệt độ tốt nhất cho hệ vi sinh IV.7.4.1 Tăng trưởng tế bào Trong các bể nuôi cấy theo mẻ hoặc nuôi cấy liên tục (dòng chảy liên tục) thì phải được khuấy trộn liên tục.Tốc độ tăng trưởng của tế bào vi sinh biểu diễn bằng công thức sau: rt = . X rt : tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật (khối lượng/đơn vị thể tích trong một đơn vị thời (gian g/m3.s) ) : tốc độ tăng trưởng riêng ( ) X : nồng độ vi sinh trong bể (g/m3 = mg/l) Cũng có thể viết dưới dạng rt = = X IV.7.4.1 Chất nền – giới hạn tăng trưởng Khi thực hiện mô hình nuôi cấy theo mẻ nếu chất nền và chất dinh dưỡng cần thiết cho sự tăng trưởng chỉ có giá trị hạn chế thì chất này sẽ được dùng đến hết,lúc đó quá trình sinh trưởng dừng lại.Ngược lại trong mô hình nuôi cấy liên tục bổ sung đầy đủ các chất dinh dưỡng và chất nền liên tục thì ảnh hưởng của chất nền và chất dinh dưỡng giảm xuống có thể được biểu diễn bằng phương trinh Monod : rg = (1) rg : tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật (mg/l.s) : tốc độ tăng trưởng riêng tối đa (l/s) S : nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm sự tăng trưởng hạn chế (khối lượng/đơn vị thể tích) Ks : hằng số bán tốc độ,đây chính là nồng độ chất nền ở thời điểm tốc độ tăng trưởng bằng một nửa tốc độ cực đại (khối lượng/đơn vị thể tích) Ảnh hưởng của nồng độ chất nền đến tốc độ tăng trưởng riêng được thể hiện trên đồ thị sau : Nồng độ chất nền S mm : tốc độ cực đại m Ks Hình IV.16 Ảnh hưởng của sự hạn chế nồng độ chất nền đến sự tăng trưởng IV.7.4.2 Quan hệ giữa sự tăng trưởng của tế bào và tốc độ tiêu thụ chất nền Một phần chất nền được chuyển thành tế bào mới,một phần được oxi chuyển thành chất vô cơ và hữu cơ ổn định trong cả 2 trường hợp nuôi cấy theo mẻ và nuôi cấy liên tục vì tế bào mới được sinh ra lại hấp thụ chất nền và sinh sản tiếp nên có thể thiết lập mối quan hệ giữa 2 thành phần này đó là tốc độ sinh trưởng và lượng chất nền được sử dụng theo phương trình sau : rg = -Yrsu (2) Y : hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (mg/mg) đây là tỷ số giữa khối lượng tế bào và khối lượng chất nền được tiêu thụ đo trong một thời gian nhất định ở giai đoạn tăng trưởng logarit.ư rsu : tốc độ sử dụng chất nền (khối lượng/ đơn vị thể tích trong một thời gian) Nếu đặt : k = , ta suy ra : rsu = - = - IV.7.4.3 Ảnh hưởng của trao đổi chất (hô hấp) nội sinh : Trong nước thải chứa nhiều loại vi sinh vật khác nhau mỗi loại có những thời kỳ sinh trưởng,phát triển khác nhau nên trong mỗi giai đoạn có sự khác nhau,có thể giai đoạn này là sự phát triển của vi sinh vật (logarit) nhưng cũng có thể là giai đoạn chết của các vi sinh vật khác.Khi tính toán tốc độ tăng trưởng của tế bào cần phải lưu ý đến điều này.Để đơn giản cho việc tính toán đơn giản ta giả sử rằng sự giảm khối lượng của tế bào do chết và tăng tỷ lệ với nồng độ vi sinh vật có trong nước thải và gọi sự giảm khối lượng này là do phân hủy nội bào.Quá trình hô hấp nội bào được viết dưới dạng công thức : C5H7NO2 + 5O2 vi khuẩn 5CO2 + 2H2O + NH3 + năng lượng rd = - kdX (3) rd : tốc độ phân hủy nội bào ( khối lượng/đơn vị thể tích trong 1 đơn vị thời gian kd : hệ số phân hủy nội bào (1/s) X :nồng độ tế bào ( nồng độ bùn hoạt tính ) (bùn hoạt tính được tính bằng khối lượng/đơn vị thể tích ) Từ (1) , (2) ,(3) ta tính được tốc độ tăng trưởng thực của tế bào là : r ,g = - kdX = - Yrsu - kdX (4) khí đó tốc độ tăng trưởng thực sẽ là : m , = mm - kd (5) IV.7.4.4 ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng,phát triển của vi sinh vật, các phản ứng sinh hóa trong bể xử lý nước thải mà còn ảnh hưởng quá trình hấp thụ oxi vào nước thải. Công thức : rT = r20q(T-20) rT : tốc độ phản ứng ở T0C r20 : tốc độ phản ứng ở 200C : hệ số hoạt hóa do nhiệt độ T : nhiệt độ của nước đo bằng 0C Giá trị q có thể lấy trong khoảng từ 1,02¸1,09,giá trị thường sử dụng là 1,04 Chương V : NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU V.1 Phương pháp luận V.1.1 Cơ sở của quá trình xử lý sinh học Quá trình xử lý sinh học có mục đích là dựa vào khả năng của vi sinh vật ăn các chất hữu cơ phức tạp sau đó thải ra các chất hữu cơ đơn giản,vô cơ ,khí CO2,nước và tế bào mới.Các chất ô nhiễm được tách ra khỏi bùn qua công trình lắng để tách bùn ra khỏi nước thải. Trong bể xử lý khi cho nước thải và bùn hoạt tính vào sau khi các vi sinh vật trong bể đã tăng trưởng thích nghi được với nước thải thì sẽ tới giai đoạn vi khuẩn chuyển hóa các chất hữu cơ để tăng sinh khối tế bào (sản sinh ra tế bào mới) đồng thời chất hữu cơ giảm xuống.2 quá trinh này liên quan chặt chẽ với nhau và được biểu diễn dưới dạng đường cong : Pha logarit Pha suy giaûm Pha hoâ haáp noäi sinh Vi khuaån Cô chaát Hình V.1 Đường cong biểu diễn quan hệ giữa tăng trưởng sinh khối và cơ chất Giải thích: Pha tăng trưởng logarit là sự phát triển cực đại của vi sinh vật,giai đoạn mà thức ăn là các chất hữu cơ còn nhiều.Khi thức ăn cạn dần thì hết pha logarit chuyển sang pha suy giảm,trong pha này vi khuẩn bắt đầu chết nhưng với số lượng ít.Tiếp theo là giai đoạn thức ăn thiếu hụt trầm trọng,các tế bào vi khuẩn chết nhiều hơn và các vi khuẩn sống sử dụng chất hữu cơ của vi khuẩn chết làm thức ăn đây là pha hô hấp nội sinh hoặc pha tự oxi hóa và kết quả là khối lượng sinh khối giảm. Ngoài ra còn có một số trường hợp có thể có một pha khác trước pha logarit đó là giai đoạn thích nghi với nguồn thức ăn và môi trường mới. Trong hệ thống xử lý sinh học thì nước thải có thể đi vào một bể chứa kín hoặc hở hoặc được lưu lại trong một hồ chứa trong một khoảng thời gian nhất định gọi là thời gian lưu nước.Đây là thời gian phân hủy và loại bỏ chất ô nhiễm của vi sinh vật.Sự tăng trưởng của vi sinh vật có thể được kiểm soát thông qua việc kiểm soát chất hữu cơ và tải trọng khi đưa vào bể. Các vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí có những nhu cầu khác nhau về chất hữu cơ,điều kiện môi trường,PH,nhiệt độ khác nhau nên các phản ứng sinh hóa cũng khác nhau và cuối cùng là tạo ra các sản phẩm khác nhau.Phản ứng hiếu khí sinh ra H2O, Cacbonic CO2,Nitrat,Sunphat,phản ứng kị khí sinh ra các sản phẩm như khí metan,H2S,Amonia,mercaptan. V.1.2 Cơ sở lý thuyết về khả năng bám dính Các vi khuẩn có khả năng sống và bám dính trên bề mặt vật rắn,khi có đủ độ ẩm và chất hữu cơ,PH,nhiệt độ thích hợp,khí oxi chúng sẽ bám dính trên bề mặt vật rắn bằng cách tiết ra chất gelatin do chính vi khuẩn tiết ra sau đó chúng sẽ dễ dàng di chuyển trên lớp gelatin này.Ban đầu số lượng nhỏ chúng sẽ tập trung ở một vị trí sau đó chúng nhanh chóng mở rộng nơi cư trú làm thành lớp màng,lớp màng này ở ngoài cùng là các vi sinh vật hiếu khí được oxi khuếch tán thâm nhập,lớp trong là lớp yếm khí không có oxi.Bề dày của lớp màng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vật liệu lọc,cường độ gió,nước qua lớp vật liệu lọc. V.1.3 Các thông số thường dùng trong quá trình bùn hoạt tính V.1.3.1 tỷ số F/M F/M = Trong đó F/M : tỷ số thức ăn chia vi sinh , ngày -1 S0 : nồng độ BOD hoặc COD đầu vào ,mg/l : thời gian lưu nước trong bể thổi khí X : nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi trong bể thổi khí ,mg/l. Thông số này chỉ tải lượng hữu cơ trong hệ thống bùn hoạt tính , tỷ số F/M được kiểm soát bằng tốc độ thải bỏ bùn hoạt tính , tốc độ thải bỏ bùn càng cao thì tỷ số F/M càng cao . Đối với bể thổi khí khuấy trộn hoàn chỉnh , tỷ số F/M = 0,2 – 0,6 V.1.3.2 Thời gian lưu nước Thời gian lưu nước là thời gian một dòng nước thải phải mất trong bể thổi khí , thời gian lưu nước trong bể được tính như sau : q = , ( ngày ) Trong đó : V : Thể tích bể thổi khí ( m3 ) Q : lưu lượng nước thải ( m3/ngày ) V.1.3.3 Thời gian lưu bùn (qc ) Thời gian lưu bùn là thời gian lưu trú trung bình của vi sinh vật trong hệ thống.Khi thời gian lưu nước có thể là vài giờ , thời gian lưu trú của tế bào có thể là ( 3 – 15 ngày đối với bể khuấy trộn hoàn chỉnh ) thời gian lưu bùn được cho bởi công thức sau qc = ( ngày ) Trong đó : MLSS : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bể thổi khí mg/l V : thể tích bể thổi khí m3 SSe : Hàm lượng chất răn lơ lửng trong nước thải đầu ra mg/l Qe : Lưu lượng nước thải ra m3/ngày SSw : Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bùn thải mg/l Qw : lưu lượng bùn thải m3/ngày V.1.3.4 Chỉ số thể tích bùn ( SVI ) Chỉ số thể tích bùn là thể tích do 1g bùn khô choán chỗ tính bằng ml sau khi để dung dịch bùn lắng tĩnh 30 phút . Bùn hoạt tính lắng tốt khi chỉ số thể tích bùn nằm trong khoảng 50 – 150 , SVI được tính như sau : SVI = x 1000 ( ml/g) Trong đó : V30 : thể tích bùn lắng sau 30 phút ml/l MLSS : nồng độ bùn lơ lửng trong dung dịch , mg/l V.1.4 Giá thể và mô hình nghiên cứu Mô hình nhỏ được mô phỏng để quan sát và phân tích khả năng xử lý các chỉ tiêu môi trường của cơ sở sản xuất nước tương bằng phương pháp lọc sinh học hiếu khí với lớp vật liệu lọc ngập trong nước. Trong mô hình lọc sinh học sử dụng giá thể là những vòng nhựa có đường kính d = 21mm và chiều cao h = 25mm với = 21mm. Có thể tích nước là 14 lít (không tính thể tích vật liệu).Trên mô hình có các 2 van để lấy mẫu nước. V.1.5 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích Các chỉ tiêu phân tích COD PH SS Bảng V.1 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp xác định PH - Máy đo pH COD mg O2/l Phương pháp Cromat SS mg O2/l Phương pháp trọng lượng V.1.6 Vận hành mô hình V.1.6.1 Giai đoạn chuẩn bị Đặt dưới bể 3 hệ thống sục khí bằng đá bọt Cho giá thể vào mô hình chiếm chiều cao 1/3 bể. Bùn hoạt tính được lấy từ công trình xử lý hiếu khí bể SBR của nhà máy xử lý nước thải Khu Công Nghiệp Tân Bình để rút ngắn thời gian thích nghi. V.1.6.2 Giai đoạn chạy mô hình V.1.6.2.1 Giai đoạn chạy thích nghi Giai đoạn thích nghi bắt đầu hoạt động ở tải trọng 160mg/l.ngày .Thời gian lưu nước 24h.Giai đoạn thích nghi được thực hiện theo các bước sau : Cho 14 lít nước thải vào mô hình với COD đầu vào khoảng 160mg/l. BOD5 khoảng 96 mg/l Thời gian chạy 24h Chạy mô hình và thường xuyên kiểm tra các chỉ tiêu COD,PH,SS. Giai đoạn chạy thích nghi kết thúc khi lớp màng bám trên giá thể và hiệu quả xử lý COD ổn định Thời gian chạy là 24 h nên tải lượng COD = 160.10-3 kgCOD/m3.ngày pH đầu vào = 6.3 MLSS đầu vào = 3000 mg Bảng V.2 Các thông số hoạt động mô hình ứng với từng tải trọng Tải trọng kgCOD/m3.ngày COD vào mg/l HRT giờ Lưu lượng l/h 0.16 160 24 0.625 0.32 160 12 1.25 0.64 160 6 2.5 0.96 160 4 3.75 1.28 160 3 5 Hình V.2 Mô hình lọc sinh học trong giai đoạn chạy thích nghi. Hình V.3 Thí nghiệm lắng màng vi sinh vật V.1.6.2.2 Kết quả giai đoạn chạy thích nghi Bảng V.3 :Kết quả giai đoạn chạy thích nghi Ngày Tải trọng (Kg COD/m3.ng.đ) Thời gian (HTR)giờ COD (mg/l) Hiệu quả khử COD (%) MLSS (mg/l) pH N0 0.16 24 180 0 3218 6.25 N1 0.16 24 136,2 14,8 2846 6.38 N2 0.16 24 121 24,38 2536 6.57 N3 0.16 24 84,92 46,92 2984 7.16 N4 0.16 24 80,92 49,43 3294 7.08 Hình V.4 Đồ thị biễu diễn hiệu quả xử lý theo COD trong giai đoạn thích nghi Hình V.5 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên chỉ số pH và SS ở giai đoạn chạy thích nghi Nhận xét :Hiệu quả khử COD ngày càng tăng do vì sinh vật đã bắt đầu thích nghi với nước thải. V.1.6.2.3 Giai đoạn xử lý : Tăng tải trọng dần lên cho đến khi hiệu quả xử lý COD giảm vì mô hình quá tải.Các tải trọng 0.32, 0.64, 0.96, 1.28 kgCOD/m3.ngày , khi nào hiệu quả xử lý BOD giảm thì ngừng lại và chạy tải tiếp theo.Ở mỗi tải trọng ta cũng dùng các chỉ tiêu trên để phân tích, đánh giá. V.1.6.2.3.1 Taûi troïng 0.32 Kg COD/m3.ngaøy ñeâm Baûng V.4 Keát quaû giai ñoaïn xöû lyù ôû taûi troïng 0.32 Kg COD/m3.ngaøy ñeâm Ngaøy Taûi troïng (Kg COD/m3.ng.ñ.) Thôøi gian (HTR) giôø COD (mg/l) Hieäu quaû khöû COD (%) SS (mg/l) pH N0 0.32 12 192 0 75 6.52 N1 0.32 12 87,96 45 84 7.14 N2 0.32 12 73,5 54 96 7.25 N3 0.32 12 69 56,9 87 7.16 N4 0.32 12 54,7 65,8 120 7.25 N5 0.32 12 58,43 63,5 124 7.32 N6 0.32 12 56,6 64,6 115 7.38 Hình V.6 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý theo COD ở thời gian lưu nước 12h trong giai đoạn xử lý Hình V.7 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của SS và pH ở thời gian lưu nước 12h trong giai đoạn xử lý. V.1.6.2.3.2 Tải trọng 0.64 kgCOD/m3ngày.đêm Bảng V.5 Kết quả xử lý ở tải trọng 0.64kgCOD/m3.ngày.đêm Ngày Tải trọng (Kg COD/m3.ngày.đ) Thời gian (HTR) giờ COD (mg/l) Hiệu quả khủ COD (%) SS (mg/l) pH N0 0.64 6 179 0 71 7.02 N1 0.64 6 85,54 46,53 82 7.15 N2 0.64 6 76,21 52,5 87 7.31 N3 0.64 6 60 62,5 106 7.25 N4 0.64 6 41,85 73,84 95 7.4 N5 0.64 6 37,7 76,43 129 7.54 N6 0.64 6 49,32 69,17 125 7.5 Hình V.8 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý theo COD ở thời gian lưu nước 6h trong giai đoạn xử lý. Hình V.9 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên SS và pH ở thời gian lưu nước 6h trong giai đoạn xử lý. V.1.6.2.3.3 Tải trọng 0.96kgCOD/m3ngày.đêm Bảng V.6 Kết quả xử lý ở tải trọng 0.96kgCOD/m3ngày.đêm Ngày Tải trọng (Kg COD/m3.ng.đ Thời gian (HTR) COD (mg/l) Hiệu quả khử COD (%) SS (mg/l) pH N0 0.96 4 168 0 89 6.4 N1 0.96 4 75 53,1 92 7.22 N2 0.96 4 69,05 56,84 87 7.16 N3 0.96 4 48,8 69,5 115 7.32 N4 0.96 4 37 76,88 129 7.37 N5 0.96 4 15,06 90,59 120 7.45 N6 0.96 4 18 88,75 114 7.6 Hình V.10 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý theo COD ở thời gian lưu nước 4h trong giai đoạn xử lý Hình V.11 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên SS và pH theo thời gian lưu nước 4h trong giai đoạn xử lý. Hình V.12 Mô hình sau tải trọng 0.96kgCOD/m3.ngày V.1.6.2.3.4 Tải trọng 1.28kgCOD/m3ngày.đêm V.7 Kết quả giai đoạn xử lý ở tải trọng 1.28kgCOD/m3ngày.đêm Ngày Tải trọng (Kg COD/m3.ng.đ) Thời gian (HTR) giờ COD (mg/l) Hiệu quả khử COD (%) SS (mg/l) pH N0 1.28 3 192 0 82 6.45 N1 1.28 3 85,5 46,56 97 6.84 N2 1.28 3 80,27 49,83 104 7.28 N3 1.28 3 63,16 60,53 126 7.37 N4 1.28 3 35 78,12 118 7.23 N5 1.28 3 35,7 77,7 134 7.4 N6 1.28 3 36,55 77,16 118 7.45 Hình V.13 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý theo COD theo thời gian lưu nước 3h trong giai đoạn xử lý. Hình V.14 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên SS và pH ở thời gian lưu nước 3h trong giai đoạn xử lý V.2 Thảo Luận Kết Quả Thí Nghiệm Bảng V.8 So sánh hiệu quả xử lý cao nhất ở từng tải trọng với thời gian lưu nước khác nhau. Thời gian Tải trọng COD đầu vào COD đầu ra Hiệu suất 24 0.16 160 80.92 49.43 12 0.32 160 54.7 65.58 6 0.64 160 37.7 76.43 4 0.96 160 15.06 90.59 3 1.28 160 35 78.12 Hình V.15 Đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý theo COD ở những thời gian lưu nước khác nhau. Nhận xét : Dựa vào biểu đồ trên cho ta thấy hiệu quả xử lý COD đạt cao nhất ở tải trọng 0.96KgCOD/m3.ngày ứng với thời gian lưu nước là 4h . Hình V.16 Đồ thị biểu diễn sụ biến thiên giá trị pH ở các tải trọng khác nhau. Hình V.17 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên SS ở các tải trọng khác nhau Nhận xét :Dựa vào đồ thị trên cho thấy giá trị SS thấp nhất ở ngày thứ nhất với tải trọng 0.64kgCOD/m3.ngày và cao nhất ở ngày thứ 6 với tải trọng 1.28KgCOD/m3.ngày Nhận xét chung : Với tải trọng 0.16KgCOD/m3.ngày ỏ giai đoạn chạy thích nghi tương ứng với nồng độ COD và lưu lượng nước thải cho chảy vào bể xử lý là C = 160mg/l và Q = 0,625l/h cùng với thời gian lưu nước trong bể là 24 giờ thì hiệu quả xử lý tăng lên một cách rõ rệt từ 14,8% ngày thứ nhất đến 49.43% ngày thứ 5 . Trong 1 tuần chạy thích nghi ta thấy màng vi sinh vật đã bắt đầu hình thành với lớp màng mỏng vì vác vi khuẩn này vẫn trong giai đoạn thích nghi với nước thải và bùn hoạt tính. Với tải trọng 0.32KgCOD/m3.ngày,Lưu lượng nước chảy vào bể là Q = 1,25l/h và nồng độ như cũ C = 160 mg/l và thời gian lưu nước giảm xuống còn 12 giờ thì hiệu quả xử lý COD tăng từ 45% lên 64,6% . Nhận thấy vi sinh vật đã bám vào giá thể ngày càng nhiều nhưng độ dày của màng không đáng kể , lúc này màng có màu nâu đỏ Kiểm tra pH đầu ra thường xuyên nhận thấy giá trị pH rất ổn định ,ít thay đổi , dao động trong khoảng 6,5 đến 6,9. Ngoài ra hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng tăng từ 75mg/l lên đến 124mg/l ( là do các vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi quá trình hô hấp nội bào ở bên trong lớp màng nên vi sinh vật không bám dính vào giá thể sau đó bị nước cuốn trôi chảy ra khỏi bể.Trong mô hình còn có những nơi mà đá bọt không thể sục khí tới thì các vi sinh vật ở chỗ đó sẽ là những vi khuẩn hô hấp kị khí , chúng bám trên thành bên trong mô hình và có màu đen nhạt. Với các tải trọng L = 0.64kgCOD/m3 và L = 0.96kgCOD/m3.ngày sẽ nhận thấy màng vi sinh đã dày lên nhiều.Hiệu quả xử lý COD ở tải trọng L = 0.64kgCOD/m3.ngày tăng lên từ 46,53% lên 76,43%. Còn ở tải trọng L = 6kgCOD/m3.ngày thì đạt hiệu quả xử lý rất cao thấp nhất là 53,1% tăng lên 90,59%. Tuy nhiên hàm lượng chất rắn lơ lửng ( SS ) lại tăng lên nhiều so với đầu vào từ 89mg/l lên 120mg/l.Lúc này màng vi sinh gần như phát triển tốt nhất với độ dày và bao phủ toàn bộ giá thể, màng vi sinh có màu nâu, hơi đỏ, mềm. Nồng độ pH vẫn ổn định và nằm trong giới hạn tốt để vi sinh vật phát triển. Và L = 1.28KgCOD/m3.ngày Thì hiệu quả xử lý COD giảm rõ rệt. Tải trọng cuối cùng là 1.28KgCOD/m3.ngày với thời gian lưu nước là 3 giờ thì hiệu quả xử lý cuối cùng chỉ đạt 64,6% rất thấp so với hiệu quả cao nhất là 90.59% ở tải trọng 0.96KgCOD/m3.ngày Hiệu quả xử lý COD liên tục giảm hơn nữa khi cho chạy tải trọng 2kgCOD/m3 thì trong bể xuất hiện nhiều bọt trắng, đôi khi trào ra ngoài điều này cho thấy bể xử lý đã quá tải. Nếu cứ tiếp tục tăng tải thì hiệu quả sẽ giảm và không đạt hiệu quả cần thiết cho mô hình xử lý. Hiệu quả của mô hình xử lý hiếu khí bằng phương pháp lọc sinh học với các giá thể là những ống nhựa và nước thải đầu vào nước tương có nồng độ C = 160 mg/l đạt cao nhất với tải trọng 0.96KgCOD/m3.ngày.Hiệu quả xử lý 90,59%. Chương VI : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VI.1 Kết Luận Qua một thời gian tìm hiểu nước thải của cơ sơ sản xuất nước tương Lam Thuận – Thành Phố Hồ Chí Minh em có một số nhận xét như sau : Nước thải của cơ sở sản xuất có hàm lượng COD , BOD , pH không quá cao dùng phương pháp lọc sinh học sẽ dễ dàng xử lý và mang lại hiệu quả cao.Đây là phương pháp phổ biến ở hầu hết các nước phát triển trên thế giới , ưu điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành thấp , phù hợp với khí hậu Việt Nam , không gây độc hại cho môi trường , hiệu quả xử lý cao. Bên cạnh đó thì phương pháp xử lý sinh học cũng có những hạn chế nhất định như : Cần mặt bằng lớn để xây dựng công trình để giảm thời gian xử lý , không có tính cơ động khi cần di chuyển nhà máy . Nếu đội ngũ nhân viên quản lý không tốt sẽ dẫn đến hư hỏng và gây ô nhiễm môi trường. Hệ thống xử lý của cơ sở sản xuất thì khá đơn giản và sơ sài do đó việc xử lý không hiệu quả trong một thời gian dài , cho đến nay thì đã dừng hoạt động nên nước đầu ra không đạt tiêu chuẩn thải vào nguồn tiếp nhận . Yêu cầu có một hệ thống xử lý hoàn chỉnh và hiệu quả là một quy định bắt buộc đối với cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận. V.1.1.1 Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý cho cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận. Với hiện trạng nhà máy hiện nay thì cần một công trình xử lý triệt để, đem lại hiệu quả cho nước thải đầu ra hơn nữa cũng cần xem xét đến yếu tố kinh tế.Vì vậy em đề xuất công trình xử lý như sau : Nöôùc taùch buøn Buøn tuaàn hoaøn Buøn dö Ñieàu chænh pH Song chaén raùc + Ngaên tieáp nhaän Beå ñieàu hoøa Beå laéng I UASB Beå loïc sinh hoïc hieáu khí tieáp xuùc Beå laéng II Beå chöùa buøn Maùy eùp buøn Thaûi ra nguoàn Nöôùc thaûi vaøo Beå tieáp xuùc Thaûi boû Maùy thoåi khí Clo GHI CHUÙ Ñöôøng nöôùc Ñöôøng buøn Ñöôøng khí Ñöôøng hoùa chaát  V.1.1.2 Thuyết minh công trình xử lý : Nước thải đầu vào sẽ đi qua : Song chắn rác : dùng để loại bỏ rác có kích thước lớn được đặt trên đường dẫn nước thải vào ngăn tiếp nhận trước khi được bơm lên hệ thống xử lý nước thải.Việc sử dụng song chắn rác sẽ hạn chế được tình trạng nghẽn đường cống, mương dẫn và hư hỏng do rác gây ra. Ngăn tiếp nhận : là nơi tiếp nhận nước thải đi vào. Máy thổi khí : Cung cấp oxy để vi sinh vật trong bùn hoạt tính phát triển tốt, làm tăng hiệu quả xử lý. Bể điều hòa : Tính chất nước thải thay đổi theo thời gian sản xuất và phụ thuộc vào nhiều công đoạn xử lý khác nhau. Bể điều hòa điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải. Bể lắng đợt I :có nhiệm vụ tách các chất không tan ra khỏi nước thải, làm giảm hàm lượng SS ban đầu có trong nước thải. Bể UASB : trong điều kiện kỵ khí các chất hữu cơ sẽ phân hủy thành các chất có khối lượng phân tử nhỏ hơn, hình thành khí CO2, CH4 tạo sự xáo trộn trong bể.Khí tạo ra sẽ đẩy các hạt lơ lửng lên trên và được thu lại bằng hệ thống thu khí. Bể lọc sinh học hiếu khí tiếp xúc: là quá trình xử lý chính của hệ thống làm giảm nồng độ các chỉ tiêu COD,BOD Bể lắng đợt II : Hỗn hợp nước và bùn hoạt tính chảy ra từ công trình xử lý sinh học được dẫn đến bể lắng đợt II. Bể này có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính đã xử lý ở bể lọc sinh học và các phần nhỏ chất không tan. Bùn sau khi lắng một phần sẽ tuần hoàn lại bể lọc sinh học để tạo hỗn hợp nước với bùn. Bể chứa bùn : sau quá trình lắng I và II bùn sẽ được đưa vào bể chứa bùn.Bể nén bùn có nhiệm vụ nén bùn và làm cô đặc cặn nhằm giảm độ ẩm của bùn bằng cách lắng cơ học để đạt độ ẩm thích hợp. Bể tiếp xúc : cần tính toàn lưu lượng,thời gian và cũng như thể tích bể để điều chỉnh nồng độ Chrlo thích hợp trước khi thải ra nguồn. V.1.2 Kiến Nghị Nước thải có ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khỏe con người với tình hình xả thải của công ty hiện nay thì em có một số kiến nghị như sau : Xây dựng hệ thống nước xử lý nước thải mới càng sớm càng tốt để không làm ảnh hưởng đến môi trường. Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của nước thải do cơ sở sản xuất thải ra dựa vào đó mà đưa ra các phương pháp xử lý thích hợp. Cần thiết xây dựng một hệ thống bằng phương pháp sinh học Mời các kỹ sư có chuyên môn để thiết kế , quản lý , vận hành hệ thống một cách hiệu quả. Theo dõi thường xuyên hiện trạng của hệ thống thoát nước , các thiết bị sản xuất nhằm giảm thiểu tối đa lượng chất thải phát sinh ra ngoài. Giáo dục , nâng cao ý thức bảo vệ môi trường cho mọi người trong cơ sở sản xuất.