Luận văn Xác định các thông số động học sinh học phục vụ xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương lam thuận trên mô hình bùn hoạt tính

i sinh vật hiếu khí tuyệt đối, khá nhạy cảm với độc tính của nước thải. Chúng thường xuất hiện trong hệ thống bùn hoạt tính đã ổn định, nước có hàm lượng hữu cơ thấp. Rotifer hiếm khi được phát hiện với số lượng lớn trong các hệ thống xử lý nước thải. Vai trò chính của Rotifer là loại bỏ vi khuẩn và kích thích sự tạo bông của bùn. Chính Rotifer sử dụng vi khuẩn không tạo bông, làm giảm độ đục của nước thải. Các màng nhầy được Rotifer tiết ra ở miệng và chân giúp bùn kết bông dễ dàng. Rotifer cần thời gian khá dài để thích nghi trong quá trình xử lý. Rotifer phát hiện trong bùn cũ và điều kiện O2 đầy đủ. Nhạy cảm với độc tố và sự thay đổi thành phần nước thải. Hình 3.9.Rotifer Hình 3.10.Rotifer 3.3.3. Đặc điểm và nguyên lý làm việc của bể Aerotank Bể phản ứng sinh học hiếu khí – aerotank là công trình bêtông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các aerotank bằng sắt thép hình khối trụ. Thông dụng nhất hiện nay là các aerotank hình bể khối chữ nhật. Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước. Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aerotank. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan. Các chất lơ lửng làm nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy, xử lý nước thải ở aerotank được gọi là quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật. Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính. Bùn họat tính là các bông cặn có màu nâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp phụ từ nước thải và là nơi cư trú cho các loại vi khuẩn cùng các vi sinh vật bậc thấp khác, như nguyên sinh động vật sống và phát triển. Trong nước thải có những hợp chất hữu cơ hòa tan – loại hợp chất dễ bị vi sinh vật phân hủy nhất. Ngoài ra, còn có các loại hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy hoặc loại hợp chất chưa hòa tan, khó hòa tan ở dạng keo – các dạng hợp chất này có cấu trúc phức tạp cần được vi khuẩn tiết ra enzym ngoại bào, phân hủy thành những chất đơn giản hơn rồi sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxy hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Các hợp chất hữu cơ ở dạng keo hoặc ở dạng các chất lơ lửng khó hòa tan là các hợp chất bị oxy hóa bằng vi sinh vật khó khăn hoặc xảy ra chậm hơn. Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn Giai đoạn 1: tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxy cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đầu tiên thức ăn chất dinh dưỡng trong nước thải đang rất phong phú, lượng sinh khối bùn trong thời gian này rất ít. Theo thời gian, quá trình thích nghi của vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng rất mạnh mẽ theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh. Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đoạn này rất cao. Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn này có khi gấp 3 lần ở giai đoạn 2. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ tăng dần. Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lực hoạt enzym đạt tối đa và kéo dài trong thời gian tiếp theo. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt tối đa, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi trong một thời gian khá dài. Giai đoạn 3: Tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra. Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc. Sau khi oxy hóa được 80 – 95% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nếu không kịp thời tách bùn, nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn ( chiếm tới 70% khối lượng cặn bùn) sẽ bị tự phân. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein rất cao ( 60 – 80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa chất béo, hidratcacbon, các chất khoáng khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước. 3.3.4. Phân loại Aerotank. Có nhiều cách phân loại Aerotank Phân loại theo chế độ thủy động: aerotank đẩy, aerotank khuấy trộn và aerotank hỗn hợp. Phân loại theo chế độ làm việc của bùn hoạt tính: aerotank có ngăn hoặc bể tái sinh ( hoạt hóa) bùn hoạt tính tách riêng và loại không có ngăn tái sinh bùn hoạt tính tách riêng. Theo tải trọng BOD trên 1 gam bùn trong một ngày ta có : aerotank tải trọng cao, aerotank tải trọng trung bình và aerotank tải trọng thấp. Theo số bậc cấu tạo trong aerotank ( xây aerotank có nhiều ngăn hoặc hành lang ) ta có các aerotank 1 bậc, 2 bậc, 3 bậc 3.3.4.1. Bể bùn hoạt tính truyền thống Bùn hoạt tính dòng truyền thống đầu tiên được sử dụng là các bồn hiếu khí dài, hẹp. Lượng oxy cần dùng thay đổi dọc theo chiều dài của bể phản ứng sinh hóa. Do đó hệ thống này sử dụng các thiết bị thông gió làm thoáng bề mặt để lượng oxy cung cấp phù hợp với nhu cầu sử dụng dọc theo chiều dài bể. Bể phản ứng thường có dạng hình chữ nhật, với dòng vào và tuần hoàn bùn hoạt tính đi vào bể ở một đầu và chất lỏng trong bể được hòa trộn (dòng thải) sẽ đi ra ở đầu đối diện. Lượng không khí cấp vào từ 55m3/1kg BOD5 đến 65m3/1kg BOD5 cần khử. Chỉ số thể tích bùn thường dao động từ 50 – 150 mg/g bùn, tuổi của bùn thường từ 3 – 15 ngày. Nồng độ BOD đầu vào thường < 400mg/l, hiệu quả làm sạch thường từ 80 – 95%. 3.3.4.2. Bùn hoạt tính tiếp xúc – ổn định Hệ thống này chia bể phản ứng thành 2 vùng: Vùng tiếp xúc là nơi xảy ra quá trình chuyển hóa các vật chất hữu cơ trong nước thải đầu vào. Vùng ổn định là nơi bùn hoạt tính tuần hoàn từ thiết bị lọc được sục khí để ổn định vật chất hữu cơ. Vì vậy, bể bùn loại này được sử dụng để có thể vừa làm giảm thể tích bể phản ứng, hoặc có thể làm gia tăng khả năng lưu chứa bùn của bể bùn của bể bùn hoạt tính truyền thống. Hiệu quả xử lý của hệ thống này thường đạt 85 – 95%BOD5 và các chất rắn lơ lửng. Bể bùn tiếp xúc ổn định thường dùng trong xử lý nước thải sinh hoạt với lượng đáng kể các hợp chất hữu cơ dưới dạng các phần tử chất rắn. 3.3.4.3.Bể bùn hoạt tính thông khí kéo dài Thường có thời gian lưu bùn kéo dài để ổn định lượng sinh khối rắn từ quá trình chuyển hóa của các vật chất hữu cơ bị phân hủy bởi vi khuẩn. Thời gian lưu bùn thường kéo dài từ 20 – 30 ngày, đồng nghĩa với việc cần thời gian lưu nước khoảng 24 giờ để duy trì khả năng pha trộn nồng độ các chất rắn lơ lửng trong nước. Thời gian lưu nước kéo dài có 2 tác dụng: làm giảm lượng chất rắn bị loại bỏ và làm tăng sự ổn định của quá trình. Tuy nhiên, đối với bể phản ứng loại lớn thì yếu tố này sẽ gây một số bất lợi, đó là hạn chế khả năng phối trộn. 3.3.4.4.Bể bùn hoạt tính thông khí cường độ cao có khuấy đảo hoàn chỉnh Bể hiếu khí có tốc độ thông khí cường độ cao và khuấy đảo hoàn chỉnh là loại Aerotank tương đối lý tưởng để xử lý nước thải có mức độ ô nhiễm cũng như nồng độ các chất lơ lửng cao. Aerotank loại này sẽ có thời gian làm việc ngắn. Rút ngắn được thời gian thông khí bằng vận hành ở tỷ số F/M cao, giảm tuổi thọ bùn hoạt tính ( thời gian lưu bùn trong bể ngắn). Trong bể Aerotank khuấy đảo hoàn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxy hòa tan được khuấy trộn đều, tức thời. Do vậy, nồng độ bùn hoạt tính và oxy hòa tan được phân bố đều ở mọi nơi trong bể và dẫn đến quá trình oxy hóa được đồng đều và hiệu quả cao. Ưu điểm của công nghệ này là: Pha loãng ngay tức khắc nồng độ các chất nhiễm bẩn, kể cả các chất độc hại. Không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở một nơi nào trong bể. Thích hợp cho xử lý các loại nước thải có tải trọng cao, chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng. Nhược điểm: chi phí đầu tư cao và vận hành cao. 3.3.4.5.Bùn hoạt tính chọn lọc Bể bùn hoạt tính này chỉ mới được phát minh gần đây, được dùng để kiểm soát sự tăng trưởng quá mức của các vi khuẩn lên men, có thể gồm các loài gây hại. Nó cung cấp điều kiện môi trường có lợi cho sự tăng trưởng của các vi sinh vật kết bông, kết quả là làm gia tăng khả năng lắng động của bùn hoạt tính. Bể bùn hoạt tính chọn lọc sử dụng 2 cơ chế để thực hiện chọn lọc các vi sinh vật: động học và trao đổi chất. Cơ chế động học được thực hiện bằng cách lợi dụng tải trọng đầu vào cao, do đó cung cấp khả năng chọn lọc hiệu quả để vi sinh vật có thể dễ dàng phân hủy các chất nền hữu cơ ở tốc độ cao. Bể bùn hoạt tính chọn lọc thường chia thành từng khối thể tích nhỏ, chứa trong các ngăn riêng biệt. Dòng chảy xuống từ bể phản ứng có thể được pha trộn hoàn toàn hay chỉ là dòng chảy kín. 3.3.4.6. Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn Bể dùng để xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ đậm đặc, đặc biệt là các chất hữu cơ khó phân hủy. Việc xử lý loại nước thải này thường khó thực hiện trong bể bùn hoạt tính truyền thống do nồng độ các chất hữu cơ đầu vào quá cao, ngăn chặn sự tạo thành sinh khối, khiến cho quá trình xử lý kém hiệu quả. Ưu điểm chính của hệ thống này là pha loãng ngay tức khắc nồng độ các chất độc hại ( kim loại nặng) trong toàn thể tích bể, không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp cho loại nước thải có chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng. 3.3.4.7.Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần Được áp dụng khi thấy rằng ở đầu vào của bể cần lượng oxy lớn hơn ( do nồng độ chất hữu cơ vào bể Aerotank được giảm dần từ đầu đến cuối bể), do đó phải cung cấp không khí nhiều hơn ở đầu vào và giảm dần ở các ô tiếp theo để đáp ứng cường độ tiêu thụ oxy không đều trong toàn bể. Ưu điểm Giảm được luồng không khí cấp vào, nghĩa là giảm công suất của máy thổi khí. Không có hiện tượng làm thoáng quá mức làm ngăn cản sự sinh trưởng của vi khuẩn khử các hợp chất chứa nitơ. Có thể áp dụng ở tải trọng cao ( F/M cao), chất lượng nước ra tốt hơn. 3.3.4.8.Bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc Dòng nước thải được đưa vào hệ thống này ở những vị trí khác nhau dọc theo chiều dài bể. Có nhiều dạng bể bùn hoạt tính loại này với việc phân bố vị trí cung cấp dòng vào tùy thuộc vào hình dạng thiết kế. Nạp theo bậc có tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể tích và làm giảm độ thiếu hụt oxy ở đầu bể và lượng oxy cần thiết được trãi đều theo dọc bể, làm cho hiệu suất sử dụng oxy tăng lên, kết quả vận hành hệ thống này thường loại bỏ được từ 80 – 95%BOD5 và các chất lơ lửng khỏi nước thải. 3.3.4.9.Bể hiếu khí gián đoạn – SBR Bể SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểu làm đầy và xả cặn, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn ( do quá trình làm thoáng và lắng trong được thực hiện trong cùng một bể). Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống như sau Làm đầy Sục khí ( khử BOD5) Lắng trong Xả cặn dư và xả nước ra Chờ tiếp nhận nước thải mới. Pha làm đầy có thể ở các trạng thái: tĩnh, khuấy trộn hoặc thông khí, tùy thuộc vào đối tượng cần xử lý. Trạng thái tĩnh có được là do năng lượng đầu vào thấp và nồng độ các chất nền cao ở cuối giai đoạn. Trạng thái khuấy trộn là do có sự khử nitrat ( khi có sự hiện diện của nitrat) các chất lơ lửng sẽ làm giảm nhu cầu oxy và năng lượng đầu vào, và cần phải có điều kiện thiếu hoặc kỵ khí cho quá trình loại bỏ sinh hóa P. Trạng thái thông khí là do xảy ra các phản ứng hiếu khí ban đầu, làm giảm thời gian tuần hoàn và giữ nồng độ chất nền ở mức thấp, điều này là quan trọng nếu tồn tại thành phần các chất hữu cơ dễ bị phân hủy với nồng độ độc tính cao. 3.4. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ Để đảm bảo cho quá trình xử lý sinh học diễn ra có hiệu quả thì phải tạo được các điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, thời gian, tốt nhất cho hệ vi sinh vật. Khi các điều kiện trên được đảm bảo quá trình xử lý diễn ra như sau: Tăng trưởng tế bào: ở cả hai trường hợp nuôi cấy theo từng mẻ hay nuôi cấy trong các bể có dòng chảy liên tục, nước thải trong các bể này phải được khuấy trộn một cách hoàn chỉnh và liên tục. Tốc độ tăng trưởng của các tế bào vi sinh có thể biểu diễn bằng công thức sau: rt= μX (3 – 1) Trong đó: rt: Tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn nghĩa là khối lượng/ đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian (g/m3.s). μ: tốc độ tăng trưởng riêng (1/s) X: nồng độ vi sinh trong bể hay nồng độ bùn hoạt tính (g/m3 hay mg/l). Công thức (3 - 1) có thể viết dưới dạng rt= (3 – 2 ) 3.4.1.Các quá trình phát triển động học 3.4.1.1.Chất nền – giới hạn của tăng trưởng Trong trường hợp nuôi cấy theo mẻ nếu chất nền và chất dinh dưỡng cần thiết cho sự tăng trưởng chỉ có với số lượng hạn chế thì các chất này sẽ được dùng đến cạn kiệt và quá trình sinh trưởng ngừng lại. Ở trường hợp nuôi cấy trong bể có dòng cấp chất nền và chất dinh dưỡng liên tục thì ảnh hưởng của việc giảm bớt dần chất nền và chất dinh dưỡng có thể biểu diễn bằng phương trình do Monod đề xuất ( 1942, 1949). ( 3 – 3 ) Trong đó: μ: tốc độ tăng trưởng riêng (1/s) μm: tốc độ tăng trưởng riêng cực đại (1/s). S: nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm sự tăng trưởng bị hạn chế. Ks: hằng số bán tốc độ, thể hiện ảnh hưởng của nồng độ chất nền ở thời điểm tốc độ tăng trưởng bằng một nửa tốc độ cực đại (g/m3; mg/l). Thay giá trị μ ở phương trình ( 3 – 3 ) vào phương trình ( 3 – 1) ta có: (3 – 4) 3.4.1.2.Sự tăng trưởng tế bào và sử dụng chất nền Trong cả hai trường hợp nuôi cấy theo mẻ và nuôi cấy trong bể có dòng chảy liên tục, một phần chất nền được chuyển thành các tế bào mới, một phần được oxy hóa thành chất vô cơ và hữu cơ ổn định. Bởi vì số tế bào mới được sinh ra lại hấp thụ chất nền và sinh sản tiếp nên có thể thiết lập quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng và lượng chất nền được sử dụng theo phương trình sau: rt = - Yrd (3 – 5) Trong đó: rt: tốc độ tăng trưởng của tế bào (g/m3.s) Y: Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (mg/mg). 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. rd: tốc độ sử dụng chất nền (g/m3.s). Từ phương trình (3 – 5) và ( 3 – 4) ta rút ra: ; (K= ) ( 3 – 6) 3.4.1.3.Ảnh hưởng của hô hấp nội bào Trong các công trình xử lý nước thải không phải tất cả các tế bào vi sinh vật đều có tuổi như nhau và đều ở giai đoạn sinh trưởng Logarit mà có một số đang ở giai đoạn chết và giai đoạn sinh trưởng chậm. Khi tính toán tốc độ tăng trưởng của tế bào phải tính toán tổ hợp các hiện tượng này, để tính toán giả thiết rằng: sự giảm khối lượng của các tế bào do chết và tăng trưởng chậm 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 ( endogenous decay). Quá trình hô hấp nội bào có thể biểu diễn đơn giản bằng phản ứng sau: Tế bào C5H7O2N + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng (3 – 7) 113 160 1 1,42 Từ phương trình (5 -7) có thể thấy: nếu tất cả các tế bào bị oxy hóa hoàn toàn thì lượng COD của các tế bào bằng 1,42 lần nồng độ của tế bào. rd ( do phân hủy nội bào) = - KdX Trong đó: Kd: hệ số phân hủy nội bào (1/s) X: Nồng độ tế bào ( nồng độ bùn hoạt tính) (g/m3). Kết hợp với quá trình phân hủy nội bào, tốc độ tăng trưởng thực tế của tế bào: (3 – 9) hay (3 – 9’) Trong đó: r’t: tốc độ tăng trưởng thực của vi khuẩn (1/s) Tốc độ tăng trưởng riêng thực sẽ là: ( 3 – 10) Tốc độ tăng sinh khối ( bùn hoạt tính) sẽ là: (3 – 11) 3.4.1.4.Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ nước có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải. Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến hoạt động chuyển hóa của vi sinh vật mà còn tác động lớn đến quá trình hấp thụ khí oxy vào nước thải và quá trình lắng các bông cặn vi sinh vật ở bể lắng đợt 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải được biểu diễn bằng công thức: (3 – 12) Trong đó: rT: tốc độ phản ứng ở T0C r20: tốc độ phản ứng ở 200C θ: hệ số hoạt động do nhiệt độ T: Nhiệt độ nước đo bằng 0C Giá trị θ trong quá trình xử lý sinh học dao động từ 1,02 – 1,09 thường lấy 1,04. 3.4.1.5. Tốc độ khử BOD Trong mô tả động học của quá trình xử lý nước thải bằng sinh học rút ra được công thức biểu diễn tốc độ xử lý chất nền bằng khối lượng chất nền giảm đi ở một đơn vị thể tích bể trong một đơn vị thời gian (g/m3.s). (3-6) Đặt ; (3-6’) Từ công thức (3 – 6’) ta có: ( 3 – 13) là tốc độ sử dụng chất nền tính cho một đơn vị khối lượng(g) bùn hoạt tính trong một đơn vị thời gian. Để áp dụng vào thiết kế và quản lý các công trình trong thực tế cần phải thiết lập các công thức tính toán để xác định dung tích các bể xử lý sinh học và hiệu quả xử lý. V,X,Xt,S Bể Aerotank Qv.S0 QT.S.Xt Q xả.Xt Qv+QT.S.X Qr.S.Xr Bể lắng Hình 3.11. Sở đồ làm việc của bể Aerotank trong hệ thống xử lý nước thải V: thể tích bể Aerotank – (m3) Q: Lưu lượng nước thải đi vào bể (m3/ngày); (m3/h) X0: nồng độ bùn hoạt tính có trong nước đi vào bể thường không đáng kể Q xả: Lưu lượng xả theo bùn ở bể lắng (m3/ngày);(m3/h). XT: nồng độ bùn hoạt tính (cặn không tro) lấy từ đáy bể lắng để tuần hoàn lại bể Aerotank (g/m3; mg/l) Qr: Lưu lượng nước đã được xử lý đi ra khỏi bể lắng (m3/ngày; m3/h) Xr: Nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng (g/m3; mg/l) r’t: Tốc độ tăng trưởng thực của bùn hoạt tính trong thời gian làm thoáng ở bể Aerotank (g/m3.ngày; g/m3.h). (3 – 14) (3 -15) Trong đó: (S0 – S): lượng BOD giảm đi sau xử lý (mg/l) S0: Nồng độ BOD đầu vào (mg/l) S: Nồng độ BOD còn lại sau xử lý (mg/l) θ: thời gian lưu nước trong bể Aerotank (ngày, giờ) Từ công thức ( 3 – 6’) và công thức ( 3 – 15) ta có: rút ra: 3.4.2. Các biểu thức động học cho quá trình sinh trưởng bùn hoạt tính Các chất thải hữu cơ dễ phân hủy có thể xử lý hiệu quả bằng hệ thống sinh học bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là khối quần thể vi sinh hoạt tính có khả năng ổn định chất hữu cơ hiếu khí. Động học sinh trưởng bùn hoạt tính và phân hủy chất hữu cơ đã được mô phỏng bằng các biểu thức toán học như sau Bảng 3.1. Tóm tắt các biểu thức động học cho quá trình sinh trưởng bùn hoạt tính Biểu thức Kí hiệu Chú thích μ= μm μ μm S Ks Tốc độ sinh trưởng riêng của sinh khối (1/s) Tốc độ sinh trưởng riêng tối đa (1/s) Nồng độ chất nền trong nước thải ở thời điểm sự tăng trưởng bị hạn chế. Hằng số bán vận tốc, nồng độ chất nền ở thời điểm tốc độ tăng trưởng = ½ μm (g/m3 hoặc mg/l) rt= rt Tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn (g/m3.s) rt= - Yrd Y rd Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại ( tỉ số khối lượng tế bào hình thành/ khối lượng cơ chất sử dụng) (mg bùn hoạt tính/mg BOD) Tốc độ sử dụng cơ chất hay tốc độ giảm BOD trong bể Aerotank (g/m3.s) K= K Hệ số sử dụng cơ chất tối đa ( ngày -1) rd= X Nồng độ vi sinh vật trong bể( g/m3 hoặc mg/l) θ= V θ Thể tích bể Aerotank (m3) Thời gian lưu nước trong bể ( ngày, giờ) θc= Qxả XT Xr Lưu lượng xả theo bùn ở bể lắng (m3/ngày hoặc m3/h) Nồng độ bùn hoạt tính (g/m3; mg/l) Nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng (g/m3; mg/l) θc Kd Thời gian lưu bùn (h hoặc ngày) Hệ số phân hủy nội bào ( ngày -1) rd= - X= S= Yb= Yb Tỷ lệ bùn hoạt tính sinh ra do giảm chất nền Px= Px Lượng chất rắn dễ bay hơi trong bùn dư F/M=S0/θX F/M Tỉ số cơ chất/ vi sinh ( mg BOD/mg bùn.ngày) Khi thiết kế hệ thống bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn, cần thiết xác định các thông số động học Y, kd, Ks và k. Nhằm xác định các thông số động học này, thường sử dụng các mô hình thí nghiệm. Trong việc xác định các thông số động học này, cách thức thông thường là vận hành các mô hình ứng với các giá trị θc khác nhau và thường nằm trong khoảng 3 đến 20 ngày. Sử dụng số liệu thu thập được ở các điều kiện trong trạng thái ổn định để xác định các giá trị trung bình Q, S0, S, X và rsu. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TRÊN MÔ HÌNH BÙN HOẠT TÍNH Mô hình thí nghiệm gồm có các công trình sau: Thùng chứa nước vào Bể sinh học Thùng chứa nước ra Hình 4.1. Mô hình thí nghiệm bùn hoạt tính Thùng pha nước thải (45 lít): Pha loãng nước thải với nồng độ mong muốn. Thùng chứa nước thải (30 lít) : Thu gom lượng nước thải sau khi xử lý ở bể sinh học. Bể sinh học: Bể sinh học làm bằng kính tấm (dày 5mm), thể tích hữu ích 30 lít, chiều cao lớp nước 0,3m (chiều cao tổng cộng 0,4 m). Khí được đưa vào bằng máy nén khí và được khuếch tán vào nước qua cục đá bọt. 4.1. Các thí nghiệm trên mô hình Nước thải được lấy mỗi ngày 1 lần tại cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận, sau thanh chắn rác thô vào giờ cao điểm tức là thời điểm lượng nước thải đổ ra nhiều nhất (8h – 9h sáng). Các mẫu nước thải được vận chuyển về phòng thí nghiệm khoa Môi Trường của trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ để xác định một số thông số như COD, SS, pH, Tổng Nitơ, Tổng P. Nhìn chung, nước thải sản xuất này có hàm lượng hữu cơ, chất dinh dưỡng hoàn toàn phù hợp cho việc xử lý bằng phương pháp sinh học mà không cần phải bổ sung bất kỳ chất dinh dưỡng nào. Bùn hoạt tính dùng cho việc xử lý được lấy tại nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp Tân Bình. Bùn được lấy trực tiếp từ các bể sinh học hiếu khí của nhà máy, sau đó tiến hành xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS – Suspended Solids), khả năng lắng của bùn thể hiện qua chỉ số thể tích bùn (SVI - Sludge Volume Index) nhằm kiểm tra chất lượng bùn. 4.1.1.Các thiết bị và vật liệu nghiên cứu Tủ sấy Máy đo pH (MP220 pHMeter) Máy quang phổ kế (Spectrophotometer) Hóa chất làm COD, Tổng Nitơ, Tổng P. Thiết bị chưng cất Kjeldahl Dụng cụ thủy tinh, 4.1.2. Tiến hành thí nghiệm Xác định thông số của bùn: Lấy thể tích V (ml) bùn, sấy ở 105oC, xác định MLSS của bùn. Nồng độ bùn được xác định : (mg/l) Quá trình thích nghi Ở giai đoạn này tiến hành làm các bước sau: Chọn lượng nước thải cần xử lý là 24 lít. Bùn nuôi cấy ban đầu được lấy từ nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Bình. Pha bùn với nước thải đã pha loãng sao cho hỗn hợp bùn và nước thải có nồng độ chất rắn lơ lửng (MLSS - Mixed Liquor Suspended Solids) = 2000 – 3500 mg/l (ở đây chọn MLSS = 2500 mg/l)theo hệ phương trình sau: Trong đó: Vnước, Vbùn, Vhh: Thể tích của nước thải (lít) đã pha loãng, thể tích bùn, thể tích hỗn hợp gồm bùn và nước thải. SSnước, SSbùn, SShh: Hàm lượng chất rắn lơ lửng (mg/l) của nước thải, bùn và hỗn hợp nước thải và bùn. Sau khi tính toán được lượng bùn cần cho vào, ta đánh dấu mức bùn trong bể để thuận tiện cho việc duy trì thể tích bùn đã được xác định. Giai đoạn thích nghi bắt đầu ở tải trọng 0.58 kg/m3.ngđ tương ứng với COD vào khoảng 580 mg/l và thời gian lưu nước là 24 giờ. Cho hỗn hợp bùn và nước thải vào bể sinh học, xác định các thông số COD, pH, MLSS đầu vào và tiến hành sục khí liên tục trong 24 giờ. Trong quá trình sục khí, cần theo dõi chỉ số nồng độ oxy hòa tan trong nước thải (DO – Dissolved Oxygen) để kịp thời điều chỉnh lượng khí cần cung cấp vào bể (DO = 3 – 5 mg/l). Sau 24 giờ, lấy 100ml nước thải để xác định các thông số: pH, SS, COD. Tiếp tục tiến hành việc thích nghi cho đến khi hiệu quả khử COD dần ổn định. Giai đoạn thích nghi kết thúc khi COD ổn định theo thời gian lưu nước, khi đó bùn kết cụm thành dạng bông màu nâu sẫm, dễ lắng. Vẽ đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD theo thời gian đối với thí nghiệm thích nghi và nhận xét. Quá trình tăng tải trọng Cuối giai đoạn thích nghi, xác định các thông số COD, MLSS, pH sau 24 giờ. Đánh dấu mức bùn lắng sau 30 phút (mức bùn lắng này ứng với SS khoảng 2500 mg/l). Xác định khả năng lắng của bùn bằng chỉ tiêu SVI. Cách xác định SVI: Lấy 1 lít mẫu được lấy từ bình phản ứng (sau khi thích nghi bùn) Khả năng lắng của bùn được đo bằng cách đổ hỗn hợp đến vạch 1 lít, để lắng trong 30 phút, sau đó được thể tích bị chiếm bởi bùn lắng. SS được xác định bằng cách lọc, sấy khô và cân trọng lượng. SVI là thể tích bằng ml bị chiếm giữ bởi 1 gam bùn hoạt tính sau khi để lắng 30 phút hỗn hợp trong bể phản ứng, được tính: Tăng tải trọng COD ứng với thời gian là 24h, 12h, 8h, 6h, 4h. Ở mỗi tải trọng xác định COD, pH, SS. Khi hiệu quả COD ở tải trọng nào đó ổn định trong thời gian tối thiểu 3 ngày, tiếp tục tăng tải cao hơn. Quá trình tăng tải kết thúc khi hiệu quả COD giảm. Lúc đó hiện tượng quá tải xảy ra. Lập bảng số liệu mô hình tĩnh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần và vẽ đồ thị biểu diễn mô hình tĩnh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần và nhận xét. Chạy mô hình động và xác định các thông số động học Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (24h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra. Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (12h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra. Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (8h): lập bảng số liệu, vẽ đồ thị quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD, COD vào và ra. Các hệ số động học của quá trình sinh học hiếu khí bao gồm hằng số bán vận tốc Ks, tốc độ sử dụng cơ chất tối đa K, tốc độ sinh trưởng vùng tối đa mm, hệ số sản lượng tối đa Y và hệ số phân huỷ nội bào Kd. Các thông số này được xác định theo 2 phương trình sau: Trong đó: X : Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, mg/l : Thời gian lưu nước trong bể aerotank, ngày qc : Thời gian lưu bùn, ngày S0 : Nồng độ COD đầu vào, mg/l S : Nồng độ COD đầu ra, mg/l S0–S: Lượng COD giảm đi sau xử lý, mg/l Dựa vào số liệu thí nghiệm, bằng phương pháp hồi quy tuyến tính, xác định mối quan hệ bậc nhất (y = ax+b) giữa các thông số động học trên qua việc tìm hệ số a và b của đường thẳng y = ax+b. Lập bảng chọn lựa như sau: Cột S: Lấy từ lúc bắt đầu chạy với t = 1 ngày đến khi COD bắt đầu giảm (chạy động) Lấy tiếp giá trị khi chạy với t = 0,5 ngày ở COD max. Lấy tiếp giá trị ở thời điểm chạy tĩnh (tăng tải trọng) với t = 24(h), t = 12(h), t = 8(h). Ta được bảng sau: S0 S qn = qb X Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa thông số và Từ đó ta có phương trình dạng: y = ax + b Vẽ đường thẳng hồi quy tuyến tính quan hệ giữa X.q/ (S0 – S) và 1/S Từ đó ta có phương trình dạng: y= ax + b 4.1.3.Các phương pháp phân tích Bảng 4.1. Các phương pháp phân tích STT Chỉ tiêu Phương pháp phân tích 1 pH Dùng máy đo pH Model 2000 VWR Scientisic 2 COD Sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh K2Cr2O7, để oxy hóa chất hữu cơ trong 2h ở 1600C. Lượng K2Cr2O7 dư được chuẩn độ bằng dung dịch FAS ( ferrous ammonium sulfate) 0,1M với chỉ thị feroin. 3 BOD5 Sử dụng chai DO (V=300ml). Đo hàm lượng DO ban đầu và sau 5 ngày ủ ở 200C. Nồng độ BOD được đặc trưng bằng lượng oxy chênh lệch do vi sinh vật sử dụng trong 5 ngày ủ 4 SS Xác định hàm lượng cặn trong mẫu ( trên giấy lọc)sau khi sấy ở 1030C đến khối lượng không đổi. 5 P tổng Phá mẫu, chuyển toàn bộ P về dạng octo – PO4 sau đó xác định octo – PO4 bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử Ammonium Molybdate và SnCl2 trong môi trường acid 6 N tổng Bao gồm : N - hữu cơ và N – NH3 được xác định bằng phương pháp Kjeldahl ; N – NO2 và N – NO3 được xác định bằng phương pháp trắc quang. 4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.2.1.Thí nghiệm 1: Xác định các thông số bùn giống ( bùn được lấy từ bể Aerotank của nhà máy xử lý nước thải tập trung KCN Tân Bình) Lấy 1 cốc 250ml đem sấy khô ở 1050C trong 2h, sau đó cân được khối lượng m1 = 94.8645 (g) Lấy một thể tích bùn V = 10 ml, sấy ở 1050C trong 2h, sau đó cân được khối lượng m2 = 95.0589 (g) và xác định mss = m2 – m1 = 95.0589 – 94.8645 = 0.1944 mg/l. Nồng độ bùn xác định: 4.2.2. Thí nghiệm 2: Chạy giai đoạn thích nghi Bùn nuôi cấy ban đầu cho vào mô hình với hàm lượng SS vào khoảng 2000 – 3000 mg/l (lấy trung bình 2500 mg/l) Thể tích bể chứa là V = 24 (lít). Muốn hàm lượng bùn trong nước thải là 2500 mg/l (C) thì thể tích bùn cần lấy là: Giai đoạn thích nghi được kết quả cho vào bảng sau (dừng thí nghiệm khi COD tương đối ổn định): Bảng 4.2. Kết quả khử COD theo thời gian ở giai đoạn thích nghi Ngày Thời gian (giờ) Tải trọng (kg COD/m3.ngđ) CODtrước xử lý (mg/l) CODsau xử lý (mg/l) Hiệu suất (%) MLSS (mg/l) 1 24 0.64 640 385 40 1896 2 24 0.64 640 266 58.5 2024 3 24 0.64 640 141 78 2535 4 24 0.64 640 120 81.25 2698 5 24 0.64 640 79 87.65 2749 6 24 0.64 640 79 87.65 2638 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD theo thời gian trong giai đoạn thích nghi Nhận xét: Đồ thị thể hiện quá trình hoạt động của bể bùn hoạt tính xử lý nước thải của quá trình sản xuất nước tương. Hiệu quả xử lý tăng dần theo thời gian vận hành mô hình, đến ngày thứ 5 hiệu quả bắt đầu ổn định 87.65%. Quan sát trên mô hình cho thấy đến ngày thứ 4 bùn đã bắt đầu thích nghi kết thành những bông cặn với kích thước vừa phải. Đến ngày thứ 5 bùn bắt đầu chuyển từ màu vàng nhạt sang màu nâu sẫm, bông bùn lớn đặc trưng cho quá trình hiếu khí, tốc độ lắng nhanh chứng tỏ vi sinh vật đã thích nghi với nước thải. 4.2.3.Thí nghiệm 3: Chạy mô hình tĩnh 4.2.3.1.Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước (24h): Lập bảng số liệu Bảng 4.3. Kết quả khử COD ở thời gian lưu nước 24h Ngày Thời gian lưu nước (giờ) Tải trọng (kg COD/m3.ngđ COD vào (mg/l) COD ra (mg/l) Hiệu quả % MLSS (mg/l) pH 1 24 0.6 600 420 30 2215 6.78 2 24 0.6 600 140 76.67 2853 7 3 24 0.6 600 87 85.5 2930 6.65 4 24 0.6 600 87 85.5 3238 6.65 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD ở thời gian lưu nước 24h Nhận xét: Qua đồ thị trên ta thấy ở thời gian lưu nước 24h của giai đoạn chạy tĩnh hiệu quả xử lý COD cao nhất đạt 85.5%. 4.2.3.2.Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước (12h): Lập bảng số liệu Bảng 4.4. Kết quả khử COD ở thời gian lưu nước 12h Ngày Thời gian lưu nước (h) Tải trọng COD vào COD ra Hiệu suất MLSS pH 1 12 1.26 630 400 36.5 2834 7.11 2 12 1.26 630 230 63.5 3253 7.39 3 12 1.26 630 85 86.5 3585 7.4 4 12 1.26 630 85 86.5 3794 7.48 Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD ở thời gian lưu nước 12h Nhận xét: Qua đồ thị trên ta thấy ở thời gian lưu nước 12h của giai đoạn chạy tĩnh hiệu quả xử lý COD cao nhất đạt 86.5% 4.2.3.3.Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước (8h): Lập bảng số liệu Bảng 4.5. Kết quả khử COD ở thời gian lưu nước 8h Ngày Thời gian Tải trọng COD vào COD ra Hiệu suất MLSS pH 1 8 1.85 610 370 39.3 2780 7.23 2 8 1.85 610 220 63.9 2986 7.35 3 8 1.85 610 80 86.88 3465 7.36 4 8 1.85 610 80 86.88 3487 7.56 Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD ở thời gian lưu nước 8h Nhận xét: Qua đồ thị trên ta thấy ở thời gian lưu nước 8h của giai đoạn chạy tĩnh hiệu quả xử lý COD cao nhất đạt 86.88%. 4.2.3.4.Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước (6h): Lập bảng số liệu Bảng 4.6. Kết quả khử COD ở thời gian lưu nước 6h Ngày Thời gian Tải trọng COD vào COD ra Hiệu suất MLSS pH 1 6 2.4 600 360 40 2450 7.23 2 6 2.4 600 190 68.33 2890 7.5 3 6 2.4 600 80 86.67 3336 7.62 4 6 2.4 600 80 86.67 3597 7.56 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD ở thời gian lưu nước 6h Nhận xét: Qua đồ thị trên ta thấy ở thời gian lưu nước 6h của giai đoạn chạy tĩnh hiệu quả xử lý COD cao nhất đạt 86.67%. 4.2.3.5.Chạy tải trọng ứng với thời gian lưu nước (4h): Lập bảng số liệu Bảng 4.7. Kết quả khử COD ở thời gian lưu nước 4h Ngày Thời gian Tải trọng COD vào COD ra Hiệu suất MLSS pH 1 4 3.66 610 480 21.3 2250 7.35 4 3.66 610 310 49.2 2470 7.52 2 4 3.66 610 185 69.67 2870 7.42 4 3.66 610 125 79.5 3060 7.5 3 4 3.66 610 105 82.8 3165 7.56 4 3.66 610 105 82.8 3165 7.52 Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD ở thời gian lưu nước 4h Nhận xét: Qua đồ thị trên ta thấy ở thời gian lưu nước 4h của giai đoạn chạy tĩnh hiệu quả xử lý COD cao nhất đạt 82.8%. Bảng 4.8. số liệu mô hình tĩnh sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần Tải trọng Thời gian COD vào COD ra Hiệu suất MLSS 3.66 4 610 105 82.8 3165 2.4 6 600 80 86.67 3597 1.85 8 610 80 86.88 3387 1.26 12 630 85 86.5 3794 0.6 24 600 87 85.5 3047 Hình 4.8 :Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần Nhận xét: Đồ thị trên cho thấy thời gian lưu nước quá ít ( 4 giờ) không đủ thời gian cho vi sinh vật phát triển, thời gian lưu nước quá lâu ( 24 giờ) tốc độ phát triển của vi sinh vật sẽ ở giai đoạn suy thoái. Chỉ còn lại 3 thời gian lưu nước tốt là 12h, 8h và 6h. Nên chọn thời gian lưu nước 6h là tốt nhất vì hiệu quả xử lý cao 86.67%, đồng thời thời gian lưu nước càng thấp thì thể tích của bể sẽ càng nhỏ, tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành. Bảng 4.9. số liệu mô hình tĩnh sắp xếp theo tải trọng tăng dần Thời gian Tải trọng COD vào COD ra Hiệu suất MLSS 24 0.6 600 87 85.5 3047 12 1.26 630 85 86.5 3794 8 1.85 610 85 86.88 3487 6 2.4 600 80 86.67 3597 4 3.66 610 105 82.8 3165 Hình 4.9.Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sắp xếp theo tải trọng tăng Nhận xét: Hình 4.9 cho thấy hiệu quả xử lý ở 5 tải trọng khác nhau nhìn chung gần như nhau,điều này cho thấy hệ VSV trong bể mô hình thích nghi khá tốt với môi trường nước thải sản xuất nước tương. Tải trọng thích hợp có thể nằm trong giới hạn 2 – 3kgCOD/m3.ngày. Khảo sát khả năng lắng của bùn trong giai đoạn thay đổi nồng độ Trước mỗi lần thay đổi nồng độ, ta cần phải kiểm tra khả năng lắng của bùn qua chỉ số SVI. Sau đây là bảng kết quả kiểm tra khả năng lắng của bùn ứng với 5 nồng độ khác nhau. Bảng 4.10. Kết quả bùn lắng ở các nồng độ và thời gian khác nhau: Thời gian ( phút) Thể tích bùn lắng( ml MLSS/hổn hợp bùn và nước thải) COD = 600 (mg/l) COD = 630 (mg/l) COD = 620 (mg/l) COD = 640 (mg/l) COD = 610 (mg/l) 0 1000 1000 1000 1000 1000 5 750 720 720 650 630 10 570 580 510 470 460 15 480 450 420 350 370 20 390 350 315 305 330 25 360 340 290 280 290 30 350 320 280 275 275 Từ kết quả trên ta tính được giá trị SVI theo công thức: SVI ứng với nồng độ COD = 600 mg/l và MLSS = 3238 SVI ứng với nồng độ COD = 630 mg/l và MLSS = 3794 SVI ứng với nồng độ COD = 620mg/l và MLSS = 3487 SVI ứng với nồng độ COD = 640 mg/l và MLSS = 3597 SVI ứng với nồng độ COD = 610 mg/l và MLSS = 3165 Theo kết quả ở bảng trên ta thấy 5 ÷ 15 phút đầu bùn hoạt tính lắng rất nhanh, sau đó quá trình lắng chậm dần. Nhìn chung ở cả 5 nồng độ khác nhau thì giá trị SVI đều nằm trong giới hạn lắng tốt ( SVI từ 50 ÷ 150) điều này chứng tỏ hoạt tính của bùn khá tốt và chúng hoàn toàn có khả năng xử lý nước thải bằng mô hình bùn hoạt tính hiếu khí. 4.2.4. Thí nghiệm 4: Chạy mô hình động và xác định các thông số động học 4.2.4.1.Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (24h): Lập bảng số liệu Bảng 4.11.Kết quả khử COD ở thời gian lưu nước 24h ở giai đoạn chạy động Ngày Thời gian Tải trọng COD vào COD ra Hiệu suất MLSS pH 1 24 0.67 670 320 52.2 2973 7.25 2 24 0.67 670 180 73.1 3027 7.36 3 24 0.67 670 120 82.1 3934 7.41 4 24 0.67 670 120 82.1 3957 7.25 Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 24 giờ Nhận xét: Đồ thị cho thấy ở thời gian lưu nước 24h bắt đầu ở ngày thứ 3 hiệu quả khử COD đạt 82.1% và ổn định ở ngày thứ 4. 4.2.3.2.Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (12h): Lập bảng số liệu Bảng 4.12.Kết quả khử COD ở giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 12h Ngày tải trọng thời gian COD vào COD ra Hiệu suất MLSS pH 1 1.1 12 550 320 41.8 2590 7.32 2 1.1 12 550 160 71 2846 7.25 3 1.1 12 550 80 85.5 3238 7.65 4 1.1 12 550 80 85.5 3346 7.5 Hình 4.11: Đồ thị biểu diễn quan hệ thời gian và hiệu quả khử COD giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 12 giờ Nhận xét: Hình 4.11 cho thấy ở thời gian lưu nước 12h bắt đầu ở ngày thứ 3 hiệu quả khử đạt 85.5% và ổn định đến ngày thứ 4. 4.2.3.3.Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (8h): Lập bảng số liệu Bảng 4.13.Kết quả khử COD ở giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 8h. Ngày tải trọng thời gian COD vào COD ra Hiệu suất MLSS pH 1 2.01 8 670 245 63.43 2485 7.26 2 2.01 8 670 115 82.84 2605 7.24 3 2.01 8 670 80 88.1 2950 7.35 4 2.01 8 670 80 88.1 3052 7.52 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 8 giờ Nhận xét: Hình 4.12 cho thấy ở thời gian lưu nước 8h bắt đầu ở ngày thứ 2 hiệu quả khử COD đã cao 82.84%, tiếp tục tăng ở ngày thứ 3 với hiệu quả là 88.1% và ổn định đến ngày thứ 4. 4.2.3.4.Chạy tải trọng động ứng với thời gian lưu nước (6h): Lập bảng số liệu Bảng 4.14.Kết quả khử COD ở giai đoạn chạy động với thời gian lưu nước 6h Ngày Thời gian Tải trọng COD vào COD ra Hiệu suất MLSS pH 1 6 2.08 520 360 30.77 1937 7.23 2 6 2.08 520 190 63.46 2275 7.5 3 6 2.08 520 90 82.7 2575 7.62 4 6 2.08 520 90 82.7 2630 7.56 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD ở thời gian lưu nước 6h Nhận xét: Hình 4.13 cho thấy ở thời gian lưu nước 6h bắt đầu ở ngày thứ 3 hiệu quả đạt 82.7% và ổn định ở ngày thứ 4. Bảng 4.15. số liệu mô hình động sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần Tải trọng Thời gian COD vào COD ra Hiệu suất MLSS 2.08 6 520 90 82.7 2630 2.01 8 670 80 88.1 3052 1.1 12 550 80 85.5 3346 0.67 24 670 120 82.1 3957 Hình 4.14 :Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sắp xếp theo thời gian lưu nước tăng dần Nhận xét: Đồ thị trên cho thấy thời gian lưu nước ngắn ( 6 giờ) không đủ thời gian cho vi sinh vật phát triển, thời gian lưu nước quá lâu ( 24 giờ) vi sinh vật có xu hướng bị già cổi (phân hủy nội bào). Chỉ còn lại 2 thời gian lưu nước có thể chấp nhận được là12h và 8h . Do đó, ta chọn thời gian lưu nước 8h là phù hợp nhất xét trên phương diện hiệu quả xử lý (88.1%), đồng thời khi thời gian lưu nước thấp thì thể tích của bể sẽ nhỏ hơn giúp, tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành. Bảng 4.16. số liệu mô hình động sắp xếp theo tải trọng tăng dần Thời gian (giờ) Tải trọng (kgCOD/ m3.ngày) COD vào (mg/l) COD ra (mg/l) Hiệu suất % MLSS (mg/l) 24 0.67 670 120 82.1 3957 12 1.1 550 80 85.5 3346 8 2.01 670 80 88.1 3052 6 2.08 520 90 82.7 2630 Hình 4.15. Đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD sắp xếp theo tải trọng tăng dần Nhận xét: Hình 4.9 cho thấy tải trọng 2.01kgCOD/m3.ngày là phù hợp xét trên phương diện thời gian lưu nước (ứng với t = 8h) và hiệu suất xử lý đạt cao nhất (88.1%). Các tải trọng khác đều có hiệu quả xử lý thấp hơn tải trọng trên. 4.2.5. Xác định các thông số động học Các hệ số động học của quá trình sinh học hiếu khí bao gồm hằng số bán vận tốc Ks, tốc độ sử dụng cơ chất tối đa K, tốc độ sinh trưởng vùng tối đa mm, hệ số sản lượng tối đa Y và hệ số phân huỷ nội bào Kd. Các thông số này được xác định theo 2 phương trình sau: Trong đó: X : Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS, (mg/l) θ : Thời gian lưu nước, (ngày) θb : Thời gian lưu bùn, (ngày) S0 : Hàm lượng COD ban đầu (mg/l) S : Hàm lượng COD ở thời gian lưu nước (mg/l) Dựa vào số liệu thí nghiệm bằng phương pháp hồi quy tuyến tính, xác định mối quan hệ bậc nhất (y = ax + b) giữa các thông số động học trên qua việc tìm hệ số a và b của đường thẳng y = ax + b Lập bảng chọn lựa như sau: Cột S: Lấy từ lúc bắt đầu chạy với t = 1 ngày đến khi COD bắt đầu giảm (chạy động) Lấy tiếp giá trị khi chạy với t = 0,5 ngày ở COD max (chạy động) Lấy tiếp giá trị khi chạy tĩnh (tăng tải trọng) với t = 24(h), t = 12(h), t = 6(h). Bảng 4.17. Số liệu xác định các thông số động học So S q = qb X 1/S Xq/(So -S) (So -S)/Xq 1/qb 670 320 1 2973 0.0031 8.4943 0.1177 1 670 180 1 3027 0.0056 6.1775 0.1619 1 670 120 1 3934 0.0083 7.1527 0.1398 1 550 80 0.5 3238 0.0125 3.4447 0.2903 2 600 87 1 3047 0.0115 5.9395 0.1684 1 630 85 0.5 3794 0.0118 3.4807 0.2873 2 600 80 0.25 3597 0.0125 1.7293 0.5782 4 Từ số liệu trên ta có thể vẽ được 2 đường thẳng hồi quy tuyến tính để xác định các thông số động học như sau: a = y b = - Kd Hình 4.16. Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số Y và Kd Ta có phương trình: y = 6.8908x – 0.0021 Hình 4.17 . Đường thẳng hồi quy tuyến tính xác định thông số K và KS Ta có phương trình: y = 302.84x + 1.1651 Kết luận : từ 2 phương trình hồi quy tuyến tính ta xác định được giá trị các thông số động học trong quá trình xử lý của mô hình như sau  Kết luận: Trong Industrial Wastewater Treatment, 2006, NG.Wun Jern, NUS, Imperial College Press có các giới hạn đối với các thông số động học trong nước thải sản xuất nước tương so với các giá trị động học tìm được ở trên là phù hợp. 4.3. Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sản xuất nước tương Lam Thuận Hình 4.18. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Nước vào Bể điều hòa Song chắn rác Bể Aerotank Hố thu Bể lắng sơ bộ Bể khử trùng Bể lắng 2 Bể chứa bùn Bùn tuần hoàn Nước sau xử lý Khí nén Sân phơi bùn Hóa chất trung hòa (nếu cần) CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1. KẾT LUẬN Các kết quả thu được trong thời gian thực hiện đồ án bao gồm: Khảo sát được quy trình làm nước tương bằng phương pháp lên men kết hợp hóa giải (là phương pháp đang được áp dụng rộng rãi hiện nay để hạn chế độc tố 3 – MCPD ), cũng như đã tìm hiểu được tính chất và thành phần của nước thải sản xuất nước tương. Xây dựng và vận hành mô hình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính. Hiệu quả xử lý trên mô hình đạt 87%. Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn TCVN 5945 – 2005, loại B. Dựa vào kết quả chạy mô hình, đã xác định được các thông số động học của quá trình xử lý nước thải sản xuất nước tương (K, Ks, Kd, Y) để làm tài liệu tham khảo cho những tính toán thiết kế hệ thống xử lý, cũng như hoàn thiện quy trình xử lý. Từ kết quả thu được, có thể kết luận nước thải sản xuất nước tương có khả năng được xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí đạt hiệu quả cao. 5.2. KIẾN NGHỊ Trong quá trình thực hiện đề tài, việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ban đầu mới chỉ dừng lại ở việc thông qua các thông số COD, BOD5, pH và SS. Thông số Nitơ trong nước thải đầu ra vẫn chưa được kiểm soát và đánh giá khả năng tăng trưởng của VSV đối với cơ chất chứa Nitơ. Đây là một hạn chế của đề tài do thời gian thực hiện khá ngắn (12 tuần). Vì vậy, cần tiếp tục bổ sung những nghiên cứu sâu hơn về khả năng xử lý Nitơ trên mô hình bùn hoạt tính kết hợp với xác định các thông số động học của quá trình khi cơ chất là các hợp chất chứa Nitơ (Nitrat hóa và phản nitrat). TÀI LIỆU THAM KHẢO TS. Trịnh Xuân Lai,2008, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, Hà Nội. Nguyễn Đức Lượng, 2003, Nguyễn Thị Thùy Dương, Công nghệ sinh học môi trường – Tập 1: Công nghệ xử lý nước thải, NXB Đại Học Quốc Gia TP. HCM. Nguyễn Đức Lượng, Công nghệ Vi sinh vật, Đại Học Kỹ thuật TP.HCM Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga,1999, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội. Trần Hiếu Nhuệ, 1990, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB Đại Học Xây Dựng, Hà Nội. PGS.TS.Lương Đức Phẩm,2003, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo Dục. PGS.TS. Nguyễn Văn Phước,2007, Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học, NXB Xây Dựng. PGS.TS.Nguyễn Văn Phước, 2004, Xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM. Trần Thị Thanh,2007, Công nghệ vi sinh, NXB Giáo Dục. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân,2008, Xử lý nước thải đô thị & công nghiệp – tính toán thiết kế công trình, NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM. NG Wun Jern, 2006, Industrial Wastewater Treatment, NUS, Imperial College Press. Metcalf and Eddy inc, Wastewater Engineering – Treatment and Reuse, (4th Edition), 2003, Mc Graw – Hill Lawrence K. Wang, Biological Treatment Processes, 2009, Humana Press. website: website: website: PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HỌA Mô hình thí nghiệm Mô hình thí nghiệm Máy đun COD Ống nghiệm COD Quá trình chuẩn độ COD Quá trình chuẩn độ COD Chai BOD Ống Imhoff Mô hình thí nghiệm