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

ên mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch. Vật liệu lọc: Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn v.v… Phân lớn các vật liệu lọc có trên thị trường đáp ứng các yêu cầu sau: Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2/m3. Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng (thường cao hơn 90%). Nhẹ. Có thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 đến 10m hoặc cao hơn) Có độ bền cơ học đủ lớn. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm nước nặng tới 300 – 350 kg/m3. Để tính toán, giá đỡ thường lấy giá trị an toàn là 500 kg/m3. Quán tính sinh học cao. Ổn định hóa học. Bảng 2.2 : Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng ở cho lọc nhỏ giọt Vật liệu Kích thước (in) Khối lượng/đơn vị thể tích (Ib/ft3) Diện tich bề mặt (ft2/ft3) Độ thông thoáng (%) Đá cuội: Nhỏ Lớn 1 – 2,5 4 – 5 78 – 90 50 – 62 17 – 21 12 – 50 40 – 50 50 – 60 Xỉ lò cao: Nhỏ Lớn 2 – 3 3 – 5 55 – 75 50 – 62 17 – 21 14 – 18 40 – 50 50 – 60 Chất dẻo (tấm): Thông thường Bề mặt riêng cao 24 x 24 x 48 24 x 24 x 48 2 – 6 2 – 6 24 – 30 30 – 60 94 – 97 94 – 97 Gỗ đỏ 48 x 48 x 20 9 – 11 12 – 15 70 – 80 Quả cầu chất dẻo 1 – 3,5 3 - 6 38 – 85 90 – 95 Ghi chú: Kích thước của tấm chất dẻo và gỗ đỏ là kích thước modun. Đơn vị tính: 1 in = 25,4 mm 1 b/ft3 x 16,0185 = 1 g/m3 ft2/ft3 x 3,2808 = 1 m2/m3 Thông khí ở bể lọc sinh học: Bể lọc sinh học làm việc trong điều kiện thoáng khí. Ngoài việc cấp oxi cho vi sinh vật ở màng sinh học hoạt động, thoáng khí còn có tác dụng loại ra khỏi lọc các khí tạo thành do quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nước, như CO2 và có thể có cả CH4, H2S v.v… Thông khí ở đây có thể bằng cách tự nhiên hay nhân tạo. Thông khí tự nhiên là do sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài bể. Nếu nhiệt độ của nước thải lớn hơn nhiệt độ của không khí thì không khí sẽ đi từ cửa thông khí ở thành phía dưới gần đáy bể, qua lớp vật liệu lọc đi lên. Ngược lại, nếu nhiệt độ của nước thải thấp hơn nhiệt độ của không khí thì không khí sẽ thâm nhập qua bề mặt lớp vật liệu lọc theo nước thải xuống đáy bể. Trường hợp nhiệt độ của nước thải và không khí bằng nhau thì bể lọc không thông khí. Trường hợp này khắc phục bằng thong khí nhân tạo. Trong thong khí nhân tạo, người ta dùng quạt gió thổi vào khoảng trống ở đáy bể và không khí từ đó đi lên qua các khe hở của lớp vật liệu. Lượng không khí cần thiết cho lọc sinh học tính theo công thức: BOD20 (g / m3 .ngày) 21 Wkk= Wkk : lượng không khí cần thiết (m3/m3 nước thải. ngày) 21 : tỉ lệ % của oxi trong không khí. Qua thực tế xác định được lượng oxi sử dụng trong lọc sinh học và trong các công trình sinh học thường không quá 7 – 8% lượng oxi cung cấp. Khi nhiệt độ dưới 60C, quá trình oxi hóa chất hữu cơ trong nước thải không xảy ra. Phân loại lọc phun: Lọc phun được phân loại theo tải trọng thủy lực hoặc tải trong các chất hữu cơ. Do vậy, có lọc tải trọng thấp và lọc tải trọng cao (cao tải). Các loại lọc này được giới thiệu ở bảng sau: Bảng 2.3: Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt: ( Các tiêu thiết kế) Thông số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trong cao Chiều cao lớp vật liệu (m) 1 – 3 0,9 – 2,4 (đá) 6 – 8 (nhựa tấm) Loại vật liệu Đá cục, than cục, đá ong, cuội lớn Đá cục, than cục, sỏi lớn, tấm nhựa đúc, cầu nhựa Tải trọng theo chất hữu cơ theo thể tích vật liệu lọc Kg BOD5/ 1 m3 vật liệu / ngày 0,08 – 0,4 0,4 – 1,6 Tải trọng thủy lực theo diện tích bề mặt m3/m2 .ngày 1 – 4,1 4,1 – 40,7 Hệ số tuần hoàn R=QTQ Tùy chọn 0 – 1 0,5 – 2 Tải trọng thủy lực trên bề mặt của bể lắng đợt 2 m3/m2 .ngày 25 16 Hiệu quả khử BOD sau bể lọc và bể lắng 2 Phần trăm 80 – 90 – 85 Ghi chú: Tải trọng thủy lực nêu trong bảng là tỉ số của lưu lượng nước xử lí Q (m3 / ngày) cộng với lưu lượng tuần hoàn QT (m3 / ngày) (nếu có) chia cho diện tích bề mặt của bể lọc S (m2). Bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng thấp quản lí đơn giản, hiệu quả xử lí ổn định cả khi nước nguồn có chất lượng dao động lớn, hiệu quả xử lí của bể lọc phụ thuộc vào chế độ tưới nước tức là phụ thuộc vào vòng quay của thiết bị tưới, hay thể tích thùng đo và tích nước rồi lấy ra bằng xi phông. Thời gian tưới gián đoạn khoảng ≤ 5 phút. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước: Trong quá trình làm việc, lọc có thể khử được BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3- , lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng. Để khử được tiếp tục BOD và NO3- , P người ta thường đặt 2 lọc nối tiếp. Giàn phân phối khí của lọc sau khi ở giữa lớp vật liệu với độ cao sao cho lớp vật liệu nằm ở phía dưới là vùng thiếu khí (anoxic) để khử NO3- và P. Ở lọc này nước và không khí cùng chiều đi từ dưới lên và cho hiệu quả xử lí cao. Lọc sinh học với vật liệu nổi ít bị tróc màng sinh học bám quanh các hạt vật liệu, mặc dù tốc độ thông gió lớn, hàm lượng cặn lơ lửng có ở trong nước ra khỏi lọc đều nhỏ hơn 20 mg/l. Do đó có thể không cần bố trí bể lắng 2 trong hệ thống xử lý. Kĩ thuật này được áp dụng cho việc xử lí nước thải sinh hoạt đô thị đồng thời khử được hợp chất hữu cơ cacbon và nitơ, loại bỏ được chất rắn huyền phù. Đối với nước sạch sinh hoạt phương pháp lọc sinh học với vật liệu ngập nước rất thích hợp để nitrat hóa và khử nitrat. Kĩ thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh vật tập trung ở màng sinh học có hoạt tính mạnh hơn ở bùn hoạt tính. Do vậy nó có thể có những ưu điểm sau: Chiếm ít diện tích vì không cần bể lắng trong (bể lắng 2). Đơn giản, dễ dàng cho việc bao, che công trình, khử độc hại (ít mùi và ít ồn), đảm bảo mĩ quan. Không cần phải rửa lọc, vì quần thể vi sinh vật được cố định lên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải. Dễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng. Đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau một thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng. Có cấu trúc modun và dễ dàng tự động hóa. Lọc sinh học với lớp vật liệu là các hạt cố định: Phương pháp này gần như là phương pháp cải tiến của phương pháp lọc trên. Nó đặc biệt là rất gần với phương pháp lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước. Hãng Degremont đã chế tạo ra một loại vật liệu có tên là Biolite (L, P, F ) có kích cỡ từ 1 – 4mm, khối lượng hạt từ 1,4 đến 1,8 g/cm3, có các đặc điểm chung như sau: Trạng thái bề mặt rất ưu thích cho vi khuẩn dính bám. Ít bi vỡ vụn và chịu đựng được axit. Các vật liệu có hai nhiệm vụ: Làm giá thể mang màng sinh học (các vi sinh vật). Tác dụng lọc. Các lọc sinh học có lớp vật liệu hạt Biolite rất thích hợp cho việc xử lí nước sạch sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp. Các loại nước thải này cần phải xử lí sơ bộ, đặc biệt là qua lắng 1, trước khi cho vào lọc. Lọc sinh học với lớp vật liệu lọc dạng hạt được chia thành: Biofor : bể lọc sinh học với chiều hỗn hợp dòng khí – nước đi từ dưới đi lên trên. Biodrof : bể lọc sinh học với chiều dòng khí – nước đi từ trên xuống dưới. Nitrazur : lọc có hòa tan trước không khí hoặc oxi kĩ thuật vào nước. BIOFOR: Mô tả : Đây là một hệ thống lọc sinh học với vi khuẩn hiếu khí có dòng khí – nước dâng lên. Trước khi dòng hỗn hợp khí – nước đi ngược từ dưới lên trên lọc, nước được khí sục trộn đều rồi dâng lên trên tràn qua rãnh thu nước rồi có thể xả tiếp vào nguồn hoặc đưa trở lại lọc. BIOFOR thường được dùng sau lắng sơ bộ hoặc tuyển nổi. Lĩnh vực sử dụng kĩ thuật này có đặc điểm: Loại bỏ BOD5 của chất thải chứa nồng độ nhỏ hơn 300 mg / l. Giữ lại huyền phù của chất thải có nồng độ nhỏ hơn 150 mg / l. Loại bỏ amoniac bằng oxi hóa. Khử nitrat của nước chứa nitrat bằng không khí nén. Khi xử lí nước thải đô thị, hiệu quả làm giảm các chất huyền phù có trong nước tới 70 – 85%, với tốc độ dòng chảy từ 2 đến 6 m/h, dung lượng huyền phù khoảng 1,5 – 2 kg/m3. Hàm lượng BOD trong nước thải trung bình (2 – 6 kg BOD5/m3 .ngày) Biofor có thể loại được 75 – 85%. BIODROF Nước cần được xử lí sẽ đi qua lớp vật liệu lọc dạng hạt. Dòng này cho phép chuyển oxi trong khối tác dụng mà không cần tới vòi phun khí trực tiếp vào bể phản ứng (bể lọc). Lưu lượng khí cùng với dòng nước tạo nên một giảm áp trong bể phản ứng. OXIAZUR ( Lọc có hòa tan trước không khí hoặc oxi) Nước trước khi đi vào lọc được hòa tan không khí hoặc oxi. Với vật liệu Biolite dùng trong trường hợp này không bị nhiễu loạn do sự có mặt của các bọt khí. Hiệu suất loại bỏ huyền phù của Oxiazur khá cao. Bộ lọc thông dụng có dòng chảy xuôi và thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng BOD5 nhỏ. Lọc NITRAZUR Lọc Nitrazur dùng để loại bỏ nitơ để sản xuất nước uống, bao gồm 2 kĩ thuật : kĩ thuật nitrat hóa (NITRAZUR N) và khử nitrat (NITRAZUR DN). Đĩa quay sinh học RBC: Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng được làm bằng PVC (poly vinyl clorit) hoặc PS (poly styren), lắp trên một trục. Các đĩa này được đặt ngập vào nước một phần (khoảng 30 – 40% theo đường kính có khi ngập tới 70 – 90%) và quay chậm khi làm việc. Đây là công trình hay thiêt bị xử lý nước thải kĩ thuật màng sinh học dựa trên sự sinh trưởng găn kết của vi sinh vật trên bề mặt của các vật liệu đĩa. Đĩa quay sinh học được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 sau đó ở Mỹ. Ở Mỹ và Canada, 70% hệ thống RBC được sử dụng để loại BOD, 25% để loại BOD và nitrat, 5% để loại nitrat. Hệ đĩa quay gồm những đĩa tròn poly styren hoặc poly vinyl clorit đặt gần sát nhau nhúng chìm khoảng 40 – 90% trong nước thải hoặc quay với vận tốc chậm. Tương tự như bể lọc sinh học, một lớp màng sinh học được hình thành và bám chắc vào vật liệu đĩa quay. Khi quay màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxi khi ra khỏi nước thải. Đĩa quay được nhờ môtơ hoặc sức gió. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với không khí vừa tiếp xúc được với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy chất hữu cơ được phân hủy nhanh. Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động của RBC là lớp màng sinh học. Khi bắt đầu vận hành các vi sinh vật trong nước bám vào vật liệu và phát triển ở đó cho đến khi tất cả vật liệu được bao bởi lớp màng nhầy dầy chừng 0,16 – 0,32 cm. Sinh khối bám chắc vào RBC tương tự như ở màng sinh học. Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay gồm các vi khuẩn kị khí tùy tiện như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus, các vi sinh vật hiếu khí như Bacillus thì thường có ở lớp trên của màng. Khi kém khí hoặc yếm khí thì tạo thành lớp màng vi sinh vật mỏng và gồm các chủng vi sinh vật yếm khí như Desulfovibrio và một số vi khuẩn sunfua. Đĩa quay sinh học thường được thiết kế trên cơ sở yếu tố tải trọng rút ra từ kết quả nghiên cứu ở trạm thử nghiệm, mô hình sản xuất, mặc dù (có thể phân tích) năng suất của nó theo phương pháp tiệm cận, tương tự như đối với các bể lọc sinh học. Cả hai chỉ tiêu tải trọng thủy lực và tải trọng chất hữu cơ đều được dùng để xác định kích thước công trình xử lý bậc hai. Các loại tải trọng đối với thời tiết ấm áp và toàn năm về nitrat hóa sẽ thấp hơn nhiều so với tải trọng khi xử lý bậc hai. Năng suất tải của đĩa RBC vào khoảng 0,5 – 1 kg BOD/m3 . ngày . Nên giảm bớt chất hữu cơ vào ở giai đoạn đầu để đề phòng xảy ra hiện tượng thiếu khí oxi. Tải lượng nước trên bề mặt vật liệu của RBC thay đổi trong khoảng 0,03 – 0,06 m3/m2.ngày với nước thải xử lý lần 2 và 0,01 m3/m2.ngày với nước cần xử lý nitrat. Mối liên hệ giữa thể tích bồn chứa và bề mặt vật liệu có ý nghĩa rất lớn. Dung tích tối ưu của bồn chứa xử lý nước thải sinh hoạt là khoảng 4,88 l/m2 bề mặt vật liệu và thời gian lưu nước khoảng 40 – 90 phút cho oxi hóa các hợp chất cacbon hữu cơ và 90 – 240 phút cho nitrat hóa. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải: Ở loại nước thải thường có những vi sinh vật đặc trưng riêng, phụ thuộc chủ yếu vào thành phần vật chất có trong nước thải. Phần lớn vi sinh đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa, chúng có tác dụng làm giảm chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dòng chảy. Trong nước thải số lượng và chủng loại vi sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhất là các chất hữu cơ hòa tan trong nước, các chất độc, pH của môi trường, những yếu tố quyết định đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng của chúng. Do đó, để tăng cường vai trò của vi sinh vật hoạt động trong xử lý nước thải thì cần phải thiết kế điều kiện môi trường phù hợp. Nước càng bẩn, càng chứa nhiều chất hữu cơ, nếu thích nghi và sinh trưởng được thì sự phát triển của vi sinh vật càng nhanh. Tuy nhiên, không phải tất cả các vi sinh vật đều có lợi cho các quá trình chuyển hóa trong xử lý nước thải. Nếu như điều kiện môi trường không còn thích hợp cho hoạt động của các loài vi sinh vật, hoặc số lượng các vi sinh vật trong hệ thống xử lý tăng đột biến, điều này sẽ ngăn cản trở quá trình chuyển hóa và làm giảm hiệu suất xử lý nước thải. Trong nước thải có nhiều loại vi sinh vật khác nhau: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực khuẩn thể…nhưng chủ yếu là vi khuẩn. Đặc biệt nước thải sinh hoạt của các xí nghiệp chế biến thực phẩm, rất giàu các chất hữu cơ, vì vậy số lượng vi sinh vật trong nước là rất lớn. Trong số này chủ yếu là vi khuẩn, chúng đóng vai trò phân hủy các chất hữu cơ, cùng với các khoáng chất khác dùng làm vật liệu xây dựng tế bào đồng thời làm sạch nước thải. Vi khuẩn (Bacteria): Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong các bể xử lý vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể phân hủy bằng vi sinh trong điều kiện hiếu khí, một phần chất thải hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ, còn lại thành tế bào vi khuẩn mới. Theo quan điểm hiện đại (NCBI – Nation Center for Biotechology Information, 2005) thì vi khuẩn bao gồm các ngành sau này: Aquificae, thermotogae, defferribacteres, cyanobacteria, proteobacteria, firmicutes, actinobacteria, planetomycetes, chlamydiae/Nhóm verrucomicrobia, spirochaetes, fibrobacteres/Nhóm axitobacteria. Bacteroidetes/Nhóm chlorobia, fusobacteria, dictyoglomy. Việc phân ngành dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa, sinh thái. Hình 2.5: Aquificae Hình 2.6: Thermotogae Vi khuaån laø sinh vaät ñôn baøo, coù kích thöôùc nhoû töø 0,3-1μm, cô theå chöùa khoaûng 85% laø nöôùc vaø 15% laø caùc khoaøn chaát hay chaát nguyeân sinh. Chaát nguyeân sinh phaàn lôùn laø S, K, Na, Cl vaø moät löôïng nhoû Fe, Si vaø Mg. chuùng ñöùng rieâng reõ hoaëc xeáp thaønh ñoâi, thaønh 4 teá baøo hoaëc hình thaønh khoái vôùi 8 teá baøo, xeáp thaønh chuoãi hoaëc thaønh chuøm. Vi khuaån sinh saûn baèng caùch chia ñoâi teá baøo. Trong ñieàu kieän chaát dinh döôõng, oxi, pH vaø nhieät ñoä moâi tröôøng thích hôïp thì thôøi gian theá heä laø 15-30 phuùt. Caùc vi khuaån trong nöôùc thaûi coù theå chia laøm 4 nhoùm lôùn: nhoùm hình caàu (Cocci) coù ñöôøng kính khoaûng 1-3 μm; nhoùm hình que (Bacillus) coù chieàu roäng khoaûng 0,3-1,5 μm chieàu daøi khoaûng 1-10 μm (ñieån hình cho nhoùm naøy laø vi khuaån E. coli coù chieàu roäng 0,5 μm chieàu daøi 2 μm); nhoùm vi khuaån hình que cong vaø xoaén oác (Spirilla), vi khuaån hình que cong coù chieàu roäng khoaûng 0,6-1,0 μm vaø chieàu daøi khoaûng 2-6 μm; trong khi vi khuaån hình xoaén oác coù chieàu daøi coù theå leân ñeán 50 μm; nhoùm vi khuaån hình sôïi coù chieàu daøi khoaûng 100 μm hoaëc daøi hôn. Caùc vi khuaån ñoùng vai troø quan troïng baäc nhaát trong quaù trình phaân huûy caùc hôïp chaát höõu cô trong töï nhieân cuõng nhö trong caùc beå xöû lyù, bieán chaát höõu cô thaønh chaát oån ñònh taïo thaønh boâng caën deã laéng, laøm saïch nöôùc thaûi trong voøng tuaàn hoaøn vaät chaát Vi khuaån ñöôïc chia thaønh 2 nhoùm chính: Vi khuaån kyù sinh (Paracitic Bacteria) laø vi khuaån soáng baùm vaøo vaät chuû, thöùc aên cuûa noù laø thöùc aên ñaõ ñöôïc vaät chuû ñoàng hoùa, chuùng thöôøng soáng trong ñöôøng ruoät cuûa ngöôøi vaø ñoäng vaät, ñi vaøo nöôùc thaûi theo phaân vaø nöôùc tieåu. Hình 2.7: Paracitic Bacteria Vi khuaån hoaïi sinh (Saprophytic Bacteria) duøng chaát höõu cô khoâng hoaït ñoäng laøm thöùc aên, noù phaân huûy caën höõu cô laøm chaát dinh döôõng ñeå soáng vaø sinh saûn, vaø thaûi ra caùc chaát goàm caën höõu cô coù caáu taïo ñôn giaûn vaø caën voâ cô. Baèng quaù trình hoaït ñoäng nhö vaäy, vi khuaån hoaïi sinh ñoùng vai troø cöïc kì quan troïng trong vieäc laøm saïch nöôùc thaûi. Neáu khoâng coù hoaït ñoäng soáng vaø sinh saûn cuûa vi khuaån, quaù trình phaân huûy seõ khoâng xaûy ra. Coù raát nhieàu loaøi vi khuaån hoaïi sinh, moãi loaøi ñoùng vai troø raát ñaëc bieät trong moãi coâng ñoaïn cuûa quaù trình phaân huûy hoaøn toaøn caën höõu cô coù trong nöôùc thaûi vaø moãi loaøi seõ töï cheát khi hoaøn thaønh quy trình soáng vaø sinh saûn ôû giai ñoaïn ñoù. Hình 2.8: Saprophytic Bacteria Taát caû caùc loaøi vi khuaån kyù sinh vaø hoaïi sinh can coù thöùc aên vaø oxi ñeå ñoàng hoùa. Moät soá loaøi trong soá vi khuaån naøy chæ coù theå hoâ haáp baèng oxi hoøa tan trong nöôùc goïi laø vi khuaån hieáu khí, coøn quaù trình phaân huûy chaát höõu cô cuûa chuùng goïi laø quaù trình hieáu khí hay quaù trình oxi hoùa. Moät soá loaøi khaùc trong soá caùc vi khuaån naøy khoâng theå toàn taïi ñöôïc khi coù oxi hoøa tan trong nöôùc, nhöõng vi khuaån naøy goïi laø vi khuaån kò khí vaø quaù trình phaân huûy goïi laø quaù trình kò khí, quaù trình naøy taïo ra caùc muøi khoù chòu. Coøn moät soá loaøi vi khuaån hieáu khí trong quaù trình phaân huûy chaát höõu cô, neáu thieáu hoaøn toaøn oxi hoøa tan, chuùng coù theå töï ñieàu chænh ñeå thích nghi vôùi moâi tröôøng goïi laø vi khuaån hieáu khí tuøy nghi. Ngöôïc laïi cuõng toàn taïi moät loaøi vi khuaån kò khí, khi coù oxi hoøa tan trong nöôùc chuùng khoâng bò cheát maø laïi laøm quen ñöôïc vôùi moâi tröôøng hieáu khí goïi laø vi khuaån kò khí tuøy nghi. Söï töï ñieàu chænh ñeå thích nghi vôùi moâi tröôøng coù söï thay ñoåi cuûa oxi hoøa tan cuûa vi khuaån hoaïi sinh laø raát quan trong trong quy trình phaân huûy chaát höõu cô cuûa nöôùc thaûi trong caùc coâng trình xöû lyù. Nhieät ñoä cuûa nöôùc thaûi coù aûnh höôûng raát lôùn ñeán quaù trình hoaït ñoäng vaø sinh saûn cuûa vi khuaån, phaàn löôùn vi khuaån hoaïi sinh hoaït ñoäng coù hieäu quaû cao vaø phaùt trieån maïnh meõ ôû nhieät ñoä töø 20-400C. Moät soá loaøi vi khuaån trong xöû lyù caën phaùt trieån maïnh meõ ôû nhieät ñoä 50-600C. Khi duy trì caùc ñieàu kieän moâi tröôøng: thöùc aên, nhieät ñoä, pH, oxy, ñoä aåm thích hôïp ñeå vi khuaån phaùt trieån thì hieäu quaû xöû lyù sinh hoïc trong coâng trình seõ ñaït hieäu quaû cao nhaát. Tuy nhieân khoâng phaûi taát caû caùc loaøi vi khuaån ñeàu coù lôïi cho quaù trình sinh hoùa, moät vaøi trong soá chuùng laø loaøi gaây haïi, trong ñoù coù hai loaøi vi khuaån tieâu bieåu coù haïi cho heä thoáng. Moät laø caùc daïng vi khuaån daïng sôïi (Filamentous) laø caùc daïng phaân töû trung gian, thöôøng keát vôùi nhau thaønh lôùp löôùi nheï noåi leân maët nöôùc vaø gaây caûn trôû cho quaù trình laéng, laøm cho lôùp buøn ñaùy khoâng coù hieäu quaû, sinh khoái seõ khoâng gaén keát laïi vaø theo caùc doøng chaûy saïch ñaõ qua xöû lyù ra ngoaøi. Moät daïng vi khuaån coù haïi khaùc toàn taïi trong löôïng boït dö thöøa trong caùc beå phaån öùng sinh hoùa, phaùt sinh töø caùc heä thoáng thoâng gioù ñeå tuaàn hoaøn oxi trong heä thoáng. - Theo phöông thöùc dinh döôõng, vi khuaån ñöôïc chia laøm 2 loaïi nhö sau: Vi khuaån dò döôõng (Heterotroph): söû duïng caùc chaát höõu cô laøm nguoàn cacbon dinh döôõng vaø nguoàn naêng löôïng ñeå hoaït ñoäng soáng, xaây döïng vaø phaùt trieån teá baøo. Hình 2.9: Heterotroph Vi khuaån töï döôõng (Autotroph): coù khaû naêng oxi hoùa chaát voâ cô ñeå thu naêng löôïng vaø söû duïng CO2 laøm nguoàn cacbon cho quaù trình sinh toång hôïp. Trong nhoùm naøy coù vi khuaån nitrate hoùa, vi khuaån saét, vi khuaån löu huyønh… Virus vaø thöïc khuaån theå: Virus laø nhöõng sinh vaät cöïc nhoû (kích thöôùc khoaûng 20-100nm). Chuùng khoâng coù caáu taïo teá baøo, thaønh phaàn hoùa hoïc raát ñôn giaûn, chæ bao goàm protein vaø acid nucleic, virus chæ chöa AND hoaëc ARÛN, khoâng theå soáng ñoäc laäp maø phaûi soáng kí sinh vaøo teá baøo chuû. Moãi virus coù moät loaïi teá baøo chuû töông öùng, virus baùm vaøo teá baøo chuû roài xaâm nhaäp vaøo noäi baøo, phaàn acid nucleic ñöôïc giaûi phoùng ra khoûi voû boïc. Virus coù nhieàu daïng: virus cuûa ñoäng vaät coù hình quaû caàu, hình tröùng (virus ñaäu gaø), hình hoäp vuoâng hay hình chöõ nhaät (ñaäu boø), hay hình gaäy…virus thöïc vaät coù hình quaû caàu hay hình que daøi( virus ñoám laù, thuoác lao). Söï hieän dieän cuûa virus trong nöôùc thaûi seõ aûnh höôûng khoâng toát cho quaù trình xöû lyù. Thöïc khuaån theå laø virus cuûa vi khuaån, coù khaû naêng laøm tan caùc teá baøo vi khuaån raát nhaïnh. Thöïc khuaån coù hình daùng gioáng quaû chuøy, phaàn ñuoâi caùn coù sôïi moùc ñeå baùm vaøo voû cuûa teá baøo vi khuaån, roài laøm tan moät loã nhoû treân voû teá baøo, phaàn acid nucleic beân trong cuûa virus seõ nhanh choùng xaâm nhaäp vaøo noäi baøo. - Trong nöôùc thaûi thöôøng coù nhöõng vi khuaån gaây beänh cho ngöôøi vaø ñoäng vaät, keøm theo coù caû nhöõng thöïc khuaån theå töông öùng vôùi töøng loaïi vi khuaån ñoù. Do ñoù khi thaáy coù thöïc khuaån theå trong nöôùc thaûi ngöôøi ta coù theå keát luaän ñöôïc söï coù maët cuûa vi khuaån töông öùng. 2.3.3. Vi naám (Fungi) - Naám coù caáu taïo cô theå ña baøo, hieáu khí, vaø thöôøng thuoäc loaïi cô theå sinh vaät dò döôõng. Chuùng laáy döôõng chaát töø caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi. Cuøng vôùi vi khuaån, naám chòu traùch nhieäm phaân huûy caùc chaát höõu cô coù trong nöôùc thaûi. Veà maët sinh thaùi hoïc naám coù hai öu ñieåm so vôùi vi khuaån: naám coù theå phaùt trieån trong ñieàu kieän aåm ñoä vaø pH thaáp. Khoâng coù söï hieän dieän cuûa naám, chu trình cacbon seõ chaäm laïi vaø caùc chaát thaûi höõu cô seõ tích tuï trong moâi tröôøng. Caùc gioáng naám thöôøng gaëp trong nöôùc thaûi laø Saplogeria vaø Leptomus Hình 2.10: Fungi 2.3.4. Naám men - Naám men thuoäc cô theå ñôn baøo, chuùng coù hình daïng khoâng oån ñònh, thöôøng laø hình caàu, hình elip, hình baàu duïc vaø caû hình daøi. Teá baøo naám men thöôøng coù kích thöôùc lôùn gaáp 5-10 laàn teá baøo vi khuaån, kích thöôùc trung bình cuûa naám men laø 9-10 µm vaø roäng 2-7 µm. - Naám men phaân huûy caùc chaát höõu cô haïn cheá hôn nhöng chuùng coù theå leân men ñöôïc moät soá ñöôøng thaønh röôïu, acid höõu cô, glycerin trong ñieàu kieän kò khí vaø phaùt trieån taêng sinh khoái trong ñieàu kieän kò khí. Hình 2.11: Naám men 2.3.5. Naám moác - Naám moác ñöôïc phaân boá roäng raõi trong töï nhieân, chuùng khoâng phaûi laø thöïc vaät cuõng khoâng phaûi laø ñoäng vaät neân chuùng hoaøn toaøn khaùc vôùi vi khuaån vaø naám men. - Naám moác coù khaû naêng phaân huûy ñöôïc caùc chaát höõu cô khoù phaân huûy nhö xenlulozo, hemixenlulozo vaø lignin. - Noùi chung vi sinh daïng naám coù kích thöôùc lôùn hôn vi khuaån vaø khoâng coù vai troø trong giai ñoaïn phaân huûy ban ñaàu caùc chaát höõu cô trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi. Maëc duø naám coù theå söû duïng caùc vaät chaát höõu cô tan trong moái quan heä caïnh tranh vôùi caùc vi khuaån, nhöng chuùng döôøng nhö khoâng caïnh tranh toát trong quaù trình sinh tröôûng lô löûng hay ôû ñieàu kieän baùm dính, trong moâi tröôøng bình thöôøng, vì vaäy khoâng taïo thaønh söï can ñoái trong heä thoáng vi truøng hoïc. Noùi caùch khaùc khi khoâng cung caáp ñuû oxi vaø nito hoaëc khi pH quaù thaáp, naám coù theå sinh saûn nhanh, gay ra caùc vaán ñeà aûnh höôûng töông töï nhö caùc vi khuaån daïng sôïi. Hình 2.12: Naám moác 2.3.6. Taûo (Algae) - Taûo laø nhoùm vi sinh vaät töï döôõng quang hôïp, coù dieäp luïc vaø coù khaû naêng söû duïng CO2 hoaëc bicacbonat laøm nguoàn cacbon vaø nguoàn nito, phosphor voâ cô ñeå caáu taïo teá baøo döôùi taùc duïng cuûa aùnh saùng maët trôøi. - Trong nöôùc giaøu nguoàn N vaø P, ñaëc bieät laø P seõ laø ñieàu kieän raát toát cho taûo phaùt trieån. Nguoàn CO2 coù theå do vi sinh vaät hoaït ñoäng trong nöôùc, phaân huûy caùc chaát höõu cô taïo thaønh cung caáp cho taûo hoaëc töø khoâng khí. - Maëc duø taûo khoâng phaûi laø sinh vaät gaây haïi, nhöng chuùng coù theå gaây ra moät soá vaán ñeà trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi. Taûo phaùt trieån laøm cho nöôùc coù maøu saéc, thöïc chaát laø maøu saéc cuûa taûo. Taûo xanh Aphanizomenon blosaquae, Anabaena microistic…laøm cho nöôùc coù maøu xanh lam. Taûo Oscilatoria rubecens laøm cho nöôùc ngaõ maøu hoàng Khueâ taûo ( Melosira, Navicula) laøm cho nöôùc coù maøu naâu. Chrisophit laøm cho nöôùc coù maøu vaøng nhaït. Taûo phaùt trieån coøn laøm cho nöôùc coù nhieàu muøi khoù chòu nhö muøi coû, muøi thoái… Hình 2.13: Algae 2.3.7. Nguyeân sinh ñoäng vaät (Protozoa) - Beân caïnh nhoùm vi khuaån thì nhoùm nguyeân sinh ñoäng vaät cuõng goùp phaàn quan troïng trong caùc quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi. Chuùng thuoäc vaøo nhoùm ñoäng vaät soáng troâi noåi trong nöôùc, coù caáu taïo cô theå ña baøo, haàu heát soáng hieáu khí hoaëc yeám khí khoâng baét buoäc chæ coù moät soá loaïi soáng yeám khí. Caùc nguyeân sinh ñoäng vaät quan troïng trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi bao goàm caùc cho Amoeba, Flagellate vaø Ciliate. - Caùc nguyeân sinh ñoäng vaät naøy coù theå ñöôïc coi nhö laø caùc chaát chæ thò cuûa nöôùc thaûi, vì söï coù maët cuûa chuùng coù nghóa laø buøn hoaït tính thích hôïp vôùi cô chaát coù trong nöôùc thaûi. Caùc nguyeân sinh ñoäng vaät coøn aên caùc vi khuaån vaø caùc vi sinh vaät khaùc. Do ñoù noù ñoùng vai troø quan troïng trong vieäc cân baèng heä vi sinh vaät trong caùc heä thoáng xöû lyù sinh hoïc vaø tieâu dieät caùc vi khuaån gaây beänh trong nöôùc thaûi. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng dính bám trong xử lý nước thải : 2.4.1 Xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp hieáu khí vôùi sinh tröôûng dính bám: - Naêm 1865, taïi Berlin- Ñöùc, baùc só Alexander Mueller ñaõ chöùng minh ñöôïc raèng nöôùc thaûi coù theå ñöôïc loïc saïch bôûi nhöõng sinh vaät soáng coù trong moät coät loïc. - Naêm 1868, oâng Edward Frankland, moät thaønh vieân cuûa Hoäi ñoàng Anh ñaõ nghieân cöùu phöông thöùc loïc ñoái vôùi nöôùc thaûi ôû London vôùi moät coät beân trong coù chöùa vaät lieäu daïng taám laøm töø soûi thoâ vaø ñaát coù than buøn. - Naêm 1882, Warrington ñaõ chöùng minh raèng coù theå laøm giaûm chaát oâ nhieãm trong nöôùc baèng soûi saïch. - Loïc sinh hoïc ñöôïc aùp duïng ñaàu tieân ôû Myõ naêm 1891 vaø ôû Anh naêm 1893. - Heä thoáng loïc sinh hoïc ñaàu tieân ñöôïc thieát laäp taïi traïi thöïc nghieäm Lawrence, bang Matsachuseùt, nöôùc Myõ naêm 1891. Naêm 1901, heä thoáng loïc sinh hoïc ñaàu tieân ñöôïc giôùi thieäu aùp duïng taïi Madison, Wisconsin. Ñeán naêm 1940 ôû nöôùc naøy ñaõ coù 60% heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi aùp duïng coâng ngheä loïc sinh hoïc. - Naêm 1960, ñóa quay sinh hoïc ñaàu tieân ñöôïc aùp duïng ôû CHLB Ñöùc, sau ñoù ôû Myõ. ÔÛ Myõ vaø Canada, 70% heä thoáng ñóa quay sinh hoïc ñöôïc söû duïng ñeå loaïi boû BOD, 25% ñeå loaïi boû BOD vaø Nitrate, 5% ñeå loaïi boû Nitrate. - Nhöõng naêm 1970, loïc sinh hoïc trôû neân phoå bieán ôû nöôùc Ñöùc. - Nhöõng naêm 1980, loïc sinh hoïc ñöôïc aùp duïng ñeå xöû lyù söï phaùt thaûi ñoäc chaát vaø söï phaùt taùn chaát oâ nhieãm höõu cô trong coâng nghieäp. - Ñeán nhöõng naêm 1990, coù hôn 500 heä thoáng xöû lyù söû duïng bieän phaùp loïc sinh hoïc trong xöû lyù nöôùc ôû Ñöùc vaø Haø Lan. - Naêm 1995, Guitonas vaø Alexious ñaõ tieán haønh thí nghieäm söû duïng moät beå loïc sinh hoïc hai giai ñoaïn, hieáu khí vaø kò khí, vôùi giaù theå baèngc haát deûo. Hieäu quaû xöû lyù Nitô ñaït ñöôïc khaù cao vôùi nöôùc thaûi ñoâ thò ôû nhieät ñoä cao. - Naêm 1996, taïi nhaø maùy xöû lyù nöôùc thaûi KCN Vieät Nam- Singapore ñaõ aùp duïng heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc hieáu khí vôùi giaù theå gaén keát, söû duïng taám PVC nhaùm laøm giaù theå dính baùm cho vi sinh vaät, hieäu quaû xöû lyù BOD ñaït treân 70%. - Môùi ñaây, naêm 2004, Vieän Hoùa hoïc Coâng ngheä (Boä Coâng nghieäp) ñaõ phoái hôïp vôùi Trung taâm Coâng ngheä moâi tröôøng quoác teá Nhaät Baûn (ICETT) chuyeån giao coâng ngheä xöû lyù baèng vi sinh vaät. Coâng ngheä naøy ñaõ ñöôïc söû aùp duïng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi soâng Toâ Lòch cöïc kì oâ nhieãm, ngöôøi ta chæ vieäc bôm cho nöôùc chaûy qua heä thoáng loïc. Vaät lieäu loïc laø nhöõng thöù coù saün, deã tìm kieám vaø raát reõ tieàn nhö ñaù voâi, chaát pheá thaûi xaây döïng coù ñoä xoáp cao, chai nhöïa pheá thaûi, than cuûi, caùc loaïi voû ñoäng vaät coù chöùa nhieàu canxi nhö soø, oác, heán. Ngoaøi ra chæ caàn theâm moät soá caønh caây khoâ, goã muïc ñeå laøm moâi tröôøng cho caùc vi sinh vaät phaùt trieån laø coù theå thöïc hieän qui trình loïc. Nöôùc qua heä thoáng loïc seõ trong vaét maø khoâng caàn söû duïng hoùa chaát. Moâ hình thöïc nghieäm ñöôïc ñaët taïi Caàu Dieãn- Haø Noäi, vôùi coâng suaát 50m3/ngaøy, vaø keát quaû thu ñöôïc laø: + Hieäu xuaát xöû lyù COD ñaït 65 – 70% + Hieäu xuaát xöû lyù BOD ñaït 85 – 90% + Hieäu xuaát xöû lyù SS ñaït >90% + Hieäu xuaát xöû lyù Coliform ñaït >99% + Thoâng soá DO > 6,5% + Thoâng soá pH >7,5 2.4.2. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp kò khí vôùi sinh tröôûng dính bám: - Ñaây laø phöông phaùp xöû lyù kò khí nöôùc thaûi döïa treân cô sôû sinh tröôûng dính baùm vôùi vi khuaån kò khí treân caùc giaù mang. Hai quaù trình phoå bieán cuûa phöông phaùp naøy laø loïc kò khí vaø loïc vôùi vaät lieäu tröông nôû, ñöôïc duøng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi chöùa caùc chaát carbon höõu cô. Quaù trình xöû lyù vôùi sinh tröôûng gaén keát cuõng ñöôïc duøng ñeå khöû nitrate. - Beå loïc yeám khí do coâng ty Caáp thoaùt nöôùc soá 2 nghieân cöùu thieát keá ñaõ ñöa vaøo vaän haønh coù keát quaû laø coät loïc duøng vaät lieäu loïc noåi polyspirence, ñöôøng kính haït 3-5mm, chieàu daøy 2m. Nöôùc thaûi ñi vaøo beå ñöôïc phaân phoái ñeàu theo dieän tích ñaùy beå. Doøng nöôùc ñi töø döôùi leân tieáp xuùc vôùi khoái buøn lô löûng ôû döôùi lôùp loïc roài tieáp xuùc vôùi khoái haït loïc coù vi khuaån yeám khí dính baùm. Chaát höõu cô hoøa tan trong nöôùc thaûi ñöôïc haáp thuï vaø phaân huûy, buøn caën ñöôïc giöõ laïi trong khe roãng cuûa lôùp loïc. Sau 2-3 thaùng xaû buøn dö 1 laàn. Nöôùc ñi qua lôùp loïc ñöôïc taùch khí roài chaûy vaøo maùng thu theo oáng daãn ñöa sang xöû lyù hieáu khí. (Trònh Xuaân Lai– 2000) - Loïc kò khí vôùi sinh tröôûng gaén keát treân giaù mang höõu cô: trong phöông phaùp naøy lôùp vi sinh vaät phaùt trieån thaønh maøng moûng treân vaät lieäu laøm giaù mang baèng chaát deûo, coù doøng nöôùc ñaåy chaûy qua. Vaät lieäu coù theå laø chaát deûo ôû daïng taám saép xeáp hay baèng vaät lieäu rôøi hoaëc haït, nhö haït polyspiren. Nöôùc thaûi ñi töø döôùi leân phía treân ñöôïc tieáp xuùc vôùi vaät lieäu coù vi sinh vaät kò khí vaø tuøy nghi phaùt trieån dính baùm thaønh maøng moûng. (Löông Ñöùc Phaåm, 2002) - Loïc kò khí vôùi vaät lieäu giaû loûng tröông nôû: vi sinh vaät ñöôïc coá ñònh treân lôùp vaät lieäu haït ñöôïc giaõn nôû bôûi doøng nöôùc daân leân sao cho söï tieáp xuùc cuûa maøng sinh hoïc vôùi caùc chaát höõu cô trong 1 ñôn vò theå tích laø lôùn nhaát. Haõng Degremont ñaõ cheá taïo ra moät loaïi vaät lieäu haït Biolite ñaëc bieät, coù kích thöôùc nhoû hôn 0,5mm coù caáu taïo loã neân dieän tích rieâng laø khaù lôùn, khoái löôïng rieâng nhoû, chòu ñöôïc va ñaäp. (Löông Ñöùc Phaåm, 2002) - Naêm 1990, Warnakula vaø coâng söï, thuoäc Vieän Nghieân cöùu caây cao su cuûa Sri Lanka ñaõ baét ñaàu nghieân cöùu veà vieäc söû duïng xô döøa laøm giaù theå trong xöû lyù nöôùc thaûi cao su baèng phöông phaùp sinh hoïc hieáu khí vaø kò khí. Nghieân cöùu naøy cho thaáy, vaät lieäu môùi naøy taïo ra nhieàu khoaûng troáng cho vinh sinh vaät phaùt trieån. Vaø keát quaû cuûa nghieân cöùu naøy ñaõ ñöôïc coâng boá trong hoäi nghò quoác teá veà coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi trong caùc nhaø maùy cheá bieán cao su töø ngaøy 8 ñeán ngaøy 13 thaùng 3 naêm 1999. - Nguyeãn Ngoïc Bích, Laâm Minh Trieát, Leâ Huy Baù (2002) ñaõ xaây döïng moät moâ hình thöû nghieäm beå phaân huûy kî khí ôû quy moâ 5m3/ngaøy ñaõ ñöôïc thieát laäp vaø vaän haønh trong hai naêm ñeå xöû lyù nöôùc thaûi ngaønh cheá bieán cao su coù caùc haøm löôïng COD vaø BOD töông öùng khoaûng 9500 mg/l vaø 6500 mg/l. Xô döøa thoâ ñöôïc söû duïng laø giaù theå cho vi sinh vaät keát baùm trong beå. Keát quaû vôùi thôøi gian löu nöôùc laø 2 ngaøy, hieäu quaû xöû lyù COD laø 90% vaø BOD laø 90%. 2.4.3 Vaät lieäu laøm giaù theå: - Vaät lieäu duøng laøm giaù theå trong xöû lyù nöôùc thaûi baèng quaù trình sinh hoïc dính baùm khaù phong phuù: töø ñaù giaêm, ñaù cuoäi, ñaù ong, voøng kim loaïi, voøng goám, than ñaù, than coác, goã maûnh, chaát deûo taám uoán löôïn v.v…. Caùc loaïi ñaù thöôøng ñöôïc choïn coù kích thöôùc trung bình 60 –100 mm. Chieàu cao lôùp ñaù choïn khoaûng 0,4 – 2,5 –4m, trung bình laø 1,8 –2,5 m. Neáu kích thöôùc haït, cuïc vaät lieäu nhoû seõ laøm giaûm ñoä hôû giöõa caùc cuïc vaät lieäu, gaây taéc ngheõn cuïc boä, neáu kích thöôùc quaù lôùn thì dieän tích tieáp xuùc bò giaûm nhieàu daãn ñeán giaûm hieäu suaát xöû lyù. Beå vôùi vaät lieäu laø ñaù giaêm thöôøng coù daïng hình troøn. - Caùc thanh goã, ñaëc bieät laø loaïi goã ñoû ôû Mó, vaø caùc taám chaát deûo (plastic) löôïn soùng hoaëc gaáp neáp ñöôïc saép xeáp thaønh nhöõng khoái boù chaët ñöôïc goïi laø modun vaät lieäu. Caùc modun naøy ñöôïc xeáp leân giaù ñôõ, khoái löôïng toaøn boä cuûa vaät lieäu giaûm ñi nhieàu vaø laøm cho chieàu cao cuûa lôùp loïc taêng leân ñaùng keå. - Nhöõng thaäp neân gaàn ñaây, do kó thuaät chaát deûo coù nhieàu tieán boä, nhöïa PVC (polyvinyl clorit), PP (Polypropylen) ñöôïc laøm thaønh taám löôïng soùng, gaáp neáp, daïng caàu khe hôû, daïng vaønh hoa (plasdek), daïng vaùch ngaên v.v… coù ñaëc ñieåm laø raát nheï. - Phaàn lôùn, caùc vaät lieäu hieän coù treân thò tröôøng ñeàu ñaùp öùng ñöôïc caùc yeâu caàu sau: Dieän tích rieâng lôùn, thay ñoåi töø 80 – 220 m2/m3. Chæ soá chaân khoâng cao ñeå traùnh laéng ñoäng (thöôøng cao hôn 90%). Nheï. Coù theå söû duïng ôû ñoä cao lôùn (töø 4 ñeán 10m, coù theå cao hôn). Coù ñoä beàn cô hoïc ñuû lôùn. Khi laøm vieäc, vaät lieäu dính maøng sinh hoïc vaø ngaäm nöôùc naëng tôùi 300 –350 kg/m3. Quaùn tính sinh hoïc cao. OÅn ñònh hoùa hoïc Vaät lieäu laø chaát deûo khaùc nhau veà hình daïng, ñöôïc xaùc ñònh baèng tæ soá giöõa dieän tích beà maët/ theå tích; troïng löôïng/ theå tích; tính xoáp cuûa vaät lieäu. - Vaät lieäu baèng chaát deûo coù theå chia laøm hai loaïi chính: Vaät lieäu coù saép xeáp Vaät lieäu ñeå roái Tuoåi thoï trung bình cuûa vaät lieäu chaát deûo vaøo khoaûng vaøi chuïc naêm. Vieäc thay chuùng do nhieàu nguyeân nhaân: do quaù baån, bò vôõ, giaù ñôõ bò hoûng… Tröôùc ñaây vaät lieäu thöôøng ñöôïc duøng laø ñaù giaêm, ñaù cuoäi coù kích thöôùc 25 x 100mm vôùi beå loïc cao khoaûng 1 – 2,5m, ñeán nay, nhôø coù plastic laøm vaät lieäu loïc, beå loïc coù theå cao tôùi 9 – 10m. - Vôùi quaàn theå vi sinh vaät baùm vaøo vaät lieäu loïc nhö ñaù granit, voøng goám, nhöïa plastic… quaù trình oxi hoùa dieãn ra raát nhanh. Do vaäy heä thoáng naøy coù nhöõng öu ñieåm: Ruùt ngaén ñöôïc thôøi gian xöû lyù. Ñoàng thôøi coù theå xöû lyù hieäu quaû nöôùc caàn coù quaù trình khöû nitrat hoaëc phaûn nitrat hoùa. - Qua thöïc teá, beå loïc sinh hoïc nhoû gioït hay phun tia vôùi vaät lieäu truyeàn thoáng, nhö ñaù, soûi, than cuïc,… coù moät soá öu ñieåm so vôùi buøn hoaït tính nhö sau: Giaûm vieäc troâng coi. Tieát kieäm naêng löôïng, khoâng khí caáp trong haàu heát thôøi gian loïc laøm vieäc baèng caùch thoâng töï nhieân töø cöûa thoâng gioù ñi vaøo qua lôùp vaät lieäu Nhöng cuõng coù moät soá nhöôïc ñieåm sau: Hieäu suaát laøm saïch nhoû hôn vôùi cuøng moät taûi löôïng khoái. Deã bò taéc ngheõn. Raát nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä. Khoâng khoáng cheá ñöôïc quaù trình thoâng khí, deã boác muøi. Chieàu cao haïn cheá. Buøn dö khoâng oån ñònh. Vì khoái löôïng vaät lieäu töông ñoái naëng, neân keùo theo giaù thaønh xaây döïng cao. Vôùi vaät lieäu laø chaát deûo ñaõ khaéc phuïc ñöôïc nhöõng nhöôïc ñieåm treân, nhö giaûm hieän töôïng taéc ngheõn, chieàu cao lôùn, khoâng khí toát hôn cho pheùp loïc laøm vieäc vôùi taûi troïng theå tích cao hôn. Ngoaøi loïc sinh hoïc nhoû gioït coøn coù bieän phaùp loïc sinh hoïc vôùi lôùp vaät lieäu ngaäp trong nöôùc. Loïc sinh hoïc vôùi vaät lieäu noåi, ít bò troùc maøng sinh hoïc baùm quanh caùc haït vaät lieäu, maëc duø toác ñoä thoâng gioù lôùn, haøm löôïng caën lô löûng coù ôû trong nöôùc ra khoûi loïc ñeàu nhoû hôn 20 mg/l. Do ñoù khoâng caàn boá trí beå laéng hai trong heä thoáng xöû lyù. Kó thuaät naøy döïa treân hoaït ñoäng cuûa quaàn theå vi sinh vaät taäp trung ôû maøng sinh hoïc coù hoaït tính maïnh hôn ôû buøn hoaït tính. Do vaäy noù coù theå coù nhöõng öu ñieåm sau: Chieám ít dieän tích vì khoâng caàn beå laéng trong (beå laéng 2). Ñôn giaûn, deã laøm cho vieäc bao, che coâng trình, khöû ñoäc haïi (ít muøi vaø ít oàn), ñaûm baûo myõ quan. Khoâng caàn röûa loïc, vì quaàn theå vi sinh vaät ñöôïc coá ñònh treân giaù ñôõ cho pheùp choáng laïi söï thay ñoåi taûi löôïng cuûa nöôùc thaûi. Ñeã daøng phuø hôïp vôùi nöôùc thaûi pha loaõng. Ñöa vaøo hoaït ñoäng raát nhanh, ngay caû sau moät thôøi gian döøng hoaït ñoäng haøng thaùng. Coù caáu truùc modun vaø deã daøng töï ñoäng hoùa. Tuy nhieân phöông phaùp naøy cuõng laøm keùo theo moät soá hieän töôïng nhö taéc ngheõn khí do vieäc nöôùc chaûy xuoáng, khí ñi leân ñaõ ñöa ñeán söï dính keát caùc boït khí vôùi nhau vaø taïo neân caùc tuùi khí trong khoái vaät lieäu. Ñoàng thôøi cuõng keùo theo moät soá nhöôïc ñieåm sau: Laøm taêng toån thaát taûi löôïng, giaûm löôïng nöôùc thu hoài. Toån thaát khí caáp cho quaù trình, vì taêng löu löôïng khí khoâng chæ ñaùp öùng cho nhu caàu caàu cuûa vi sinh vaät maø coøn nhu caàu cô thuûy löïc. Phun khí maïnh taïo neân doøng chuyeån ñoäng xoaùy laøm giaûm khaû naêng giöõ huyeàn phuø. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MÔT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ SINH HỌC DÍNH BÁM 3.1 Giá thể sơ dừa: 3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt: a. Nước thải sinh hoạt có đầu vào: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 pH mg/l 6.8 2 COD mg/l 912 3 BOD5 mg/l 598 4 N tổng mg/l 59 5 P tổng mg/l 6.3 6 SS mg/l 386 7 Coliform tổng MPN/100mg/l 105 – 106 Bảng 3.1: Các thông số hoạt động của mô hình ứng với từng tải trọng STT Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) COD vào (mg/l) Thời gian lưu (giờ) Lưu lượng (l/h) 1 0.3 300 24 1.46 2 0.68 340 12 2.92 3 1.16 290 6 4.37 4 2.22 370 4 5.83 5 3.84 320 2 8.75 Hiệu quả xử lý COD,SS: b.1. Hiệu quả xử lý COD ứng với các tải trọng khác nhau: Ngày Hình 3.1 : Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian Nhận xét: Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý COD đạt tốt nhất 79.8% với tải trọng vận hành là 1.16 kgCOD/m3.ngày ở ngày thứ 6 xử lý. b.2. Hiệu quả xử lý SS ứng với các tải trọng khác nhau: Hình 3.2: Hiệu suất phân hủy SS theo thời gian Nhận xét: Đối với chất rắn lơ lửng, hiệu quả xử lý đạt cao nhất là 45.7% với tải trọng 0.68 kgCOD/m3.ngày ở ngày xử lý thứ 6. Đặc biệt là sau 1 ngày xử lý thì hiệu quả -7.5% vói tải trọng 0.3 kgCOD/m3.ngày. 3.1.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải chế biến kẹo dừa: a. Nước thải có đầu vào: STT Chỉ tiêu Đơn vị Lần 1 Lần 2 Lần 3 Giá trị TB (TCVN 5945-2005) Cột B 1 pH mg/l 3,91 4,15 4,07 4,04 5,5 - 9 2 N_NH3 mg/l 14,8 28 49,5 30,8 1 3 Phospho mg/l 3,4 6,7 11,2 7,1 6 4 COD mg/l 8.625 9.450 13.875 10.650 80 5 BOD5(200C) mg/l 5.350 5.860 8.500 6.570 50 6 SS mg/l 4.700 4.560 5.200 4.820 100 7 Nhiệt độ 0C 31 35 39 35 40 8 Dầu mỡ tổng mg/l 270 285 362 306 20 b. Hiệu quả xử lý COD: b.1. Kết quả trên mô hình kị khí: Hiệu suất phân hủy COD với các tải trọng khác nhau được trình bày trên đồ thị : Hình 3.3: Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian Hình 3.4: Diễn biến pH theo thời gian Vẽ đồ thị hiệu suất theo nồng độ COD ban đầu, suy ra nồng độ tối ưu là 6000mg/l: Hình 3.5: Hiệu suất xử lý nồng độ COD ban đầu Mô hình sinh học lọc kị khí có khả năng xử lý 47 – 66% COD. Tải trọng càng cao, hiệu suất xử lý COD càng thấp. Bản chất của quá trình phân hủy được giải thích bởi hoạt động của các vi sinh vật tham gia trong quá trình thủy phân, chuyển hóa các thành phần hữu cơ đặc trưng như: acid béo no Panmitic, acid Lauric (44-52%), Mistiric (13-19%), triglyxerit thành các dạng acid đơn giản và cuối cùng là CH4; CO2 và nước [3]. Thông số pH giảm 0,5 – 0,62 đơn vị trong vòng 2-3 giờ đầu sau đó tăng dần 0,05 – 0,25 đơn vị cũng chứng minh quá trình acid hóa và metan hóa đã diễn ra trong bể lọc sinh học kị khí. Bảng 3.2: Kết quả nghiên cứu trên mô hình tĩnh (COD = 6000mg/l và sơ dừa là 25 mg/l) b.2. Kết quả mô hình hiếu khí: Hình 3.6: Diễn biến pH theo thời gian Hình 3.7: Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian Vẽ đồ thị hiệu suất nồng độ COD ban đầu, suy ra nồng độ tối ưu là 1500 mg/l: Hình 3.8: Hiệu suất xử lý theo nồng độ COD ban đầu Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu trên mô hình tĩnh (COD = 1500mg/l và sơ dừa là 20 g/l: Kết quả nghiên cứu trên mô hình lọc hiếu khí cho thấy hiệu quả xử lý COD đạt 97,5% với tải trọng vận hành tối ưu là 1,5 kg COD/m3.ngày. Trong vòng 8 giờ đầu, dưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí, COD giảm nhanh đến 92,5% sau đó tiếp tục giảm chậm và đạt 97,5% sau 24 giờ. b.3. Kết quả mô hình liên tục: Hình 3.9: Hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng khác nhau Hình 3.10: Hiêu quả xử lý pH ở các tải trọng khác nhau Từ đồ thị cho thấy hiệu quả xử lý COD giảm dần khi tải trọng COD tăng. Tải trọng chung phù hợp cho quá trình lọc kỵ khí và hiếu khí là 3,75 kgCOD/m3/ngày, đạt hiệu quả 97,8%. Nồng độ COD đầu ra đạt được tiêu chuẩn loại B. 3.2. Giá thể cước nhựa: 3.2.1. Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể cước nhựa trên nước thải sinh hoạt: a. Nước thải sinh hoạt có đầu vào: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 pH mg/l 6.8 2 COD mg/l 912 3 BOD5 mg/l 598 4 N tổng mg/l 59 5 P tổng mg/l 6.3 6 SS mg/l 386 7 Coliform tổng MPN/100mg/l 105 – 106 Bảng 3.4: Các thông số hoạt động của mô hình ứng với từng tải trọng STT Tải trọng (kgCOD/m3.ngày) COD vào (mg/l) Thời gian lưu (giờ) Lưu lượng (l/h) 1 0.3 300 24 1.46 2 0.68 340 12 2.92 3 1.16 290 6 4.37 4 2.22 370 4 5.83 5 3.84 320 2 8.75 b. Hiệu quả xử lý COD,SS: b.1. Hiệu quả xử lý COD ứng với các tải trọng khác nhau: Hình 3.11: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian Nhận xét: Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý đạt tốt nhất là 70.8% với tải trọng là 2.22 kgCOD/m3.ngày ở ngày xử lý thứ 9. Ở tải trọng 1.16 kgCOD/m3.ngày hiệu quả xử lý giảm nhanh chóng từ 57.6% xuống 7.3% ở ngày xử lý thứ 5 và thứ 6. b.2. Hiệu quả xử lý SS ứng với các tải trọng khác nhau: Hình 3.12: Hiệu quả phân hủy SS theo thời gian Nhận xét: Đối với chất rắn lơ lửng, hiệu quả xử lý đạt cao nhất là 33.8% với tải trọng 0.68 kgCOD/m3.ngày ở ngày xử lý thứ 6. 3.3. Giá thể mùn cưa: 3.3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể mùn cưa trên nước thải thủy sản: a. Nước thải thủy sản có đầu vào: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị 1 SS mg/l 62 2 COD mg/l 500 3 N tổng mg/l 79.6 4 P tổng mg/l 27.5 Hiệu quả xử lý COD,SS: b.1. Ở chế độ xử lý 20l/ngày: b.1.1: Hiệu quả xử lý SS: Hình 3.13: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.14: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Nhận xét: Hình 3.13 cho thấy hàm lượng biến thiên SS không giảm mà tăng lên trong quá trình xử lý. Điều này có thể một phần do vi sinh vật chết đi và một phần mùn cưa trôi ra ngoài. b.1.2: Hiệu quả xử lý COD: Hình 3.15: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.16: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Nhận xét: Nồng độ COD ban đầu của nước thải là 500 mg/l. Nhưng sau 4 ngày xử lý giảm còn 207.36 mg/l. Như vậy hiệu quả sau xử lý đạt 58.5% (hình 3.16). Điều này cho thấy các vi sinh vật đã tận dụng tối đa chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn để tăng sinh khối cho sự sinh trưởng là phát triển của chúng. Sau đó, COD giảm đi, chứng tỏ một phần vi sinh vật chết đi do sự suy giảm thức ăn. b.2. Ở chế độ xử lý 40l/ngày: b.2.1: Hiệu quả xử lý SS: Hình 3.17: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.18: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Nhận xét: Hàm lượng SS không giảm mà có xu hướng tăng dần trong quá trình xử lý. Với SS đầu vào là 62 mg/l, sau đó tăng dần lên và cao nhất là 91 mg/l ở ngày thứ 6. b.2.2. Hiệu quả xử lý COD: Hình 3.19: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.20: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Nhận xét: Nồng độ COD đạt hiệu quả cao nhất sau 4 ngày xử lý là 55.2% ứng với hàm lượng COD là 224 mg/l. Sang ngày thứ 5 hàm lượng COD tăng lên lại nhưng không đáng kể, sau đó lại giảm ở ngày thứ 6 xử lý. b.3. Ở chế độ xử lý 60l/ngày: b.3.1. Hiệu quả xử lý SS: Ngày mg/l Hình 3.21: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.22: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Nhận xét: Hình 3.21; 3.22 cho thấy hàm lượng biến thiên SS giảm ngày đầu tiên và giảm nhiều nhất ở ngày thứ 4 xử lý là 39 mg/l ứng với hiệu suất xử lý là 37.1%, nhưng nhìn chung hàm lượng SS tăng lên trong các ngày còn lại. b.3.2. Hiệu quả xử lý COD: Hình 3.23: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hình 3.24: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Nhận xét: Nồng độ COD giảm dần ở ngày thứ 4 với hiệu quả xử lý là 53.44%. Sau đó tăng trở lại nhưng không đáng kể và đạt hiệu quả cao nhất ở ngày thứ 6 là 54.3% (hình 3.24). b.4. Ở chế độ xử lý 80l/ngày: b.4.1. Hiệu quả xử lý SS: Hình 3.25: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Hiệu suất(%) Ngày Hình 3.26: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Nhận xét: Ở hình 3.25 & 3.26 cho thấy hàm lượng SS tăng lên trong những ngày đầu, nhưng sau đó giảm dần và đạt hiệu quả cao nhất ở ngày thứ 6 với hiệu quả xử lý đạt 17.7%. b.4.2. Hiệu quả xử lý COD: Ngày mg/l Hình 3.27: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Ngày Hình 3.28: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý Nhận xét: Sau 4 ngày xử lý hàm lượng COD trong nước thải giảm còn 243.7 mg/l, đạt hiệu quả 51.3%. Sau đó hàm lượng này tiếp tục tăng trở lại nhưng không đáng kể ở các ngày tiếp theo, có thể do một số vi sinh vật chết đi. Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả xử lý đạt hiệu quả tốt nhất của các giá thể: Giá thể Mùn cưa trên ngành nước thải thủy hải sản Sơ dừa trên nước thải sinh hoạt Sơ dừa trên nước thải chế biến kẹo dừa Dây cước nhựa trên nước thải sinh hoạt Thông số COD SS COD SS COD SS COD SS Hiệu quả xử lý(%) 58.5 37.1 79.8 45.7 97.5 Không đánh giá 70.8 33.8 Thời gian 5(ngày) 4(ngày) 6(ngày) 6(ngày) 24h 9(ngày) 6(ngày) CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 4.1 Kết luận: Ở giá thể sơ dừa dùng để xử lý nước thải sinh hoạt: hiệu suất xử lý cao nhất ứng với tải trọng 1.16 kgCOD/m3.ngày với COD đạt hiệu suất 79.8% ; SS đạt hiệu suất cao nhất 45.7% ứng với tải trọng 0.68 kgCOD/m3.ngày. Nước thải kẹo dừa có hàm lượng dầu mỡ và các chất hữu cơ cao gây ô nhiễm nặng nhưng có khả năng xử lý bằng lọc sinh học, hiệu quả thu được rất cao. Ở giá thể cước nhựa dùng để xử lý nước thải sinh hoạt: hiệu suất xử lý đạt cao nhất ứng với tải trọng 2.22 kgCOD/m3.ngày với COD đạt hiệu suất 70,8%; SS đạt hiệu suất cao nhất 33.8% ứng với tải trọng 0.68 kgCOD/m3.ngày. Ở giá thể mùn cưa, kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng SS phần lớn không giảm mà còn tăng lên trong quá trình xử lý, chỉ cho hiệu quả tốt nhất ở chế độ 60l/ngày là 37.1%. Qua quá trình nghiên cứu cho thấy ở chế độ 20l/ngày các chỉ tiêu có trong nước thải đạt hiệu quả cao hơn hết so với các kết quả còn lại. Cụ thể COD đạt hiệu quả 58.5%. Tuy nhiên, so với TCVN 5945:2005 loại A thì hàm lượng COD, SS sau xử lý của 2 giá thể vẫn cao hơn từ 2 – 3 lần. 4.2 Kiến nghị: Với thời gian lưu nước là 4 ngày thì hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa cao hơn giá thể cước nhựa, thời gian thích nghi giá thể cũng ngắn hơn. Tuy nhiên, ở loại giá thể sơ dừa thì vào ngày cuối cùng của thí nghiệm giá trị COD, SS thường tăng trở lại mạnh hơn so với loại giá thể cước nhựa, điều này là do lớp vi sinh vật già bám bên ngoài bị bong tróc theo dòng nước và sự phân hủy nhẹ của lớp mùn dừa. Mặt khác, sức bền của vật liệu sơ dừa thấp hơn rất nhiều so với cước nhựa tuy hiệu suất xử lý có cao hơn. Vì vậy, trong thực tế hiện nay người ta thường chọn giá thể cước nhựa để xử lý nước thải sinh hoạt. Mặt khác, nước thải sinh hoạt sau xử lý ở bể aeroten vẫn còn cao hơn khoảng 2 lần so với TCVN 5945:2005, nên sau đó ta cần tính toán thêm những công trình xử lý tiếp theo để nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn cho phép. Nên nghiên cứu các loại giá thể này đối với các loại nước thải công nghiệp khác. Với giá thể mùn cưa, nên tăng hàm lượng COD đầu vào của nước thải thay vì chỉ cố định COD đầu vào là 500 mg/l để phù hợp nếu đưa vào thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Đức Phẩn, Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội. Đồ án tốt nghiệp, 2009 “Nghiên cứu và đánh giá xử lý lọc sinh học bằng giá thể sơ dừa và dây cước nhựa trong xử lý nước thải sinh hoạt”, Võ Minh Mẫn. Đồ án tốt nghiệp, 2005 “Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải ngành thủy hải sản bằng bể lọc kị khí sử dụng giá thể mùn cưa”, Nguyễn Như Trân. Trần Đức Hạ, 2002, Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô vừa và nhỏ, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. PGS.TS Hoàng Huệ, 1996, Xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, Hà Nội. PGS.TS. Hoaøng Vaên Hueä, 2004, Công nghệ môi trường – Tập 1: xử lý nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội.