ứng dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ cho nước thải thủy sản

1.1. Đặt vấn đề Ngành chế biến thủy sản (CBTS) tại Việt Nam tiêu thụ một lượng nước lớn 40 -114 m3/tấn thành phẩm, trung bình 1 tấn thành phẩm thải ra một lượng nước thải khá lớn khoảng 70-120 m3 nước thải/tấn sản phẩm ( Doste TpHCM và CEFINEA, 1998 ). Nước thải thủy sản có nồng độ nitơ, photpho rất cao, nếu không được quan tâm xử lý đúng mức và thải vào môi trường có thể là nguồn dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong rêu, tảo,… gây nên hiện tượng phú dưỡng hoá, gây ra sự thiếu hụt oxy hoà tan trong nước; ammnia hoà tan với nồng độ > 0,2 mg/l đã có thể gây chết cho nhiều loài cá và thủy sinh vật và là nguồn chất độc đối với hệ sinh thái xung quanh.. Để giải quyết vấn đề gây ô nhiễm môi trường, hầu hết các nhà máy CBTS đặt ra mục tiêu xây dựng và hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải (hệ thống xử lý cuối đường ống) là hàng đầu, nhằm đáp ứng những yêu cầu về công tác quản lý, bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, thực tế cho thấy rằng việc đầu tư cho các công trình xử lý chất thải cuối đường ống thường rất tốn kém. Hiệu quả của việc đầu tư này chỉ cải thiện được phần nào tình trạng ô nhiễm môi trường với điều kiện các công trình xử lý được vận hành thường xuyên, đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật và đòi hỏi chi phí việc vận hành tương đối lớn. Theo Sở khoa học công nghệ và môi trường (1998), tiền đầu tư cho một hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính cho nhà máy thủy sản với lưu lượng 200m3/ngày tải lượng BOD5 180-200kg/ngày khoảng 70.000 USD, chi phí vận hành, bảo dưỡng, xử lý là 0,25 USD/m3. Đây là một trở ngại lớn trong quá trình hoạt động của các nhà máy CBTS. Như vậy, việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cũng như xử lý nitơ, photpho cho các nhà máy CBTS nói riêng và các ngành công nghiệp nói chung ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi cấp bách nhằm ứng dụng trong công nghệ xử lý nước thải hiện nay sao cho thỏa mãn điều kiện kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng: bùn hạt hiếu khí có nhiều ưu điểm hơn so với bùn hoạt tính thông thường: ổn định; khả năng lắng tốt; duy trì nồng độ sinh khối cao; có khả năng chịu được tải trọng chất hữu cơ cao có thể lên đến 15 kg COD/m3.ngày đêm (trong khi đó bùn hoạt tính 0,5-2 kg COD/ m3.ngày đêm); chịu sốc tải lượng...và xử lý đồng thời nitrogen, photpho.Và khả năng xử lý ammonia nồng độ cao 1.000- 1.400 mg/m3, hiệu quả xử lý > 80% ( Tsuneda và cộng sự, 2003) . Khả năng xử lý của bùn hạt hiếu khí gấp 7 lần và chi phí xử lý thấp so với bùn hoạt tính thông thường. Tuy nhiên các nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí rất hạn chế tại Việt Nam, chỉ có nhóm nghiên cứu Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải nghiên cứu tạo hạt trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao. Nghiên cứu áp dụng bùn hạt hiếu khí để xử lý nitơ hầu như chưa được nghiên cứu. Do đó, “ nghiên cứu ứng dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ cho nước thải thủy sản ” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn… 1.2. Tính mới của đề tài Công nghệ bùn hạt hiếu khí là công nghệ mới và đang được bắt đầu ứng dụng trên thế giới. Tại Việt Nam các nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí rất hạn chế, chỉ có nhóm nghiên cứu Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải nghiên cứu tạo hạt trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao. Nghiên cứu ứng dụng bùn hạt để xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ trên nước thải thủy sản là vấn đề mới. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ kết hợp cho nước thải thủy sản. 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nước thải chế biến thủy sản. - Mô hình nghiên cứu là bể SBAR với chế độ hoạt động tự động theo thời gian nạp liệu, sục khí, lắng và rút nước. - Bùn hạt hiếu khí với chất mang là vỏ sò. - Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 1.5. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tập trung với hai nội dung chính: 1. Nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ kết hợp của bùn hạt khí tăng đồng thời tải trọng chất hữu cơ và tải trọng nitơ tương ứng 2,6 kgCOD/m3.ng; 4,8 kgCOD/m3.ng; 7,2kgCOD/m3.ng. 2. Nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ kết hợp của bùn hạt khi giữ ổn định tải trọng chất hữu cơ 2,6 kg COD/m3.ngày và tăng tải trọng nitơ lần lượt 0,3 kgN/m3.ng; 0,6 kgN/m3.ng và 0,9 kgN/m3.ng. 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.6.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu của đề tài có kế thừa thành quả của các nghiên cứu trước. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này tạo cơ sở và tiền đề để nghiên cứu áp dụng bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải thủy sản ngoài thực tế và một số nước thải có tải trọng chất hữu cơ và nitơ cao.

CHƯƠNG1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Ngành chế biến thủy sản (CBTS) tại Việt Nam tiêu thụ một lượng nước lớn 40

-114 m3/tấn thành phẩm, trung bình 1 tấn thành phẩm thải ra một lượng nước thải khá lớn khoảng 70-120 m3nước thải/tấn sản phẩm ( Doste TpHCM và CEFINEA, 1998 )

Nước thải thủy sản có nồng độ nitơ, photpho rất cao, nếu không được quan tâm

xử lý đúng mức và thải vào môi trường có thể là nguồn dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong rêu, tảo,… gây nên hiện tượng phú dưỡng hoá, gây ra sự thiếu hụt oxy hoà tan trong nước; ammnia hoà tan với nồng độ > 0,2 mg/l đã có thể gây chết cho nhiều loài cá và thủy sinh vật và là nguồn chất độc đối với hệ sinh thái xung quanh

Để giải quyết vấn đề gây ô nhiễm môi trường, hầu hết các nhà máy CBTS đặt ra mục tiêu xây dựng và hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải (hệ thống xử lý cuối đường ống) là hàng đầu, nhằm đáp ứng những yêu cầu về công tác quản lý, bảo vệ môi trường Tuy nhiên, thực tế cho thấy rằng việc đầu tư cho các công trình xử lý chất thải cuối đường ống thường rất tốn kém Hiệu quả của việc đầu tư này chỉ cải thiện được phần nào tình trạng ô nhiễm môi trường với điều kiện các công trình xử lý được vận hành thường xuyên, đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật và đòi hỏi chi phí việc vận hành tương đối lớn Theo Sở khoa học công nghệ và môi trường (1998), tiền đầu tư cho một

hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính cho nhà máy thủy sản với lưu lượng 200m3/ngày tải lượng BOD5 180-200kg/ngày khoảng 70.000 USD, chi phí vận hành, bảo dưỡng, xử lý

là 0,25 USD/m3 Đây là một trở ngại lớn trong quá trình hoạt động của các nhà máy CBTS

Như vậy, việc tìm kiếm giải pháp cho việc xử lý nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cũng như xử lý nitơ, photpho cho các nhà máy CBTS nói riêng và các ngành công

nghiệp nói chung ở điều kiện cụ thể của Việt Nam là một đòi hỏi cấp bách nhằm ứng dụng trong công nghệ xử lý nước thải hiện nay sao cho thỏa mãn điều kiện kinh tế, kỹ thuật và bảo vệ môi trường

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng: bùn hạt hiếu khí có nhiều ưu điểm hơn so với bùn hoạt tính thông thường: ổn định; khả năng lắng tốt; duy trì nồng độ sinh khối cao;

có khả năng chịu được tải trọng chất hữu cơ cao có thể lên đến 15 kg COD/m3

.ngày đêm (trong khi đó bùn hoạt tính 0,5-2 kg COD/ m3.ngày đêm); chịu sốc tải lượng và

xử lý đồng thời nitrogen, photpho.Và khả năng xử lý ammonia nồng độ cao 1.000- 1.400 mg/m3, hiệu quả xử lý > 80% ( Tsuneda và cộng sự, 2003) Khả năng xử lý của bùn hạt hiếu khí gấp 7 lần và chi phí xử lý thấp so với bùn hoạt tính thông thường Tuy nhiên các nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí rất hạn chế tại Việt Nam, chỉ có nhóm

nghiên cứu Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải nghiên cứu tạo hạt

trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao Nghiên cứu áp dụng bùn

hạt hiếu khí để xử lý nitơ hầu như chưa được nghiên cứu Do đó, “ nghiên cứu ứng dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ cho nước thải thủy sản ” là cần thiết và có

ý nghĩa thực tiễn…

1.2 Tính mới của đề tài

Công nghệ bùn hạt hiếu khí là công nghệ mới và đang được bắt đầu ứng dụng trên thế giới Tại Việt Nam các nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí rất hạn chế, chỉ có

nhóm nghiên cứu Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải nghiên cứu tạo

hạt trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao Nghiên cứu ứng dụng bùn hạt để xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ trên nước thải thủy sản là vấn đề mới

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng bùn hạt hiếu khí xử lý COD và nitơ kết hợp cho nước thải thủy sản

1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Nước thải chế biến thủy sản

- Mô hình nghiên cứu là bể SBAR với chế độ hoạt động tự động theo thời gian nạp liệu, sục khí, lắng và rút nước

- Bùn hạt hiếu khí với chất mang là vỏ sò

-Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

1.5 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung với hai nội dung chính:

1 Nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ kết hợp của bùn hạt khí tăng đồng thời tải trọng chất hữu cơ và tải trọng nitơ tương ứng 2,6 kgCOD/m3

.ng; 4,8 kgCOD/m3.ng; 7,2kgCOD/m3.ng

2 Nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ kết hợp của bùn hạt khi giữ ổn định tải trọng chất hữu cơ 2,6 kg COD/m3

.ngày và tăng tải trọng nitơ lần lượt 0,3 kgN/m3.ng; 0,6 kgN/m3.ng và 0,9 kgN/m3.ng

1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.6.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu của đề tài có kế thừa thành quả của các nghiên cứu trước

Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này tạo cơ sở và tiền đề để nghiên cứu áp dụng bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải thủy sản ngoài thực tế và một số nước thải có tải trọng chất hữu cơ và nitơ cao

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hạt hiếu khí rất triển vọng trong tương lai Với các ưu điểm của hệ thống xử lý như diện tích mặt bằng nhỏ, thời gian xử lý nhanh, hiệu quả xử lý cao, lượng bùn thải ra thấp, v.v… nên việc áp dụng kỹ thuật này giúp giảm phần nào chi phí xử lý nước thải và giảm được nồng độ chất ô nhiễm thải ra môi trường

Kết quả của đề tài mang tính thực tiễn cao, và có thể áp dụng xử lý nước thải có tải trọng chất hữu cơ và nitơ cao

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về ngành chế biến thủy sản ở Việt Nam

2.1.1 Giới thiệu về ngành chế biến thủy sản

Bờ biển Việt Nam dài hơn 3.200 km tạo tiềm năng to lớn cho ngành thuỷ sản, giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế thị trường Trong năm 2006, ngành thuỷ sản đã tạo công ăn việc làm thường xuyên trong lĩnh vực đánh bắt cá, nuôi trồng thuỷ sản và chế biến hải sản cho hơn 4 triệu người trong đó có trên 150.000 người làm việc trong ngành chế biến hải sản

Trong những năm gần đây, khoảng 24% lượng sản phẩm đầu ra dùng xuất khẩu

và một phần khoảng 35% thủy sản tươi bán cho thị trường địa phương, 41% còn lại dùng chế biến nước mắm và làm khô Hiện tại, các cơ sở chế biến thủy sản chủ yếu sản xuất mặt hàng đông lạnh Đây cũng là mặt hàng chính để xuất khẩu Các mặt hàng xuất khẩu chủ yếu là tôm đông lạnh, cá đông lạnh, mực đông lạnh… xuất khẩu thủy sản sang 140 thị trường, chủ yếu: Nhật, Châu Âu, EU… Kim ngạch xuất khẩu ngày càng tăng trong những năm gần đây Năm 2004, kim ngạch xuất khẩu chỉ đạt 2.400 triệu

USD, năm 2005 tăng lên 2.738 triệu USD, năm 2006 đạt 3.357 triệu USD (Nguồn bộ thủy sản)

Cùng với sự phát triển vượt bậc về sản lượng cũng như mặt hàng xuất khẩu, thì quy mô các cơ sở chế biến cũng tăng đáng kể Vào năm 1990 có 102 cơ sở, lên 168 cơ

sở vào năm 1998 rồi lên 264 cơ sở năm 2001 Hiện nay, cả nước có gần 500 doanh nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, trong đó có 246 doanh nghiệp đủ tiêu chuẩn xuất khẩu vào thị trường EU, 320 doanh nghiệp được công nhận đủ tiêu chuẩn xuất khẩu vào thị trường Hàn Quốc và 288 doanh nghiệp được xuất khẩu vào thị trường Trung Quốc, 255 cơ sở đạt tiêu chuẩn xuất khẩu vào Thuỵ Sỹ và Canada, 248 đơn vị đạt tiêu chuẩn của Hoa Kỳ… đạt kim ngạch xuất khẩu 3,35 tỷ USD Việt Nam tạo được thế

đứng vững chắc trên thị trường thuỷ sản thế giới đứng thứ 7 trên thế giới về kim ngạch

xuất khẩu thủy sản (Nguồn bộ thủy sản)

Bên cạnh việc phát triển về số lượng các cơ sở sản xuất, ngành chế biến thủy

sản Việt Nam còn chú trọng tới chất lượng sản phẩm và điều kiện an toàn vệ sinh thực phẩm trong quá trình sản xuất Nhờ sự giúp đỡ các chuyên gia dự án US/VIE/98/058

và dự án cải thiện, xuất khẩu thủy sản do DNA/DA tài trợ các cơ sở CBTS đã xây dựng

chương trình quản lý sản xuất theo HACCP (Nguồn bộ thủy sản)

2.1.2 Một số quy trình chế biến thủy sản hiện nay

a Quy trình sản xuất cá phi lê

Hình 2.1 Quy trình sản xuất cá phi lê

(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005)

b Quy trình sản xuất cá nguyên con:

Hình 2.2 Quy trình sản xuất đá nguyên con (Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005)

Tiếp nhận và bảo quản nguyên liệu

Vào khuôn Phân cở

Chế biến (lột vỏ, bỏ đầu, rút chỉ)

Nước thải

Chất thải rắn Nước thải

Làm đông Tôm

c Quy trình chế biến mực đông lạnh:

Hình 2.3 Quy trình chế biến mực đông lạnh

(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005)

d Quy trình chế biến tôm đông lạnh:

Hình 2.4 Quy trình chế biến tôm đông lạnh

(Nguồn Lê Hồng Dương – Luận văn thạc sĩ, 2005

2.1.3 Thành phần tính chất nước thải thủy sản

Thành phần và tính chất của nước thải chế biến thủy sản chủ yếu là chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ động vật dễ bị phân hủy (chủ yếu là các hợp chất của protit và các axit béo bão hòa) Nước thải ngành này có chỉ tiêu COD dao động trong khoảng

Tiếp nhận và bảo quản nguyên liệu

Vào khuôn Phân cở

Chế biến (lột vỏ, bỏ đầu, rút chỉ)

Nước thải

Chất thải rắn Nước thải

Làm đông Tôm

400 mg/L, trong nước thường chứa vụn thủy sản, các vụn này rất dễ lắng, dễ gây nghẽn đường ống Hàm lượng nitơ và photpho rất cao (Ntc = 57 – 120 mg/L , Ptc = 13 – 90 mg/L), điều này cho thấy mức độ ô nhiễm chất dinh dưỡng lớn nên khả năng gây phú dưỡng tại nguồn tiếp nhận là không tránh khỏi

Theo các sơ đồ công nghệ sản xuất nêu trên thì các công đoạn tạo nên nước thải chứa nitơ và photpho bao gồm công đoạn rửa nguyên liệu , công đoạn sơ chế, …

Nói tóm lại, nước thải ngành chế biến thủy sản vượt quá nhiều lần so với quy định cho phép xả vào nguồn loại B của quốc gia (vượt từ 5 – 10 lần về chỉ tiêu COD và BOD, 7 – 15 lần chỉ tiêu N hữu cơ ), lưu lượng nước thải trên một đơn vị sản phẩm cũng rất lớn, do đó cần có những biện pháp khắc phục để ngăn ngừa các ảnh hưởng xấu do ô nhiễm

Tham khảo số liệu về tính chất nước thải ngành chế biến thủy sản như sau

Bảng 2.1 Thành phần và tính chất nước thải các nhà máy chế biến hải sản ở Bà

Rịa-Vũng Tàu

– Lưu lượng – BOD5– Tổng chất rắn lơ lửng – Tổng Nitơ

– Tổng Phốtpho – pH

(Nguồn Phan Thu Nga – luận văn cao học 1997 )

Bảng 2.2 Thành phần và tính chất nước thải xí nghiệp đông lạnh Cầu Tre

350 12.66 0.04 94.95

96 21.52 0.04 69.63

321 28.5 0.03 107.61

286 15.83 0.02 85.46

Mẫu 1: Nước thải phân xưởng hải sản đông lạnh (cống chung 1)

Mẫu 2: Nước thải xả chung

Mẫu 3: Nước thải phân xưởng hải sản đông lạnh (cống chung 2)

Mẫu 4: Cống xả phân xưởng hải sản đông lạnh

Bảng 2.3 Thành phần và tính chất nước thải công ty chế biến thủy sản

36 152.71

32

198 0.1

-

1200

(Nguồn Phan Thu nga – luận văn cao học 1997) Ghi chú

Mẫu 1 : Nước thải chế biến mực

Mẫu 2 : Nước thải chế biến tôm

Mẫu 3 : Nước thải phân xưởng đông lạnh

Mẫu 4 : Cống xã phân xưởng hải sản đông lạnh

Bảng 2.4 Thành phần và tính chất nước thải xí nghiệp chế biến thực phẩm xuất

khẩu Tân Thuận

Mẫu 1 : Nước thải chế biến mực

Mẫu 2 : Nước thải chế biến tôm

Mẫu 3 : Nước thải phân xưởng đông lạnh

Mẫu 4 : Cống xã phân xưởng hải sản đông lạnh

2.2 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải thủy sản

2.2.1 Một số quy trình công nghệ xử lý nước thải thải thủy sản

10 Thùng đựng chlorine

11 Máy nén khí

12 Ngăn thu bùn tươi

13 Bể nén bùn trọng lực

Hình 2.6 Trạm xử lý nước thải thực phẩm của công ty Seaspimex (phương án 2)

8.Bể lắng ngang đợt II 9.Máng trộn, bể tiếp xúc chlorine

10Thùng đựng chlorine

11.Máy nén khí 12.Ngăn thu bùn tươi 13.Bể nén bùn trọng lực 14.Bể metan

15.Thiết bị ép bùn 16.Trạm bơm nước thải

Hình 2.7 Công nghệ xử lý nước thải của ngành chế biến thủy sản công ty

Agrex Sài Gòn - CEFINEA

Bùn tuần hoàn khí

SONG CHẮN RÁC

BỂ THU GOM

MÁY SÀNG RÁ C

BỂ ĐIỀU HÒA

BỂ UASB

BỂ LỌC SINH HỌC

BỂ LẮNG

BỂ TIẾP XÚC

NƯỚC THẢI

THÙNG THU RÁC

THÙNG THU RÁC SÂN PHƠI CÁT

BỂ THU BÙN

BỂ NÉN BÙN

MÁY ÉP BÙN

BỂ THU NƯỚC DƯ Nước tuần hoàn

Hình 2.8 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải cơng ty chế biến thủy sản NATFISHCO

Hình 2.9 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải cơng ty chế biến thủy sản

Việt – Nga 2.2.2 Hiện trạng cơng nghệ xử lý nước thải

Theo kết quả điều tra của Trung tâm cơng nghệ mơi trường ENTEC năm 2005, lấy mẫu và khảo sát thực tế tại 50 cơ sở chế biến thủy sản tồn quốc cho thấy:

- Hầu hết các cơng nghệ xử lý nước thải ngành CBTS là cơng nghệ xử lý sinh học hiếu khí

- Chỉ cĩ 25/50 cơ sở xử lý nước thải đạt một số chỉ tiêu như BOD5, COD…đạt TCVN 5945-2005 (cột B), nhưng chỉ tiêu N, P chưa đạt tiêu chuẩn thải Theo kết quả phân tích mẫu để nghiệm thu các cơng trình xử lý của cơng ty TNHH mơi trường

Lưới chắn rác 5mm

Bùn tuần hoàn Bùn

Thải bỏ

Lưới chắn 2mm Nước thải

Chế biến thức

ăn gia súc

Bể thu gom

Sân phơi bùn

Bể phân hủy bùn

Bể lắng II

Bể khử trùng

Sơng Sài Gịn

SCR

Thăng Long tại một số nhà máy CBTS Đồng Tháp, An Giang, Bình Thuận cho thấy chỉ tiêu amonia nằm trong khoảng 15- 18,2mg/l (cao hơn so với TCVN 5945-2005)

- Những cơ sở đạt một số chỉ tiêu cho phép, đa phần các cơ sở đã áp dụng SXSH vào sản xuất, hệ thống xử lý chất thải có chất lượng cao

Với các công nghệ xử lý như hiện nay thì chỉ có 25/50 cơ sở xử lý nước thải đạt một số chỉ tiêu như BOD5, COD…đạt TCVN 5945-2005 (cột B), nhưng chỉ tiêu N, P chưa đạt tiêu chuẩn thải Chỉ tiêu N- ammonia nằm trong khoảng 15- 18,2mg/l (cao hơn so với TCVN 5945-2005) ( theo kết quả điều tra của Trung tâm công nghệ môi trường ENTEC năm 2005, lấy mẫu và khảo sát thực tế tại 50 cơ sở chế biến thủy sản toàn quốc )

Theo kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả Nguyễn Phước Hòa, Đặng Viết Hùng, Nguyễn Văn Phước (khoa môi trường, ĐHBK TpHCM), dùng mô hình UASB

xử lý nước thải thủy sản có nồng độ COD 1.692 - 2.604 mg/l, nồng độ tổng N tương ứng là 147 – 226 mg/l, nồng độ tổng P tương ứng là 187 – 289 mg/l thì hiệu suất xử lý COD đạt 89,75% (đầu ra COD 234 – 314 mg/l), hiệu suất xử lý N là 21,46% và hiệu suất xử lý tổng P là 21,87% Và mô hình bùn hoạt tính có nồng độ COD 579 – 784 mg/l, nồng độ tổng N tương ứng là 50,66 – 68,85 mg/l, nồng độ tổng P tương ứng là 64,35 – 87,12 mg/l thì hiệu quả xử lý COD đạt 95%, hiệu suất xử lý tổng nitơ là 51,39% và hiệu suất xử lý P là 35,3%

Như vậy, công nghệ xử lý nước thải chưa triệt để Công nghệ xử lý nước thải hiện tại chưa xử lý triệt để lượng nitơ, photpho trong nước thải Để xử lý triệt để cần phải kết hợp công nghệ xử lý bậc 3 (xử lý chất dinh dưỡng) Do đó, cần nghiên cứu công nghệ thích hợp để xử lý triệt để Nitơ (cụ thể ammonia ) trong nước thải CBTS nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

2.3 Tổng quan về bùn hạt hiếu khí

2.3.1 Giới thiệu

Bùn là sinh khối của sinh vật đã sử dụng chất dinh dưỡng có trong nước thải hình thành nên Hạt vi sinh có thể xem như là sự tập hợp các vi sinh vật kết lại dày đặc với hình dáng bên ngoài là hình cầu Mỗi bùn hạt bao gồm hàng triệu vi sinh vật và nhiều loài vi sinh vật khác nhau Mỗi loài vi sinh vật có chức năng khác nhau trong quá trình xử lý nước thải Tùy vào môi trường, điều kiện nuôi cấy mà thành phần vi sinh vật trong bùn hạt hiếu khí khác nhau, bao gồm các nhóm vi sinh vật dị dưỡng, nitrate hóa, khử nitrate, vi sinh vật tích lũy photpho, glycogen… Có thể nói bùn hạt là một trường hợp phát triển đặc biệt của màng vi sinh Một số tác giả Tijhuis và cộng sự (1994), Jang và cộng sự (2003) nhìn nhận bùn hạt như màng sinh học hình cầu lơ lửng bao gồm các tế bào vi sinh, các hạt bên trong, các polymer ngoại bào (EPS) bao phủ bên ngoài

Nhiều nghiên cứu cho rằng quá trình hình thành bùn hạt là quá trình tự cố định các tế bào vi sinh dưới các điều kiện tương đối ổn định lý-hóa-sinh

Mầm bùn để hình thành bùn hạt có thể từ bùn kỵ khí (Linlin và cộng sự, 2005), bùn hoạt tính (Wang và cộng sự, 2004; Beun và cộng sự, 1998)

Hình 2.10 Cấu tạo bùn hạt hiếu khí (a) nuôi cấy với nguồn carbon là

glucose; (b) nuôi cấy với nguồn carbon là acetate (Tay và cộng sự, 2001)

Quá trình hình thành bùn hạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

Nguồn carbon, tải trọng chất hữu cơ (OLR), thủy lực và lực cắt, vận tốc và thời gian lắng, chu kỳ hoạt động, thời gian rút nước, hình dạng bể nuôi cấy, EPS, tỷ lệ N/C

và nồng khí ammonia…nhưng trong đó quan trọng nhất là tải trọng chất hữu cơ, chế độ thủy lực trong hệ thống và thời gian lắng

2.3.2 Đặc điểm của bùn hạt hiếu khí

2.3.2.1 Cấu trúc bùn hạt

Bùn hạt có chứa nhiều rãnh và lổ rỗng có thể xâm nhập ở độ sâu 900 µm từ từ

bề mặt bùn hạt Độ xốp tồn tại ở độ sâu 300-500 µm tính từ bề mặt Những rãnh và lỗ rỗng này sẽ thuận lợi cho việc vận chuyển oxy và các chất dinh dưỡng vào bên trong

bùn hạt và sản phẩm trao đổi chất ra bên ngoài Vi khuẩn Nitrosomonas spp cũng tồn

tại trong bùn hạt ở độ sâu 70-100 µm tính từ bề mặt bùn hạt và vi khuẩn kỵ khí

Bacteroides spp tồn tại ở độ sâu 800 -1000 µm

Hình 2.11 Cấu trúc bùn hạt hiếu khí (Wang và cộng sự, 2007) 2.3.2.2 Thành phần vi sinh vật trong bùn hạt

Các vi khuẩn acid hóa, nitrate hóa, khử nitrate, vi khuẩn dị dưỡng, vi khuẩn tích lũy phospho, vi khuẩn tích lũy glycogen cùng tồn tại đồng thời bên trong bùn hạt (Jang và cộng sự., 2003; Tsuneda và cộng sự, 2003; Yang và cộng sự, 2003)

Thành phần và số lượng các chủng loại vi sinh vật thay đổi tùy thuộc vào từng loại cơ chất, tải lượng các chất hữu cơ, N/C trong nước thải và điều kiện môi trường nuôi cấy Với cơ chất là glucose sự thành lập bùn hạt chủ yếu là vi khuẩn filamentous, trong khi đó cơ chất là acetate thì vi khuẩn hình ve chiếm ưu thế Khi tỷ lệ N/C tăng cao thì vi khuẩn dị dưỡng giảm, gia tăng vi khuẩn nitrate hóa và khử nitrate

(Yang và cộng sự, 2003) Điều này càng thể hiện khả năng của bùn hạt có khả năng xử

lý đồng thời chất hữu cơ, nitơ và photpho

VSS/SS ở thời gian lưu nước 3 giờ có VSS/SS là 0,92 nhưng ở thời gian lưu nước 12

giờ chỉ còn 0,84 (Wang và cộng sự, 2005)

2.3.2.4 Hình thái và kích thước bùn hạt

Quan sát dưới kính hiển vi cho thấy, hình thái bùn hạt hiếu khí hoàn toàn khác biệt với bông bùn Hình dáng bên ngoài là hình cầu, hình khối lập phương, hình ellip

và nấm đồng đều, dày đặc (Peng và cộng sự,1999; Tay và cộng sự, 2001)

Trong đặc điểm bùn hạt, kích thước hạt bùn rất quan trọng, đánh giá tốc độ phát triển, mật độ và khả năng duy trì sinh khối của các vi sinh trong hạt bùn Tùy thuộc vào

cơ chất, thủy lực, lực cắt và điều kiện nuôi cấy ban đầu, kích thước của bùn hạt ổn định dao động từ 0,2 – 9 mm Kích thước bùn hạt có ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán cơ chất và oxy hòa tan vào trong bùn hạt Điều này ảnh hưởng đến khả năng xử lý các chất hữu cơ và nitơ

Hình 2.12 Hình thái bông bùn (a) và bùn hạt (b) (Peng và cộng sự, 1999)

Kích thước bùn hạt càng lớn, thì khả năng xuất hiện vùng hiếu khí và kỵ khí bên trong bùn hạt càng cao Bùn hạt hiếu khí với kích thước nhỏ hơn thì mật độ sinh khối

trong bể cao hơn so với bùn hạt có kích thước lớn hơn (Yang và cộng sự, 2004)

2.3.2.5 Khả năng lắng

Tính lắng của bùn được thể hiện qua chỉ số lắng SVI:

- SVI dao động 30-80 ml/mg (Beun và cộng sự, 1999 và 2002; Tay và cộng sự, 2002), trong khi đó bùn hoạt tính có SVI 120 ml/mg

Khả năng lắng của bùn hạt càng cao thì càng gia tăng khả năng duy trì sinh khối vi sinh trong bể phản ứng, điều này có nghĩa làm tăng khả năng phân hủy các chất hữu cơ

2.3.2.6 Trọng lượng riêng và nồng độ sinh khối

Trọng lượng riêng thể hiện độ rắn chắc và dày đặc của bùn hạt.Trọng lượng riêng của bùn hạt hiếu khí thay đổi từ 1,004–1,065 g/cm3 (Etterer và Wilderer, 2001; Tay và cộng sự, 2001 ) Khác với trọng lượng riêng, nồng độ sinh khối thể hiện mật độ

sinh khối, mật độ vi sinh có trong bùn hạt Nồng độ sinh khối của bùn hạt dao động từ 2,7- 40 g/lbùn hạt (Beun và cộng sự, 1999 và 2002) Nồng độ sinh khối của bùn hạt gia

tăng với tải lượng chất hữu cơ Nồng độ sinh khối càng cao, khả năng xử lý càng cao

2.3.2.7 Tính kỵ nước bề mặt tế bào

Tính kỵ nước của bề mặt tế bào là một ái lực quan trọng trong quá trình tự cố định và gắn kết trong tế bào Tính kỵ nước của bùn hạt cao gấp hai lần so với bùn hoạt tính Lực cắt cao hay chế độ thủy lực cao làm tăng tính kỵ nước bề mặt tế bào, trong khi đó tính kỵ nước bề mặt tế bào dường như không nhạy cảm đối với sự thay đổi nồng

độ các chất hữu cơ hoặc tải lượng 500 – 3000 mg COD/l Tính kỵ nước của bề mặt tế bào vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc cố định và kết dính của các tế bào vi khuẩn lại với nhau

2.3.2.8 Tỷ lệ sử dụng oxy riêng (SOUR)

SOUR biểu thị hoạt động vi sinh vật Khi vận tốc khí nâng càng cao thì SOUR càng cao Việc sử dụng oxy càng cao thì nhiều cơ chất được chuyển nhanh thành CO2

SOUR là đặc điểm quan trọng đánh giá khả năng của bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải công nghiệp tải lượng cao

Khi trong thành phần nước thải có đồng thời chất hữu cơ và nitơ thì xuất hiện 2 nhóm vi khuẩn: oxi hóa ammonia và oxi hóa nitrite Hoạt động 2 nhóm vi khuẩn này thay đổi khi tỷ lệ N/C thay đổi (hình 2.18)

Hình 2.13 Hoạt động vi khuẩn nitrate hóa và dị dưỡng trong bùn hạt

(SOUR)NH4 : tỷ lệ sử dụng oxy riêng oxy hóa ammonia, (SOUR)NO2: tỷ lệ sử dụng oxy riêng oxy hóa nitrit, (SOUR)h tỷ lệ sử dụng oxy riêng của vi khuẩn dị dưỡng Khi tỷ lệ này tăng, thì tỷ lệ sử dụng oxy của nhóm vi khuẩn oxi hóa ammonia và nitrite tăng, trong khi đó tỷ lệ sử dụng oxy của nhóm vi khuẩn dị dưỡng lại giảm

2.3.3 Các ƣu và nhƣợc điểm của bùn hạt hiếu khí

2.3.3.1 Ưu điểm bùn hạt hiếu khí

 Bùn hạt có nhiều ưu điểm hơn bùn hoạt tính thể hiện qua bảng 2.6

Bảng 2.5: Ưu điểm của bùn hạt hiếu khí so với bùn hoạt tính

- Bề mặt bề ngoài

- Hình thái, cấu trúc

- Khả năng lắng

- Duy trì mật độ sinh khối

- Khả năng chịu tải trọng cao

Nhẵn, đồng đều Dày đặc, rắn chắc Tốt

Cao Tốt

Nhiều tơ, không đều Mềm

Kém Thấp Kém

 Bùn hạt hiếu khí là trường hợp phát triển đặc biệt của màng vi sinh So với màng sinh học, bùn hạt có nhiều ưu điểm như:

+ Các vi sinh vật tự cố định không có sự hiện diện chất mang hay giá thể

+ Có cấu trúc không gian 3 chiều, dễ dàng tiếp xúc với nước thải hơn

 So với bùn hạt kỵ khí, bùn hạt hiếu khí có những ưu điểm như sau:

+ Quá trình thích nghi và tạo mầm cho bùn hạt xảy ra rất nhanh, ít tốn thời gian Trong khi đó, bùn hạt kỵ khí đòi hỏi thời gian thích nghi lâu

+ Bùn hạt kỵ khí đòi hỏi nhiệt độ cao, trong khi đó bùn hiếu khí không đòi hỏi nhiệt độ khắt khe

+ Bùn hạt hiếu khí chịu được điều kiện shock tải lượng chất hữu cơ, trong khi

đó bùn hạt kỵ khí không chịu được

+ Bùn hạt hiếu khí có khả năng xử lý đồng thời nitơ và phospho

 Chịu sốc tải lượng chất hữu cơ và độc tố

Bảng 2.6: So sánh đặc điểm bùn hạt hiếu với bùn hoạt tính và bùn hạt kỵ khí (Liu

và cộng sự, 2005)

tính

Bùn hạt kỵ khí

Bùn hạt hiếu khí

Thời gian thích nghi Vài ngày 3 tháng 1 tuần

Hình 2.14: Sơ đồ phân bố nồng độ cơ chất và DO trong bùn hạt hiếu khí

(Li và cộng sự, 2008)

Khoảng cách từ trung tâm hạt bùn

2.3.3.2 Nhược điểm bùn hạt hiếu khí

 Bùn hạt hiếu khí có tính ổn định thấp, dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi môi trường, khó duy trì sự ổn định trong thời gian dài, đặc biệt ở tải trọng OLR cao

 Khó kiểm soát kích thước hạt bùn

2.4 Các nghiên cứu áp dụng bùn hạt hiếu khí trong và ngoài nước

Vì bùn hạt hiếu khí có những ưu điểm như vậy nên trong những năm gần đây trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về quá trình tạo bùn hạt hiếu khí và ứng dụng chúng vào trong xử lý nước thải Dưới đây là một số nghiên cứu ứng dụng bùn hạt tiêu biểu trong lĩnh vực xử lý nước thải:

2.4.1 Các nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam các nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí rất hạn chế, chỉ có nhóm

nghiên cứu Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải nghiên cứu tạo hạt

trên chất mang và khảo sát xử lý ở tải trọng chất hữu cơ cao Nghiên cứu áp dụng bùn hạt hiếu khí để xử lý nitơ hầu như chưa được nghiên cứu

Trong những năm gần đây, cũng đã có những nghiên cứu về quá trình tạo bùn hạt hiếu khí, tuy nhiên trên thực tế các nghiên cứu này chỉ còn ở mức khảo sát ban đầu

và kết quả chưa được ứng dụng rộng rãi vào thực tế do khó khăn trong việc kiểm soát quá trình Sau đây là một số công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung của đề tài:

 Ứng dung công nghệ bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải, Bùi Xuân Thành, Nguyễn Phước Dân, Lê Thanh Hải ( 2005 ):

Thí nghiệm được tiến hành trong 2 bể phản ứng SBAR với chất mang lần lượt là

vỏ sò huyết và bùn hạt kị khí Kết quả nghiên cứu cho thấy bùn hạt với chất mang từ

vỏ sò có nhiều ưu điểm hơn chất mang là bùn hạt kị khí với một số tính chất như khả năng nén chặt hơn, vận tốc lắng cao hơn từ 21 – 103m/h, nồng độ bùn lắng sau 30 phút 25-9mg/L, SVI luôn luôn nhỏ hơn 26mL/g Đường kính và khả năng nén của bùn hạt

tăng theo tải trọng, đường kính bùn hạt dao động trong khoảng 0,5 – 4mm Bùn hạt hiếu khí có thể đạt được tải trọng xử lý cao hơn 30 kgCOD/m3.ngày với hiệu quả xử lý các thành hữu cơ trên 96%

Ngoài ra tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường – Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia TPHCM có hai học viên cao hoc đang nghiên cứu về bùn hạt:

 Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiếu khí trên mô hình Airlift Reactor phản ứng từng mẻ(SBAR), Trương Thị Bích Hồng (2008 )

 Nghiên cứu quá trình nitrat hóa của bùn hạt hiếu khí, Nguyễn Trọng Lực (2008)

2.4.2 Các nghiên cứu ngoài nước

 Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải có nồng độ ammonia cao

Nghiên cứu của Jin và cộng sự (2008) dùng bùn hạt để xử lý nitơ trong bể phản ứng khí nâng liên tục Bùn hạt có kích thước 1,54 mm có thể chịu đựng được nồng độ

NH4-N lên đến 1100 mg/l, tương ứng tải trọng 1,11 kg N/m3.ngày và HRT 24 h Hiệu quả xử lý đạt 100% Nồng độ N-NO2 đầu ra nhỏ hơn 12,6 mg/l Khi hoạt động với nồng độ NH4-N 546 mg/l, tương ứng với NLR 2,37 kg N/m3.ngày và HRT 5,4 h, thì hiệu quả xử lý đạt trên 94,4%

Tsuneda và các cộng sự (2003) nghiên cứu tạo bùn hạt với nồng độ NH4-N 500 mg/l Kết quả nghiên cứu tạo được bùn hạt có kích thước 0,346 mm sau 300 ngày

Nhiều loại vi khuẩn thuộc nhóm Nitrosomonas chiếm ưu thế trong bùn hạt Bùn hạt

chứa vi khuẩn nitrate hóa ổn định và không bị thải ra ngoài hệ thống Khả năng xử lý ammonia đạt tới 1,5 kg N/m3.ngày và hiệu quả xử lý trên 98 %

 Nghiên cứu xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ bằng bùn hạt hiếu khí trong điều kiện hiếu khí – kỵ khí trong bể SBR

Qin và Liu (2006) nghiên cứu trong quá trình tạo bùn hạt trong điều kiện kỵ khí

và hiếu khí kết hợp với nồng độ COD duy trì ổn định 500 mg/l và tải trọng nitơ thay đổi tương ứng 0,15; 0,25; 0,35; 0,45 kgN/m3.ngày, tương ứng với nồng độ N-NH4 đầu vào thay đổi từ 37,5-112,5 mg/l Chế độ vận hành sục khí 230 phút với nồng độ oxy bão hòa 50%, điều kiện kỵ khí được cung cấp bằng khí nitơ trong 119 phút với vận tốc khí 1lít/phút Kết quả cho thấy bùn hạt được tạo sau 40 ngày vận hành, kích thước bùn hạt tạo thành giảm theo tải trọng NLR và hiệu quả xử lý COD và nitơ trong Bảng 2.7

Bảng 2.7: Đặc điểm và hiệu quả xử lý bùn hạt hiếu khí (Qin và Liu, 2006)

Đặc điểm

Tải trọng NLR (kgN/m3.ngđ ) 0,15

(R1)

0,25 (R2)

0,35 (R3)

0,45 (R4) Kích thước hạt (mm) 4,57 2,19 1,72 0,83

 Khả năng xử lý đồng thời COD, nitơ, photpho của bùn hạt hiếu khí:

De Kreuk và cộng sự (2005), nghiên cứu khả năng xử lý đồng thời COD, nitơ, photpho của bùn hạt hiếu khí Kết quả nghiên cứu cho thấy, bùn hạt hiếu khí có khả năng xử lý thành phần hữu cơ và dinh dưỡng Nhờ sự phát triển của nhóm vi khuẩn tự dưỡng bên trong bùn hạt nên nó có khả năng xử lý chất dinh dưỡng (nitơ và photpho)

Ở độ oxy bảo hòa thấp (20%), hiệu quả xử lý của bùn hạt hiếu khí cao: 100% COD,

94% photphat (P-) và 94% Nitơ tổng (với 100% ammonium) Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng hiệu quả xử lý nitơ cao khi đường kính bùn hạt lớn

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu :

Trong nghiên cứu này tập trung hai thí nghiệm chính: (1) nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ của bùn hạt khi tăng đồng thời COD và nitơ, (2) nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ của bùn hạt khi giữ COD và tăng NLR Các nội dung tiến hành thí nghiệm được biểu thị trong hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu

Các thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm môi trường- Khoa Môi trường, Đại học Bách Khoa TpHCM

- Thí nghiệm 1: thời gian thực hiện từ ngày 30/09 đến ngày 30/10

- Thí nghiệm 2: thời gian thực hiện từ ngày 1/11 đến ngày 2/12

Nội dung thí nghiêm

Thí nghiệm 1 Nghiên cứu quá trình khử COD và nitơ

kết hợp của bùn hạt khi tăng đồng thời

tải trọng chất hữu cơ và tải trọng nitơ

và nitơ kết hợp của bùn hạt khi giữ ổn định tải trọng chất hữu cơ 2,6 kg COD/m3.ngày và tăng tải trọng nitơ lần lượt 0,3 kgN/m3

.ng; 0,6 kgN/m3.ng và 0,9 kgN/m3.ng

*

3.2 Mô hình nghiên cứu

Bể SBAR bằng arcrylic có thể tích làm việc 2.4 lít (hình 3.2), đường kính trong của ống ngoài 6,5 cm, cao 104 cm và ống trong 4,5 cm, cao 90 cm đặt cách đáy 2 cm Không khí được đưa vào bể bởi thiết bị phân tán khí với lưu lượng khí không đổi 4 lít/phút, tương ứng với vận tốc khí nâng 4,2 cm/s Nhiệt độ nuôi cấy bùn hạt ở nhiệt độ phòng 35-36oC Nước sau khi xử lý được tháo bởi van điện từ cách đáy 40 cm Thể tích nước rút ra sau mỗi mẻ là 1,3 lít, tương ứng với tỷ lệ 54% Chế độ vận hành mô hình phụ thuộc vào từng thí nghiệm Chế độ vận hành từng thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.2

1 2

Hình 3.2 Mô hình SBAR thí nghiệm

(1) Bể chứa nước vào, (2) Bơm định lượng, (3) Van điện từ, (4) Bảng điều khiển tự động (timer), (5) Bơm khí nén, (6) Van điều chỉnh lưu lượng khí, (7) Bể chứa nước ra,

(*) Đơn vị tính theo mm

3.3 Bùn nuôi cấy

Bùn hạt hiếu khí được lấy từ kết quả nghiên cứu tạo bùn hạt hiếu khí với nước thải tổng hợp, do học viên cao học Nguyễn Trọng Lực , lớp công nghệ môi trường khóa 2006 – Đại hoc Bách Khoa TPHCM ) Thể tích bùn hạt cho vào mô hình là 400

ml hạt bùn Nồng độ MLSS 3875 mg/l, MLVSS 3525 mg/l Bùn hạt có kích thước 1-3

mm và SVI 64,5 ml/g

3.4 Thành phần và tính chất nước thải

Sử dụng nước thải thủy sản nhân tạo, bằng cách ngâm 200 g cá nục đã được loại

bỏ xương và đầu trong 10 lít nước Thành phần và tính chất nước thải được trình bày trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Thành phần và tính chất nước thải thủy sản

Nước thải này được pha loãng tương ứng với các tải trọng nghiên cứu Nước thải được hiệu chỉnh tới giá trị pH = 7,2 ± 0,2 bằng dung dịch NaHCO3

3.5 Chế độ vận hành mô hình

Bảng 3.2 Chế độ vận hành mô hình SBAR

Thơi gian

OLR kgCOD /m3.ng

NLR kgN/m3.n

g

Thời gian

HRT (giờ)

Thối khí (phút)

Lắng (phút)

Rút nước (phút)

1mm và buồng đếm hồng cầu có độ phân vạch nhỏ nhất 50µm Ảnh bùn hạt được chụp

bằng máy ảnh kỹ thuật số Konica-minolta với độ phân giải 8.0 Megapixel

3.6.2 Phân bố kích thước hạt trong mô hình

Tỷ lệ (%) kích thước của hạt bùn được xác định dựa vào số lượng hạt bùn có kích thước phân định trước (< 0,5; 1,0-1,2; 1,5-2,0; 2,5-3,0; 3,0-3,5; 4,0-5,0 mm) trên tổng số hạt bùn có trong 10 ml thể tích bùn hạt Lấy 10 ml bùn hạt rửa sạch nhiều lần với nước cất, tiến hành cho vào đĩa petri được đặt trên thước đo có độ phân vạch nhỏ nhất 1mm Dùng máy ảnh kỹ thuật số Konica-minolta có độ phân giải 8.0 megapixel chụp sự phân bố hạt bùn trên đĩa petri Dùng máy tính phóng đại ảnh và ghi nhận số lượng hạt bùn có kích thước phân định sẵn, từ đó tính được tỷ lệ % kích thước hạt bùn chiếm trong bể

3.6.3 Thời gian lưu bùn

XvssVr SRT = tc

XeVe Với Xvss: nồng độ sinh khối trong mô hình, mg/l

Xe: nồng độ sinh khối trong nước ra khỏi mô hình, mg/l

Vr: thể tích nước trong bể phản ứng (2,4l), lít

Ve: thể tích nước rút ra (1,3l), lít

tc: thời gian hoạt động một mẻ của bể SBAR, s

3.6.4 Các thông số khác

Các chỉ tiêu phân tích được xác định theo phương pháp chuẩn xác định cho xét

nghiệm nước và nước thải (APHA, 1998 ) Các phương pháp được trình bày theo Bảng

3.3

Bảng 3.3: Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích

Thông số Phương pháp phân tích/Thiết

COD Đun hoàn lưu kín K2Cr2O7, chuẩn

± 0,01mg N/l APHA-4500E

Nitrite Trắc quang ở bước sóng 543 nm,

máy so màu HACH-DR 2010

± 0,01mg N/l APHA-4500B

MLSS Lọc chân không, cân, tủ sấy

105oC, cân phân tích

± 2,8 mg/l APHA-2540D

MLVSS Nung 550oC, cân phân tích ± 11mg APHA-2540E

Độ kiềm Chuẩn độ và đo pH ± 5mg CaCO3/l APHA-2320B

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Giai đoạn chạy thích nghi

Trong tuần đầu tiên, bùn hạt được chạy thích nghi với thời gian lưu nước là 32,8 giờ, tương ứng chu kỳ cho mỗi mẻ là 18 giờ Kết quả khảo sát cho thấy: khả năng xử lý COD của bùn hạt đạt 89% và TKN đạt 82% (hình 4.1và 4.2), Nồng độ sinh khối MLVSS giảm từ 3525 xuống còn 1795 mg/l (hình 4.7) Tỷ lệ MLVSS/MLSS tương ứng 0,85 (hình 4,5), Chỉ số lắng của bùn tăng từ 64,51ml/g lên 71,16 ml/g (hình 4,6)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

COD vào COD ra Hiệu quả xử lý

Hình 4.1: Hiệu quả xử lý COD theo thời gian ở giai đoạn thích nghi

Vào tuần thứ 2 bắt đầu giảm thời gian lưu nước còn 10,6 giờ và tải trọng chất hữu cơ tăng dần lên từ 0,2 lên đến 1,8 kg COD/m3.ngày Khả năng xử lý COD đạt 96 % và TKN đạt 94% (hình 4.1 và 4.2), nồng độ sinh khối bùn bắt đầu gia tăng nhưng không đáng kể (hình 4.7) từ 1795 lên 1977 mg/l, Chỉ số lắng của bùn giảm và có giá trị 63,5 ml/g so với 71,16 ml/g (hình 4,6)

Vào tuần thứ 3, tải trọng OLR được tăng lên đến 2,6 kg COD/m3

.ngày Nồng độ sinh khối của bùn hạt đạt 2300 mg/l và tỷ lệ MLVSS/MLSS đạt 0,9 (hình 4.5), Chỉ số lắng của bùn SVI giảm và đạt giá trị 40,32 ml/g (hình 4,6) Hiệu quả xử lý

ORL=0,2-1,8 ORL=2,6

COD đạt ổn định trên 95% và TKN đạt 95% (hình 4.1 và 4.2) Nồng độ N-ammonia đầu ra luôn luôn nhỏ hơn 2 mg/l Nồng độ N-NO3 tăng nhanh và đạt giá trị 102 mg/l

0 20 40 60 80 100 120 140

TKN vào TKN ra Hiệu quả xử lý

Hình 4.2: Hiệu quả xử lý TKN theo thời gian ở giai đoạn thích nghi

Như vậy, sau một tuần chạy với nước thải thủy sản bùn hạt thích nghi nhanh và hiệu quả xử lý COD và TKN tăng dần, sau 20 ngày khả năng xử lý COD trên 96%, TKN 92%

4.2 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm 1